Geochemija

2681 0

Kurso tikslas ir uždaviniai

Kurso tikslas – įsisavinti cheminių elementų paplitimą žemėje, jų pasiskirstymą ir migracijos teorinius pagrindus.

Kurso uždaviniai: įsisavinti: Cheminių elementų pasiskirstymą įvairiose geosferose (atmosferoje, hidrosferoje, litosferoje, biosferoje);

Cheminių elementų sklaidą ir koncentraciją magminio, hidroterminio, pneumatolitinio, metamorfinio, sedimentacijos procesų ir epigenetinių pokyčių metu;

Atskirų cheminių elementų ir jų asociacijų vaidmenį geocheminiuose cikluose ir duomenų praktinį panaudojimą;

Cheminių elementų technogeninę sklaidą, jos poveikį aplinkai ir technogeninio kartografavimo metodiką;

Lietuvos kristalinio pamato ir nuosėdinės dangos geocheminius ypatumus.

Įvadas

Geochemijos objektas ir svarbiausios problemos, ryšys su kitais mokslais.
Objektas: Žemės ir saulės sistemos planetų atomų istoriją.

Svarbiausios problemos: cheminių elementų sklaida, koncentracija ir migracija gamtinėse ir technogeninėse sistemose.

Ryšys su kitais mokslais: mineralogija, litologija, petrografija, rūdinių iškasenų paieškomis, hidrogeologija, tektonika ir t.t.

Sąvokos ir matavimo vienetai Koncentracijos vienetai – %, g/t, mg/l, klarkas ir t.t. Makro ir mikro elementai, pH, Eh, geocheminis laukas

Molio sąvoka Moliu vadiname 6,0223*1023 bet kokių objektų (molekulės, atomai, jonai, radikalai, elektronai, protonai ir pan. Stambesniems objektams taikyti vienetą molis nėra prasmės, nes nesurasime nė vieno plika akimi matomo objekto, kurio kiiekį Žemėje galėtume skaičiuoti moliais. Skaičius 6,0223*1023 vadinamas Avogadro skaičiumi

*1 Al atomo santykinė masė 27

*6.0223*1023 Al atomų (t.y. 1 mol Al) masė 27g

*1 H2O molekulės santykinė masė 18

*6.0223*1023 H2O molekulių (t.y. 1 mol H2O) masė 18 g

*Vieno molio medžiagos masė vadinama moline mase ir žymima M. Molinės masės ma

atavimo vienetas yra g/mol.

*Žymėjimas

*M(Al) = 27 g/mol reiškia “1 mol Al masė yra 27 g”;

*M(H2O)=18 g/mol reiškia “1 mol H2O masė yra 18 g”.

*Skaičiuojant masės dalį milijoninėmis dalimis formulėje daugiklis “100%” keičiamas į 1000000ppm. Smulkesnių vienetų už procentus naudojimas padeda išvengti virtinės nulių rašymo. Pavyzdžiui 1 ppm reiškia tą patį kaip 0,0001% arba 0,001o/oo.

Visatos geochemija

Visatos atsiradimo hipotezės;

Visata „atsirado“ prieš 15 milijardų metų ?

Modernioji fizika mums sako, kad Visata yra atsiradusi milžiniško sprogimo pasekmėje (the big bang theory). Tas sprogimas iššaukė materijos plėtimąsį, matomą dar ir mūsų dienomis. Pavyzdžiui, galaktikos – tai debesys, kuriuos sudaro šimtai milijardų žvaigždžių, ir jos tolsta vienos nuo kitų, pradinio sprogimo jėgos stumiamos.

Mums pakaktų išmatuoti galaktikų nutolimo greitį, kad nustatytume patį pradinį momentą, kai jos buvo susikaupusios viename taške.

Faktai patvirtinantys didįjį sprogimą.

Pirma – tai žvaigždžių amžius: maatavimai rodo, kad seniausios iš jų yra tarp 12 ir 15 milijardų metų senumo. O tai labai derinasi su suponuojama Visatos amžiaus trukme nuo jos pradžios.

Antrasis argumentas pagrįstas galaktikų siunčiamos šviesos analize: ji be jokios abejonės rodo, kad galaktiniai dariniai tolsta vieni nuo kitų tuo greičiau, kuo toliau jie yra nutolę nuo stebėjimo taško: tai leidžia spėti, kad galaktikos kitados buvo susikaupusios viename erdvės regione, pradinio debesies skreite, kurio amžius – 15 milijardų metų.

Ir dar vienas, trečiasis ir labiausiai įtikinantis fenomenas: 1965 metais visuose Visatos re

egionuose išaiškėjo foninis labai mažo intensyvumo spinduliavimas, panašus į labai žemos temperatūros kūno skleidžiamą spinduliavimą – 3 laipsniai virš absoliutaus nulio. Šis spinduliavimas yra tarytum fosilija, fantasmagorinis šviesos ir šilumos srautų, prasidėjusių pirmosiomis Visatos egzistavimo akimirkomis, aidas.

Visatos elementinė sudėtis;

Manoma, kad sprogimo metu atsirado H ir He, lengvieji elementai. Tolimesnėse termobranduolinėse reakcijose toliau sintetinami sudėtingesni branduoliai ir susidaro sunkesni elementai. Va taip gaminasi elementai He3+He4=Be7, C12+H=N13, N15+H=O16, C12+C12=Mg24, O16+O16=S32, O16+O16=Si28+He4, galū gale prieisim iki Fe, kad nukleosintezės metu susidarytų branduoliai sunkesni už Fe reikia daugiau energijos sunaudoti sintezei nei išsiskiria. Kita hipotezė, branduolių sintezė žvaigždėse. Kai žvaigždėje susiformuoja cheminiai elementai iki +- Fe; dėl milžiniškos gravitacijos žvaigždė pradeda spaustis, kol sprogsta paskleisdama daugeli cheminių elementų. Sprogimo metu susidarė sunkiausi elementai. Elementų paplitimas kosmose: žvaigždės H, He, C, N, O, Si, Ne, Ar, S, Fe, Mg, Al, Cl, P. Planetose H, O, Si, Mg, Al, Fe, N, S. Saulėje H-70%, He – 28%, kiti 2%.

Meteoritai, jų tipai ir mineralinė bei elementinė sudėtis;

Mažesnio negu 1 km skersmens kūnai, skriejantys aplink Saulę ir planetas, vadinami meteoroidais (gr. meteoron — atmosferos reiškinys, eidos — pavidalas), arba meteoriniais kūnais. Tai kometų liekanos ar asteroidų nuolaužos. Pagrindiniai cheminiai elementai iš kurių sudaryti meteoritai yra – Fe, Mg, Si, O. Kai kuriuose yra anglies, vandenilio, nikelio, aliuminio ir ki

itų elementų. Todėl ir vyraujantys mineralai yra vos keli (neskaitant jų atmainų), tai olivinai, piroksenai ir grynuolė geležis. Tačiau meteorituose yra ir kitų elementų nors ir ne po daug. O įvairių mineralų, taip pat esančių nedideliais kiekiais nustatyta net 515. Geležiniai meteoritai arba sideritai. Jie sudaryti beveik vien iš grynuolės geležies mineralų – kamasito, tenito ir nedidelio kiekio olivino ir pirokseno. Geležiniai-akmeniniai meteoritai arba siderolitai. Jie yra sudaryti iš grynuolės geležies ir silikatinių mineralų – daugiausiai olivino, piroksenų. Akmeniniai meteoritai yra sudaryti daugiausiai iš olivino ir piroksenų, kurie, tiesa, būna gana įvairių rūšių – rombiniai (enstatitas, bronzitas, hiperstenas) ir monoklininiai (diopsidas, pižonitas, augitas). Chondritai sudaro apie 82% visų meteoritų. Achondritai. Tai yra meteoritai, neturintys chondrulių.

Saulės sistemos planetų elementinė sudėtis;

Merkurijus. Arčiausiai Saulės skriejanti planeta. Paviršius panašus į Mėnulio paviršių, tik jame daugiau kraterių ir mažiau lygumų. Atmosfera labai reta (susideda iš helio, vandenilio, deguonies, neono, argono), slėgis prie paviršiaus ~10-7 Pa. Manoma, kad Merkurijus turi ~1800 km spindulio geležies ir nikelio branduolį, virš jo – silikatų mantiją, ir granito bei bazaltų plutą. Magn. laukas ~300 kartų silpnesnis negu Žemės.

Venera. Artimiausia Žemei vidinė planeta. Trečias pagal spindesį (po Saulės ir Mėnulio) dangaus objektas. Apie ašį sukasi labai lėtai ir priešinga kryptimi, negu kitos planetos. Venera turi labai tankią ir stipriai Sa

aulės šviesą atspindinčią atmosferą, kuri susideda iš anglies dioksido (~96%), azoto (~3.5%), sieros dioksido (0.015%), argono (0.015%), helio (0.01%), kitų dujų. Veneros paviršiaus nesimato, nes jos atmosferoje 50-70 km aukštyje yra trys debesų sluoksniai. Debesis sudaro 2-3 µm dydžio sieros rūgšties lašeliai ir 5-8 µm dydžio geležies chlorido kristalai. Prie Veneros paviršiaus vid. slėgis 9 MPa. Tokią aukštą Veneros t-rą lemia šiltnamio reiškinys, kurį sukelia tanki Veneros atmosfera ir didelis anglies dioksido kiekis. Veneros paviršiuje išsiskiria kalnuotos sritys (~8% ploto) ir žemumos (~27% ploto). Likusį plotą užima kalvotos lygumos. Nemaža smūginių kraterių.

Žemė. Atmosfera susideda iš mol. azoto (78.08% tūrio), mol. deguonies (20.95%), argono (0.93%), vandens garų (0.1-2.8%), anglies dioksido (0.03%); kitų dujų – neono, helio, kriptono, mol. andenilio, azoto oksido, metano, ozono, sieros anhidrido, azoto dioksido, anglies monoksido, ksenono, jodo garų yra 0.01%. Hidrosferos vanduo dengia 70.1% viso Žemės paviršiaus ploto. Viršutinė kieta geosfera vadinama Žemės pluta; ją sudaro nuosėdinės prigimties granitai ir bazaltai (metalų oksidai, silikatai, aliumosilikatai). Mantija susideda iš olivino ir pirokseno (magnio ir geležies silikatų), kurie, didėjant slėgiui ir kylant t- rai, keičia kristalinę sandarą. Branduolį sudaro geležies ir nikelio lydinys su geležies sulfido priemaiša.

Marsas. Marso paviršiuje daug kraterių, yra kanjonų, plokštikalnių, lygumų, ungikalnių. Planetos plutoje yra didžiulių plyšių ir sprūdžių. Atmosfera susideda iš anglies dioksido (95%), azoto (2.5%), argono (15%) deguonies (0.1%), vandens garų (<0.2%). 15-45 km aukštyje kartais matomi ploni debesys, sudaryti iš ledo kristalų. Pasak Marso sandaros teorinių modelių Marsas turi ~1000 km spindulio geležies ir geležies sulfido branduolį, ~2300 km storio silikatų mantiją ir virš jos ~100 km storio granito ir bazaltų plutą.

Jupiteris. Didžiausia Saulės sistemos planeta. Jupiterį gaubia tanki atmosfera, susidedanti iš mol. vandenilio (~74%), helio (~24%) ir ~2% metano, amoniako, anglies monoksido, ciano, fosfino, etano, acetileno, vandens garų. Yra keli debesų sluoksniai, sudaryti iš amoniako ir ledo kristalų ir amonio hidrosulfido. Jupiteris neturi kieto paviršiaus. Paviršiuje yra ~17 000 km storio skysto mol. vandenilio sluoksnis, po to eina ~44 000 km storio metalinio vandenilio sluoksnis, centre yra ~10 000 km spindulio silikatų ir vandens, amoniako ir metano ledų branduolys. Centre medžiagos tankis 1.65 g/cm3, t-ra 25 000 K.

Saturnas. Saturno atmosfera susideda iš mol. vandenilio (~74%), helio (~24%), amoniako, metano, etano, acetileno ir kitų dujų. Paviršių ištisai dengia amoniako kristalėlių debesys. Saturnas neturi kieto paviršiaus. Nuo paviršiaus link centro iki ~32 000 km gylio eina skysto mol. vandenilio ir helio sluoksnis, po to ~12 000 km storio metalinio vandenilio sluoksnis ir ~16 000 km spindulio silikatų ir metano, amoniako ir vandens ledų branduolys.

Uranas. Atmosfera susideda iš mol. vandenilio, helio, metano, amoniako. Paviršių pastoviai dengia debesys. Manoma, kad Urano paviršiuje yra plonas skysto amoniako ir metano sluoksnis; einant gilyn, amoniakas ir metanas virsta ledu, kurio sluoksnis yra ~5500 km storio. Urano centre turėtų būti ~19 500 km spindulio silikatų ir vandens, amoniako ir metano ledų branduolys.

Neptūnas. Neptūno atmosfera susideda iš mol. vandenilio, helio, metano, amoniako. Paviršių pastoviai dengia debesys. Paviršių greičiausiai dengia plonas amoniako ir metano vandenynas. Po juo yra ~3500 km storio vandens, amoniako ir metano ledų sluoksnis, o centre ~20 500 km spindulio tų pat ledų ir silikatų branduolys.

Plutonas. Paviršių dengia kelių kilometrų storio metano ledas. Būdamas perihelyje, turi metano atmosferą,

Elementų paplitimo kosmose lyginamoji charakteristika. Elementų paplitimas kosmose: žvaigždės H, He, C, N, O, Si, Ne, Ar, S, Fe, Mg, Al, Cl, P. Planetose H, O, Si, Mg, Al, Fe, N, S. Saulėje H-70%, He – 28%, kiti 2%. Žemės pluta Si, O, Al, Fe, Na, Mg, H, C, Ca.

Elementų susidarymo hipotezės. Manoma, kad iškart po Big BANG iš vandenilio (protonas) susidarė Helis. Šie du elementai pradžioje formavo žvaigždes. Sprogimo metu susidarė sunkiausi elementai. Manoma, kad sprogimo metu atsirado H ir He, lengvieji elementai. Tolimesnėse termobranduolinėse reakcijose toliau sintetinami sudėtingesni branduoliai ir susidaro sunkesni elementai. Va taip gaminasi elementai He3+He4=Be7, C12+H=N13, N15+H=O16, C12+C12=Mg24, O16+O16=S32, O16+O16=Si28+He4, galū gale prieisim iki Fe, kad nukleosintezės metu susidarytų branduoliai sunkesni už Fe reikia daugiau energijos sunaudoti sintezei nei išsiskiria. Kita hipotezė, branduolių sintezė žvaigždėse. Kai žvaigždėje susiformuoja cheminiai elementai iki +- Fe; dėl milžiniškos gravitacijos žvaigždė pradeda spaustis, kol sprogsta paskleisdama daugeli cheminių elementų. Sprogimo metu susidarė sunkiausi elementai

Žemės ir žemės plutos geochemijos bendri bruožai

Geofiziniai duomenys apie Žemės gelmių sandarą. P-bangos (išilgines bangos): gali sklisti per skysčius ir kietus kūnus; Greitis nuo 5 km/s iki 15 km/s. S-bangos (skersines bangos): sklinda tik per kietus kūnus. Lėtesnės nei P-bangos. Seisminių bangų greitis parodo kaip sudaryta planeta.

Daugiau žinių apie saranga teikia tik geofiziniai duomenys. Tai duomenys gauti tiriant seisminių bangų plitimą žemės gelmėse, o taip pat magnetinio ir ypač gravitacinio lauko ypatybes įvairiose Žemės rutulio vietose. Žemės drebėjimų sukelti virpesiai įvairaus tankio ir fizinės būklės uolienose sklinda skirtingu greičiu ir tiesiogiai priklauso nuo uolienų tankio – kuo tankesnė uoliena – tuo didesnis seisminių bangų greitis. Tose vietose, kur uolienų tankis kinta staigiau, dalis virpesių atsispindi ir grįžta į paviršių, kur jie užfiksuojami tiksliais prietaisais – seismografais. Seisminiai virpesiai gali būti sužadinami dirbtinai – sprogimais, vibratoriais ir gali būti sukelti gamtinių procesų žemės drebėjimų metu. Panašiu būdu buvo nustatytos ribos tarp mantijos ir branduolio, pačiame branduolyje ir plutos viduje. Litosferos sandara dabar plačiai tiriama ir dirbtinai sukeltais virpesiais, norimose vietose. Aiškinant nustatytos seisminių bangų greičių struktūros ypatybes naudojami mineralų fizikos bei petrologijos duomenys, ypač apie ksenolitus. Duomenų apie Žemės giluminių sferų sudėtį teikia ir meteoritai. Manoma, kad didelė jų dalis susidarė kažkokių planetinių kūnų vidinėse sferose pirminės dulkių-dujų ūko diferenciacijos metu, ką patyrė ir Žemė. Pavyzdžiui, geležiniai meteoritai laikomi tų plenetinių kūnų branduolio nuolaužomis. Greičiausiai panašios sudėties yra ir Žemės branduolys.

Žemės gelmių zoniškumas: branduolys, mantija, žemės pluta;

Branduolys sudaro centrinę Žemės sferą nuo jos centro 6370 km gylyje iki 2890 km gylio. Skiriamas vidinis branduolys 6370-5150 km ir išorinis – 5150-2890 km gylyje. Vidinis branduolys yra metalinis, sudarytas iš Fe ir Ni. Išorinis branduolys panašios sandaros. manoma, kad išorinis branduolys yra skystas. Vidinis branduolys sudaro 30,8% Žemės masės, o išorinis – 1,7%.

Mantija sudaro didžiausią Žemės tūrio ir masės dalį. Jos padas yra maždaug 2890 km, o kraigas 70 – 3 km gylyje. Mantija sudaryta daugiausiai iš Si, Mg, O, nedidelio kiekis Al, Ca, Fe. Šių elementų sudaromi mineralai daugiausia silikatai.

vadinamas D”. Branduolio ir mantijos riboje išskiriamas pereinamasis sluoksnis, vadinamas D” (2890-2700 km). Jis yra 200-300 km storio ir sudaro 3% Žemės masės. Pagal poveikį seisminių bangų greičiui, jo sudėtis skiriasi tiek nuo mantijos, tiek nuo branduolio. Manoma, kad tai medžiaga, išsiskyrusi iš mantijos, bet neįsimaišiusi į branduolį dėl pastarojo didelio tankio.

Apatinė mantija, (2890-650 km),

Pereinama zona arba mezosfera – (650-410 km); 7,5% žemės masės.

Išskirta pagal ryškų seisminių bangų greičių padidėjimą 410 km gylyje. Lyginant su viršutine mantija greičiai padidėja maždaug 13%. Tai aiškinama mineralinės sudėties ir fizinių savybių (tankio, mineralų struktūros) pasikeitimu. Palyginus su viršutine mantija šioje zonoje yra daugiau olivino ir vadsleito, kurio tankis yra didesnis negu olivino, taip pat yra granato, dėl ko yra žymūs kiekiai Al ir Ca.

Viršutinė mantija – (410-10 km); 10,3% žemės masės; tankis -4,07- 4,68 g/cm3. Šioje zonoje vyrauja ultramafinės uolienos – dunitas, peridotitai (harcburgitas, lercolitas), sudarytos iš olivino, piroksenų, granato, bet jų proporcijos nėra aiškios.

Astenosfera. Viršutinėje mantijoje yra išskiriamas sluoksnis, pasižymintis padidintu plastiškumu. Astenosferos paviršiaus gylis yra maždaug 70 km vandenynuose ir, vidutiniškai, 250 km žemynuose. Pado gylis siekia 700 km. Astenosferos ribos reiškia fizinių savybių, o ne sudėties pasikeitimą.

Pluta yra viršutinė žemės sfera, kurios storis svyruoja nuo kelių iki 80 km. Yra du skirtingi plutos tipai – vandenynų arba okeaninė ir žemynų arba kontinentinė. Vandenynų plutos storis yra 3-9, vidutiniškai 6,5 km. Vietomis, ties vandenynų vulkaninėmis salomis, pavyzdžiui Islandija, ji pastorėja iki keliolikos kilometrų.

Okeaninė pluta yra sudaryta iš trijų sluoksnių. Viršutinis, tai – plonas dugno nuosėdų klodas. Jis sustorėja tik atskirose vietose – vandenyno įdubose ir jo pakraščiuose, ypač subdukcijos loviuose. Antrą sluoksnį sudaro daugiausiai bazaltas, Trečiame sluoksnyje vyrauja bazinės ir ultrabazinės sudėties intruzinės uolienos – daugiausiai gabroidai, piroksenitai, peridotitai.

Lietuvoje plutos storis yra 40-45 km vakarinėje dalyje ir 50-55 km – rytinėje.

litosfera Viršutinė Žemės dalis, kurią sudaro pluta ir viršutinė mantija iki astenosferos. Litosferos storis vandenynuose – 50-80 km.

Tankio ir temperatūros kaita žemės gelmėse. Tankis skiriasi visose atmosferose. Kuo giliau tuo karščiau. Litosferos temperatūra iki 1000. iki 100 km žemėje kyla temperatūra. Pluta yra viršutinė žemės sfera, kurios storis svyruoja nuo kelių iki 80 km. Ji sudaro 0,473% žemės masės, o jos vidutinis tankis yra 2800 kg/m3. Po mantija yra ~2200 km storio skystas išorinis branduolys (jo medžiagos tankis 8-10 g/cm3, t-ra 2300-4800 K, slėgis 150-200 GPa). Išorinio branduolio viduje yra 1250 km spindulio kietas (arba iš dalies išsilydęs) vidinis branduolys (jo centre t-ra ~6000 K, slėgis ~350 GPa, tankis 12-17 g/cm3).

Žemės visumoje ir atskirų jos geosferų elementinė sudėtis.

Apatinė mantija [nuo 660 iki 2890 km], Perovskitas CaTiO3, Magnio Vustitas (Mg,Fe)O. Viršutinė mantija [nuo 660 iki 440 km], Ringvuditas Mg2SiO4, Granatai Ca3 Al2 (SiO4)3. Astenosfera [nuo 440 iki 40 km], Olivinas, piroksenai, granatai. Išorinis branduolys (geležingų meteoritų analogas): ~80% Fe; 9 Ni ir apie 1 Co; kaip priemaišos Si, C, Al ir O; Vidinis branduolys: 90% Fe; 9% – Ni;

Bendra žemės sudėtis daugiausia Fe, paskiau deguonis, silicis. Litosferoje deguonies daugiausia, toliau silikatai.

pluta mantija branduolys

O47 35 *

Si29,5 18 *

Al8,1 1,3 *

Fe4,7 25 90

Ca2,9 1,4

Na2,5 0,7

K2,5

Mg1,9 14

Ti0,5

Ni 1,4 9

Pirminė elementų diferenciacija. Fe (26), Ni (28) ir S(16) sudaro Žemės branduolį (sunkesni elementai); Lengvesni O(8), Si(14), Al (13), Mg (12), Ca (20), K (19), Na (11) kyla į paviršių; Krentant temperatūrai nuo Žemės centro link paviršiaus viršutinėje Ž. dalyje susiformuoja pluta; Tarp plutos ir branduolio – mantija: O, Si, Fe; Žemės plutos pagrindiniai elementai O ir Si – silikatai.

Žemės plutos sandara, jos atskirų tipų mineralinė ir cheminė sudėtis; Pluta yra viršutinė žemės sfera, kurios storis svyruoja nuo kelių iki 80 km. Ji sudaro 0,473% žemės masės, o jos vidutinis tankis yra 2800 kg/m3. Yra du skirtingi plutos tipai – vandenynų arba okeaninė ir žemynų arba kontinentinė. Vandenynų plutos storis yra 3-9, vidutiniškai 6,5 km. Vietomis, ties vandenynų vulkaninėmis salomis, pavyzdžiui Islandija, ji pastorėja iki keliolikos kilometrų. Okeaninė pluta yra sudaryta iš trijų sluoksnių. Viršutinis, tai – plonas dugno nuosėdų klodas. Jis sustorėja tik atskirose vietose – vandenyno įdubose ir jo pakraščiuose, ypač subdukcijos loviuose. Antrą sluoksnį sudaro daugiausiai bazaltas, išsiliejęs po vandeniu, vandenyno vidurio gūbriuose ar virš karštųjų taškų. Jam būdingas rutulinis arba pagalvinis skyrumas, susidaręs staigiai auštant lavai po vandeniu. Šiame sluoksnyje yra ir ultrabazinių efuzyvų bei intruzijų. Antrojo sluoksnio apačioje išskiriamas vadinamas “lakštinių arba pluoštinių daikų sluoksnis”. Čia plonos kelių metrų storio diabazo daikos, slūgsančios vertikaliai, tarsi lakštai, labai tankiai, suvarpo bazaltą. Tos daikos yra kanalai, kuriais magma kyla aukštyn prieš išsiliejant lavos pavidalu vandenyno dugne. Trečiame sluoksnyje vyrauja bazinės ir ultrabazinės sudėties intruzinės uolienos – daugiausiai gabroidai, piroksenitai, peridotitai. Vandenynų pluta yra jauna. Riftų juostose ji susidaro ir dabar, o seniausias žinomas amžius yra apie 180 mln. metų. Vandenyno pluta yra ta pirminė medžiaga, iš kurios susidaro žemynų pluta. Jos gyvavimo trukmė, nuo susidarymo vandenyno vidurio gūbriuose iki suirimo subdukcijos zonose vidutiniškai yra apie 100 mln. metų. Tačiau atskiri okeaninės plutos blokai išlieka kontinentinės plutos sudėtyje. Žemyninės plutos storis svyruoja nuo 25 iki 70-80 km, o vidutiniškai yra 35-40 km. Ši pluta labai nevienalytė. Išskiriamos viršutinė ir apatinė, o vietomis ir vidurinioji pluta. Šios žemyninės plutos dalys išskiriamos pagal seisminių bangų sklidimo greičių padidėjimą. Tai siejasi ir su uolienų tankių ir tuo pačiu petrologinės sudėties kitimu. Tačiau čia vaizdas daug sudėtingesnis, nes, seisminių bangų greičiai priklauso ir nuo elastingumo, storymės sandaros, kūnų slūgsojimo padėties ir kitų ypatybių. Viršutinė pluta yra sudaryta daugiausia iš lengvesnių uolienų, pagal sudėtį ir fizines savybes panašių į granitą. Todėl ji sąlyginai vadinama granitiniu sluoksniu, nors ją sudaro toli gražu ne vien granitoidai, bet ir įvairios nuosėdinės ir metamorfinės uolienos, migmatitai. Čia yra ir bazinių uolienų – metamorfizuotos okeaninės plutos liekanų, intruzijų, tačiau jos sudaro nedidelę viršutinės plutos tūrio dalį. Apatinės plutos sudėtis, priešingai yra daugiausiai bazinė. Čia vyrauja bazinės magminės uolienos – bazaltas, diabazas, gabras, hornblenditas, piroksenitai. Aukštame slėgyje ir temperatūroje šios uolienos būna metamorfizuotos, virtusios baziniais granulitais, eklogitu. Sprendžiant iš ksenolitų vietomis yra ir granulitinėje facijoje metamorfizuotų pirminių nuosėdinių bei felzinių vulkaninių uolienų, taip pat plutos lydymosi liekanos – restito, sudaryto iš granato, piroksenų, plagioklazo. Lietuvoje plutos storis yra 40-45 km vakarinėje dalyje ir 50-55 km – rytinėje.

Deguonies, aliuminio, silicio ir kt. elementų padidintų koncentracijų Žemės plutoje priežastys.

Žemės plutoje deguonies – ~46; Si – 26,1; Al – 8,1; Fe – 6,7; Ca – 5,1; Mg – 3,0; Na – 2,4 procentų.

Žemės plutoje vyrauja lengvieji atomai (branduoliai sudaryti iš mažo protonų ir neutronų skaičiaus) – tai periodinės lentelės pradžioje esantys elementai. Po Fe (elem. 26) nėra nė vieno paplitusio elemento. Žemės plutoje vyrauja ch.elem. kurių atominė masė dalijasi iš 4 (O, Mg, Si, Ca). Manoma, kad paminėti elementų paplitimo dėsningumai susiformavo Žemės ankstyvojo vystymosi etapais – seniausiose archėjaus uolienose vyrauja O, Si, Al ir Fe. Kai kurių elementų kiekis kito dėl radioaktyvių savybių: mažėjo U ir Th, didėjo Pb. Iki 16 km gylio Žemės plutoje vyrauja silikatai – sudaro 85%; (Si – 28%).

Geocheminė elementų klasifikacija

Cheminių elementų geocheminės klasifikacijos principai. Dobereinerio triados. Išdėsčius cheminius elementus pagal atominę masę didėjimo tvarka, pastebėjo, kad galima juo išdėstyti grupėmis po tris, tai yra triadomis. Pastebėjo, kad kūriais atvejais atominė masė, viduje esančio elemento yra aritmetinis kraštinių vidurkis. Dobereinerio triados taisyklė: išdėsčius elementus atominės masės didėjimo tvarka, išskiriamos trijų elementų grupės, kuriuose elementai pasižyminčios panašiomis cheminėmis savybėmis. Pvz. šarminių metalų triada: Elementas Litis, Natris, Kalis. Atominės masės jujų seka tokia tvarka 7, 23, 39. Šiuolaikinis principas: cheminių elemtų savybės yra jų atominio numerio periodinė funkcija. Periodinėje lentelėje atomai grupėse išdėstomi pagal ta pačia elektronų konfigūraciją. Pagrindinės lentelės savybės: 1. sudaro 7 horizontalūs periodai, 2. sudaro 18 grupų (vertikalios kolonėles), 3. grubiai atskiria metalus ir ne metalus; inertines dujas.

V.Goldšmito klasifikacijos idėjos; Jis pabande išskirti pagal tai su kuo elementai labiausia mėgsta būti. Ir išskyrė tokias klasifikacijas. Siderofiliniai (Geležies gerbėjai) koncentruojasi metalinėje fazėje: Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd. Chalkofiliniai koncentruojasi sulfidineje fazėje. Cu, Zn, Ga, Ag. Litofiliniai koncentruojasi silikatinėje fazėje. Li, Be, B, O, F, Na, Mg. Atmofiliniai koncentruojasi atmosferoje. H, He, N, O, Ne, Ar, Kr.

Elementų klasifikacija pagal padėtį D.Mendelejevo periodinėje elementų sistemoje ir L.Mejerio atomų tūrių kreivėje; Notaro Mejerio atomų tūrio kreivės. Nagrinėjo 28 elementus, kaip kintant valentingumas priklausomai nuo atomines masės. Pastebėjo, kad suminis valentingumas kinta dėsningai augant atominiai masei; masę prilygino turiui. Mendelejevo. Jo taisyklė: cheminių elementų savybės yra jų atominės masės periodinė funkcija. Kolonėlės vertikaliai – grupės, horizontaliai – periodai. Kiekvienos grupes elementai pasižymi panasiomis fizinėmis – cheminėmis savybėmis. Kiekvieno periodo elementai iš viršaus i apacia prasideda sarminiu elemtu. Jo lenteles privalumai. Nors Mendelejevo laikotarpiu dar nebuvo surastos inertines dujos – He, Ne, Ar – jas atradus, buvo galma išskirti, kaip atskira grupe, tuo paciu nesuardant pacios lenteles sudarymo principo. Mendele numate nežinomus elemtus, paliko jiems vieta lentelėje. O lentele trukumai. Sunku patalpinti izotopus: izotopai – elementu atomine mese skirtinga, kuria nuliame, neutronu skaicius. Grieztai laikantis Mendelejevo periodiškumo desnio chemines elementu savybes grupeje nera, neatitinka tikroves. 14 anglies izotopas savybėmis turetu būti panasus i azota.

Kitų klasifikacijų apžvalga. Vernadckio. Tauriosios dujos (He, Ne, Ar, Kr, Xe). Taurieji metalai (Os, Ir, Pt, Au, Ru, Rh). Cikliniai elementai (O, H, C, N, F, Na, K, Mg.). isklaidyti elementai (Li, Sc, Ga, Br, Y.). radioaktyvus elementai. (Po, Rn, Ra, Ac, Th, Pa, U). Retuju zemiu elementai (La, Ce, Yb, Lu.). Nulando oktavu taisykle. Pastebėjo, kad as aštuntas cheminis elementas savo savybėmis panasus, jei isdestytume atomines mases didėjimo tvarka, t.y. savybes pasikaroja kas aštunto elemento (oktava). Bat si taisykle subirejo nes negalioja sunkesniems elemtams uz Ca, ir atradus He, Ne, Ar jiems si taisykle taip pat negalioja. Dar skirstomi i uolienu elementus (O, H, Si, Al, Ca, Mg), geležies grupes (Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni). Retieji elemtai (Sc, Y, Yb, Nb, Zr). Rudiniai (Cu, zn, pb, sn, ag, au, hg). Radioaktyvus U, Th. Sunkiejo haloidai Br, J. Platinos grupes Pt, os, ir, pd, ru. Magmos emanaciju B, P, Cl, S, F.

Pagrindiniai kristalochemijos ir izomorfizmo principai

Medžiagos sandara;

Kvantiniai skaičiai, kaip faktoriai, lemiantys atomo sudėtį ir elektronų pasiskirstymą orbitose;

Viena pagrindinių elementariųjų dalelių ir atomų branduolių savybių, nusakančių dalelės ar branduolio sukimosi būseną, t.y. jo savąjį judesio kiekio momentą. Sukinį charakterizuojantis kvantinis skaičius būna 0, 1 arba 1/2. Kiekvieno elektrono energetinę būklę apsprendžia keturi kvantiniai skaičiai: n – pagrindinis kvantinis skaičius rodo energijos kiekį (sveikas teigiamas skaičius). l – šalutinis arba orbitalinis kvantinis skaičius rodo orbitinio judesio kiekio momento modulį (sveikas teigiamas skaičius ir 0, 1 arba daugiau mažesnis už n). m – magnetinis kvantinis skaičius, rodo orbitinio judesio kiekio projekciją į pasirinktos koordinačių sistemos ašį z (turi 2l+1 reikšmių), s – sukinis arba spininis kvantinis skaičius, reiškiantis sukinio judesio kiekio momento projekciją į z (lygus +1/2 ir – 1/2).

Efektyvaus spindulio ir koordinacinio skaičiaus sąvokos;

Kompleksinių junginių vaidmuo geochemijoje;

Ryšių tipai: joninis, kovalentinis, metalinis, vandervalsinis ir kt.;

Izomorfizmas; Mineralų sudėtis n

. . .

Požeminių dujų sudėtis ir klasifikacija, jų kilmė ir kilmės geocheminiai rodikliai; Požeminė atmosfera (dujos uolienose). Dujų tirpumas didėja augant slėgiui ir mažėja didėjant temperatūrai. Dujiniai tirpalai – vanduo žemiau kritinės temperatūros (+374C) tirpina daug metalų). Okliuduotos dujos – dujos esančios kristalinėje gardelėje ir uždarose porose. Sorbuotos dujos – atvirose porose. Kuo sunkesnės dujos, tuo geriau sorbuojamos. Sorbcija didėja augant slėgiui. Nuosėdinės uolienos daugiau sorbuoja dujų už magmines. Atmosferinės kilmės dujose Ar/N santykis: 0,0118-0,0235. Difuzija, konvekcija ir filtracija. DIFUZIJA – savaiminis ir negrįžtamas medžiagos pernešimas kurio pasekoje dėl šiluminio atomų, jonų, molekulių ir koloidinių dalelių nusistovi koncentracijų pusiausvyra. DIFUZIJA priklauso ir nuo išorinių faktorių: temperatūros, slėgio, „krūvių“; Difuzijos greitis didėja augant temperatūrai; Difuzija nėra svarbi žemės paviršiuje išskyrus pelkes, dumbluose; Difuzija priklauso nuo tektoninio režimo: svarbi skyduose ir platformose jų grimzdimo laikotarpiais; ir nežymi vykstant kalnodarai, pakėlimams; Su difuzija sietini stipriai mineralizuoti požeminiai vandenys (giliuose arteziniuose baseinuose); Difuzinės metasomatozės metu susidaro pirminės difuzinės hidroterminių telkinių aureolės!

KONVEKCIJA – skiriasi nuo difuzijos tuo, kad migruoja ne tik ištirpusios dalelės, bet ir pats tirpiklis;

Yra greitesnė už difuziją;

FILTRACIJA – tai konvekcija vykstanti poringoje aplinkoje; Suaktyvėja vykstant aktyviems tektoniniams procesams; Vykstant filtracijai, kai tirpalai reaguoja su poringomis uolienomis, vyksta sorbcija, joniniai mainai, elementų koncentracija, telkinių susidarymas. Infiltracinė metasomatozė gali dideliuose plotuose.

Cheminių elementų prinešimas ir išnešimas iš atmosferos;

Atmosferos sudėtį apsprendžia 1) Į atmosferą organizmai išskiria: CO2; H2O; N2 ir O2 (tik augalai); Augalai – apie 25 elementus: Li, Be, B, Na, Mg, Ti, V, Cr . 2) Vulkanizmas: H2O ir CO2; + H2, CO, N2, SO2, Cl2, NH3, CH4 ir itin daug HF ir HCl; Vulkanų „apylinkėse“ atmosferoje pH 2,4-2,5 ir 250 mg/l mineralizacija (HF+HCl); 3) Radiacija: jonizuojama – teigiamos ir neigiamos dalelės (molekulių grupės); >150 km laisvas deguonis ; >300 km disocijuotas azotas; 100-400 km (jonosfera) formuojasi 3H ir 14C; t.p randama ir Na.

Organinio pasaulio įtaka atmosferos sudėčiai; Fotosintezė. procesas, kurio metu saulės energija virsta chemine energija, kurią gali įsisavinti biota;, t.y. pasisavina CO2; ir atiduoda deguonį pasiimdama C ir sukombinuodama su H2 sukuria organinę medžiagą; Kad vyktų fotosintezė: 1) organizmai (bakterijos, vėliau augalai); 2) šviesa; 3) apsaugos ekranas nuo UV spinduliavimo;

Helio deficito ir padidinto argono koncentracijos atmosferoje priežastys. Kodėl Žemės atmosferoje argono yra žymiai daugiau, nei kitų inertinių dujų? Per ilgus amžius Žemės atmosferoje buvusios inertinės dujos išsisklaidė kosmose. Tik argono koncentracija ore išliko palyginti didelė. Taip yra todėl, kad atmosfera pastoviai pasipildo argonu. Jis susidaro skylant radioaktyviajam izotopui 40K. Helio atsargos irgi nuolat pasipildo, nes jis susidaro dėl radioaktyviųjų izotopų alfa skilimo. Helio molinė masė yra 10 kartų mažesnė už argono molinę masę, todėl helis greičiau išsisklaido kosmose.

Literatura

Geochemijos knyga

Join the Conversation

×
×