background image

GEOLOGICA CARPATHICA, 49, 3, BRATISLAVA, JUNE 1998

161–167

THE BREAKDOWN OF MONAZITE IN THE WEST-CARPATHIAN

VEPORIC ORTHOGNEISSES AND TATRIC GRANITES

IGOR BROSKA

and PAVOL SIMAN

2

1

Geological Institute, Slovak Academy of Sciences, Dúbravská cesta 9, 842 26 Bratislava, Slovak Republic; geolbros@savba.savba.sk

Slovak Geological Survey, Mlynská dolina 1, 815 00 Bratislava, Slovak Republic

(Manuscript received June 26, 1997; accepted in revised form March 24, 1998)

Abstract: The complete breakdown of monazite was observed in metagranites of the Veporic Superunit while  only

slight alteration of monazite occurs in unmetamorphosed Tatric granitoids (Tribeè Mts.,  Malá Fatra and Strážovské

vrchy Mts.). Monazite breakdown is probably a result of the reaction monazite+annite+anorthite+quartz+fluids giv-

ing  apatite+allanite+muscovite.  During  monazite  breakdown  its  margins  are  replaced  outward  by  apatite  corona,

allanite rim and  REE-rich epidote. In extreme cases monazite cores are fully consumed  by apatite which occupies  the

place of the former monazite. The result of such breakdown is grains with apatite cores and the allanite–REE epidote

rims. The monazite breakdown in the Veporic Superunit occurred  under conditions of amphibolite facies during an

Alpine  metamorphic  event,  although  the  proccess  of  breakdown  had  probably  already  started  during  the  Variscan

metamorphosis. In the case of  monazite from Tatric granites initial breakdown of monazite was found in the context

of Variscan subsolidus granite alteration. Only restricted mobility of the REE is supposed during the breakdown of

monazite.

Key words: Alpine metamorphism, REE mobility, monazite, allanite, granite, metagranite.

Introduction

Monazite and allanite are two of the most frequent primary

magmatic  LREE    acccessory  mineral  phases  of  granitoids,

however,  they  show  an  antipathetic  relationship  —  either

monazite or allanite is present in granitoids, or one of  them

strongly prevails in paragenesis (Lee & Dodge 1964; Lya-

khovich 1968; Gromet & Silver 1983; Broska & Uher 1991;

Montel 1993). Generally monazite is typical of S-type, Ca-

poor or peraluminious granitoid accessory mineral paragen-

esis, while allanite is reported mainly from I-type granitoids

(Snetsinger 1967; Parrish 1990).

Both  monazite  and  allanite  can  also  form    during  meta-

morphism, where they show the dichotomy known from the

felsic  magmas.  Accessory  monazite  is  rare  in  the  green-

schist facies, rare to scarce in amphibolite facies, and quite

abundant in the granulite facies of metamorphic rocks. On

the contrary, allanite or REE-rich zoisite is common at low-

er  metamorphic  grades  (Overstreet  1967).  However,  in  the

Ori Dome low-grade slates (Central Pyrenees) poikiloblas-

tic monazite was described, which nucleated on small detri-

tal  grains  during  anchimetamorphic  conditions.  In  green-

schist  facies  this  monazite  is  replaced  by  allanite  (Bons

1988). Metamorphic monazite, as grey Eu-rich monazite, is

also  known  from  greenschist  facies  (Donnot  et  al.  1973;

Read et al. 1987), but monazite was also reported in stauro-

lite-kyanite metamorphic grade (Mohr 1984) or staurolite-in

isograde in conditions of 525 

o

C and 3 kb (Smith & Barreiro

1990).  Franz  et  al.  (1996)  described  monazite  in  Bavaria

newly  formed  at  ca.  450–700 

o

C  in  low  pressure

metapelites.  The  possible  origin  of  monazite  from  break-

down of allanite or allanite hornblende and apatite in the au-

gen gneisses from the Swedish-Norwegian province in Cpx-

in and Opx-on isograde showed Bingen et al. (1996).

The aim of the paper is to describe the monazite being re-

placed by allanite which we have found in the Western Car-

pathian granites and metagranites. The first replacement of

monazite by allanite was reported from pegmatite in North

Carolina (Murata et al. 1957) and some remarks on this al-

teration  phenomenon  in  the  alkalic  complex  of  the  Vish-

nevyje gory can  be found in Yeskova & Ganzyeva (1964).

The origin of deuteric allanite and sphene during chloritiza-

tion  of  biotite  in  the  Dartmoor  Granite  was  described  by

Ward et al. (1992).  Secondary allanite as a product of chlori-

tization  was  also  reported  from  the  Bohus  Granite  in  SW

Sweden  (Eliasson  &  Petersson  1996).  The  recent  work  of

Finger et al. (1998) brings a modern and comprehensive  de-

scription of monazite breakdown in localities from the Austri-

an part of the Alps and from the Southern Bohemian Massif.

Total monazite breakdown in West-Carpathian metagran-

ites from the Veporic Superunit is described in this contribu-

tion. We also report a low-degree monazite alteration during

postmagmatic subsolidus activity of the fluids in non or (an-

chi)-metamorphic Tatric granites.

Geological setting

Migmatites with signs of a high degree of monazite break-

down belong to the Veporic basement which consists of three

basic lithotectonic units (Bezák 1994). The lower unit occurs

mainly in the southern part of the Veporic basement, the mid-

dle unit is thrust over the lower unit, the upper unit is present

background image

162                                                                                             BROSKA and SIMAN

in  separate  tectonic  remnants  beyond  the  studied  area.  The

lower unit consists of Lower Paleozoic metamorphites of the

greenschist  facies  (mica  schists,  albitic  gneisses,  chlorite-

muscovite  schists).  The  middle  unit  comprises  a  broader

scale  of  metamorphites  starting  from  the  upper  part  of  the

greenschist facies up to the upper part of the amphibolite fa-

cies. The age of the above mentioned metamorphites is uncer-

tain, but probably Proterozoic to Early Paleozoic. The studied

migmatites come from the locality Lipové village in the mid-

dle unit (loc. 4 in Fig. 1). According to Siman et al. (1996a)

the P-T conditions for the earliest metamorphism of the host

rocks with migmatite structure and with the tonalite composi-

tion  (Fig. 2) were 680–730 

o

C at 400–600 MPa and around

550–600 

o

C for a retrograde branch. The degree of  Alpine

overprint  is  a  matter  of  discussion,  but  the  minimum  tem-

perature estimate is T  480–510 

o

C and around 7 kbars (Si-

man et al. l.c.).

By  contrast,  only  low  degrees  of  monazite  breakdown

were observed in the granites of the Tatric Superunit (Fig.

1). The Tatric granites which form the cores of the crystal-

line basement in the central Western Carpathians belong to

the two main Carboniferous granite groups: S-type granites

are the most widespread granite type, while I-type granites

(Petrík et al. 1994), which include mainly granitoids known

as  the  Sihla  type  sensu  lato  are  less  frequent  (Broska  &

Petrík  1993).  No  metamorphism,  or  only  anchimetamor-

phism  is  known  in  these  granites,  but  strong  subsolidus

overprint of the primary mineral assemblage is their typical

phenomenon.  Monazite  alteration  was  found  in  the  Tribeè

Granite (I-type), Malá Fatra Mts. and Malá Magura Granite

(both  S-type).  Biotite  granite  in  the  Tribeè  Mts.  occurs  in

the form of veins 1–0.1 m in size which cut the undifferenti-

ated  biotite  tonalite  host  rocks  near  the  Kozlišov  elevation

point.  The  occurrences  in  the  Malá  Fatra  Mts.  come  from

the Bystrièka quarry (leucocratic granodiorite), in the Malá

Magura two mica granite showing monazite breakdown was

found in the Chvojnica Valley (Fig. 1).

Petrography and mineral composition

Migmatite from the Veporic Superunit

The  host  migmatites  with  a  high  degree  of  monazite

breakdown consist of well developed paleosom and neosom

up  to  5 mm  thick  (Fig. 2).  They  are  peraluminious  “meta-

greywacks”  (lacking  Al

2

O

5

  phases  and  containing  quartz,

plagioclase, biotite, phengite, ±K-feldspar, chlorite). Synge-

netic ductile deformation associated with partial melting in

the whole hybrid complex was observed. Plagioclase forms

partly  retrogressed  to  granoblastic  aggregates  of  more  or

less sodic grains filled with sericite±zoisite. In the most de-

formed places plagioclase is replaced by albite and/or seric-

ite felt. The  maximum anorthite content is in the range of

An

20

 to An

25

. Quartz represents mylonitic crushed grains or

it  is  recrystallized  into  granoblastic  aggregates.  K-feldspar

is  found  as  cataclastic  and  from  place  to  place  shows  per-

thitic texture. White mica has a phengitic composition, bi-

otite has Mg/(Mg+Fe) from 0.33 to 0.57,  Al

VI

 varies from

0.6 to 1, TiO

2

 is up to 3 wt. % (Siman et al. 1996a).  Two

types of garnet occur in the migmatites. The older garnet has

almandine-pyrope compositions, the younger garnet forming

rims  around  older  garnets  (sometimes  isolated  grains)  with

33–40 % grossularite molecule (Siman et al. 1996a).

Granites from the Tatric 

5KFAH

unit

The  strong  sericitization  of    plagioclases,  chloritization

and epidotization of the biotites are characteristic alterations

of  the  main  mineral  assemblages  in  these  Tatric  granites.

The basicity of the plagioclase is mainly An

30-20

, the biotite

in the Tribeè locality is relatively Mg-rich, with Fe/(Fe+Mg)

ranging from 0.4–0.5, on the other hand in the S-type gran-

ites  from  the  Malá  Magura  and  Malá  Fatra  Mts.  there  are

Fe-rich  biotites  with  Fe/(Fe+Mg)  above  0.6  and  more  Ti-

rich in comparison with the I-type  in the Tribeè Mts. (Petrík

& Broska 1994; Broska et al. 1997). The Malá Fatra granite

almost lost its biotite due to its strong alteration to chlorite

and white mica and only part of the monazite grains inside

of  biotite  or  former  biotite  are  attacked  by  fluids  and

Fig. 1. Geological outlines of the crystalline basement of the West-

ern Carpathians with the localities of the monazite breakdown ob-

servation.  The  light  shaded  area  represents  the  granite  bodies  of

the Tatric units. The darker shade filling represents the areal distri-

bution of the hybrid complex in the Veporic Superunit, which is a

structure of host migmatites and orthogneisses with a high degree

of monazite breakdown (locality Lipové for example), arrows ap-

prox.  indicate the position of the studied localities:  1  —  Tribeè

Mts., Velèice village, 750 m W from the elevation point Kozlišov.

Outcrop on the slope. 2 — Malá Fatra Mts. Kra¾ovany, Bystrièka

quarry. 3 — Strážovské vrchy Mts., Suchý, Chvojnica Valley. 4 —

Slovak Ore Mts. Kokava/Rimavica, 2 km from Kokava direction to

Šoltýska, outcrop on the road near the village of Lipové.

Fig. 2. Example of migmatite structure from the  Lipové locality

(hybrid complex, Veporic Superunit). Scale bar is 1 cm.

background image

THE BREAKDOWN OF MONAZITE IN THE WEST- CARPATHIAN VEPORIC ORTHOGNEISSES                    163

changed to allanite. The chemical compositions of the gran-

ites  with  altered  monazites  as  well  as  migmatite  from  the

Veporic Superunit are presented in Table 1.

Monazite breakdown

Monazite,  a  common  accessory  phase  in  the  migmatite

and metagranites from the Veporic Superunit is transformed

into apatite and allanite-epidote in the way which was first

observed and described in the Granatspitze Granite Tauern

Window,  Penninic  Unit,  Eastern  Alps  (Finger  et  al.  1998)

(Fig. 3A). The size of grains is around 10 

µ

m but in some

cases monazite reaches up to 200 

µ

m. The monazite grains

are surrounded by tiny grains of apatite which always con-

tinues  outwards  as  allanite–epidote,  with  irregular  shapes

which often penetrate into the biotite grains (Fig. 3A). Cas-

es where only unhomogeneous apatite is surrounded by al-

lanite-epidote rim are also present, and in this case no mon-

azite  remnants  in  the  cores  of  the  apatite–allanite–epidote

mineral complex have been observed. Such phenomena rep-

resent  the  last  stage  of  the  monazite  transformation  when

the monazite is completely replaced by newly-formed apa-

tite and allanite minerals (Fig. 3B). The rim forming allanite

consists of two principal phases — the inner part which is

richer  in  REE  elements,  the  outer  part  which  has  epidote

composition (Fig. 3A, Table 2). The inner part of allanite-

epidote phase respects the monazite morphology, the outer-

most epidote phase has low integrity, and often fills cracks

and spaces within sheets in the biotite.

During replacement the phosphorus anion from monazite is

fixed in apatite, REE‘s enter  the allanite and epidote. The el-

ements  nourishing  the  growing  allanite,  such  as  silica,  iron

and aluminium as well as OH groups come from annite, and

calcium mainly from anorthite components. It is possible to

express the breakdown of monazite in the form of a hypothet-

ical reaction where hydrogen comes from dissociated water:

monazite + annite + anorthite + quartz + fluids = apatite +

allanite + muscovite (or K-feldspar)

or in chemical form:

3LaPO

4

 + KFe

3

(Si

3

AlO

10

)(OH,F)

2

 + 4CaAl

2

Si

2

O

8

 + 3SiO

2

+  4Ca

2+

  +    2H

+

 

  Ca

5

(PO

4

)

3

(OH,F)  +  3CaLaFe

Al

2

Si

3

O

12

(OH,F) + KAl(Si

3

AlO

10

)(OH)

2

We suggest that the reaction was activated by the origin

of phosphoric acid on the monazite rim. The apatite, which

originated  firstly  on  the  monazite  rim  could  later  be  the

transport medium for exsolvus of the REE from the mona-

zite  outward  into  the  allanite–epidote,  is  inhomogeneous

and free of the REE. Probably it was in gel form and per-

haps the recent  mosaic or grained polycrystalic structure of

apatite (Fig. 3a,b) indicate this stage. In this sense the apa-

tite is the memory of the role of the phosphoric acid in the

monazite breakdown processes.

The  monazite  breakdown  recorded  in  the  Alps  and  the

Southern Bohemian Batholith is known only from the granite

lithologies which were overprinted by Alpine metamorphism

under amphibolite facies. On the other hand metapelite lithol-

ogy  brings  an  opposite  effect,  when  during  these  metamor-

phic conditions new monazite is formed Finger et al. (l.c.).

 The breakdown of the monazite in the Tatric granites is

not  so  widespread,  and  the  processes  produce  only  small

fringes  of  allanite  without  an  intercalated  apatite  zone.

However, the apatite zone is most probably also present in

the  monazite-allanite  grains,  and  is  not  detectable  in  the

studied samples only as a result of its small size. The pro-

cess of monazite breakdown is found in the S-type, granite

but also in the I-type, especially in the more evolved or dif-

ferentiated varieties of the Tatric Superunit.

Discussion

Because  the  subsolidus  fluids  were  able  to  transform

monazite to allanite only in the restricted form (Ward et al.

1992; Eliasson & Petersson 1996), the high degree of mona-

zite breakdown from Lipové (Veporic Superunit) could be a

result of metamorphic processes. In the case of the primary

monazite from the non-metamorphic Tatric granites, where

only initial breakdown of monazite was observed, the mon-

azite breakdown should coincide with chloritization during

subsolidus  pervasive  alteration  of  these  granites.  On  the

other  hand,  the  high  degree  of  monazite  breakdown  in  the

Lipové migmatite suggests the overprint of monazite during

Magura

Tribeè Malá Fatra

Veporic

Superunit*

BGM-1

T-37

BMF-1

VM-4/90

SiO

2

66.58

72.60

68.26

64.34

TiO

2

0.67

0.15

0.34

0.91

Al

2

O

3

16.32

13.61

16.71

15.91

Fe

2

O

3

0.83

1.33

2.49

2.84

FeO

2.83

0.64

n.d.

4.86

MnO

0.01

0.03

0.04

0.12

MgO

1.54

0.59

0.71

2.36

CaO

3.51

1.59

2.81

2.38

Na

2

O

3.85

3.32

5.09

2.97

K

2

O

2.04

4.68

1.89

3.37

P

2

O

5

0.42

0.21

0.06

0.08

H

2

O

+

            0.9

0.14

1.30

n.d.

H

2

O

-

0.44

1.16

n.d.

n.d.

Total

99.94

100.05

99.70            100.14

Rb

      n.d.

    n.d.

      54

   116

Ba

    820

1020

     n.d.

   953

V

     14

       8

     25

     n.d.

Cu

     55

    <3

      n.d.

     n.d.

Ni

         13.5

         5.4

        0

     n.d.

Zr

  207

120

    154

   314

Co

         6.8

         7.1

        2

     n.d.

Y

      12.6

      17.8

     10

     43

Cr

   14

        2.3

     16

     n.d.

Sr

496

 229

     n.d.

    251

  *mezosom

Table 1: Chemical analyses of the host rocks of altered monazites.

Sample BGM-1 and BMF-1 represent granodiorites, sample T-37

is biotite monzogranite. VM-4/90 represents a typical migmatite to

orthogneiss of the hybrid complex of the Veporic basement.

background image

164                                                                                             BROSKA and SIMAN

metamorphosis,  and  it  should  be  similar  to  the  process

known  from  the  Alpine  terrain  in  the  Tauern  Window

(Granatspitz  granite  gneiss),  Austro-Alpine  Unit  (Raabal-

pen  Massif,  Winnebach  migmatite  gneiss,  Sulztal  granite

gneiss, Zinken granite gneiss) and the Moravian Unit in the

Eastern  Bohemian  Massif  (Witersfeld  gneiss,  Bitesch

gneiss)  (Finger  et  al.  1998).  The  observed  breakdown  of

monazite  in  all  the  mentioned  cases  occurred  in  the    am-

phibolite  facies  (500–600 

o

C  and  4–7 kbar)  (Finger  et  al.

1998 and references therein).

The  monazite  zoning  (Fig.  3A,  Table  2),  indicating  its

magmatic  origin  (Lipové  locality)  in  the  formerly  felsic

magmatite of Devonian age, is also preserved during mona-

zite  breakdown  in  the  monazite  cores.  Felsic  magmatites

from  the  early  Variscan  stage  (Devonian  age)  are  known,

apart from the Veporic hybrid complex, also in the Western

and Low Tatras, Ve¾ká Fatra (Petrík & Kohút in press). Af-

ter  the  emplacement  of  the  Devonian  felsic  magma,  intru-

sions  of  the  layered  magmas  into  shear  zones  are  known

from this area, as a process accompaning the main Variscan

metamorphic  event,  which  reaches  amphibolite  facies  in

this area and with the formation of orthogneisses and mig-

matites.  The  breakdown  of  monazite  in  the  Lipové  meta-

granites,  in  this  sense,  started  as  a  result  of  this  prograde

metamorphism  of  the  amphibolite  stage  and  deformation

during thrusting together with the Hercynian thickening and

the  following  relaxation  (Siman  et  al.  1996a,b),  which  is

dated by the main Variscan granite intrusions of the S-type

granites (Cambel et al. 1990) ca. 350–330 Ma.

The  P-T  conditions  during  the  Alpine  metamorphism

which contributed to the breakdown of the monazite in the

Veporic Superunit, especially in its southern part, are being

widely discussed at present. In this region the Alpine meta-

morphic assemblages  as well as the mineral zoning indicate

Table 2: Representative microprobe analyses of the grain 1 and 2 in the migmatite from Veporic Superunit. The points of analyses are in

the BSE images (see Fig. 3). The measure conditions: 20kV, 20 nA, 3 M beam diameter, using ZAF corection and natural and synthetic

standards. Jeol Superprobe 733.

Grain

1

1

1

1

1

1

1

2

2

2

2

Sample

VM-2

VM-2

VM-2

VM-2

VM-2

VM-2

VM-2

VM-2

VM-2

VM-2

VM-2

Mineral

mnz

mnz

mnz

ap

aln

aln

REE-ep

ap

aln

aln

REE-ep

Position

1

2

3

4

5

6

7

1

2

3

4

SiO

2

0.39

0.45

0.33

1.83

32.00

31.06

40.26

0.21

32.54

36.15

36.04

P

2

O

5

30.47

30.43

30.84

39.33

0.00

0.00

0.00

41.68

0.00

0.00

0.00

CaO

1.00

0.72

0.88

52.15

11.79

11.69

19.71

54.23

12.54

20.88

21.75

La

2

O

3

11.38

11.15

13.32

0.00

3.99

3.53

0.00

0.00

7.21

5.41

3.93

Ce

2

O

3

26.23

27.18

28.17

0.00

8.98

8.57

0.00

0.00

6.45

0.22

0.00

Pr

2

O

3

3.68

3.92

3.74

0.00

1.49

1.47

0.08

0.00

0.00

0.00

0.00

Nd

2

O

3

10.63

11.82

10.83

0.00

4.79

4.53

0.34

0.00

3.19

0.61

0.42

Sm

2

O

3

2.92

3.57

2.87

0.00

0.88

0.98

0.11

0.00

0.35

0.15

0.14

Gd

2

O

3

2.76

3.17

2.22

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Yb

2

O

3

0.27

0.27

0.23

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Y

2

O

3

4.65

3.68

3.02

0.00

0.65

0.30

0.31

0.00

0.14

0.00

0.00

ThO

2

3.97

3.56

3.57

0.00

0.22

0.83

0.00

0.00

1.92

0.00

0.00

UO

2

1.30

0.19

0.42

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Al

2

O

3

0.00

0.00

0.00

1.04

16.33

18.01

21.78

0.02

22.42

27.24

26.95

FeO

0.00

0.00

0.00

0.66

12.57

11.64

6.51

0.00

10.00

6.49

7.13

MnO

0.00

0.00

0.00

0.00

0.16

0.18

0.09

0.00

0.00

0.00

0.00

MgO

0.00

0.00

0.00

0.00

0.23

0.30

0.51

0.00

0.37

0.07

0.06

TiO

2

0.00

0.00

0.00

0.00

0.24

0.26

0.06

0.00

0.20

0.15

0.15

PbO

0.77

0.13

0.12

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Total

100.42

100.24

100.56

95.01

94.32

93.35

89.76

96.14

97.33

97.37

96.57

Si

0.015

0.017

0.013

0.321

3.114

3.028

3.423

0.036

2.952

2.971

2.968

P

0.992

0.992

0.999

5.843

0.000

0.000

0.000

6.125

0.000

0.000

0.000

Ca

0.041

0.030

0.036

9.804

1.229

1.221

1.795

10.086

1.219

1.838

1.919

La

0.161

0.158

0.188

0.000

0.143

0.127

0.000

0.000

0.241

0.164

0.119

Ce

0.369

0.383

0.395

0.000

0.320

0.306

0.000

0.000

0.214

0.007

0.000

Pr

0.052

0.055

0.052

0.000

0.053

0.052

0.002

0.000

0.000

0.000

0.000

Nd

0.146

0.163

0.148

0.000

0.166

0.158

0.010

0.000

0.103

0.018

0.012

Sm0.039

0.047

0.038

0.000

0.030

0.033

0.003

0.000

0.011

0.004

0.004

Gd

0.035

0.040

0.028

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

Yb

0.003

0.003

0.003

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

Y

0.095

0.075

0.062

0.000

0.034

0.016

0.014

0.000

0.007

0.000

0.000

Th

0.035

0.031

0.031

0.000

0.005

0.018

0.000

0.000

0.040

0.000

0.000

U

0.011

0.002

0.004

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

Al

0.000

0.000

0.000

0.215

1.873

2.069

2.182

0.004

2.397

2.638

2.616

Fe

0.000

0.000

0.000

0.097

1.023

0.949

0.463

0.000

0.759

0.446

0.491

Mn

0.000

0.000

0.000

0.000

0.013

0.015

0.006

0.000

0.000

0.000

0.000

Mg

0.000

0.000

0.000

0.000

0.033

0.044

0.065

0.000

0.050

0.009

0.007

Ti

0.000

0.000

0.000

0.000

0.018

0.019

0.004

0.000

0.014

0.009

0.009

Pb

0.008

0.001

0.001

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

background image

THE BREAKDOWN OF MONAZITE IN THE WEST- CARPATHIAN VEPORIC ORTHOGNEISSES                    165

a  progressive  trend  of  metamorphism  (Méres  &  Hovorka

1991;  Kováèik  et  al.  1996).  According  to  Kováèik  et  al.

(1996), the Alpine regional metamorphism occurred at tem-

peratures estimated between 350 and 500 

o

C and under low

to medium pressure conditions (300 MPa) i.e. in greenschist

metamorphic  conditions.  According  to  these  authors,  the

Alpine regional metamorphism is characterized by infiltra-

tion  metamorphism  and  relatively  high  fluid  pressure,

which could have contributed to the reduction of lithostatic

pressure. The model implying convective fluid  flows, oper-

ating due to higher heat flow as well as differences in per-

meability of the rocks, seems to fit the geodynamic interpre-

tation of the Alpine metamorphism of the southern Veporic

Superunit (Kováèik et al. 1996). On the other hand the latest

geothermobarometric  calculations  give  higher  P-T  condi-

tions during peaks of metamorphism: 550–600 

o

C and 800–

1000 MPa (Janák et al. 1997; Plašienka et al. 1997), which

represents the amphibolite facies (epidote–amphibolite sub-

facies).  According  to  Plašienka  et  al.  (1997),  the  Alpine

metamorphism  in  the  southern  Veporic  Superunit  was

caused by burial of the Veporic basement as well as its Per-

momesozoic cover during the Cretaceous collisional events.

The  possibility  of  the  temperature  exceeding  500 

o

C  in

some parts of the southern Veporic Superunit is also indicat-

ed by Krá¾ et al. (1996). The Alpine metamorphism in this

sense  triggered  the  intensive  breakdown  of  the  monazite

(Fig. 3) as in the case of the Alpine terraine because the am-

phibolite facies was reached, which seems to be a neccessa-

ry condition for extensive development of this process (Fin-

ger  et  al.  1998).  Although  the  high  degree  of  monazite

breakdown reflects both the Late-Variscan and Alpine meta-

morphic  events  in  a  hybrid  complex  (the  Lipové  locality),

the contribution of  Alpine metamorphism was more signifi-

cant which is the reason for monazite instability with areal

distribution  in  the  southern  Veporic  Superunit.  The  mona-

zite  breakdown  is  observable  not  only  in  the  hybrid  com-

plex (Fig. 1) but this phenomenon is also known in the adja-

cent  area.  Recently  Hraško  et  al.  (1997)  described  apatite

with allanite rim in Klenovec granites and also in the Rima-

vica Granite (oral communication).

The  age  of  the  Alpine  metamorphism  which  caused  the

monazite breakdown was determined as around 110 Ma by the

40

Ar/

39

Ar method on amphiboles. Then, after the metamorphic

peak conditions, the Veporic Superunit was uplifted and younger

Ar/Ar ages of around 88 Ma are connected with the emplace-

ment of  higher superficial nappes (Kováèik et al. 1996).

REE  mobility:  The  monazite  breakdown  indicates  a  mo-

bility of the rare earth elements, but it seems that it was in

restricted form and the mobilization of REE‘s was on a local

scale only. It could be stated that the monazite grains pre-

served features of their primary magmatic zonality with in-

creasing LREE (La, Ce) towards the rim of the grains and

decreasing yttrium (Table 2), while the REE whole rock pat-

terns of the studied samples in the Tatric granites show no

significant anomalies (Broska et al. 1997). The diffusion of

the REE was continual which is evident from the REE pat-

tern  of  the  monazite  and  its  breakdown  products,  newly

formed allanite (Fig. 4). The rapid decrease of  REE in al-

lanite to REE-epidote in the small distance to the outermost

rim of brokendown monazite also suggests that only limited

mobility of REE occurred.

Fig. 3. The BSE images of the analyzed grains from the magmatite (Hybrid complex, locality Liešnica). The number of analyses are the

curent position of the analyses from Table 2. A—Grain 1 consists of a monazite core (Mnz), apatite transition zone (Ap) and rim of allan-

ite-REE epidote (Aln). B—Grain 2 has an apatite core and allanite-REE epidote rim. The analyses of grains A and B are given in Table 1.

Fig. 4. REE pattern of the monazite core and the newly-formed al-

lanite in the metagranite of the Veporic Superunit.

background image

166                                                                                             BROSKA and SIMAN

Conclusion

The replacement of primary magmatic monazite by meta-

morphic  allanite  and  apatite  was  observed  in  the  Lipové

migmatite  and  other  metagranites  from  the  Veporic  Supe-

runit (Western Carpathians). The Alpine metamorphic event

caused the widespread breakdown of primary monazite  in

the Veporic Superunit, although we presume that the mona-

zite transformation started already during the late-Variscan

orogenesis.  The replacement is accompanied by formation

of  a  transition  zone  between  these  mineral  phases  which

consist of apatite. Apatite was formed from phosphoric acid

and  it  acted  as  a  transport  medium  for  the  rare  earth  ele-

ments outward from monazite. Sometimes total breakdown

of monazite occurred. In this case monazite completely dis-

appeared and only apatite remains in the core of grains over-

grown by allanite and REE epidote. The monazite reaction

with biotite and anorthite which produced the allanite may

have been triggered by fluids with higher activity of phos-

phorus.  The  P-T  conditions  of  this  replacement  were  esti-

mated for amphibolite facies.

A  much  lower  degree  of    monazite  breakdown  was  ob-

served in the Tatric granites. In this case we concluded that

the  monazite  alteration  coincided  with  pervasive  alteration

of granites in the subsolidus stage.

Acknowledgement: This research was supported by Project

No. 150 of Lise-Meitner stipendium (Austria) and (Ga 4078

VEGA Slovak Acad. Sci.). The authors are thankful for crit-

ical comments and discussion with Prof. Dr. F. Finger from

Salzburg University, and also wish to thank Dr. Igor Petrík

from the Geological Institute of the Slovak Academy of Sci-

ances who helped improve the final version of the paper.

References

Bezák V., 1994: Proposal of the new dividing of the Western Car-

pathian  crystalline  based  on  the  Hercynian  tectonic  building

reconstruction.  Miner.  slovaca,  26,  1–6  (in  Slovak  with  En-

glish resume).

Bingen B.,  Demaiffe  D.  &  Hertogen  J.,  1996:  Accessory  mineral

assemblage  in  amphibolite  (allanite  +  titanite)  to  granulite

(monazite  +  thorite)  facies  metaluminious  orthogneisses

(S.W. Norway). Geochim. Cosmochim. Acta, 60, 8, 1341–1354.

Bons A.J., 1988: Intracrystalline deformation  and  slaty cleavage

development  in  very  low-grade  slates  from  the  Central

Pyrenees. Geol. Ultraiectina, 173.

Broska I. & Uher P., 1991: Regional typology of zircon and their

relationship  to  allanite/monazite  antagonism  (on  example  of

Hercynian granitoids of the Western Carpathians). Geol. Car-

pathica, 42, 271–277.

Broska I. & Petrík I., 1993: Tonalite of the Sihla s.l.: a Variscan

plagioclase-biotite  I-type  magmatite  in  the  Western  Car-

pathians. Miner. slovaca, 25, 23–28 (in Slovak with English

resume).

Broska I., Petrík I. & Benko P., 1997: Petrology of the Malá Fatra

granitoid  rocks  (Western  Carpathians,  Slovakia).  Geol.  Car-

pathica, 48, 1, 27–37.

Cambel B., Krá¾ J. & Burchart J., 1990: Isotopic geochronology of

the Western Carpathian crystalline complex with catalogue of

data. Veda, Bratislava, 1–183 (in Slovak, English summary).

Donnot M., Guigues J., Lulzac Y., Magnien A., Parfenpff A. & Pi-

cot  P;  1973:    Un  nouveau  type  de  gisement  d‘europium:  la

monazite grise a europium en nodules dans les schistes paléo-

zoiques de Bretagne. Mineralium Deposita, 8, 7–18.

Eliasson T. & Petersson J., 1996: Deuteric accessory phases in the

Bohus granite, SW Sweden. GFF 118 Jubilee Issue.

Finger  F.,  Broska  I.,  Roberts  M.P.  &  Schermaier  A.,  1998:  Re-

placement of primary monazite by apatite-allanite-epidote co-

ronas in an amphibolite facies granite gneiss from the Eastern

Alps. Amer. Mineralogist, 83, 3–4, 248–258.

Franz G., Andrehs G. &  Rhede C., 1996: Crystal chemistry of monazite

and xenotime from Saxothuringian-Moldanubian metapelites, NE

Bavaria, Germany. Eur. J. Mineral., 8, 1097–1118.

Gromet L.P. & Silver L.T., 1983: Rare earth element distributions

among  minerals  in  a  granodiorite  and  their  petrogenetic  im-

plications. Geochim. Cosmochim. Acta, 47, 5, 925–940.

Hraško ¼., Bezák V. & Molák B., 1997: Postorogenic peraluminous

two-mica  granites and granite-porphyries in the Kohút Zone of

the  Veporicum  Unit  (Klenovec–Zlatno  area).  Miner.  slovaca,

29, 113–135 (in Slovak, English abstract).

Janák M., Plašienka D., Schmidt S.T. & Frey M., 1997: Cretaceous

tectonometamorphic  evolution  of  the  Veporicum  core  com-

plex (Western Carpathians, Slovakia). In: Deformation mech-

anisms  in  nature  and  experiment.  International  Conference

Basel 17. –19. March 1997.

Kováèik M., Krá¾  J. &  Maluski H., 1996: Metamorphic rocks in

the  Southern  Veporicum  basement:    their  Alpine  metamor-

phism  and  thermochronologic  evolution.  Miner.  slovaca,  28,

185–202 (in Slovak, English summary).

Krá¾ J., Frank W. & Bezák V., 1996: Hornblende 

40

Ar/

39

Ar spektra

from the hornblende-bearing rocks of the Veporic unit. Miner.

slovaca, 28, 501–513 (in Slovak, English summary).

Lee D.E. &  Dodge F.C.W., 1964: Accessory minerals in some gra-

nitic rocks in California and Nevada as a function of Calcium

content. Amer. Mineralogist, 49, 1660–1670.

Lyakhovich V.V., 1968: Trace elements in the granitoid accessory

minerals. Nedra, 1–309  (in Russian).

Maluski H., Rajlich P. & Matte P., 1993: Ar

40

/Ar

39

 dating of the In-

ner Carpathian Variscan basement and Alpine mylonitic over-

printing. Tectonophysics, 223, 313–337.

Méres Š. & Hovorka D., 1991: Alpine metamorphic recrystalization

of  the  pre-Carboniferous    metapelites  of  the  Kohút  crystalline

complex  (the Western Carpathias). Miner. slovaca, 23, 435–442.

Mohr D.W., 1984: Zoned porphyroblasts of metamorphic monazite

in the Anakeesta Formation, Great Smoky Mountains, North

Carolina. Amer. Mineralogist, 69, 98–103.

Montel  J.M.,  1993:  A  model  for  monazite/melt  equilibrium  and

application  to  the  generation  of  granitic  magmas.  Chem.

Geol.,110, 127–146.

Murata  K.J., Rose H.J.jr, Carron, M.K. &  Glass  J.J., 1957: Sys-

tematic variation of rare-earth elements in cerium-earth min-

erals. Geochim. Cosmochim. Acta, 11, 141–161.

Overstreet  W.C.,  1967:  The  geologic  occurrence  of  monazite.

Geol. Surv. Prof. Pap., 530, 1–327.

Parrish  R.R., 1990: U-Pb dating of monazite and its aplication to

geological problem. Canad. J. Earth  Sci., 27, 1431–1450.

Peindl,  1990:  Variszische  und  alpidische  Entwicklungs  gesichte

des  südöstlichen  Raabalpenkristallins  Steiermark.  Unpub-

lished. PhD. theses Univ. Graz, 252

Petrík I., Broska I. & Uher P., 1994: Evolution of the Western Car-

pathian granite magmatism: age, source rock, geotectonic set-

ting and relation to the Variscan structure. Geol. Carpathica,

45, 283–291.

Petrík I. & Broska I., 1994: Petrology of two granite types from the

Tríbeè Mountains, Western Carpathians: an example of allanite

(+magnetite) versus monazite dichotomy. Geol. J., 29, 59–78.

background image

THE BREAKDOWN OF MONAZITE IN THE WEST- CARPATHIAN VEPORIC ORTHOGNEISSES                    167

Petrík I. &  Kohút M. (in press): The evolution of granitoid mag-

matism  during  the  Variscan  orogen  in  the  Western  Car-

pathians. In: Grecula P., Hovorka D., Plašienka D. & Putiš M.

(Eds.): The Variscan and the Alpine evolution of the Western

Carpathians. GS SR, Bratislava.

Plašienka D., 1993: Brief outline of the West Carpathian structure

with an emphasis on the Mesozoic evolution. In: Pitonák P. &

Spišiak  J.,  (Eds.):  PAEWCR  conference,  Excursion  guide,

Stará Lesná, 3–10.

Plašienka  D., Janák M., Frey M. & Schmidt S.T., 1997: Structural

and metamorphic evolution of a Cretaceous core complex: the

Veporic superunit of the Central Western Carpathians (Slova-

kia). EUG 9 Abstracts, Starssbourgh, 158.

Poller U., Todt U., Janák M. & Kohút M., 1997: Pre-Variscan or-

thogneisses of the Western Tatra mountains: U-Pb single zircon

data  by  cathodoluminiscence  controled  dating  (CLC-dating).

EUG 9, Abstracts, Starsbourgh, 488.

Read  D., Cooper D.C. &  McArthur J.M., 1987: The composition

and distribution of nodular monazite in the Lower Palaeozoic

rocks of Great Britain. Mineral. Mag., 51, 271–280.

Siman P., Johan V., Ledru P., Bezák V. & Madarász J. 1996a: Defor-

mation  and  p-T  conditions  estimated  in  „layered  migmatites„

from southern part of Veporicum crystalline basement (Western

Carpathians; Slovakia). Slovak Geol. Mag., 3–4, 209–213.

Siman  P.,  Madarász  J.,  Kováèik  M.,  Schulmann  K.  &  Ledru  P.,

1996b: Petrogenetic relationship between deformation and al-

teration on the example of the extension tectonics of the Ve-

poricum crystalline basement (Central Western Carpathians).

Slovak Geol. Mag., 3–4, 175–178.

Smith  H. A. & Barreiro B., 1990: Monazite U-Pb dating of stauro-

lite  grade  metamorphism  in  pelitic  schists.  Contr.  Mineral.

Petrology, 105, 602–615.

Snetsinger K.D., 1967: Accessory minerals in some Sierra Nevada

granitic rock as a function of calcium content. Amer. Mineral-

ogist, 52, 832–842

Yeskova E.M. & Ganzeyev A.A., 1964: Rare earth elements in the

accessory minerals. Geochimija, 1267–1279 (in Russian).

Ward C.D., McArthur J.M. & Walsh J.N., 1992: Rare earth element

behaviour  during  evolution  and  alteration  of  the  Dartmoor

granite, SW England. J. Petrology, 33, 4, 785–815.