background image

GEOLOGICA  CARPATHICA,  APRIL  2007,  58,  2,  121—131

www.geologicacarpathica.sk

Introduction

High-pressure,  true  eclogite  facies  rocks  have  previously
been  unknown  in  the  Western  Carpathians  (e.g.  Krist  et  al.
1992;  Bezák  et  al.  1993).  In  recent  years,  relics  of  eclogite
facies  metamorphism  have  been  inferred  in  some  garnet-
and  clinopyroxene-bearing  metabasites  of  the  basement  of
the  Central  Western  Carpathians.  In  these  rocks  a  high-
pressure  stage  has  been  deduced  from  textures  as  symplec-
tites,  kelyphites  and  coronas,  indicating  a  breakdown  of
primary  omphacite  (e.g.  Hovorka  &  Méres  1989;  Janák  et
al.  1997  and  references  therein).

The  pre-Tertiary  complexes  of  the  Central  Western  Car-

pathians  comprise  six  principal  superunits:  the  Tatric,  Ve-
poric  and  Gemeric  thick-skinned  basement/cover  sheets,
and  the  Fatric,  Hronic  and  Silicic  detachment  cover  nappe
systems  (Plašienka  et  al.  1997).  Presumed  eclogites  have
been  described  from  several  so-called  “core  mountains”:
Tribeč  (Hovorka  &  Méres  1990),  Malá  Fatra  (Hovorka  et
al.  1992a;  Janák  &  Lupták  1997;  Korikovsky  &  Hovorka
2001),  Western  Tatra  (Janák  et  al.  1996)  and  Low  Tatra
(Spišiak  &  Pitoňák  1990),  all  belonging  to  the  Tatric  Unit.
Moreover,  high-density  nitrogen  inclusions  identical  to
those  observed  in  well-preserved  eclogites  of  the  world
have  been  identified  in  the  metabasites  of  the  Western
Tatra  (Janák  et  al.  1996;  Hurai  et  al.  2000).  Finally,  om-
phacite  has  been  discovered  in  metabasites    of  the  north-
ern  Veporic  Unit  (Janák  et  al.  2003).

Following  the  first  report  (Janák  et  al.  2003),  we  present

here  more  in  detail  the  mineralogical  and  petrologic  fea-
tures  of  eclogites  from  the  northern  Veporic  Unit  in  the

Petrology and metamorphic P-T conditions of eclogites from

the northern Veporic Unit (Western Carpathians, Slovakia)

MARIAN  JANÁK

1

,  ŠTEFAN  MÉRES

2

  and  PETER  IVAN

2

1

Geological Institute, Slovak Academy of Sciences, Dúbravská cesta 9, P.O. Box 106, 840 05 Bratislava 45, Slovak Republic;

marian.janak@savba.sk

2

Department of Geochemistry, Faculty of Natural Sciences, Comenius University, Mlynská dolina G, 842 15 Bratislava, Slovak Republic

(Manuscript received May 25, 2006; accepted in revised form October 10, 2006)

Abstract: Eclogites with rarely preserved peak metamorphic assemblage omphacite + garnet + phengite + rutile + zoisite +
quartz ± amphibole are present in the northern parts of the Veporic Unit, in the Central Western Carpathians of Slovakia.
Retrogression led to breakdown of primary phases. Apart from inclusions in the garnet, primary omphacite (Cpx I) has
been  converted  to  symplectites  of  clinopyroxene  with  lower  Na  and  Al  content  (Cpx II)  and  sodic  plagioclase.  This
resulted from the decompression to the high-pressure granulite facies stability field. Several generations of amphibole
(pargasite, hornblende, and actinolite) are evidence of a transformation down to amphibolite and even greenschist facies
conditions.  Geothermobarometry  on  the  eclogite  facies  mineral  assemblage  garnet + omphacite + quartz + phengite  al-
lowed us to constrain the maximum pressure and temperature conditions of around 2.5 GPa and 700 ºC, implying initial
subduction  to  depths  of  around  80 km.  Our  study  supports  previous  indications  on  the  existence  of  eclogites  in  the
Western Carpathians; careful observations can discover high-pressure phases in potential eclogite-facies rocks. This can
be  essential  to  regional  correlations  and  elucidation  of  the  tectonometamorphic  evolution  of  the  Western  Carpathians
during  the  Variscan  orogeny.

Key words: Western Carpathians, retrogression, high-pressure metamorphism, omphacite, eclogite.

Central  Western  Carpathians.  The  microtextures,  mineral
assemblages  and  their  compositions,  which  constrain  the
high-pressure  eclogite  stage  and  subsequent  retrogression
during  decompression  are  described.  The  peak  metamor-
phism,  eclogite  facies  stage  P-T  conditions  are  evaluated
by  thermobarometry.  We  propose  that  the  formation  of
eclogites  resulted  from  subduction,  most  probably  during
the  Variscan  orogeny.  However,  resolving  their  initial  set-
ting  and  protolith  are  beyond  the  scope  of  this  paper.

Geological background

The  investigated  eclogites  occur  in  the  northern  parts  of

the  Veporic  Unit  (Fig. 1).  The  Veporic  Unit  consists  of  pre-
Alpine  basement  that  is  overlain  by  the  Upper  Paleozoic—
Triassic  sedimentary  cover.  The  magmatic  and  metamorphic
history  of  the  Veporic  Unit  was  polyphase,  comprising  the
pre-Variscan,  Variscan,  Permian  and  Alpine  events  (e.g.
Plašienka  et  al.  1997  and  references  therein).

The  northern  parts  of  the  Veporic  Unit  are  composed  of

several  basement  complexes  covered  by  Permian  and  Meso-
zoic  rocks  (Fig. 1).  The  eclogites  are  part  of  the  basement
termed  the  Hron  Complex  (Klinec  1966),  leptyno-amphibo-
lite  complex  (Hovorka  et  al.  1992b,  1994,  1997)  or  layered
metaigneous  complex  (Putiš  et  al.  1997).  In  this  paper  we
use  the  term  “leptyno-amphibolite  complex”  (LAC).  In  the
investigated  area,  LAC  is  composed  of  several  rock  types.
The  most  abundant  are  amphibolites  and  gneisses  (both
ortho-  and  para-gneisses).  These  are  strongly  deformed  and
retrogressed  to  epidote  amphibolites,  micaschists  and  phyl-

background image

122

JANÁK, MÉRES and IVAN

lites.  Within  these  rocks,  massive  metaultramafites,  met-
agabbros  and  garnet-clinopyroxene  amphibolites  occur  as
blocks  and  lenses  of  meter  to  tens  of  meters  size.  The  met-
agabbros  have  partly  well-preserved  their  primary  cumulate
texture  and  minerals  (Ivan  et  al.  1996;  Méres  et  al.  1996;
Putiš  et  al.  1997).  Less  metamorphosed  rocks  within  this
complex  (phyllites,  metasandstones,  mafic  volcanics  and
volcanoclastics)  have  been  distinguished  as  Jánov  grúň
Complex  (Miko  1981)  of  probably  Permian  age  (Kotov  et
al.  1996).  In  the  investigated  area  these  rocks  are  considered
to  be  diaphtorites  of  LAC  amphibolites  and  therefore  not
shown  on  the  map.  Pre-Alpine  granitoids  together  with  as-
sociated  gneisses  and  micaschists  strongly  affected  by  Al-
pine  mylonitization  belong  to  the  Krá ova  ho a  Complex.
The  intrusion  age  of  these  granitoids  is  350 Ma  according
to  SHRIMP  dating  of  zircons  (Gaab  et  al.  2006b).  The  Pred-
ná  ho a  Complex  is  composed  of  Paleozoic,  low-grade

metamorphosed  phyllites,  metasandstones,  basic  volcanics
and  volcanoclastics.  Permian  rocks  comprise  metamor-
phosed  conglomerates,  sandstones,  arkoses  and  greywackes
locally  with  volcanogenic  material.  Mesozoic  rocks  consist
of  Triassic  carbonates  and  quartzites  affected  by  low-grade
metamorphism  in  the  Cretaceous  time  (Vrána  1966;  Korik-
ovsky  et  al.  1997;  Lupták  et  al.  2003).

Petrography and mineral chemistry

The  investigated  eclogites  have  been  found  in  the  out-

crops  in  the  Koleso  and  Krivu a  Valleys  north  of  He pa
(Fig. 1).  The  eclogites  occur  mostly  as  lenses  and  boudins
within  amphibolites;  the  best-preserved  forming  the  cores
of  such  lenses.  Reddish  garnet  and  pale  green  clinopyrox-
ene  are  variably  replaced  by  amphibole  (Fig. 2a,b).  Micro-

Fig. 1.  Simplified  geological  map  of  the  northern  parts  of  the  Veporic  Unit  modified  from  Biely  et  al.  (1992)  showing  locations  of  the
investigated eclogites.

background image

123

PETROLOGY AND METAMORPHIC P-T CONDITIONS OF ECLOGITES (SLOVAKIA)

structures  along  with  variations  in  mineral  chemistry  sug-
gest  that  the  rocks  have  experienced  a  multistage  metamor-
phic  history.  The  composition  of  main  mineral  phases  was
determined  using  a  CAMECA  SX-100  electron  microprobe
at  the  State  Geological  Institute  of  Dionýz  Štúr    in  Bratisla-
va.  The  analytical  conditions  were  15 kV  accelerating  volt-
age  and  20 nA  beam  current,  with  a  peak  counting  time  of
20  seconds  and  a  beam  diameter  of  2—10  m.  Raw  counts

were  corrected  using  a  PAP  routine.  Mineral  abbreviations
are  according  to  Kretz  (1983).

Garnet

Garnet  is  poikiloblastic  with  inclusions  of  clinopyrox-

ene,  amphibole,  quartz,  zoisite  and  rutile/ilmenite.  It  is
surrounded  and  partly  resorbed  by  clinopyroxene—pla-

Fig. 2. Textures of the investigated eclogites. a – Photograph of relatively well-preserved eclogite in sample VV 40. b – Detail of tex-
ture  with  reddish  garnet  and  pale  green  clinopyroxene  variably  replaced  by  amphibole  in  sample  VV  33.  c—f  –Photomicrographs  of
the eclogite facies minerals breakdown.  c,d – Garnet porphyroblasts surrounded and partly resorbed by clinopyroxene-plagioclase-am-
phibole symplectites, larger amphiboles are at a distance from the garnet contacts. Sample VV 33, plane-polarized light. e – More ad-
vanced stage of retrogression with large pleochroic, green to brown-green amphiboles replacing garnet in VV 33, plane-polarized light.
f – Symplectite of red-brown biotite with plagioclase and quartz (white) after phengite. Sample VV 41, plane-polarized light.

background image

124

JANÁK, MÉRES and IVAN

gioclase—amphibole  symplectites  (Figs. 2c,d  and  3a),  and
amphibole-plagioclase  kelyphites  (Fig. 2e,f).  The  com-
position  of  garnet  (Table 1)  shows  a  large  range  of  al-
mandine  (52—62 mol %),  pyrope  (6—20 mol %),  grossular
(27—40 mol %)  and  spessartine  (1—2 mol %)  end  mem-

bers.  The  compositional  profiles  in  the  individual  grains
(Figs. 3c  and  5)  are  very  smooth,  showing  steady  Mg  in-
crease  concomitant  with  Fe  and  Fe/Fe+Mg  decrease  from
the  core  to  the  rim,  at  nearly  constant  Ca,  which  is  charac-
teristic  for  a  prograde  growth  zoning.  The  maximum  Mg

Table 1: Representative analyses of garnet. Formula normalization to 12 oxygens and 8 cations, Fe

3+

 by charge balance.

Table 2: Representative analyses of clinopyroxene. Formula normalization to 6 oxygens and 4 cations, Fe

3+

 by charge balance.

background image

125

PETROLOGY AND METAMORPHIC P-T CONDITIONS OF ECLOGITES (SLOVAKIA)

and  the  lovest  Fe/Fe+Mg  occur  close  to  the  rim.  In  the  out-
ermost  part  of  the  rims,  Mn,  Fe  and  Fe/Fe+Mg  rise  whereas
Mg  drops  as  a  result  of  resorption  due  to  retrogression.

Clinopyroxene

Primary  clinopyroxene  (Cpx I)  –  omphacite  occurs  as  in-

clusions  in  garnet,  attaining  the  size  of  mostly  less  than  10

micrometers  (Fig. 3a,b)  but  larger  omphacite  of  several  tens
of  micrometers  can  also  be  observed  (Figs. 3d  and  4a—c).
The  composition  of  omphacite  varies  between  individual
samples  but  also  within  grains  (Table 2).  The  jadeite  con-
tent  shows  a  wide  range  from  26—29 mol %  to  39—
41 mol %.  Differences  in  the  Mg/Fe  ratio  are  most  probably
due  to  bulk  chemistry  as  reflected  also  by  other  minerals.
Breakdown  of  omphacite  led  to  the  formation  of  less  jadei-

Fig. 3.  Back-scattered  electron  (BSE)  images.  a—d  –  Garnet  porphyroblasts  with  inclusions  of  primary  clinopyroxene  –  omphacite.
a,b  –  Minor  inclusions  of  pristine  omphacite  in  sample  VV  41.  c,d  –  Breakdown  of  larger  omphacite  to  symplectite  of  Cpx  II  (light
grey) and plagioclase (black) in sample VV 40. The arrow in garnet marks the position of the compostional profile shown on Fig. 5. e –
BSE image showing symplectites of clinopyroxene II (light grey), amphibole (dark grey) and plagioclase (black) in sample VV 186. f – BSE
image of phengite partially replaced by symplectite of biotite and plagioclase in sample VV 186.

background image

126

JANÁK, MÉRES and IVAN

Table 3: Representative analyses of phengite. Formula normalization to 11 oxygens.

te-rich  Cpx II,  which  forms  symplectitic  intergrowths  with
Na-rich  plagioclase  (Figs. 3d,e  and  4c—e).  Amphibole  is  also
common  in  these  symplectites  but  appears  to  be  a  later
phase  replacing  the  pyroxene.  The  secondary  Cpx II  has  a
lower  Na  and  higher  Ca  but  a  similar  Fe  content  to  primary
Cpx I  during  this  transformation,  as  documented  by  compo-
sitional  maps  of  these  elements  (Fig. 4d—f).

Phengite

Phengite  commonly  associated  with  quartz  occurs  in  the

matrix.  Mineral  compositions  show  a  wide  range  in  Mg/Fe

ratio  and  up  to  3.4 Si  p.f.u  (Table 3).  Breakdown  of  pheng-
ite  led  to  the  formation  of  biotite  and  plagioclase  which
form  the  symplectitic  intergrowths  (Figs. 2f  and  3f).

Amphibole

Amphibole  occurs  as  several  compositional  and  textural

types.  Amphibole  inclusions  in  garnet  (Amp I)  form  small
euhedral  crystals,  and  are  classified  as  hornblende  to  par-
gasite.  Amphibole  II  of  pargasitic  composition  can  be  rec-
ognized  in  kelyphitic  rims  around  garnets  as  lath-shaped
crystals,  or  symplectitic  intergrowths  with  clinopyroxene

Table 4:  Representative  analyses  of  amphibole.  Formula  normalization  to  23  oxygens,  Fe

3+

  as  average  from  minimum  and  maximum

constraints.

background image

127

PETROLOGY AND METAMORPHIC P-T CONDITIONS OF ECLOGITES (SLOVAKIA)

Fig. 4.  BSE  images  and  compositional  X-ray  maps  of  the  omphacite  breakdown.  a  –  BSE  image  of  omphacite  inclusions  in  garnet,
sample VV 33. b – Detail of omphacite. c – Breakdown of primary Cpx I (omphacite) to Cpx II, plagioclase, amphibole and calcite as
retrograde phases.  d—f – Quantitative X-ray maps of area in (c) showing Na, Fe and Ca distribution. Note that complex compositional
zonation with highest Na in (d) and lowest Ca in (f) is seen within the Cpx I domain.

and  plagioclase  (Figs. 2c—f,  3a,e  and  4c—e).  Matrix  am-
phiboles  (Amp III)  at  a  distance  from  the  garnet  contacts
are  relatively  large,  pleochroic,  dark  green  to  brown-green
poikiloblastic  grains,  of  hornblende  to  pargasite  composi-
tion.  Actinolite  (Amp IV)  is  a  later  phase  that  formed
around  earlier  amphiboles.  The  compositions  of  amphib-
oles  are  presented  in  Table 4.

Minor  phases

Zoisite  is  common  as  inclusions  in  garnet  porphyro-

blasts  and  it  is  considered  to  be  a  part  of  the  eclogite  fa-
cies  assemblage.  Epidote  (clinozoisite)  is  present  in  the
matrix  where  it  is  commonly  associated  with  amphibole  as
retrograde  phases.  Plagioclase  occurs  only  as  a  secondary

background image

128

JANÁK, MÉRES and IVAN

mineral,  forming  symplectites  with  Cpx II  and  biotite  after
omphacite  and  phengite.  Plagioclase  is  also  present  in  the
kelyphitic  rims  around  garnet.  K-feldspar  is  a  minor  phase
found  as  inclusion  in  garnet.  Quartz  occurs  in  garnet,  in
kelyphites,  and  in  the  matrix.  Rutile  and  ilmenite  are
ubiquitous  as  inclusions  in  garnet,  matrix  amphibole,  and
kelyphites.  Sphene  is  abundant  in  the  most  retrograded
domains  and  biotite;  chlorite  and  calcite  have  been  recog-
nized  as  additional  retrograde  minerals.

Geothermobarometry

Peak  metamorphic  conditions  have  been  calculated

from  geothermobarometry  on  the  eclogite  facies  mineral
assemblage  garnet+omphacite+phengite.  A  combination
of  the  garnet-clinopyroxene  Fe

2+

—Mg  exchange  geother-

mometer  of  Ravna  (2000)  with  the  geobarometer  utilizing
the  net-transfer  reaction  equilibrium:

3 celadonite + 2 grossular + pyrope = 6 diopside + 3 muscovite
                                                                                                 (1)

calibrated  by  Ravna  &  Terry  (2004)  has  been  used.  A  com-
bination  of  the  activity  model  for  the  phengite  solid  solu-
tion  by  Holland  &  Powell  (1998),  the  clinopyroxene
activity  model  of  Holland  (1990),  and  the  garnet  activity
model  of  Ganguly  et  al.  (1996)  were  selected  as  recom-
mended  by  Ravna  &  Terry  (2004).  We  used  omphacite
with  the  highest  jadeite  content,  garnet  with  maximum
(a

grs

)

2

. (a

py

)  and  phengite  with  the  highest  Si  content  to

calculate  maximum  pressure  conditions.  For  garnet-om-
phacite  geothermometry  the  ferric  Fe  in  garnet  and  om-
phacite  was  calculated  from  the  stoichiometry.  In  the
omphacite,  we  have  also  calculated  the  ferric  Fe  contents
following  the  procedure,  which  only  allocates  Fe

3+

  if  there

is  excess  Na  over  the  content  of  Al  present.

Fig. 5. Compositional profile of garnet  in sample VV 40. The po-
sition of line is shown on Fig. 3c.

Fig. 6. Peak metamorphic P-T conditions for eclogites of the north-
ern Veporic Unit. The post-peak decompression is shown by arrow.
The  metamorphic  facies  grid  is  from  Okamoto  &  Maruyama
(1999).  BS  –  blueschist  facies,  EA  –  epidote  amphibolite  facies,
AM  –  amphibolite  facies,  HGR  –  high-pressure  granulite  facies,
Lw-EC – lawsonite eclogite facies, Ep-EC – epidote eclogite fa-
cies, Amp-EC – amphibole eclogite facies, Dry-EC – dry eclog-
ite  facies.  The  quartz-coesite  curve  is  calculated  from
thermodynamic data of Holland & Powell (1998).

The  intersection  values  of  garnet-clinopyroxene  ther-

mometer  with  equilibrium  (1)  in  four  investigated  samples
are  presented  in  Table 5.  They  yield  a  pressure  of  2.3—
2.7 GPa  and  temperature  in  the  range  of  684—725 ºC.
These  pressure  and  temperature  values  correspond  well  to
the  stability  field  of  eclogite  facies  metamorphism  (Fig. 6).
The  spread  in  temperature  and  pressure  can  be  attributed
to  the  post-eclogite  facies  reequilibration  during  decom-
pression  and  exhumation.  Post  peak  metamorphic  over-
print  may  cause  partial  redistribution  of  Fe  and  Mg
between  garnet  and  clinopyroxene.  Uncertainty  related  to
the  oxidation  state  of  iron  can  be  an  additional  problem
concerning  the  estimation  of  temperature.  According  to
Ravna  &  Paquin  (2003),  the  uncertainty  of  garnet—cli-
nopyroxene  thermometer  may  be  ±60 ºC.  The  garnet-cli-
nopyroxene-phengite  barometer  applied  here  may  give
invariably  higher  pressures  than  the  original  calibration  of
Waters  &  Martin  (1993,  1996)  or  its  other  applications
(e.g.  Carswell  et  al.  1997).  Except  different  barometric  ex-
pressions  this  stems  largely  from  the  preferred  garnet  ac-
tivity  model  used.  Nevertheless,  it  can  be  seen  from
several  applications  that  the  calibration  of  Ravna  &  Terry

background image

129

PETROLOGY AND METAMORPHIC P-T CONDITIONS OF ECLOGITES (SLOVAKIA)

Table 5: P-T values for the peak metamorphic stage.

(2004)  gives  consistent  values  for  most  HP/UHP  metamor-
phic  terrains  examined.  Taking  into  consideration  all
these  factors,  maximum  P-T  conditions  for  the  Veporic
eclogites  appear  to  be  around  2.5 GPa  at  700 ºC.

Discussion

The  estimated  P-T  conditions  together  with  preservation

of 

peak 

assemblage 

Grt+Cpx I+Phn+Rt+Qtz+Zo±Amp

clearly  document  the  eclogite  facies  stage.  If  amphibole
inclusions  in  garnet  really  belong  to  the  peak-pressure  as-
semblage  is  not  equivocal  but  the  experimental  data  would
limit  their  stability  to  2.5—2.6 GPa  at  650—700 ºC  (e.g.  Poli
&  Fumagalli  2003).  Most  of  the  amphibole  forming  the
symplectites,  kelyphites  and  matrix  post-dates  the  peak
pressure  conditions.  Breakdown  of  omphacite  leads  to  its
replacement  by  symplectitic  intergrowths  of  sodic  plagio-
clase  and  clinopyroxene  with  lower  Na  and  Al  content  than
the  initial  clinopyroxene.  This  is  important  to  stress  with  re-
spect  to  discussion  on  formation  of  such  symplectites  in  the
garnet-clinopyroxene  metabasites  of  the  Western  Car-
pathians  where  omphacite  has  not  been  found  (e.g.  Hovorka
&  Méres  1989,  1990;  Hovorka  et  al.  1992a;  Janák  et  al.
1996,  1997;  Korikovsky  &  Hovorka  2001;  Faryad  et  al.
2005).  Janák  et  al.  (1996)  “reconstructed”  such  omphacite
with  Jd

36

  from  the  modal  proportions  in  Cpx II  –  plagio-

clase  symplectites  in  metabasites  of  the  Western  Tatra.
These  authors  estimated  the  “minimum”  P-T  conditions  of
1.5—1.6 GPa  at  650—750 ºC  for  eclogite  facies  stage,  accord-
ing  to  the  reaction  Ab=Jd+Qtz.  As  an  alternative  to  the
breakdown  of  omphacite,  Korikovsky  &  Hovorka  (2001)
proposed  that  Cpx+Plg  symplectites  were  produced  by  the
prograde  reaction  from  the  epidote  amphibolite  to  amphib-
olite  facies  at  moderate  pressure,  on  the  basis  of  their  obser-
vations  from  the  Malá  Fatra  metabasites.  Consequently,
Korikovsky  &  Hovorka  (2001)  suggested  that  these  rocks
reached  only  the  amphibolite  facies  conditions,  without
any  high-pressure,  eclogite  facies  stage.

As  is  generally  known,  many  eclogites  have  experi-

enced  an  overprint  at  lower  pressure  conditions  during
their  exhumation.  This  may  result  in  almost  total  decom-
position  of  original  omphacite,  depending  on  several  fac-
tors  such  as,  maintaining  of  high  temperature  and  rate  of
uplift,  deformation  and  access  of  fluids  during  exhuma-
tion.  In  the  investigated  eclogites  from  the  Veporic  Unit
the  resulting  mineral  assemblage  of  Grt+Cpx+Pl+Qtz  is
the  same  as  that  found  in  many  eclogites  overprinted  in

the  high-pressure  granulite  facies  conditions  during  their
exhumation,  as  pointed  out  by  O’Brien  &  Rötzler  (2003).
Therefore  the  eclogites  of  the  Veporic  Unit  may  have  fol-
lowed  a  P-T  path  from  the  eclogite  to  high-pressure  granu-
lite  and  amphibolite  facies  as  illustrated  in  Fig. 6.

Although  the  timing  of  eclogite  facies  metamorphism  in

the  Western  Carpathians  remains  uncertain,  available  data
from  the  host  rocks  of  eclogites  support  its  pre-Alpine  age.
Microprobe  dating  of  monazite  from  the  kyanite-bearing
para-  and  ortho-gneisses  in  the  northern  Veporic  Unit
yielded  two  groups  of  ages:  an  older  –  Ordovician,  ca.
470 Ma  and  a  younger  –  Carboniferous,  ca.  340 Ma.  This
is  interpreted  as  records  of  pre-Variscan  magmatism  and
Variscan  metamorphism  (Janák  et  al.  2002).  Pre-Variscan
magmatism  in  the  Veporic  Unit  has  been  determined  from
dating  of  zircons  as  Cambrian  (multi-grain  method,  Putiš
et  al.  2001)  or  Ordovician  (single-grain  method,  Gaab  et
al.  2006a,b).  In  the  northern  Veporic  Unit  the  zircons  show
metamorphic 

overprint 

in 

the 

Carboniferous 

(350—

340 Ma)  time  (Putiš  et  al.  2001;  Gaab  et  al.  2006b).  There-
fore  we  assume  that  the  timing  of  high-pressure
metamorphism  of  the  investigated  eclogites  was  Variscan,
whereas  their  magmatic  protoliths  could  be  pre-Variscan,
most  probably  Ordovician.  Estimated  maximum  P-T  con-
ditions  (2.5 GPa;  700 ºC)  suggest  that  eclogites  were  sub-
ducted  to  depths  of  about  80 km.  Such  metamorphic
conditions  were  very  different  from  those  during  the  Al-
pine  orogeny  in  the  Western  Carpathians.  Alpine  meta-
morphism  attained  a  maximum  of  600—620 ºC  at  1—1.2 GPa
in  the  southern  parts  of  the  Veporic  Unit  (Janák  et  al.  2001),
resulting  from  the  crustal  thickening  during  the  Cretaceous
time,  after  closure  of  the  Meliata  Ocean.  However,  it  is  not
clear  whether  eclogites  underwent  their  retrograde  overprint
during  the  Variscan  and/or  Alpine  time.  Published  Ar-Ar
data  on  amphiboles  from  the  northern  Veporic  Unit  yield
mostly  the  pre-Alpine  dates  (Maluski  1993;  Dallmeyer  et  al.
1996;  Krá   et  al.  1996)  and  Putiš  et  al.  (1997)  estimated  the
P-T  conditions  of  about  500 ºC  at  0.8—0.9 GPa  for  Alpine
metamorphism  in  this  area.  This  implies  that  metamorphic
evolution  of  eclogites  in  the  northern  Veporic  Unit  oc-
curred  mainly  during  the  Variscan  orogeny  and  their  Alpine
overprint  was  rather  weak.

Conclusions

(1)  The  pre-Alpine  basement  of  the  Western  Carpathians

contains  relics  of  a  former  high-pressure  metamorphism.
These  are  rarely  preserved  in  metabasites  of  the  northern
Veporic  Unit.

(2)  Documentation  of  eclogite  facies  assemblage  to-

gether  with  application  of  geothermobarometry  allows  re-
cording  the  peak  conditions  of  metamorphism,  with
maximum  pressure  and  temperature  of  around  2.5 GPa  and
700 ºC.  This  may  reflect  initial  subduction  to  depths  of
about  80 km.  Subsequent  retrogression  led  to  breakdown
of  primary  phases,  apart  from  inclusions  in  the  garnet,  pri-
mary  omphacite  has  been  converted  to  symplectites  of  di-
opside  and  plagioclase.

background image

130

JANÁK, MÉRES and IVAN

(3)  Our  study  supports  previous  indications  on  the  exist-

ence  of  eclogites  in  the  Western  Carpathains.  Breakdown
reactions  and  inclusions  of  primary  minerals  are  extremely
informative  for  retrograded  eclogites.  Careful  observations
can  discover  high-pressure  phases  in  potential  eclogite-fa-
cies  rocks.  This  can  be  essential  to  the  elucidation  of  the
Variscan  orogenic  events  in  the  Western  Carpathians.

Acknowledgments:  We  thank  E.  Krogh  Ravna,  S.  Vrána
and  D.  Plašienka  for  their  helpful  reviews.  This  work  was
supported  by  the  Slovak  Research  and  Development
Agency  under  the  contracts  No. APVT-20-020002,  APVT-
20-016104  and  APVV-51-046105,  and  Scientific  Grant
agency  VEGA,  Grants  No. 2/6092/26  and  1/2025/05.

References

Bezák V., Sassi F.P., Spišiak J. & Vozárová A. 1993: An outline of

the  metamorphic  events  recorded  in  the  Western  Carpathians
(Slovakia).  Geol.  Carpathica  44,  6,  351—364.

Biely  A.,  Beňuška  P.,  Bezák  V.,  Bujnovský  A.,  Halouzka  R.,

Ivanička J., Kohút M., Klinec A., Lukáčik E., Maglay J., Miko
O., Pulec M., Putiš M. & Vozár J. 1992: Geological map of the
Nízke Tatry Mts. 1:50,000. GÚDŠ, Bratislava.

Carswell  D.A.,  O’Brien  P.J.,  Wilson  R.N.  &  Zhai  M.  1997:  Ther-

mobarometry  of  phengite-bearing  eclogites  in  the  Dabie  Moutains
of central China. J. Metamorphic Geology 15, 239—252.

Dallmeyer R.D., Neubauer F., Handler R., Fritz H., Müller W., Pana

D.  &  Putiš  M.  1996:  Tectonothermal  evolution  of  the  internal
Alps  and  Carpathians:  Evidence  from 

40

Ar/

39

Ar  mineral  and

whole-rock  data.  Eclogae  Geol.  Helv.  89,  203—227.

Faryad  S.W.,  Ivan  P.  &  Jacko  S.  2005:  Metamorphic  petrology  of

metabasites  from  the  Branisko  and  Čierna  hora  Mountains
(Western Carpathians Slovakia). Geol. Carpathica 56, 3—16.

Gaab  A.,  Janák  M.,  Poller  U.  &  Todt  W.  2006a:  Alpine  reworking

of Ordovician protoliths in the Western Carpathians: Geochro-
nological  and  geochemical  data  on  the  Muran  Gneiss  Com-
plex,  Slovakia.  Lithos  87,  261—275.

Gaab A.S., Poller U., Janák M. & Todt W. 2006b: Zircon U-Pb geo-

chronology  and  isotopic  characterization  of  the  pre-Mesozoic
basement  of  the  Northern  Veporic  Unit  (Central  Western  Car-
pathians, Slovakia). Schweitz. Mineral. Petrogr. Mitt. 85, 69—88.

Ganguly J., Cheng W. & Tirone M. 1996: Thermodynamics of alu-

minosilicate  garnet  solid  solution:  new  experimental  data,  an
optimized  model,  and  thermometric  applications.  Contr.  Min-
eral.  Petrology
  126,  137—151.

Holland  T.J.B.  1990:  Activities  of  components  in  omphacite  solid

solutions. Contr.  Mineral.  Petrology  105,  446—453.

Holland  T.J.B.  &  Powell  R.  1998:  An  internally  consistent  thermo-

dynamic  data  set  for  phases  of  petrological  interest.  J.  Meta-
morphic  Geology
  16,  309—343.

Hovorka D. & Méres Š. 1989: Relicts of high-grade metamorphites

in  Tatroveporic  crystalline  of  the  West  Carpathians.  Miner.
Slovaca
  21,  193—201  (in  Slovak  with  English  resume).

Hovorka  D.  &  Méres  Š.  1990:  Clinopyroxene-garnet  metabasites

from  the  Tribeč  Mts.  (Central  Slovakia).  Miner.  Slovaca  22,
533—538.

Hovorka  D.,  Méres  Š.  &  Caňo  F.  1992a:  Petrology  of  the  garnet-

clinopyroxene  metabasites  from  the  Malá  Fatra  Mts.  Miner.
Slovaca
  24,  45—52.

Hovorka  D.,  Méres  Š.  &  Ivan  P.  1992b:  Pre-Alpine  Western  Car-

pathians  Mts.  basement  complexes:  geochemistry,  petrology

and geodynamic setting. Terra Abstr., Supl. 2, Terra Nova 4, 32.

Hovorka  D.,  Méres  Š.  &  Ivan  P.  1994:  Pre-Alpine  Western  Car-

pathians  basement  complexes:  lithology  and  geodynamic  set-
ting. Mitt. Österr. Geol. Gesell. 86, 33—44.

Hovorka  D.,  Ivan  P.  &  Méres  Š.  1997:  Leptyno-amphibolite  com-

plex  of  the  Western  Carpathians:  its  definition,  extent  and  ge-
netical  problems.  In:  Grecula  P.,  Hovorka  D.  &  Putiš  M.
(Eds.):  Geological  evolution  of  the  Western  Carpathians.  Min-
er.  Slovaca,  Monograph—Geocomplex,
  Bratislava,  269—280.

Hurai V., Janák M., Ludhová L., Horn R.E., Thomas R. & Majzlan J.

2000:  Nitrogen-bearing  fluids,  brines  and  carbonate  liquids  in
Variscan  migmatites  of  the  Tatra  Mountains-heritage  of  high
pressure metamorphism. Eur. J. Mineral. 12, 1283—1300.

Ivan  P.,  Hovorka  D.  &  Méres  Š.  1996:  Gabbroid  rocks  –  a  newly

found  member  of  the  leptyno-amphibolite  complex  of  the
Western Carpathians. Slovak Geol. Mag. 3—4, 199—203.

Janák  M.  &  Lupták  B.  1997:  Pressure-temperature  conditions  of

high-grade  metamorphism  and  migmatization  in  the  Malá
Fatra crystalline complex, the Western Carpathians. Geol. Car-
pathica
  48,  287—302.

Janák  M.,  O’Brien  P.J.,  Hurai  V.  &  Reutel  C.  1996:  Metamorphic

evolution  and  fluid  composition  of  garnet-clinopyroxene  am-
phibolites  from  the  Tatra  Mountains,  Western  Carpathians.
Lithos  39,  57—79.

Janák M., Hovorka D., Hurai V., Lupták B., Méres Š., Pitoňák P. &

Spišiak  J.  1997:  High-pressure  relics  in  the  metabasites  of  the
Western Carpathians pre-Alpine basement. In: Grecula P., Ho-
vorka D. & Putiš M. (Eds.): Geological evolution of the West-
ern  Carpathians.  Miner.  Slovaca,  Monograph—Geocomplex,
Bratislava,  301—308.

Janák M., Plašienka D., Frey M., Cosca M., Schmidt S.Th., Lupták

B.  &  Méres  Š.  2001:  Cretaceous  evolution  of  a  metamorphic
core  complex,  the  Veporic  unit,  Western  Carpathians  (Slova-
kia):  P-T  conditions  and  in  situ 

40

Ar/

39

Ar  UV  laser  probe  dat-

ing of metapelites. J. Metamorphic Geology 19, 197—216.

Janák M., Finger F., Plašienka D., Petrík I., Humer B., Méres Š. &

Lupták B. 2002: Variscan high P-T recrystallization of Ordov-
ician  granitoids  in  the  Veporic  unit  (Nízke  Tatry  Mountains,
Western  Carpathians):  new  petrological  and  geochronological
data.  Geolines  14,  38—39.

Janák  M.,  Méres  Š.  &  Ivan  P.  2003:  First  evidence  for  omphacite

and  eclogite  facies  metamorphism  in  the  Veporic  unit  of  the
Western Carpathians. J. Czech Geol. Soc. 48, 1—2, 69—70.

Klinec A. 1966: On the problems of structure and origin of the Ve-

por crystalline complex. Západ. Karpaty 6, 7—28 (in Slovak).

Korikovsky  S.P.  &  Hovorka  D.  2001:  Two  types  of  garnet-cli-

nopyroxene-plagioclase  metabasites  in  the  Mala  Fatra  Moun-
tains  crystalline  complex,  Western  Carpathians:  Metamorphic
evolution, P-T conditions, symplectitic and kelyphitic textures.
Petrology  9,  119—141.

Korikovsky  S.P.,  Putiš  M.  &  Plašienka  D.  1997:  Cretaceous  low-

grade metamorphism of the Veporic and Noth-Gemeric Zones:
a  result  of  collisional  tectonics  in  the  central  Western  Car-
pathians.  In:  Grecula  P.,  Hovorka  D.  &  Putiš  M.  (Eds.):  Geo-
logical  evolution  of  the  Western  Carpathians.  Miner.  Slovaca,
Monograph—Geocomplex,
  Bratislava,  107—130.

Kotov  A.B.,  Miko  O.,  Putiš  M.,  Korikovsky  S.P.,  Salnikova  E.B.,

Kovach V.P., Yakovleva S.Z., Bereznaya N.G., Krá  J. & Krist
E. 1996: U-Pb dating of zircons of postorogenic acid metavol-
canics: a record of Permian-Triassic taphrogeny of the Western
Carpathian basement. Geol. Carpathica 47, 2, 73—79.

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

40

Ar/

39

Ar  spectra

from  the  hornblende-bearing  rocks  of  the  Veporic  unit.  Miner.
Slovaca  
28,  501—513.

Kretz R. 1983: Symbols for rock forming minerals. Amer. Mineral-

ogist  68,  277—279.

background image

131

PETROLOGY AND METAMORPHIC P-T CONDITIONS OF ECLOGITES (SLOVAKIA)

Krist E., Korikovsky S.P., Putiš M., Janák M. & Faryad S.W. 1992:

Geology  and  petrology  of  metamorphic  rocks  of  the  Western
Carpathian  crystalline  complexes.  Comenius  University  Press,
Bratislava,  1—324.

Lupták  B.,  Janák  M.,  Plašienka  D.  &  Schmidt  S.Th.  2003:  Alpine

low-grade  metamorphism  in  the  Veporic  Unit,  Western  Car-
pathians:  phyllosilicates  composition  and  crystallinity  data.
Geol.  Carpathica  54,  367—375.

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

40

Ar-

39

Ar dating of the In-

ner Carpathians Variscan basement and Alpine mylonitic over-
print.  Tectonophysics  223,  313—337.

Méres  Š.,  Hovorka  D.  &  Ivan  P.  1996:  Gabbroids  within  the  Ve-

poric Unit of the Nízke Tatry Mts. (Western Carpathians). Min-
er. Slovaca
 28, 1, 38—44 (in Slovak with English resume).

Miko  O.  1981:  Mid-Paleozoic  volcano-sedimentary  Jánov  grúň

complex  in  the  Veporic  crystalline  of  the  Nízke  Tatry  Mts.
Geol. Zbor. Geol. Carpath. 32, 465—474 (in Russian).

O’Brien P.J & Rötzler J. 2003: High-pressure granulites: formation,

recovery  of  peak  conditions  and  implications  for  tectonics.  J.
Metamorphic  Geology
  21,  3—20.

Okamoto  K.  &  Maruyama  S.  1999:  The  high-pressure  synthesis  of

lawsonite  in  the  MORB+H

2

O  system.  Amer.  Mineralogist  84,

362—373.

Plašienka D., Grecula P., Putiš M., Hovorka D. & Kováč M. 1997:

Evolution  and  structure  of  the  Western  Carpathians:  an  over-
view.  In:  Grecula  P.,  Hovorka  D.  &  Putiš  M.  (Eds.):  Geologi-
cal  evolution  of  the  Western  Carpathians.  Miner.  Slovaca,
Monograph—Geocomplex,
  Bratislava,  1—24.

Poli S. & Fumagalli P. 2003: Mineral assemblages in ultrahigh pressure

metamorphism: A review of experimentally determined phase di-
agrams. EMU Notes in Mineralogy. Vol. 5, Chapt. 10, 307—340.

Putiš  M.,  Filová  I.,  Korikovsky  S.P.,  Kotov  A.B.  &  Madarás  J.

1997:  Layered  metaigneous  complex  of  the  Veporic  basement
with  features  of  the  Variscan  and  Alpine  thrust  tectonics  (the
Western  Carpathians).  In:  Grecula  P.,  Hovorka  D.  &  Putiš  M.
(Eds.):  Geological  evolution  of  the  Western  Carpathians.  Min-
er.  Slovaca,  Monograph— Geocomplex,
  Bratislava,  176—196.

Putiš  M.,  Kotov  A.B.,  Korikovsky  S.P.,  Salnikova  E.B.,  Yakovleva

S.Z., Berezhnaya N.G., Kovach V.P. & Plotkina J.V. 2001: U/Pb
zircon  ages  of  dioritic  and  trondhjemitic  rocks  from  a  layered
amphibolitic  complex  crosscut  by  granite  vein  (Veporic  base-
ment, Western Carpathians). Geol. Carpathica 52, 49—60.

Ravna  E.J.K.  2000:  The  garnet-clinopyroxene  Fe

2+

—Mg  geother-

mometer:  An  updated  calibration,  J.  Metamorphic  Geology
18,  211—219.

Ravna  E.J.K.  &  Paquin  J.  2003:  Thermobarometric  methodologies

applicable  to  eclogites  and  garnet  ultrabasites.  EMU  Notes  in
Mineralogy
,  Vol. 5,  Chapt. 8,  229—259.

Ravna E.J.K. & Terry M.P. 2004: Geothermobarometry of UHP and

HP  eclogites  and  schists  –  an  evaluation  of  equilibria  among
garnet—clinopyroxene—kyanite—phengite—coesite/quartz.  J.  Metam-
orphic  Geol
ogy  22,  579—592.

Spišiak J. & Pitoňák P. 1990: Nízke Tatry Mts. crystalline complex

– new facts and interpretation (Western Carpathians, Czecho-
slovakia). Geol. Zbor. Geol. Carpath. 41, 377—392.

Vrána  S.  1966:  Alpidische  Metamorphose  der  Granitoide  und  Foe-

derata-Serie im Mittelteil der Veporiden. Zbor. Geol. Vied, Zá-
pad.  Karpaty
  6,  29—84.

Waters  D.J.  &  Martin  H.N.  1993:  Geobarometry  of  phengite-bear-

ing eclogites. Terra Abstracts 5, 410—411.

Waters  D.J.  &  Martin  H.N.  1996:  The  Garnet—Cpx—Phengite  ba-

rometer.  Recommended  calibration  and  calcualtion  method,
updated  1

st

  March  1996.  http://www.earth.ox.ac.uk/davewa/re-

search/eclogites/ecbarca.html.