Химия твёрдых оболочек Земли Источники внутренней тепловой

Химия твёрдых оболочек Земли

Источники внутренней тепловой энергии Земли 1) распад радиоактивных элементов 2) гравитационная дифференциация с перераспределением материала по плотности в мантии и ядре, сопровождающаяся выделением теплоты.

Ядро Земли Источник , wt. % , wt% , ppm Allegre et al. , 1995 7. 35 79. 39 4. 87 2. 30 4. 10 5820 7790 2530 3690 Mc Donough, 2003 6. 0 85. 5 5. 20 1. 90 0 300 9000 2500 2000

Элем Концент рация Оксид Концентр ация 44, 8 21, 5 Si. O 2 46 22, 8 Mg. O 37, 8 5, 8 Fe. O 7, 5 2, 2 Al 2 O 3 4, 2 2, 3 Ca. O 3, 2 0, 3 Na 2 O 0, 4 0, 03 Сумм а K 2 O 0, 04 99, 7 Сумма 99, 1 Мантия Земли Астеносфера — (от др. -греч. asthees — слабый и др. греч. σφαῖρα) верхний пластичный слой верхней мантии Земли называемый также слой Гутенберга.

Дифференциация вещества мантии. Бародиффузионная дифференциация: (Mg 0, 9 Fe 0, 1)2 [Si. O 4] р (Mg 0, 9 Fe 0, 1 -x) 2 - 2 x [Si. O 4] 1 -x + x * Fe 2 [Si. O 4] х * Fe 2 [Si. O 4] P (2900 км) х * Fe 2 О (расплав) ↓ + х * Si. O 2 ↑ + x * O ↑ Флюидно-магматическая дифференциация: Флюиды: Н 2, СО, СН 4, СО 2, Н 2 О, Н 2 S и др. , легкоплавкие (К+, Na+ и др. ) Флюидно-метаморфическая (метасоматическая) дифференциация. (Mg 0, 9 Fe 0, 1) Ca [Si 2 O 6] + флюид (Mg 0, 9 Fe 0, 1 -x) Ca 1 -x [Si 2 O 6]1 -x+ х * Fe. O + х * Ca. O + 2 x * Si. O 2

Земна я кора — внешняя твёрдая оболочка Земли Франк Уиглсуорт Кларк (19. 03. 1847— 23. 05. 1931) — американский геохимик, член Академии искусств и наук (1911).

Гольдшмидт, Виктор Мориц (1888 — 1947) химик и геолог, один из основоположников геохимии и кристаллохимии. Придумал геохимическую классификации элементов, предложил закон изоморфизма. Выдвинул одну из первых теорий относительно состава и строения глубин Земли. Одним из первых рассчитал состав верхней континентальной коры

Го рные поро ды — природная совокупность минералов более или менее постоянного минералогического состава, образующая самостоятельное тело в земной коре. Минера л (фр. minéral, от позднелат. minera — руда) — природное тело с определённым химическим составом и кристаллической структурой, образующееся в результате природных физико-химических процессов и обладающее определёнными физическими, механическими и химическими свойствами.

Классификация минералов I. Раздел Самородные элементы II. Раздел Сульфиды, сульфосоли и им подобные соединения 1. класс Сульфиды и им подобные соединения 2. класс Сульфосоли III. Раздел Галоидные соединения (Галогениды) 1. класс Фториды 2. класс Хлориды, бромиды и иодиды IV. Раздел Оксиды и гидроксиды 1. класс Оксиды 2. класс Гидроксиды V. Раздел Кислородные соли (оксисоли) 1. класс Нитраты 2. класс Карбонаты 3. класс Сульфаты 4. класс Хроматы 5. Класс Вольфраматы и молибдаты 6. Класс Фосфаты, арсенаты и ванадаты 7. Класс Бораты 8. Класс Силикаты А. Островные силикаты. Б. Цепочечные силикаты. В. Ленточные силикаты. Г. Слоистые силикаты. Д. Каркасные силикаты. VI. Раздел Органические соединения

Классификация горных пород 1. магматические 2. осадочные 3. метаморфические

Подразделение магматических пород по их кислотности Название Содержание Si. O 2 Породы (примеры) Низко и некремнеземнистые < 30% окатыши, обогащенные флотационным метедом Ультраосновные 30 -45% , , , Основные 45 -53% , , , Средние 53 -64% , , , Кислые (кислотные) 64 -78% , , кварцевый порфир Ультракислые > 78 % , и др.

Типы земной коры Континентальный тип Океанский тип Субокеанский тип Субконтинентальный тип

Геодинамические процессы Эндогенные Экзогенные вызванные происходят на поверхности преимущественно Земли или на небольшой внутренними силами глубине в земной коре и Земли и происходящие обусловлены энергией в ее недрах. солнечного излучения, гравитационной силой и жизнедеятельностью организмов.

Дивергентные и конвергентные границы

Содержание элементов и веществ в магме главные (≥ 1%) – О, Si, Mg, Fe, Al, Ca, Na, K, H : второстепенные (n∙ 0, 1%) – Ti, , Mn, P, S, C, Cl, F и др. ; малые (≤ 0, 1%) – V, Cr, Ni, Co, Cu, Pb, Zn, Sn, W, Au, Ag, Mo, Bi, Ta, Nb, Li, Be, Pt и др. Летучие компоненты до 12 -15 вес. %: Н 2 О и СО 2. В меньших количествах присутствуют H 2, CO, F 2, Cl 2, HF, HCl, NH 3, CH 4, H 2 S, BO 3.

Магматическая дифференциация 1. Кристаллизационная дифференциация; 2. Гравитационная дифференциация; 3. Ликвация; 4. Флюидно-магматическая дифференциация.

Последовательность Боуэна Оливин (Mg, Fe)2 [Si. O 4] Ромбич. пироксен (Mg, Fe)2 [Si 2 O 6] Моноклин. пироксен (Mg, Fe) Ca [Si 2 O 6] Анортит Ca [Al 2 Si 2 O 8] Амфиболы Me 72+ [Si 4 O 11] 2 (OH)2 Биотит K(Mg, Fe)3 [Al Si 3 O 10] (OH)2 Альбит Na [Al. Si 3 O 8] К-полевой шпат K[Al Si 3 O 8] Кварц Si. O 2 Ликвация 2 Mg. Fe [Si. O 4] + 2 H 2 S → 2 Fe. S + Mg 2[Si 2 O 6] + 2 H 2 O

Флюидно- магматическая дифференциация флюидные компоненты магмы: H 2 O, CO 2, H 2, CО, F, Cl, H 2 S, B 2 O 3 Образующиеся комплексные ионы Na[Sn(F, OH)6]-, [Sn(F, OH)6]2 -, [W(F, OH)4]2+, [Mo. S 4]2 -, Pb. Cl 24 - , Pb. Cl 3 -, Zn. Cl 3 KCl, Na. Cl, Si(OH)4, Si. F 4.

Экзогенные (внешние) процессы Выветривание горных пород и минералов; Перенос продуктов выветривания; Накопление осадков; Диагенез; Катагенез; Метагенез.

Выветривание – это совокупность процессов механического и химического преобразования пород и минералов под действием экзогенных факторов (свободный кислород, вода и растворенные в ней вещества, колебания температуры и др. ) Главные реакции химического выветривания: гидролиз, окисление, карбонатизация: гидратация, 4 К[Al. Si 3 O 8] + 22 H 2 O + 4 CO 2 = Al 4[Si 4 O 10](OH)8 + 8 Si(OH)4 (8 Si. O 2*16 H 2 O (опал)) + 4 KHCO 3 Al 4[Si 4 O 10](OH)8+10 H 2 O = 4 Al(OH)3 + 4 Si(OH)4 (или 4 Si. O 2*8 H 2 O). 2 Fe. S 2+2 H 2 O+7 O 2=2 Fe. SO 4+2 H 2 SO 4; Fe. SO 4+H 2 O+O 2=Fe(OH)3+H 2 SO 4 Ca. Mg[Si 2 O 6] + 6 H 2 O+ 4 CO 2 = Ca (HСO 3)2 + Mg (HСO 3)2 + 2 * Si. O 2 * 4 H 2 O

Диагенез – это совокупность процессов, происходящих в осадке и превращающих его в породу. 1. Растворение некоторых компонент осадка: Са. СО 3 (раковина) + СО 2 + Н 2 О → Са(НСО 3)2 2. Окисление ОВ: 4 СН 2 О + SO 4 → H 2 S + 4 CO 2 + 3 H 2 или SO 2 -4 + 2 C 4 - + H 2 → 2 CO 2 + H 2 S 3. Восстановление химических элементов: 2 Fe 2 O 3 + C → 4 Fe. O + CO 2; Fe. O + 2 CO 2 + H 2 O → Fe(HCO 3)2 → Fe. CO 3 + CO 2 + H 2 O 4. Реакции химического выветривания. 5. Взаимодействие верхней части осадка (20 -30 см) с наддонной водой. 6. Образование аутигенных минералов в поровом пространстве. 7. Перераспределение вещества и образование конкреций.

Процессы метаморфизма Метаморфизм – это совокупность процессов минерального и структурно-текстурного преобразования пород в эндогенных условиях под действием повышенных температур, давлений и химически активных веществ (факторов метаморфизма). Источники повышенной температуры 1)кондуктивная теплопередача глубинного тепла; 2)инфильтрационный тепломассоперенос глубинными флюидами; 3)тепло магматических интрузий; 4)радиоактивный распад Поступление вещества: 1) из нижележащих пород коры и мантии в составе восходящих флюидов; 2) из магматических интрузий; 3) из пород, извлекаемые мигрирующими через них флюидами. Прогрессивный Регрессивный ↑Т ↓Т метаморфизм

метаморфизм контактовый катакластический региональный

Педосфера (от греч. Pedon — грунт, и sphaira — шар) — почвенная оболочка Земли.

Почва Шлиф почвенного агрегата под микроскопом

Состав почвенного воздуха: О 2 Н 2 СО 3↔Н 2 О+СО 2 СН 4 (+n. СН 2) Н 2 S Соединения N Формы воды в почве 1 — частица почвы; 2 — гравитационная вода; 3 — гигроскопическая вода; 4 — почвенный воздух с парами воды; 5 — плёночная вода; 6 — зона открытой капиллярной воды; 7 — капиллярнная вода; 8 — зона замкнутой капиллярной воды; 9 — уровень грунтовых вод; 10 — грунтовые воды.

Гумус Специфические гумусовые вещества — тёмноокрашенные органические соединения, входящие в состав гумуса и образующиеся в процессе гумификации растительных и животных остатков в почве. В составе гумусовых веществ имеются и гидрофобные, и гидрофильные группы. Гумусовые кислоты — класс высокомолекулярных органических азотсодержащих оксикислот с бензоидным ядром, входящих в состав гумуса и образующихся в процессе гумификации. Гуминовые кислоты (ГК) — группа тёмноокрашенных гумусовых кислот, растворимых в щелочах и нерастворимых в кислотах. Гиматомелановые кислоты (ГМК) — группа гумусовых кислот, растворимых в этаноле. Фульвокислоты (ФК) — группа гумусовых кислот, растворимых в воде, щелочах и кислотах. Гумин — органическое вещество, входящее в состав почвы, нерастворимое в кислотах, щелочах, органических растворителях.

Главные типы углеродных скелетов, идентифицированных в продуктах окисления гумусовых кислот

Схема строения гуминовой кислоты: по Драгунову Фрагмент фульвокислоты Фрагмент гуминовой кислоты: по Stivenson

Основные химические и физические характеристики плодородия почв: - содержание и состав гумуса, мощность гумусового слоя; - содержание доступных элементов питания; - показатели физических свойств почвы - плотность, агрегированность, полевая влагоемкость, водопроницаемость, аэрация; - морфологическое строение профиля почв - мощность пахотного горизонта и в целом гумусового профиля; - физико-химические свойства почв - реакция почвы, емкость поглощения, состав обменных катионов, степень насыщенности основаниями, уровень токсических веществ - подвижных форм алюминия и марганца, показатели солевого режима.

Классификация почв по кислотности: сильнокислые р. Н=3 -4; кислые р. Н=4 -5; слабокислые р. Н=5 -6; нейтральные р. Н=7; слабощелочные р. Н=7 -8; щелочные р. Н=8 -9; сильнощелочные р. Н=9 -11.

Поглотительная способность почвы