FLUIDNÍ INKLUZE - úvodní stránka
Předchozí stránka Obsah textu Následující stránka

5. Morfologie inkluzí

Morfologie inkluzí je silně proměnlivá, často podřízená krystalografii hostitelského minerálu (tyčinkovité inkluze v prismatických minerálech, kubické v halitu, klencovité v kalcitu apod.). Velmi časté bývají inkluze ve tvaru negativního krystalu hostitelského minerálu či tvaru sféroidálního. Ve snaze o dosažení ideálního tvaru soupeří mezi sebou dva mechanismy: 1) snaha o co nejmenší povrchové napětí (sférické tvary); 2) snaha o co nejmenší povrchovou energii (negativní krystaly). Zcela nepravidelné rozeklané inkluze, které vznikají při nízkých teplotách, jsou z tohoto hlediska nerovnovážné. Nepravidelný, často ostrohranný tvar, může však vzniknout i při částečném/úplném porušení jakékoli inkluze.

  5.1. Zachycení (vznik) a růst inkluzí

Intrakrystalinní inkluze (jsou uzavřeny uvnitř jednotlivého krystalu/minerálního zrna): Nejčastější příčiny vzniku těchto inkluzí shrnuje Obr. 3. Jedná se zejména o nerovnoměrný růst krystalu, krystalové defekty a přítomnost cizorodých fází na růstové ploše krystalu, které umožňují zachycení fluida na povrchu krystalu a následný vznik inkluze během pokračujícího růstu krystalu. Při normálním růstu hrany a rohy krystalu přirůstají obvykle rychleji než středy krystalových ploch. Nerovnoměrný růst krystalu je dále ovlivňován přítomností a koncentrací složek v roztoku (dokonce i minoritních složek), dále dynamikou prostředí (statické x dynamické), přesyceným stavem roztoku (např. v důsledku poklesu teploty, či úniku plynné fáze).

Zvláštním případem je zachycení fluida ve "stínu" pevné cizorodé částice na povrchu krystalu. V ideálním případě lze rozpoznat směr růstu krystalu, neboť fluidní fáze je orientována ven ve směru růstu krystalu (vzhledem k pevné inkluzi; může pomoci odlišit dceřiné a zachycené minerály). Inkluze tohoto typu jsou někdy označovány jako "composite inclusions".

Není známo, proč určité krystaly téhož minerálu obsahují inkluze, zatímco jiné ne. Neobvyklý není proto ani výskyt jednoho inkluzemi bohatého zrna mezi stovkou syngenetických zrn téhož minerálu, ale bez inkluzí. V některých minerálech mohou být inkluze hojnější než v jiných. Např. inkluze tavenin jsou mnohem hojnější (a též i větší) ve vyrostlicích olivínu, než např. ve vyrostlicích pyroxenu či plagioklasu.

Obr. 3. Různé mechanismy zachycení primárních typů inkluzí: A) Rychlý dendritický růst krystalu následovaný homogenním růstem. B) Částečné rozpouštění preexistujícího krystalu produkuje nerovnosti na jeho povrchu. Při obnoveném růstu krystalu se zde zachytí zbytky roztoku. C) Inkluze zachycené mezi jednotlivými růstovými spirálami, či v jejich centrech. D) Zachycení inkluze mezi subparalelně rostoucími krystalovými bloky. E) Fraktura krystalu jako příčina jeho dalšího nepravidelného růstu spolu se zachycením inkluzí. F) Cizorodé částice na povrchu krystalu, později uzavřené jako pevné inkluze, mohou na sobě též zachytit část fluida (podle Roedder 1984).

Interkrystalinní (intergranulární) inkluze (vyskytují se na kontaktu mezi krystaly/zrny): Tento typ inkluzí je hojný zejména ve vzorcích postižených metamorfózou. Vlivem povrchového napětí dochází při rekrystalizaci minerálů s H2O - CO2 fluidy k selektivnímu zachycení CO2 -bohatých fluid (inkluzí) v trojných bodech (společný roh styku tří zrn) a H2O -bohatých fluid (inkluzí) na hranicích (plochách) mezi minerálními zrny.

Návrat na Obsah

  5.2. Necking down

Necking down představuje změnu tvaru inkluze spojenou se vznikem více inkluzí z jedné původní, a to vlivem rekrystalizace hostitelského minerálu (Obr. 4-5).

Tímto procesem z velkých inkluzí nepravidelného tvaru vznikají inkluze energeticky, či tvarově výhodnější, ale menších rozměrů (Obr. 4). Pokud proces "necking down" postihne heterogenní inkluzi (např. s oddělenou plynou a kapalnou fází), nebo během tohoto procesu dojde k heterogenizaci fluida v inkluzi, nově vzniklé inkluze nemají shodný stupeň zaplnění (Obr. 4a) a celková hustota jejich fluida není identická s hustotou fluida původní inkluze. Teploty homogenizace (a v určitých případech i salinity) takovýchto inkluzí nelze použít pro výpočet isochor a ani jinak geneticky interpretovat. Pokud během procesu "necking down" nedojde k heterogenizaci fluida (Obr. 4b), složení a vlastnosti fluida se nezmění a lze jich použít pro další interpretace.

Stejným procesem vznikají i sekundární typy inkluzí (Obr. 5): v případě, že krystal je křehce porušen v přítomnosti fluida, ve kterém je omezeně rozpustný, dojde po vniku fluida do fraktury k rozpouštění krystalu, které je doprovázeno jeho rekrystalizací ve fraktuře. Při rekrystalizaci jsou oblé (zakřivené) plochy a plochy s vysokými millerovými symboly zatlačovány plochami s nízkými millerovými symboly. Postupně se tak redukuje množství nově vytvořených krystalových ploch, až vznikne generace zřetelně oddělených sekundárních inkluzí.

Obr. 4. Rekrystalizace inkluzí procesem "necking down": A) s heterogenizací fluida (oddělením plynné fáze) během procesu rekrystalizace. B) se zachováním homogenního stavu fluida. (Podle Roedder 1984 a Shepherd et al. 1985).


Obr. 5. Schématické znázornění vzniku sekundárních typů inkluzí při vyhojování fraktury v krystalu (podle Roedder 1984): A) Fraktura vyhojená roztokem. B) Rozpouštění krystalu a rekrystalizace materiálu na plochách fraktury formou dendritického růstu. C) Pokročilejší stádium rekrystalizace – vznik dutin zaplněných roztokem. D) Finální stádium – vznik energeticky a tvarově výhodných dutin (inkluzí) sférického tvaru, nebo tvaru negativních krystalů.

Návrat na Obsah

  5.3. Stupeň zaplnění

Stupeň zaplnění (F, degree of fill) je definován jako poměr objemu jedné fáze v inkluzi (nejčastěji kapaliny, VL) vůči objemu celé inkluze (VTOT): F = VL/VTOT
Nabývá hodnot od 0 do 1. Jeho přesné stanovení je však téměř nemožné, zatížené zejména chybou v odhadu/výpočtu objemu celé inkluze.

V praxi se stupeň zaplnění odhaduje na základě porovnání se normovanými řezy (Obr. 6), nebo pomocí výpočtu. V druhém případě se objem trojrozměrné inkluze nejčastěji aproximuje prolátním sférickým modelem (V = 4/3prmax rmin2; rmax = dlouhá osa, rmin = krátká osa inkluze).

Obr. 6. Srovnávací nákresy pro odhad stupně zaplnění plynokapalných inkluzí: A) pro trojrozměrné inkluze (podle Shepherd et. al. 1985). B) pro inkluze inkluze sférického tvaru (podle Roedder 1984).


Při použití obou přístupů existuje navíc možnost špatného odhadu/výpočtu F vyplývající ze zkreslení poměru fází v inkluzi vzhledem k odlišnosti její prostorové orientace a orientace roviny pozorování (Obr. 7). V případě srovnávacích obrázků je u plochých inkluzí chyba v odhadu stupně zaplnění obvykle nižší, než u inkluzí prostorového tvaru.

Obr. 7. (Nahoře:) Zdánlivý poměr plynné (černá) a kapalné fáze (bílá) fáze v inkluzích tak jak se jeví při pozorování v mikroskopu. Všechny inkluze v tomto pohledu mají shodný stupeň zaplnění – obsahují 25 obj. % plynné fáze. (Dole:) Příčný řez po linii A-A' vzorkem (pohled z boku). Jednotlivé inkluze mají rozdílný stupeň zaplnění.

Stupeň zaplnění je důležitým kritériem pro rozlišení inkluzí vzniklých z homogenního fluida (všechny mají obdobný F), či z heterogenního fluida (např. mechanická směs CO2 a H2O; proměnlivý F), či pro určení inkluzí druhotně porušených (F výrazně odlišný v porušených inkluzích).

Co nejpřesnější stanovení F je důležité pro výpočet celkové hustoty fluida v inkluzi a tím i pro výpočet isochor. Vždy musí být provedeno u inkluzí, které obsahují vedle H2O další plynnou fázi (např. CO2). U vodných inkluzí (pouze H2O) není přesné stanovení F důležité, neboť k výpočtu isochor plně postačují mikrotermometrické údaje.

Stupeň zaplnění je v přímém vztahu k celkové hustotě fluida v inkluzi (rTOT):
  Dvoufázové vodné inkluze (systém H2O)   Systém H2O - CO2
  rTOT = rL F + rV (1 – F)   rTOT = rH2O (1 – F) + rCO2 F
  VL + VV = VTOT   F = VCO2/VTOT VH2O + VCO2 = VTOT

Hustotu vody (rH2O) lze aproximovat hodnotou cca 1 g/cm3, hustota CO2 se vypočte z teploty homogenizace CO2 (Th-CO2).

Návrat na Obsah

6. Aparatura

  6.1. Mikrotermometrický stolek

Mikrotermometrický stolek (heating-freezing stage) by měl umožňovat řízené ochlazování či zahřívání úlomku studovaného vzorku za současného mikroskopického pozorování. Rychlost ochlazování nebo zahřívání nutná pro spolehlivé a přesné určení teplot fázových změn se pohybuje od 0.5 do 10°C/min (nižší pro kryometrii, vyšší pro homogenizaci za vyšších teplot). Pokud se nacházíme mimo teplotní interval očekávaných fázových změn je možné postupovat i rychleji (10-30°C/min). Několik stupňů před očekávanou fázovou změnou je pak ale nutné na určitou dobu ohřívání zastavit a nechat ustanovit teplotní rovnováhu jak ve vzorku, tak mezi vzorkem a stolkem.

V současnosti se nejčastěji používají stolky tří konstrukcí od firem Chaimexa, Linkam a typ "USGS".

Každý stolek je zapotřebí alespoň 1x za měsíc okalibrovat v celém rozsahu používaných teplot. Užívají se přírodní a syntetické standardy, jejich seznam uvádí každá příručka. Standardy mají formu buď inkluzí (CO2, H2O - CO2), nebo chemikálií položených/kápnutých mezi dvě krycí sklíčka, či vlivem povrchového napětí nasátých do skleněné mikrokapiláry (vytažené v plameni ze skleněné trubičky).

Návrat na Obsah

  6.2. Mikroskop

Kvalitní optický systém je velmi důležitý, a to nejen pro studium malých inkluzí. Nutné jsou objektivy s dlouhou pracovní vzdáleností (> 5 mm), kondenzor s dlouhou pracovní vzdáleností (s vyjímkou stolku Chaimexa, který má vestavěnou kondensorovou čočku) a okuláry zvětšující alespoň 10 - 12.5x (v ideálním případě typu "wide-field"). Výhodné je mít dva objektivy (20x a 40x či 50x) a možnost fotografické dokumentace z mikroskopu.

Návrat na Obsah

  6.3. Destičky

Ke studiu plynokapalných inkluzí se obvykle používají oboustranně leštěné destičky o tloušťce 200 až 300 µm. Jen v případě velmi malých inkluzí, či špatně transparentních materiálů jsou nutné preparáty o výrazně nižší tloušťce (~ 30-50 µm). Jejich příprava je však obtížnější a dražší. Destičky jsou připevněny na podložní sklo buď termoplastickým tmelem (Lakeside®) nebo chemicky rozpustným lepidlem.

Předchozí stránka Obsah textu Následující stránka
FLUIDNÍ INKLUZE - úvodní stránka

Stránky najdete na adrese: http://www.natur.cuni.cz/ugmnz/mineral/inkluze.html
Autor: Jiří Zachariáš, Přírodovědecká fakulta Univerzity Karlovy v Praze