Beiträge zur Mineralogie und Petrographie

, Volume 11, Issue 3, pp 297–322 | Cite as

Zur Stabilität des Ferrocordierits

  • Werner Schreyer
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Zusammenfassung

Nahezu reiner Ferrocorclierit mit: einem Fe+2/Mg + Fe+2-Verhaltnis von 0,92 wurde bei 600° C und 1000 Atm Gesamtdruck aus Cristobalit und natürlichem Chloritoid quantitativ dargestellt. Bei der Synthese des 100% ig reinen Ferrocordierits aus künstlichen Ausgangssubstanzen entstanden außerdem wechselnde Mengen der metastabilen Paragenese Hercynit und Quarz. Die synthetisierten Ferrocordierite rind rhombisch mit hohen DistorsionsindizesΔ bis zu 0,26°. Gegenüber dem reinen Mg-Cordierit sind die Gitterkonstanten a0 and b0 wesentlich größer, c0 kleiner.

Ferrocordierit ist stabil oberhalb relativ hoher Grenztemperaturen (etwa 450°–600°C in Abhängigkeit vom Gesamtdruck), jedoch nur unterhalb eines bestimmten, noch nicht näher definierten Gesamtdruckes, welcher zwischen 6000 und 10000 Atm liegt. Die stabilen Abbauprodukte bei tiefen Temperaturen sind Chloritoid and Quarz oder - eventuell nur bei sehr niedrigen Drucken - Paragenesen mit 7 Å-Chamositen, welche in den Syntheseversuchen über weitere PT-Bereiche (metastabil?) erhalten wurden. Impfversuche an solchen Paragenesen mit Chloritoid + Cristobalit führtetn zu keinen meßbaren Verschiebungen der eingegebenen Mengenverhältnisse. Bei hohen Drucken und Temperaturen bildeten- sick aus Ferrocordierit Abbau-Paragenesen mit Ferrogedrit, von denen aber nicht klar ist, ob she seibst stabil sind oder nur andere Paragenesen, wie z. B. Almandin + Sillimanit + Quarz, metastabil vertreten.

Unter der Voraussetzung entsprechender geothermischer Gradienten und Pauschalchemismen bleibt Ferrocordierit bei statischen Bedingungen bis zu einer Krustentiefe von wenigstens 20 km stabil. Der vonChinner geforderte Mechanismus des differentiellen Instabilwerdens Fe-haltiger Cordierite mit zunehmendem Gesamtdruck kann daher für tiefgelegene Zonen der Regionalmetamorphose in Orogenen durchaus in Betracht gezogen werden. Er ist jedoch unwahrscheinlich bei seichter posttektonischer Kontaktmetamorphose, es sei dean these ist bedingt durch sehr heiße basische Magmen, welche Temperaturen oberhalb des inkongruenten Schmelzpunktes Fe-reicher Cordierite erzeugen können.

Im Gegensatz zum Mg-Cordierit veräuft die Bildung von Ferrocordierit besonders bei höheren Drucken and Temperaturen außerordentlich träge unter Zwischenschaltung metastabiler Paragenesen aus anderen Mineralien. Es ist möglich, daß dieser ungiinstige Einfluß der Reaktionskinetik entgegen dem thermodynamischen Gleichgewicht auch in der Natur mitverantwortlich ist für das seltene Auftreten von Fe-reichen Cordieriten.

Das Überlappen der Stabilitätsfelder von Fe-Cordierit and Chloritoid ermöglicht die stabile Koexistenz dieser beiden Phasen in einem begrenzten Temperaturbereich.

Abstract

Ferrocordierite with Fe+2/Fe+2+Mg=0,92 was synthesized as a single phase at 600° C and 1000 bars total pressure using cristobalite and natural monoclinic chloritoid as starting materials. Oxygen fugacities during synthesis were those given by the buffering power of the hydrothermal bombs. Pure ferrocordierite without Mg synthesized from various artificial starting materials was never obtained as a single phase, but coexisted with variable amounts of metastable hercynite+quartz. The ferrocordierites made in this study are orthorhombic with distortion indices Δ up to 0,26° as a function of pressure, temperature, and duration of the runs. The lattice constantsa0 = 17,234 and b0 = 9,824 are considerably larger, c0 = 9,298 smaller than those of pure Mg-cordierite; mean indices of refraction vary within the range 1,569–1,573±0,002. In successful breakdown experiments natural Fe-rich cordierite intergrown with quartz from Mujinazawa, Japan, as well as the most Fe-rich natural cordierite so far discovered, from Dolni Bory, Moravia, were used.

Ferrocordierite is stable only above relatively high temperatures (450°–600° C depending on pressure), which are within the limits of determination identical to the lower stability limits of Mg-cordierite. In contrast to the latter phase, however, ferrocordierite becomes unstable at a yet undefined pressure between 6000 and 10000 bars. The stable breakdown products at low temperatures are chloritoid+quartz or - possibly only at very low pressures - assemblages with 7 Å-chamosite, which have been synthesized (metastably ?) over a more extended PT-range. Runs seeded with chloritoid + cristobalite did not yield critical evidence as to the more stable ,assemblage. Except for occasional small amounts of pyrophyllite there is considerable uncertainty concerning the aluminous phase coexisting with chamosite; kaolinite with all critical peaks covered by chamosite orγ-Al203 amorphous to X-rays may be present.

At high temperatures and at a pressure of 10000 bars ferrocordierite broke down to assemblages containing an orthoamphibole, probably ferrogedrite. It is uncertain, however, whether these assemblages represent stable equilibrium, or whether they are metastable substitutes for other parageneses, e.g. almandite silimanite + quartz.

Given the requisite bulk compositions and geothermal gradients ferrocordierite remains stable under static conditions to crustal depths of at least 20 km. ThusChinner's mechanism of differential breakdown of Fe-bearing cordierites with increasing pressures may operate in deep zones of regional metamorphism within orogenic belts, but appears unlikely in shallow posttectonic contact metamorphism, unless this metamorphism is caused by hot basic magmas producing temperatures above the incongruent melting of ferrocordierite.

In contrast to the relations found for Mg-cordierite the formation of feroocordierite is very sluggish, the more so the higher the temperature and pressure. Intermediate metastable assemblages of other phases appear in its place. It seems possible that these unfavorable reaction kinetics are - opposed to thermodynamic equilibrium - in part responsible for the rare occurrence of Fe-rich cordierites in nature.

The overlap of the stability fields of ferrocordierite and chloritoid as demonstrated in this study allows the stable coexistence of these two phases within a limited temperature range.

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Copyright information

© Springer-Verlag 1965

Authors and Affiliations

  • Werner Schreyer
    • 1
  1. 1.Mineralogisch-petrographischen Institut and MuseumKiel

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