Nerostotvorné (= minerogenetické) procesy Procesy vedoucí ke vzniku minerálů můžeme rozdělit do 2 skupin: - Endogenní (hypogenní) nerostotvorné procesy Jsou spjaty s vnitřními geologickými silami. Probíhají hlavně ve svrchním zemském plášti a zemské kůře Do této skupiny patří především magmatické, metamorfní a hydrotermální procesy - Exogenní (hypergenní, supergenní) nerostotvorné procesy Jsou vyvolávány vnějšími geologickými silami a dochází k nim v přípovrchových částech zemské kůry, v kontaktu s hydrosférou a atmosférou. Patří sem procesy zvětrávání hornin a minerálů, transportu a sedimentace. Magmatické procesy - Vedou ke vzniku magmatických hornin Magmatický proces zahrnuje vznik magmatu natavením nebo roztavením pevných hornin, jeho výstup do svrchních částí zemské kůry (případně až na zemský povrch), jeho diferenciaci a krystalizaci. Magma je přírodní, zpravidla silikátová tavenina Hlavními složkami magmatu jsou SiO[2], Al[2]O[3], Fe[2]O[3], FeO, CaO, MgO, Na[2]O a K[2]O, rozpuštěná voda Uvedené složky jsou základem většiny minerálů magmatických hornin (příklady) Existují i magmata zcela odlišného chemického složení (karbonátové, sulfidické taveniny). V určitém množství je v magmatu přítomna plynná fáze : H[2]O, CO[2], HCl, HF, H[2]S, H[2], CO, SO[3] a N[2] (tyto látky jsou zčásti absorbovány v kapalné fázi, zčásti jsou v ní chemicky vázány) Magma může obsahovat do 10 % pevné fáze : -- minerály z počátečních stadií krystalizace magmatu -- relikty (zbytky) původních hornin, jejichž roztavením magma vzniklo Základní typy magmat: - bazické (bazaltové magma) - kyselé magma (granitové) - magma intermediárního složení (andezitové magma) - ultrabazické magma (peridotity) Likvace - rozdělení původně homogenní taveniny na dvě vzájemně nemísitelné taveniny (silikátovou a sulfidickou), při teplotě cca 1500 ^oC - počáteční krystalizace (akcesorické minerály) -- zirkon, apatit, pyrop, spinelidy, ilmenit, ...... - hlavní krystalizace (Bowenovo reakční schema -- idealizace) -- obr. Recentní poznatky o krystalizaci magmatu Procesy diferenciace magmatu: - frakční krystalizace - gravitační - filtrační - var magmatu (oddělení plynné fáze) Asimilace -- proces, při němž magma pohlcuje okolní horniny a rozpouští je v sobě Vznik minerálů ze sopečných exhalací - exhalační ložiska - fumaroly (100-800 ^oC) solfatary (100-200 ^oC) Hlavní složky sopečných plynů: H[2]O (pára), HCl, NH[4]Cl, H[3]BO[3], H[2]S, SO[2] a CO[2 ] Sopečné sublimáty (fumarolové nebo solfatarové) vznikají mimo sublimace: - chemickými reakcemi mezi plynnými složkami exhalátů při jejich ochlazování - chemickými reakcemi mezi sožkami exhalátů a atmosferickým kyslíkem př: vznik ložiskových akumulací síry: 2 H[2]S + SO[2] ------- 2 H[2]O + 3 S 2 H[2]S + O[2] ------- 2 H[2]O + 2 S Typické sublimáty: salmiak (NH[4]Cl), sassolin (H[3]BO[3]), halit, sylvín, thenardit (Na[2]SO[4]) - lokálně: hematit, magnetit, pyrit, realgar, auripigment, antimonit, cinnabarit Minerály vznikající přeměnou vulkanických hornin interakcí s exhalacemi: sírany - alunit KAl[3] /SO[4]/[2] /OH/[6], sádrovec Hydrotermální procesy - dochází ke krystalizaci minerálů z hydrotermálních roztoků V podmínkách zemské kůry mají hydrotermální roztoky charakter vodných roztoků o teplotě cca 50 -- 700 ^oC. Teplotní dělení: - vysokoteplotní (katatermální) roztoky : 700 -- 300 ^oC - středně teplotní (mezotermální) roztoky: 300 -- 200 ^oC - nízkoteplotní (epitermální) roztoky: 200 -- 50 ^oC /teletermální roztoky/ alpské parageneze 350 - 50 pozn. ve starší literatuře se setkáváme s termínem pneumatolytické roztoky. Jde o vysokoteplotní roztoky, jejichž teplota je vyšší než kritická teplota čisté vody -- t.j. 374 ^oC za tlaku 22 Mpa. - kritická teplota hydrotermálních roztoků je vyšší v závislosti na obsahu rozpuštených látek (např. 20% rozpuštěných solí .......................kritický bod 600 ^oC) Původ vody hydrotermálních roztoků: - magmatogenní - diagenetický - metamorfní - povrchový (meteorické, - vadózní vody), nasávání mořské vody v oblasti riftů a jejich ohřev, mineralizace Zdroje mineralizace - podobně jako zdroje vody roztoků Formy transportu látek - největší význam má transport nerostných látek v podobě lehce rozpustných sloučenin, disociovaných na jednoduché ionty nebo polymerní molekuly Informace o látkovém složení hydrotermálních roztoků dostáváme: - výzkumem plynokapalných uzavřenin v hydrotermálních minerálech - studiem nerostných paragenezí hydrotermálního původu - izotopický výzkum O, C, S - přímo lze zkoumat hydrotermální roztoky v oblastech s doznívající sopečnou aktivitou (roztoky výrazně ovlivněny meteorickou vodou) Složení hydrotermálních roztoků je velmi variabilní, zpravidla obsahují 2 -- 16 hm.% rozpuštěných solí, - maximálně kolem 40 % Kationty: Na, K, Ca, Mg, Ba Anionty: Cl, HCO[3], CO[3], SO[4], F Pro transport chalkofilních prvků (Pb, Zn, Ag, Cu,......) mají velký význam ionty HS ^- a S ^2- . Schematická řada vylučování sulfidů jednotlivých kovů s klesající teplotou hydrotermálního roztoku: Bi - As- Au, Cu, U - Zn - Pb, Ag - Sb - As - Hg Formace sulfidických ložisek dle klesající teploty vzniku: 1. Zlatá a zlato-stříbrná formace 2. Ag-Co-Ni-Bi-U formace 3. Pyritová a chalkopyritová formace 4. Pb-Zn-Ag formace 5. Sb-As-Se formace 6. Hg formace Recentní submarinní hydrotermální procesy Vznik submarinní hydrotermální mineralizace je podmíněn: - výměnou tepelné energie a látek mezi litosférou a hydrosférou Dochází k tomu : - především podél globálního systému divergentních deskových rozhraní ( tj. na riftových zónách ) - na ostrovních obloucích - v zaobloukových pánvích - v areálech vnitrodeskového vulkanismu Vznikají často sulfidické akumulace, které můžeme považovat za recentní analogy ložisek "Kuroko", "Besshi" a kyperského typu Podloží recentních hydrotermálně sedimentárních sulfidických akumulací a jeho hydrotermální alterace - uložení na vulkanitech, případně vulkanoklastických horninách Na středooceanických hřbetech jde o bazalty typu MORB (= mid-ocean ridge basalts), lokálně i andezity - v zaobloukových pánvích kromě basaltů též ryolity, autobrekciované lávy a vulkanoklastické horniny, složením odpovídající uvedeným vulkanitům Vznik sulfidických rud, jejich nerostné složení a morfologie rudních těles - vznik z hydrotermálních roztoků, vyvěrajících na mořské dno Typickým produktem hydrotermální aktivity v obou geotektonických pozicích jsou komínovitá tělesa s.l. ( komíny = "smokers") a hydrotermální kupy ("hydrothermal mounds") Morfologie komínů je variabilní. Např. v hydrotermálním poli EPR: - štíhlé komíny s téměř kruhovým průřezem a úzkým centrálním kanálem /několik cm/, o výšce 1-2 m, výjimečně i přes 5 m - mocnost stěny při bázi komínu závisí na jeho stáří /mm až dm/ V případě aktivních komínů z nich rychle vystupují hydrotermální fluida obvykle zbarvená černě nebo bíle (v závislosti na přítomnosti a povaze suspendovaných částic) - "black smokers" teploty 330-380 ^oC - "white smokers" 20-300 ^oC Charakteristickým znakem všech "smokerů" je jejich zonální /koncentrická/ stavba. Jde o mineralogickou zonálnost, jejíž hlavní příčinou je pokles teploty směrem k okraji komínu a reakce hydrotermálních fluid s mořskou vodou ve vnějších částech stěny komínu Vnitřní zóna: - chalkopyrit - dále od kanálu hlavně pyrit, bornit, případně magnetit, lokálně pyrhotin, cubanit Ve střední části stěny: - sfalerit, wurtzit, chalkopyrit, pyrit a anhydrit Vnější zóna stěny: - je menší mocnosti - pyrit, markazit, opál, baryt pozn. jsou známé také komíny barytové Často jsou popisovány dendritické útvary a kostrovité krystaly některých rudních minerálů (sfalerit, baryt, galenit) Morfologicky zcela odlišným typem komínů jsou tzv. difuzéry ("diffusers"), které nemají centrální kanál. Hydrotermální fluida vystupují k povrchu relativně pomalu centrální porézní zónou a stěnami. K výstupu roztoků dochází tedy na celém povrchu tělesa. Difuzér v typickém příkladu získává kuželovitý tvar. Mineralogicky se difuzéry liší vysokým obsahem pyrhotinu a absencí anhydritu. Některé difuzéry obsahují množství barytu. Dalšími rudními minerály jsou pyrit, sfalerit a cubanit. Hydrotermální kupy -- tělesa, která se tvoří srůstem většího množství komínů a nahromaděním fragmentů, vznikajících jejich rozpadem. Rostoucí kupou prostupují hydrotermy, které způsobují metasomatické přepracování a rekrystalizaci materiálu uvnitř kupy. Velikost sulfidických akumulací 1/ Kotlina "Atlantis II" v riftové zóně Rudého moře: - 94 mil. tun rud s kovnatostí 2.1 % Zn, 0.5 % Cu, 39 ppm Ag a 0.5 ppm Au 2/ Těleso masivních sulfidických rud o rozměrech 1000 x 150 m a výšce 35 m v riftovém údolí Galapážského hřbetu. Odhad 10 mil. tun rud. Hydrotermální chocholy ("hydrothermal plumes") - typický fenomén pro hydrotermální pole - jde o černé "kouře", vystupující z ústí aktivních komínů, z trhlin na povrchu hydrotermálních kup, případně i z trhlin přímo v mořském dně - vystupují do výše několik X0 až X00 m nad dno, zde se jejich pohyb mění na horizontální a následně dochází k sedimentaci Tvar horizontální části chocholu závisí na proudění mořské vody Černé zbarvení těchto "kouřů" je způsobeno suspenzí sulfidů, které vznikají při reakci hydrotermálního roztoku z mořskou vodou. Proces precipitace minerálů trvá několik sekund po vývěru: - pyrhotin - pyrit - sfalerit - chalkopyrit - další fáze Fe, S, SiO[2] - méně hojné jsou částice anhydritu, opálu, oxid-hydroxidů Fe, síry a - vzácně markazit, covellin, cubanit, baryt a některé silikáty Rozměry částic v suspenzi jsou velmi malé: 0.1 -- 850 mm. Sedimentace z hydrotermálních chocholů probíhá ve vzdálenostech do několika X00 m až 2000 m (viz. příklady) Sulfidické rudy střeooceanických hřbetů jsou tvořeny především: - sulfidy Fe, Cu a Zn, z nerudních minerálů převládají různé formy SiO[2] a sulfáty - akumulace takových rud: středoatlanský, východopacifický a galapážský hřbet, Rudé moře (Atlantis) - jde o recentní analogy rudních ložisek "kuroko" a kyperského typu Složení sulfidických akumulací na spreadingových zónách v zaobloukových pánvích je více variabilní v závislosti na litologii v prostoru konvekčně cirkulačních systémů: - opět jde o recentní analogy rudních ložisek "kuroko" a kyperského typu, která jsou ale mineralogicky pestřejší - kromě výše jmenovaných jsou hojné minerály tetraedrit-tennantitové skupiny (obsahy Ag), sulfidy Pb a Ag, Au, baryt, anglesit "Alpské parageneze" Termínem "alpská parageneze" jsou označovány specifické nízkoteplotní hydrotermální asociace, vyskytující se nejčastěji na puklinách hornin. Krystalovaly z vodných roztoků o teplotě 100-360 ^oC. V České republice je alpská parageneze nejvýrazněji vyvinuta: - na Čáslavsku a Kutnohorsku - v Jeseníkách - na Českomoravské vrchovině Minerální asociace A (dle Bernarda) -- v kvarcitech, svorech, fylitech, rulách (nízké obsahy Ca) Vernířovice u Sobotína -- "Hackschlüssel" - okolní horninou chloritické ruly desenské skupiny Minerály: - křemen zastoupen křišťálem a záhnědou, XX až 15 cm velké, čisté a bohaté na krystalové tvary (Burkart 1953) - albit - klinochlor (tmavozelené lístky) - hematit - pyrit (až 1 cm XX) - magnetit - titanit vytváří velmi malé (do 1 mm) bezbarvé či světle zelené XX se silným leskem) - kalcit (XX) Kutná Hora -- lomy "Prachovna", "V Hutích", "Kamenná bába" lom u Vrbova mlýna - okolní horninou katazonálně metamorfované ruly a migmatity kutnohorského krystalinika Minerály: - křemen zastoupen křišťálem, XX až 2 cm velké - chlorit černozelený, ve vějířovitých a paprsčitých shlucích - anatas (ocelově modré až šedé dipyramidy s silným leskem, do 5 mm) - brookit -- vzácnější (nahnědlé rýhované tabulky, do 3 mm) - rutil (jako varieta "sagenit" v XX křišťálu) - klinochlor (tmavozelené lístky) - turmalín - skoryl - fluorit ve štěpných agregátech nebo XX - ilmenit - kalcit - laumontit -- sukcesně nejmladší minerál Minerální asociace B (dle Bernarda) -- v granitech, granodioritech, pegmatitech, rulách (přechodný typ mineralizace s kolísavým obsahem Ca) Černá Voda u Žulové -- "Nový lom" - okolní horninou biotitové granity, granodiority a pegmatity žulovského masivu Minerály: - křemen vytváří šedobílé XX kolem 1 cm velké - albit XX v drúzách - epidot -- klinozoisit (stébelnaté až paprsčité agregáty i několik cm velké, zbarvení šedé až ostře zelené, klasifikačně většinou epidoty) - chlorit = chamosit (Losos a kol. 1994), ve varietě "strigovit" (jemně zrnité až celistvé černozelené agregáty), v trhlinách pegmatitů - hematit -- lupenité agregáty, často s epidotem a stopbitem - titanit - kalcit - pyrit - stilbit -- časté snopkovité a vějířovité agregáty (průměr až 3 cm) a XX na puklinách granitoidů - heulandit Minerální asociace C (dle Bernarda) -- na puklinách amfibolitů, amfibolických rul, skarnů, dioritů, gaber (mineralizace s vysokým obsahem Ca) Sobotín -- "Pfarrerb" - asi 0.5 km východně od kostela v Sobotíně, při cestě na kótu Smrčina - horniny sobotínského amfibolitového masivu (amfibolity, amfibolické ruly) Minerály: - epidot je zde světově známým minerálem, jeho XX jsou sytě zelené, někdy průhledné. Největší X 140 x 26 mm (Nepejchal 1994) - albit -- tvoří drúzy bílých nebo bezbarvých XX, několik mm velkých, často zdvojčatělých - adulár (mikroklin) - aktinolit v podobě azbestu - apatit (nízce sloupečkovité XX bílé nebo nafialovělé barvy) - diopsid je nejstarším minerálem (350 ^oC a tlak 2-3 kbar dle Nováka a kol.1991) - titanit (sfén) -- klínovité XX do 0.5 cm velikosti, žlutozelené barvy a průhledné - prehnit (bílý až světle zelený, v kulovitých a hřebenitých agregátech v dutinách) - ilmenit - Ca-zeolity /heulandit/ (nejmladší fáze asociace) -- cca 150 ^oC a tlak 1 kbar Mirošov -- činný lom - horniny strážeckého moldanubika (amfibolity, amfibolické ruly migmatitizované) Minerály: - epidot (dlouze sloupcovitý, paprsčité XX - albit - křemen (xx kolem 1 cm, někdy křišťál) - amfibol (aktinolit -- paprsčitý), prehnit - titanit -- klínovité a psaníčkovité typy XX - chlorit (klinochlor) -- kulovité radiálně lupenité agregáty - axinit - pyrit, markazit, hematit - apatit - stilbit (nasedá na křišťál), chabazit Minerální asociace D (dle Bernarda) -- specifický typ převážně karbonátových žilek v sedimentárním komplexu chvaletického ložiska Fe-Mn rud (mineralizace s vysokým obsahem Mn) Chvaletice - horniny chvaletického proterozoika Minerály: - rodochrozit a kutnohorit, ankerit - neotokit ( /Mn Fe/ Si O3 . H2O ) - Mn-cummingtonit v azbestové formě - cronstedtit (sk. serpentinu) - hyalofan - K, Ba -- živce, Ba-heulandit - pyrofanit - dravit- jemně vláknitý - křemen - sulfidy: alabandin (MnS), pyrit, markazit - hevlín, rutil, opál