Медь: образование, геология и разновидности
Linas JuozenasПоделиться
Геология самородной меди
Как Земля формирует металлическую медь в базальте, красных слоях и выветрившейся руде
Самородная медь — это элементарная медь, Cu, встречающаяся в виде металла, а не связанная в сульфид, карбонат или оксид. Она образуется там, где медьсодержащие флюиды встречаются с восстановительными, низкосернистыми условиями и открытым пространством: пузырьки в базальте, проницаемые конгломераты, окислительные покровы, низкосернистые жилы, скарны и осадочные редокс-фронты. Её формы столь же разнообразны: от проволок и дендритных листьев до массивной самородной меди, пластин, двойников и медно-серебряных интерростков.
Идентификация минерала
Самородная медь — это металл в горной породе
Самородная медь — это медь, встречающаяся в природе в виде металлического элемента Cu. В отличие от халькопирита, борнита, халькозина, куприта, малахита или азурита, самородная медь не связана химически с серой, кислородом, карбонатом или фосфатом в конечной структуре минерала. Это делает её визуально легко узнаваемой в свежем виде: тёплый металлический оранжево-красный до медно-коричневого цвет, часто темнеющий до коричневого, чёрного, красного, зелёного или голубовато-зелёного при окислении поверхности и развитии карбонатных минералов.
Её геология — это история химии и времени. Медь должна раствориться, транспортироваться и затем восстановиться обратно в металл до того, как сера или карбонат свяжут её. Самые богатые системы самородной меди — это не случайные искры в камне; это места, где совпадают пути движения флюидов, химия пород, проницаемость и фронты окислительно-восстановительных реакций.
Металлическая, ковкая и проводящая
Медь — это самородный металл с высокой проводимостью и поверхностью, которая отражает обращение, воздух и влагу. В образцах изменяющаяся поверхность является частью его характера.
Рождённая геохимическим ограничением
Самородная медь наиболее вероятна там, где ограничено содержание серы и восстановительные условия достаточно сильны, чтобы превратить растворённые ионы меди обратно в Cu. 0.
Медь становится самородным металлом, когда в системе достаточно меди для доставки, достаточно восстановительных условий для её осаждения и недостаточно серы, чтобы сначала связать её в сульфидные минералы.
Образование
Три основных пути образования самородной меди
Самородная медь может образовываться в нескольких геологических условиях, но пути её формирования имеют общую схему: медь растворяется, перемещается через породу и осаждается при изменении химической среды. Три основных механизма объясняют большинство примеров коллекционных и рудных образцов.
Гидротермальное осаждение в базальте
Горячие рассолы проходят через пузырчатые базальты потопления, трещины и проницаемые лавовые последовательности. Железистый базальт, восстановленные растворы и открытые амигдалы создают места, где Cu2+ может восстанавливаться до металлической меди. Район самородной меди озера Верхнее — классический пример крупномасштабного процесса.
Супергенный восстановительный процесс в зонах выветрелой руды
Близко к поверхности выветривание разрушает медные сульфиды и высвобождает растворимую медь. Вода с медью движется вниз, пока не встретит восстановители, такие как органическое вещество, восстановленное железо или ранее образовавшиеся сульфиды. На этой границе может образовываться самородная медь в виде корок, пластин, проволок или замещений.
Жилы и скарновые среды с низким содержанием серы
В жилах, карбонатных породах и скарновых системах гидротермальные растворы могут содержать медь, но быть относительно бедными серой. При ограниченном кислороде и благоприятном pH медь может осаждаться в виде металла вместе с кальцитом, кварцем, эпидотом, диопсидом или гарнетсодержащими ассамбляжами.
Открытые полости способствуют образованию проволок, ветвистых распылений и кристаллов. Плоские трещины способствуют формированию листов и пластин. Плотные пористые сети и слоистые плоскости создают дендритные листья и плёнки.
Геохимия
Eh, pH и борьба вокруг меди
Геологи описывают химию воды и горных пород с помощью таких терминов, как Eh — редокс-потенциал, и pH — кислотность или щелочность. Для самородной меди главный вопрос — встретит ли растворённая медь среду, способную восстановить её до металла до образования другого медного минерала.
В восстановительных условиях с низким содержанием серы металлическая Cu 0 может быть стабильной. При избытке серы медь склонна образовывать сульфиды, такие как халькосит, борнит или халькопирит. При наличии кислорода, воды и углекислого газа у поверхности медь скорее превратится в малахит или азурит. При влажности, богатой хлоридами, в условиях хранения медь может развить агрессивные продукты коррозии, которые трудно остановить.
Свежая медь может быть ярко-розово-оранжевой. Со временем, под воздействием кислорода, влаги и углекислого газа поверхность меняет цвет от коричневого, красного, чёрного до зелёного и голубовато-зелёного, в зависимости от образующихся минералов.
| Состояние | Вероятный результат | Как это выглядит |
|---|---|---|
| Восстановительная, с низким содержанием серы | Самородная медь остаётся стабильной или осаждается из раствора. | Металлические медные проволоки, листы, массы, пластины и кристаллы. |
| Восстановительная, богатая серой | Медь предпочитает сульфиды. | Халькосит, борнит, халькопирит и родственные бронзово-чёрные минералы. |
| Окисляющая, содержащая карбонаты | Медные карбонаты и оксиды образуются на поверхности или рядом с ней. | Малахит, азурит, куприт, тенорит и патинированная самородная медь. |
| Богатая хлоридами и влажная среда | На хранящихся образцах может развиваться нестабильная коррозия. | Порошкообразная или повторяющаяся зелено-голубая коррозия, особенно на загрязнённых образцах. |
Среды залегания
Где растет самородная медь
Окружение определяет форму меди. Базальты обеспечивают пузырьки и сети трещин; конгломераты — проницаемые гальковые пласты; выветренные сульфидные месторождения — медьсодержащие нисходящие растворы; карбонатные жилы и скарны — реактивную химию; красные бассейны — длинные редокс-фронты.
| Окружение | Материнские породы и условия | Текстуры и признаки |
|---|---|---|
| Амидалы и трещины базальта | Потоковые базальты; пузырьки, трещины и рассолы с низким содержанием серы, взаимодействующие с восстановительным базальтом. | Проволоки, листья, массы и заполнения полостей с пренитом, пумпеллитом, эпидотом, кальцитом, кварцем или датолитом. |
| Конгломератные жилы | Проницаемые гальковые слои, несущие бассейновые рассолы через редокс-реактивные поверхности. | Медь, цементирующая гальку, листовидные пластины, оболочки гальки и необычно тяжёлые тонкие образцы. |
| Супергенные зоны окисления | Приповерхностное выветривание сульфидов меди; нисходящие медные растворы встречаются с восстановительным материалом. | Корки, пластины, проволоки, замещения и родная медь с малахитом, азуритом, купритом или теноритом. |
| Жилы и скарны с низким содержанием серы | Карбонатные породы и гидротермальные жидкости с низким содержанием серы, часто нейтральные или слабо щелочные. | Острые кристаллы, сростки по закону шпинели и агрегаты с кальцитом, кварцем, диопсидом, эпидотом или гранатом. |
| Красные слои и чёрные сланцы | Осадочные бассейны, где медьсодержащие жидкости фиксируются на редокс-фронтах в пористых слоях. | Диссеминации, пластины, мелкие листья и родная медь рядом с халькозином или борнитом. |
Пористый базальт с бледно-зелёным пренитом, эпидотом, пумпеллитом или цеолитоподобными минералами в полостях — классическое место для тщательного осмотра меди.
Морфологии
Листья, проволоки, самородки, сростки и металлические сети
Родная медь ценится не только за цвет, но и за форму. Поскольку она растёт как металл внутри полостей, трещин и пор, она часто отражает геометрию окружающей породы.
Дендритовая и листоватая медь
Разветвлённые, древовидные пластины растут вдоль слоёв, поверхностей трещин и пористых сетей. Они могут выглядеть как папоротниковые, скелетные или с кружевными краями.
Проволочная медь
Очень тонкие до верёвочных проволоки образуются там, где медь растёт в открытых полостях или вдоль узких путей с постоянным движением жидкости.
Массивная и самородковая медь
Округлые, тяжелые массы могут образовываться под землей или как ледниково-перенесённая плавающая медь. Края могут быть сглажены транспортировкой или выветриванием.
Кристаллы и сростки по закону шпинели
Медь кристаллизуется в изометрической системе и может образовывать кубы, додекаэдрические формы и сростки в виде звездочек.
Листы и пластины
Тонкие металлические пластины выстилают трещины, покрывают гальку или заполняют плоские швы. Некоторые сохраняют тонкие перфорации и текстуры краев.
Срастания меди и серебра
Родная медь может срастаться с родным серебром, образуя коллекторный материал, часто называемый «полукровкой» меди. Точное описание — Cu–Ag срастание.
Некоторые эффектные образцы «кружевной меди» получены удалением хрупкой матрицы для выявления естественной металлической сети. Структура может быть геологической, а открытый кружевной вид частично является результатом обработки ювелиром.
Текстуры замещения
Псевдоморфы и минералы после меди
Псевдоморф сохраняет форму одного минерала, заменяя его химию другим. Самородная медь и её продукты изменения дают одни из самых запоминающихся примеров в геологии меди.
Медь после аргонита
Особенно известен из красносолевых месторождений стиля КороКоро, металлическая медь может замещать радиальный аргонит и сохранять колючие или псевдо-шестиугольные формы.
Куприт после меди
Красный куприт может замещать самородную медь, сохраняя ветвистые, пластинчатые или проволочные формы, создавая впечатление медного призрака под красным оксидом.
Малахит и азурит после меди
Зеленые и синие карбонаты меди могут покрывать или частично замещать медь во влажных, карбонатсодержащих окисленных зонах.
Серебро с медью или на меди
Самородное серебро может покрывать, прорастать или частично замещать медь. Серебряные кончики, пленки и контрастные металлические зоны особенно ценятся, если они стабильны и хорошо задокументированы.
Самые информативные образцы показывают как форму, так и переход: металлическая медь, оксид, карбонат и сопутствующие минералы видны в одной небольшой геохимической последовательности.
Атлас месторождений
Классические источники и их характеристики
Полуостров Кивинау, Мичиган, США
Район самородной меди озера Верхнее является эталоном для базальтовых амигдалей, конгломератных жил, крупных масс, листов, проволок и образцов Cu–Ag «полукровок». Пренит, эпидот и датолит — знакомые спутники.
Шахта Онганья, Намибия
Известны выдающимися спинелевыми двойниками кристаллов меди и острыми агрегатами, часто с кальцитом, купритом или другими окисленными медными ассоциациями.
Уральские горы, Россия
Исторические жилковые медные месторождения дали элегантные кристаллы, проволоки и патинированные образцы, особенно в карбонатных и гидротермальных условиях.
КороКоро, Ла-Пас, Боливия
Классическое месторождение красных сланцев, особенно известное медью после псевдоморфоз аргонита и привлекательными металлическими пластинами.
Аризона, США
Супергенные зоны в порфировых медных районах, таких как Рэй и Моренси, могут образовывать пластины, проволоки и корки с ассоциациями малахита, азурита и куприта.
Корнуолл и Девон, Великобритания
Исторические медные районы с жилковыми текстурами, патинированными пластинами, кристаллами и классическими британскими горнодобывающими ассоциациями.
Купфершиферский бассейн, Польша и Германия
Осадочные медные системы могут содержать диссеминации, пластины и самородную медь рядом с халькозитом, борнитом и другими медными сульфидами.
Постгорнодобычные образования меди
Некоторые сталагмитовые или тонкие формы меди образуются после добычи в туннелях и штольнях. Это минеральные образцы, но лучше всего их описывать как постгорнодобычные образования.
Ассоциации
Минералы, которые сопровождают медь
Медь редко встречается без геологического окружения. Минеральные спутники раскрывают условия залегания и историю окисления образца. Яркая медная проволока с кальцитом рассказывает другую историю, чем тёмная пластина с малахитом и азуритом или массивная медь Кивинау с пренитом и датолитом.
| Месторождение | Распространённые ассоциации | Что они означают |
|---|---|---|
| Базальтовая медь | Пренит, пампеллит, эпидот, хлорит, кальцит, кварц, датолит. | Низкотемпературное гидротермальное изменение базальта и заполнение полостей. |
| Супергенная медь | Куприт, тенорит, малахит, азурит, хризоколла и оксиды железа. | Выветривание, окисление и перемещение через приповерхностные краснооксидные зоны. |
| Жильная и скарновая медь | Кальцит, кварц, эпидот, диопсид, гранат и местами серебро. | Гидротермальные растворы с низким содержанием серы и реактивные карбонатные или кальциево-силикатные порододержатели. |
| Осадочная медь | Халькозит, борнит, битуминозный материал, карбонаты и красноцветные порододержатели. | Восстановление на краснооксидных фронтах бассейна и пористых горизонтах. |
Коллекционирование и оценка
Как читать образец родной меди
Что вызывает интерес
- Отличительная морфология: проволоки, дендриты, пластины, кристаллы или спинелловые двойники.
- Стабильная и привлекательная патина без порошкообразности или повторяющейся коррозии.
- Сильные минеральные ассоциации, особенно пренит, датолит, куприт, серебро, кальцит или малахит.
- Чёткие данные о месторождении: шахта, район, уровень или история коллекции, если доступны.
- Естественная форма сохранена без чрезмерной очистки или полировки.
Что следует внимательно осмотреть
- Края и углубления с восковыми, лакокрасочными, клеевыми или подготовительными следами.
- Зелёная порошкообразная коррозия, особенно на образцах с хлоридным загрязнением.
- Травленые «кружевные» образцы, которые могут быть красивыми, но должны описываться как подготовленные.
- Полированные самородки, продаваемые без контекста, особенно при неясных данных о месторождении.
- Свободные, хрупкие проволоки, которые могут требовать защищённого крепления.
Чёткое описание указывает форму, месторождение и обработку: «Агрегат родной медной проволоки с кальцитом, рудник Онганджа, Намибия» или «Травленая сеть родной меди на базальтовой матрице, подготовленная для выявления кружевной текстуры».
Уход и сохранение
Сохранение меди без утраты её истории
Родная медь прочна как металл, но её поверхность химически активна. Некоторая патина стабильна и желательна; некоторая коррозия вредна. Уход должен защищать образец, не удаляя значимую геологическую текстуру.
Повседневное обращение
Обращайтесь с образцами чистыми, сухими руками или в перчатках. Масла и соли с кожи могут оставить следы и вызвать неравномерное потемнение.
Очистка
Аккуратно удаляйте пыль мягкой кисточкой или тканью. Если необходима влага, используйте минимальное количество дистиллированной воды, сразу высушите и избегайте замачивания.
Избегайте
Не используйте соль, уксус, отбеливатель, аммиак, кислые растворы или агрессивные полироли на минеральных образцах. Это может вызвать повторяющуюся коррозию или уничтожить патину.
Хранение
Храните в сухой, стабильной среде, вдали от загрязнения хлоридами, влажных коробок, реактивной древесины, кислой бумаги и резких колебаний влажности.
Патина
Стабильная коричневая, красная, чёрная или зелёная патина может быть частью идентичности образца. Удаляйте только нестабильную или повреждающую коррозию.
Хрупкие формы
Образцы в виде проволок и дендритов могут нуждаться в демонстрационной коробке, опорном креплении или мягком лотке, чтобы предотвратить зацепление и деформацию.
Сохраняйте до полировки. Образец, который сохраняет свою естественную форму, патину и контекст местонахождения, часто более значим, чем отполированный до анонимности.
Часто задаваемые вопросы
Вопросы по геологии родной меди
Всегда ли родная медь — продукт выветривания?
Нет. Многие месторождения супергенные, то есть образуются при поверхностном выветривании, но обширная родная медь также может выпадать из медесодержащих гидротермальных рассолов в базальтовых районах и низкосернистых жилах.
Почему медный район озера Верхнее так важен?
Это классическая гидротермальная система в базальтах с родной медью в амигдалях, трещинах и конгломератных жилах. Она дала массивную медь, проволоки, листы и знаменитые переплетения меди и серебра.
Почему сера так важна?
Когда сера в избытке при восстановительных условиях, медь склонна образовывать сульфиды, такие как халькосит, борнит или халькопирит. Родная медь чаще встречается там, где сера ограничена.
Что такое образец меди «половинка»?
Это термин коллекционеров для родной меди, переплетённой с родным серебром. «Cu–Ag переплетение» — самое точное описательное название.
Почему одни образцы формируют проволоки, а другие — пластины?
Открытые полости и стабильный поток жидкости способствуют образованию проволок и ветвлений. Плоские трещины способствуют формированию листов и пластин. Плотные пористые сети и слоистые пласты могут создавать дендритные листья.
Являются ли медные сталагмиты, образованные в шахтах, природными?
Они могут образовываться минеральными процессами после добычи в туннелях или штреках. Это законные минеральные образования, но наиболее точное описание — «образование после добычи».
Можно ли безопасно осветлить медь?
Для минеральных образцов начните с сухой чистки и мягкой ткани. Избегайте соли, уксуса, отбеливателя, аммиака и агрессивной полировки. Осветление не должно стирать диагностическую текстуру, ассоциированные минералы или стабильную патину.
Основные выводы
Родная медь — это история редокс-процессов, написанная металлом
Родная медь образуется там, где медьсодержащие жидкости встречаются с восстановительной, с низким содержанием серы средой и есть пространство для роста. Базальты образуют проволоки, листы и заполнения полостей; конгломераты формируют пластины и оболочки из гальки; супергенные зоны создают корки и замещения; жилы и скарны могут вырастить острые кристаллы и двойники; красноземные бассейны фиксируют медь вдоль седиментационных редокс-фронтов. Чтобы правильно прочитать образец, следуйте цепочке: путь жидкости, химическая граница, пространство для роста, ассоциированные минералы, история поверхности и местонахождение.