SKARNY

Skarny są wapniowo-krzemianowymi skałami metasomatycznymi powstającymi na kontakcie intruzji magmowych (często granitoidowych lub średnio-kwaśnych) ze skałami węglanowymi (wapieniami, dolomitami lub marmurami). Do najważniejszych minerałów skarnów należą: granat żelazisty - andradyt (Ca₃Fe₂[SiO₄]₃), granat wapniowo-glinowy grossular (Ca₃Al₂[SiO₄]₃) oraz piroksenów - diopsydu (CaMg[Si₂O₆]) i hedenbergitu (CaFe[Si₂O₆]). W postaci domieszek występują w nich magnetyt, epidot, hornblenda, wollastonit, chloryt, kwarc, fluoryt, wezuwian, plagioklazy, flogopit, helwin i in.

Metasomatoza (metasomatyzm) to proces metamorficzny polegający na zmianie składu chemicznego skały w stałym stanie skupienia w wyniku zastępowania jednych minerałów przez inne pod wpływem krążących roztworów wodnych (hydrotermalnych) lub gazowych (fluidów magmowych) (głównie H₂O, CO₂, SiO₂, alkaliów oraz halogenków). W kontekście skarnów - metasomatoza zachodzi w późnym etapie krystalizacji magmy, na kontakcie intruzji z węglanowymi skałami jej otoczeia.

Skały węglanowe osłony intruzji determinują chemizm całego systemu metasomatycznego. Skutkuje to podziałem na skarny wapniowe (rozwijające się na wapieniach lub marmurach) oraz skarny magnezowe (tworzące się na dolomitach lub marmurach dolomitycznych).

W skarnach wapniowych kluczowymi minerałami wskaźnikowymi są wollastonit oraz minerały z szeregów izomorficznych grossular-andradyt (granaty) i diopsyd-hedenbergit (pirokseny).

W skarnach magnezowych brak wystarczającej ilości wapnia prowadzi do powstania krzemianów bezwapniowych lub ubogich w wapń, takich jak bogaty w magnez forsteryt (zob. oliwiny - krzemian Fe i Mg), spinel (tlenki Mg i Al) oraz minerały z grupy humitu (fluorokrzemian Mg i Fe).

Głównym mechanizmem formowania skarnów jest bimetasomatoza kontaktowa – wzajemna, dyfuzyjna lub infiltracyjna wymiana składników chemicznych między krzemionkowym stopem magmowym (lub jego fluidami) a skałą węglanową. W procesie tym ze strony intruzji w kierunku węglanów migrują głównie krzemionka (SiO₂), żelazo (Fe²⁺, Fe³⁺) oraz glin (Al³⁺), natomiast w kierunku przeciwnym migruje wapń (Ca²⁺), magnez (Mg²⁺) i potas (K⁺). Proces ten prowadzi do powstania dwóch głównych stref metasomatycznych:

Strefa endomorficzna (endoskarn): Tworzy się w brzeżnej części samej intruzji magmowej. Na skutek dopływu Ca i Mg oraz odpływu krzemionki dochodzi do odkwarcowania granitu. Kwarc i skalenie potasowe reagują, ustępując miejsca piroksenom (np. diopsydowi) oraz zasadowym plagioklazom. Przeobrażona skała traci swoją pierwotną spójność krystaliczną i często ulega dezintegracji granularnej – w dłoniach łatwo kruszy się na pojedyncze ziarna mineralne.

Strefa egzomorficzna (egzoskarn): Tworzy się w osłonie intruzji (dawnych skałach węglanowych). W zależności od stopnia zastąpienia węglanów przez krzemiany i odległości od intruzji obserwuje się wyrównaną strefowość metasomatyczną:

• Strefa wewnętrzna (przy kontakcie): Przeważają twarde, zwięzłe skarny piroksenowe (bogate w diopsyd-hedenbergit) oraz skarny granatowe (z udziałem grossularu i andradytu). Węglany zostały tu całkowicie zastąpione przez krzemiany, stąd skały te nie reagują z rozcieńczonym HCl.
• Strefa pośrednia: Powstają skarny krzemianowo-węglanowe charakteryzujące się obecnością wezuwianu, wollastonitu czy epidotu. Zawierają jeszcze rezydualny kalcyt, przez co słabo reagują z HCl.
• Strefa zewnętrzna (kontakt ze skałą niezmienioną): Skały węglanowe ulegają jedynie metamorfizmowi termicznemu (rekrystalizacji) bez głębokiej metasomatozy, przechodząc w jasne, cukrowate wapienie krystaliczne (marmury), które gwałtownie reagują z HCl.

Z występowaniem skarnów jest związane występowanie niewielkich złóż skarnowych (in. kontaktowych, kontaktowo-metamorficzne, kontaktowo-metasomatyczne, kontaktowo-pneumatolityczne lub pirometasomatyczne). Są one źródłem Fe, Co, Cu, Pt, W, Mo, Sn, Zn, Pb, Au, U, barytu, Cr, Sb i Hg. Wśród surowców niemetalicznych w złożach skarnowych występują grafit, azbest, chryzotylowy, talk, witeryt, a także kwarc, andaluzyt, sylimanit, syjanit, miki, korund, lazuryt, kordieryt i inne.

Złoża skarnowe są typowe dla obszarów fałdowych. Są związane z kontaktami skał magmowych ze skałami węglanowymi. Często są one zbrekcjowane i przeobrażone, Wśród typowych zjawisk towarzyszących należy wymienić: chlorytyzację, serpentynizację, karbonatyzację, okwarcowanie i sylifikację. Pod względem złożowym najbardziej interesujące są strefy występowania skarnów wapniowo-krzemianowych. Większość złóż jest związanych ze strefami egzokontaktowymi, najczęściej w utworach bezpośrednio kontaktujących ze skałami magmowymi.

W dawnej literaturze pojęcia "skarn" czasami używało się w kontekście spieczonych skał węglanowych występujących w sąsiedztwie niewielkich intruzji magmowych. Skały takie często odbarwiają się na kolory ceglasto-czerwone albo seledynowo-zielonkawe, a czasem stają się wyraźniej twardsze. W rejonie podkrakowskim takie strefy mają np. wychodnie "marmurów" dębnickich (D2) - tzw. "marmury lochowe" oraz dolomity ze Zbrzy (D2). O ile w skałach takich nie ma zmian mineralnych będących skutkiem metasomatozy, nazywanie ich "skarnami" jest nadużyciem.

W Polsce skarny występują wokół intruzji granitoidu Kudowy, w jej wschodnim obrzeżeniu. Można je oglądać w kopalni dolomitów (marmurów dolomitycznych) w Rędzinach. Skarny występują też w północnym obrzeżeniu plutonu kłodzko-złotostockiego - na styku z wapieniami węglowymi C1 struktury bardzkiej. Można je znaleźć w wyrobisku małego łomu wapieni krystalicznych w Podzamku. W rejonie Kletna w strefie tzw nasunięcia Kletna występują skarny okruszcowane minerałami: S, As, An, Bi, Se, Ag, Au, Fe, Cu, Zn, Pb, Sn, Hg, U związane z roztworami hydrotermalnymi związanymi z plutonem Žulovej (Banaś 1965; Przeniosło & Sylwestrrzak 1969). Z kolei w rejonie Złotego Stoku w otoczeniu intruzji kłodzko-złotostockiej utworzyło się skarnowe złoże z mineralizacją: As, Au, Fe, Bi, Cu, W, Ag, Pt, Pb, Zn, Co, Ni i U.

Skarn a Erlan (Skarnoid) – jak je odróżnić? Skarn powstaje, gdy dochodzi do dalekiego transportu składników (bimetasomatozy) na kontakcie czystej skały węglanowej z intruzją magmową. Erlan to produkt przeobrażenia skały, która już wcześniej zawierała zarówno wapń, jak i krzemionkę (np. margle). Do powstania krzemianów Ca-Mg (diopsydu, wollastonitu, granatu) wystarczyła sama wysoka temperatura, bez konieczności masowej migracji kationów ze stopu magmowego.