Скачать презентацию Геология космохимия Геохимия Химия биогеохимия  Геохимия — Скачать презентацию Геология космохимия Геохимия Химия биогеохимия Геохимия —

геохимия_1.ppt

  • Количество слайдов: 30

Геология космохимия Геохимия Химия биогеохимия Геология космохимия Геохимия Химия биогеохимия

Геохимия — наука о химическом составе Земли и планет (космохимия), законах распределения элементов и Геохимия — наука о химическом составе Земли и планет (космохимия), законах распределения элементов и изотопов, процессах формирования горных пород, почв и природных вод. Геохимия как самостоятельная наука была создана: Ф. У. Кларком, В. И. Вернадским, А. Е. Ферсманом, В. М. Гольдшмидтом и А. П. Виноградовым. Важнейшие задачи геохимии 1. Определение относительной и абсолютной распространённости элементов и изотопов в Земле и на её поверхности. 2. Изучение распределения и перемещения элементов в различных частях Земли (коре, мантии, гидросфере и т. д. ) для выяснения законов и причин неравномерного распределения элементов. 3. Анализ распределения элементов и изотопов в космосе и на планетах Солнечной системы (космохимия). 4. Изучение геологических процессов и веществ, производимых живыми или вымершими организмами (биогеохимия).

1. Рентгено-флуоресцентный анализ (РФА, XRF) В настоящее время наиболее широко используемый метод для определения 1. Рентгено-флуоресцентный анализ (РФА, XRF) В настоящее время наиболее широко используемый метод для определения главных и редких элементов в породах. Можно определить до 80 элементов при широком ряде концентраций от 100% до первых г/т. 2. Атомно-абсорбционная спектрометрия (ААС) Высокая чувствительность, но не высокая производительность, не может сравнится с РФА и ІСР-MS. 3. Нейтронно-активационный анализ - инструментальный нейтронно-активационный анализ (ИНАА) - радиохимический нейтронно-активационный анализ (НАА) 4. Гамма-спектрометрия Измерение естественной радиоактивности трех элементов U, Th, K. С помощью детектора измеряется характерное излучение каждого элемента. 5. Эмиссионная спектрометрия с индуктивно связанной плазмой (IСР-MS) Относительно новый вид анализа, в принципе могут быть определены все элементы. 6. Масс-спектрометрия В различной форме это наиболее эффективный метод определения изотопных отношений. - Масс-спектрометрия с изотопным разбавлением - Масс-спектрометрия с индуктивносвязанной плазмой ІСР-MS 7. Электронно-микропробный (микрозондовый анализ) Определение петрогенных элементов в единичных малых зернах минералов. По принципу аналогичен рентгено-флуоресцентному методу, но образец возбуждается потоком электронов. 8. Ион-микропробный анализ (ионный зонд) Применяется для определения редких элементов и изотопов.

Геосферы 1) литосфера, или твердая часть земной коры; 2) гидросфера — прерывистая водная оболочка Геосферы 1) литосфера, или твердая часть земной коры; 2) гидросфера — прерывистая водная оболочка земной коры; 3) атмосфера — газообразная внешняя оболочка земной коры и земного шара в целом. Говоря об окружающей человека среде, обычно выделяют четыре геохимические системы, являющиеся ее составными частями: 1) воздушную; 2) водную, 3) почвенную; 4) горных пород поверхности литосферы.

1. Все доступное для исследования вещество состоит из одних и тех же химических элементов; 1. Все доступное для исследования вещество состоит из одних и тех же химических элементов; их количественные соотношения (распространенность), в пределах порядка величины, практически одинаковы (Вернадский, 1926). 2. Распространенность химических элементов в природе подчиняется следующим основным эмпирическим правилам: -распространенность уменьшается с ростом заряда ядра; - зависимость распространенности элементов от заряда ядра имеет две ветви - крутую для легких элементов (до Cu, Zn) и значительно более пологую для более тяжелых; - четные химические элементы распространены больше, чем их нечетные соседи (правило Оддо-Гаркинса) (исключения - H, He, а также Li, Be, B); - наблюдаются отчетливые максимумы на кривой распространенности элементов группы Fe (Cr, Mn, Fe, Co, Ni), а также менее выраженные в области Xe-Ba, Pt и Pb; - наблюдается резко пониженная распространенность Li, Be, B. 3. Космическая распространенность химических элементов определяется стабильностью ядер атомов (Вернадский, 1921, Goldschmidt, 1930). 4. Химические элементы образуются в ходе ядерных процессов (процессов нуклеосинтеза), протекающих на разных стадиях эволюции Вселенной. 5. Солнце как звезда второго поколения, принадлежащая к Главной последовательности, может Служить хорошим представителем основной массы видимого вещества Вселенной.

Классификация метеоритов Класс Общее число Число падений % падений Хондриты 14908 791 85. 2 Классификация метеоритов Класс Общее число Число падений % падений Хондриты 14908 791 85. 2 Ахондриты 606 77 8. 3 Железо-каменные 116 12 1. 3 Железные 865 48 5. 2 16495 928 100. 0 Каменные: Всего

1. Самым распространенным типом метеоритов являются хондриты, которые отличаются комплексом химических и структурных признаков, 1. Самым распространенным типом метеоритов являются хондриты, которые отличаются комплексом химических и структурных признаков, заставляющих считать их вещество примитивным, не прошедшим стадии планетной дифференциации. 2. Особое место среди хондритов занимают CI-хондриты, атомная распространенность всех, кроме сильно летучих (H, He, Ne, Ar, Kr, Xe), элементов в них тождественна солнечной; это позволяет рассматривать вещество CI-хондритов образцом нелетучей фракции протопланетного вещества Солнечной системы. 3. Формирование твердых фаз протопланетного вещества Солнечной системы сопровождалось фракционированием химических элементов. 4. Итогом космохимической эволюции протопланетного вещества является формирование четырех типов фаз - газообразной и трех твердых: кислородных соединений (силикатов и окислов), сульфидов ( троилит и более редкие сульфиды) и металла. Варьируя пропорции этих фаз в составе планет Солнечной системы, можно построить модели их внутреннего строения. 5. Данные по изотопному составу Pb, W и Os в металлической фазе и троилите железных метеоритов показывают, что разделение на фазы произошло уже во время формирования твердой фракции протопланетного вещества 4. 55 млрд. лет назад. 6. Основной процесс, который привел к формированию твердой фракции протопланетного вещества, сопровождался фракционированием химических элементов по летучести; ничтожная распространенность на Земле и других телах земного типа сильно летучих тяжелых (Ne-Xe) благородных газов служит доказательством формирования планет земной группы в результате аккреции твердой компоненты протопланетного облака.

Различные атомы известных химических элементов по своему составу характеризуются определенным сочетанием ядерных частиц или Различные атомы известных химических элементов по своему составу характеризуются определенным сочетанием ядерных частиц или нуклонов, для которых общеприняты обозначения Z, N, А. Число Z – это порядковый номер элемента в периодической системе. Оно равно числу протонов в ядре или же числу орбитальных электронов у нейтрального атома. N – число нейтронов в ядре, изменяется от 1 до > 150 (изотопы трансурановых элементов). А – полное число нуклонов в ядре называется массовым числом. Очевидно, что между величинами А, N и Z существуют простые соотношения: A=Z+N N=A–Z Z=A-N Разность N – Z представляет избыток нейтронов. Атомы данного элемента с одинаковым числом протонов в ядре Z, занимающие, одну и ту же клетку в таблице Д. И. Менделеева, называются изотопами. Изотопы одного и того же элемента имеют разное число нейтронов N. Атомы с одинаковым массовым числом А, но разными N и Z, называются изобарами. Атомы с одинаковым N, но различным А и Z, называются изотонами. Атомы с одинаковым составом ядра могут находиться в различном энергетическом состоянии и в этом случае мы имеем дело с изомерами.

Изотопный анализ пород построен на исследовании различных изотопных систем и измерении содержания в них Изотопный анализ пород построен на исследовании различных изотопных систем и измерении содержания в них того или иного изотопа. Изотопная геология – самостоятельный и очень важный раздел геологии и геохимии. Альфа-частиа состоит из двух нейтронов и двух протонов. Таким образом, если материнский нуклид характеризуется числами Z, N и А, то в дочернем нуклиде мы будем иметь Z – 2, N – 2 и, следовательно, А 1 = (Z – 2) + (N – 2) = А – 4. В результате такого распада, из 147 Sm 62 образуется стабильный изотоп неодима 143 Nd 60, у которого заряд (Z) больше на два, а массовое число – на четыре. Электронный захват – это реакция взаимодействия орбитального электрона и протона ядра, при котором образуется нейтрон и нейтрино. Таким образом, количество протонов (Z) уменьшается на единицу, а количество нейтронов (N) увеличивается на единицу и число А остается без изменения (например, 40 K 19 в 40 Ar 18). Бета-распад – это превращение нейтрона в протон и электрон с последующим выбрасыванием электрона из ядра. Таким образом, при бета-распаде количество нейтронов уменьшается на единицу, а количество протонов возрастает на единицу. Следовательно, порядковый номер дочернего изотопа (Z) возрастает на единицу, а массовое число (A) остается без изменения (например, 40 K 19 преобразуется в 40 Ca 20).

Рубидий имеет 2 природных изотопа – 85 Rb и 87 Rb с распространенностью 72, Рубидий имеет 2 природных изотопа – 85 Rb и 87 Rb с распространенностью 72, 2 % и 27, 8 % соответственно. 87 Rb радиоактивен и распадается с образованием стабильного 87 Sr путем испускания отрицательной бета-частицы. Стронций имеет четыре стабильных изотопа (88 Sr, 87 Sr, 86 Sr и 84 Sr). Их распространенность составляет соответственно около 82. 53, 7. 04, 9. 87 и 0. 56 %. В основе Rb-Sr метода лежит β-распад 87 Rb, который превращается в 87 Sr с периодом полураспада 48, 8 109 лет.

Природный уран состоит из двух радиоактивных материнских изотопов 235 U и 238 U, период Природный уран состоит из двух радиоактивных материнских изотопов 235 U и 238 U, период полураспада которых укладывается в рамки геологической шкалы.

Для датирования может быть использован любой U-Th-содержащий минерал, например монацит, апатит, ксенотим, алланит, уранинит Для датирования может быть использован любой U-Th-содержащий минерал, например монацит, апатит, ксенотим, алланит, уранинит или торит. Для определения возраста используется также анализ U, Th и РЬ по породе в целом. Однако наиболее часто применяемым минералом в U-Pb методе до сих пор остается циркон.

Большинство встречающихся в природе элементов имеет несколько стабильных изотопов. Однако в геохимии стабильных изотопов Большинство встречающихся в природе элементов имеет несколько стабильных изотопов. Однако в геохимии стабильных изотопов реально используются только такие элементы, как Н, С, N, О и S. Эти элементы часто являются важными составляющими флюидов, что позволяет давать характеристику последних, а также оценивать эффекты взаимодействия флюид — порода. Кроме того, стабильные изотопы можно использовать в качестве индикаторов первичных источников элементов, для палеотермометрии, а также для изучения механизмов диффузии и характера реакций в геологических процессах. Отношение стабильных изотопов измеряется по отношению к стандарту и выражается в частях на 1000 (промилле, ‰). Это отношение обозначается величиной δ (дельта). Например, для кислорода это отношение определяется следующим образом: т. е. , значение δ, равное +10 будет означать, что образец обогащен изотопом 18 О по отношению к стандарту на 1 %.

В природе встречаются четыре стабильных изотопа серы, которые распределяются следующим образом: 32 S = В природе встречаются четыре стабильных изотопа серы, которые распределяются следующим образом: 32 S = 95, 02 %; 33 S = 0, 75 %; 34 S = 4, 21 %; 36 S = 0, 02 %. Отношение между двумя самыми распространенными изотопами 34 S/32 S рассчитывается аналогично кислороду. Выделяются три изотопно различных источника 34 S: 1) сера мантийного происхождения со значениями δ 34 S от 0 до 3 ‰; 2) сера морской воды со значением изотопного отношения около 20 ‰, однако это значение не было постоянным во времени; 3) сильно восстановленная (осадочная) сера с отрицательными значениями изотопного отношения.