Exogenní (hypergenní = supergenní) nerostotvorné procesy Jsou vyvolávány vnějšími geologickými silami a dochází k nim v připovrchových částech zemské kůry, v kontaktu s hydrosférou a atmosférou (a někdy i biosférou – bakterie). Patří sem procesy zvětrávání hornin a minerálů, transportu a sedimentace, diageneze. Zvětrávání Je to soubor fyzikálních a chemických procesů, při kterých dochází k rozkladu mnohých minerálů a hornin, protože se dostávají do podmínek které se liší od podmínek jejich vzniku (v povrchových podmínkách nejsou stabilní). Vznikají nové minerály (supergenní, sekundární), stálé za daných fyzikálně – chemických podmínek. Procesy zvětrávání Některé nerosty jsou velmi odolné a prakticky nepodléhají zvětrávacím procesům (pouze dochází k jejich mechanickému opracování při transportu): Křemen Si O[2] Akcesorické minerály, odolné zvětrávání : - zirkon Zr Si O[4], - granáty (pyrop, almandin), - staurolit, … - rutil Tyto minerály, také díky své větší hustotě se hromadí ve spodních polohách klastických sedimentů - náplavech (rýžoviskách): - drahé kovy (Au, Pt) - drahokamy (korund, topaz, diamant, pyrop, spinel) - rudní minerály (magnetit, chromit, ilmenit, monazit, xenotim, cínovec, ….) Běžné horninotvorné minerály relativně (ale různě rychle) zvětrávají - obecně - čím dříve krystalovaly (v Bowenově schematu), tím rychleji zvětrávají (př. živce, olivín, slídy, ….) Při zvětrávání horninotvorných minerálů se uvolňují různě pohyblivé ionty, které jsou z místa zvětrávání odnášeny vodou různě rychle: a) mobilní kationty: Na^+ , K^+ , Ca^2+ , Mg^2+............................ b) nemobilní kationty: Al^3+ , Fe^3+ , Ti^3+ , Si^4+ Nejběžnější pochody při zvětrávání: - oxidace - hydrolýza - hydratace - karbonatizace Oxidace Minerály s Fe ^II+ přecházejí na fáze s Fe ^III+ Pyrit, markazit, siderit, … ------ limonit (goethit Fe O OH) (lepidokrokit FeO OH) Mn.............. Síra sulfidů (S ^–II ) se oxiduje až na S ^+VI síranů v supergenních minerálech gossanů (sádrovec, anglesit, …) Hydrolýza silikátů výrazně ovlivňuje: - přítomnost CO[2], rozpuštěného ve vodě - hydrodynamický režim př. zvětráváním albitu (nebo K-živce) může vznikat gibbsit (bauxity) nebo kaolinit (kaolínová ložiska, jíly), - za specifických podmínek montmorillonit (podle pH prostředí) tropické klima: H^+ + NaAlSi[3]O[8] + 7 H[2]O ------- Al (OH)[3] + Na+ 3 H[4]SiO[4] Bauxity kromě gibbsitu diaspor a boehmit (Al O OH) (koloidní SiO[2] – zpevňuje a tmelí sedimenty) humidní klima: 4 H^+ + 4 NaAlSi[3]O[8] + 18 H[2]O ------ Al[4] /Si[4]O[10]/ /OH/[8] + 4 Na^+ + 8 H[4]SiO[4] kaolinit Hydratace př. zvětrávání olivínovce na serpentinity (hadce) (Mg, Fe)[2] Si O[4] ------ Mg[6] Si[4]O[10] / OH/[8 ] olivín serpentin (antigorit, chrysotil) pozn. někdy vzniká mezi konečnými produkty zvětrávání hadce brucit Mg (OH)2 další příklady hydratace biotit ------------------ hydrobiotit -----------------vermikulit muskovit ------------- hydromuskovit ------------------ jílové minerály Karbonatizace působení CO[2] při chemickém zvětrávání př. zvětrávání minerálů serpentinové skupiny Mg[6] Si[4]O[10] /OH/[8] + 6 CO[2] ------ 6 MgCO[3] + 4 SiO[2] + 4 H[2]O magnezit opály př. zvětrávání karbonátových hornin CaCO[3] + H[2]O + CO[2] ------- Ca (HCO[3])[2] kalcit (aragonit) – temperované roztoky , alespoň 30 ^oC Zvětrávání na ložiskách sulfidických rud Zvětrávací profil ložiskem sulfidů – obr. - zóna oxidační (subzóna vyluhování) -------- „gossan“ = klobouk ložiska, oxidační podmínky pozn. Subzóna vyluhování je prakticky zbavena původních rudních minerálů i kovů) - zóna cementační (nabohacení kovy) – pod úrovní hladiny podzemní vody, redukční podmínky. Cementační zóna mívá nejvyšší kovnatosti na ložisku. - zóna primárních rud Tvar a hloubkový dosah zvětrávacího profilu jsou ovlivněny pronikáním vody a atmosferických plynů, klimatické poměry. Vznik sekundárních (supergenních) minerálů (sírany, hydroxidy, karbonáty, fosfáty, arzenáty, vanadáty, …..). Jde většinou o vodnaté fáze, tvoří se oxidací a hydratací primárních rudních minerálů. Vznikají bohaté a typické nerostné parageneze (zejména v oxidační zóně), jejichž složení závisí na složení primárních minerálů sulfidického ložiska. Limonit – směs oxidů a hydroxidů Fe - nejdůležitější a nejhojnější supergenní fáze povrchových částí sulfidických ložisek V limonitů gossanů bývají dutiny s krystalky různých supergenních minerálů vznik hydroxidů Fe (součást limonitu) v podmínkách oxidační zóny: 4 FeS[2] + 15 O[2 ] + 16 H[2]O + 2 CO[2] --- 4 Fe (OH)[3] + 8 H[2]SO[4] + 2 H[2]CO[3] [ ] [ ] tvorba síranů Fe s následnou přeměnou na hydroxidy Fe: 2 FeS[2] + 7 O[2 ] + 2 H[2]O ------ 2 FeSO[4] + 2 H[2]SO[4] 4 FeSO[4] + O[2 ] + 10 H[2]O ------ 4 Fe(OH)[3] + 4 H[2]SO[4] - goethit, lepidokrokit - podobně Zvětrávání chalkopyritu v oxidační zóně: 4 CuFeS[2] + 17 O[2] + 12 H[2]O + 2 CO[2] ---- 4 Fe(OH)[3] + 4 CuSO[4] + 4 H[2]SO[4] + 2 H[2]CO[3] Další možnosti zvětrávání pyritu v oxidační zóně: Pyrit FeS[2 ]---------- melanterit Fe SO[4] . 7 H[2]O ---------- smolníkit Fe SO[4] . H[2]O (nutná přítomnost volné kyseliny sírové k udržení dvojmocného Fe v roztoku) – Chvaletice, Smolník - za přítomnosti Ca: Pyrit FeS[2 ]---------- sádrovec Ca SO[4] . 2 H[2]O Pyrit FeS[2 ] ---------- epsomit Mg SO[4] . 7 H[2]O Smolník ---------- vivianit Fe[3] / PO[4] /[2]. 8 H[2]O ---------- halotrichit Fe ^+II Al[2 ]/ SO[4] /[4]. 22 H[2]O ---------- alunogen Al[2 ]/ SO[4] /[3]. 18 H[2]O Zvětrávání galenitu v oxidační zóně: - anglesit Pb SO[4] - cerusit Pb CO[3] - pyromorfit Pb[5] / PO[4]/[3] . Cl V případě přítomnosti V, As, Cr nebo Mo - vanadinit Pb[5] / VO[4]/[3] . Cl - mimetesit Pb[5] / AsO[4]/[3] . Cl - krokoit Pb / CrO[4]/ - wulfenit Pb / MoO[4]/ Mežica (Slovinsko) Zvětrávání na ložisku chalkopyritu v oxidační zóně: - nejprve dobře rozpustný a pohyblivý CuSO[4] . 5 H[2]O chalkantit, nebo zásaditý langit - při styku těchto roztoků s CO[2], rozpuštěným ve spodních vodách vznikají zásadité uhličitany Cu: malachit Cu[2] / OH / CO[3] azurit Cu[3] / OH /[2] /CO[3] /[2] př. Borovec u Štěpánova, Ludvíkov u Vrbna, Lubietová, Špania Dolina) - v reakci s rozpuštěným SiO[2] : chryzokol (koloidní) Cu Si O[3] . n H[2]O Zálesí u Javorníka dioptas Cu[6] Si[6] O[18 ]. 6 H[2]O Cementační zóna - reakce sestupujících síranů rozpuštěných ve vodách s primárními sulfidy (redukční prostředí) – vznikají sekundární sulfidy a ryzí kovy: a) sekundární sulfidy 5 FeS[2] + 14 CuSO[4] + 12 H[2]O ---- 7 Cu[2]S + 5 FeSO[4] + 12 H[2]SO[4] [ ]chalkozín CuFeS[2] + CuSO[4 ] ------- CuS + FeSO[4] covellin covellin se může tvořit i na úkor sfaleritu: ZnS + CuSO[4] ----- CuS + ZnSO[4] Pozn. Také může vznikat redukcí sestupujícího síranu měďnatého kuprit Cu[2] O b) mezi supergenní minerály cementační zóny patří také ryzí kovy: - Au (Zlaté Hory) - Ag (Příbram), také vzniká argentit Ag[2]S, akantit - Cu (Borovec u Nedvědice, Zlaté Hory, Smolník) Zvětrávání na ložisku Pb-Zn sulfidů (galenit, sfalerit): - nejprve dobře rozpustný a pohyblivý - ZnSO[4] goslarit - v případě Pb nerozpustný - anglesit PbSO[4] - působením vod s CO[2] jmenované fáze pomalu přechází na: cerusit Pb CO[3] v případě přítomnosi Zn (v primárním sfaleritu): smithsonit - Zn CO[3] hydrozinkit - vodnatý Zn CO[3] další alternativou je vznik: - pyromorfit Pb[5] / PO[4]/[3] . Cl - hemimorfit Zn[4] (OH)[2] / Si[2]O[7 ]/ . 2 H[2]O Ložiska s arzenidy Co, Ni (Jáchymov, Zálesí u Javorníka): - annabergit - Ni[3] /AsO[4] /[2] . 8 H[2]O - erytrín - Co[3] /AsO[4] /[2] . 8 H[2]O - skorodit Fe /AsO[4] / . 2 H[2]O - mimetesit Pb[5] /AsO[4] /[3] . Cl Ložiska uranových rud: Primární uraninit (UO[2]) přechází na uranové slídy: - torbernit - Cu /UO[2] /[2] /PO[4] /[2 ]. 8-12 H[2]O - autunit - Ca /UO[2] /[2] /PO[4] /[2 ]. 8-12 H[2]O - nováčekit pozn. Uranové slídy s předponou „meta“ mají menší počet molekul vody (metatorbernit, metaautunit) - řada vzácných fosfátů, sulfátů a arzenátů Chemogenní (chemická) sedimentace - při chemické sedimentaci dochází k ukládání minerálů z vodných roztoků, které obsahují převážně rozpustné produkty zvětrávání - obrovský objem minerálů se vytvořil a stále vzniká chemickou sedimentací z mořské vody Obsah solí v mořské vodě je poměrně stabilní – salinita asi 3.5 %. Jde hlavně o ionty Cl^- , Na^+ , Mg ^2+ , SO[4] ^2- , Ca ^2+ a K^+ . Odpařování mořské vody v uzavřených zátokách vede ke zvyšování koncentrace rozpuštěných solí a při překročení meze rozpustnosti jednotlivé soli postupně krystalizují a sedimentují. Pořadí krystalizace solí z mořské vody: - sádrovec, anhydrit - halit - minerály K, Mg : epsomit MgSO[4] . 7 H[2]O, sylvín, carnallit KCl . MgCl[2] . 6 H[2]O - (boráty)- nepartné množství K chemogenní sedimentaci dochází i při odpařování vody z bezodtokých jezer: - boráty (borax, colemanit, pandermit) borax Na[2]B[4]O[7], Kalifornie - oblast Borax Lake colemanit Ca[2]B[6]O[11] . 5 H[2]O, Dead Valley, sev. Amerika pandermit Ca[4]B[10]O[19] . 7 H[2]O , Panderma - Marmarské moře Kaspické moře - mirabilit některá jezera – soda - Vysrážením Fe z roztoků, přinášených do moří nebo jezer dochází ke vzniku oxidických železných rud (limonit, goethit, hematit, magnetit) - Za chemogenní sediment můžeme považovat i krasovou výzdobu jeskyní ve vápencích – vzniká rozpouštěním a opětovným vysrážením karbonátů z vodných roztoků Biochemická sedimentace Srážení látek z roztoků může být způsobeno nebo do jisté míry ovlivněno činností organismů (látková výměna mezi organismem a okolním prostředím může vést ke vzniku minerálů v okolí určitých organismů. Nahromaděním takových minerálů vznikají biochemické sedimenty: - Vápenec, travertin (kalcit) – inkrustace stonků vyšších rostlin, stélek řas nebo mechů - Redukcí Ca SO[4 ](sádrovec, anhydrit) za spoluúčasti bakterií (např. Desulphovibrio desulphuricans) se mohou tvořit akumulace elementární síry. - Bakterie se také uplatňují při srážení železných oxidických rud Biomineralizace Je proces, kdy organismy produkují tzv. biogenní minerály, které se stávají součástí jejich organismu (schránky, vnitřní kostry, zuby): - karbonáty Ca (kalcit, aragonit), fosfáty Ca (apatit, francolit), amorfní SiO[2] (opál) - v ojedinělých případech vzniká biomineralizací fluorit, pyrit, sádrovec, celestin, baryt, goethit Vznik minerálů během diageneze Termínem diageneze se označuje soubor procesů probíhajících po uložení sedimentu (vedou ke zpevnění sedimentu). Diagenetické procesy se zpravidla dělí na mechanické a chemické. Při chemických procesech dochází k: - přeměně montmorillonitu na illit - složitou přeměnou montmorillonitu a illitu vzniká živec (K-živec, albit) - dolomitizace (dochází k metasomatickému zatlačování vápenců) - fosfatizace – diageneticky vznikají fosfáty Ca (apatit, francolit) – reakcemi CaCO[3] s organickou hmotou - pyritizace: vznikají nestabilní sulfidy Fe (např. mackinawit FeS a greigit Fe[3]S[4]), které se brzy mění na stabilní pyrit Zdrojem síry pro vznik diagenetických sulfidů jsou sulfáty z mořské vody, zdrojem železa oxidy a hydroxidy Fe, v pozdějších stadiích diageneze i silikáty Fe. - silicifikace : dochází k zatlačování původních minerálů hmotami SiO[2] (opál, chalcedon, křemen)