Mówiliśmy o diagenezie jako wszystkich procesach od depozycji po metamorfizm, dzielimy ją na wczesną i późną. Potem powiedzieliśmy o typach zmian: geometrycznych (lepsze upakowanie, rozpuszczanie) i mineralogiczno – chemicznych (powstawanie nowych minerałów, zastępowanie minerałów jednych innymi).
Jeżeli chodzi o nowe fazy mineralne to jest sporo: wytrącanie z roztworów, nasycenie roztworów materiałem z osadu.
Pierwsze to pojawienie się cementu – do tego niezbędne jest krótkie nasycenie osadu wodą. Jest szansa że pojawią się materiały wypełniające i następnie spajające. Do spoiw najczęściej należą węglany, minerały grupy SiO2, siarczany, wodorotlenki żelaza, powstające z koagulacji zawiesiny minerały ilaste.
Jeśli chodzi o węglany najczęściej mamy do czynienia z drobnokrystalicznym węglanem wapnia – aragonitem, i magnezowym kalcytem, który wraz z postępem diagenezy może rekrystalizować zwiększając swoją wielkość.
Ciekawe jest tworzenie się nowych minerałów grupy SiO2. W pierwszy rzędzie minerały mogą tworzyć spoiwo poprzez wytrącanie się chalcedonu czy opalu. Ale znane są też przypadki kiedy dochodzi do obrastania ziarn kwarcu, kwarcem – narastanie na ziarnach kwarcu nowych jego generacji. To jest dość częste zjawisko, że mając ziarno kwarcu, najpierw możemy zaobserwować tworzenie się fragmentów piramidy w taki sposób, że zostanie zatarta granica pierwotnego ziarna. Może być narastanie homoaksjalne, potem z drugiej strony. Po pewnym czasie możemy uzyskać kryształ kwarcu w jego idiomorficznej postaci. Niekiedy dają się zauważyć delikatne zarysy pierwotnego ziarna kwarcu. Takie ziarno w skałach osadowych to wynik diagenezy. Pospolite są formy ze skorodowaną lekko częścią, które potem zostają uzupełnione obwódką regeneracyjną. Najczęściej pod mikroskopem widać ten pierwotny zarys w postaci drobnego pigmenciku. Procesy uzupełniania istniejących już ziarn są dość częste w skałach okruchowych i węglanowych. Bardzo ważne by je dobrze rozpoznawać, bo jest to jeden ze sposobów na odtwarzanie procesów diagenetycznych w osadzie. To samo ale w znacznie mniejszym zakresie można znaleźć na innych grupach minerałów – skalenie, minerały ilaste, w mniejszym jednak stopniu niż kwarc.
Drugim z procesów diagenetycznych z grupy zmian mineralogiczno chemicznych jest zastępowanie jednych minerałów przez drugie. Najważniejszym przejawem tego procesu jest tworzenie się faz niestabilnych w stabilne, np. obficie występujący opal, który może przechodzić w chalcedon a ten w kwarc, przy czym możliwe jest również bezpośrednie przejście opalu w kwarc.
Drugim często spotykanym zjawiskiem jest zastępowanie aragonitu, czy magnezowego kalcytu, które są nietrwałe i przeobrażają się w kalcyt. Magnezowy kalcyt to ta odmiana kalcytu która ma podwyższoną zawartość magnezu w stosunku do wapnia. Jeszcze jednym niestabilnym węglanem jest protodolomit – to nieuporządkowany dolomit, który przechodzi w dolomit. W dolomit może przechodzić również kalcyt, w wyniku zjawiska dolomityzacji. Dzieje się to przez zastępowanie anionów wapnia, anionami magnezu.
Pamiętajmy że może dojść do takiego procesu, wtedy kiedy w osadzie jest woda, a więc następuje uwodnienie niektórych minerałów. Np. FeO może przejść w Fe(OH)2. To jest wzór który zapisuje się jako FeOOH obecnie. Jest to limonit który zawiera różne proporcje goethytu i lepidokrokitu.
Spośród innych minerałów ciekawe jest powstawanie w czasie diagenezy minerałów grupy fosforanowej. Są one charakterystyczne dla środowisk morskich. Dlatego cementy fosforanowe świadczą o występowaniu upwellingu.
Zastępowanie skaleni minerałami ilastymi. Niektórzy kaolinityzację skaleni uznająją za proces wietrzeniowy. Proces ten ma jednak cechy diagenetycznego, o czym świadczy fakt, że w czasie przeobrażeń skał magmowych w tak zwanych procesach pomagmowych, kiedy oddziałują albo roztwory wodne albo przesycone pary, dochodzi często również do kaolinityzacji. Ten temat opracował kiedyś dokładnie Czesław August z Uniwersytetu Wrocławskiego (UWr). Zajmował się utworami kaolinów. Dowiódł, on że przeobrażenie te jest wtedy efektywne, jeśli zostało zainicjowane przez procesy pomagmowe.
Inną zupełnie sprawą jest powstawanie gruzłów i konkrecji. Być może uda nam się to najlepiej zilustrować przykładem typowym dla skał okruchowych. Widzimy warstwę skały okruchowej i w niej występujące skupienia owalne nazywane konkrecjami. Dookoła mamy skałę klastyczną, a w niej konkrecje zbudowane z CaCO3. Najbardziej modelowy przykład sprowadzony jest do sytuacji, gdy mamy osad klastyczny w którym mogą być fragmenty skał węglanowych, organikę we wczesnej fazie diagenezy w którym zawarta jest substancja złożona z białek. Ulega ona rozkładowi, w którym powstaje NH3, które łączy się z wodą. Powstaje zasada amonowa NH3OH. Tworzy się środowisko zasadowe (podwyższa się pH środowiska). To powoduje że węglany krystalizują! Wobec tego zmienia się zawartość węglanów w części bliższej organice, bo działa proces polegający na wyrównywania stężenia w osadzie. Jony wędrują w kierunku konkrecji. Ten proces trwa tak długo, dopóki istnieje źródło środowiska zasadowego. Wtedy mamy skałę klastyczną i w niej konkrecje węglanowe. Jest to jedna z dróg formowania konkrecji. Nie są to żadne dropstony!
Takie konkrecje mogą powstawać w czasie diagenezy i być zbudowane z fosforanów. Wtedy mamy do czynienia z fosforytem i ma miejsce krystalizacja apatytu.
O konkrecjach mówi się też gruzły, bo może dojść do utworzenia utworu składającego się z litych wapieni tkwiących w drobnoziarnistym materiale i mają budowę gruzłową, a gruzły układają się w warstwy i wapienie noszą nazwę wapieni gruzłowych (ang. nodular limestone, niem. Knollenkalk). Poświęcone takim przeobrażeniom są całe tomy podręczników.
Wśród nowych wykształceń mineralnych trzeba też wyróżnić struktury w wyniku rozpuszczania i wytrącania (kras) albo spękań i żył. Jest to jednak zjawisko późne, związane już często z degradacją – wietrzeniem.
Bardzo ciekawe i często trudne do wyśledzenia są przeobrażenia w grupie minerałów ilastych. Ich zespół jest niesłychanie urozmaicony.
Piaskowce kwarcowe:
1 etap – lepsze upakowanie (kompakcja) wywołane zbierającymi się powyżej osadu skałami. Piaskowce kwarcowe ulegają przeobrażeniu geometrycznemu, zbliżając się do siebie. W dalszej kolejności ziarna stykają się ze sobą i dojdzie do rozpuszczania pod ciśnieniem, ziarna kwarcu będą się zazębiać. Z tym procesem może być związana cementacja. Między innymi dlatego że przy rozpuszczaniu pod ciśnieniem uwalnia się pewna część SiO2. Gromadzi się on w wodach porowych i krystalizuje w wolnych przestrzeniach w osadzie tworząc cement, obrosty, a nawet doprowadzając do kryształów autogenicznych.
W następnej fazie pojawić się mogą węglany. Obok węglanów w następnej kolejności zasobne są siarczany, które będą współtworzyły spoiwo tego osadu. Węglany mogą być agresywne względem kwarcu i wypierać kwarc. Wypierając kwarc dostarczają do wód porowych dodatkowe ilości SiO2. Jeśli w między czasie pojawiły się w wyniku koagulacji minerały ilaste, dochodzą przeobrażenia minerałów ilastych.
Jeśli piaskowiec kwarcowy zawierał trochę innych składników – skalenie. Wtedy i one mają swoją ścieżkę przeobrażeń diagenetycznych – może następować kaolinityzacja, a w konsekwencji większa masa ilasta w cemencie.
Tak opisał przebieg diagenezy profesor Helling z Heidelbergu w pracy na temat przeobrażeń diagenetycznych piaskowców trzcinowych (znany w Środkowej Europie). Każdy z przykładów może mieć swoją ścieżkę przeobrażeniową. Możemy je odwzorowywać, ale musimy bardzo detalicznie studiować pod mikroskopem i obserwować w jaki sposób zachowują się poszczególne minerały w stosunku do siebie. Które wypierają które. To jest dość czytelny proces.
Piaskowce arkozowe (ze skaleniami) –
Helling opisuje: 1 faza – powstawanie obwódek regeneracyjnych wokół ziarn skaleni. W drugim etapie słabo zawansowana kaolinizacja skaleni. Dalej zauważył Helling że w piaskowcach arkozowych są również inne minerały. Dochodzi do zastępowania biotytu przez chloryt. W kolejnym etapie powstawanie autogenicznego – idiomorficznego kwarcu – obrastanie wokół drobnych ziarenek kwarcu w osadzie. Następnie rozpowszechniają się węglany, a w następnej fazie siarczany.
Trzecią grupą piaskowców są piaskowce lityczne (szarowaki) –
Tu szereg procesów jest jeszcze bardziej urozmaicony. To opisywał Fichbauer. W pierwszym etapie mamy wypieranie skaleni przez kaolinit. W drugim etapie tworzyły się drobnokrystaliczne ziarna kwarcu, co mogło nastąpić po kaolinityzacji. W dalszej fazie z kaolinu może też powstawać serycyt. Następna fazą są przeobrażenia biotytu w chloryt. Jako ostatnia faza byłoby obfite wypieranie pozostałych minerałów przez węglany.
Bardzo zawansowana i skomplikowana jest diageneza osadów piroklastycznych
a zwłaszcza tych, które zawierają dużo szkliwa wulkanicznego. Może występować tam jedna trzecia tablicy Mendelejewa‼. Może to stanowić materiał wyjściowy do tworzenia się wielu różnorodnych zespołów mineralnych. W pierwszym rzędzie ważne jest to że szkliwo wulkaniczne jest co najmniej 10 – krotnie bardziej rozpuszczalne od kwarcu i innych minerałów stanowiących składniki zespołu okruchowego. Po przykryciu już cienką warstwą osadów przeobrażeniu może ulegać już całość szkliwa wulkanicznego. W tym czasie powstają zeolity: analcym, filipsyt, natrolit, a obok nich bogaty zespół minerałów ilastych. Ścieżki przeobrażeń diagenetycznych osadów takich są bardzo urozmaicone. Jest miejsce na powstanie autogenicznego kwarcu, przesycenie osadu węglanami bowiem dzieje się to w środowisku zazwyczaj morskim, a także całe zespoły przeobrażeń w grupie minerałów ilastych. Tak w zarysie moglibyśmy przedstawić przebieg diagenezy w poszczególnych typach skał okruchowych.
Musimy pamiętać że osad kopalny niesie ze sobą informacje dotyczące zarówno sedymentacji jak i diagenezy. Nic nie ujmując sedymentologom, trzeba pamiętać że na to co obserwujemy w kopalnych osadach, ogromne piętno wywiera proces nazywany diagenezą. Jednym z efektów przeobrażeń diagenetycznych jest też zmiana objętości. Zastanawiając się nad tym co może oznaczać dana struktura sedymentacyjna, musimy pamiętać że od czasu jej powstania możliwa stała się zmiana pierwotnych parametrów i zmieniło ich znaczenie. Nie można nie dostrzegać tego, że w czasie diagenezy mogło dojść również do zmian morfologicznych. Już na pewno obecny skład skały osadowej musi uwzględniać diagenezę.
Różne były okresy zwracania uwagi na przeobrażenia diagenetyczne i metody badawcze, ale cały czas jest niedostatek obserwacji, który mogą dać wiele interesujących wyników. Gdy weźmiemy pod uwagę że przejście aragonitu w dolomit implikuje zmniejszenie objętości o 13%, a kalcytu w dolomit o 8%, oznacza że jeśli mamy pułapkę geologiczną w której mogą się gromadzić bituminy, dla rozważenia możliwości ich bituminów ciekawe jest zbadania czy mamy do czynienia z dolomitem czy wapieniem. Skały zdolomityzowane mogą być kolektorem gazu ziemnego, ropy naftowej jak również wody. Przeobrażenie gipsu w anhydryt – gips jest uwodniony z dwoma cząsteczkami wody, różnica objętości wynosi 48%! Jeżeli gips przechodzi w anhydryt, zmniejsza swoją objętość o 48%. Jeżeli anhydryt przechodzi w gips, objętość się zwiększa. Jeżeli warstwa ma 300 metrów wysokości, różnica może być ogromna.
Diageneza, najczęściej jest kojarzona z lityfikacją, ale to tylko jeden z elementów przeobrażeń diagenetycznych, związany najczęściej z wprowadzeniem spoiwa. Mówiąc o porowatości, wspomnieliśmy, że wyróżniamy całkowitą i efektywną. Na wielkość porowatości efektywnej ogromny wpływ mają przeobrażenia diagenetyczne. Musimy mieć też świadomość że z jednej strony powstawanie cementu, a z drugiej redukcja porowatości są przeciwstawne dla siebie. Dlatego nie możemy powiedzieć, że wraz z głębokością porowatość maleje, ponieważ kompakcji, przeciwdziałają procesy związane z cementacją.