Środowiska Ekshalacji Wulkanicznych I Płonących Hałd Węglowych – Mineralogiczne Studium Porównawcze

BIULETYN PAŃSTWOWEGO INSTYTUTU GEOLOGICZNEGO 452: 225–236, 2012 R.

ŚRODOWISKA EKSHALACJI WULKANICZNYCH I PŁONĄCYCH HAŁD WĘGLOWYCH – MINERALOGICZNE STUDIUM PORÓWNAWCZE

ENVIRONMENTS OF VOLCANIC EXHALATIONS AND BURNING COAL DUMPS – MINERALOGICAL COMPARATIVE STUDY

Jan Parafiniuk1

Abstrakt. W pracy porównane zostały zespoły minerałów powstających z ekshalacji wulkanicznych na przykładzie fumaroli z krateru La Fossa (Vulcano, Wyspy Liparyjskie) i emisji gazów na płonących hałdach kopalni węgla kamiennego Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Mimo różnego pochodzenia, gorące gazy i pary obu tych środowisk wykazują bardzo wiele podobieństw, co skutkuje krystalizacją szeregu takich samych minerałów. Dotyczy to nie tylko pospolitych w tych środowiskach siarki i salmiaku rodzimego, ale także wielu minerałów siarczanowych, jak godowikowit, millosevichit, tschermigit; chlorkowych, jak kremersyt lub siarczkowych, np. bizmutynit. Ważniejsze różnice to przykładowo brak minerałów boranowych na hałdach, a minerałów organicznych na obszarach wulkanicznych. Występujące różnice, także regionalne w każdym z tych środowisk, wynikają głównie ze zmienności geochemicznej skał macierzystych.

Słowa kluczowe: ekshalacje wulkaniczne, płonące hałdy, minerały siarczanowe, minerały chlorkowe, Górnośląskie Zagłębie Węglowe.

Abstract. This paper compares mineral assemblages forming from volcanic exhalations on the example of the La Fossa crater, Vulcano, Aeolian Islands and from the emission of gases on the burning coal-dumps of collieries of the Upper Silesian Coal Basin. Despite different origin, hot gases and vapors of both environments have many similarities, resulting in crystallization of many same minerals. This applies not only to sulphur and salammoniac, common in such environments, but also to many sulphates, such as godovikovite, millosevichite, tschermigite; chlorides, such as kremersite; or sulphides, such as bismuthinite. Major differences include, for instance, lack of borate minerals in the coal-dumps and of organic minerals in the volcanic areas. The diversity, including the regional differences within both environments, results mainly form geochemical variation of the parent rocks.

Key words: volcanic exhalations, burning coal-dumps, sulphate minerals, chloride minerals, Upper Silesian Coal Basin.

Wstęp

Choć współcześnie w Polsce nie obserwuje się przeja- ulec procesowi spontanicznego samozapłonu, co wywołuje wów aktywnego wulkanizmu, produkty procesów podob- długotrwały i trudny do opanowania pożar, zlokalizowanych do wulkanicznych tworzą się także obecnie w naszym ny zwykle wewnątrz hałdy. W ognisku pożaru temperatura kraju. Ma to miejsce w strefach objętych pożarami hałd po- wzrasta nawet do około 1200°C, więc lokalnie może do- górniczych, zlokalizowanych przy niektórych kopalniach chodzić do stopienia skał i generowania stopu przypomina- węgla kamiennego na Górnym Śląsku. Pozostawione resztki jącego lawę wulkaniczną. Skały otoczenia, które nie uległy węgla kamiennego, wymieszane ze zgromadzonymi na hał- przetopieniu zostają poddane intensywnemu przeobrażeniu dach skałami płonnymi, mogą w sprzyjających warunkach termicznemu. Ten typ bardzo wysokotemperaturowego i ni-

1 Uniwersytet Warszawski, Wydział Geologii, Instytut Geochemii, Mineralogii i Petrologii, ul. Żwirki Wigury 93, 02-089 Warszawa; e-mail: [email protected] 226 Jan Parafiniuk skociśnieniowego metamorfizmu jest określany obecnie jako W celu pokazania podobieństw i różnic między produk- pirometamorfizm (Sokol i in., 2005). tami ekshalacji wulkanicznych i kondensacji gazów poża- W wyniku pożarów hałd tworzą się także duże ilości rowych płonących hałd dokonano porównania zespołów gorących gazów pożarowych, których emisja do atmosfery mineralnych krystalizujących współcześnie z fazy gazowej stanowi poważne zagrożenie dla środowiska (Finkelman, na polach fumaroli w kraterze La Fossa (Vulcano, Wyspy

2004). Gazy te zawierają znaczne ilości CO2, CO, NH3, SO2, Liparyjskie) i na wybranych płonących hałdach kopalnia- HCl, HF, węglowodorów aromatycznych i innych toksycznych Rybnickiego Okręgu Węglowego. Warto zaznaczyć, nych substancji. W przypowierzchniowej warstwie hałd i na że w ostatnim dziesięcioleciu intensywne badania minera- ich powierzchni, wokół miejsc ujścia gazów krystalizują logiczne fumaroli z Vulcano przyniosły odkrycie szeregu z nich rozmaite minerały, analogiczne do znanych z eksha- nowych minerałów należących do siarczków i siarkoso- lacji wulkanicznych. Z terenu Polski są one jeszcze bardzo li, chlorków i siarczanów (Campostrini i in., 2011). Wiele słabo rozpoznane, ale według wiedzy autora różnorodnością minerałów znanych z ekshalacji wulkanicznych tworzy się nie ustępują zespołom minerałów opisanym z zagłębi wę- także w środowisku płonących hałd, niekiedy nawet w więk- glowych Rosji, Czech czy Niemiec. Płonące hałdy Górne- szych ilościach niż w kraterach wulkanów. Na hałdach kry- go Śląska stwarzają mineralogom w naszym kraju unikalne stalizują również i takie fazy, których nie znaleziono dotąd możliwości badań powstawania minerałów ekshalacyjnych, w produktach wulkanicznych. Niektóre z nich nie odpowia- zwykle kojarzonych z obszarami aktywnego wulkanizmu. dają żadnym znanym minerałom, ale wprowadzeniu ich do Poza aspektem poznawczym, interesującym głównie minera- nauki jako nowych minerałów nie sprzyja aktualna polityka logów, badania te można wykorzystać do lepszego poznania IMA, odpowiedzialnej za akceptację nowych propozycji. mechanizmu uruchamiania szeregu pierwiastków czy związ- Takie minerały, jak na przykład lesukit czy steklit zostały ków chemicznych w ognisku pożaru oraz skali ich transportu oficjalnie uznane dopiero po stwierdzeniu ich występowa- na powierzchnię hałdy i do atmosfery. Ma to istotne znacze- nia w ekshalacjach wulkanicznych, mimo że były znane już nie dla określenia wpływu pożarów na hałdach węglowych wcześniej ze środowiska płonących hałd. na otaczające je środowisko.

Produkty ekshalacji Wulkanicznych krateru lA Fossa na Vulcano, Wyspy liparyjskie

Ekshalacje gazów wulkanicznych, którym towarzyszy wulkaniczna miała tutaj miejsce w latach 1888–1890. Od tego krystalizacja specyficznego zespołu minerałów są znane z nie- czasu aktywność wulkaniczna na tej wyspie ogranicza się do mal wszystkich obszarów aktywnego wulkanizmu na Ziemi. emisji gazów wulkanicznych. Spektakularne ekshalacje wul- Mineralogom, ze względu na różnorodność powstających kaniczne można obserwować w kraterze La Fossa, gdzie ak- minerałów, przykładowo dobrze znane są produkty wyzie- tywne są dwa pola fumaroli – położone na północnej krawę- wów wulkanicznych na Kamczatce, szczególnie związane ze dzi krateru i poniżej, w jego wnętrzu (fig. 1). Wydzielanie się szczelinową erupcją Tołbaczika, skąd opisano wiele nowych gazów wulkanicznych można także obserwować na wybrzeżu minerałów (Pekov, 1998). Geograficznie bliższym i łatwiej do- – w Porto Levante, gdzie znajdują się baseny z podgrzanym, stępnym obszarem występowania tego typu zjawisk są: rejon bogatym w siarkę mułem o właściwościach leczniczych. Pę- Neapolu (Campi Flegrei z kraterem Solfatarai obecnie mało cherze gazów, głównie dwutlenku węgla, wydobywają się aktywny Wezuwiusz) oraz Etna na Sycylii i Wyspy Liparyj- z dna morza w położonym przy plaży kąpielisku. skie, a zwłaszcza wchodząca w ich skład wyspa Vulcano. Aktywność fumaroli na Vulcano, trwająca nieprzerwanie Pola fumaroli w kraterze La Fossa na wyspie Vulcano od erupcji u schyłku XIX wieku, ma swoją dynamikę i ukła- są dużą atrakcją przyciągającą nie tylko rzesze turystów, ale da się w szereg cykli. Ostatni, trwający do dzisiaj cykl roz- i uwagę mineralogów zainteresowanych tym swoistym labora- począł się w drugiej połowie lat siedemdziesiątych XX wie- torium tworzenia się minerałów. Prowadzone tu współcześnie ku. Maksimum jego aktywności notowano na początku lat badania doprowadziły do odkrycia szeregu nowych minera- dziewięćdziesiątych. Wydobywające się z krateru La Fossa łów, głównie z grupy chlorków i siarczanów, ale także intere- gazy wulkaniczne osiągały wówczas temperaturę do 700°C sujących fluorków, boranów, siarczków i siarkosoli (Campo- (Campestrini i in., 2010). W następnym dziesięcioleciu tem- strini i in., 2010; Weiss, 2010; Campostrini i in., 2011). peratura gazów spadła do wartości 400–450°C. We wrze- Archipelag Wysp Liparyjskich złożony z 7 większych śniu 2011 r. zmierzone przez autora za pomocą pirometru i szeregu mniejszych wysp oraz kilku wulkanów podmor- na podczerwień temperatury w miejscu ujścia gazów wul- skich, swoje pochodzenie zawdzięcza położeniu w aktywnej kanicznych nie przekraczały już wartości 350°C, a w wielu tektonicznie strefie subdukcji płyty jońskiej, traktowanej jako miejscach mieściły się w przedziale sto kilkadziesiąt – dwie- część płyty afrykańskiej, pod płytę euroazjatycką (Szczepa- ście stopni. Obserwowany obecnie trend spadku temperatury ra, 2011). Skały wulkaniczne, budujące wysuniętą najdalej na ekshalacji wulkanicznych w kraterze La Fossa jest czasem południe archipelagu wyspę Vulcano, powstały w rezultacie zakłócany okresami wzrostu aktywności degazacji i okreso- cyklu erupcji trwających od ok. 120 tys. lat. Ostatnia erupcja wym wzrostem temperatury gazów. Środowiska ekshalacji wulkanicznych i płonących hałd węglowych – mineralogiczne studium porównawcze 227

Fig. 1. Pola fumaroli w kraterze La Fossa na Vulcano, Wyspy Fig. 2. Typowe produkty ekshalacji wulkanicznych w kraterze Liparyjskie La Fossa, Vulcano. Żółte wykwity tworzy siarka rodzima, białe – salmiak rodzimy, a żółtawe – sassolin Fumarole fields in the La Fossa crater, ulcano,V Aeolian Islands Typical products of the volcanic exhalations in the La Fossa crater, Vulcano. Sulphur forms yellow incrustacion, salammoniac – white and sassolite – yellowish Ilości i skład chemiczny emitowanych na Vulcano gazów były analizowane w listopadzie 2009 r. i lutym 2010 r przez Tamburello i in. (2011). W pierwszym terminie określili oni łuseczkowe skupienia o perłowym połysku. Ten charaktery- całkowitą emisję gazów fumaroli w kraterze La Fossa na styczny dla włoskich wulkanów minerał, niegdyś pozyski-

684 t CO2, 20 t SO2, 8 t H2S i 580 t pary wodnej na dobę. wany tam na niewielką skalę, nie występuje jednak równie W drugim terminie, przypadającym na okres mniejszej ak- obficie w innych wulkanicznych regionach świata. tywności, do atmosfery wydostawało się 293 t CO2, 13 t SO2, Chociaż pospolitsze minerały ekshalacji wulkanicznych 7,5 t H2S i 225 t pary wodnej dziennie. Ciągle są to więc są wspólne różnym wulkanicznym regionom świata, zespoły znaczące ilościowo emisje gazów wulkanicznych, a badania rzadszych minerałów regionalnie znacznie się różnią, ak- natężenia ekshalacji wulkanicznych w skali globalnej mają centując geochemiczną specyfikę obszarów występowania. istotne znaczenie także w ustaleniu bilansu gazów cieplar- Z tego względu ich poniższa charakterystyka jest ograniczo- nianych emitowanych do atmosfery ze źródeł naturalnych. na tylko do wybranego krateru La Fossa na Vulcano. Lista Z gorących gazów i par wulkanicznych w strefach ich znanych minerałów z tej lokalizacji liczy już ponad 100 wypływu na powierzchnię Ziemi krystalizuje urozmaicony pozycji i ciągle ulega powiększaniu. Najliczniej są na niej zespół minerałów ekshalacyjnych. Skład mineralny tego reprezentowane minerały chlorkowe i siarczanowe, mniej zespołu zależy od temperatury i składu chemicznego ga- licznie spotyka się fluorki, siarczki i borany (Garavelli i in., zów, a te z kolei są zależne od uwarunkowań geochemicz- 1997). Wybór najbardziej charakterystycznych ich przed- nych i mechanizmu degazacji komory magmowej. Najbar- stawicieli zawiera tabela 1. Obok bizmutynitu, notowane- dziej znanym i rozpoznawalnym minerałem, tworzącym się go także z wielu ekshalacji wulkanicznych świata, zwraca z niemal wszystkich ekshalacji wulkanicznych jest siarka uwagę liczny zespół rzadkich siarkosoli ołowiu i bizmutu, rodzima. Żółte naskorupienia siarki rodzimej, nierzadko niespotykany w innych miejscach. Cannizzaryt, mozgowait tworzącej drobne, igiełkowe kryształy, obficie pokrywają i vurroit zostały odkryte w produktach ekshalacji krateru La powierzchnie skał wulkanicznych wokół miejsc wypływów Fossa (Vurro i in., 1999; Garavelli i in., 2005). Tworzą się gazów (fig. 2). W niektórych wulkanach, np. na Wyspach one z najwyżej temperaturowych fumaroli razem z bizmuty- Sundajskich w Indonezji wydzielenia siarki są na tyle duże, nitem, galenobizmutytem i innymi minerałami siarczkowy- że stały się przedmiotem lokalnej eksploatacji. Drugim mi (Pinto i in., 2006). W produktach ekshalacji znaleziono charakterystycznym minerałem ekshalacji wulkanicznych także rodzime złoto i tellur (Fulignati i Sbrana, 1998). jest salmiak rodzimy. Jego naskorupienia są zwykle białe, Wyjątkowo różnorodnie prezentuje się na Vulcano gru- drobnokrystaliczne. Rzadko spotyka się przezroczyste, izo- pa chlorków. Znaleziono tu szereg chlorków ołowiu: znane metryczne kryształy salmiaku, częstsze są dendrytyczne lub wcześniej z Wezuwiusza cotunit, pseudocotunit, rzadki chal- pierzaste skupienia. Ze względu na dobrą rozpuszczalność lacolloit oraz nienotowane nigdzie indziej: chlorek amono- w wodzie, nagromadzenia salmiaku są wrażliwe na warunki wo-ołowiowy – brontesyt i chlorek talu i ołowiu – hefajsto- atmosferyczne i zachowują się tylko w suchym środowisku. syt (Campostrini i in., 2008). W tej lokalizacji odkryto także Pospolitym minerałem ekshalacyjnym na Vulcano jest także dwa inne chlorki talu – lafossait i steroplesyt, a także chlorki sassolin H3BO3 (rodzimy kwas borny) tworzący rozsypliwe, zawierające bizmut i cynę – demicheleit i panichiit (Roberts 228 Jan Parafiniuk

Tabela 1 Minerały ekshalacji wulkanicznych krateru La Fossa, Vulcano, Wyspy Liparyjskie Minerals of volcanic exhalations, La Fossa crater, Vulcano, Aeolian Islands

Grupa minerałów Minerał Wzór chemiczny Pierwiastki siarka rodzima S rodzime tellur rodzimy Te selen rodzimy Se złoto rodzime Au

Siarczki bizmutynit Bi2S3

i siarkosole galenobizmutyt PbBi2S4

cannizzaryt (TL) Pb46Bi54S127

mozgowait (TL) PbBi4(S,Se)7

kirkiit Pb10Bi3As3S19

heyrovskýit Pb10AgBi5S18

vurroit (TL) Pb20Sn2(Bi,As)22S54Cl6

Halogenki salmiak rodzimy NH4Cl

cotunnit PbCl2

pseudocotunnit K2PbCl4 demicheleit-(Cl) (TL) BiSCl demicheleit-(Br) (TL) BiSBr demicheleit-(I) (TL) BiSI bizmoclit BiOCl

brontesyt (TL) (NH4)3PbCl5

challacollloit KPb2Cl5

hefajstosyt (TL) TlPb2Cl5 lafossait (TL) TlCl

steroplesyt (TL) Tl3BiCl6 3+ kremersyt (NH4,K)2Fe Cl5 · H2O 4+ panichiit (TL) (NH4)2Sn Cl6

barberiit (TL) (NH4)BF4

demartinit (TL) K2SiF6

hieratyt (TL) K2SiF6

knasibfit (TL) K3Na4(SiF6)3BF4

Borany sassolin H3BO3

metaboryt HBO2

klinometaboryt (TL) HBO2

santit KB5O6(OH)4 ·2H2O

Siarczany ałunit KAl3(SO4)2(OH)6

ałun-(K) KAl(SO4)2 ∙ 12H2O

thermessait (TL) K2AlSO4F3

włodawecyt Ca2Al(SO4)2F2Cl · 4H2O

aiolosyt (TL) Na4Bi(SO4)3Cl

adranosyt (TL) (NH4)4NaAl2(SO4)4Cl(OH)2

godowikowit NH4(Al,Fe)SO4

tschermigit NH4Al(SO4)2 ∙ 12H2O

millosevichit (Al,Fe) 2(SO4)3

pyracmonit (TL) (NH4)3Fe(SO4)3

cossait (TL) (Mg0,5,□)Al6(SO4)6(HSO4)F6 · 36H2O

ferrinatryt Na3Fe(SO4)3 (TL) type locality – miejsce odkrycia minerału i in., 2006; Demartin i in., 2009). Czasami miejsce chloru Licznie reprezentowane są w produktach fumaroli La Fos- zajmuje fluor i tworzą się połączenia typu fluorokrzemianów sy także minerały siarczanowe, choć więcej występuje ich – demartinit, hieratyt, knasibfit lub typu fluoroboranów – np. w produktach ekshalacji wulkanicznych na wybrzeżu Vulcano, barberiit. Znane są z tej lokalizacji nawet rzadkie minerały w miejscu określanym nazwą „GrottadellAllume”. W fumaro- z grupy demicheleitu zawierające brom lub jod. lach La Fossy obok pospolitego w takich środowiskach ałunitu Środowiska ekshalacji wulkanicznych i płonących hałd węglowych – mineralogiczne studium porównawcze 229 występuje ałun-(K) i jego amonowy odpowiednik tschermigit, santit. Poza kilkoma najpospolitszymi minerałami, zdecydo- a także godowikowit, millosevichit i ferrinatryt. Znaleziono tu wana większość produktów ekshalacji tworzy bardzo drob- również szereg rzadkich, niespotykanych gdzie indziej mine- ne, trudne do identyfikacji wydzielenia. Wielkość kryształów rałów siarczanowych – adranosyt, aiolosyt, thermessait, pyrac- zwykle wynosi ułamek milimetra, więc trudno jest je wy- monit czy cossait (Demartin i in., 2010a, b, c; 2011). różniać makroskopowo. Minerały ekshalacji wulkanicznych Z wyjątkiem sassolinu, inne minerały boranowe są rzad- z reguły tworzą złożone mieszaniny, co w połączeniu z ich ko spotykane. Stwierdzono tutaj rzadki metaboryt i jego drobnokrystalicznym wykształceniem stawia duże wymaga- jednoskośny polimorf – klinometaboryt oraz równie rzadki nia badaczom tych utworów.

Produkty Kondensacji gazów pożarowych płonących hałd przy Kopalniach węgla KAMiennego Górnego Śląska

Inicjowane spontanicznie, niekiedy także w wyniku nie- dzić, że mogą to być ilości znaczne. Skala emisji gazów po- przemyślanych działań ludzi, pożary hałd są znane z więk- żarowych z hałd, w porównaniu do obszarów wulkanicznych szości zagłębi węglowych na świecie. Mogą one trwać dzie- jest naturalnie dużo mniejsza i bardziej ograniczona w czasie, siątki lat, a ich zwykle niewielkie rozmiary są ograniczone co wynika z dużo mniejszej objętości materiału skalnego ule- ilością materiału zgromadzonego na hałdzie. Dużo większą gającego degazacji. Temperatura gazów pożarowych na hał- skalę mają podziemne pożary płytko zalegających pokładów dach może być także bardzo wysoka. Najwyższe temperatury węgla, znane np. z Pensylwanii w USA, Tadżykistanu, Chin zmierzone przez autora pirometrem na podczerwień w miej- czy Indii, które mogą być aktywne nawet przez setki lat. Ze scach ujścia gazów na powierzchni hałd w rejonie Rybnika zlokalizowanych wewnątrz płonących hałd ognisk pożaro- osiągały 510°C. Na powierzchni płonącej w głębi hałdy, wy- wych wypływają strumienie gorących gazów przypomina- pływające w różnych miejscach strumienie gazu mogą mieć jących naturą ekshalacje wulkaniczne. Obok dominujących różne temperatury, od kilkuset do zaledwie kilkudziesięciu dwutlenku węgla i pary wodnej mogą one zawierać lokalnie stopni. Krystalizujące z nich zespoły minerałów zmieniają się znaczne koncentracje tlenku węgla, amoniaku, chlorowodo- zależnie od składu i temperatury gazów, co sprawia, że często ru, dwutlenku siarki, siarkowodoru, a w niektórych rejonach obserwuje się strefowość ich rozmieszczenia na hałdzie. także fluorowodoru i innych składników, co czyni je także Podobnie jak na obszarach wulkanicznych, każde zagłę- pod względem chemicznym podobnymi do gazów wulka- bie węglowe, a nawet kopalnie w obrębie jednego zagłębia nicznych. W przeciwieństwie do typowych ekshalacji wul- cechują się pewnym zróżnicowaniem geochemicznym, co kanicznych, generalnie nie zawierają one związków boru. przejawia się nieco odmiennym zestawem zespołów minera- Wyróżnia je natomiast zawartość związków organicznych, łów ekshalacyjnych. Najbardziej pospolite minerały tworzą- zwłaszcza wysokowrzących węglowodorów aromatycznych, ce się w środowisku płonących hałd – siarka rodzima i sal- powstających w wyniku pirolizy resztek węgla kamiennego miak rodzimy są spotykane niemal na wszystkich hałdach. przy ograniczonym dopływie powietrza, analogicznie jak Równie często spotyka się rozmaite siarczany amonu, choć w procesie koksowniczym. tutaj już można zauważyć indywidualne cechy regionalne. Wydobywające się szczelinami i spękaniami na po- Z wielu płonących hałd na świecie opisywano wystąpie- wierzchnię hałd gazy ulegają ochłodzeniu i przypowierzch- nia ałunu amonowego – tschermigitu i jego bezwodnego niowej kondensacji, dzięki czemu krystalizują z nich róż- odpowiednika – godowikowitu. Nieco mniej pospolite są norodne, liczące już kilkadziesiąt przedstawicieli zespoły mascagnit i amonowe człony minerałów grupy ałunitu-jaro- minerałów. Zostały one opisane z terenu Czech (Začek, 1988; sytu. Inne minerały amonowe są znane tylko z niektórych Žaček iOndruš, 1998), Niemiec (Witzke, 1996), Rosji (Sre- lokalizacji, częściowo być może z powodu niedostatecznego brodolskij, 1989; Czesnokow i Szczerbakowa, 1991; Sokol zbadania tworzących się tam zespołów mineralnych. Cha- i in., 2005), Węgier (Szakall i Kristaly, 2008), Francji (Ma- rakterystyczne dla części tego typu środowisk jest występo- salehdani i in., 2009), USA (Lapham i in., 1980), Chin (Stra- wanie obok siarki rodzimej także selenu rodzimego, dotąd cher i in., 2005) i innych krajów. Utwory takie zostały także nie stwierdzonego na polskich hałdach. Ciemnoszare, igieł- znalezione na terenie Górnośląskiego Zagłębia Węglowego kowe kryształy selenu rodzimego są znane między innymi (Parafiniuk i Kruszewski, 2009) i są obecnie przedmiotem z hałd Kladna i Radvanic (Czechy), Niemiec i USA. Siarka mineralogicznych badań autora. Jako najbardziej reprezen- rodzima na płonących hałdach może zawierać również do- tatywne opisane zostały tutaj płonące hałdy zlokalizowane mieszki selenu i arsenu. Znane są ponadto siarczki arsenu, w rejonie Rybnika, ale podobne utwory tworzą się zapewne np. alacranit As9S8 z tego środowiska. W produktach pożaru i w innych częściach Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. hałd w Radvanicach napotkano szereg rzadkich, specyficz- Nie dysponujemy jeszcze dokładnymi analizami chemicznych siarczków cyny, germanu, galu, indu (Sejkora i in., nymi gazów emitowanych przez płonące hałdy Górnego Ślą- 2001). Częściej jako minerał ekshalacyjny spotyka się siar- ska, ani określającymi wielkość emisji ich składników do at- czek bizmutu – bizmutynit, niekiedy tworzą się także i inne mosfery, jednak biorąc pod uwagę nagromadzenia minerałów siarczki. Nierzadkim zjawiskiem na płonących hałdach jest krystalizujących z nich na powierzchni hałd, należy stwier- wzbogacenie ekshalacji w związki fluoru. Przykładowo z te- 230 Jan Parafiniuk renu Czech często notowany był kryptohalit (fluorokrzemian 0,5–1 cm. Z hałd rejonu Rybnika są znane także masywne amonowy) oraz rostyt (zawierający fluor siarczan glinu). skupienia salmiaku o masie wielu kilogramów, spajające Bardzo charakterystycznymi produktami krystalizacji z ga- okruchy przepalonych łupków. Salmiak rodzimy należałoby zów pożarowych hałd są minerały organiczne. Są to głównie uznać za najbardziej typowy minerał ekshalacyjny na hał- krystaliczne węglowodory aromatyczne: rawatyt (naturalny dach, a jego naskorupienia i wykwity na powierzchni hałdy fenantren), kratochvilit (fluoren), a także takie związki jak mogą być dobrym wskaźnikiem istnienia stref pożarów we imid kwasu ftalowego – kladnoit, hoelit (krystaliczny an- wnętrzu hałdy (fig. 3). trachinon) czy acetamid rodzimy, znane praktycznie tylko Charakterystycznymi minerałami sublimatów na hałdach z tego środowiska. W Polsce minerały te nie zostały dotąd rejonu Rybnika są minerały siarczanowe i chlorkowe. Inne znalezione, choć czarne, smołowate nagromadzenia substan- grupy minerałów należą tu do rzadkości, być może ze wzglę- cji organicznych są pospolicie spotykane wokół miejsc wy- du na jeszcze niepełne ich rozpoznanie. Z siarczków udało pływu niezbyt gorących gazów na powierzchnię hałdy. Ich się jedynie natrafić na bizmutynit, krystalizujący z gazów chemiczną i petrograficzną charakterystykę zawiera praca o najwyższych, osiągających 500°C, temperaturach. Minerały Misz i in. (2007). siarczanowe i chlorkowe zwykle tworzą naskorupienia i wy- Przedstawiony niżej opis minerałów ekshalacyjnych two- kwity na powierzchni zgromadzonych na hałdach fragmentów rzących się na hałdach górnośląskich kopalni węgla kamien- łupków. Z reguły są one drobnokrystaliczne i tworzą złożo- nego rejonu Rybnika musi być zgeneralizowany, gdyż na ne mieszaniny wielu minerałów, choć zdarzają się i niemal poszczególnych hałdach można znaleźć nieco odmienne, do monomineralne. Osobliwą, charakterystyczną dla środowi- tego zmieniające się w czasie zespoły minerałów. Pospolicie ska płonących hałd formą występowania tych minerałów są spotyka się na powierzchni hałd wykwity siarki rodzimej. masywne nagromadzenia tworzące zbite, drobnokrystaliczne Zwykle nie są to duże nagromadzenia, zbudowane z drob- skorupy na powierzchni hałdy lub na niewielkiej głębokości nych, igiełkowych kryształów tworzących często dendry- pod jej powierzchnią. Skorupy takie zostały opisane m.in. tyczne skupienia. Obok typowych jasnożółtych wykwitów z terenu Rosji (Czesnokow i Szczerbakowa, 1991), Czech siarki niekiedy spotyka się odmianę barwy pomarańczowej, (Začek, 1988) czy Chin (Stracher i in., 2005), znaleziono je zawierającą domieszkę arsenu. Bardzo powszechnym mine- także na hałdach Górnego Śląska. Mogą one osiągać grubość rałem, krystalizującym w miejscach ujścia gazów na hałdach kilkudziesięciu cm i pokrywać obszar kilku metrów kwadra- jest salmiak rodzimy. Może on współwystępować z siarką towych, gromadząc znaczne ilości minerałów ekshalacyjnych. rodzimą lub tworzyć monomineralne, drobnokrystaliczne Najczęściej skorupy są zbudowane z minerałów siarczano- skupienia białej barwy, osadzające się ze strumieni gazów wych, z niewielką domieszką chlorków, ale natrafiono także o nieco wyższej, przekraczającej 200°C temperaturze. Na na skorupę chlorkową, utworzoną z masywnych minerałów powierzchni skupień salmiaku narastają niekiedy przezro- chlorkowych, tylko z domieszką minerałów siarczanowych. czyste, dobrze wykształcone jego kryształy, jakie trudno zna- Skład mineralny skorup jest zmienny, zależny od tempe- leźć w ekshalacjach wulkanicznych. Mają one zwykle formę ratury i chemizmu gazów pożarowych. Często obserwuje się dwunastościanu rombowego, a ich wielkość może osiągać strefową budowę skorupy, przy czym wewnętrzne jej partie

Fig. 3. Wykwity siarki rodzimej (żółta) i salmiaku rodzimego Fig. 4. Przekrój przez skorupę siarczanową zbudowaną głównie (biały) na powierzchni płonącej hałdy w rejonie Rybnika z godowikowitu – na powierzchni płonącej hałdy w rejonie Rybnika Efflorescences of sulphur (yellow) and salammoniac (white) on the surface of burning coal-dump near Rybnik Cross-section of sulphate crust developed on the surface of burning coal-dump near Rybnik, consists mostly of godovikovite Środowiska ekshalacji wulkanicznych i płonących hałd węglowych – mineralogiczne studium porównawcze 231

Tabela 2 Minerały pochodzenia ekshalacyjnego stwierdzone na płonących hałdach rejonu Rybnika Exhalative minerals found on burning coal-dumps in the Rybnik area

Grupa minerałów Minerał Wzór chemiczny

Pierwiastki rodzime siarka rodzima S

Siarczki bizmutynit Bi2S3

Halogenki salmiak rodzimy NH4Cl 3+ kremersyt (NH4,K)2Fe Cl5 · H2O

redikorcewit NH4MgCl3 · 6H2O

lesukit Al2Cl(OH)5 · 2H2O halit NaCl

Siarczany godowikowit NH4Al(SO4)2

tschermigit NH4Al(SO4)2 ∙ 12H2O

sabieit NH4Fe(SO4)2

amonoałunit NH4Al3(SO4)2(OH)6

amonojarosyt NH4Fe3(SO4)2(OH)6

mascagnit (NH4)2SO4

boussingaultyt (NH4)2Mg(SO4)2 ∙ 6H2O

mohryt (NH4)2Fe(SO4)2 ∙ 6H2O

clairyt (NH4)2Fe3(SO4)4(OH)3 ∙ 12H2O

millosevichit Al2(SO4)3

alunogen Al2(SO4)3 · 17H2O

rostyt AlSO4OH · 5H2O

steklit KAl(SO4)2

ałun-(K) KAl(SO4)2 ∙ 12H2O

ferrinatryt Na3Fe(SO4)3 2+ 3+ voltait K2Fe 5Fe 4(SO4)12 · 18H2O 3+ amonomagnezovoltait (NH4)2Mg5Fe 4(SO4)12 · 18H2O

jefremowit (NH4)2Mg2(SO4)3 3+ rhomboklaz Fe H(SO4)2 · 4H2O

kieseryt MgSO4 · H2O

heksahydryt MgSO4 · 6H2O

konyait Na2Mg(SO4)2 · 5H2O

coquimbit Fe2(SO4)3 · 9H2O

tworzą minerały powstające w wysokich temperaturach, zaś ne partie krystalizują w niższych temperaturach, rzędu stu zewnętrzne – minerały niżej temperaturowe i silniej uwod- stopni lub mniej. W najwyższych temperaturach, przekra- nione. Specyficzną strukturą widoczną na przekroju skorupy czających nawet 500°C, powstaje inna skorupa, nie zawiera- jest system pustych kanałów (wentów), którymi wydosta- jąca już minerałów amonowych, zbudowana z bezwodnego ją się na powierzchnię strumienie gazów, blokowane przez siarczanu glinu – millosevichitu, ewentualnie z domieszką krystalizujące masywne nagromadzenia sublimatów. Wokół bezwodnego siarczanu glinu i potasu – steklitu. W zewnętrz- kanałów często widać koncentryczne strefy przyrostu mine- nych, chłodniejszych partiach takiej skorupy można znaleźć rałów. W rejonie Rybnika najczęściej spotyka się skorupy uwodnione ekwiwalenty tych minerałów: odpowiednio alu- zbudowane z siarczanu amonowo-glinowego – godowiko- nogen i ałun-(K), czasem także i inne siarczany. Wszystkie witu, który przechodzi w górnej części skorupy w tschermi- te minerały są znane także z ekshalacji wulkanicznych, ale git będący jego uwodnionym ekwiwalentem (fig. 4). W ze- znajdowano je tam w niewielkich ilościach. Millosevichit wnętrznych partiach skorupy występują także inne siarczany został odkryty na Vulcano, gdzie tworzył drobne, ceglasto- amonu: amonoałunit, amonojarosyt, mascagnit, boussingaul- czerwone skupienia ze względu na znaczne zawartości żelaza tyt, mohryt, sabieit, clairyt i inne, tworzące rozmaite zespoły podstawiającego glin w strukturze minerału. Millosevichit ze mineralne. Na podkreślenie zasługuje fakt, że amonoałunit skorupy siarczanowej na hałdach Górnego Śląska jest biały i amonojarosyt tworzą tutaj kompletny szereg kryształów lub jasno zabarwiony i ma skład odpowiadający teoretycz- mieszanych, nieznany dotąd w przyrodzie (Parafiniuk, Kru- nemu. Dla odmiany, godowikowit opisany z płonącej hałdy szewski, 2010). Temperaturę formowania się skorupy godo- w rejonie Czelabińska na Uralu, został później stwierdzony wikowitowej można oszacować na 300–400°C. Jej zewnętrz- także w ekshalacjach wulkanicznych na Vulcano. 232 Jan Parafiniuk

Wyjątkowym, znanym dotychczas tylko z płonących hałd rejonu Czelabińska na Uralu, rodzajem skorupy występującej na hałdach górnośląskich jest skorupa chlorkowa. Jest ona zbudowana głównie z uwodnionego chlorku amonowo-żela- zowego – kremersytu, występującego w ekshalacjach wulkanicznych jedynie w minimalnych ilościach (fig. 5). W rejonie Rybnika kremersyt tworzył natomiast nawet wielokilogramo- we, czerwono-pomarańczowe masy. Towarzyszył mu amonowy odpowiednik carnallitu – redikorcewit (nie uznawany dotąd przez IMA za odrębny minerał), halit, salmiak rodzimy oraz uwodnione chlorki glinu: lesukit i fazy o składzie nie odpowiadającym żadnym znanym minerałom. Peryferyjne części tej skorupy zawierają także szereg minerałów siarczanowych żelaza (voltait, rhomboklaz, ferrinatryt i inne), magnezu (kieseryt, heksahydryt), czasem sodu i amonu. Tempe- ratura tworzenia się skorupy chlorkowej jest nieco niższa niż Fig. 5. Unikalna skorupa chlorkowa zbudowana głównie z kre- skorup siarczanowych i może być oszacowana maksymalnie mersytu (żółty ze względu na rozkład pod wpływem wilgoci at- na około 250–300°C. Chlorki magnezu i glinu krystalizują mosferycznej), płonąca hałda w rejonie Rybnika w temperaturze poniżej 100°C. Lista minerałów ekshalacyj- Unique chloride crust composed mostly of kremersite (yellow due nych tworzących się na hałdach Górnego Śląska prezento- to decomposition affected by atmospheric humidity), burning coal- wana w tabeli 2 jest niewątpliwie dłuższa i powinna zostać dump near Rybnik uzupełniona w efekcie dalszych badań.

Podsumowanie

Środowiska ekshalacji wulkanicznych i płonących hałd Obfitość minerałów siarczanowych na płonących hałdach kopalni węgla łączy wiele analogii, co przejawia się w po- wynika ze znacznych zawartości siarki w węglu, obecnej tam dobieństwie tworzących się w nich zespołów minerałów. w formie połączeń organicznych, jak i bardzo rozpowszech- Wynika to głównie z faktu krystalizacji tych minerałów nionego pirytu, spalanego w efekcie pożaru. Występowanie z wypływających na powierzchnię gorących par i gazów. siarki rodzimej, niekiedy także siarczków, jako produktów Samo pochodzenie gazów jest w obu środowiskach całko- sublimacji z gazów pożarowych lub wulkanicznych ekshala- wicie odmienne. W środowisku wulkanicznym ekshalacje cji oraz ich proporcje względem siarczanów są uwarunkowa- są efektem degazacji komory magmowej i pochodzą z ga- ne warunkami redoks w gazach. Podobnie można wyjaśnić zów rozpuszczonych w magmie krzemianowej lub powsta- bogactwo minerałów amonowych krystalizujących z gazów jących w wyniku oddziaływania magmy na nieodporne pożarowych na hałdach. Amoniak pochodzi z pirolizy węgla termicznie skały osłony, np. wapienie czy dolomity. Bar- kamiennego (w procesie technologicznym jest jednym z pro- dzo ważną, nierzadko kluczową, sprawą dla długotrwałej duktów otrzymywanych w koksowniach). Źródłem azotu są aktywności fumaroli jest oddziaływanie infiltrujących wód zawarte w węglu związki organiczne, choć nie można wy- meteorycznych lub wody morskiej na gorące skały wul- kluczyć także możliwości syntezy amoniaku z azotu atmosfe- kaniczne, w często złożonych systemach zasilania (Fuli- rycznego i wodoru w temperaturach przekraczających 1000°C gnati i in., 1998). Na płonących hałdach wydzielające się w ognisku pożaru. Jeśli nawet taka synteza na płonących hał- gorące gazy i pary powstają w wyniku podziemnego po- dach zachodzi, może mieć jednak tylko podrzędne znacze- żaru nieoddzielonych resztek węgla kamiennego. Warunki nie. Warto dodać, że amoniak w ekshalacjach wulkanicznych termiczne w ognisku pożarowym we wnętrzu hałdy mogą także ma pochodzenie biogeniczne i jest uwalniany ze skał być zbliżone do wulkanicznych. Gazyfikacji podlegają osadowych poddawanych metamorfizmowi termicznemu. przede wszystkim składniki węgla kamiennego, co gene- Agresywne chemicznie, gorące gazy oddziaływują na ruje dwutlenek i tlenek węgla, amoniak i dwutlenek siar- szereg minerałów skał zgromadzonych na hałdach (łupków ki, a w przypadku często występującego w ognisku pożaru ilastych, wkładek węglanowych itd.), powodując ich prze- deficytu tlenu, także siarkowodór i różne węglowodory. obrażenie i uwalniając z nich szereg pierwiastków, zarówno Na płonących hałdach ważną rolę odgrywa również infil- głównych, jak i śladowych. Składniki te w formie lotnych trująca woda z opadów atmosferycznych, która w reakcji połączeń są następnie wynoszone z gazami na powierzch- z rozżarzonym węglem produkuje palną mieszaninę wodo- nię hałdy i tutaj po ochłodzeniu tworzą rozmaite zespoły ru i tlenku węgla, co intensyfikuje proces palenia. Tempe- minerałów Al, Fe, Mg, Na, K i innych pierwiastków. For- ratury wypływających na powierzchnię ziemi gazów w obu ma transportu tych składników zależy od chemizmu gazów. środowiskach są porównywalne – od ponad 500 do kilku- W przypadku obecności chlorków są to przykładowo lotne dziesięciu stopni Celsjusza. kompleksy chlorkowe wielu metali. Należy jednak podkre- Środowiska ekshalacji wulkanicznych i płonących hałd węglowych – mineralogiczne studium porównawcze 233

ślić, że chemiczny rozkład skał płonnych na hałdach zacho- rębności te nie muszą być znaczące, trudno bowiem o duże dzi głównie w ognisku pożarowym, a nie, jak to się czasem różnice, np. w położonych niedaleko od siebie zagłębiach uważa, na powierzchni hałdy pod wpływem gorących ga- węglowych Polski, Czech i Niemiec. Jednak stają się one zów. Minerały ekshalacyjne mogą osadzać się zarówno na widoczne w efekcie rozdzielenia i uruchomienia niektórych fragmentach przepalonych łupków, jak i na czarnych, prak- pierwiastków w strefie pożaru. Zapewne nieco wyższa za- tycznie niezmienionych łupkach węglowych. wartość selenu w pirycie rejonu Kladna w Czechach niż na Zespoły minerałów ekshalacji wulkanicznych i płoną- Górnym Śląsku sprawiła, że na powierzchni płonących hałd cych hałd są do siebie zaskakująco podobne. Cały szereg w Kladnie lub Radvanicach utworzyły się spektakularne igły minerałów jest znanych jedynie z tych środowisk. Mimo, selenu rodzimego, czego nie stwierdzono na Górnym Śląsku. że pożary hałd mają w porównaniu z obszarami wulkanicz- Podobnie nieco wyższe zasolenie w złożach węgla rejonu nymi zwykle lokalny, ograniczony charakter, wiele mine- Rybnika lub Czelabińska na Uralu, spowodowane zapewne rałów (millosevichit, godowikowit, tschermigit, kremersyt, bliskością solonośnych osadów miocenu w Polsce i cechsz- selen rodzimy i inne) na hałdach występuje w większych tynu w Rosji, stało się przyczyną krystalizacji na hałdach ilościach i tworzy lepiej wykształcone skupienia niż w eks- górnośląskich i uralskich wielu minerałów chlorkowych, halacjach wulkanicznych. W składzie mineralnym obu śro- nieznanych, np. z hałd Czech. dowisk dają się zauważyć także pewne generalne różnice: Mineralogiczne badania produktów kondensacji gazów na hałdach nie znaleziono dotąd minerałów boranowych, pożarowych na hałdach mogą być wykorzystane do lepsze- a w ekshalacjach wulkanicznych – spotykanych na hałdach go zrozumienia procesów uruchamiania i transportu na po- minerałów organicznych. Wyraźnie widoczne są regionalne wierzchnię i do atmosfery różnych, nierzadko toksycznych różnice składu mineralnego sublimatów w obu dyskutowa- pierwiastków i związków chemicznych, jak i mechanizmu nych środowiskach. Tak jak istnieją duże indywidualne róż- przebiegu samego pożaru. Rodzaj krystalizujących mine- nice w składzie minerałów ekshalacji wulkanicznych Wysp rałów i wielkość naskorupień także przynoszą informacje Liparyjskich, Campi Flegrei czy Kamczatki, tak różnice te o warunkach panujących w ognisku pożaru. Pospolite mi- widać na hałdach zagłębi węglowych Czech, Niemiec, Rosji nerały, jak siarka i salmiak rodzimy są dogodnymi indykato- czy Polski. Mogą one wynikać z pewnych odrębności geo- rami rozwoju pożaru w głębi hałdy, łatwo zauważalnymi na chemicznych charakteryzujących poszczególne rejony. Od- jej powierzchni.

Literatura

Campostrini I., Demartin F., Gramaccioli C.M., Demartin F., Gramaccioli C.M., Campostrini I., 2010c

ORLANDI P., 2008 — Hephaistosite TlPb2Cl5, a new thallium — Pyracmonite (NH4)3Fe(SO4)3, a new ammonium iron sulfa- mineral from La Fossa crater, Vulcano, Aeolian Island, Italy. te from La Fossa Crater, Vulcano, Aeolian Islands, Italy. Can. Can. Miner., 46: 701–708. Miner., 48: 307–313. Campostrini I., Demartin F., Gramaccioli C. M., 2010 Demartin F., Gramaccioli C.M., Campostrini I., ca-

— Vulcano: ein außergewöhnlicher Fundpunkt von neuen und stellano c., 2011 — Cossaite, (Mg0,5,□)Al6(SO4)6(HSO4)F6· seltenen Mineralien. Mineralien Welt, 21, 3: 40–57. 36H2O, a new mineral from La Fossa crater, Vulcano, Aeolian Campostrini I., Demartin F, Gramaccioli C. M., Islands, Italy. Miner. Mag., 75: 2847–2855. RUSSO M., 2011 — Vulcano – Tresecoli di mineralogia. 344 pp. Finkelman R.B., 2004 — Potential health impacts of burning AMI – Associazione Micromineralogica Italiana. Cremona, Italy. coal beds and waste banks. Int. J. Coal Geol., 59: 19–24. Czesnokow B. W., Szczerbakowa J.P., 1991 — Miniera- Fulignati P., Gioncada A., Sbrana A., 1998 — Geolo- łogija goriełych otwałow Czeliabinskogo ugolnogo bassiejna gic model of the magmatic-hydrothermal system of Vulcano (opyt minierałogii tiechnogienieza). Nauka, Moskwa. (Aeolian Islands, Italy). Mineral. Petrol., 62: 195–222. Demartin F., Gramaccioli C.M., Campostrini I., Fulignati P., Sbrana A., 1998 — Presence of native gold

orlandi i., 2008 — Thermessaite K2[AlF3SO4], a new ino- and tellurium in the active high-sulfidation system of the aluminofluoride-sulfatefrom La Fossa crater, Vulcano, Aeolian La Fossa volcano (Vulcano, Italy). J. Volc. Geoth. Res., 86: Island, Italy. Can. Miner., 46: 693–700. 187–198. Demartin F., Gramaccioli C.M., Campostrini I., 2009 Garavelli A., Laviano R., Vurro F., 1997 — Sublimate — Demicheleite-(Cl), a new mineral from La Fossa Crater, deposition from hydrothermal fluids at the Fossa crater (Vulca- Vulcano, Aeolian Islands, Italy. Amer. Miner., 94: 1045–1048. no, Italy). Eur. J. Miner., 9: 423–432. Demartin F., Gramaccioli C.M., Campostrini I., Garavelli A., Mozgova N.N., Orlandi P., Bonacor-

pilati t., 2010a — Aiolosite, Na2(Na2Bi)(SO4)3Cl, a new si E., Pinto D., Moëlo Y., Borodaev Y., 2005 — Rare sulfate isotypic to apatite from La Fossa Crater, Vulcano, sulfosalts from Vulcano, Aeolian Islands, Italy. VI. Vurroite,

Aeolian Islands, Italy. Amer. Miner., 95: 382–385. Pb20Sn2(Bi,As)22S54Cl6, a new mineral species. Can. Miner., Demartin F., Gramaccioli C.M., Campostrini I., 2010b 43: 703–711.

— Adranosite (NH4)4NaAl2(SO4)4Cl(OH)2, a new ammonium Lapham D.M., Barnes J.H., Downey W.F. Jr., Finkel- sulfate chloride from La Fossa Crater, Vulcano, Aeolian Is- man R.B., 1980 — Mineralogy associated with burning an- lands, Italy. Can. Miner., 48: 315–321. thracite deposits of Eastern Pennsylvania. Mineral Resource 234 Jan Parafiniuk

Report 78, Pennsylvania Geological Survey (Commonweath of SOKOL E. V., MAKSIMOWA N.V., NIGMATULINA E.N., Pennsylvania). Harrisburg. SHARYGIN V. V., KALUGIN V. M., 2005 — Combustion Masalehdani M. N,-N., Mees F., Dubois M., Coquinot Y., metamorphism. Publ. House of the SB RAS. Novosibirsk. Potdevin J.-L., Fialin M., Blanc-Valerron M.-M., Srebrodolskij B.I. 1989 — Tainy siezonnych minierałow. 2009 — Condensate minerals from a burning coal-waste heap 144 pp. Nauka. Moskwa. in Avion, Northern France. Can. Miner., 47: 573–591. STRACHER G. B., PRAKASH A., SCHROEDER P., McCOR- Misz M., Fabiańska M., Ćmiel S., 2007 — Organic com- MACK J., ZHANG X., VAN DIJK P., BLAKE D., 2005 — New ponents in thermally altered coal waste: Preliminary petrogra- mineral occurrences and mineralization processes: Wuda coal- phic and geochemical investigations. Int. J. Coal Geol., 71: fire gas vents of Inner Mongolia.Am. Miner., 90: 1729–1739. 405–424. Szakall S., Kristaly F., 2008 — Ammonium sulphates from burning coal Dumas AT Komló and Pécs-Vasa, Mecsek Mts., Parafiniuk J., Kruszewski Ł., 2009 — Ammonium mine- South Hungary. Mineralogia – Spec. Pap., 32, 154. rals from burning coal-dumps of the Upper Silesian Coal Basin (Poland). Geol. Quart., 53: 341–356. Szczepara N., 2011 — WulkanyWysp Liparyjskich. Kosmos, 60, 3–4, 293–304. Parafiniuk J., Kruszewski Ł., 2010 — Minerals of the am- Tamburello G., Kantzas E.P., McGonigle A.J.S., monioalunite-ammoniojarosite series formed on a burning coal Aiuppa A., Giudice G., 2011 — UV camera measurements dump at Czerwionka, Upper Silesian Coal Basin, Poland. Mi- of fumaroles field degassing (La Fossa crater, Vulcano Island). neral. Mag., 74, 4: 731–745. J. Volc. Geoth. Res., 199: 47–52. Pekov I. 1998 — Minerals First discovered on the territory of the Vurro F., Garavelli A., Garbarino C., Moëlo Y., former Soviet Union. 369 pp. Ocean Pictures, Moscow. Borodaev Y.S., 1999 — Rare sulfosalts from Vulcano,

Pinto D., Balić-Žunić T., Garavelli A., Garbarino C., Aeolian Islands, Italy. II. Mozgovaite PbBi4(S,Se)7, a new Makovický E., Vurro F., 2006 — First occurrence of mineral species. Can. Miner., 37: 1499–1506. close-to-ideal kirkiite at Vulcano (Aeolian Islands, Italy): che- Weiss S., 2010 — Neue Mineralien ausFumarolen am La Fossa- mical data and single crystal X-ray study. Eur. J. Miner., 18: Krater, Vulcano, Italien. Lapis, 35, 5: 24–28. 393–401. WITZKE T., 1996 — Die Minerale der brennenden Halde der Ste- Roberts A.C., Venance K.E., Seward T.M., Grice J.D., inkohlengrube “Deutschland-schacht” in Oelsnitzbei Zwickau. Paar W.H., 2006 — Lafossaite a new mineral from the La Aufschluss, 47: 41–48. Fossa Crater Vulcano, Italy. Mineral. Rec., 37, 2: 165–168. Žaček V., 1988 — Zonalni asociace druhotných mineralu z Kla- Sejkora J., Berlepsch P., Makovicky E., Balić- denských hořicich hald. Acta Univ. Carol. – Geologica, 3: 315–341. -Zunić T., 2001 — Natural SnGeS3from Radvanice near Trutnov (Czech Republic); its description, crystal structure Žaček V., Ondruš P., 1998 — Mineralogy of recently formed

refinement and solid solution with PbGeS3. Eur. J. Miner., 13: sublimates from Kateřina colliery in Radvanice, Eastern Bohe- 791–800. mia, Czech Republic. Bull. Czech Geol. Surv., 73, 2: 289–302.

Summary

To show the similarities and differences between pro- last for decades, and their usually small sizes are limited by the ducts of volcanic exhalations and of condensation from fire amount of the material massed on the dump. The underground gases produced in the burning coal-dumps, mineral assem- fires of shallow laying coal seams have much greater scale and blages crystallizing currently from gas phase on the fumarole can be active for centuries. From the fire centre located inside fields in the La Fossa crater (Volcano, Aeolian Islands) and the burning dumps flow out streams of hot gases of a nature in burning coal-dumps in the Upper Silesian Coal Basin in similar to volcanic exhalations. Apart from the dominating the Rybnik area have been compared. carbon dioxide and water steam they can include locally Fumaroles activity on the Vulcano Isl. ongoing continu- significant amounts of carbon oxide, ammoniac, hydrogen ously since the end of 19th century, arranges itself in a series chloride, sulphur dioxide, hydrogen sulphide, and in some of cycles, the last of which reached its peak in the 1990s. The regions also hydrogen fluoride, which makes them similar to temperature of gases flowing out then was as high as 700°C. volcanic gases also in terms of chemistry. Scale of the emission Nowadays, the temperature of the gases does not surpass of fire gases from the dumps is naturally much smaller and 350°C. In the vents where the volcanic gases escape, crystal- more limited in time, due to a significantly lesser amount of lizes a diversified assemblage of exhalative minerals, most rocks undergoing degasation. The temperature of fire gases common of which are sulphur, salammoniac and sassolite. on the dumps can also be very high. The highest temperature Many sulphide, chloride and sulphate minerals (tab. 1) have measured by the author using a IR pyrometer around the vents been found here, including many new species, discovered in on the surface of a coal dump in the Rybnik region was 510°C. the last decade. Nevertheless, he streams of gases flowing out on the surface Fires of coal-dumps, usually initiated spontaneously, are of a dump can reveal very diverse temperatures, from several known from most of the coal basins around the world. They can hundred to merely tens degrees. Środowiska ekshalacji wulkanicznych i płonących hałd węglowych – mineralogiczne studium porównawcze 235

Mineral assemblages crystallizing on the dumps change The mineral assemblages of volcanic exhalations and of depending on the composition and temperature of the gases burning coal-dumps are surprisingly similar to each other. and zonality of their distribution can be observed. The most There are many minerals known only from those two environ- common minerals forming in the environment of burning co- ments. Even though the fires of the coal dumps, compared to al-dumps are sulphur and salammoniac. Various ammonium volcanic areas, usually are of a local, limited character, many sulphates are also widespread: ammonium alum – tschermigi- minerals (millosevichite, godovikovite, tschermigite, kremer- te and its anhydrous equiwalent – godovikovite, mascagnite, site, selenium and other) are found there in greater amounts ammonioalunite, ammoniojarosite. Table 2 constitutes a list and form better developed accumulations than in volcanic of exhalative minerals found on the dumps of the Rybnik exhalations. There are also some general differences between region. Specific to the environment of burning coal-dumps the mineral composition of both environments: borate mine- are massive accumulations forming dense, cryptocrystalline rals have not yet been found on coal dumps, and organic mi- crusts on the dump’s surface or just below it. On the dumps nerals found there are absent from the volcanic exhalations. of Upper Silesia they can be several dozen cm thick and co- Regional differences in the mineral composition of sublimates ver an area of several square meters. Those crusts usually in both the environments are clearly visible. Just as there are consist of sulphate minerals (godovikovite, millosevichite, individual distinctions in mineral composition between volca- steklite), but a chloride crust has also been found, formed nic exhalations of Aeolian Islands, Campi Flegrei or the Kam- mainly of kremersite. Crusts of millosevichite are formed in chatka Peninsula, there are differences between the dumps of the highest temperatures, even above 500°C; crusts of godo- coal basins in Czech Republic, Germany and Poland. Yet, tho- vikoviteare formed in temperatures of 300–400°C; and cru- se differences become visible as an effect of mobilization and sts of kremersite – in temperatures of 250–300°C. separation processes of particular elements in the fire zones.