Zvětralinová ložiska Principy klasifikace zvětralinových a sedimentárních lož. dominantním procesem je: sedimentace zvetrávaní Faktory ovlivňující vznik zvětralinových plášťů ■ geologické ■ hydrogeologické ■ geografické - geomorfologické ■ voda, kyslík, C02, teplota ■ acidní prostředí (kyseliny), organismy ■ fyz.-chemické procesy literatura: Smirnov Mineralogické specifikace zvětralinového pláště ■ minerály reliktní ■ minerály poč. stádia rozkladu (např. hyd rosil i katy) ■ amorfní (mutabilní) (přechodné, koloidní, mění se) iuLiteibjJj-íy —/iiiiiíiiďíiiDÚYíy - -sďíiih]\]vj silikagel - opál - chalcedon wad - psilomelan - pyroluzit (Mn02) sekundární minerály (konečné produkty: např. jíl.minerály, hydro-oxidy, ...) Polarita H20 Lone pairs of electrons v*2t^ / i Oxygen atom u- / +ve \ / Hydrogen atoms Oxygen ion (O2 ) Silicon ion (Si4-) (+4 x 1 silicon) + (-2 x 4 oxygens) = 4 - H - -4 V 7 / Charge on Charge on individual ions Si04 complex -ve Hydrogen *"o** bond / \ H >■"' +ve H H -ve >\ ^ Lone pair of x \ electrons H +ve Figure 2,1 Idealized illustration of the water molecule and the nature or hydrogen bonding. Zvetrávaní K-živce (a) K-feldspar \ Capillary fringe V of H20 (with H+) Al \ r-----Q ~ 1( K+ ) y/ \_^- W Figure 4.9 |/e/í| Representation of the stages during the progressive weathering and breakdown of K-feldspar by acid hydrolysis, leading to the formation of clay minerals (modified after Leeder, 1999). (b) \ \ V \ Defect \ lattice site I s-, \ \ / T \x / v. (>CHt l KJ ^v©5 X) H+ - ~H+ r H+ \ H2° Exchange of K+ for H+ at surface (protonalion) Hlavní chemické procesy ■ rozpouštění a hydratace Si-O-Si --------► Si-OH-Si ■ hydrolýza a kyselá hydrolýza obecná rovnice hydrolýzy silikátu: MSiA10„ + H+OH- — ♦ -O-H - M+ + OH- + [Si(OH)0.4] + [Al(OH)6]°n (A) — (M, H) AloSiAK),, (B) + Al(OH)3 A - trosky silikátové mřížky, B -jílový minerál nebo zeolit, M - kovový katión, o,t - oktaedrická, resp. tetraedrická koordinace Si4+ + 4H20 — H4Si04 + 4H+ Al3+ + 3H20 — Al(OH)3+ 3H+ .. koncentrace FeO(OH), gibbsitu a goethitu v lateritu význam rychlosti průtoku vody -vazba na klima a/nebo prostředí ■ rychlý průtok H+ + KAlSi308 + 7H20------Al(OH)3 + K+ + 3H4Si04(a) ■ pomalý průtok 2H+ + 2KAlSi308 + H20------Al2Si205(OH)4 + 2K+ + 4Si02 nebo při působení C02 2KAlSi308 + 11H20 + 2C02------ ------2K+ + Al2Si205(OH)4 + 4H4Si04 + 2HC03" ■ velmi pomalý průtok (montmorillonit) Mg2+ + 3KAlSi308 + 4H20------ 2K0 5A\ 5Mg0 5Si4O10(OH)2 + 2K+ + H4Si04(a) další chemické procesy ■ oxidace transfer elektronů: Fe2+ — Fe3+ ■ výměna kationtů vjíl.min. Si4+zaAl3+ jíl.minerály mají koloidní charakter - < 2\im a jsou charakteristické negat. nabitým povrchem, který je neutralizován adsorpcí kationtů, ty mohou být dále vyměňovány koloid —Ca2+ + 2H+(aq) -»■ koloid —H+ + Ca2+(aq) H + např. vymývání Ca do podzemní vody Vznik lož. akumulací zvětralinových ložisek podle chemických přeměn ■ koncentrace chem. nezměněných (inertních) minerálů původních hornin -> úlomkovitá ložiska (rozsypy), v eluviích, deluviích, proluviích ■ koncentrace chem. stabilních produktů zvetrávaní: -> reziduálni ložiska, klobouky (gossany) -> halmyrolitická ložiska ■ koncentrace nestabilních produktů zvetrávaní: migrace prvků - koncentrace např. na geochemických bariérách -> infiltrační ložiska Reziduálni ložiska - laterity Miocene peneplain level Fringing reef Low grade nickeliferous Ferrícrete laterite Garnierite zone Ni-laterity Nová Kaledonie Residual laterites Altered and partially altered peridotite with garnierite concentration Fresh peridotite Iron oxide cap b Nodular á iron oxides Porous laterites Fig. 20.2 Section through nickeliferous deposits, New Caledonia. Další typy lateritů Al-laterity (terra rosa) kaolín Západní Austrálie a „bauxity mediteránního typu" (sedimentární ložiska!!!) lateritizací jílovitých složek vápenců vzniká: Terra rosa terra rosa, příkl. Slovenský kras AIA Si02 K20 CaO Ti02 MnO Fe203 Analýza 1 27,49 51,37 4,09 8,09 0,50 0,79 7,66 Analýza 2 25,25 47,28 4,53 12,51 0,46 1,70 8,07 Halmyrolitická ložiska ■ glaukonit (K,Na,Ca)0 5.1(Fe3+,Al,Fe2+,Mg)2(Si,Al)4O10(OH)2. nH20 ■ montmorillonit (Na, Ca)03(Al, Mg)8(Si4O10)4(OH)8. 12H20 troj vršte vná struktura ložiska bentonitu Glaukonitický pískovec Citace archivní fotky ID: 16702 dle datové směrnice: BOKR, P (2005): Foto - Lobeč, zákrut silnice. In: Fotoarchiv České geologické služby [online databáze]. Praha, Česká geologická služba [cit. 2010-04-14]. Dostupné z URL http://www.geology.cz/foto/16702 Zvetrávaní (sulfidů) Exposed ore body Zone of leaching / Zone of oxidation 1 gossan Water table Zone of secondary J : sulfide enrichment Primary ore Ě Supergenně obohacená ložiska gossany oxidační zóna 2FeS2 + 150 + 8H20 + C02------2Fe(OH)3 + 4H2S04 + H2C03 2CuFeS2 + 170 + 6H20 + C02------2Fe(OH)3 + 2CuS04 + 2H2S04 + H2CO: kovy sulfátů vytěsňují kovy sulfidů s menší afinitou k síře: Hg —> Ag —> Cu —> Bi —> Cd —> Pb —> Zn —> Ni —> Co —> Fe —> Mn cementační zóna PbS + CuS04------CuS + PbS04 (covelín + anglesit) 5FeS2 + 14CuS04 +12H20------7Cu2S + 5FeS04 + 12H2S04 (chalkozín) CuFeS2 + CuS04------2CuS + FeS04 (covelín) Zvetrávaní sulfidických rud „krabičkovité" textury gossanů, zvětrávacích zón (oxidačních zón) riG. 5.5 Typical boxwork structure». Primary urc minerals were: |d—c| jibiLcnn |a - dcíi vafle, 1> - niťsh, c - todutcl; (J,t) sphalerite i<ä -sponce s-tructure, e-ceUulaTlKii(WL]Tk); |f1 chfllcupyTJtCrigrhl btimití | trisrt£u!,1r Crl ill la t atrüttU rt]; j i ,j | -tťtrhh-tdnte | contour boswork|. Approximately 4* maflriification. [AficrBlunciiarilÄliüSMrell 16*34.1 box-work textures g) h) j) Reakce ve zvětr. zónách, gossanech :d :2) :3) :4) :5) :6) :d [8) [9) ;io ;n ;i2 ;i3 ;i4 :i5 4FeS2 + 10H2O + 1502 -4FeS2 + 8H20 + 1502 -> 4CuFeS2 + 6H20 + 1702 PbS + C02 + H20 + 202 * 4FeOOH + 16H+ + 8S04-2 2Fe203 + 16H+ + 8S04"2 -> 4FeOOH + 4Cu2+ + 8H+ +8S04"2 - PbC03 + S04-2 + 2H+ 2PbS + 4Fe3+ +302 + 2H90 s3+ , oc^ -2 '2 ' ^112 Ag2S + 2FeJ+ + 3S04"2 +H20 + 1,502 2PbS04 f- 4Fe2+ + 4H+ 2ZnS + 4Fe3+ + 6S04"2 +302 + 2H20 Zn2+ + S04"2 + CaC03 + 2H20 5Zn2+ + 5C03-2 + 3H20 ^g+ + 2Fe2+ + 2H+ + 4S04"2 2Zn2+ >vJFe2+ + 4H+ + 8S04"2 CaS04'2H20 + ZnC03 2ZnC03-3Zn(OH) 2 + 3C02 2Cu2+ + 30H" + HC03" - CuC03-Cu(OH)2 + H20 2Ag+ + 2Fe2+ -> 2Ag + 2Fe3+ Ag+ + Cl" -> AgCl Cu2+ CuFeS - Cu2S + 2Cu2+ 2FeS9 + 2H90 + 30, anglesit 2 + 2CuS + 2Fe2+ + 2S0 + 4H+ Cu2+ + 20H" CuO + H20 Supergenní minerály Primary or hypogene ore minerals Zone of oxidized enrichment minerals Zone of supergene enrichment ore minerals Chalcopyrite (CuFeS2) Bornite (Cu5FeS4) Tetrahedrite (Cui2Sb4Si3) Tennantite (Cui2As4Si3) Enargite (Cu3AsS4)_____ Malachite (Cu2(C03)(OH)2) Azurite (Cu3(C03)2(OH)2) Rosasite ((Cu,Zn)2C03(OH)2) Cuprite (Cu20) Olivenite (Cu2(As04)(OH)) Covellite (CuS) Chalcocite (Cu2S) Native copper (Cu) Pyrite (FeS2) Marcasite (FeS2) Pyrrhotite (Fei_xS) Goethite (ocFeO OH) Limonite (mineraloid of hydrated iron oxides) Galena (PbS) Anglesite (PbS04) Cerussite (PbC03) Wulfenite (PbMo04) Vanadinite (Pb5(V04)3Cl) Mimetite (Pb5(As04)3Cl) Pyromorphite (Pb5(P04)3Cl) Descloizite (PbZn2(V04)(0H)) Sphalerite (ZnS) Smithsonite (ZnC03) Aurichalcite((Zn,Cu)5(C03)2(OH)6) Adamite (Zn2(As04)(OH)) Descloizite (PbZn2(V04)(0H)) Infiltrační ložiska ■ u ■ Cu ■ s ■ K, Na (ledek) Faktory podmiňující vznik: - existence zdroje - možnost cirkulace vadózních vod - přítomnost srážecích faktorů/činidel Uran U+4 ^ u+6 přenos: U02S04 různé formace: U-V-Cu (Colorado Plateau): 0,1-1% U, 1- 1,5% V U-(Zr-Ti-P) česká kříd.tabule U±V,Ge např. v uhlí 0,001-0,05% U uraninit U02 cofmit U(SiO4)0 9(OH)0 4 carnotit (žlutý v pískovci) K^OJC^^VO^S^O) roscoelitK(V,Al,Mg)2AlSi3O10(OH)2 Rolové struktury Fig. 18.4 Idealized cross section of a roll-front uranium deposit. Cu ložiska v pískovcích (Red Beds) vtroušeninové a žilkovité textury minerální složení: bornit, chalkozín, chalkopyrit Permian and Triassic strata exposed near Capitol Peak in Palo Duro Canyon state Park. The red and white strata in the foreground beneath the hoodoo are in the Quartermaster formation (Late Permian). The mauve, yellow and brown strata in the background are in the Tecovas formation (Late Triassic). (juvenil™ |_| C z vulk. exhalací)) Síra bakteriální oxidace (Thiobacillus, Sulfolobus) 2) redukce anaerobními bakteriemi 3) anorganická redukce uhlovodíky organické sloučeniny S (bílkoviny) /syntéza rostlinami (-> bílkoviny) 1) 2S + 302 +2 H20 H2S04 + CaC03 - - 2H2S04 CaS04 + H2C03 2) Desulfovibrio desulfuricans Desulfovibrio orientis Clostridium nigrificans 3) 2CaS04 + 2CH4------ Ca(HS)2 + C02 + H20 Ca(HS)2 + CaC03 + C02 + 3H20 CaC03 + 2H2S 4) 3H2S + CaS04 Ca(0H)2 + C02 4S + Ca(0H)2 + 2H20 CaC03 + H20 bakteriální oxidace: 2H2S + 02 2S + 527,5 kJ Často vázána na sedimentární formace s evapority a uhlovodíky ledek - Na, K ■ draselný a sodný ledek (chilský, nitratite) (KNO3 - ledek obecný, niter) caliche: 1. (Earth Sciences / Geological Science) a bed of sand or clay in arid regions cemented by calcium carbonate, sodium chloride, and other soluble minerals 2. (Earth Sciences / Geological Science) a surface layer of soil encrusted with calcium carbonate, occurring in arid regions also called calcrete, duricrust caliche - crust or layer of hard subsoil encrusted with calcium-carbonate occurring in arid or semiarid regions caliche - nitrate-bearing rock or gravel of the sodium nitrate deposits of Chile and Peru Caliche Caliche is also known as hardpan, calcrete, duricrust or in India, kankar. It is actually a form of calcium carbonate. The word is Spanish, but comes from the Latin word calx, which means limestone Profil ložiskem nitrátů, Chile Powdery -Friable to Powdery -T Moderately to Firmly Cemented Firmlv Cemented - »•-c?« »o* ■ -■- r> **■•.' y •: • ■,, ow.^-t: -p.--*. .-.-.*-* • -.- í: í? »9? 'p$:' -' ? ■: ■ &yj?' 'Ŕ'd: ' - Chuca, 10-30 cm Conjelo, 0-2+m Firmly Cemented Uncemented - Ericksen 1981 - Costra, 50 cm-2 m Caliche, 1-3 m ■ôfds^jP\mq \r:*'--.v.: .- -Cob a EXPLANATION Sand, Silt, Clav Pebbles, Cobbles, Rock Fragments 'ŽZZZZ^ Layer of Thenardite or Humberstonite Nitrate Ore, Average Grade of 8-15 Percent NaNO, 12 Veins and Layers of Caliche Blanco 1 Salt-Cemented Regolith