Weathering of glauconite in Paleogene regolith cropping out in Zabierzów (Poland)

Celem niniejszej pracy jest zaprezentowanie wyników badań przemian glaukonitu, obserwowanych paleoprofilu wietrzeniowym odsłaniającym się w Zabierzowie, koło Krakowa. Wietrzenie, do którego doszło prawdopodobnie w paleogenie, objęło stropową część kredowych margli glaukonitowych. Próbki pobrano zarówno z profilu wietrzeniowego jak i z niezwietrzałych margli. Strukturę i teksturę badanych skał opisano na podstawie obserwacji w mikroskopie petrograficznym. Przy pomocy dyfraktometrii rentgenowskiej analizowano skład mineralny całych próbek, wydzielonej frakcji ilastej i peletów glaukonitu. Dodatkowo frakcję ilastą i pelety poddano badaniom z zastosowaniem w spektroskopii absorpcyjnej w podczerwieni. W celu zbadania stosunku Fe2+/Fe3+ w strukturze najmniej zmienionego (wyjściowego) glaukonitu użyto spektroskopii Mössbauerowskiej. Skaningowy Elektronowy Mikroskop z systemem EDS został użyty do obserwacji morfologii peletów oraz analizy ich składu chemicznego. Analiza XRD całych próbek wykazała, że skały składają się z przeważającej większości z kalcytu, glaukonitu, smektytu, kwarcu i podrzędnie kaolinitu, apatytu, i pirytu lub goethytu. W stosunku do niezwietrzałych margli, opróbowany profil wietrzeniowy jest zubożony w piryt a wzbogacony w glaukonit, smektyt, kwarc i goethyt. Frakcja ilasta wszystkich próbek składa się z glaukonitu, minerału mieszanopakietowego glaukonit- smektyt bogatego w pakiety smektytu i kaolinitu. Dotatkowo we frakcji ilastej najwyższej części profilu wietrzeniowego znajduje się znaczna ilość goethytu. Zauważalne jest, że w górę profilu wietrzeniowego ilość glaukonitu spada, a rośnie ilość minerału mieszanopakietowego i wyraźnie ilość goethytu. Pelety glaukonitu wydzielonego z niezwietrzałych margli składają się wyłącznie z fazy 10 Å, natomiast w peletach z profilu wietrzeniowego obserwuje się także obecność goethytu. Na podstawie otrzymanych wyników zaobserwowano dwa możliwe procesy wietrzenia glaukonitu: 1. możliwa smektytyzacja glaukonitu prowadząca do powstawania niewielkiej ilości minerału mieszanopakietowego glaukonit-smektyt, 2. rozpuszczanie glaukonitu i krystalizacja Fe w formie goethytu, względu na wysokie pH panujące w badanym środowisku.

The aim of the present research was to study the weathering of glauconite which took place most likely during Paleogene within regolith developed on Cretaceous glauconite-marls. Samples used in the present study were collected from a profile cropping out in Zabierzów Quarry located in Krakow area. Unweathered Cretaceous glauconite-marls and the regolith were sampled. Bulk rocks, the separated clay fractions, and the magnetically separated glauconite pellets were analyzed using X-ray diffraction (XRD). Thin sections prepared from bulk rocks were examined using optical microscopy. Mossbauer spectroscopy was used for determination of Fe2+/Fe3+ in separated glauconite pellets. Separated fine clays were also analyzed using Fourier transform infrared spectroscopy (FTIRS). Scanning electron microscopy with energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDS) was used for observation and analysis of the thin sections and the separated pellets.XRD analysis of bulk rocks showed presence of carbonates, glauconite, quartz and traces of apatite, kaolinite, pyrite and goethite. The regolith material was depleted in carbonates and pyrite, and enriched in glauconite, quartz and Fe-oxy/hydroxides in relation to the unweathered marls. Clay fraction separated from unweathered marls contained glauconite, kaolinite and traces of smectite-rich glauconite-smectite mixed layered minerals. XRD patterns of clay fraction from the lower (greenish) horizon of the regolith showed quite a similar picture as unweathered marls except that smectite-rich minerals are slightly more abundant. Clay fractions from the upper regolith horizons contained smectite-rich glauconite-smectite, glauconite, kaolinite, and goethite. Concentration of the glauconite-smectite clays, and goethite increased while concentration of glauconite decreased up the profile. Similar trends were observed for separated glauconite pellets with purely glauconitic pellets separated from unweathered marls to pellets containing glauconite and goethite separated from the regolith material.According to the results obtained two main weathering processes can be recognized in the Paleogene regolith. Those are: 1. smectitization of glauconite leading to formation of smectite-rich glauconite-smectite minerals,2. most likely dissolution of glauconite and precipitation of Fe in the form of goethite because of high pH due to the presence of carbonates.