Медь: образование, геология и разновидности
Поделиться
Геология родной меди
Как Земля формирует металлическую медь в базальтах, красных породах и выветрившихся рудах
Родная медь — это элементарная медь, Cu, встречающаяся в виде металла, а не связанная в сульфид, карбонат или оксид. Она образуется там, где медьсодержащие флюиды встречают восстановительные, низкосерные условия и открытое пространство: пузырьки в базальте, проницаемые конгломераты, окислительные покровы, низкосерные жилы, скарны и осадочные окислительно-восстановительные фронты. Её формы столь же разнообразны — от проволок и дендритных листьев до массивной самородной меди, пластин, двойников и медно-серебряных интерростков.
Минеральная идентичность
Родная медь — металл в горной летописи
Родная медь — это медь, встречающаяся в природе в виде металлического элемента Cu. В отличие от халькопирита, борнита, халькозина, куприта, малахита или азурита, родная медь не связана химически с серой, кислородом, карбонатом или фосфатом в конечной минеральной структуре. 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 по мере окисления поверхности и образования 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 родной 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 — родной металл с высокой проводимостью и поверхностью, которая отражает обращение, воздух и влагу. В образцах эта изменяющаяся поверхность является частью его характера.
Рождение из геохимических ограничений
Родная медь наиболее вероятна там, где ограничено содержание серы и восстановительные условия достаточно сильны, чтобы превратить растворённые ионы меди обратно в Cu0.
Медь становится родным 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 родной меди
Родная медь может образовываться в нескольких геологических условиях, но пути её формирования имеют общую схему: медь переходит в раствор, перемещается через породу и осаждается при изменении химической среды. Три основных механизма объясняют большинство примеров коллекционных и рудных образцов.
Гидротермальное осаждение в базальтах
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. Классическим крупномасштабным примером является район самородной меди озера Верхнее.
Супергенное восстановление в зонах выветривания руды
Близко к поверхности выветривание разрушает сульфиды меди и высвобождает растворимую медь. Вода с медью движется вниз, пока не встретит восстановители, такие как органика, восстановленное железо или ранее образовавшиеся сульфиды. На этой границе может образовываться самородная медь в виде корок, пластин, проволок или замещений.
Жилы с низким содержанием серы и скарновые среды
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 важнейший вопрос — встретит ли растворённая медь среду, способную восстановить её до металла до образования другого медного минерала.
В восстановительных условиях с низким содержанием серы металлическая Cu0 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 хранилище 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 | Внешний вид |
|---|---|---|
| Восстановительные условия с низким содержанием серы | Самородная медь остаётся стабильной или осаждается из раствора. | Металлические медные проволоки, листы, массы, пластины и кристаллы. |
| Восстановительные условия с высоким содержанием серы | Медь предпочитает сульфиды. | Халькосит, борнит, халькопирит и родственные бронзово-чёрные минералы. |
| Окислительные условия с содержанием карбонатов | На поверхности или рядом с ней образуются карбонаты и оксиды меди. | Малахит, азурит, куприт, тенорит и патинированная самородная медь. |
| Богатые хлоридами и влажные условия | На хранящихся образцах может развиваться нестабильная коррозия. | Порошкообразная или повторяющаяся зелено-голубая коррозия, особенно на загрязнённых образцах. |
Условия залегания
Где растет самородная медь
Окружение контролирует форму меди. Базальты обеспечивают везикулы 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 |
|---|---|---|
| Амидгалы и трещины базальта | Потоковые базальты; везикулы, 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, двойники по закону шпинели и сростки 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. |
Везикулярный базальт с бледно-зелёным пренитом, эпидотом, пумпеллитом или цеолитоподобными минералами в полостях — классическое место для тщательного осмотра меди.
Морфологии
Листья, проволоки, самородки, двойники 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 листовая 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 двойники по закону шпинели
Медь кристаллизуется в изометрической системе и может образовывать кубы, додекаэдрические формы и сростки в виде звезд.
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 — срастание Cu–Ag.
Некоторые эффектные образцы «кружевной меди» получаются удалением хрупкой матрицы, чтобы выявить естественную металлическую сеть. Структура может быть геологической, а открытый кружевной вид — частично результатом обработки камня.
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 арагонита
Особенно известна минерализация красных сланцев в стиле Корокоро, где металлическая медь может замещать радиально расходящийся арагонит 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 и форму, и переход: металлическая медь, оксид, карбонат и сопутствующие минералы видны в одной небольшой геохимической последовательности.
Атлас месторождений
Классические источники и их особенности
Полуостров Кивинау, Мичиган, США
Район самородной меди озера Верхнее является эталоном для базальтовых амигдалей, конгломератных жил, больших масс, листов, проволок и образцов Cu–Ag «полукровок». Пренит, эпидот и датолит — знакомые спутники.
Рудник Онганья, Намибия
Известны выдающимися спинелевыми двойниками кристаллов меди и острыми агрегатами, часто с кальцитом, купритом или другими окисленными медными ассоциациями.
Уральские горы, Россия
Исторические жилы меди 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 псевдоморфозов арагонита 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 горными ассоциациями.
Бассейн Купфершифер, Польша и Германия
Осадочные медные системы могут содержать диссеминации, пластины и самородную медь рядом с халькозитом, борнитом и другими медными сульфидами.
Постдобычные образования меди
Некоторые сталагмитовые или хрупкие формы меди образуются после добычи в туннелях и штольнях. Это минеральные образцы, но их лучше описывать как постдобычные образования.
Ассоциации
Минералы, которые встречаются вместе с медью
Медь редко встречается без геологического окружения. Минералы-компаньоны раскрывают условия залегания и историю окисления образца. Яркая проволока меди с кальцитом рассказывает другую историю, чем тёмная пластина с малахитом и азуритом или массивная медь из 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 зоны окисления. |
| Жильная и скарновая медь | Кальцит, кварц, эпидот, диопсид, гранат и местами серебро. | Гидротермальные растворы с низким содержанием серы и реактивные карбонатные или кальцит-силикатные породные породы. |
| Осадочная медь | Халькозин, борнит, битуминозный материал, карбонаты и красноцветные породные породы. | 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 минералогические ассоциации, особенно пренит, датолит, куприт, серебро, кальцит или малахит.
- Чёткие данные о месторождении: шахта, район, уровень или история коллекции, если доступны.
- Естественная форма, сохранённая без чрезмерной очистки или полировки.
Что следует внимательно осмотреть
- Края и углубления с воском, лаком, клеем или следами подготовки.
- Зелёная порошкообразная коррозия, особенно на изделиях с хлоридным загрязнением.
- Травленые «ажурные» куски, которые могут быть красивыми, но должны описываться как подготовленные.
- Полированные самородки, продаваемые без контекста, особенно если месторождение указано неясно.
- Свободные, хрупкие проволоки, которые могут требовать защищённого крепления.
Чёткое описание указывает форму, месторождение и обработку: «Агрегат из проволок родной меди с кальцитом, рудник Онганджа, Намибия» или «Травленая сеть из родной меди на базальтовой матрице, подготовленная для выявления ажурной текстуры».
Уход и сохранение
Сохранение меди без стирания 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 чистыми, сухими руками или в перчатках. Масла и соли с кожи могут оставлять следы и способствовать неравномерному потемнению.
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 разрушить 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 с проволоками и дендритами 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 жилах с низким содержанием серы.
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 «полукровка»?
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 сети пор и слоистые пласты могут создавать дендритные листья.
Являются ли медные сталактиты, выросшие 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 очистки 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 дают 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; красноцветные бассейны фиксируют медь вдоль седиментных редокс-фронтов. Чтобы хорошо прочитать образец, следуйте цепочке: путь жидкости, химическая граница, пространство для роста, ассоциированные минералы, история поверхности и местонахождение.