A N N A L E S H I S T O R I C O - N A T U R A L E S MUSEI NATIONALES HUNGAR1CI Tomus 76. Budapest, 1984 p. 11-18.

Optische Eigenschaften der Anorthoklas Megakristalle der Nógráder Basalte (Ungarn)

von Ff. V I N C Z E - S Z E B E R É N Y I , Budapest

Abstract— (Optical properties of the anorthoclas megacrysts of Nógrádian basalts, Hungary.) The examined 18 megacrysts were collected in the south- eastern part of the Nógrádian basalt area. On the basis of their optical properties they proved to be anorthoclases with typical cross-hatched albite-pericline twinning. The degree of optical triclinicity is not maximal, it denotes intermediate values. The disappearance of the twin texture and the decrease of the optical triclinicity at the cor­rosion rims indicates a heating effect over 1000 °C, which has taken place after the formation of albite-pericline cross-hatched twinning. With 1 figure and 2 photoplates.

Die Gesteine des Nógráder Basaltgebietes in Nordungarn enthalten als Einschlüsse neben ultrabasischen Tiefengesteinen bzw. Pyroxen- und Amphibolkristallen sehr viele Megakristalle von Feldspäten. Obwohl sie auf mehreren Orten des betreffenden Gebietes gesammelt werden können, ist die Basaltkuppe ..Nagykő*' bei Barna eine ihrer reichesten Fundorte. Der pliozäne-pleistozäne Basalt lagert sich auf oberen oligozänen Sedimenten. Im offenen, seit 50 Jahren nicht mehr abgebauten Steinbruch unter dem Gipfel des 522 m. hohen Berges enthält der Basalt auffallend viele, mehrere Zentimeter grosse Feldspatkristalle. Die Daten der chemischen Zusammensetzung des dichten, grauen Basaltes enthält die erste Tabelle. Die Anorthoklas Kristalle sind verhältnismässig gross; sie erreichen eine Grösse von einigen Zentimetern bis 5-6 Zentimeter. Ihre Farbe ist weiss, sie sind undurchsichtig, mit deutlich sichtbaren Spaltungsebenen. Im Basalt sind sie xenomorph. Manchmal ist die stärkere Entwicklung einer Kristallfiäche zu beobachten, dies ist aber eine seltene Erscheinung. Die Fläche der Kristalle, die aus dem Gestein ausgeschlagen wurden, ist manchmal rundlich. Im Dünnschliff, mit dem Mikroskop und dem Fedorow-Tisch gemessen, fällt die typische Zwillingsgit-terung nach Albit-Periklin Gesetzen auf. Am deutlichsten ist dies in solchen Schnitten zu sehen, die beinahe senkrecht zur Fläche (100) gerichtet sind (Tafel 1: Bild 1.). In den Schnitten, die mit den Flächen (001) bzw. (010) parallel oder beinahe parallel sind, ist nur eine der Zwillingslamellen, und zwar in Form von dichten schwarz-weissen Streifen zu sehen. Auf dem Fedorow-Tisch, aus der Ebene umgekippt, erscheint auch hier in gewissen Richtungen die typische Zwillingsgitterung. Ein Kristall schien unverzwillingt zu sein, aber dieses Kristall erwies sich aufgrund seiner optischen Daten; des Achsenwinkels 2Va und des Winkels der [ny] und J_ (010) als triklin, wahrscheinlich mit submi­kroskopischen Verzwillingung. Es scheint notwendig zu sein, auf eine exakte Weise anzugeben und zu klären, welche Feldspäte hier Anorthoklas genannt werden, weil in der Fachliteratur auf diesem Gebiet recht viele Widersprüche zu finden sind. 1885 gebrauchte zuerst Rosenbusch die Benennung Anorthoklas. So benannte er Feldspäte, in denen der Na-Gehalt den K-Gehalt überwiegt und die bis dahin als Natron-Orthoklase betrachtet wurden. Danach wurde die Benennung Anorthoklase auf Mineralien angewendet, deren Zusammensetzung und Morphologie äusserst mannigfaltig war. Laves (1960) empfahl den Namen K-Analbit. SMITH & M A C K E N Z I E (1958) bzw. MARFUNIN (1966) hielten die Benennung Anorthoklas für besser. Laut BAMBAUERS (1966) Definition sind ,,Anorthoklase «ternäre» Feldspat-Paramorphosen, in denen Or < Ab, (Ab+An)=-50 M o l % . Der An-Gehalt über­trifft nicht 20-25%. Anorthoklase entstehen als Umwandlungs- und Entmischungsprodukte von primär bei hohen Temperaturen gewachsenem (K, Ca)-Monalbit (bis Na-Sanidin). Es handelt sich dabei nicht um eine strukturell definierbare Feldspat-Phase, sondern um ein Gemenge von oft submikroskopischen Feldspat-Phasen variabler Zusammensetzung und Verwachsung." Die Sym­metrie kann monoklin oder triklin sein. Der optische Achsenwinkel ist : 2V a = 40-80°.

Ein Anorthoklas-Megakristall wurde mit Elektronen-Mikrosonde analysiert. Das Molekül­verhältnis von Or, Ab und An wies in dem mit der Mikrosonde gemessenen Kristall die Messungsli­nien entlang innerhalb breiter Grenzen schwankende Werte auf (VINCZE-SZEBERÉNYI 1982). Die Zusammensetzung des Durchschnittes, der aus den Daten der Analyse berechnet wurde, lautet so: Or = 18,7; Ab = 66,8; An = 14,1 %. Ich stellte ihn im Kroll-Diagramm dar (Abb. 1.) und verglich ihn mit den Daten der Anorthoklas-Megakristalle, die in Alkalibasalten vorkommen, welche aus zwei Fundorten in New-Mexico stammen (GRAY & ANDERSON 1982). Die Daten ergeben eine recht

gute Übereinstimmung. Auf dem Diagramm sind Krolls Isothermenlinien angemerkt, die auf die monokline-trikline Umwandlung der ternären Feldspäte hindeuten. Die Fachliteratur gibt immer nur durchschnittliche Werte über die Anorthoklase an, die in den Alkalibasalten gemessen wurden. Ihre Inhomogenität wird zwar erwähnt, ohne aber zahlenmässige Daten mitzuteilen. Es ist also nicht bekannt, welche Unterschiede bei anderen Vorkommnissen innerhalb eines Kristalls festgestellt wurden. Es gibt sehr viele Angaben über die Anorthoklase der Tiefengesteine, so z. B. über die Ge­mengteile der skandinavischen Rhombporphyre, Larvikite und sonstiger alkalischer Gesteine. Über die Anorthoklas-Einsprenglinge von Basalten gibt es relativ wenige Daten. Während in den Anorthoklasen der Tiefengesteine eine chemische Zonalität vorkommen kann, ist dies in den Anortho-k lasen des Basalts nicht wahrzunehmen.

Bei der Messung und Auswertung der optischen Eigenschaften wandte ich das N I K I T I N -Diagramm (1936) an, weil es wenige neuere Angaben gibt, mit denen die Kalifeldspäte be­stimmt werden könnten. M A R FUNIN (1966) teilt grundsätzliche methodische Verfahren mit, von denen ich jene Formeln anwendete, die er zur Berechnung der triklinen Ordnung und der optischen Triklinität empfiehlt.

I n den Kristallen ist keine optische Zonalität und Perthitbildung festzustellen. Die optische Achsenebene liegt in jedem Fall beinahe senkrecht zu (010) . Der Winkel zwischen der Indikatrixachse [n y ] und der Flächcnnormale (010) . die im monoklinen System 0 ° beträgt, betrug bei den gemessenen Kristallen Werte zwischen 3 - 1 6 ° . Das ist eine charakteristische Eigenschaft der optischen Triklinität. Der optische Achsenwinkel konnte nur bei gewissen Schnitten aus zwei Achsenpositionen gemessen werden, bei den anderen Kristallschnitten rechnete ich ihn von der Messung einer Achse aus. I n diesen Fällen ist ein Fehler von + 2 ° möglich. Da die Messungen die Achsenwinkel 2V a zwischen 5 8 - 6 8 ° ergaben, weisen die

An

Abb. 1. Chemismus der Anorthoklas-Megakristallen. Dreiecke und Kreise = die Anorthoklase aus New-Mexico; gefüllter Kreis = der Anorthoklas von Barna. Im Diagramm sind die Isothermen-

Linien nach Kroll eingezeichnet (in SMITH 1974)

Ergebnisse eine deutliche Übereinst immung auf. M A R F U N I N (1966) und die sowjetische Fachliteratur heben die Eigenschaften des optischen Achsenwinkels 2V hervor, die eng mit der Struktur zusammenhängen. Er verwendet für die Rechnung der optischen Triklinität die Angaben der optischen Achsenwinkel 2V œ und die Winkel, die [n y ] und die Flächennormale (010) bildet, die seiner Ansicht nach, sehr gute Resultate geben. Die Messung der optischen Indikatrixachse [ n 7 ] , die hinsichtlich der optischen monoklinen-triklinen Symmetrie wesent­lich ist, ist oft unsicher; ich nahm die grössten Unterschiede bei der mehrmaligen Wieder­holung der Messungen wahr, und diese Tatsache weist auf den unterschiedlichen Triklinitäts-grad der einzelnen Domänen hin. Der Winkel der optischen Symmetrieachse [n^] mit der kristallographischen Richtung (001) zeigte Werte zwischen 4-14°. Die Literatur (SARANT-SCHINA 1953) bezeichnet mit Winkelwerten von 7-10° die optische Orientierung der Anor­thoklase aber ihre Angaben stammen aus der Messung von Anorthoklasen der Tiefengesteine. Im allgemeinen enthalten die Handbücher über die Feldspäte sehr wenige Daten über die Anorthoklas-Einschlüsse des Basalts.

Bei den gemessenen Kristallen ist die Verzwillingung eine charakteristische Eigenschaft ; sie weisen mit einer Ausnahme Zwillingsgitterung nach den Albi t und Periklin Gesetzen auf, was sofort die trikline Symmetrie verrät. Die Breite der Zwillingslamellen ist veränderlich, ihre Grenzlinie ist ebenfalls nicht in gleichem Masse scharf; manchmal ist sie verwischt und schattenartig. Bei der Breite ist eine grosse Unterschiedlichkeit wahrzunehmen; breite und enge Streifensysteme wechseln wie Flecke miteinander ab (Tafel I I : Bi ld 1.) Die Spaltungs­ebenen sind ziemlich gut messbar, obwohl die morphologischen Richtungen entlang anwesen­den Lamellen mit abweichender Refraktion oft störend sind, welcher Umstand bei parallelen Niçois die scharfe Einstellung der Ebenen ungünstig beeinflusst.

Ausser dem erwähnten Albit-Periklin Zwillingslamellensystem kommen auch andere Zwillingsgesetze vor. Die Megakristalle bestehen oft aus zwei grösseren Zwillingshälften, die makroskopisch sichtbar sind. Ein Tei l von ihnen konnte in mikroskopischen Schnitten identi­fiziert werden. Das Albit Zwillingsgesetz ist häufig, was neben dem schmalen Lamellensystem auch in Form grösserer Streifen vorkommt, deren Optik messbar ist. I n einem Fall beobach­tete ich je ein Manebacher und Karlsbader bzw. ein anderes Zwillingsgesetz. Die zweite

Tabelle 1. Die chemische Analyse der Basalte

Probe-nummer BN 1 BN 2 BN 10

SiOo T i 0 2

A1 2 0 , F e 2 0 3

FeO MgO MnO CaO N a 2 0 K 2 0 + H , 0 - H 2 0 P 2 O s

45,86 2,19

17,18 2,89 6,06 7,02 0,23

10,02 4,77 2,68 0,60 0,08 0,43

46,02 2,22

17,48 2,54 6,34 7,12 0,21 9,66 4,83 2,69 0,60 0,09 0,47

45,15 2,14

17,01 2,88 6,14 8,29 0,18

10,23 4,23 2,54 0,79 0,14 0,39

Insgesamt 100,01 100,27 100,11

Die Analysen wurden von Dr . Gy. Pitter durchgeführt.

Tabelle enthält die Zusammenfassung der optischen Messungen und der daraus errechneten Angaben. Die Angabe S t r drückt die trikline Ordnung aus (Marfunin). Dieser Wert wird aus den Achsenwinkeln 2V a auf einer Skala von 0 bis 1, mit der Interpolation der Werte 2V a = = 44-84° errechnet. Davon ist die trikline Ordnung:

S t r = 0,025 X 1 (2V-44)

Die optische Orientierung und der Auslöschungswinkel hängen mit der Symmetrie zusam­men. Hinsichtlich der Inversion ist es also interessant festzustellen, was für einen Symmclrie-wechsel dies mit sich bringt. Das Mass wird aus dem Winkel zwischen den Richtungen [ n y ] und J_ (010) bestimmt. Der Winkel, maximal 18° angenommen wird auf eine Skala von 0 bis 1 transponiert. 1 8 , 0 x K = 1,0. Daher ist K = 0,055. Daraus ist die optische Triklinität:

A o p = 0,055 X _L(010)^[n y]

Diese beiden Werte hängen zusammen, aber die Ordnung hängt nicht nur von der Triklinität ab.

Das Albit-Periklin Zwillingslamellensystem ist sicherlich eine Folge der strukturellen Faktoren. Kein tektonischer Stress wirkte auf das Gestein ein. Aufgrund der Analogie der Orthoklas-Mikroklin Variationen mit monokliner-trikliner Symmetrie wird angenommen, dass auch die Feldspäte mit den Komponenten eine sogenannte Natron-Sanidin-Anorthoklas Reihe mit Variationen verschiedener Triklinität und Übergängen bilden. Die Veränderung der strukturellen Ordnung bringt eine Symmetrieveränderung mit sich. Die ungeordnete Phase hat eine grössere Symmetrie, das ist die Modifikation von hoher Temperatur, die geordnete Phase ist die Modifikation von niedrigerer Temperatur. Wenn so ein Mineral von trikliner Symmetrie mit einer geordneten Struktur erhitzt wird , geht es auf Einwirkung einer

Tabelle 2. Die optischen Daten der gemessenen Anorthoklase

Dünnschliff-Nummer 2 V a [ny]_L(010) [n£]J_(001) S t r A o p Zwillingsgeset/

Gemessener 66° 1755 67° 1756 60° 1757 64° 1758 68° 1759 1760 61° 1761 60° 1762 61° 1763 62° 1764 66,5 1765 66° 1766 64° 1767 58° 1768 60° 1769 68° N 1 60°

N 8 60°

10 10 0,55 16 14 0,58 8° — 0,40 6 8 0,50 — 5 0,60 4 3° — 3° 3° 0,43 — 4 0,40 - 5' 0,43 5,5" 6 0,45

14° 14 0,56 8' 10° 0,55 6 — 0,50 — 9° 0,35 9° 9,5° 0,40

10° — 0,60 10 12 0,40

— 4 0,40

0,55 Albit-Periklin 0,88 Albit-Periklin 0,44 Albit-Periklin 0,33 Albit

— Albit-Periklin 0,22 Albit-Periklin 0,17 Albit-Periklin

— Albit-Periklin — Periklin

0,30 Albit 0,77 Albit + Periklin 0,44 Albi t -Per ik l in 0,33 Unverzwillingt

— Albi t -Per ik l in 0,49 Albi t -Per ik l in 0,55 Alb i t -Per ik l in 0,55 Albit -Per ikl in +

Karlsbader -- Albit -Perikl in +

Manebacher

hohen Temperatur in die ungeordnete Phase über. Diese Erscheinung kann also als Poly­morphie betrachtet werden. L A V E S (1960) und seine Schule, SMITH & M A C K E N Z I E (1958) M U I R (1952), neuerlich K R O L L et al. (1980) nahmen solche Experimente vor. Alle erklären die Zwillingsgitterung nach den Albit-Periklin Gesetzen damit, dass diese Inversionszwillinge seien, die aus der monoklinen Symmetrie in die trikline übergehen. G R A Y & A N D E R S O N (1982) untersuchten mit mathematischen Methoden die Breite und Intensität der Albi t -Periklin Zwillingslamellen in den Anorthoklasen der amerikanischen Alkalibasalten. Sie stellten auch eine Inhomogeni tät in der Grösse und Intensität der Zwillingsstreiten fest, was eine typische Eigenschaft der Transformationszwillinge ist. I m Kristall geschehe die Inversion nicht gleichzeitig: zwischen den verzwillingten und nicht verzwillingten Teilen treten Span­nungen auf, welche ihrer Ansicht nach auch die unterschiedliche Grösse der Lamellen ver­ursachen. Die chemische Inhomogenität muss aber ebenfalls beachtet werden. Die Ver­teilung der drei Feldspatkomponenten ist im Kristall nicht homogen; auch dieser Faktor kann die Qualität der Verzwillingung beeinflussen.

Auch die Untersuchung des Korrosionsrandes der Megakristalle verdient Aufmerksam­keit. A n der Grenze der meisten Megakristalle und des Basalts sind Korrosionserscheinungen wahrzunehmen. Die Breite des Reaktionsrandes ist unterschiedlich, aber im Vergleich zur Grösse der Kristalle ist sie sehr gering. Nur in Einzelfällen ist isotropes Glas zu sehen, das tiefer in die Kristalle eindringt. In einigen Fällen konnte die optische Orientierung des Kristalls im Rande gemessen werden und ich verglich dies mit den optischen Daten der inne­ren Teile. Dafür ist das Anorthoklas auf dem Bild 2. der Tafel I I . ein Beispiel. I n der korro­dierten Randzone sind die morphologischen Richtungen mit jenen des Kristalls identisch, nur die optischen Richtungen veränderten sich. Die Zwillingsgitterung nach den Albi t -Periklin Gesetzen hörte zum grössten Teil auf. Auch innerhalb der Randzone sind mehrere Unterschiede festzustellen. Die optische Orientierung ist im inneren Teil und draussen, in der Richtung der Matrix unterschiedlich. I m inneren Teil ist der optische Achsenwinkcl 2V a — = 67°, am Rande 64°, danach 62°, [ n y ] A _|_ (010) nimmt von 16° auf 5°, [nß] A ± (001) von 12° auf 6° ab. Die optische Triklinität verändert sich von 0,88 auf 0,22. A l l dies weist daraufhin, dass ausser der eventuellen chemischen Veränderung auch die Qualität der Zwillingung sich veränderte. Der Rand steht also näher zur ungeordneten Struktur als die übrigen Teile des Kristalls selbst. Laut experimentellen Daten kann diese Erscheinung nur mit einer Erhitzung auf eine hohe Temperatur erklärt werden. Der schmale Rand beweist, dass die starke Wär­mewirkung nur eine kurze Zeit dauerte; ein rascher Vulkanausbruch konnte die Kristalle aus der Tiefe auf die Oberfläche gebracht haben. Die Wärmewirkung erreichte den Kristal l , als die monokline-trikline Transformationszwillinge bereits entstanden waren.

Schrifttum

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Anschrift der Verfasserin: D R . H E L G A V I N C Z E - S Z E B L R É N Y I

Mineralogische-Petrographische Abteilung Ungarisches Naturwissenschaftliches Museuni H - 1 0 8 8 , Budapest, Múzeum körút 1 4 - 1 6 . Ungarn

Tafel I . Bild 1. Schnitt senkrecht zu (100). |J Niçois, Vergr. 40x. — Bild 2. Anorthoklas mit Zwil­lingsgitterung nach Albit-Periklin Gesetzen. + Niçois, Vergr. 40x

2 Természettudományi Múzeum Évkönyve 1984

Tafel I I . Bild 1. Anorthoklas mit optisch inhomogänen Zwillingslamellen. + Niçois. Vergr. 40 X . — Bild 2. Korrosionsrand des Anorthoklas-Kristalls. + Niçois, Vergr. 75 X