Ewaporaty są skałami osadowymi, które powstają w wyniku odparowania (ewaporacji) naturalnych roztworów solnych, najczęściej wód morskich lub słonych jezior. Podczas parowania stężenie soli w wodzie rośnie, aż osiąga punkt nasycenia, w którym rozpuszczone związki chemiczne zaczynają się wytrącać i krystalizować, tworząc charakterystyczne nagromadzenia minerałów. Znanych jest ponad sto minerałów, które mogą tworzyć się w procesie ewaporacji. Do najczęściej spotykanych ewaporatów należą: gips, anhydryt, dolomit, halit (czyli główny składnik soli kamiennej) i sole potasowo-magnezowe.

Mechanizm powstawania ewaporatów

Ewaporaty powstają zwykle w klimacie gorącym i suchym w basenach o ograniczonej cyrkulacji (wymianie) wody z otwartym morzem lub innymi zbiornikami np. w zagłębieniach (panwiach solnych) równin nadmorskich (sebkhach), w lagunach (salinach) lub płytkich śródlądowych jeziorach (salarach). Minerały budujące ewaporaty wytrącone z solanek wypełniających zbiornik, osadzają się warstwa po warstwie na jego dnie. Woda morska, zasilająca nadmorskie baseny ewaporatowe, oprócz dominującego chlorku sodu (NaCl) zawiera także inne minerały bogate w magnez, wapń, potas, siarczany oraz śladowe ilości innych pierwiastków^[1].

Schemat powstawania ewaporatów w środowisku lądowym i morskim.

Podczas ewaporacji wytrącanie związków chemicznych (minerałów) zachodzi w określonej kolejności, zależnej od ich rozpuszczalności. W pierwszej fazie odparowywania osadzają się minerały najtrudniej rozpuszczalne, takie jak węglany (związki węglanu wapnia i magnezu). W miarę zagęszczania solanki krystalizują gips i anhydryt (siarczany wapnia), następnie sól kamienna (halit – chlorek sodu), a na końcu, w wyjątkowych warunkach, sole potasowo-magnezowe, takie jak karnalit i sylwin^[1]. Przedstawiona sekwencja osadów stanowi pełny cykl sedymentacyjny powstały przy jednorazowym odparowaniu wody zbiornika. Zespół tych warstw nazywany jest cyklotemem^[2], który w przekroju tworzy uporządkowaną, wielowarstwową strukturę odpowiadającą kolejnym etapom procesu ewaporacji.

Odparowanie solanki i kolejność wytrącania minerałów ewaporatowych.

Szacuje się, że w wyniku całkowitego odparowania słupa wody morskiej o wysokości 1 kilometra powstaje warstwa osadów ewaporatowych o grubości mniej więcej 15 metrów. Z tej miąższości największą część stanowi halit – około 13 metrów, natomiast pozostałe 2 metry przypadają na inne minerały: około 1,2 metra siarczanów (m.in. gipsu), 0,5 metra soli potasowo-magnezowych oraz 0,3 metra węglanów (m.in. wapień^[3]). Dane te dobrze ilustrują, jak duża objętość wody musi ulec odparowaniu, aby powstała stosunkowo cienka warstwa skał ewaporatowych.

Cykle ewaporacyjne w zapisie geologicznym

W sukcesjach geologicznych obserwuje się często ewaporaty o miąższości sięgającej ponad kilkaset metrów. Tak znaczna grubość oraz zróżnicowany skład mineralny tych utworów jednoznacznie wskazują, że nie mogły one powstać w wyniku jednorazowego odparowania masy wody morskiej, lecz stanowią rezultat wielokrotnych cykli parowania, dopływu i ponownego odparowania wód w obrębie dawnego basenu ewaporacyjnego.

Zmienność litologiczna w obrębie ewaporatów^[4].

Naturalne baseny ewaporatowe to niezwykle dynamiczne środowiska, w których warunki sedymentacji, zależne od m.in. składu chemicznego i fizycznego solanek zasilających basen, mogą zmieniać się w krótkich odstępach czasu. Do takich zbiorników mogą napływać świeże wody – opadowe, rzeczne lub morskie – rozcieńczając gęstniejącą solankę i czasowo wstrzymując proces wytrącania minerałów^[1]. Wody te jak i okresowe silne wiatry dostarczają często z otaczającego lądu nowy materiał silikoklastyczny, który osiadając na dnie basenu zaburza ciągłość osadów solnych tworząc m.in. horyzonty piaszczysto-ilaste. Zmienność klimatu, przejawiająca się naprzemiennymi okresami suszy i intensywnych opadów, wielokrotnie przerywa i ponownie uruchamia cykle ewaporacyjne, prowadząc do powstawania złożonych sekwencji warstw. Sam proces powstawania pojedynczej sukcesji ewaporatowej (cyklotemu) może być względnie krótki (współcześnie warstwa soli o grubości 1–10 cm może powstać w ciągu roku) lub trwać od kilkuset do kilku tysięcy lat^{[1, 2]}. Jednak wspomniana zmienność warunków klimatycznych, które szczególnie warunkują możliwość wytrącania minerałów ewaporatowych powoduje, że względnie krótkie – w skali geologicznej – okresy powstawania osadów ewaporatowych przerywane są długimi fazami braku ich osadzania a nawet niszczenia już utworzonych skał. Stąd czas łączny powstawania potężnych kompleksów solnych, o miąższościach nawet kilku km, złożonych z szeregu sukcesji cyklotemowych, jest szacowany na miliony lat.

Ewaporaty

Różnice w składzie chemicznym wód lądowych i morskich (patrz tabela) przekładają się bezpośrednio na zróżnicowanie powstających ewaporatów. Wody morskie, charakteryzujące się dominacją jonów sodu i chloru, sprzyjają krystalizacji chlorków, przede wszystkim halitu. Z kolei wody śródlądowe, niszczące różnorodne skały podczas swej wędrówki, charakteryzują się większym zróżnicowaniem chemicznym. Mogą one być wzbogacone w węglany wapnia, magnezu lub sodu, co prowadzi do wytrącania kalcytu czy dolomitu^[1]. Ostateczny skład ewaporatów zależy zatem nie tylko od stopnia odparowania, ale również od lokalnych warunków geochemicznych. Niekiedy dodatkowym źródłem niektórych jonów np. litu (Li) czy boru (B) mogą być roztwory hydrotermalne, obecne w obszarach aktywnych wulkanicznie^[1,2].

Porównanie składu jonowego wód lądowych i morskich.

Gdzie obecnie tworzą się ewaporaty?

Skały solne powstają głównie w nadmorskich salinach i panwiach solnych (np. u wybrzeży Włoch, Francji czy Grecji), które są okresowo zasilane wodą morską. Tworzą się również w śródlądowych jeziorach solnych (np. w rozległych śródandyjskich salarach Ameryki Południowej lub w jeziorze Tuz w środkowej Turcji), do których dopływają solanki z rozpuszczenia starszych skał solnych lub ze zniszczenia skał wulkanicznych bogatych w związki chemiczne^[1].

Zasolenie mórz i oceanów

Obecnie średnie zasolenie wód oceanicznych wynosi ok. 35‰, a w Morzu Śródziemnym sięga ok. 39‰^[1]. W salinach przybrzeżnych oraz jeziorach silnie ewaporacyjnych, takich jak Morze Martwe, wartości te mogą dochodzić do ~340‰. Jednym z najbardziej zasolonych zbiorników na świecie pozostaje staw Don Juan na Antarktydzie (ok. 403‰), który nie zamarza nawet podczas antarktycznej zimy. Dla porównania Morze Bałtyckie cechuje się średnim zasoleniem zaledwie ~7‰ (lokalnie do kilkunastu promili), co sprawia, że pod względem chemicznym przypomina raczej słonawą lagunę niż klasyczne morze oceaniczne^[1,2].

Zasolenie wybranych zbiorników wodnych.

Przykładowe skały ewaporatowe

Zobacz także

Literatura

[1] Warren, J.K., 2016. Evaporites: A Geological Compendium. Springer International Publishing, Cham.

[2] Pawlikowski, M., 2009. Ewaporaty. Nowe dane mineralogiczno-petrograficzne. Geologia 35, 407–424

[3] Alex Strekeisen (https://www.alexstrekeisen.it/english/sedi/evaporites.php)

[4] Bukowski, K., 2020. Procesy geomorfologiczne na wybranych wysadach soli w pasie fałdowo-nasuwczym gór Zagros w Iranie. Przegląd Geologiczny Vol. 68(3)