Skarna
Jako Skarn grupa jest bardzo różnorodne skały metamorficzne lub metasomatyczno pochodzenia określenie, które z mineralnego kompozycji z wielu bogatych w wapń krzemiany wyróżniają. Często Wynikają one z włamaniem z magmy w węglanowych bogatych warstw skalnych, takich jak wapień lub dolomit , ale w zasadzie mogą również powstać w większości skał magmowych bez procesów. Skarny są często występującymi skałami, ale ich rozpiętość jest zwykle niewielka i waha się od centymetrów do kilkukilometrowych ciał pomiarowych. Skarny są często zmineralizowane i mogą tworzyć znaczne złoża rud różnych metali . Użycie terminu skarn w jego obecnym znaczeniu sięga czasów Alfreda Elisa Törnebohma , który jako pierwszy wprowadził go do literatury naukowej w 1875 roku, opisując skały granatowo-piroksenowe ze złoża Persberg w Szwecji .
Opis skał i inwentaryzacja minerałów
Skarny charakteryzują się składem mineralogicznym, w którym dominują głównie krzemiany bogate w wapń. Są to głównie granat (głównie gruboziarnisty lub andradytowy ), piroksen (np. diopsyd , hedenbergit ), amfibol (np. aktynolit , hornblenda ) czy minerały z grupy epidotów (np. epidot , klinozoizyt ). W zależności od pierwotnej skały i warunków, w jakich powstała, rolę mogą odgrywać również krzemiany bogate w magnez , żelazo lub mangan . W pewnych okolicznościach skarny mogą zawierać wysoki poziom minerałów tlenkowych i siarczkowych , co czyni je ważnymi złożami dla szerokiej gamy metali.
W oparciu o dokładne właściwości mineralogiczne, skarny mogą różnić się kolorem od przeważnie brązowego lub zielonego do czerwonego, żółtego, szarego lub białego. Wielkość ziarna skał jest również zmienna i często waha się od drobnego do gruboziarnistego.
Skarny są często bardzo twardymi skałami i dzięki dużej zawartości granatu są bardzo odporne na warunki atmosferyczne. Z drugiej strony, skarny bogate w pirokseny mogą być szybciej rozkładane.
Klasyfikacja skarnów
Skarny można klasyfikować według różnych kryteriów. Zależy to od danego pytania i może obejmować właściwości petrologiczne, genetyczne lub ekonomiczne.
Powstanie
W odniesieniu do ich tworzenia , skarns można podzielić na wapń skał krzemianowych , reakcji skarns , skarnoids i najbardziej rozpowszechnionych klasycznych metasomatycznych skarns .
Różne rodzaje skar często pojawiają się razem w kontekście włamań. Powstawanie wapiennych skał krzemianowych, skarn reakcyjnych i skarnoidów poprzedza powstawanie skarn metasomatycznych, ponieważ powstają one w wyniku czysto termicznego efektu wstępującej intruzji, zanim nastąpi transfer masy między intruzją a skałami wtórnymi poprzez roztwory hydrotermalne. Te wczesne formacje skarnowe przebiegają zatem równolegle do formowania się innych kontaktowych skał metamorficznych , takich jak Hornfels czy marmur . W pewnych okolicznościach mogą utrudniać późniejsze tworzenie się metasomatycznych skarnów, ponieważ uszczelniają ścieżki dla roztworów hydrotermalnych dzięki ich drobnoziarnistej i stosunkowo odpornej geochemicznie mineralogii.
Skały wapienno-krzemianowe
powstają w wyniku metamorfozy z zanieczyszczonych skał węglanowych, takich jak margiel , są drobnoziarniste i warstwowe, to znaczy odpowiadają w swoim rozwarstwieniu pierwotnym osadom. Kiedy powstał, nie było zewnętrznych dostaw substancji.
Skórki reakcji
powstają bez zewnętrznego dopływu materiału na styku warstw węglanowych i krzemianowych w drobno uwarstwionych jednostkach skalnych. Jednak w obszarze styku pomiędzy poszczególnymi warstwami następuje kilkucentymetrowa wymiana substancji. Podobnie jak skały krzemianowo-wapniowe są bardzo drobnoziarniste i podążają za stratyfikacją pierwotnych osadów. Ze względu na sposób pochodzenia są jednak bardzo małe i często mają tylko kilka centymetrów grubości.
Scarnoidy
można postrzegać jako pośrednie stadium wapiennych skał krzemianowych i skarnów metasomatycznych. One również zasadniczo odzwierciedlają geochemię skały macierzystej, są drobnoziarniste i ubogie w żelazo. Nastąpił jednak również napływ płynów (w tym wód gruntowych), a tym samym transport substancji przez drobne szczeliny w skale. Skarnoidy mogą zatem nakładać się na granice warstw.
skarny metasomatyczne
powstają w wyniku interakcji agresywnych roztworów hydrotermalnych z jednostkami skalnymi bogatymi w węglany. W przeciwieństwie do wyżej wymienionych typów, skarny metasomatyczne są zwykle gruboziarniste i charakteryzują się wysokim spożyciem substancji z zewnątrz. Powstają one głównie, gdy magmy granitowe wdzierają się do osadów bogatych w węglan. Ze względu na spadające ciśnienie działające na skałę podczas wynurzania się, woda i inne rozpuszczone składniki, takie jak jony chlorkowe lub fluorkowe, oddzielają się od magmy i ze względu na wysokie temperatury mają bardzo agresywny wpływ na sąsiednie skały, a także na krzepnąca magma. Prowadzi to do ożywionej wymiany substancji między roztworem hydrotermalnym, skałami wtórnymi i nowo uformowaną skałą magmową.
Skarny metasomatyczne można dalej dzielić zgodnie z ich lokalizacją w stosunku do skały macierzystej.
Endoskarn odnosi się do skarnu, który powstał poprzez przekształcenie plutonu sprawczego - zwykle skały granitowej.
Exoskarn odnosi się do skarnu, który powstał poprzez przekształcenie sąsiedniej skały (zwykle wapienia) poza pluton. Exoscarne są zwykle znacznie bardziej obszerne niż endoscarne. W przypadku bardzo dużych i intensywnie przekształconych systemów skarnowych granica między endo- i egzoskarnami jest często trudna do ustalenia. Egzoskarny można dalej podzielić na skarny proksymalne (blisko plutona) i dystalne ( dalej od plutona).
Skład skał macierzystych
Skład geochemiczny skał macierzystych ma duży wpływ na mineralogię powstałych skarnów.
Marchew wapniowa
Blizny wapniowe są najbardziej rozpowszechnionymi typami skarn i powstały z bogatych w wapń skał macierzystych, zwykle wapieni. O ich mineralogii decydują granat, piroksen, wollastonit i inne bogate w wapń krzemiany.
Marchew magnezowa
Rzeźby magnezowe wyłoniły się ze skał bogatych w dolomit. Ich skład mineralogiczny jest często bardziej złożony niż karminu wapniowego, ponieważ obok wapnia, magnez jest kolejnym głównym składnikiem chemicznym minerałów skarnotwórczych i jest zdominowany przez oliwin, piroksen, humit i inne minerały bogate w magnez.
Marchew manganowa
Karnisze manganowe są stosunkowo rzadkie i zwykle występują w karniszach wapniowych. Ich składniki mineralne to bogate w mangan krzemiany, takie jak spessartyna, johansenit czy rodonit.
Skład mineralogiczny
Do klasyfikacji można również wykorzystać skład mineralogiczny skarnów. Można więc nazwać skarny po ich głównych składnikach ("granat carne", "pyroxen carne" itp.). Jednak mineralogia w ciele skarn może się znacznie różnić. Zazwyczaj skarny metasomatyczne mają typowy podział na strefy mineralogii i są bogatsze w granaty w pobliżu plutonu, powodując je, niż w większej odległości od plutonu, gdzie często dominuje piroksen. Ten podział na strefy może być bardzo ważny dla eksploracji złóż, ponieważ różne metale mogą być wzbogacane w różnych strefach skarnu. Podział na strefy może również wskazywać kierunek plutonowi, jeśli nie jest on otwarty . Skład chemiczny poszczególnych minerałów skarnowych również zwykle zmienia się wraz z odległością od plutonu. Ponieważ ma to bezpośredni wpływ na barwę typowych minerałów skarnowych, granaty stają się jaśniejsze wraz ze wzrostem odległości od plutonu, a pirokseny ciemnieją.
Mineralogia dostarcza również informacji o charakterze redoks skarnu. Na przykład utlenione skarny o wysokim stosunku Fe 3+ do Fe 2+ , mają wysoki udział bogatych w żelazo minerałów granatu, takich jak andradyt , podczas gdy uboga w żelazo gruboziarnista jest bardziej charakterystyczna dla skarn zredukowanych. Magnetyt występuje również rzadko lub wcale w skarnach zredukowanych, natomiast jest typowy dla skarn utlenionych. To rozróżnienie ma ogromne znaczenie dla eksploracji surowców, ponieważ na przykład silnie zredukowane skarny mogą zawierać cynę , ale nie mogą zawierać złoża miedzi .
Powstawanie skarnu odbywa się w kilku fazach w zmieniających się warunkach. Związki nieorganiczne, które tworzą przy wzrastającym warunki temperaturowe we wczesnej fazie Skarnentwicklung są prograde określone są te, które tworzą pod zmniejszając warunki temperatury, jak wstecznemu . Formacje minerałów progresywnych są zwykle bezwodne (granat, piroksen), podczas gdy minerały wsteczne często zawierają wodę (amfibol, epidot). Jednak kilka pokoleń tego samego minerału może również powstawać w warunkach postępujących i wstecznych, np. B. kilka pokoleń granatów obok siebie. Minerały wsteczne często niszczą minerały progresywne - na przykład granat może zostać wyparty przez epidot.
Znaczenie ekonomiczne
Z perspektywy surowcowej skarny można klasyfikować według zawartych w nich pierwiastków i przy odpowiednio dużym wzbogaceniu ekonomicznie opłacalnych rud tworzą złoża skarnowe. Niektóre rodzaje mineralizacji są charakterystyczne dla określonych warunków geologicznych. Mineralizacja skarnu występuje prawie wyłącznie w skarnach metasomatycznych, ponieważ zewnętrzne dostarczanie substancji jest niezbędne do ekonomicznego wzbogacenia metali.
Złoża Skarn były wykorzystywane do wydobycia od co najmniej 4000 lat i obecnie są jednymi z najważniejszych źródeł surowców dla niektórych metali, zwłaszcza miedzi i wolframu. Obecnie w literaturze naukowej opisano ponad 1400 różnych złóż skarnowych.
Miedź Karne
Chusty miedziane są najczęstszym rodzajem złoża skarnowego. Występują one głównie w połączeniu z porfirowymi złożami miedzi w rejonie aktywnych obrzeży kontynentalnych i tworzą się na płytkich głębokościach. Zakładając odpowiednią węglanową skałę macierzystą, tworzą one halo wokół właściwego porfiru miedzianego.
Ilość miedzi zawartej w skarnie może w niektórych przypadkach przekraczać ilość rzeczywistego porfiru miedzianego. W niektórych przypadkach karnel miedziany może zawierać ponad miliard ton rudy. Ponieważ zawartość rudy w skarnach jest zwykle znacznie wyższa niż w porfirie miedziowym, mniejsze złoża rudy skarnowej wokół porfiru miedziowego są również bardzo ważne dla opłacalności takiego projektu wydobywczego i często są one najpierw wydobywane.
Karny miedziane często zawierają ekonomiczne dodatki złota, srebra lub cynku. Istotnymi przykładami miedzianych systemów porfiru skarnowego są okręg Ertsberg-Grasberg w Indonezji, Bingham w USA i Antamina w Peru.
Żelazny Karne
Karne żelazne są największymi złożami skarnu i mogą zawierać miliardy ton rudy. Głównym minerałem rudy jest magnetyt z często tylko niewielką ilością krzemianu wapnia. Często powstają one przez intruzję magm bogatych w żelazo w skały węglanowe w obszarze łuku wyspy. W niektórych przypadkach endoskarn jest większy niż egzoskarn i występują również przejścia w chusty miedziane. W niektórych współczesnych publikacjach niektóre rzeźby żelazne przypisywane są złożom IOCG , chociaż minerały krzemianu wapnia w rzeczywistości nie są dla nich typowe.
Karne żelazne mają ogromne znaczenie dla przemysłu stalowego w Rosji, który ma duże złoża na Uralu . Znaczące złoża znajdują się również na innych kontynentach, w tym niewielkie w Rudawach Saskich i Czeskich .
Marchew cynkowa
Chusty cynkowe często tworzą się dalej od wtargnięcia. W przypadku niektórych osadów intruzja, która doprowadziła do powstania skarnów, jest zatem nieznana. Marchew cynkowa może zawierać kilka milionów ton rudy i często ma wysoką zawartość rudy z 10 do 20% cynku i ołowiu. Ponadto srebro jest często zawarte w znacznych ilościach. Marchew cynkowa ma mineralogię bogatą w żelazo i mangan. W większych rejonach rudnych ilość typowych minerałów skarnowych w rudach cynku zmniejsza się wraz ze wzrostem odległości od plutonu do masywnych, pozbawionych skarnów mineralizacji siarczkowych.
Przędza molibdenowa
Ziarna molibdenu mogą tworzyć małe bryły rudy o wysokiej zawartości lub bardzo duże bryły rudy o niskiej zawartości rudy. Często w te skarny są wzbogacane inne metale, aw niektórych przypadkach tylko wspólne wydobycie molibdenu i innych metali sprawia, że wydobycie jest opłacalne. Istnieją również przejścia na karnen wolframowy lub miedziany. Te skarny często powstają w bogatych w muł skałach węglanowych lub marglach, rzadziej w dolomicie.
Wolfram Carne
Karabinki wolframowe często powstają na większych głębokościach, co oznacza, że przy bezpośrednim kontakcie z intruzem mają zwykle tylko kilka metrów grubości. Niemniej jednak istnieją duże złoża, które często charakteryzują się bardzo dużą zawartością wolframu. Dziś są to jedni z najważniejszych producentów wolframu. Głównym minerałem kruszcowym jest schelit , w niektórych złożach istnieje również szeroka gama innych surowców, które można wydobyć.
Znaczące karnisze wolframowe występują w Chinach, Korei, na dalekim wschodzie Rosji, północno-zachodniej Kanadzie, północno-wschodniej Brazylii i na Tasmanii. Mniejsze karne wolframowe występują również w Saksonii, na przykład w Rudawach iw pobliżu Delitzsch .
Istnieją również karne wolframowe utworzone przez regionalne procesy metamorficzne bez odniesienia do intruzji magmowej. Nie mają one jednak prawie żadnego znaczenia gospodarczego.
Marchewki cynowe
Marchew cynowa jest prawie wyłącznie związana z magmami bogatymi w krzem, które powstały w wyniku częściowego stopienia kontynentalnej skorupy ziemskiej. Blaszane skarny często pojawiają się wraz ze starzeniem się w starszym wieku , co nie ma miejsca w przypadku innych rodzajów skaronów.
W przeciwieństwie do innych metali, typowe minerały skarnowe: granat, tytanit czy Wezuw mogą czasami zawierać duże ilości cyny w swojej strukturze. Ta cyna nie może być pozyskiwana ekonomicznie i dlatego jest tracona w operacji wydobywczej. W celu utworzenia ekonomicznie opłacalnego osadu ważne jest zatem, aby pierwotne minerały skarnowe zawierające cynę zostały ponownie zniszczone przez dalsze procesy hydrotermalne i aby zawarta w nich cyna została ponownie osadzona jako kasyteryt lub stannit (stannin).
Podobnie jak w przypadku skarnu cynkowego, istnieje podział na strefy od krzemianu wapiennego bogatego do krzemianu wapiennego lub całkowicie wolnych brył rudy w dużych systemach, co doprowadziło do dyskusji, czy te ostatnie należy nadal określać jako złoża skarnowe. W dużych rejonach skarn cynowych „wolne od skarn” złoża rudy są bardziej atrakcyjne ekonomicznie ze względu na opisany wcześniej problem inkorporacji cyny do minerałów krzemianu wapnia.
Przykłady rzeźb z cyny można znaleźć na Tasmanii lub w Saksońskich Rudawach.
Złota marchewka
Przez długi czas złoto pozyskiwano prawie wyłącznie jako produkt uboczny wydobycia metali nieżelaznych ze skarnów, głównie z miedzi. Dopiero w latach 70. złoto było coraz częściej wydobywane ze skarnów, również z powodu rosnących cen złota.
Marchew złota stanowi szeroką grupę i może tworzyć się w zupełnie innych warunkach. Jednak skarny o najwyższej zawartości złota (5 do 15 g/t) często mają charakter zredukowany i są w większości wolne od innych metali wydobywanych.
Inne depozyty skarnowe
Niektóre skarny mogą zawierać znaczne ilości uranu lub pierwiastków ziem rzadkich, takie jak złoże Mary Kathleen w Australii. Jednak ich znaczenie gospodarcze jest niewielkie.
Skarny bez mineralizacji mogą być pożądanym surowcem budowlanym, a także kamieniami ozdobnymi.
literatura
- MT Einaudi, DM Burt: Wydanie specjalne poświęcone złożom Skarn - Wprowadzenie Terminologia, klasyfikacja i skład złóż Skarn. W: Geologia Gospodarcza. V77/4, Towarzystwo Geologów Ekonomicznych, 1982.
- Teunis AP Kwak: Złoża W-Sn Skarn i związane z nimi metamorficzne skarny i granitoidy. (= Rozwój geologii ekonomicznej. 24). Elsevier, 1987 r.
- Lawrence Meinert, Gregory Dipple, Stefan Nicolecu: Światowe depozyty Skarn. Geologia ekonomiczna 100. rocznica Tom. Towarzystwo Geologów Ekonomicznych, 2005
- Lawrence Meinert: Skarny i złoża skarnów. W: Journal of the Geological Association of Canada. V19 / 4, 1992. (czasopisma.lib.unb.ca)
- GE Ray, ICL Webster: Przegląd złóż Skarn. Służba Geologiczna Kolumbii Brytyjskiej, 1991. (empr.gov.bc.ca)
- Dietmar Reinsch: Badania kamienia naturalnego. Wprowadzenie dla inżynierów budownictwa, architektów, konserwatorów i kamieniarzy. Enke, Stuttgart 1991, ISBN 3-432-99461-3 .
- Roland Vinx: Rockowa determinacja w terenie. Wydanie II. Springer-Verlag, Heidelberg 2008, ISBN 978-3-8274-1925-5 .