Z£O¯A WIETRZENIOWE
Koncentracja kopalin u¿ytecznych w pokrywie wietrzeniowej zachodzi w
wyniku:
- Rozpuszczania i wynoszenia przez wody przypowierzchniowe bezu¿ytecznej masy mineralnej
oraz koncentracji kopaliny u¿ytecznej w resztkach utworów wietrzeniowych (rezydualne)
- Rozpuszczania przez wody przypowierzchniowe sk³adników u¿ytecznych, ich infiltracji i
wtórnego osadzania w dolnej czê¶ci pokrywy wietrzeniowej (infiltracyjne)
- Z³o¿a powierzchniowej pokrywy wietrzeniowej przykrywaj± p³aszczem ska³y pierwotne,
z³o¿a te stopniowo przechodz± w ska³y nieprzeobra¿one. Wewn±trz z³ó¿ wystêpuj±
cia³a ska³ nieprzeobra¿onych.
- Z³o¿a liniowej pokrywy wietrzeniowej maj± formê podobn± do ¿y³ przenikaj±cych w
g³±b ska³ pierwotnych wzd³u¿ systemu szczelin.
- Przykontaktowe z³o¿a wietrzeniowe wystêpuj± wzd³u¿ powierzchni kontaktu ska³y
wietrzej±cej.
- Z³o¿a redeponowane powstaj± w wyniku przemieszczania zwietrza³ej masy mineralnej pod
wp³ywem si³y ciê¿ko¶ci lub energii wody.
- Z³o¿a przeobra¿one pokrywy wietrzeniowej powstaj± wskutek infiltracji zwi±zków nie
wchodz±cych w sk³ad pierwotnych produktów rozk³adu.
WARUNKI FIZYKO-CHEMICZNE POWSTAWANIA Z£Ó¯
Powstawanie z³ó¿ wietrzeniowych polega na przegrupowaniu masy
mineralnej ska³ g³êbinowych, chemicznie nietrwa³ych w warunkach strefy
przypowierzchniowej.
Czynniki wietrzenia
- Woda, jej dzia³anie polega na:
- Rozpuszczaniu, transportowaniu i odk³adaniu naturalnych zwi±zków chemicznych w
pokrywie wietrzeniowej
- Rozpuszczaniu sta³ych, ciek³ych i gazowych sk³adników aktywnych i przenoszenie na
obszar wietrzenia ska³
- Rozk³adanie minera³ów ska³otwórczych ska³ macierzystych podczas hydratacji i
hydrolizy
- Ustalanie warunków fizyczno-chemicznych w pokrywie wietrzeniowej w zale¿no¶ci od pH,
Eh i sk³adu chemicznego rozpuszczonych w niej substancji.
G³ównym ¼ród³em wody, dzia³aj±cej w pokrywie wietrzeniowej s±
opady atmosferyczne przes±czaj±ce siê w g³±b. Podczas podziemnej cyrkulacji woda
przechodzi przez strefê:
- Aeracji, przesi±kania
- Pe³nego nasycenia z czynn± wymian± wód
- Pe³nego nasycenia z biern± wymian± wód
- Tlen, odgrywa g³ówn± rolê w reakcjach utlenienia. W reakcjach tych uczestniczy:
- Tlen atmosferyczny
- Tlen wchodz±cy w sk³ad powietrza rozpuszczonego w wodzie
- Tlen zwi±zków mineralnych przy reakcjach redoks
- Dwutlenek wêgla, uczestniczy aktywnie w utlenianiu i przeobra¿eniu krzemianów w
zwi±zki wêglanowe.
- Kwasy, przyspieszaj± proces rozk³adu ska³ w pokrywie wietrzeniowej i nak³adaj± mu
okre¶lone chemiczne ukierunkowanie.
- Organizmy, intensyfikuj± proces przeobra¿eñ ska³ podczas wietrzenia i nak³adaj± mu
okre¶lone biochemiczne ukierunkowanie.
- Regeneruj± tlen i dwutlenek wêgla, dostarczaj±c czynników przeobra¿enia ska³ w
pokrywie wietrzeniowej
- Wymieniaj± jony H na kationy zwi±zków ska³otwórczych, zachowuj±c kwa¶ne warunki
rozk³adu ska³
- Gromadz± niektóre pierwiastki z gleb i sprzyja ich skupianiu w produktach rozk³adu
- Rozk³adaj± krzemiany ska³otwórcze
- Temperatura, waha siê w granicach +20 do ?20oC
Rozk³ad ska³ macierzystych
- Utlenianie, uwarunkowane jest wysokim potencja³em utleniaj±cym przypowierzchniowej
czê¶ci skorupy ziemskiej, zmniejszaj±cym siê wraz z g³êboko¶ci±. Pod wp³ywem
utleniaczy pokrywy wietrzeniowej przechodz± w tlenki o wysokiej warto¶ciowo¶ci.
- Hydratacja, zwi±zana z reakcjami wymiennymi miêdzy kationami minera³ów ska³
macierzystych a jonami wodorowymi elektrolitycznie zdysocjowanej czê¶ci wody.
Intensywno¶æ tego procesu zale¿y od pH, obecno¶ci dwutlenku wêgla, kwasów
mineralnych i temperatury wody. Podczas hydrolizy krzemiany rozk³adaj± siê, na ich
miejscu powstaj± minera³y ilaste, a wskutek wypierania kationów wolne tlenki i
wodorotlenki Al, Si, Fe, Mn przechodz±ce w okre¶lonych warunkach do roztworu i
ulegaj±ce wy³ugowaniu lub wytr±caniu w postaci tlenków, wodorotlenków, soli
zasadowych i kwa¶nych.
- Dializa, polega na dyfuzyjnym usuniêciu kationów metali z ilastych produktów
wietrzenia i ich przekszta³cenie w czyste i³y.
- Stadialno¶æ, w pocz±tkowym etapie w ¶rodowisku alkalicznym ze ska³ wy³ugowywane
s± siarczany i chlorki K, Na, Ca, Mg, wêglany metali alkalicznych i ziem alkalicznych
oraz krzemionka. Jednocze¶nie nastêpuje hydroliza krzemianów i glinokrzemianów i
koncentracja Al, Fe, Mn. W pó¼niejszym stadium rozpoczyna siê wietrzenie w ¶rodowisku
kwa¶nym polegaj±ce na przegrupowaniu i ³ugowaniu wodorotlenków Al, Fe, Mn.
- Szybko¶æ rozk³adu minera³ów ska³otwórczych, odmiany zasadowe i magnezowe
rozk³adaj± siê szybciej od minera³ów kwa¶nych zawieraj±cych ¿elazo (szereg
Godllicha).
Migracja pierwiastków
Produktów rozk³adu mog± byæ przenoszone w postaci zawiesiny,
roztworów koloidalnych i rzeczywistych. Podczas rozk³adu ³atwiej odprowadzane s±
pierwiastki niemetaliczne, a metale skupiaj± siê w pokrywie wietrzeniowej.
Profile i sterfowo¶æ pokrywy wietrzeniowej
- W wyniku rozk³adu masy mineralnej ska³y macierzystej i selektywnej migracji
pierwiastków powstaj± pokrywy wietrzeniowe.
- Profil pokrywy wietrzeniowej, okre¶la siê wed³ug stopnia rozk³adu krzemianów
ska³otwórczych na podstawie stosunku Si i Al. W masie mineralnej pokrywy wietrzeniowej.
- Nasycony profil sialtowy, hydromikowy, charakteryzuje siê przeobra¿eniem krzemianów
pierwotnych pod wp³ywem hydratacji i hydrolizy bez znacznej migracji krzemionki
(hydromiki, hydrochloryty, montmorillonit)
- Nienasycony profil sialitowy, ilasty, charakteryzuje siê pewnym deficytem krzemionki,
wyniesionej w znacznym stopniu z pokrywy wietrzeniowej (kaolinit, haloizyt, notronit,
kwarc)
- Profil alitowy, laterytowy, charakteryzuje siê ca³kowitym lub czê¶ciowym
zniszczeniem po³±czeñ miêdzy dwutlenkiem glinu a krzemionk± i intensywn± jej
migracj± (metahaloizyt, wodorotlenki Al, tlenki i wodorotlenki Fe)
Hipoteza stadialna
Pokrywy wietrzeniowe powstaj± jako kolejne etapy przeobra¿enia ska³
macierzystych podczas wietrzenia. Glinokrzemian po przej¶ciu przez stadium kaolinitu ,
rozpada siê na boksyt i opal. Przy tym czê¶æ kwasu krzemowego i sole metali s±
wy³ugowane. Przez stadia po¶rednie glinokrzemian, przeobra¿a siê w minera³ o
sk³adzie montmorillonitu, beidellitu, notronitu, illitu. Skomplikowanie sk³adu
minera³ów wtórnych zachodzi kosztem sorpcji przez ¿ele, z których one powstaj±,
dodatkowych pierwiastków z roztworów wodnych.
Drugi etap charakteryzuje siê przeobra¿eniem minera³ów ilastych. Podczas wypierania
alkalii przez grupê wodorotlenow±, z przebudow± sieci krystalicznej, hydromiki
przeobra¿a³y siê w kaolinit. Dochodzi³o do dalszego wynoszenia alkalii i krzemionki,
gromadzi³y siê wodorotlenki ¿elaza, z przej¶ciem tlenków i zwi±zków s³abiej
uwodnionych (hematyt, hydrohematyt) w minera³y bardziej uwodnione (hydrogoetyt).
Trzeci etap wyró¿nia siê rozk³adem kaolinitu, dalszym wynoszeniem krzemionki i
wydzieleniem gibbsytu.
Hipoteza syntetyczna
Jest rezultatem syntezy wolnych zoli wodorotlenków Al, Si, Fe oraz
innych sk³adników na które rozpadaj± siê krzemiany ska³ macierzystych. W
okre¶lonych warunkach wolne wodorotlenki o przeciwnych ³adunkach wzajemnie siê
koaguluj± i wytr±caj± w postaci ¿elu. Ich hydrozole mog± pozostawaæ w roztworze, w
którym s± wynoszone z pokrywy wietrzeniowej. Przy koagulacji wszystkich zoli wolnych
wodorotlenków, wytr±ca siê ¿el krzemionkowo-glinowy, którego dalsze przeobra¿enia
prowadz± do powstania pokrywy wietrzeniowej o profilu ilastym. Natomiast gdy wytr±ca
siê ¿el tlenku ¿elaza, a krzemionka jest wynoszona z roztworu, powstaje pokrywa
laterytowa.
- Strefowo¶c, jest uwarunkowana przez:
- Przej¶cie od ¶wie¿ych ska³ niezwietrza³ych, poprzez strefy czê¶ciowego rozk³adu,
do koñcowych produktów rezydulanej pokrywy wietrzeniowej na powierzchni, co odpowiada
stadialno¶ci jej rozwoju.
- Zró¿nicowanie masy mineralnej podczas osadzania z roztworów wodnych infiltruj±cych z
góry.
W pionowym zró¿nicowaniu pokrywy wietrzeniowej zasadnicze znaczenie
ma zmiana pH ¶rodowiska.
- W górnej najbardziej kwa¶nej czê¶ci pokrywy wietrzeniowej ska³ zasadowych przy
niskim pH wytr±ca siê Fe(OH)3
- Ni¿ej, przy wy¿szym pH, wytr±ca siê Mn3+ i Co3+
- W partiach z³ó¿ przy pH=5,3-6,8 wytr±ca siê Ni(OH)2, Fe(OH)2,
Co(OH)3
- W najg³êbszych partiach z³ó¿ przy pH=7 i wiêkszym wytr±caj± siê hydrokrzemiany
Ni
W przekroju pionowym pokrywy wietrzeniowej wyró¿nia siê strefy:
- Pocz±tkow± hydratacji i pocz±tkowej hydrolizy ska³ w szczelinach, z przewag±
dezintegracji
- Hydratacji i pocz±tkowej hydrolizy w ca³ej masie ska³y, z silnym ³ugowaniem
- Hydrolizy i koñcowego ³ugowania
- Koñcowej hydrolizy
Zachowanie siê poszczególnych pierwiastków
- Glin, nale¿y do pierwiastków najtrudniej migruj±cych. Minera³y zawieraj±ce w swym
sk³adzie glin przekszta³caj± siê 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 rozk³adzie w profilu alitowym powstaj± boksyty w wyniku ca³kowitego
uwolnienia czystego tlenku glinu.
- Krzem, nale¿y do pierwiastków s³abo migruj±cych. W trakcie wietrzenia uwalnia siê
krzemionka, przechodz±ca do roztworu w postaci uwolnionej lub krzemianu alkalicznego.
Rozpuszczalno¶æ krzemionki zwiêksza siê w miarê przej¶cia od roztworów kwa¶nych do
zasadowych (pH=9-10). Wtórne osadzanie siê krzemu odbywa siê w postaci:
- Kwarcu, opalu i chalcedonu, skrzemionkowanych pokryw wietrzeniowych
- Glinokrzemianów, ¿elazokrzemianów
- ¯elazo, nale¿y do pierwiastków wolno migruj±cych. Przy rozk³adzie minera³ów
ska³otwórczych i akcesorycznych przechodzi w hydraty, tlenki i wodorotlenki w formie
podtlenkowej lub tlenkowej. Tlenkowe zwi±zki ¿elaza tworz± siê przy pH=3 i wiêkszym,
a podtlenkowe przy pH=5-7. G³ówna masa ¿elaza gromadzi siê w produktach resztkowych
górnej czê¶ci pokrywy wietrzeniowej. Rozpuszczalno¶æ ¿elaza, krzemionki i tlenku
glinu zale¿y od pH roztworu. Tlenki ¿elaza, rozpuszczalne tylko w kwa¶nych roztworach
przy pH<3, praktycznie nie mog± migrowaæ ze strefy wietrzenia. Tlenek glinu jest
³atwo rozpuszczalny w roztworach skrajnie kwa¶nych i skrajnie alkalicznych, ale przy
pH=4-9 jest on nierozpuszczalny. Natomiast minimalna rozpuszczalno¶æ krzemionki jest
przy pH=2-4, gdzie w zrasta w ¶rodowisku obojêtnym i zasadowym.
- Mangan, jest pierwiastkiem s³abo migruj±cym pokryw wietrzeniowych. Pierwotne jego
zwi±zki utleniaj± siê i przechodz± w Mn(OH)3 i Mn(OH)4. Zwi±zki
te podobnie jak ¿elaza wytr±caj± siê przy niskim pH i gromadz± siê w górnych
czê¶ciach pokrywy. W manganowej czê¶ci resztkowych produktów pokrywy wietrzeniowej
koncentruje siê Co, Ni, Zn, Li.
- Wapñ i magnez, ³atwo siê rozpuszczaj± w strefie utlenienia. Ulegaj± wy³ugowaniu z
pokrywy, czê¶æ z nich trafia do dolnych poziomów pokrywy wietrzeniowej, w wyniku
reakcji redukcyjnych wytr±caj± siê w postaci wêglanów wtórnych (wêglany Ca a potem
Mg w zale¿no¶ci od wzrostu pH)
- Potas i sód, ³atwo siê rozpuszczaj± i szybko s± odprowadzane z pokrywy
wietrzeniowej przy rozk³adzie ska³ potasowych. W zwi±zku z tym powstaje gruba strefa o
niewielkiej warto¶ci pH, pod¶cielona cienk± stref± alkaliczn± o wysokim pH, która
stanowi przej¶cie do macierzystych ska³ potasowo-sodowych.
Charakterystyka mineralogiczna
W¶ród minera³ów pokryw wietrzeniowych wyró¿ni± siê:
- Reliktowe minera³y pierwotne ska³ wyj¶ciowych trwa³e przy wietrzeniu chemicznym
(kwarc, rutyl, magnetyt)
- Minera³y pocz±tkowego stadium rozk³adu, zachowuj±ce budowê krystaliczn±m, ale o
zmienionym sk³adzie (hydromiki, hydrochloryty, minera³y ilaste)
- Minera³y amorficzne, mutabilne, bêd±ce substancjami koloidalnymi, które z czasem
staj± siê krystaliczne
- Minera³y wtórne, stability
Harmyloliza
Polega na przeobra¿eniu chemiczno-mineralogicznym osadów pierwotnych
na dnie morza pod dzia³aniem wody morskiej, a tak¿e w wyniku utleniania i dzia³alno¶ci
organizmów.
OPIS Z£Ó¯
Z³o¿a rezydualnych rud Ni
- Nowa Kaledonia
- Szklary
Nowa Kaledonia
- Kompleks z³o¿owy sk³ada siê z 4-ch czê¶ci:
- Kompleksy metamorficzne w czê¶ci NE
- Sekwencje sedymentacyjne (perm- ¶rodkowy trzeciorzêd)
- Serie masywów ultrazasadowych i zasadowych
- Sekwencje pirolaw bazaltowych z asocjacjami ska³ klastycznych i jaspisów
- Ska³y ultrazasadowe masywów p³ytowych
- Pokrywy laterytowe (lateryt, garnieryt)
- Strefa resztkowych produktów hydrolizy zakoñczonej, strefa ochr (wodorotlenki Fe)
- Strefa niezakoñczonego wietrzenia przy hydratacji i hydrolizie, strefa notronitowa
(ferrbeidellit, ferrimontmorillonit)
- Strefa czê¶ciowo roz³o¿onych i wy³ugowanych serpentynitów
Szklary
- Z³o¿e powsta³o w oligocenie w wyniku wietrzenia chemicznego serpentynitów, gnejsów
i amfiboltów
- Mi±¿szo¶æ zwietrzeliny waha siê od kilku do kilkudziesiêciu metrów, ¶rednio dla
zwietrzeliny serpentynitowej jest to 20 m
- Dziêki wietrzeniu Ni, który w serpentynitach wystêpowa³ w ilo¶ci 0,2-0,3%
gromadzi³ siê w zwietrzelinie, daj±c pocz±tek z³o¿u
- Najbardziej zasobna w Ni by³a najwy¿ej le¿±ca szarozielona zwietrzelina,
zawieraj±ca 1-9% Ni. Ubo¿sza wi¶niowo-czerwona zwietrzelina zawieraj±ca 1%Ni.
- Minera³y typomorficzne: chryzopraz, garnieryt, karneol, sard, chalcedon
- Zawarto¶æ z³ota w zwietrza³ych serpentynitach wynosi 4,3 ppb Au
Z³o¿a rezydualne boksytu
- Powstaj± w ska³ach zasadowych zasobnych w glin najczê¶ciej alkalicznych, kwa¶nych,
zasadowych ska³ach g³êbinowych lub ich wylewnych odpowiednikach
- ¬ród³em glinu s± równie¿ ³upki krystaliczne
- Zbudowane s± z diasporu, bemitu, hydrargilitu, kaolinitu, wêglanów
- Ze wzg³edu na genezê wyró¿nia siê:
- Boksyty rezydualne, laterytowe
- Zwi±zane z lateryzacj± ska³ glinokrzemianowych
- Boksyty osadowe
- Powstaj±ce na drodze sedymentacji produktów wietrzenia alitowego w wodzie
c. Boksyty okruchowe, brekcje boksytowe
- Pochodz± z rozkruszenia i redepozycji starszych boksytów
e. Boksyty posiarczanowe
- zwi±zane z wietrzeniem chemicznym ska³ ilastych bogatych w siarczki ¿elaza
- Boksyty krasowe
- Powsta³e w wyniku tworzenia siê eluwiów typu terra rossa