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, 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, ….) 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^+ , 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) 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] Hydratace př. zvětrávání peridotitu (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 Biotit – vermikulit, Brno 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 Magnezit, Věžná Opál, Smrček u Nedvědice př. zvětrávání karbonátových hornin CaCO[3] + H[2]O + CO[2] ------- Ca (HCO[3])[2] kalcit (aragonit) – temperované roztoky , alespoň 30 ^oC - 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, 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 Limonit, Železník (SR) 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 Melanterit, Jáchymov - 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 Pyromorfit, Příbram 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, Zlaté Hory) Malachit, Piesky - 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 MINERÁL VZOREC atacamit Cu[2]Cl(OH)[3] azurit Cu[3](CO[3])[2](OH)[2] brochantit Cu[4](OH)[6]SO[4] chalkantit CuSO[4] . 5H[2]O chryzokol (CuAl)[2]H[2]Si[2]O[5](OH)[4] . nH[2]O kuprit Cu[2]O libethenit Cu[2](PO[4])(OH) malachit Cu[2](CO[3])(OH)[2] pseudomalachit Cu[5](PO[4])[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 FeS[2] + 14 CuSO[4] + 12 H[2]O ---- 7 Cu[2]S + 5 FeSO[4] + 12 H[2]SO[4] [primární pyrit ][ ]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) Zlato, Zlaté Hory 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 Zn: 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 Erytrín, Jáchymov MINERÁL VZOREC annabergit Ni[3](AsO[4])[2] . 8H[2]O bayldonit PbCu[3](AsO[4])[2](OH)[2 ]. H[2]O bukovskýit Fe^3+[2](AsO[4])(SO[4])(OH) . 7H[2]O erytrin Co[3](AsO[4])[2] . 8H[2]O farmakolit CaH(AsO[4]) . 2H[2]O farmakosiderit Fe^3+(AsO[4])[3](OH)[4] . 5-7H[2]O kaňkit Fe^3+AsO[4] . 3,5H[2]O mixit BiCu[6](AsO[4])[3](OH)[6] .[ ]3H[2]O olivenit Cu[2](AsO[4])(OH) skorodit Fe^3+(AsO[4]) . 2H[2]O zeunerit Cu(UO[2])[2](AsO[4])[2] . 10-16H[2]O Hojné sekundární minerály arzenu oxidační zóny Ložiska uranových rud: Primární uraninit (UO[2]) přechází v zóně zvětrávání 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 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+ , SO[4] ^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 MgSO[4] . 7 H[2]O, sylvín, carnallit KCl . MgCl[2] . 6 H[2]O - (boráty)- nepartné množství Halit, Wieliczka (Polsko) 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. 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 SiO[2] (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 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]