7.7 Karbonáty

Karbonáty (uhličitany) patří mezi běžné minerály zemské kůry. Jejich vzorce odvodíme od kyseliny uhličité H₂CO₃. Základem struktury karbonátů jsou aniontové skupiny (CO₃)^-2, které mezi sebou navzájem nesdílí kyslíkové anionty (obrázek 77-1). Tvar koordinačního polyedru je trojúhelníkoý – planární. Vazba mezi uhlíkem a kyslíky je poměrně pevná.

Detailnější členění skupiny můžeme provést podle strukturních typů, nebo podle přítomnosti, resp. nepřítomnosti vody ve struktuře (bezvodé a vodnaté). Důležité bezvodé karbonáty spadají do tří strukturních skupin: řada kalcitu, aragonitu a dolomitu.

7.7.1 Karbonáty řady kalcitu

Skupina kalcitu zahrnuje izostrukturní minerály kalcit, magnezit, siderit, rodochrozit a vzácný smithsonit (ZnCO₃).

Symetrie těchto minerálů je trigonální, oddělení ditrigonálně skalenoedrické. Základem struktury jsou planární trojúhelníky CO₃, které jsou kolmé na trojčetnou inverzní osu. V mezivrstevních rovinách aniontových skupin jsou uloženy ionty Ca (Mg, Fe, Mn, Zn) v šestičetné koordinaci s kyslíky. Každý kyslík je pak koordinován se dvěma atomy Ca a jedním uhlíkem. Pro všechny minerály kalcitové řady je typická dokonalá štěpnost podle klence {10-11}.

7.7.1.1 Kalcit

Teoretické složení je CaCO₃, mezi běžné izomorfní příměsi patří Mn, Fe, Mg (za vyšších teplot existuje dokonalá izomorfní mísitelnost), méně běžnými substituenty jsou Zn, Ba, Sr nebo Pb. Kalcit je stabilní polymorfní modifikací CaCO₃, aragonit a vaterit jsou stabilní jen v omezených PT podmínkách.

Symetrie je trigonální (oddělená ditrigonálně skalenoedrické). Ve struktuře najdeme planární koordinační skupiny CO₃ a ionty Ca v šestičetné koordinaci s kyslíky (obrázek 77-2). Mřížkové parametry: a = 4,989; c = 17,062; Z = 6. Práškový RTG difrakční záznam je na obrázku 77-3.

U kalcitu bylo popsáno přes 500 krystalových tvarů a přibližně 1500 spojek těchto tvarů. Krystaly kalcitu mohou být sloupcovité (obrázek 77-4) s {0001} a {10-10}, klenecového typu (obrázky 77-5 a 77-11) s {01-12} nebo skalenoedrického typu (obrázek 77-6) s {21-31}. Zcela běžné je dvojčatění, zejména podle těchto zákonů: podle báze (0001) – obrázek 77-7, podle základního klence {10-11} – obrázek 77-8, podle záporného nižšího klence {01-12} – obrázek 77-9 nebo podle záporného klence {02-21} – obrázek 77-10. Agregáty kalcitu jsou kusové (obrázek 77-12), zrnité, stébelnaté (obrázek 77-13), tvoří oolity, konkrece nebo krápníky (obrázek 77-14). Jelikož je kalcit relativně snadno rozpustný, bývá často nahrazován a vznikají tak pseudomorfózy křemene, chalcedonu nebo limonitu. Sám rovněž nahrazuje jiné minerály, např. baryt, fluorit nebo aragonit.

Fyzikální vlastnosti: T = 3; H = 2,71. Barva bývá bílá (obrázek 77-15), šedá, žlutá, načervenalá nebo namodralá, kalcit může být vzácně čirý – bezbarvý (tzv. „islandský vápenec“ s viditelným dvojlomem). Lesk je skelný. Štěpnost kalcitu je dokonalá (obrázek 77-16) podle základního klence (10-11). Velmi významné jsou optické vlastnosti kalcitu.

Kalcit je hlavním horninotvorným minerálem v chemogenních, biochemogenních nebo biogenních sedimentech typu vápenců (Štramberk, Moravský kras, Český kras, Pálava). Kalcit je významným minerálem sladkovodního travertinu (Kokory, Tučín) nebo může vytvářet konkrece v sedimentech (cicváry ve spraších). V metamorfovaných horninách je hlavní složkou krystalických vápenců (mramorů), např. na lokalitách Na Pomezí, Supíkovice, Lipová. Kalcit je součást kontaktních paragenezí (Ca-kontaktních skarnů) na styku granitoidů s mramory (Žulová). V magmatických horninách vzniká primárně jen ve speciálních případech (karbonatity), obvykle tvoří druhotné žilky, výplně dutin (obrázek 77-17) nebo je druhotným minerálem při zvětrávání bazických plagioklasů.

Kalcit je typickým hlušinovým minerálem hydrotermálních žil (Příbram, Jáchymov, Stříbro), může tvořit i samostatné žíly v horninách (např. ve vápencích Moravského krasu). Kalcit tvoří krasové útvary (krápníky, sintry) v jeskyních Moravského a Českého krasu, na Turoldu u Mikulova, Na Pomezí, Javoříčku a řadě dalších míst v ČR.

Kalcit je důležitý průmyslový minerál v rámci svých hornin (vápenců a mramorů). Používá se k výrobě vápna, cementu nebo jako stavební kámen. Jde o jeden z nejrozšířenějších minerálů povrchu zemské kůry. Je důležitým biogenním minerálem, který buduje pevné schránky mnoha organismů.

Důležitými diagnostickými znaky je nízká tvrdost a dokonalá štěpnost. V HCl se rozkládá.

7.7.1.2 Magnezit

Teoretické složení MgCO₃ je běžně doplněno neomezenou mísitelností se sideritem (obrázek 77-18) a na pozici Mg vstupují i Mn a Ca.

Symetrie je trigonální (oddělení ditrigonálně skalenoedrické). Struktura je izotypní s kalcitem (obrázek 77-19). Mřížkové parametry: a = 4,633; c = 15,15; Z = 6. Práškový RTG difrakční záznam je na obrázku 77-20.

Krystaly jsou vzácné, obvykle romboedrického typu (obrázek 77-21), sloupcovité podle vertikály nebo tvoří silné tabulky. Běžné jsou hrubě zrnité štěpné agregáty (obrázek 77-22), celistvé nebo stébelnaté agregáty, ve zvětralinách serpentinitů má charakter hlíz a konkrecí (obrázek 77-23).

Fyzikální vlastnosti: T = 4; H = 3. Vzácně je bezbarvý, nejčastěji bílý (obrázek 77-24) nebo šedý. Vykazuje dokonalou klencovou štěpnost a skelný lesk (na krystalech).

Ložiska magnezitu (horniny tvořené převážně minerálem magnezitem) jsou metasomatického původu (Veitsch – Rakousko, Hnúšťa, Jelšava – Slovensko). Celistvé bílé hlízovité agregáty magnezitu vznikají zvětráváním serpentinitů (Věžná u Nedvědice, Nová Ves u Oslavan, Křemže).

Magnezit je důležitý průmyslový minerál k výrobě žáruvzdorných hmot.

Diagnostickým znakem je barva agregátu, někdy i hlízovitý charakter.

7.7.1.3 Siderit

Teoretický vzorec se uvádí jako FeCO₃, vždy obsahuje izomorfní příměs Ca, Mn a Mg.

Symetrie je trigonální (oddělení ditrigonálně skalenoedrické). Je izotypní s kalcitem (obrázek 77-25). Mřížkové parametry: a = 4,72; c = 15,46; Z = 6. Práškový RTG difrakční záznam je na obrázku 77-26.

Krystaly jsou většinou jednoduché (obrázek 77-27), klencového typu s deformovanými hranami a sedlovitě prohnutými krystalovými plochami. Tvoří i tabulkovité nebo prizmatické krystaly. Běžný je v zrnitých agregátech (obrázek 77-28), konkrecích s celistvou nebo radiálně paprsčitou stavbou. Může být ledvinitý, oolitický nebo tvoří konkrece v sedimentech (pelosiderit).

Fyzikální vlastnosti: T = 3,5; H = 3,96. Barva je žlutá až hnědá (obrázky 77-29 a 77-30), zvětráváním tmavne a pokrývá se limonitem. Má skelný lesk a dokonalou štěpnost podle klence.

Siderit je typickým hydrotermálním minerálem na žilách sideritové (Slovenské Rudohoří – Rožňava, Gelnica, Rudňany, Slovinky) a polymetalické formace (Příbram, Bohutín, Nová Ves u Rýmařova). Tvoří obrovské, povrchově těžené ložisko metasomatického typu Erzberg (Rakousko). Může být sedimentární geneze, je součástí oolitických ordovických železných rud v Barrandienu (Zdice, Chrustenice, Nučice, Ejpovice). Siderit najdeme také v černouhelných pánvích jako součást tzv. pelosideritů (Kladno).

Siderit je méně významnou rudou železa.

Diagnostickými znaky jsou barva a štěpnost.

7.7.1.4 Rodochrozit

Teoretické složení MnCO₃ je doplněno o izomorfní příměsi Fe, Mg a Ca.

Symetrie je trigonální (oddělení ditrigonálně skalenoedrické). Je izotypní s kalcitem (obrázek 77-31). Mřížkové parametry: a = 4,777; c = 15,67; Z = 6. Práškový RTG difrakční záznam je na obrázku 77-32.

Tvoří čočkovitě zakřivené klencové krystaly, silné tabulky nebo sloupečky. Běžné jsou hrubě zrnité až celistvé agregáty, častá je hroznovitá, kulovitá (obrázek 77-33), lebníkovitá nebo radiálně paprsčitá stavba.

Fyzikální vlastnosti: T = 3; H = 3,69. Barva je šedožlutá, nebo růžovo-červená se skelným leskem (obrázek 77-34). Štěpný je podle základního klence. Při zvětrávání se potahuje černými oxidy manganu.

Je typickým hydrotermálním minerálem Pb-Zn rudních žil (Freiberg, Příbram, Banská Štiavnica). Může tvořit výskyty až ložiska sedimentárního a metasomatického původu (Chvaletice).

7.7.2 Karbonáty řady aragonitu

Ke strukturnímu typu aragonitu patří cerusit a vzácné minerály witherit Ba(CO₃) a stroncianit Sr(CO₃). Struktury se vyznačují přítomností kationtu s iontovým poloměrem větším než 1 Å, který se nachází ve struktuře v 9-četné koordinaci. Výsledná symetrie je rombická. V případě aragonitu (polymorfní modifikace kalcitu) je tento typ struktury za normálních podmínek metastabilní. Aragonitová struktura se podobně jako kalcitová skládá z trojúhelníkových skupin CO₃^-2, které jsou ale uspořádány do dvou typů vrstev (liší se opačnou orientací aniontových skupin). Kationty (Ca, Ba, Sr) jsou koordinovány s devíti kyslíky v téměř nejtěsnějším hexagonálním uspořádání (pseudohexagonální symetrie). Izomorfní mísitelnost v rámci skupiny aragonitu je v porovnání s řadou kalcitovou velmi omezená.

7.7.2.1 Aragonit

Teoretické složení Ca(CO₃) bývá doplněno malým množstvím izomorfního Pb, Sr a Ba. Aragonit je méně stabilní polymorfní modifikací uhličitanu vápenatého, a proto lze často nalézt paramorfózy stabilnějšího kalcitu po aragonitu.

Symetrie je rombická (oddělení rombicky dipyramidální). Struktura obsahuje vápník v devítičetné koordinaci a planární aniontové skupiny CO₃ (obrázek 77-35). Mřížkové parametry: a = 4,959; b = 7,968; c = 5,741; Z = 4. Práškový RTG difrakční záznam je na obrázku 77-36.

Krystaly aragonitu jsou krátce až dlouze sloupcovité (obrázek 77-37), převážně prizmatického typu, často s pseudohexagonální symetrií. Dvojčatný srůst podle (110) může být rovněž polysyntetický (obrázek 77-38) nebo vznikají cyklická dvojčata (obrázek 77-39). Agregáty jsou stébelnaté, paprsčité, vrstevnaté (vřídlovec – obrázek 77-40) nebo vláknité. Běžná je pizolitická forma (hrachovec), stalaktity nebo keříčky („železný květ“).

Fyzikální vlastnosti: T = 3,5 – 4; H = 2,93. Barva je bílá, šedá (obrázek 77-41), narůžovělá nebo světle hnědá, lesk má skelný. Štěpnost je zřetelná podle (010).

Aragonit je častým produktem supergenních pochodů na některých ložiscích pyritu a sideritu. Je znám z hydrotermálních rudních žil (Špania Dolina, Spišská Nová Ves – Slovensko, Dřínová u Tišnova), krystaluje z nízkoteplotních roztoků na puklinách bazaltů (Hořenec u Bíliny, Valeč, Hřídelec). Aragonit je významným chemogenním sedimentem vznikajícím z horkých pramenů (variety vřídlovec nebo hrachovec v Karlových Varech) a v termálním krasu (Zbrašovské jeskyně). Na metasomatickém ložisku sideritu Erzberg krystaluje aragonit do dutin jako „železný květ“. Tvoří také schránky některých mořských organismů.

7.7.2.2 Cerusit

Teoretické složení Pb(CO₃) bývá doplněno o izomorfní příměs Zn a Sr.

Symetrie je rombická (oddělení rombicky dipyramidální). Struktura je izotypní s aragonitem (obrázek 77-42). Mřížkové parametry: a = 5,195; b = 8,436; c = 6,152; Z = 4. Práškový RTG difrakční záznam je na obrázku 77-43.

Krystaly cerusitu mají různý habitus a značné množství krystalových tvarů. Mohou být sloupečkovité nebo tabulkovité (obrázek 77-44), typus dipyramidální, prizmatický nebo pinakoidální (obrázek 77-45). Běžné je rýhování ploch ve směru osy a. Dvojčata vytváří podle zákonů (110) a (130), častá jsou i cyklická trojčata (obrázky 77-46 a 77-47). Agregáty bývají snopkovité, paprsčité nebo ledvinité.

Fyzikální vlastnosti: T = 3 – 3,5; H = 6,58. Barva je nejčastěji bílá (obrázek 77-48) nebo nažloutlá, může být i čirý, má diamantový až mastný lesk. Podle (110) může být zřetelně štěpný.

Cerusit je typický supergenní minerál vznikající oxidací galenitu (Příbram, Zlaté Hory, Nová Ves u Rýmařova, Stříbro).

7.7.3 Karbonáty skupiny dolomitu

Skupina dolomitu zahrnuje tři izostrukturní fáze – dolomit, ankerit a vzácný kutnohorit CaMn(CO₃)₂. Jednotlivé fáze jsou mezi sebou omezeně izomorfně mísitelné (obrázek 77-49). Struktura je podobná kalcitu s tím, že ve směru osy c se střídají vrstvy Ca a Mg iontů (resp. Ca-Fe nebo Ca-Mn). Rozdělení atomů do oddělených pozic je způsobeno rozdíly v jejich iontových poloměrech. Symetrie se tím snižuje do oddělení trigonálně romboedrického.

7.7.3.1 Dolomit

Ideální složení je CaMg(CO₃)₂ bývá doplněno izomorfním obsahem Fe a Mn. Poměr Ca/Mg je zpravidla 1 (pozor, nemá to nic společného s izomorfií kalcit – magnezit).

Symetrie je trigonální (oddělení trigonálně romboedrické). Ve struktuře se zachovávají aniontové skupiny CO₃, ale pozice kationtů jsou dvojího typu (obrázek 77-50). Mřížkové parametry: a = 4,842; c = 15,95; Z = 3. Práškový RTG difrakční záznam je na obrázku 77-51.

Krystaly jsou jednoduché, klencového typu (obrázek 77-52), někdy sedlovitě deformované. Agregáty jsou zrnité s viditelnou štěpností.

Fyzikální vlastnosti: T = 3,5 – 4; H = 2,8 – 2,9. Dolomit je bílý, šedý, narůžovělý, nažloutlý (obrázek 77-53), zřídka čirý, má skelný lesk a zřetelnou štěpnost podle klence. Na rozdíl od kalcitu je méně rozpustný ve vodě a v HCl se rozkládá až po zahřátí.

Dolomit hydrotermálního původu najdeme na rudních žílách (Příbram, Nová Ves u Rýmařova, Banská Štiavnica). Ložiska dolomitu jsou sedimentárního nebo metasomatického původu, střídají se někdy s magnezitovými horninami (Slovenské Rudohoří). Dolomit (hornina) vzniká dolomitizací vápencových komplexů (Dolomity, Barrandien, chočský dolomit, Velký Rozsutec).

Dolomit má využití jako stavební kámen a pro výrobu stavebních hmot, používá se k neutralizaci kyselých dešťů práškováním.

7.7.3.2 Ankerit

Teoretický vzorec je CaFe(CO₃)₂, obsahuje izomorfní příměs Mn a Mg.

Symetrie je trigonální (oddělení trigonálně romboedrické). Je izotypní s dolomitem (obrázek 77-54). Mřížkové parametry: a = 4,83; c = 16,167; Z = 3. Práškový RTG difrakční záznam je na obrázku 77-55.

Krystaly jsou většinou jednoduchým klencem, dvojčatí podle (0001) nebo (10-10), agregáty bývají zrnité.

Fyzikální vlastnosti: T = 3,5 – 4; H = 3 – 3,1. Je šedý nebo nažloutlý (obrázek 75-56), zvětráváním hnědne – podléhá limonitizaci. Ankerit je dobře štěpný, lesk je skelný nebo perleťový.

Ankerit je častým hlušinovým nerostem na hydrotermálních rudních žilách (Příbram, Nová Ves u Rýmařova) nebo metasomatických ložiscích sideritu. Spolu s dolomitem je znám v pelosideritech černouhelných pánví (Kladno).

7.7.4 Karbonáty s jiným typem struktury

Důležitými minerály této skupiny jsou vodnaté karbonáty mědi – malachit a azurit, které se často vyskytují jako produkty oxidace různých typů Cu-rud.

7.7.4.1 Malachit

Oproti teoretickému složení Cu₂(OH)₂(CO₃) obsahuje drobné příměsi Ca, Fe nebo Pb.

Symetrie je monoklinická (oddělení monoklinicky prizmatické). Vedle aniontových skupin CO₃ je ve struktuře měď v oktaedrické koordinaci (obrázek 77-57). Mřížkové parametry: a = 9,502; b = 11,974; c = 3,24; b= 98,44°; Z = 4. Práškový RTG difrakční záznam je na obrázku 77-58.

Krystaly jsou vzácné, většinou sloupcovité nebo jehlicovité. Agregátní formy jsou bohaté – od celistvých mas, přes jehlicovité nebo vlasovité agregáty (obrázek 77-59) až po kolomorfní ledvinité útvary s radiální stavbou nebo povlaky a nálety.

Fyzikální vlastnosti: T = 3,5 – 4; H = 3,6 – 4. Barva světle až tmavě zelená (obrázek 77-60), lesk na krystalech skelný, na agregátech jen matný. Malachit vykazuje dokonalou štěpnost podle (001).

Je běžným produktem oxidace Cu rud (Špania Dolina – Slovensko, Borovec, Nová Ves u Rýmařova).

Je dobře poznatelný podle barvy a vzhledu agregátů.

7.7.4.2 Azurit

Teoretické složení je Cu₃(OH)₂(CO₃)₂.

Symetrie je monoklinická (oddělení monoklinicky prizmatické). Atomy mědi jsou ve struktuře v dvojí koordinaci a jsou spojovány do řetězců podle [010] – obrázek 77-61. Mřížkové parametry: a = 5,008; b = 5,884; c = 10,336; b= 92,333°; Z = 2. Práškový RTG difrakční záznam je na obrázku 77-62.

Krystaly jsou časté, krátce sloupcovité nebo tlustě tabulkovité (obrázek 77-63). Agregáty jsou celistvé, zemité, hroznovité, lebníkovité nebo tvoří nálety a povlaky (obrázek 77-64).

Fyzikální vlastnosti: T = 3,5 – 4; H = 3,8. Má typicky azurově modrou barvu, na krystalových plochách skelný lesk. Štěpnost je dokonalá podle (100).

Podobně jako malachit je produktem zvětrávání Cu-rud, i když méně častým. Světově známé je ložisko Tsumeb (Namibie) nebo Bisbee (USA). Pěkné výskyty jsou na lokalitách Piesky a Špania Dolina na Slovensku.

Zpět na hlavní stránku