Gypsum – anhydrite transformations in Wieliczka salt mine and their documentation

Evaporites as chemical deposits easily undergo processes of transformation. The most common example is the transformation of gypsum to anhydrite, observed in different depositional environments. Gypsum - calcium sulfate dihydrate (CaSO4∙2H2O) is replaced by anhydrite in the process of dehydration, both on surface and at great depths. The reverse process of anhydrite hydration is called gypsification.The samples of anhydrite and gypsum come from different parts of Wieliczka salt deposit. Calcium sulfates occur in Wieliczka in variety of macroscopic morphological forms. Anhydrite forms nodules (individual nodules, group of nodules forming a layer) and layers (the regular layer, enterolithic veins, elongated aggregates, wrapped claystones). Gypsum occurs as alabaster and secondary veins of fibrous and microcrystalline gypsum.The study of chemical composition (SEM-EDS), FTIR spectroscopic analysis and X-ray diffraction analysis showed dominance of the two mineral phases (gypsum, anhydrite). The intermediate phase – bassanite is not observed.Microscopic observations (polarizing microscope, scanning microscope) helped in understanding of the internal structure of various morphological forms of anhydrite and gypsum. Anhydrite crystals have stubby or tabular habits and are usually strongly deformed. Nodular anhydrite forms are composed of many zoned clots. The clot consists of anhydrite central part and of gypsum rim. During the study three types of gypsum rims were distinguished: 1 – rim of microcrystalline gypsum, 2 – rim of massive gypsum crystals with anhydrite relics, 3 – double rim: a first rim of microcrystalline gypsum, surrounding directly the anhydrite core, and a second external rim, formed of massive gypsum crystals, with relics of anhydrite. A new model of rims formation, associated with the processes of dehydration-hydration and recrystallization, has been proposed. Gypsum crystals have columnar habit, fibrous (fibrous gypsum) or fine columnar (alabaster gypsum). Origin of secondary gypsum is also associated with transformations of gypsum and anhydrite.

Ewaporaty jako osady chemiczne z dużą łatwością ulegają procesom przeobrażenia. Najpopularniejszym przykładem jest przemiana gips – anhydryt, obserwowana w różnych środowiskach depozycyjnych. Gips – dwuwodny siarczan wapnia (CaSO4∙2H2O), zarówno w warunkach powierzchniowych, jak i na dużej głębokości, ulega procesowi anhydrytyzacji (zastępowanie gipsu przez anhydryt) na drodze dehydratacji. Proces odwrotny nosi nazwę gipsyfikacji i polega na uwodnieniu anhydrytu. Próbki anhydrytu oraz gipsu pochodziły z dwóch różnorodnie wykształconych części wielickiego złoża solnego (część bryłowa i część pokładowa). Wyróżniono różne formy morfologiczne występowania siarczanu wapnia. Anhydryt ma postać charakterystycznych gron (grona indywidualne, grona tworzące wkładkę) oraz warstw (regularne warstwy, trzewiowce, wydłużone agregaty, otulone iłowcem). Gips natomiast występuje w postaci alabastru (gipsu drobnokrystalicznego) oraz wypełniających spękania wtórnych żył gipsu włóknistego i mikrokrystalicznego. Badania składu chemicznego (SEM-EDS), analizy dyfraktometryczne i spektroskopowe wykazały obecność dwóch faz mineralnych, gipsu i anhydrytu. Nie obserwuje się natomiast fazy pośredniej – bassanitu.Obserwacje mikroskopowe (mikroskop polaryzacyjny, mikroskop skaningowy) pozwoliły na poznanie budowy wewnętrznej wyróżnionych form morfologicznych. Kryształy anhydrytu o pokroju listewkowym są najczęściej silnie zdeformowane. Formy groniaste anhydrytu składają się z wielu gruzłów o budowie strefowej. Gruzeł składa się z centralnej części anhydrytowej oraz z obwódki gipsowej. Podczas badań wyróżniono 3 typy obwódek gipsowych: 1 – obwódka z gipsu mikrokrystalicznego, 2 – podwójna obwódka gipsowa: pierwsza obwódka z gipsu mikrokrystalicznego, otaczająca bezpośrednio jądro anhydrytowe oraz druga obwódka utworzona z masywnych kryształów gipsu, z reliktami anhydrytu, otaczająca gruzeł z zewnątrz, 3 – obwódka z masywnych kryształów gipsu z reliktami anhydrytu. Powstawanie wszystkich typów obwódek związane jest z procesami dehydratacji-hydratacji oraz rekrystalizacji. Zaproponowano schemat powstawania tychże obwódek. Kryształy gipsu mają pokrój igiełkowy (gips włóknisty) lub krótkosłupkowy (gips alabastrowy). Geneza gipsu wtórnego również związana jest z przeobrażeniami gipsu i anhydrytu