Wprowadzenie
W przyrodzie występuje 5 faz mineralnych siarczanu wapnia: gips (dwuwodny), bassanit (półwodny) oraz trzy rodzaje bezwodnego anhydrytu: I, II oraz III (Prieto-Taboada i in. 2014). Najczęściej występującymi minerałami w przyrodzie są: gips i anhydryt II, charakterystyczne dla różnych środowisk i miejsc występowania, często je współdzieląc bądź występując osobno. Pierwotny gips (fig. 1) tworzy się w różnych środowiskach na powierzchni ziemi podczas ewaporacji wody o odpowiednim stopniu zasolenia, natomiast pierwotny anhydryt najczęściej krystalizuje w wyniku odwodnienia gipsu (fig. 2) w warunkach płytkiego bądź głębszego pogrzebania pod wpływem albo wysokiego ciśnienia, podwyższonej temperatury lub/i wpływu solanek podziemnych (Hardie i in. 1967, Mossop i Shearman 1973, Zanbak i Arthur 1986). Anhydryt również może krystalizować na powierzchni ziemi w środowisku sebhy (Butler i in. 1982).s
Diagenetyczny cykl siarczanów
Czynniki geochemiczne wpływające na występowanie anhydrytu i gipsu zmieniają się wraz ze stopniem pogrzebania. Przemiany jakie wtedy zachodzą w skale zawierają się w cyklu diagenetycznym (sensu: Murray 1964), jaki ukazuje przejście siarczanu wapnia i wody przez etapy: sedymentacji, podczas której gips krystalizuje, pogrzebania powodującego odwodnienie i przejście w anhydryt i ekshumacji oraz wietrzenia na skutek których anhydryt przechodzi przez gipsyfikację (fig. 3). Kluczową temperaturą podczas przemiany anhydrytu w gips są 42°C charakterystyczne dla głębokości ok. 900-1200 m (Mossop i Shearman 1973). Jednak głębokość ta nie zawsze prowadzi do przemiany, a anhydryt może występować na powierzchni ziemi mimo temperatury poniżej 42°C (Holliday 1970, Jarzyna i in. 2020, Bąbel i in. 2020).
Gipsyfikacja
Anhydryt podczas ostatniego etapu cyklu diagenetycznego poddawany jest odziaływaniu wód meteorycznych oraz podziemnych. Dostanie się cząsteczek wody do struktury siarczanu wapnia odpowiada za krystalizację wtórnego gipsu. Wtórny gips może się utworzyć na trzy sposoby:
1) bezpośrednie przyłączenie cząsteczek wody do anhydrytu będące w fazie stałej,
2) przejście anhydrytu w gips wraz występującą fazą pośrednią półwodnego bassanitu,
3) rozpuszczanie anhydrytu i rekrystalizację gipsu z roztworu wodnego nasyconego względem gipsu (Holliday 1970).
Jednak tylko trzecia teoria uznawana jest za najbardziej możliwą oraz najczęściej obserwowaną w przyrodzie (Mossop i Shearman 1973, Bąbel i in. 2020). Przemiana we wtórny gips może powodować wzrost objętości molowej ciała stałego do 62,6% (Zanbak i Arthur 1986) i zmianą struktury krystalicznej (fig. 4, 5), co w konsekwencji może doprowadzić do pęcznienia ośrodka skalnego w skład którego wchodzi anhydryt i wtórny gips (Anagnostou 1993). Pęcznienie natomiast jest odpowiedzialne za generowanie naprężeń prowadzących do licznych deformacji skalnych o nieprzyjemnych dla człowieka skutkach, jak spękania w tunelach i czy ścian budynków (Steiner 1993, Oldecop i Alonso 2012) ale i formowania się rzadkich w świecie jaskiń z hydratacji, kopuł, form wigwamowych i towarzyszącym im licznych spękań (fig. 5, 6 ;Reimann 1991, Jarzyna i in. 2020). Jednak nie zawsze transformacja anhydrytu w gips prowadzi do wzrostu objętości ciała stałego, w konsekwencji do jego pęcznienia. Dzieje się tak z powodu mechanizmu rozpuszczania i rekrystalizacji podczas w warunkach dużej przepuszczalności skały, podczas którego może dojść do ucieczki roztworu wodnego zasobnego w siarczan wapnia, co prowadzi do krystalizacji mniejszej ilości gipsu, niewystarczającej do wzrostu objętości skały.
