ZŁOŻA WIETRZENIOWE
Koncentracja kopalin użytecznych w pokrywie wietrzeniowej zachodzi w wyniku:
Rozpuszczania i wynoszenia przez wody przypowierzchniowe bezużytecznej masy mineralnej oraz koncentracji kopaliny użytecznej w resztkach utworów wietrzeniowych (rezydualne)
Rozpuszczania przez wody przypowierzchniowe składników użytecznych, ich infiltracji i wtórnego osadzania w dolnej części pokrywy wietrzeniowej (infiltracyjne)
Złoża powierzchniowej pokrywy wietrzeniowej przykrywają płaszczem skały pierwotne, złoża te stopniowo przechodzą w skały nieprzeobrażone. Wewnątrz złóż występują ciała skał nieprzeobrażonych.
Złoża liniowej pokrywy wietrzeniowej mają formę podobną do żył przenikających w głąb skał pierwotnych wzdłuż systemu szczelin.
Przykontaktowe złoża wietrzeniowe występują wzdłuż powierzchni kontaktu skały wietrzejącej.
Złoża redeponowane powstają w wyniku przemieszczania zwietrzałej masy mineralnej pod wpływem siły ciężkości lub energii wody.
Złoża przeobrażone pokrywy wietrzeniowej powstają wskutek infiltracji związków nie wchodzących w skład pierwotnych produktów rozkładu.
WARUNKI FIZYKO-CHEMICZNE POWSTAWANIA ZŁÓŻ
Powstawanie złóż wietrzeniowych polega na przegrupowaniu masy mineralnej skał głębinowych, chemicznie nietrwałych w warunkach strefy przypowierzchniowej.
Czynniki wietrzenia
Woda, jej działanie polega na:
Rozpuszczaniu, transportowaniu i odkładaniu naturalnych związków chemicznych w pokrywie wietrzeniowej
Rozpuszczaniu stałych, ciekłych i gazowych składników aktywnych i przenoszenie na obszar wietrzenia skał
Rozkładanie minerałów skałotwórczych skał macierzystych podczas hydratacji i hydrolizy
Ustalanie warunków fizyczno-chemicznych w pokrywie wietrzeniowej w zależności od pH, Eh i składu chemicznego rozpuszczonych w niej substancji.
Głównym źródłem wody, działającej w pokrywie wietrzeniowej są opady atmosferyczne przesączające się w głąb. Podczas podziemnej cyrkulacji woda przechodzi przez strefę:
Aeracji, przesiąkania
Pełnego nasycenia z czynną wymianą wód
Pełnego nasycenia z bierną wymianą wód
Tlen, odgrywa główną rolę w reakcjach utlenienia. W reakcjach tych uczestniczy:
Tlen atmosferyczny
Tlen wchodzący w skład powietrza rozpuszczonego w wodzie
Tlen związków mineralnych przy reakcjach redoks
Dwutlenek węgla, uczestniczy aktywnie w utlenianiu i przeobrażeniu krzemianów w związki węglanowe.
Kwasy, przyspieszają proces rozkładu skał w pokrywie wietrzeniowej i nakładają mu określone chemiczne ukierunkowanie.
Organizmy, intensyfikują proces przeobrażeń skał podczas wietrzenia i nakładają mu określone biochemiczne ukierunkowanie.
Regenerują tlen i dwutlenek węgla, dostarczając czynników przeobrażenia skał w pokrywie wietrzeniowej
Wymieniają jony H na kationy związków skałotwórczych, zachowując kwaśne warunki rozkładu skał
Gromadzą niektóre pierwiastki z gleb i sprzyja ich skupianiu w produktach rozkładu
Rozkładają krzemiany skałotwórcze
Temperatura, waha się w granicach +20 do ?20oC
Rozkład skał macierzystych
Utlenianie, uwarunkowane jest wysokim potencjałem utleniającym przypowierzchniowej części skorupy ziemskiej, zmniejszającym się wraz z głębokością. Pod wpływem utleniaczy pokrywy wietrzeniowej przechodzą w tlenki o wysokiej wartościowości.
Hydratacja, związana z reakcjami wymiennymi między kationami minerałów skał macierzystych a jonami wodorowymi elektrolitycznie zdysocjowanej części wody. Intensywność tego procesu zależy od pH, obecności dwutlenku węgla, kwasów mineralnych i temperatury wody. Podczas hydrolizy krzemiany rozkładają się, na ich miejscu powstają minerały ilaste, a wskutek wypierania kationów wolne tlenki i wodorotlenki Al, Si, Fe, Mn przechodzące w określonych warunkach do roztworu i ulegające wyługowaniu lub wytrącaniu w postaci tlenków, wodorotlenków, soli zasadowych i kwaśnych.
Dializa, polega na dyfuzyjnym usunięciu kationów metali z ilastych produktów wietrzenia i ich przekształcenie w czyste iły.
Stadialność, w początkowym etapie w środowisku alkalicznym ze skał wyługowywane są siarczany i chlorki K, Na, Ca, Mg, węglany metali alkalicznych i ziem alkalicznych oraz krzemionka. Jednocześnie następuje hydroliza krzemianów i glinokrzemianów i koncentracja Al, Fe, Mn. W późniejszym stadium rozpoczyna się wietrzenie w środowisku kwaśnym polegające na przegrupowaniu i ługowaniu wodorotlenków Al, Fe, Mn.
Szybkość rozkładu minerałów skałotwórczych, odmiany zasadowe i magnezowe rozkładają się szybciej od minerałów kwaśnych zawierających żelazo (szereg Godllicha).
Migracja pierwiastków
Produktów rozkładu mogą być przenoszone w postaci zawiesiny, roztworów koloidalnych i rzeczywistych. Podczas rozkładu łatwiej odprowadzane są pierwiastki niemetaliczne, a metale skupiają się w pokrywie wietrzeniowej.
Profile i sterfowość pokrywy wietrzeniowej
W wyniku rozkładu masy mineralnej skały macierzystej i selektywnej migracji pierwiastków powstają pokrywy wietrzeniowe.
Profil pokrywy wietrzeniowej, określa się według stopnia rozkładu krzemianów skałotwórczych na podstawie stosunku Si i Al. W masie mineralnej pokrywy wietrzeniowej.
Nasycony profil sialtowy, hydromikowy, charakteryzuje się przeobrażeniem krzemianów pierwotnych pod wpływem hydratacji i hydrolizy bez znacznej migracji krzemionki (hydromiki, hydrochloryty, montmorillonit)
Nienasycony profil sialitowy, ilasty, charakteryzuje się pewnym deficytem krzemionki, wyniesionej w znacznym stopniu z pokrywy wietrzeniowej (kaolinit, haloizyt, notronit, kwarc)
Profil alitowy, laterytowy, charakteryzuje się całkowitym lub częściowym zniszczeniem połączeń między dwutlenkiem glinu a krzemionką i intensywną jej migracją (metahaloizyt, wodorotlenki Al, tlenki i wodorotlenki Fe)
Hipoteza stadialna
Pokrywy wietrzeniowe powstają jako kolejne etapy przeobrażenia skał macierzystych podczas wietrzenia. Glinokrzemian po przejściu przez stadium kaolinitu , rozpada się na boksyt i opal. Przy tym część kwasu krzemowego i sole metali są wyługowane. Przez stadia pośrednie glinokrzemian, przeobraża się w minerał o składzie montmorillonitu, beidellitu, notronitu, illitu. Skomplikowanie składu minerałów wtórnych zachodzi kosztem sorpcji przez żele, z których one powstają, dodatkowych pierwiastków z roztworów wodnych.
Drugi etap charakteryzuje się przeobrażeniem minerałów ilastych. Podczas wypierania alkalii przez grupę wodorotlenową, z przebudową sieci krystalicznej, hydromiki przeobrażały się w kaolinit. Dochodziło do dalszego wynoszenia alkalii i krzemionki, gromadziły się wodorotlenki żelaza, z przejściem tlenków i związków słabiej uwodnionych (hematyt, hydrohematyt) w minerały bardziej uwodnione (hydrogoetyt).
Trzeci etap wyróżnia się rozkładem kaolinitu, dalszym wynoszeniem krzemionki i wydzieleniem gibbsytu.
Hipoteza syntetyczna
Jest rezultatem syntezy wolnych zoli wodorotlenków Al, Si, Fe oraz innych składników na które rozpadają się krzemiany skał macierzystych. W określonych warunkach wolne wodorotlenki o przeciwnych ładunkach wzajemnie się koagulują i wytrącają w postaci żelu. Ich hydrozole mogą pozostawać w roztworze, w którym są wynoszone z pokrywy wietrzeniowej. Przy koagulacji wszystkich zoli wolnych wodorotlenków, wytrąca się żel krzemionkowo-glinowy, którego dalsze przeobrażenia prowadzą do powstania pokrywy wietrzeniowej o profilu ilastym. Natomiast gdy wytrąca się żel tlenku żelaza, a krzemionka jest wynoszona z roztworu, powstaje pokrywa laterytowa.
Strefowośc, jest uwarunkowana przez:
Przejście od świeżych skał niezwietrzałych, poprzez strefy częściowego rozkładu, do końcowych produktów rezydulanej pokrywy wietrzeniowej na powierzchni, co odpowiada stadialności jej rozwoju.
Zróżnicowanie masy mineralnej podczas osadzania z roztworów wodnych infiltrujących z góry.
W pionowym zróżnicowaniu pokrywy wietrzeniowej zasadnicze znaczenie ma zmiana pH środowiska.
W górnej najbardziej kwaśnej części pokrywy wietrzeniowej skał zasadowych przy niskim pH wytrąca się Fe(OH)3
Niżej, przy wyższym pH, wytrąca się Mn3+ i Co3+
W partiach złóż przy pH=5,3-6,8 wytrąca się Ni(OH)2, Fe(OH)2, Co(OH)3
W najgłębszych partiach złóż przy pH=7 i większym wytrącają się hydrokrzemiany Ni
W przekroju pionowym pokrywy wietrzeniowej wyróżnia się strefy:
Początkową hydratacji i początkowej hydrolizy skał w szczelinach, z przewagą dezintegracji
Hydratacji i początkowej hydrolizy w całej masie skały, z silnym ługowaniem
Hydrolizy i końcowego ługowania
Końcowej hydrolizy
Zachowanie się poszczególnych pierwiastków
Glin, należy do pierwiastków najtrudniej migrujących. Minerały zawierające w swym składzie glin przekształcają się w pokrywach wietrzeniowych o profilu sialitowym w kaolinit (pH=3,5-5,7), montmorillonit (pH=7,5-8,5), haloizyt (pH=5,7-6,5). Przy intensywnym rozkładzie w profilu alitowym powstają boksyty w wyniku całkowitego uwolnienia czystego tlenku glinu.
Krzem, należy do pierwiastków słabo migrujących. W trakcie wietrzenia uwalnia się krzemionka, przechodząca do roztworu w postaci uwolnionej lub krzemianu alkalicznego. Rozpuszczalność krzemionki zwiększa się w miarę przejścia od roztworów kwaśnych do zasadowych (pH=9-10). Wtórne osadzanie się krzemu odbywa się w postaci:
Kwarcu, opalu i chalcedonu, skrzemionkowanych pokryw wietrzeniowych
Glinokrzemianów, żelazokrzemianów
Żelazo, należy do pierwiastków wolno migrujących. Przy rozkładzie minerałów skałotwórczych i akcesorycznych przechodzi w hydraty, tlenki i wodorotlenki w formie podtlenkowej lub tlenkowej. Tlenkowe związki żelaza tworzą się przy pH=3 i większym, a podtlenkowe przy pH=5-7. Główna masa żelaza gromadzi się w produktach resztkowych górnej części pokrywy wietrzeniowej. Rozpuszczalność żelaza, krzemionki i tlenku glinu zależy od pH roztworu. Tlenki żelaza, rozpuszczalne tylko w kwaśnych roztworach przy pH<3, praktycznie nie mogą migrować ze strefy wietrzenia. Tlenek glinu jest łatwo rozpuszczalny w roztworach skrajnie kwaśnych i skrajnie alkalicznych, ale przy pH=4-9 jest on nierozpuszczalny. Natomiast minimalna rozpuszczalność krzemionki jest przy pH=2-4, gdzie w zrasta w środowisku obojętnym i zasadowym.
Mangan, jest pierwiastkiem słabo migrującym pokryw wietrzeniowych. Pierwotne jego związki utleniają się i przechodzą w Mn(OH)3 i Mn(OH)4. Związki te podobnie jak żelaza wytrącają się przy niskim pH i gromadzą się w górnych częściach pokrywy. W manganowej części resztkowych produktów pokrywy wietrzeniowej koncentruje się Co, Ni, Zn, Li.
Wapń i magnez, łatwo się rozpuszczają w strefie utlenienia. Ulegają wyługowaniu z pokrywy, część z nich trafia do dolnych poziomów pokrywy wietrzeniowej, w wyniku reakcji redukcyjnych wytrącają się w postaci węglanów wtórnych (węglany Ca a potem Mg w zależności od wzrostu pH)
Potas i sód, łatwo się rozpuszczają i szybko są odprowadzane z pokrywy wietrzeniowej przy rozkładzie skał potasowych. W związku z tym powstaje gruba strefa o niewielkiej wartości pH, podścielona cienką strefą alkaliczną o wysokim pH, która stanowi przejście do macierzystych skał potasowo-sodowych.
Charakterystyka mineralogiczna
Wśród minerałów pokryw wietrzeniowych wyróżnią się:
Reliktowe minerały pierwotne skał wyjściowych trwałe przy wietrzeniu chemicznym (kwarc, rutyl, magnetyt)
Minerały początkowego stadium rozkładu, zachowujące budowę krystalicznąm, ale o zmienionym składzie (hydromiki, hydrochloryty, minerały ilaste)
Minerały amorficzne, mutabilne, będące substancjami koloidalnymi, które z czasem stają się krystaliczne
Minerały wtórne, stability
Harmyloliza
Polega na przeobrażeniu chemiczno-mineralogicznym osadów pierwotnych na dnie morza pod działaniem wody morskiej, a także w wyniku utleniania i działalności organizmów.
OPIS ZŁÓŻ
Złoża rezydualnych rud Ni
Nowa Kaledonia
Szklary
Nowa Kaledonia
Kompleks złożowy składa się z 4-ch części:
Kompleksy metamorficzne w części NE
Sekwencje sedymentacyjne (perm- środkowy trzeciorzęd)
Serie masywów ultrazasadowych i zasadowych
Sekwencje pirolaw bazaltowych z asocjacjami skał klastycznych i jaspisów
Skały ultrazasadowe masywów płytowych
Pokrywy laterytowe (lateryt, garnieryt)
Strefa resztkowych produktów hydrolizy zakończonej, strefa ochr (wodorotlenki Fe)
Strefa niezakończonego wietrzenia przy hydratacji i hydrolizie, strefa notronitowa (ferrbeidellit, ferrimontmorillonit)
Strefa częściowo rozłożonych i wyługowanych serpentynitów
Szklary
Złoże powstało w oligocenie w wyniku wietrzenia chemicznego serpentynitów, gnejsów i amfiboltów
Miąższość zwietrzeliny waha się od kilku do kilkudziesięciu metrów, średnio dla zwietrzeliny serpentynitowej jest to 20 m
Dzięki wietrzeniu Ni, który w serpentynitach występował w ilości 0,2-0,3% gromadził się w zwietrzelinie, dając początek złożu
Najbardziej zasobna w Ni była najwyżej leżąca szarozielona zwietrzelina, zawierająca 1-9% Ni. Uboższa wiśniowo-czerwona zwietrzelina zawierająca 1%Ni.
Minerały typomorficzne: chryzopraz, garnieryt, karneol, sard, chalcedon
Zawartość złota w zwietrzałych serpentynitach wynosi 4,3 ppb Au
Złoża rezydualne boksytu
Powstają w skałach zasadowych zasobnych w glin najczęściej alkalicznych, kwaśnych, zasadowych skałach głębinowych lub ich wylewnych odpowiednikach
Źródłem glinu są również łupki krystaliczne
Zbudowane są z diasporu, bemitu, hydrargilitu, kaolinitu, węglanów
Ze wzgłedu na genezę wyróżnia się:
Boksyty rezydualne, laterytowe
Związane z lateryzacją skał glinokrzemianowych
Boksyty osadowe
Powstające na drodze sedymentacji produktów wietrzenia alitowego w wodzie
c. Boksyty okruchowe, brekcje boksytowe
Pochodzą z rozkruszenia i redepozycji starszych boksytów
e. Boksyty posiarczanowe
związane z wietrzeniem chemicznym skał ilastych bogatych w siarczki żelaza
Boksyty krasowe
Powstałe w wyniku tworzenia się eluwiów typu terra rossa
5