Abstract
It was shown by Keith and Tuttle (1952) that the high-low inversion of quartz from different sources can occur at somewhat variable temperatures; the authors suggest the determination of the inversion temperature (= t i) as a “finger print method” for the geologic conditions of formation of the mineral. The results of the d.t.a. investigations reported here on the inversion temperature of 145 quartz samples from 130 localities (72 minerals from igneous rocks, 31 which had been formed authigenically in sediments, 17 from metamorphic rocks, 25 detritical quartzes from sediments) have been gained by exactly standardized methods of preparation and investigation (precision of t i-determination: ±0.1° C).
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(1)
The mean of t i of all investigated quartz samples from igneous rocks lies at 573.2° C, the mean t i of all quartzes which have been formed authigenically in sediments at 563.6° C. The t i of all investigated specimens ranges from 536.9° to 576.3° C.
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(2)
There is a boundary between the t i of igneous and authigenically formed quartzes: the t i of all investigated quartzes that were formed authigenically is lower than 570.9° C, the t i of all investigated quartzes from igneous rocks, however, lies above this temperature.
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(3)
There has no dependence been observed between t i and temperature of formation as described by Keith and Tuttle. There is, however, a destinct dependence between the lowering of t i and the degree of substitution of Al3+ and alkali metals for Si4+. The amount of foreign ions present in the lattice of quartz depends much more strongly on the concentrations of these ions in the solutions resp. melts from which the quartz crystals have formed than on temperature.
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(4)
Besides substitution physical properties of the quartz crystals influence the variation of t i . In the case of authigenically formed quartzes t i will be the lower the worse the degree of crystallization. The microcrystalline quartz which had been formed authigenically in siliceous nodules in slates shows the lowest t i of all investigated specimens. The influence of lattice defects and the factors which are responsible for them is discussed especially with regard to the t i of metamorphic quartzes.
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(5)
Inclusions of other minerals, liquids or gasses have no influence on the t i of quartz.
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(6)
The quartzes from a metamorphic sequence (Beaume valley, France) ranging through all subfacies of the greenschist and the amphibolite facies show characteristic differences in their t i which can be explained partly by an “effect of recrystallization”.
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(7)
The efficiency of t i -determinations as a petrologic tool is outlined.
Zusammenfassung
Keith und Tuttle (1952) haben gezeigt, daß die α⇌β-Umwandlung von Quarzen verschiedener Vorkommen bei etwas unterschiedlichen Temperaturen erfolgen kann; sie beschreiben die Bestimmung der Inversionstemperatur als „finger print method“, um Aussagen über den geologischen Bildungsort der Quarze machen zu können. Die Ergebnisse der eigenen differentialthermoanalytischen Bestimmungen der Inversionstemperatur (=Ti) von 145 Quarzen (130 verschiedene Vorkommen; 72 magmatische, 31 authigen in Sedimenten gebildete, 17 metamorphe Quarze, 25 detritische Quarze aus Sedimenten) bei exakt standardisierten Bedingungen sowohl bei der Probenbehandlung als auch bei der DTA-Aufnahmetechnik (Genauigkeit der Temperaturbestimmung: ±0,1° C) werden in Tabellen angegeben und diskutiert.
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1.
Der Ti-Mittelwert der untersuchten magmatischen Quarze liegt bei 573,2° C, der der authigenen Quarze bei 563,58°. Die Ti aller untersuchten Quarze liegt zwischen 536,9 und 576,3° C.
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2.
Die Temperatur von 570,9°±0,1° C bildet einen „Grenzwert“ zwischen den Ti der magmatischen und den der authigen in Sedimenten gebildeten Quarze: die Ti sämtlicher untersuchten authigenen Quarze liegt unter diesem Wert, die Ti aller untersuchten magmatischen Quarze darüber.
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3.
Es läßt sich keine Abhängigkeit der Inversions- von den Bildungstemperaturen beobachten, wie sie von Keith und Tuttle beschrieben wird. Zwar ist eine Abhängigkeit der Ti-Erniedrigung von der Zunahme der Substitution Si4+ durch Al3+ + Alkalien festzustellen, doch ist die Menge der in das Quarzgitter aufgenommenen Fremdionen vor allem von den Konzentrationen dieser Ionen in den Lösungen bzw. Schmelzen, aus denen die Quarze kristallisiert sind, abhängig.
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4.
Neben der Aufnahme von Fremdionen in das Gitter sind für die Variation der Ti kristallphysikalische Faktoren wichtig. Bei authigen in Sedimenten gebildeten Quarzen ist die Ti umso niedriger, je schlechter der Kristallisationsgrad ist. Die niedrigste Ti aller untersuchten Proben weist mikrokristalliner Quarz aus Kieselgallen auf. Der Einfluß von Fehlordnungen und den Faktoren, die sie hervorrufen, wird diskutiert, besonders im Zusammenhang mit der Ti metamorpher Quarze, die sich nicht in ein Schema einordnen lassen.
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5.
Einschlüsse von Mineralen, Flüssigkeiten oder Gasen haben keinen feststellbaren Einfluß auf die Ti.
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6.
Die Quarze eines metamorphen Profils (Beaume-Tal, Cévennen), das Gesteine sämtlicher Subfazies sowohl der Grünschiefer- als auch der Amphibolitfazies umfaßt, zeigen charakteristische Unterschiede in der Ti, die sich zum Teil als ein „Rekristallisations-Effekt“ deuten lassen.
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7.
Die Brauchbarkeit der Ti-Bestimmung als petrologisches Hilfsmittel wird umrissen.
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Meinem verehrten Lehrer, Herrn Prof. Dr. Drs. h. c. C. W. Correns, verdanke ich die Anregung zu dieser Arbeit und einige wertvolle Hinweise. Für fördernde Diskussionen danke ich Herrn Doz. Dr. A. G. Herrmann, für die kritische Durchsicht des Manuskripts Herrn Prof. Dr. E. Althaus, für die Überlassung von Proben Frl. Dr. R. Knoke, Frau Dipl.-Min. R. Kurze, Herrn Prof. Dr. C. W. Correns, Herrn Dr. H. J. Tobschall, Herrn Dipl.-Geol. P. van Straaten, Herrn Dipl.-Min. G. Menschel.
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Smykatz-Kloss, W. Die Hoch-Tiefquarz-Inversion als petrologisches Hilfsmittel. Contr. Mineral. and Petrol. 26, 20–41 (1970). https://doi.org/10.1007/BF00373338
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