Экзогенные процессы минералообразования

В поверхностной зоне земной коры происходит мощный процесс разрушение минералов и горных пород. Совокупность явления химического и физического разрушения носит общее название выветривания.

Продукты выветривания могут перемещаться водными и воздушными потоками на значительные расстояния. Некоторые минералы и породы могут при этом переходить в раствор и мигрировать в растворённом виде, достигая морей и океанов. В определенных местах земной коры все эти породы в связи с их гидродинамической и гидрохимической активности будут выпадать в осадок. Этот процесс носит название осадочного.

Процессы выветривания. Процессы выветривания приводят к механическому разрушению и химическому разложению пород и минералов.

Агентами выветривания являются вода и ветер, колебания температуры вблизи поверхности, кислород и углекислота воздуха, жизнедеятельность организмов. Интенсивность выветривания также зависит от климата, рельефа местности, химического состава минералов.

В результате физического выветривания происходит механическое разрушение пород и минералов – их дезинтеграция. Обломочный материал либо остается на месте, либо переносится водными потоками. Новых минералов при этом не образуется, но в результате механического разрушения, переноса и отложения образуются россыпи – важный источник многих ценных минералов.

При химическом выветривании происходит химическое разложение минералов и образования новых минералов, устойчивых поверхностных условиях. Здесь, прежде всего надо отметить так называемые остаточные образования. При разложении горных пород, содержащих различные силикаты и алюмосиликаты, происходит вынос растворимых продуктов (соли калия, натрия, кальция, магния). Труднорастворимые продукты – глинозём и кремнезём – остаются на месте разрушения или испытывают незначительное перемещение.

В зависимости от ряда условий (например, климата) глинозём может присутствовать либо в виде вторичных силикатов (например, каолина), либо в виде гидратов окисей (например, бокситов). Образование каолинов идет по следующей схеме:

K [Si₃AlO₈]+CO₂+H₂O Al₄[Si₄O₁₀](OH₈)+K₂CO₃+SiO₂

Ортоклаз каолин

Бокситами называют остаточные образования коры выветривания, содержащие гидроокислы алюминия. Бокситы образуются в условиях жаркого и умеренно влажного климата. Процессы образования каолина и бокситов носят название каолинизации и бокситизации.

Помимо отложения указанных продуктов на месте разрушения (остаточные месторождения), они могут быть переотложены водными потоками (осадочные месторождения).

Большое значение имеет процесс выветривания в рудных месторождениях. Во вскрытых эрозией рудных жилах первичные (гидротермальные и др.) рудные минералы, в особенности сульфиды, легко разрушаются и переходят во вторичные, окисленные минералы – сульфаты, окислы, карбонаты и другие соединения.

В результате образуются зоны окисления сульфидных месторождений или зоны железной шляпы. Такое название происходит от бурых окислов железа, которые выделяются при этом и концентрируются в верхней окисленной части месторождения.

Железные шляпы имеют большое поисковое значение, они указывают на наличие на некоторой глубине сульфидного месторождения.

Окисляющиеся сульфидные месторождения нередко имеют зональное строение (рис.47). Согласно С.С. Смирнову, верхнюю часть занимает зона окисления или зона железной шляпы, которая в свою очередь подразделяется

на верхнюю выщелоченную зону и нижнюю богатую окисленную зону.

В самой верхней части зоны окисления, богатой кислородом, сульфиды окисляются в сульфаты:

CuFeS₂+4O₂=FeSO₄+CuSO₄; Халькопирит

ZnS+2O₂=ZnSO₄ и т.д. Сфалерит

Сульфаты легко растворимы, они просачиваются в нижнюю часть зоны окисления, где образуются новые минералы: гипс, малахит, азурит, смитсонит, церуссит, хризоколла, опал и другие.

2CuSO₄+2CaCO₃+5H₂O=Cu₂(OH)₂[CO₃]+2CaSO₄ ^. 2H₂O+CO₂;

малахит гипс

ZnSO₄+CO₂+H₂O=ZnCO₃+H₂SO_{4 ---} смитсонит

Главным минералом зоны окисления является лимонит, или бурый железняк.

Ниже уровня грунтовых вод следует зона цементации или вторичного сульфидного обогащения, за которой находится первичные неокисленные руды. В зоне цементации воды содержат сероводород и серную кислоту; в них отсутствует свободный кислород. Сульфаты металлов (главным образом меди) реагируют с первичными рудами, в результате чего образуются вторичные сульфиды:

FeS₂ + CuSO₄ + H₂O Cu₂S + CuS + FeSO₄ + H₂SO₄.

Халькозин ковеллин

В зоне цементации образуются руды меди, серебра, золота, свинца и цинка. Особенно большое значение эта зона имеет для медных месторождений, где иногда дают значительные скопления халькозин Сu₂S,

ковеллин CuS, борнит Сu₅FeS₄.

Осадочный процесс. Разрушения в результате выветривания огромные массы горных пород и минералы перемещаются текучими водами. При этом происходит сортировка материала и его отложение. Так образуются механические осадки. Они имеют очень широкое распространение и из них происходит главная масса горных пород (гравий, пески, глины и т.д.).

Химическое осаждение минералов может происходить как из истинных, так и из коллоидных растворов. В озёрах и морях наступают условия, когда растворённые вещества не могут больше находиться в растворе и выпадают в осадок. Таково происхождение различных солей: галита, карналлита, гипса и др. Это – химические осадки.

Накопление солей происходит в условиях сурового климата при испарении морских (или континентальных) вод. Последовательность осаждения солей определяется их концентрацией, составом и температурой морской воды. О размахе этого процесса позволяет судить месторождения солей, суммарная мощность соляных залежей в которых иногда достигает нескольких сот метров (Соликамское на Урале, Стассфуртское в Германии). Хорошим примером может также служить залив Кака-Багаз-Гол, где ежегодно осенью (при температуре 5-6⁰) выпадают в осадок миллионы тонн мирабилита.

Большую роль разрушения минералов и горных пород и в их новообразовании играют живые организмы, главным образом различные бактерии. Следовательно, можно выделить также и биогенный или, точнее, биохимический процесс. Роль организмов в образовании минералов была особо подчеркнута В.И. Вернадским и Я.В. Самойловым. Установлено участие организмов в образовании фосфоритов, самородной серы, руд железа и марганца. Минералы, образовавшиеся при участии организмов, Я.В. Самойлов предложил назвать биолитами. К биолитам можно отнести карбонатные породы (известняки, мел), которые, образовались в результате скопления организмов с известковым скелетом, а также каменный уголь и другие горючие вещества.