3.3. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ТИПЫ ЭКЗОГЕННЫХ МИНЕРАЛООБРАЗУЮЩИХ ПРОЦЕССОВ
Экзогенные процессы протекают в верхних частях литосферы, где происходит взаимодействие ее с гидросферой, атмосферой и биосферой. Главными факторами являются температура за счет солнечной энергии, вода, кислород, углекислота, органические вещества. Экзогенные (гипергенные) минералы образуются за счет минералов эндогенного и метаморфического происхождения, следовательно, они всегда являются вторичными минералами. Экзогенные процессы довольно разнообразны. Среди них выделяют процессы выветривания горных пород и рудных жил, а также осадочные (химические и биохимические) процессы.
3.3.1. Процессы выветривания
Процессы выветривания включают в себя физическое разрушение, растворение, гидратацию и, наконец, химическое разложение всего того, что было создано эндогенными процессами. Одновременно происходит образование новых продуктов, устойчивых в создающихся условиях на поверхности Земли. Большую роль в процессах химического разложения играет биосфера (растения, живые организмы, бактерии…). В результате процессов выветривания создаются своеобразные ассоциации кор выветривания и зон окисления.
3.3.1.1. Ассоциации минералов кор выветривания
Коры выветривания – это совокупность продуктов выветривания, залегающих на месте образования.
Существуют современные и древние коры выветривания. И. И. Гинзбург по развитию в пространстве выделяет площадную (занимающую значительные площади) и линейную (вытянутую в одном направлении), связанную с контактами, трещинами, жильными породами коры выветривания.
Мощность коры выветривания зависит от сочетания ряда условий: от рельефа (выровненности суши), тектонического спокойствия, слабой эрозии, теплого и влажного климата. Важную роль в формировании коры выветривания играют приповерхностные воды.
По мере просачивания поверхностных вод в более глубокие горизонты меняется их общий характер. Воды постепенно снижают свой окислительный характер, расходуя по пути свободный кислород на окислительные реакции. Особенно этот расход интенсивен при окислении сульфидов. Степень окисления (и восстановления) оценивается величиной окисли-
95
тельно-восстановительного потенциала (Еh), который выражается в милливольтах и изменяется от 200 до + 500 мВ. Важную роль при этом играет показатель рН, который указывает на содержание свободных ионов Н и ОН, определяя активность выветривания. От рН растворов зависит характер продуктов выветривания. Так, каолинит образуется в кислой среде при рН < 7, а монтмориллонит – в щелочной.
Вминеральном отношении кора выветривания представляет собой скопление самых различных минералов:
1) первичные минералы, устойчивые против агентов выветривания (кварц, рутил, магнетит) и такие, которые не успели подвергнуться выветриванию;
2) промежуточные продукты, сохранившие кристаллическое строение, но поддавшиеся уже изменениям (гидрослюды, гидрохлориты);
3) продукты конечного разложения первичных минералов (или SiO2, Al2O3, Fe2O3, соли щелочных и щелочно-земельных металлов).
Характерной особенностью является наличие в коре выветривания коллоидальных образований.
Вобразовании коры выветривания, согласно Б. Б. Полынову, различают несколько стадий.
1. Обломочную, которая характеризуется физическим выветриванием.
2. Сиаллитную (обызвесткованную), когда начинается химическое выветривание с частичным выносом катионов. В результате чего образуются гидрослюды, гидрохлорит, монтмориллонит, среда щелочная (вынос
K, Na, Ca, Mg).
3. Кислую сиаллитную стадию, протекающую в кислой среде. Происходит дальнейший вынос катионов и кремнезема и образование глинистых минералов гр. каолинита. Образующиеся карбонаты выносятся.
4. Аллитную стадию характеризующуюся дальнейшим разложением силикатов с образованием простейших наиболее устойчивых на поверхно-
сти соединений водных окислов Al2O3, Fe2O3 и SiO2 (гиббсит, бемит, бурый железняк, опал).
Ход выветривания и степень его развития существенно изменяются в зависимости от температуры и влажности, поступления органического вещества, а также от рельефа. Выделяют различные типы кор выветривания.
Кора латеритного типа. Развитие коры происходит по ультраосновным, кислым и щелочным породам в условиях жаркого и влажного климата. Латериты характеризуются накоплением на месте выветрелых пород отложений, обогащенных окислами и гидроокислами железа, алюминия и глинистыми минералами. Типичный пример латеритов – бокситы
(рис. 42).
Минеральный состав бокситов представлен диаспором, бемитом, гидраргиллитом (гиббситом), каолинитом, лимонитом, гематитом, квар-
96
цем, опалом, халцедоном и кальцитом. Из реликтовых минералов могут присутствовать рутил, циркон, сфен, турмалин, ильменит, гранат, полевые шпаты. В латеритах по ультраосновным породам преобладают окислы и гидроокислы железа, по кислым – глинозем. Различают бокситы площадные и карстовые месторождения: Красная Шапочка (Урал), Порожинское (Красноярский край), Висловское (Украина).
Рис. 42. Боксит оолитового строения (фото М. В. Вульф)
Кора силикатно-никелевого типа. Кора развивается при вывет-
ривании массивов ультраосновных пород, чаще предварительно серпентинизированных. Среди минералов в этом случае широко распространены силикаты никеля (гарниерит Ni4 [Si4 O10] (OH)4· 4H2O, ревдинскит (Ni,Mg)6 [Si4O10] · (OH8)), серпентин, глинистые минералы (монтмориллонит
(Mg,Al)2 [Si4O10] (OH)2 ·nH2O, нонтронит – (Fe,Al)2 [Si4O10] (OH)2) · 4Н2О,
гидроксиды железа, халцедон, кварц, магнезит, доломит, кальцит, пиролюзит, асболан (Co,Ni)O MnO2 · nН2О. Это поставщики никелевых, иногда и кобальтовых руд. Месторождения: Халиловское, Уфалейское, Кемпирсайское (Урал).
Кора марганцевого типа. Кора развивается в условиях жаркого, богатого влагой климата по осадочным отложениям карбоната марганца –
97
родохрозита. Мощность ее достигает нескольких десятков метров и представлена чистейшим пиролюзитом (источником марганца и материалом для производства электрических аккумуляторов). Подобные коры развиваются не только по родохрозиту, но и по силикатам марганца (спессартин
Mn3Al2 [SiO4]3, родонит CaMn4[Si5O15], тефроит (Mn, Mg)2 [SiO4]).
Кора железистого типа. Кора развивается подобно коре марганцевого типа в условиях влажного и жаркого климата по сидериту и представлена гетитом, гидрогетитом, гидрогематитом. Второстепенными являются минералы гидроксидов марганца, кобальта и никеля, каолинита, гидроксидов алюминия. Мощность коры достигает десятков метров и может иметь промышленное значение. Месторождения известны на Урале (Бакальское), Северном Кавказе.
Кора глинисто-каолинитового типа. Кора развивается по кислым интрузивным и метаморфическим породам (гранитам, гнейсам) в условиях умеренного климата. Она состоит в основном из каолинита, кварца и гидрослюды. Из второстепенных минералов встречаются полевые шпаты, биотит, мусковит, хлорит, гидроокислы железа, кальцит, сидерит, гранат и др. Типоморфный минерал – каолинит. Мощность коры достигает до 100 м и более. Примером каолиновых месторождений могут служить месторождения Украины (Просяновское и др.).
3.3.1.2. Ассоциации минералов зоны окисления сульфидных месторождений
Зоны окисления (железные шляпы) развиваются по рудным жилам и залежам, состоящим из сульфидов, образующим плащеобразные тела, которые с глубиной переходят в первичные неокисленные руды. Образование железной шляпы связано с тем, что сульфиды оказываются неустойчивыми в растворах, содержащих свободный кислород, и постепенно переходят в кислородные соединения – оксиды, гидроксиды, сульфаты, карбонаты и т. д. и в конечном счете в SiО2 и Fe2O3·nH2O. Скорость таких переходов для различных сульфидов различна. Она определяется разными причинами, среди которых главной является минеральный состав и другие особенности месторождений (характер боковых пород, климат, рельеф), а также возникающие электрохимические процессы.
Изменение минерального и химического состава первичных руд бывают такими глубокими, что иногда невозможно установить их первоначальный тип. Познакомимся со строением зоны окисления сульфидных месторождений. Верхняя часть ее является зоной просачивания дождевых (почвенных) вод, насыщенных кислородом и углекислотой. Эти воды окисляют и растворяют минералы жилы. Вместе с тем, просачиваясь вниз до уровня грунтовых вод, они теряют кислород и насыщаются, главным образом сульфатами, приобретая кислый характер. В итоге, выше уровня
98