Bulletin Mineralogie Petrologie

Jirásek Jakub, Matýsek Dalibor, Přibil Martin, Šmehil Karol, Minaříková Aneta

Volume 27, issue 1 (2019), pages 89-108

supergene minerals, biomineralization, aluminite, alumogel, allophane, lanthanite-(La), lanthanite-(Ce), schwertmannite, ferrihydrite-2L, buserite-Ca, birnessite, history of slate mining, roofing slate industry, Early Carboniferous, Silesia, Czech Republic

The development of the slate industry in North Moravia and Silesia is closely linked to the development of cities, industry and education, which required new types of cheap and non-flammable roofing material, durable tile material, slate writing tables and other products. Another factor was the intensive development of trade through rail transportation after 1840. This led to the fact that in the 1860s there were as many as one hundred active slate quarries between Opava and Olomouc towns, which employed up to 2000 workers and produced about 118 million pieces of slate roof- ing plates (scales) and about 140000 m² of paving each year. This boom ended at the beginning of 20^th century, with the general expansion of the circular furnace (ceramic industry), cement-cladding tiles, and cheap sheet metal roofing. In the area Zálužné-Mokřinky first quarries are reported from the first half of the 19^th century. The large modern open- ing of the Zálužné-Mokřinky slate deposit begun in 1866 with the newly established Slate Stock Company in Olomouc (Schieferbergbau AG Olmütz). Slate mining at the place reached yearly production 36000 m² of roofing at the turn of the 19^th and 20^th centuries. After the lower horizons were exhausted, the underground quarry was closed (1928) due to high operating costs. Local slates belong to the Early Carboniferous (Viséan) siliciclastic flysch sequence of the Varicsan foreland basin. Goniatite fauna proved its belonging to the Moravice Formation. In 2018, we sampled supergene minerals in the underground slate quarry (mine) of the Slate Stock Company. They are forming at the sides of open chamber, at the footwall, and on the backfill material. With a combination of the powder X-ray diffraction, EDS, and WDS scpectroscopy, we identified a number of supergene minerals, connected to the acid drainage of the pyrite from the slates. Most abundant is acicular gypsum with aggregates of aluminite. Common are thin coatings of jarosite. Botryoidal coatings of Si or Si-Al hydroxides belong to series between alumogen and allophane. Thin tabular crystals of lanthanite-(La) and lanthanite-(Ce) are locally bounded to their surface. Schwertmannite, goethite, and ferrihydrite-2L were identified from the straws of ferric minerals. There is an evidence of their microbially-supported precipitation. Oxidic manganese minerals accompany alumogel and ferrihydrite. Most common is buserite-Ca with an average formula Ca_1.75Mg_0.32Na_0.02Ni_0.07Co_0.02Zn_0.02(Mn_11.25Si_0.09Al_0.02Fe_0.01)_Σ11.37F_0.06 O_25.00·nH₂O (recalculated for all Mn quadrivalent, 25 oxygens, and moisture-free base). Centres of the buserite aggregates are formed by birnessite with average formula Ca_0.41Mg_0.07Ni_0.01Zn_0.01(Si_0.02Mn^3.75+_1.82)_Σ1.84 F_0.01O_4.00·1.37H₂O (valency of Mn 3.75+, 4 oxygens, water calculated from the Mn/H₂O ratio). Recent calcite and aragonite mineralization was also noted.

Abstract (PDF) - 203.77KB
Fulltext (PDF) - 8.28MB

Baur WH (1964) On the crystal chemistry of salt hydrates. IV. The refinement of the crystal structure of MgSO₄.7H₂O (epsomite). Acta Crystallogr 17: 1361-1369

Bargar JR, Fuller CC, Marcus MA, Brearley AJ, De la Rosa MP, Webb AM, Caldwell WA (2009) Structural characterization of terrestrial microbial Mn oxides from Pinal Creek, AZ. Geochim Cosmochim Acta 73: 889-910

Bilinsky H, Giovanoli R, Usui A, Hanžel D (2002) Characterization of Mn oxides in cemented streambed crusts from Pinal Creek, Arizona, U.S.A., and in hot-spring deposits from Yuno-Taki Falls, Hokkaido, Japan. Am Mineral 87: 580-591

Burns GR, Burns VM, Stockman HW (1983) A review of the todorokite buserite problem: implications to the mineralogy of marine manganese nodules. Am Mineral 68: 972-980

Cui H, Liu X, Tan W, Feng X, Lui F, Ruan HD (2008) Influence of Mn(III) availability on the phase transformation from layered buserite to tunnel-structured todorokite. Clay Clay Miner 56: 397-403

Callot C von (1850) Ueber Dachschiefer-Erzeugung mit besonderer Rücksicht auf die Schieferbrüche in k. k. Schlesien und Mähren. Jb K-Kön geol Reichsanst (Wien) 1: 436-453

Cygan RT, Post JE, Heane PJ, Kubicki JD (2012) Molecular models of birnessite and related hydrated layered minerals. Am Mineral 97: 1505-1514

Česká geologická služba (2019) Důlní díla a poddolování. Přístup 28. března 2019 na adrese https://mapy.geology.cz/dulni_dila_poddolovani/

Čopjaková R, Novák M, Franců E (2011) Formation of authigenic monazite-(Ce) to monazite-(Nd) from Upper Carboniferous graywackes of the Drahany Upland: Roles of the chemical composition of host rock and burial temperature. Lithos 127: 373-385

Čopjaková R, Sulovský P, Paterson BA (2005) Major and trace elements in pyrope-almandine garnets as sediment provenance indicators of the Lower Carboniferous Culm sediments, Drahany Upland, Bohemian Massif. Lithos 82: 51-70

Čopjaková R, Škoda R (2006) Detritické a autigenní REE minerály v sedimentech kulmu Drahanské vrchoviny, jejich význam pro studium provenience klastického materiálu a procesů diagenese. Acta Mus Morav, Sci Geol 91: 105-127

Dolníček Z (2010) Xenotim-(Y) z rudní žíly na lokalitě Zlatý důl u Hluboček (kulm Nízkého Jeseníku). Geol Výzk Mor Slez 2009 17: 133-135

Drits VA, Lanson B, Gaillot A-C (2007) Birnessite polytype systematics and identification by powder X-ray diffraction. Am Mineral 92: 771-788

Dvořák J (1994) Variský flyšový vývoj v Nízkém Jeseníku na Moravě a ve Slezsku. Český geologický ústav Praha

Ebel M (2007) Dějiny českého stavebního práva. 1-255, ABF - Arch, Praha

d‘Elvert Ch (1866) Zur Kultur-Geschichte Mährens und Oest. Schlesiens. 1. Theil. 1-646, Rudolf M. Rohrer, Brünn.

Effenberger H, Mereiter K, Zemann J (1981) Crystal structure refinements of magnesite, calcite, rhodochrosite, siderite, smithsonite, and dolomite, with discussion of some aspects of the stereochemistry of calcite type carbonates. Z Krystallogr 156: 233-243

Ertl A, Pertlik F, Prem M, Post JE, Kim SJ, Brandstatter F, Schuster R (2005) Ranciéite crystals from Friesach, Carinthia, Austria. Eur J Mineral 17: 163-172

Ettingshausen C von (1865) Die fossile Flora des mährisch-schlesischen Dachschiefers. Sitz-Ber K Akad Wiss, math-naturwiss Kl (Wien) 51: 201-214

Giovanoli R (1985) A review of the todorokite-buserite problem: implications to the mineralogy of marine manganese nodules: discussion. Am Mineral 70: 202-204

Graham IT, Pogson RE, Colchester DM, Hergt J, Martin R, Williams PA (2007) Pink lanthanite-(Nd) from Whitianga quarry, Coromandel Peninsula, New Zealand. Can Mineral 45: 1389-1396

Halavínová M, Slobodník M, Krmíček L, Kučera J (2005) Hydrotermální asociace na žilách v klastických horninách spodního karbonu Drahanské a Zábřežské vrchoviny: genetické aspekty. Geol výzk Mor Slez v roce 2004 12: 55-58

Hartley AJ, Otava J (2001) Sediment provenance and dispersal in a deep marine foreland basin: the Lower Carboniferous Culm Basin, Czech Republic. J Geol Soc (London) 158: 137-150

Havlena V (1977) Termín „kulm“ a jeho užití v geologické literatuře. Čas Mineral Geol 22: 423-425

Hochstetter F von (1866) Die Dachschiefer Industrie in Mähren und Schlesien. Österr Revue 3: 133-145

Hrazdil, V., Houzar, S., Sejkora, J., Koníčková, Š., Jarošová, L. (2016): Linarite from the Ag-Pb ore deposit at Kletné near Suchodol nad Odrou (Jeseníky Culm, Vítkov Highlands). Čas Slez Muz, Vědy přír 65: 88-96

Jirásek J, Wlosok J, Sivek M, Matýsek D, Schmitz M, Sýkorová I, Vašíček Z (2014) U-Pb zircon age of the Krásné Loučky tuffite: the dating of Visean flysch in the Moravo-Silesian Paleozoic Basin (Rhenohercynian Zone, Czech Republic). Geol Quart 58: 659-672,

Korn D (1994) Revision of the Rhenish Late Visean goniatite stratigraphy. Ann Soc géol Belg 117: 129-136

Kotlánová M, Dolníček Z, Kapusta J (2016) Minerály vzácných zemin na hydrotermálních polymetalických žilách z historického ložiska Zlatý důl u Hluboček - Mariánského údolí (kulm Nízkého Jeseníku). Bull mineral-petrolog Odd Nár Muz (Praha) 24: 70-79

Krmíček L, Sulovský P, Halavínová M (2005) Výskyt minerálů vzácných zemin na hydrotermálních žilách Drahanské vrchoviny. Geol Výzk Mor Slez 2004 12: 64-68

Kučera J, Kučerová-Charvátová K, Škoda R (2007) Nové výskyty minerálů na hydrotermálních žilách Nízkého Jeseníku (II). Bull mineral-petrolog Odd Nár Muz (Praha) 14-15: 66-68

Kučera J, Muchez P, Slobodník M, Prochaska W (2010) Geochemistry of highly saline fluids in the Moravo-Silesian Palaeozoic siliciclastic sequences: genetic implications. Int J Earth Sci 99: 269-284

Kučera J, Slobodník M, Kadlubec J (2003) Nové výskyty minerálů na polymetalických žilách Nízkého Jeseníku. Bull mineral-petrolog Odd Nár Muz (Praha) 11: 152-153

Kuma K, Usui A, Paplawsky W, Gedulin B, Arrhenius G (1994) Crystal structures of synthetic 7 Å and 10 Å manganates substituted by mono- and divalent cations. Mineral Mag 58: 425-447

Kumpera O (1976) Stratigrafie spodního karbonu jesenického bloku (2. část: kulmská souvrství a jejich stratigrafické ekvivalenty) moravické souvrství. Sbor věd Prací Vys Šk báň v Ostravě, Ř horn-geol 22: 141-170

Kumpera O (1983) Geologie spodního karbonu jesenického bloku. Academia Praha

Kupka J, Pohunek J (2017) Krajina po těžbě břidlice očima trampů a táborníků aneb o brownfieldech jinak (Nízký Jeseník). Stud Ethnol Prag 2: 134-145

Lehotský T (2008) Taxonomie goniatitové fauny, biostratigrafie a paleoekologie jesenického a drahanského kulmu. Disertační práce, PřF MU Brno

Ling FT, Post JE, Heaney PJ, Ilton ES (2018) The relationship between Mn oxidation state and structure in triclinic and hexagonal birnessites. Chem Geol 479: 216-227

Lopano C, Heaney PJ, Post JE, Hanson J, Komarneni S (2007) Time-resolved structural analysis of K- and Ba-exchange reactions with synthetic Na-birnessite using synchrotron X-ray diffraction. Am Mineral 92: 380-387

Matýsek D, Raclavská H (1999) Vznik sulfátové mineralizace na odvalech a její vliv na kvalitu spodních vod v OKR. Uhlí Rudy Geol Průzk 6: 8-16

Max Machanek † (1893) Mährisches Tagblatt 15.V.1893: 4

Moravia akc. spol. železářský průmysl Hlubočky-Mariánské údolí (1930) 1-37, Průmyslové a propagační nakladatelství, Brno

Novák M (2003) Sbohem (nashledanou) Roberte! Speleo 38: 42

Ostwald J, Dubrawski JV (1987) An X-ray diffraction investigation of a Marine 10 Å manganate. Mineral Mag 51: 463-466

Palchik NA, Moroz TN, Grigorieva TN, Miroshnichenko LV (2014) Manganese minerals from the Miassovo freshwater lake: Composition and structure. Russ J Inorg Chem 59: 511-518

Pašava J, Breiter K, Huka M, Korecký J (1986) Parageneze druhotných železnatých, hořečnatých a manganatých síranů z Chvaletic. Věst Ústř Úst geol 61: 73-82

Patteisky K (1929) Die Geologie und Fossilführung der mährisch-schlesischen Dachschiefers- und Grauwackenformation. 1-354, Naturwissenschaftlichen Verein Troppau

Pedersen BF, Semmingsen D (1982) Neutron diffraction refinement of the structure of gypsum, CaSO₄·2H₂O. Acta Cryst B 38: 1074-1077

Peters J, Koschin K eds. (1930) Horní zákony československé platné v Čechách, na Moravě a ve Slezsku. 1-931, Československý kompas, Praha

Pořádek P, Slobodník M (2015) Syntektonické hydrotermální systémy v siliciklastikách Nízkého Jeseníku. Sbor abstr Otevřený kongres České geologické společnosti a Slovenskej geologickej spoločnosti (Mikulov), 88. Vyd Masarykova univ a Čes geol spol Mikulov

Pravňanský J, Zbořilová M (2015) Projektová dokumentace - Zajištění hlavního důlního díla 735 - úpadnice Zálužné 2, zajištění hlavního důlního díla 733 - Jáma Zálužné a zajištění propadu ve štole Nové Těchanovice 1 v k.ú. Nové Těchanovice - VZ malého rozsahu. Přístup 28. března 2019 na adrese https://mfcr.ezak.cz/contract_display_28.html?open=doc_pub&lang=en

Řihák  J. (1966) Přírodní břidlice a jejich využití. MS, Olomouc.

Sabelli C, Ferroni RT (1978) The crystal structure of aluminite. Acta Cryst B 34: 2407-2412

Sejkora J, Špalek J, Macek I, Malíková R (2014) Fibroferrit z historické lokality Valachov (Skřivaň) u Rakovníka (Česká republika). Bull mineral-petrolog Odd Nár Muz (Praha) 22: 371-375

Schindler F (1862) Die Thonschiefer Mährens und Schlesiens und die Gewinnung des Dachschiefer aus denselben. 1-21, F. Fridrich & Comp., Wien

Staněk S (1990) Studium pruhu štípatelných jílových břidlic (Svatoňovice, okr. Opava). Čas Slez Muz, Vědy přír 39: 153-173

Statistik der Industrie Mährens (1883a) 1. sv., 1-774,                   C. Winkler, Brünn

Statistik der Industrie Mährens (1883b) 2. sv., 1-498, C. Winkler, Brünn

Statistischer Bericht über die Industrie Schlesiens im Jahre (1870-1905). Troppau, Verlag der schles. Handels- und Gewerbekammer.

Stur D (1866) Eine Excursion in die Dachschieferbrüche Mährens und Schlesiens und in die Schalsteinhügel zwischen Bennisch und Bärn. Jb K-Kön geol Reichsanst (Wien) 16: 436-453

Stur D (1875) Die Culm-Flora des mährisch-schlesischen Dachschiefers. Abh K-Kön geol Reichsanst (Wien) 8: 1-106

Svěrák V. (2018) [ústní sdělení]

Tazaki K (2000) Formation of banded iron-manganese structures by natural microbial communities. Clay Clay Miner 48: 511-520

Usui A, Mita N (1995) Geochemistry and mineralogy of a modern buserite deposit from a hot spring in Hokkaido, Japan. Clay Clay Miner 43: 116-127

Vavro M, Souček K, Daněk T, Matýsek D, Georgiovská L, Zajícová V (2018) Utilization of X-ray computed micro-tomography to evaluate iron sulphide distribution in roofing slates. Quart J Eng Geol Hydrogeol 51: 169-178

Velkostatek Melč 1609-1881 [archivní fond]. Zemský archiv Opava.

Vinš V (1958) Recentní sintry a krápníky z břidlicových dolů u Nových Těchanovic. Přírodověd Sbor Ostrav kraje 19: 153

Vyhláška ze dne 27.6.1948 o znárodnění podniků podle zákona č. 114/1948 Sb.

Ye Y, Smyth JR, Boni P (2012) Crystal structure and thermal expansion of aragonite-group carbonates by single-crystal X-ray diffraction. Am Mineral 97: 707-712

Zahnaš P (2016) Zálužné 1785-2015: 230 let hornické obce v údolí Moravice. 1-196, Moravská expedice, Moravský Beroun

Zapletal J, Dvořák J, Kumpera O (1989) Stratigrafická klasifikace kulmu Nízkého Jeseníku. Věst Ústř Úst geol 64: 243-250

Zemský věstník pro Moravu a Slezsko (1919-1950) (dříve též Úřední Věstník Zemské vlády slezské). Brno.

Zimák J (1999) Hydrotermální mineralizace v lomu „Podhůra“ u Lipníka nad Bečvou. Geol výzk Mor Slez v roce 1998 6: 99-100

Zimák J, Novotný P (2002) Minerály vzácných zemin na hydrotermálních žilách v kulmu Nízkého Jeseníku a Oderských vrchů. Čas Slez Muz, Vědy přír 51: 179-182

Zimák J, Vávra V (1999) Rabdofán-(Ce) z křemenné žíly s klinochlorem z Mladecka (kulm Nízkého Jeseníku). Geol výzk Mor Slez v roce 1998 6: 100-101