Hemijski sastav elemenata litosfere. Struktura i sastav litosfere

Litosfera je čvrsta ljuska Zemlje.

Uvod

Litosfera je važna za sve žive organizme koji žive na njenoj teritoriji.

Prije svega, ljudi, životinje, insekti, ptice itd. žive na kopnu ili unutar njega.

Drugo, ova školjka zemljine površine ima ogromne resurse koji su potrebni organizmima za hranu i život.

Treće, doprinosi funkcionisanju svih sistema, pokretljivosti kore, stijena i tla.

Šta je litosfera

Pojam litosfera sastoji se od dvije riječi - kamen i lopta ili kugla, što u doslovnom prijevodu s grčkog znači tvrda ljuska zemljine površine.

Litosfera nije statična, već je u stalnom pokretu, zbog čega ploče, stijene, resursi, minerali i voda daju organizmima sve što im je potrebno.

Gdje je litosfera

Litosfera se nalazi na samoj površini planete, ide unutar plašta, do takozvane astenosfere - plastičnog sloja Zemlje, koji se sastoji od viskoznih stijena.

Od čega se sastoji litosfera?

Litosfera ima tri međusobno povezana elementa, koji uključuju:

Kora (zemaljska);
Mantle;
Nukleus.

fotografija strukture litosfere

Zauzvrat, kora i najgornji dio plašta - astenosfera su čvrsti, a jezgro se sastoji od dva dijela - čvrstog i tekućeg. Unutar jezgra ima čvrste stijene, a izvana je okruženo tekućim tvarima. Sastav kore uključuje stijene koje su nastale nakon hlađenja i kristalizacije magme.

Sedimentne stijene nastaju na različite načine:

Kada se pijesak ili glina sruše;
Tokom hemijskih reakcija u vodi;
Organske stijene su nastale od krede, treseta, uglja;
Zbog promjena u sastavu stijena - u cijelosti ili djelomično.

Naučnici su otkrili da se litosfera sastoji od takvih važnih elemenata poput kiseonika, silicijuma, aluminijuma, gvožđa, kalcijuma, minerala. Prema svojoj građi, litosfera se dijeli na pokretnu i stabilnu, tj. platforme i presavijeni pojasevi.

Pod platformom se obično podrazumijevaju područja zemljine kore koja se ne pomiču, kao rezultat prisustva kristalne baze. To je ili granit ili bazalt. U sredini kontinenata obično se nalaze drevne platforme, a na rubovima - one koje su nastale kasnije, u takozvanom pretkambrijskom periodu.

Preklopljeni pojasevi su nastali nakon što su se međusobno sudarili. Kao rezultat takvih procesa nastaju planine i planinski lanci. Najčešće se nalaze na rubovima litosfere. Najstariji se može vidjeti u središtu kopna - ovo je Euroazija, ili uz same rubove, što je tipično za Ameriku (sjevernu) i Australiju.

Planine se stalno formiraju. Ako planinski lanac prolazi kroz tektonsku ploču, to znači da je nekada ovdje došlo do sudara ploča. U litosferi se izdvaja 14 ploča, što čini 90% cijele školjke. Postoje i veliki i mali tanjiri.

fotografija tektonskih ploča

Najveće tektonske ploče su Pacifička, Evroazijska, Afrička i Antarktička. Litosfera ispod okeana i kontinenata je drugačija. Konkretno, ispod prvog, školjka se sastoji od okeanske kore, gdje gotovo da nema granita. U drugom slučaju, litosfera se sastoji od sedimentnih stijena, bazalta i granita.

Granice litosfere

Karakteristike litosfere imaju različite obrise. Donje granice su zamagljene, što je povezano sa viskoznim medijem, visokom provodljivošću toplote i brzinom seizmičkog talasa. Gornja granica- ovo je kora i plašt, koji je dovoljno debeo, i može se mijenjati samo zbog plastičnosti stijene.

Funkcije litosfere

Čvrsta ljuska zemljine površine ima geološke i ekološke funkcije, koje određuju tok života na planeti. U njemu učestvuju podzemne vode, nafta, gasovi, polja od geofizičkog značaja, procesi, učešće različitih zajednica.

Među najvećim važne funkcije dodijeliti:

Resurs;
Geodinamika;
Geochemical;
Geofizička.

Funkcije se manifestuju pod uticajem prirodnih i veštačkih faktora, što je povezano sa razvojem planete, ljudskim aktivnostima i formiranjem različitih ekoloških sistema.

Litosfera je nastala u procesu postepenog oslobađanja tvari iz Zemljinog omotača. Slične pojave se još uvijek ponekad uočavaju na dnu oceana, zbog čega se pojavljuju plinovi i malo vode.
Debljina litosfere varira u zavisnosti od klime i prirodni uslovi. Dakle, u hladnim krajevima dostiže svoju maksimalnu vrijednost, au toplim krajevima ostaje na minimalnom nivou. Najgornji sloj litosfere je elastičan, dok je donji vrlo plastičan. Čvrsta ljuska Zemlje je stalno pod uticajem vode i vazduha, što izaziva vremenske uticaje. Fizički je kada se stijena raspadne, ali se njegov sastav ne mijenja; kao i hemijski – pojavljuju se nove supstance.
Zbog činjenice da se litosfera stalno kreće, mijenja se izgled planete, njen reljef, struktura ravnica, planina i niskih planina. Čovjek neprestano utiče na litosferu, a to učešće nije uvijek korisno, zbog čega ozbiljno zagađenješkoljke. Prije svega, to je zbog gomilanja smeća, upotrebe otrova i gnojiva, što mijenja sastav tla, tla i živih bića.

Litosfera se naziva gornja tvrda školjka Zemlja, koja se sastoji od zemljine kore i sloja gornjeg omotača koji leži ispod zemljine kore. Zaključak Litosfera se nalazi na dubinama od oko 100 km ispod kontinenata i oko 50 km ispod dna okeana. Gornji dio litosfera (ona u kojoj postoji život) - sastavni dio biosfere.

Zemljina kora se sastoji od magmatskih i sedimentnih stijena, kao i od metamorfnih stijena nastalih od oba.

Stijene su prirodni mineralni agregati određenog sastava i strukture, nastali kao rezultat geoloških procesa i koji se javljaju u zemljinoj kori u obliku samostalnih tijela. Sastav, struktura i uslovi pojave stijena određeni su karakteristikama geoloških procesa koji ih formiraju, a koji se odvijaju u određenom okruženju unutar zemljine kore ili na površini zemlje. U zavisnosti od prirode glavnih geoloških procesa, razlikuju se tri genetske klase stijena: sedimentne, magmatske i metamorfne.

Magmatski stijene su prirodni mineralni agregati koji nastaju kristalizacijom magme (silikatne, a ponekad i nesilikatne taline) u utrobi Zemlje ili na njenoj površini. Prema sadržaju silicijum dioksida, magmatske stijene se dijele na kisele (SiO 2 - 70-90%), srednje (SiO 2> oko 60%), bazične ( SiO 2 oko 50%) i ultrabazični (SiO 2 manje od 40%). Primjeri magmatskih stijena su vulkanska baza i granit.

Sedimentno stijene su one stijene koje postoje u termodinamičkim uvjetima karakterističnim za površinski dio zemljine kore, a nastaju kao rezultat ponovnog taloženja produkata vremenskih nepogoda i razaranja raznih stijena, kemijskih i mehaničkih padavina iz vode, vitalne aktivnosti organizama. , ili sva tri procesa istovremeno. Mnoge sedimentne stijene su najvažniji minerali. Primjeri sedimentnih stijena su pješčenici, koji se mogu smatrati akumulacijom kvarca, a samim tim i silicijum dioksida (SiO 2) i krečnjaci - koncentratori CaO. Minerali, najčešće sedimentne stijene uključuju kvarc (SiO 2), ortoklas (KalSi 3 O 8), kaolinit (A1 4 Si 4 O 10 (OH) 8), kalcit (CaCO 3), dolomit CaMg (CO 3) 2, itd.

Metamorfna nazvane pasmine, čije su glavne karakteristike ( mineralni sastav, struktura, tekstura) nastaju zbog procesa metamorfizma, dok se znakovi primarnog magmatskog porijekla djelimično ili potpuno gube. Metamorfne stijene su škriljci, granuliti, eklogiti itd. Tipični minerali za njih su liskun, feldspat i granat.

Supstanca zemljine kore sastoji se uglavnom od lakih elemenata (uključujući Fe), a elementi koji prate gvožđe u periodnom sistemu iznose samo delić procenta. Također se primjećuje da elementi s ravnomjernom vrijednošću atomske mase značajno prevladavaju: oni čine 86% ukupne mase zemljine kore. Treba napomenuti da je kod meteorita ovo odstupanje još veće i iznosi 92% u metalnim meteoritima i 98% u kamenim.

Prosječni hemijski sastav zemljine kore, prema različitim autorima, dat je u tabeli. 25:

Tabela 25

Hemijski sastav zemljine kore, mas. % (Gusakova, 2004)

Elementi i oksidi	Clark, 1924	Fugt, 1931	Goldschmidt, 1954	Poldervaatr, 1955	Jaroševski, 1971
SiO2	59,12	64,88	59,19	55,20	57,60
TiO2	1,05	0,57	0,79	1,6	0,84
Al2O3	15,34	15,56	15,82	15,30	15,30
Fe2O3	3,08	2,15	6,99	2,80	2,53
FeO	3,80	2,48	6,99	5,80	4,27
MNO	0,12	-	-	0,20	0,16
MgO	3,49	2,45	3,30	5,20	3,88
CaO	5,08	4,31	3,07	8,80	6,99
Na2O	3,84	3,47	2,05	2,90	2,88
K2O	3,13	3,65	3,93	1,90	2,34
P2O5	0,30	0,17	0,22	0,30	0,22
H2O	1,15	-	3,02	-	1,37
CO2	0,10	-	-	-	1,40
S	0,05	-	-	-	0,04
Cl	-	-	-	-	0,05
C	-	-	-	-	0,14

Njegova analiza nam omogućava da izvučemo sljedeće važne zaključke:

1) Zemljina kora se sastoji uglavnom od osam elemenata: O, Si, A1, Fe, Ca, Mg, Na, K; 2) preostalih 84 elementa čine manje od jednog procenta mase kore; 3) među najzastupljenijim elementima posebnu ulogu u zemljinoj kori ima kiseonik.

Posebna uloga kiseonika je u tome što njegovi atomi čine 47% mase kore i skoro 90% zapremine najvažnijih minerala koji formiraju stene.

Postoji niz geohemijskih klasifikacija elemenata. Trenutno se sve više širi geohemijska klasifikacija prema kojoj su svi elementi zemljine kore podijeljeni u pet grupa (tabela 26).

Tabela 26

Varijanta geohemijske klasifikacije elemenata (Gusakova, 2004)

litofilna - Ovo su rock elementi. Na vanjskom omotaču njihovih jona nalaze se 2 ili 8 elektrona. Litofilne elemente je teško svesti u elementarno stanje. Obično su povezani s kisikom i čine većinu silikata i aluminosilikata. Takođe se nalaze u obliku sulfata, fosfata, borata, karbonata i hadogenida.

Halkofilna elementi su elementi sulfidnih ruda. Na vanjskom omotaču njihovih jona nalazi se 8 (S, Se, Te) ili 18 (za ostale) elektrona. U prirodi se javljaju u obliku sulfida, selenida, telurida, kao iu prirodnom stanju (Cu, Hg, Ag, Pb, Zn, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Sn).

siderofilna elementi su elementi sa završenim elektronskim d- i f-ljuskama. Pokazuju specifičan afinitet za arsen i sumpor (PtAs 2, FeAs 2, NiAs 2 , FeS , NiS , MoS 2, itd.), kao i na fosfor, ugljenik, azot. Gotovo svi siderofilni elementi se također nalaze u izvornom stanju.

Atmophilic elementi su elementi atmosfere. Većina njih ima atome s ispunjenim elektronskim omotačima (inertni plinovi). Atmofilni takođe uključuju azot i vodonik. Zbog visokih jonizacionih potencijala, atmofilni elementi teško ulaze u spojeve sa drugim elementima i stoga su u prirodi (osim H) uglavnom u elementarnom (nativnom) stanju.

Biophilic elementi su elementi koji čine organske komponente biosfere (C, H, N, O, P, S). Od ovih (uglavnom) i drugih elemenata nastaju složeni molekuli ugljikohidrata, proteina, masti i nukleinskih kiselina. Prosječni hemijski sastav proteina, masti i ugljikohidrata dat je u tabeli. 27.

Tabela 27

Prosječni hemijski sastav proteina, masti i ugljikohidrata, mas. % (Gusakova, 2004)

Trenutno u raznih organizama instalirano preko 60 artikala. Elementi i njihova jedinjenja koja su potrebni organizmima u relativno velikim količinama često se nazivaju makrobiogeni elementi. Elementi i njihova jedinjenja, koji su, iako neophodni za život biosistema, potrebni u izuzetno malim količinama, nazivaju se mikrobiogeni elementi. Za biljke je, na primjer, važno 10 elemenata u tragovima: Fe, Mn, Cu, Zn, B, Si, Mo, C1, W, Co .

procesi vremenskih uslova

Površina zemljine kore je izložena atmosferi, što je čini podložnom fizičkim i hemijskim procesima. fizičko vremenske prilike je mehanički proces, usljed kojeg se stijena drobi na manje čestice bez značajnih promjena u hemijski sastav. Kada se ograničavajući pritisak kore ukloni podizanjem i erozijom, unutrašnja naprezanja unutar stijena ispod, omogućavajući proširenim pukotinama da se otvore. Ove pukotine se tada mogu razdvojiti zbog termičkog širenja (prouzrokovanog dnevnim temperaturnim fluktuacijama), širenja vode tokom procesa smrzavanja i djelovanja korijena biljaka. Drugi fizički procesi, kao što su glacijalna aktivnost, klizišta i abrazija pijeska, dodatno slabe i razgrađuju tvrde stijene. Ovi procesi su važni jer uvelike povećavaju površinu stijene koja je izložena hemijskim vremenskim utjecajima kao što su zrak i voda.

hemijsko trošenje uzrokovano vodom - posebno kiselom vodom - i plinovima, poput kisika, koji razgrađuju minerale. Neki od jona i jedinjenja originalnog minerala se uklanjaju sa rastvorom koji prodire kroz mineralne fragmente i hrani podzemne vode i reke. Fino zrnate čvrste materije mogu se isprati iz područja koje je istrošeno, ostavljajući hemijski izmenjene ostatke koji čine osnovu tla. Poznati su različiti mehanizmi hemijskog trošenja:

1. Raspuštanje. Najjednostavnija reakcija trošenje je otapanje minerala. Molekul vode je efikasan u razbijanju jonskih veza, poput onih koje povezuju jone natrijuma (Na +) i hlora (Cl-) u halitu (kamenoj soli). Rastvaranje halita možemo izraziti na pojednostavljen način, tj.

NaCl (tv) Na + (aq) + Cl - (aq)

2. Oksidacija. Slobodni kiseonik igra važnu ulogu u razgradnji supstanci u redukovanom obliku. Na primjer, oksidacija redukovanog željeza (Fe 2+) i sumpora (S) u uobičajenom sulfidu, piritu (FeS 2) dovodi do stvaranja jake sumporne kiseline (H 2 SO 4):

2FeS 2 (tv) + 7,5 O 2 (g) + 7H 2 O (l) 2Fe (OH) 3 (tv) + H 2 SO 4 (aq).

Sulfidi se često nalaze u muljevito-gliaceus stijenama, rudnim žilama i naslagama uglja. Prilikom razvoja ležišta rude i uglja u otpadnoj stijeni ostaje sulfid koji se akumulira na deponijama. Takve gomile kamenja imaju velike atmosferski izložene površine na kojima se oksidacija sulfida događa brzo i u velikim razmjerima. Osim toga, napušteni rudni radovi se brzo poplave podzemnim vodama. Formiranje sumporne kiseline čini drenažnu vodu iz napuštenih rudnika visoko kiselom (pH do 1 ili 2). Ova kiselost može povećati rastvorljivost aluminijuma i uzrokovati toksičnost za vodene ekosisteme. Mikroorganizmi su uključeni u oksidaciju sulfida, što se može modelirati brojnim reakcijama:

2FeS 2 (tv) + 7O 2 (g) + 2H 2 O (l) 2Fe 2+ + 4H + (aq) + 4SO 4 2- (aq) (oksidacija pirita), nakon čega slijedi oksidacija željeza do:

2Fe 2+ + O 2 (g) + 10H 2 O (l) 4Fe (OH) 3 (čvrsta) + 8H + (vodena)

Oksidacija - odvija se vrlo sporo pri niskim pH vrijednostima kiselih rudnih voda. Međutim, ispod pH 4,5, oksidaciju gvožđa kataliziraju Thiobacillus ferrooxidans i Leptospirillum. Oksidno željezo može dalje komunicirati s piritom:

FeS 2 (tv) + 14 Fe 3+ (aq) + 8H 2 O (l) 15 Fe 2+ (aq) + 2SO 4 2- (aq) + 16H + (aq)

Pri pH vrijednostima mnogo većim od 3, željezo(III) se taloži kao uobičajeni željezo(III) oksid, getit (FeOOH):

Fe 3+ (aq) + 2H 2 O (g) FeOOH + 3H + (aq)

Taloženi getit prekriva dno potoka i cigle u obliku karakterističnog žuto-narandžastog premaza.

Reducirani silikati željeza, kao što su neki olivini, pirokseni i amfiboli, također mogu biti podvrgnuti oksidaciji:

Fe 2 SiO 4 (tv) + 1 / 2O 2 (g) + 5H 2 O (l) 2Fe (OH) 3 (tv) + H 4 SiO 4 (aq)

Proizvodi su silicijeva kiselina (H 4 SiO 4) i koloidni željezov hidroksid, slaba baza koja, dehidrirana, daje niz željeznih oksida, na primjer Fe 2 O 3 (hematit - tamnocrvena), FeOOH (getit i lepidokrocit - žuta ili žuta) rđa). Česta pojava ovih oksida gvožđa ukazuje na njihovu nerastvorljivost u oksidacionim uslovima zemljine površine.

Prisustvo vode ubrzava oksidativne reakcije, o čemu svjedoči svakodnevno uočena pojava oksidacije metalnog željeza (rđe). Voda djeluje kao katalizator, oksidacijski potencijal ovisi o parcijalnom tlaku plina kisika i kiselosti otopine. Pri pH 7, voda u kontaktu sa zrakom ima Eh reda 810 mV, oksidacijski potencijal mnogo veći od onog potrebnog za oksidaciju obojenog željeza.

Oksidacija organske materije. Oksidaciju reducirane organske tvari u tlu kataliziraju mikroorganizmi. Bakterijski posredovana oksidacija mrtve organske materije u CO 2 je važna u smislu stvaranja kiseline. U biološki aktivnim tlima koncentracija CO 2 može biti 10-100 puta veća od očekivane u ravnoteži sa atmosferskim CO 2, što dovodi do stvaranja ugljične kiseline (H 2 CO 3) i H+ tokom njegove disocijacije. Da bismo pojednostavili jednadžbe, organska tvar je predstavljena generaliziranom formulom za ugljikohidrate, CH 2 O:

CH 2 O (tv) + O 2 (g) CO 2 (g) + H 2 O (l)

CO 2 (g) + H 2 O (g) H 2 CO 3 (aq)

H 2 CO 3 (aq) H + (aq) + HCO 3 - (aq)

Ove reakcije mogu sniziti pH vode tla sa 5,6 (vrijednost koja se uspostavlja u ravnoteži sa atmosferskim CO 2 ) na 4-5 Ovo je pojednostavljenje, jer se organska tvar tla (humus) ne razlaže uvijek u potpunosti do CO 2 . Međutim, proizvodi djelomične destrukcije imaju karboksilne (COOH) i fenolne grupe, koje nakon disocijacije daju H+ ione:

RCOOH (aq) RCOO - (aq) + H + (aq)

gdje R označava veliku organsku strukturnu jedinicu. Kiselina nakupljena tokom razgradnje organske materije koristi se za uništavanje većine silikata u procesu kisele hidrolize.

3. Hidroliza kiseline. Prirodne vode sadrže rastvorljive materije koje im daju kiselost - to su disocijacija atmosferskog CO 2 u kišnici, a delimično i disocijacija CO 2 tla sa stvaranjem H 2 CO 3, disocijacija prirodnog i antropogenog sumpordioksida (SO 2) sa formiranjem H 2 SO 3 i H 2 SO 4 . Reakcija između minerala i agenasa za odlaganje kiselosti obično se naziva kisela hidroliza. Odlaganje CaCO 3 pokazuje sljedeću reakciju:

CaCO 3 (tv) + H 2 CO 3 (aq) Ca 2+ (aq) + 2HCO 3 - (aq)

Kisela hidroliza jednostavnog silikata, kao što je olivin bogat magnezijem, forsterit, može se sažeti na sljedeći način:

Mg 2 SiO 4 (tv) + 4H 2 CO 3 (aq) 2Mg 2+ (aq) + 4HCO 3 - (aq) + H 4 SiO 4 (aq)

Imajte na umu da disocijacija H 2 CO 3 proizvodi jonizovani HCO 3 - , nešto jaču kiselinu od neutralnog molekula (H 4 SiO 4 ) koji nastaje tokom razgradnje silikata.

4. Odlaganje složenih silikata. Do sada smo razmatrali trošenje monomernih silikata (npr. olivina) koji se potpuno rastvaraju (kongruentno otapanje). Ovo pojednostavljuje hemijske reakcije. Međutim, prisustvo ostataka minerala sugerira da je nepotpuno otapanje češće. Pojednostavljena reakcija trošenja uz korištenje anortita bogatog kalcijem kao primjer:

CaAl 2 Si 2 O 8 (tv) + 2H 2 CO 3 (aq) + H 2 O (l) Ca 2+ (aq) + 2HCO 3 - (aq) + Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 (tv )

Čvrsti proizvod reakcije je kaolinit Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 , važan predstavnik minerala gline.

Seizmička istraživanja pokazuju da tokom potresa nastaju različiti seizmički valovi koji se šire u stijenama Zemlje različitim brzinama. Najbrži su primarni, ili P-talasi - šire se poput zvučnih valova, sa oscilacijama koje se poklapaju sa smjerom prostiranja (longitudinalni valovi). Najsporiji seizmički talasi, takozvani S-talasi, odn sekundarno, po prirodi oscilacija slični su lakim. Imaju oscilacije okomito na smjer širenja. Jugoslavenski geolog A. Mohorovichić je 1926. godine otkrio nagli porast brzina P i S talasa na dubini od oko 50 km. Ova linija razdvajanja se zove Mohorovićeva površina, ili, ukratko, Moho. zagađenje tla litosferom zbog vremenskih prilika

Zove se školjka čvrste litosfere koja leži iznad Moho površine zemljana kora, i moćna školjka koja leži ispod - mantle. Debljina kore ispod kontinenata je mnogo veća nego ispod okeana.

Zemljina kora se sastoji od magmatskih i sedimentnih stijena, kao i od metamorfnih stijena nastalih od oba.

Stijene su prirodni mineralni agregati određenog sastava i strukture, nastali kao rezultat geoloških procesa i koji se javljaju u zemljinoj kori u obliku samostalnih tijela. Sastav, struktura i uslovi pojave stijena određeni su karakteristikama geoloških procesa koji ih formiraju, a koji se odvijaju u određenom okruženju unutar zemljine kore ili na površini zemlje. U zavisnosti od prirode glavnih geoloških procesa, postoje tri genetska klasa stijene: sedimentne, magmatske i metamorfne.

Magmatski stijene su prirodni mineralni agregati koji nastaju kristalizacijom magme (silikatne, a ponekad i nesilikatne taline) u utrobi Zemlje ili na njenoj površini. Klasifikacija magmatskih stijena odražava postojanje dvije glavne grupe koje se razlikuju po uvjetima nastanka i pojave: plutonske (duboke) i vulkanske, nastale na površini Zemlje ili blizu nje. Prema sadržaju silicijum dioksida, magmatske stijene se dijele na kisele (SiO 2 - 70_90%), srednje (SiO 2 oko 60%), bazične (SiO 2 oko 50%) i ultrabazne (SiO 2 manje od 40%). Primjeri magmatskih stijena su vulkanska mafička stijena i granit (kisela plutonska stijena).

Sedimentno stijene su one stijene koje postoje u termodinamičkim uvjetima karakterističnim za površinski dio zemljine kore, a nastaju kao rezultat ponovnog taloženja produkata vremenskih nepogoda i razaranja raznih stijena, kemijskih i mehaničkih padavina iz vode, vitalne aktivnosti organizama. , ili sva tri procesa istovremeno. Mnoge sedimentne stijene su najvažniji minerali. Primjeri sedimentnih stijena su pješčenici, koji se mogu smatrati akumulacijom kvarca, a samim tim i silicijum dioksida (SiO 2) i krečnjaci - koncentratori CaO. Minerali najčešćih sedimentnih stijena uključuju kvarc (SiO 2), ortoklas (KAlSi 3 O 8), kaolinit (Al 4 Si 4 O 10 (OH) 8), kalcit (CaCO 3), dolomit CaMg (CO 3) 2 , itd.

Nanosi mulja, prašine i pijeska nastaju uglavnom zbog vremenskih uvjeta - uništavanja i promjene čvrste stijene. Ovi sedimenti se obično nose rijekama u okeane. AT morska voda potonu na dno, gdje se fizičkim procesima i kemijskim reakcijama pretvaraju u sedimentne stijene, koje na kraju ponovo postaju kopno, obično tokom formiranja planina.

Metamorfna nazivamo stijenama, čija su osnovna svojstva (mineralni sastav, struktura, tekstura) posljedica procesa metamorfizma, dok se znakovi primarnog magmatskog porijekla djelimično ili potpuno gube. Metamorfne stijene su škriljci, granuliti, eklogiti itd. Tipični minerali za njih su liskun, feldspat i granat. Stene koje prolaze kroz metamorfizam se transformišu, težeći hemijskoj ili fizičkoj ravnoteži sa novim temperaturnim i baroičkim uslovima. uslovima. Hemijske reakcije koje se odvijaju vođene su zakonima termodinamike. Dakle, reakcije negativne vrijednosti izobarično-izotermni potencijal (G) praćeni su oslobađanjem vodene pare zbog njene visoke entropije. Pravilna struktura metamorfnih kompleksa i opća korespondencija sastava mnogih metamorfnih stijena principima termodinamike potvrđuju da je za metamorfne stijene (iako ne uvijek) postignuta gotovo potpuna kemijska ravnoteža. Za većinu njih tipična je krupnozrnasta struktura (izuzetak su škriljci, rogovi itd.).

Prosječni hemijski sastav zemljine kore, prema različitim autorima, prikazan je u tabeli 1:

Tabela 1

Hemijski sastav zemljine kore, mas. %

Elementi i oksidi	Clark, 1924	Goldschmidt, 1954	Poldervaatr, 1955	Yaroshevsky. 1971

Njegova analiza nam omogućava da izvučemo sljedeće važne zaključke:

1) Zemljina kora se sastoji uglavnom od osam elemenata: O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K; 2) preostalih 84 elementa čine manje od jednog procenta mase kore; 3) među najzastupljenijim elementima posebnu ulogu u zemljinoj kori ima kiseonik.

Posebna uloga kiseonika je u tome što njegovi atomi čine 47% mase kore i skoro 90% zapremine najvažnijih minerala koji formiraju stene.

Postoji niz geohemijskih klasifikacija elemenata. Trenutno se sve više širi geohemijska klasifikacija prema kojoj su svi elementi zemljine kore podijeljeni u pet grupa: litofilni, halkofilni, siderofilni, atmofilni i biofilni (tablica 2).

tabela 2

Varijanta geohemijske klasifikacije elemenata

litofilna - Ovo su rock elementi. Na vanjskom omotaču njihovih jona nalaze se 2 ili 8 elektrona. Litofilne elemente je teško svesti u elementarno stanje.

Obično su povezani s kisikom i čine većinu silikata i aluminosilikata. Takođe se nalaze kao sulfati, fosfati, borati, karbonati i halogenidi.

Halkofilna elementi su elementi sulfidnih ruda. Na vanjskom omotaču njihovih jona nalazi se 8 (S, Se, Te) ili 18 (za ostale) elektrona.

U prirodi se javljaju u obliku sulfida, selenida, telurida, kao iu prirodnom stanju (Cu, Hg, Ag, Pb, Zn, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Sn).

siderofilna elementi su elementi sa kompletnim elektronskim d - i f-ljuske. Pokazuju specifičan afinitet za arsen i sumpor (PtAs 2 , FeAs 2 , NiAs 2 , FeS, NiS, MoS 2 itd.), kao i za fosfor, ugljenik i azot. Gotovo svi siderofilni elementi se također nalaze u nativnom stanju.

Atmophilic elementi su elementi atmosfere. Većina njih ima atome s ispunjenim elektronskim omotačima (inertni plinovi).

Atmofilni takođe uključuju azot i vodonik. Zbog visokih jonizacionih potencijala, atmofilni elementi teško ulaze u spojeve sa drugim elementima i stoga su u prirodi (osim H) uglavnom u elementarnom (nativnom) stanju.

Tabela 8

Prosječni hemijski sastav proteina, masti i ugljikohidrata, mas. %

Trenutno je u različitim organizmima pronađeno više od 60 elemenata. Elementi i njihova jedinjenja koja su potrebni organizmima u relativno velikim količinama često se nazivaju makrobiogeni elementi. Elementi i njihova jedinjenja, koji su, iako neophodni za život biosistema, potrebni u izuzetno malim količinama, nazivaju se mikrobiogeni elementi. Za biljke je, na primjer, važno 10 elemenata u tragovima: Fe, Mn, Cu, Zn, B, Si, Mo, Cl, W, Co. Prema funkciji, ovi elementi se mogu podijeliti u tri grupe:

1. Mn, Fe, Cl, Zn, V - neophodni za fotosintezu;
2. Mo, B, Fe - neophodni za metabolizam azota;
3. Mn, B, Co, Cu, Si - neophodni za druge metaboličke funkcije.

Svi ovi elementi, osim bora, potrebni su i životinjama. Osim toga, životinjama može biti potreban selen, hrom, nikl, fluor, jod, kalaj. Između makro- i mikroelemenata nemoguće je povući jasnu i identičnu granicu za sve grupe organizama. V.I.Vernadsky je pokazao da elementi koji su stalno prisutni u živim organizmima obavljaju dobro definirane vitalne funkcije. Njihov sadržaj u organizmima zavisi od hemije staništa, bioloških specifičnosti, ekoloških karakteristika organizma itd.

Važna komponenta litosfere su podzemne vode, oni daju značajan doprinos ukupnom bilans vode biosfere u celini. Nije slučajno što se podzemne vode nazivaju i hidrosferom, što ih naziva "podzemne hidrosfere". Budući da je riječ o podzemnim vodama, prirodno je da su njihovo prisustvo, svojstva, rasprostranjenost u velikoj mjeri determinisani svojstvima stijena, kao npr. poroznost, propusnost, kapacitet vlage, sadržaj vode. Formalno se sve stijene u odnosu na vodu mogu podijeliti na propusne i vodootporne. Međutim, na geološkoj skali prostora i vremena, vodootporne stijene ne postoje u prirodi. Čak i takve krute stijene kao što su bazalt i granit daju mikropukotine već uz neznatne seizmičke pokrete.

Voda u stijenama može biti u slobodnom i vezanom stanju. AT slobodna država u prostoru između čestica stijena, on se pokorava silama zemaljskog privlačenja (gravitacije) ili se djelomično zadržava u kapilarama stijene silama meniskusa. Slikovito, ovo se može uporediti sa vodom natopljenom sunđera.

U vezanom stanju, voda u stijenama može biti ili u filmu ili u adsorbiranom obliku, držeći se između zrna stijene adsorpcijskim silama. Govoreći o vezanoj vodi, treba imati na umu dva oblika njene povezanosti: fizički i hemijski vezanu. Hemijski vezana voda je takozvana voda kristalizacije. Snažno je povezan s kristalima minerala hemijskim silama i dio je minerala. Primjer bi bio plavi vitriol CuSO 4 * 5H 2 O. Fizički vezana voda, zauzvrat, može biti ili snažno vezana za stijene ili labavo vezana.

Čvrsto vezanu vodu drže fizički zakoni - ogromni pritisci u dubinama. Slabo vezana voda obavija čestice stijene. Ona poseduje povećan viskozitet, može se kretati vrlo sporo po površini čestica stijena, poput tekućine. Na ovu vodu ne utiče gravitacija, a smrzava se ne na nuli, već na minus 1,5°C. Količina fizički i hemijski vezanih voda u sastavu minerala ponekad može biti veoma značajna, dostižući 60 - 65 tež.%.

Važne karakteristike vezane za odnos stijena i vode su kapacitet vlage i gubitak vode.

kapacitet vlage naziva se sposobnost stijena da sadržavaju i drže određenu količinu vode. Gline imaju visok kapacitet vlage, fini pijesak ima prosjek, a šljunak slab. Kapacitet vlage ovisi o veličini čestica: što je njihova veličina manja, to je kapacitet vlage veći.

Prinos vode - Ovo je omjer količine vode koju stijena može dati prema ukupnom sadržaju vode u njoj. Ovdje je ovisnost inverzna: postotak gubitka vode je veći što su čestice stijene veće. Voda koja ispunjava pore, pukotine i šupljine stijena može biti u njima u sve tri faze - čvrstoj, tečnoj i plinovitoj, od kojih je prva najkarakterističnija za zone vječnog leda. Što se tiče pare, podzemna voda se može kondenzovati u tečnost i preći iz tečnosti u paru. Ona se seli iz oblasti sa visok krvni pritisak i temperatura u području sa njihovim nižim vrijednostima.

Kretanje gravitacionih podzemnih voda odvija se uglavnom na tri načina: fluktuacijom, difuzijom i filtracijom.

fluktuacija naziva se "infuzija" vode u bilo koju posudu u stijenama. Na primjer, u krečnjaku, kao rezultat ispiranja, na površini zemlje nastaju lijevci, koji se nastavljaju duboko u brojni sistem cijevi, kanala, kaverna i šupljina, ponekad čak i pećina. Kišnica i otopljena voda koja teče sa površine kroz ove lijeve će prodrijeti u stijene. Fluktuacija se javlja pretežno pod uticajem gravitacije.

Difuzija svodi se na kretanje rastvora podzemnih voda sa mesta sa većom koncentracijom na mesta sa nižom koncentracijom. Brzina ovog procesa, iako nije velika, ipak je zaista primjetna na geološkoj vremenskoj skali. Ovo bi također trebalo uključivati osmozu - sporo prodiranje jedne tekućine u drugu kroz polupropusne pregrade.

Filtracija- ovo je infiltracija vode kroz male pore stijene. Ovako kišnica prodire u pijesak. Filtracija se odvija pod uticajem gravitacije, a može se desiti iu pravcu pada pritiska i temperature. Pod uticajem pritiska stena i gasova, može teći i odozdo prema gore. Što se tiče brzine filtracije, ona je mnogo veća od brzine difuzije i ovisi o mnogim faktorima (poroznost stijene, viskozitet vodeni rastvor, gradijent pritiska itd.).

Hemijski sastav podzemnih voda

Podzemne vode su prirodno rješenje raznih mineralne soli i neka organska jedinjenja. Integrisani indikator sadržaja mineralnih materija je opšta mineralizacija voda-- zbir rastvorljivih materija izražen u miligramima po litru (mg/l) ili gramima po litru (g/l). Među otopljenim tvarima prevladavaju soli uobičajenih kiselina natrijuma, kalcija, magnezija. Ove soli određuju glavne pokazatelje hemije vode: tvrdoću, salinitet i alkalnost.

Tvrdoća vode određuje se uglavnom prisustvom kalcijum bikarbonata CaHCO 3 , sulfata i hlorida. Meke vode sadrže do 0,25 g / l soli, tvrde vode - više od 0,25 g / l.

Salinitet vode povezan je sa sadržajem sulfata i hlorida kalcijuma, magnezijuma, natrijuma - CaSO 4 , MgSO 4 , Na 2 SO 4 , CaCl 2 , MgCl 2 , NaCl. Alkalnost vode zavisi uglavnom od natrijum bikarbonata NaHCCX, a ponekad čak i od Na,CO. - soda. U hemijskoj klasifikaciji podzemnih voda razlikuju se tipovi prema dominantnim kationima, koji se zatim dijele na klase prema sadržaju kationa.

Hemijski sastav i temperatura formacijskih podzemnih voda se redovno mijenjaju kako se dubina njihovog pojavljivanja povećava.

Slatke vode sadrže soli manje od 0,5 g/l, slane od 1 do 3 g/l, slane vode - više od 50 g/l.

Posebnu grupu podzemnih voda čine takozvane mineralne vode. Imaju različitu mineralizaciju, ali je njihovo glavno svojstvo iscjeljujuće djelovanje. Među njima su najčešći bikarbonat-kalcijum-natrijum sa velikom količinom rastvorenog ugljen-dioksida (narzan Mineralnye Vody i Transcaucasia) vodonik sulfidnih voda(izvori Matseste), vode sa specifično rastvorljivim organska jedinjenja(izvori Ciscarpathia - Truskavets i drugi). Sve ove vode se razlikuju po temperaturnim karakteristikama i hladne su sa temperaturom od oko i ispod 20 °C, tople - od 20 do 37 °C, tople - od 37 do 42 °C i vrlo vruće - iznad 42 °C.

test pitanja

1. Vrste seizmičkih talasa.
2. Razlika između zemljine kore i plašta. Gdje je granica?
3. Šta su stijene?
4. Koja je razlika između kiselih, srednjih, bazičnih magmatskih stijena?
5. Analiza elemenata zemljine kore. Geohemijske klasifikacije elemenata.
6. Kao rezultat kojih procesa nastaju sedimentne stijene?
7. Koja je razlika između čvrsto vezane i slabo vezane vode?
8. Šta određuje kapacitet vlage i povrat vlage?

Litosfera je spoljašnji posebno jak omotač planete Zemlje, uglavnom od čvrste materije. Po prvi put, koncept "litosfere" definisao je naučnik J. Burrell. Sve do 60-ih godina prošlog vijeka pojam "zemljina kora" bio je sinonim za litosferu, vjerovalo se da je to isti koncept. Ali, kasnije su naučnici dokazali da litosfera uključuje i gornji sloj plašta, koji ima debljinu od nekoliko desetina kilometara. Karakterizira ga smanjenje viskoznosti tla i povećanje električne provodljivosti minerala. Ova okolnost omogućila je da se smatra da je litosfera prilično složena po sastavu i strukturi Zemljine ljuske.

U strukturi litosfere mogu se razlikovati i relativno mobilne platforme i stabilna područja. Interakcija žive i mineralne materije odvija se na površini, tj. u tlu. Nakon raspadanja organizama, ostaci prelaze u stanje humusa (černozem). Sastav tla uglavnom se sastoji od minerala, živih bića, plinova, vode i tvari organske prirode. Od minerala koji čine litosferu nastaju stene, kao što su:

magmatski;
sedimentni;
metamorfne stene.

Oko 96% strukture litosfere čine stijene. S druge strane, u sastavu stijena mogu se izdvojiti sljedeći minerali: granit, diarit i difuzivi čine 20,8% ukupnog sastava, dok gabro bazalti čine 50,34%. Škriljac čini 16,9%, ostalo su sedimentne stijene poput škriljaca i pijeska.

U hemijskom sastavu litosfere mogu se razlikovati sljedeći elementi:

Kiseonik, njegov maseni udeo u čvrstom omotaču Zemlje bio je 49,13%;
Aluminijum i silicijum su činili po 26%;
gvožđe je bilo 4,2%;
udio kalcijuma u litosferi je samo 3,25%;
natrijum, magnezijum, kalijum činili su oko 2,4% svaki;
neznatan udio u strukturi činili su elementi kao što su ugljik, titan, hlor i vodonik, čiji su se pokazatelji kretali od 1 do 0,2%.

Zemljina kora se sastoji uglavnom od raznih minerala koji su nastali pomoću magmatskih stijena. razne forme. Danas pojam "zemljine kore" uključuje očvrsnuti sloj zemljine površine, koji se nalazi iznad seizmičke granice. Po pravilu, granica je na različitim nivoima, gdje postoje oštre fluktuacije u očitanjima seizmičkih valova. Ovi talasi nastaju tokom raznih vrsta potresa. Naučnici razlikuju dva tipa zemljine kore: kontinentalnu i okeansku.

kontinentalne kore zauzima otprilike 45% zemljine površine, dok ima veću snagu od okeana. Pod debljinom planina, njegova dužina je 60-70 km. Kora se sastoji od bazalta, granita i sedimentnih slojeva.

okeanska kora tanji od kontinentalnog. Sastoji se od bazaltnog i sedimentnog sloja, plašt počinje ispod bazaltnog sloja. Po pravilu, topografija okeanskog dna ima složena struktura. Pored uobičajenih oblika reljefa, razlikuju se okeanski grebeni. Upravo na tim mjestima dolazi do formiranja bazaltnih slojeva iz plašta. Tokovi lave se formiraju u tačkama raseda koji prolaze duž centralnog dela grebena, koji služi za formiranje bazalta. U osnovi, grebeni se uzdižu iznad okeanskog dna nekoliko hiljada kilometara, zbog čega se zone grebena smatraju najnestabilnijim u smislu seizmičkih pokazatelja.

U čvrstoj ljusci Zemlje se stalno posmatraju hemijski procesi, tokom kojeg dolazi do razaranja stijena. Ovi procesi nastaju pod uticajem oštrih fluktuacija temperature, vode, kiseonika i padavina. Iz ovoga možemo zaključiti da je kemijska promjena u zemljinoj kori neraskidivo povezana s drugim ne manje važnim ljuskama zemlje. U pravilu se kemijske reakcije u litosferi odvijaju pod utjecajem komponenti drugih školjki. Većina procesa se odvija uz sudjelovanje vode, minerala, koji mogu djelovati kao komponente oksidacije ili redukcije u kemijskim reakcijama.

Hemijske reakcije u tlu

Zemlja je gornji sloj litosfera, predstave suštinsku ulogu u interakciji svih ljuski Zemlje. To je stanište mnogih živih bića, što nam omogućava da smatramo da je litosfera neraskidivo povezana sa biosferom. Zahvaljujući tlu, odvija se razmjena gasova atmosfere i zemljine kore, kao i atmosfere i hidrosfere. Karakteristika hemijskih reakcija u tlu je mogućnost istovremenog odvijanja bioloških, fizičkih i hemijskih procesa.
Osnova svih hemijskih reakcija u tlu su kiseonik i voda. Struktura humusa uključuje minerale kao što su kvarc, glina i krečnjak. karakteristična karakteristika tlo kao dio litosfere je da sadrži 92 hemijska elementa.

Zemlja se sastoji od mnogih hemijski elementi- kiseonik, azot, silicijum, gvožđe, itd. Kombinujući se jedni sa drugima, hemijski elementi formiraju minerale. Ukupno u prirodi postoji oko 2650 minerala, koji čine 3780 mineralnih varijeteta (tabela 4). Za njihovo definisanje i proučavanje, to je od velike važnosti fizička svojstva, koji uključuju izgled kristala, sjaj, boju minerala, boju mineralne osobine, prozirnost, tvrdoću, cijepanje, lom i specifičnu težinu.

Tabela 4

Kristalno-hemijski klark (prosječni sadržaji) raspodjela minerala u prirodi

Klasifikaciona grupa minerala	Procenat minerali dato grupe	Main formulacije minerali	OD okvirno računovodstvo hemijski sorte minerali
1. Native
2. Sulfidi
3. Kromati (hromirani spineli)
4. Volframati i molibdati

6. Silikati
7. Fosfati
8. Nitrati
9. Sulfati
10. Halogenidi
11. Yodates
12. Borati
13. Karbonati
14. Organska jedinjenja

Po izgledu, kristali se razlikuju izometrijskim oblicima, izduženim u jednom ili dva smjera.

Sjaj minerala dijeli se na stakleni, dijamantski, polumetalni, metalik, uljni, voštani, mat. Kod rudara

ribolov s paralelno vlaknastom strukturom ima svilenkasti sjaj (azbest, selenit, tigrovo oko), prozirne minerale sa slojevitom kristalnom strukturom - sedef sjaj (moskovit, gips, talk, itd.).

Boja minerala jedna je od najvažnijih karakteristika po kojima se minerali dijagnosticiraju. Izraz "boja linije" odnosi se na boju finog praha minerala, ako se povuče preko mat površine porculanske ploče.

Transparentnost je svojstvo tvari da propušta svjetlost. Po njemu se razlikuju prozirni, prozirni i neprozirni minerali.

Za procjenu tvrdoće usvojena je Mohsova skala koju predstavlja deset minerala, od kojih svaki svojim oštrim krajem grebe sve prethodne: talk - gips - kalcit - fluorit - apatit - ortoklas - kvarc - topaz - korund - dijamant.

Cijepanje je sposobnost kristala da se cijepa ili cijepa duž određenih kristalografskih ravnina paralelnih stvarnim ili mogućim plohama. Ovdje je usvojena petostepena skala cijepanja: vrlo savršena, savršena, srednja, nesavršena, vrlo nesavršena, koja se pretvara u konhoidnu frakturu, kao kod debelog stakla.

Specifična težina minerala varira od malih vrijednosti (2,1-2,5 t/m 3 za halit) do vrlo visokih vrijednosti (23 t/m 3 za osmički iridijum).

Na primjer, kvarc (8102) ima prizmatičan oblik kristala, staklast sjaj, bez cijepanja, konhoidalni lom, tvrdoća 7 bodova, specifična težina 2,65 g/cm 3 , nema karakteristike zbog velike tvrdoće; halit (br. C1) ima kockasti oblik kristala, tvrdoća 2 boda, specifična težina 2,1 g/cm 3, sjaj stakla, bela boja, boja linija je takođe bela, savršenog cepanja, slanog ukusa itd.

Većina minerala ima kristalnu strukturu. Oblik kristala za dati mineral je uvijek konstantan. Na primjer, kvarcni kristali imaju oblik prizme, halit ima oblik kocke, itd. Veličine minerala se kreću od mikroskopskih do gigantskih. Tako je na ostrvu Madagaskar pronađen kristal berila dužine 8 m i poprečnog presjeka 3 m. Njegova težina je skoro 400 tona.

Volumetrijsko odvajanje minerala Zemlje. Minerali se po porijeklu dijele na magmatsko, sedimentno, metamorfno, metasomatsko, kontaktno-pneumatolitičko i pneumatolitičko, hidrotermalno, egzogeno trošenje, organogeno porijeklo. Raspodjela minerala koji formiraju stijene u zemljinoj kori odgovara omjeru glavnih grupa stijena (tabela 5). U zemljinoj kori najčešće je oko 40-50 minerala koji se nazivaju kamenotvorni.

Postoji razne klasifikacije minerali: po porijeklu, obliku kristala itd. Ali najveća vrijednost za upotrebu

Minerali za industrijske svrhe imaju svoju hemijsku klasifikaciju. Većina minerala se sastoji od dva ili više hemijskih elemenata. Neki minerali su formirani jednim hemijskim elementom. Sadržaj hemijskih elemenata u mineralu može se utvrditi po njegovoj hemijskoj formuli.

Tabela 5

Rasprostranjenost minerala koji formiraju stijene u zemljinoj kori