ZŁOŻA WIETRZENIOWE

Koncentracja kopalin użytecznych w pokrywie wietrzeniowej zachodzi w wyniku:

1. Rozpuszczania i wynoszenia przez wody przypowierzchniowe bezużytecznej masy mineralnej oraz koncentracji kopaliny użytecznej w resztkach utworów wietrzeniowych (rezydualne)

2. 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:

1. Rozpuszczaniu, transportowaniu i odkładaniu naturalnych związków chemicznych w pokrywie wietrzeniowej

2. Rozpuszczaniu stałych, ciekłych i gazowych składników aktywnych i przenoszenie na obszar wietrzenia skał

3. Rozkładanie minerałów skałotwórczych skał macierzystych podczas hydratacji i hydrolizy

4. 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:

1. Aeracji, przesiąkania

2. Pełnego nasycenia z czynną wymianą wód

3. Pełnego nasycenia z bierną wymianą wód

• Tlen, odgrywa główną rolę w reakcjach utlenienia. W reakcjach tych uczestniczy:

1. Tlen atmosferyczny

2. Tlen wchodzący w skład powietrza rozpuszczonego w wodzie

3. 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.

1. Regenerują tlen i dwutlenek węgla, dostarczając czynników przeobrażenia skał w pokrywie wietrzeniowej

2. Wymieniają jony H na kationy związków skałotwórczych, zachowując kwaśne warunki rozkładu skał

3. Gromadzą niektóre pierwiastki z gleb i sprzyja ich skupianiu w produktach rozkładu

4. Rozkładają krzemiany skałotwórcze

• Temperatura, waha się w granicach +20 do ?20^oC

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.

1. Nasycony profil sialtowy, hydromikowy, charakteryzuje się przeobrażeniem krzemianów pierwotnych pod wpływem hydratacji i hydrolizy bez znacznej migracji krzemionki (hydromiki, hydrochloryty, montmorillonit)

2. Nienasycony profil sialitowy, ilasty, charakteryzuje się pewnym deficytem krzemionki, wyniesionej w znacznym stopniu z pokrywy wietrzeniowej (kaolinit, haloizyt, notronit, kwarc)

3. 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:

1. Przejście od świeżych skał niezwietrzałych, poprzez strefy częściowego rozkładu, do końcowych produktów rezydulanej pokrywy wietrzeniowej na powierzchni, co odpowiada stadialności jej rozwoju.

2. Zróżnicowanie masy mineralnej podczas osadzania z roztworów wodnych infiltrujących z góry.

W pionowym zróżnicowaniu pokrywy wietrzeniowej zasadnicze znaczenie ma zmiana pH środowiska.

1. W górnej najbardziej kwaśnej części pokrywy wietrzeniowej skał zasadowych przy niskim pH wytrąca się Fe(OH)₃

2. Niżej, przy wyższym pH, wytrąca się Mn³⁺ i Co³⁺

3. W partiach złóż przy pH=5,3-6,8 wytrąca się Ni(OH)₂, Fe(OH)₂, Co(OH)₃

4. W najgłębszych partiach złóż przy pH=7 i większym wytrącają się hydrokrzemiany Ni

W przekroju pionowym pokrywy wietrzeniowej wyróżnia się strefy:

1. Początkową hydratacji i początkowej hydrolizy skał w szczelinach, z przewagą dezintegracji

2. Hydratacji i początkowej hydrolizy w całej masie skały, z silnym ługowaniem

3. Hydrolizy i końcowego ługowania

4. 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:

1. Kwarcu, opalu i chalcedonu, skrzemionkowanych pokryw wietrzeniowych

2. 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

1. Nowa Kaledonia

2. Szklary

Nowa Kaledonia

• Kompleks złożowy składa się z 4-ch części:

1. Kompleksy metamorficzne w części NE

2. Sekwencje sedymentacyjne (perm- środkowy trzeciorzęd)

3. Serie masywów ultrazasadowych i zasadowych

• Sekwencje pirolaw bazaltowych z asocjacjami skał klastycznych i jaspisów

• Skały ultrazasadowe masywów płytowych

1. 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:

1. Boksyty rezydualne, laterytowe

• Związane z lateryzacją skał glinokrzemianowych

1. 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

5. Boksyty krasowe

1. Powstałe w wyniku tworzenia się eluwiów typu terra rossa

5

---