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 – např. činnost bakterií).
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 – vzniklé při procesu zvětrávání,
sekundární- časové hledisko), 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 O2
Akcesorické minerály, odolné zvětrávání :
- zirkon Zr Si O4,
- 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,
….)
Safír, Jizerská louka
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+
, Ca2+
, Mg2+............................
b) nemobilní kationty: Al3+
, Fe3+
, Ti3+
, Si4+
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)
Síra sulfidů (S –II
) se oxiduje až na S +VI
síranů v supergenních minerálech
gossanů
(sádrovec, anglesit, …)
Hydrolýza silikátů
výrazně ovlivňuje:
- přítomnost CO2, 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+
+ NaAlSi3O8 + 7 H2O ------- Al (OH)3 + Na+ 3 H4SiO4
Bauxity kromě gibbsitu diaspor a boehmit (Al O OH)
(koloidní SiO2 – zpevňuje a tmelí sedimenty)
humidní klima:
4 H+
+ 4 NaAlSi3O8 + 18 H2O ------ Al4 /Si4O10/ /OH/8 + 4 Na+
+ 8 H4SiO4
Hydratace
př. zvětrávání peridotitu (olivínovce) na serpentinity (hadce)
(Mg, Fe)2 Si O4 ------ Mg6 Si4O10 / 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
Biotit – vermikulit, Brno
Karbonatizace
působení CO2 při chemickém zvětrávání
př. zvětrávání minerálů serpentinové skupiny
Mg6 Si4O10 /OH/8 + 6 CO2 ------ 6 MgCO3 + 4 SiO2 + 4 H2O
magnezit opály
Magnezit, Věžná
Opál, Smrček u Nedvědice
př. zvětrávání karbonátových hornin
CaCO3 + H2O + CO2 ------- Ca (HCO3)2
kalcit
(aragonit) – temperované roztoky , alespoň 30 o
C
- vznik krasových jevů
……………..
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, klimatickými 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
Limonit z gossanu, Železník (SR)
V limonitů gossanů bývají dutiny s krystalky různých
supergenních minerálů
vznik hydroxidů Fe (součást limonitu) v podmínkách oxidační zóny:
4 FeS2 + 15 O2 + 16 H2O + 2 CO2 --- 4 Fe (OH)3 + 8 H2SO4 + 2
H2CO3
tvorba síranů Fe s následnou přeměnou na hydroxidy Fe:
2 FeS2 + 7 O2 + 2 H2O ------ 2 FeSO4 + 2 H2SO4
4 FeSO4 + O2 + 10 H2O ------ 4 Fe(OH)3 + 4 H2SO4
- goethit, lepidokrokit - podobně
Zvětrávání chalkopyritu v oxidační zóně:
4 CuFeS2 + 17 O2 + 12 H2O + 2 CO2 ---- 4 Fe(OH)3 + 4 CuSO4
+ 4 H2SO4 + 2 H2CO3
Další možnosti zvětrávání pyritu v oxidační zóně:
Pyrit FeS2 ---------- melanterit Fe SO4 . 7 H2O
---------- smolníkit Fe SO4 . H2O
(nutná přítomnost volné kyseliny sírové k udržení dvojmocného Fe v roztoku)
– Chvaletice, Smolník
Melanterit, Jáchymov
- za přítomnosti Ca:
Pyrit FeS2 ---------- sádrovec Ca SO4 . 2 H2O
Pyrit FeS2
---------- epsomit Mg SO4 . 7 H2O Smolník
---------- vivianit Fe3 / PO4 /2. 8 H2O
---------- halotrichit Fe +II
Al2 / SO4 /4. 22 H2O
---------- alunogen Al2 / SO4 /3. 18 H2O
Zvětrávání galenitu v oxidační zóně:
- anglesit Pb SO4
- cerusit Pb CO3
- pyromorfit Pb5 / PO4/3 . Cl
Pyromorfit, Příbram
V případě přítomnosti V, As, Cr nebo Mo
- vanadinit Pb5 / VO4/3 . Cl
- mimetesit Pb5 / AsO4/3 . Cl
- krokoit Pb / CrO4/
- wulfenit Pb / MoO4/ Mežica (Slovinsko)
Zvětrávání na ložisku chalkopyritu v oxidační zóně:
- nejprve dobře rozpustný a pohyblivý CuSO4 . 5 H2O chalkantit,
nebo zásaditý langit
- při styku těchto roztoků s CO2, rozpuštěným ve spodních vodách
vznikají zásadité uhličitany Cu:
malachit Cu2 / OH / CO3
azurit Cu3 / OH /2 /CO3 /2
př. Borovec u Štěpánova, Ludvíkov u Vrbna, Lubietová, Špania
Dolina, Zlaté Hory)
Malachit, Piesky
- v reakci s rozpuštěným SiO2 :
chryzokol (koloidní) Cu Si O3 . n H2O Zálesí u
Javorníka
dioptas Cu6 Si6 O18 . 6 H2O
MINERÁL VZOREC
atacamit Cu2Cl(OH)3
azurit Cu3(CO3)2(OH)2
brochantit Cu4(OH)6SO4
chalkantit CuSO4 . 5H2O
chryzokol (CuAl)2H2Si2O5(OH)4 . nH2O
kuprit Cu2O
libethenit Cu2(PO4)(OH)
malachit Cu2(CO3)(OH)2
pseudomalachit Cu5(PO4)2(OH)4
spertiniit Cu(OH)2
tenorit CuO
Hojné sekundární minerály mědi oxidační zóny
Cementační zóna - reakce sestupujících síranů rozpuštěných ve
vodách s primárními sulfidy (redukční prostředí) – vznikají
sekundární sulfidy a ryzí kovy:
a) sekundární sulfidy
5 FeS2 + 14 CuSO4 + 12 H2O ---- 7 Cu2S + 5 FeSO4 + 12 H2SO4
primární pyrit chalkozín
CuFeS2 + CuSO4 ------- CuS + FeSO4
covellin
covellin se může tvořit i na úkor sfaleritu:
ZnS + CuSO4 ----- CuS + ZnSO4
Pozn. Také může vznikat redukcí sestupujícího síranu měďnatého
kuprit Cu2 O
b) mezi supergenní minerály cementační zóny patří také ryzí
kovy:
- Au (Zlaté Hory)
- Ag (Příbram), také vzniká argentit Ag2S, akantit
- Cu (Borovec u Nedvědice, Zlaté Hory, Smolník)
Zlato, Zlaté Hory
Zvětrávání na ložisku Pb-Zn sulfidů (galenit, sfalerit):
- nejprve dobře rozpustný a pohyblivý - ZnSO4 goslarit
- v případě Pb nerozpustný - anglesit PbSO4
- působením vod s CO2 jmenované fáze pomalu přechází na:
cerusit Pb CO3
v případě Zn:
smithsonit - Zn CO3
hydrozinkit - vodnatý Zn CO3
další alternativou je vznik:
- pyromorfit Pb5 / PO4/3 . Cl
- hemimorfit Zn4 (OH)2 / Si2O7 / . 2 H2O
Ložiska s arzenidy Co, Ni (Jáchymov, Zálesí u Javorníka):
- annabergit - Ni3 /AsO4 /2 . 8 H2O
- erytrín - Co3 /AsO4 /2 . 8 H2O
- skorodit Fe /AsO4 / . 2 H2O
- mimetesit Pb5 /AsO4 /3 . Cl
Erytrín, Jáchymov
MINERÁL VZOREC
annabergit Ni3(AsO4)2 . 8H2O
bayldonit PbCu3(AsO4)2(OH)2 . H2O
bukovskýit Fe3+
2(AsO4)(SO4)(OH) . 7H2O
erytrin Co3(AsO4)2 . 8H2O
farmakolit CaH(AsO4) . 2H2O
farmakosiderit Fe3+
(AsO4)3(OH)4 . 5-7H2O
kaňkit Fe3+
AsO4 . 3,5H2O
mixit BiCu6(AsO4)3(OH)6 . 3H2O
olivenit Cu2(AsO4)(OH)
skorodit Fe3+
(AsO4) . 2H2O
zeunerit Cu(UO2)2(AsO4)2 . 10-16H2O
Hojné sekundární minerály arzenu oxidační zóny
Ložiska uranových rud:
Primární uraninit (UO2) přechází v zóně zvětrávání na uranové slídy:
- torbernit - Cu /UO2 /2 /PO4 /2 . 8-12 H2O
- autunit - Ca /UO2 /2 /PO4 /2 . 8-12 H2O
- nováčekit
pozn. Uranové slídy s předponou „meta“ mají menší počet molekul
vody (metatorbernit, metaautunit)
- řada vzácných fosfátů, sulfátů a arzenátů
Torbernit, Jáchymov
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+
, SO4
2,
Ca 2+
a K+
, CO3
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:
- dolomit
- sádrovec, anhydrit
- halit
- minerály K, Mg :
epsomit MgSO4 . 7 H2O, sylvín, carnallit KCl . MgCl2 . 6 H2O
- (boráty)- nepartné množství
Halit, Wieliczka (Polsko)
K chemogenní sedimentaci dochází i při odpařování vody
z bezodtokých jezer (v případě ložisek borátů dotovaných solankami
s přínosem B):
- boráty (borax, colemanit, pandermit)
borax Na2BB
4O7, Kalifornie - oblast Borax Lake
colemanit Ca2BB
6O11 . 5 H2O, Dead Valley, sev. Amerika
pandermit Ca4BB
10O19 . 7 H2O , 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 SO4 (sádrovec, anhydrit) za spoluúčasti bakterií (např.
Desulphovibrio desulphuricans) se mohou tvořit akumulace elementární
síry.
Síra, Tarnobrzeg (Polsko)
- 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
SiO2 (opál)
- v ojedinělých případech vzniká biomineralizací fluorit, pyrit, sádrovec,
celestin, baryt, goethit
Rozsivky (Diatomaceae) - křemelina
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
CaCO3 s organickou hmotou
- pyritizace: vznikají nestabilní sulfidy Fe (např. mackinawit FeS a greigit
Fe3S4), 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 SiO2