Kemična sestava elementov litosfere. Struktura in sestava litosfere

Litosfera je trdna lupina Zemlje.

Uvod

Litosfera je pomembna za vse žive organizme, ki živijo na njenem ozemlju.

Najprej na kopnem ali v njem živijo ljudje, živali, žuželke, ptice itd.

Drugič, ta lupina zemeljsko površje ima ogromne vire, ki jih organizmi potrebujejo za hrano in življenje.

Tretjič, prispeva k delovanju vseh sistemov, mobilnosti lubja, kamnin in zemlje.

Kaj je litosfera

Izraz litosfera je sestavljen iz dveh besed - kamen in krogla ali krogla, kar dobesedno prevedeno iz grščine pomeni trda lupina zemeljske površine.

Litosfera ni statična, ampak je v stalnem gibanju, zato plošče, kamnine, viri, minerali in voda zagotavljajo organizmom vse, kar potrebujejo.

Kje je litosfera

Litosfera se nahaja na sami površini planeta, gre znotraj plašča, v tako imenovano astenosfero - plastično plast Zemlje, sestavljeno iz viskoznih kamnin.

Iz česa je sestavljena litosfera?

Litosfera ima tri med seboj povezane elemente, ki vključujejo:

Lubje (zemeljsko);
Plašč;
Jedro.

fotografija strukture litosfere

Po drugi strani sta skorja in zgornji del plašča - astenosfera trdna, jedro pa je sestavljeno iz dveh delov - trdnega in tekočega. V notranjosti jedra so trdne kamnine, zunaj pa je obdano s tekočimi snovmi. Sestava skorje vključuje kamnine, ki so nastale po ohlajanju in kristalizaciji magme.

Sedimentne kamnine nastajajo na različne načine:

Ko se zruši pesek ali glina;
Med potekom kemičnih reakcij v vodi;
Organske kamnine so nastale iz krede, šote, premoga;
Zaradi sprememb v sestavi kamnin – v celoti ali delno.

Znanstveniki so ugotovili, da je litosfera sestavljena iz takih pomembne elemente kot so kisik, silicij, aluminij, železo, kalcij, minerali. Po zgradbi delimo litosfero na gibljivo in stabilno, tj. platforme in zloženi pasovi.

Pod platformo je običajno razumeti območja zemeljske skorje, ki se ne premikajo zaradi prisotnosti kristalne baze. To je granit ali bazalt. V sredini celin se običajno nahajajo starodavne ploščadi, na robovih pa tiste, ki so nastale pozneje, v tako imenovanem predkambrijskem obdobju.

Zloženi pasovi so nastali, ko so trčili drug ob drugega. Kot rezultat takih procesov nastanejo gore in gorovja. Najpogosteje se nahajajo na robovih litosfere. Najstarejše je mogoče videti v središču celine - to je Evrazija ali na samih robovih, kar je značilno za Ameriko (Severno) in Avstralijo.

Gore nenehno nastajajo. Če gre gorovje skozi tektonsko ploščo, potem to pomeni, da je tu nekoč prišlo do trka plošč. V litosferi se razlikuje 14 plošč, kar je 90% celotne lupine. Obstajajo tako veliki kot majhni krožniki.

fotografija tektonskih plošč

Največje tektonske plošče so pacifiška, evrazijska, afriška in antarktična. Litosfera pod oceani in celinami je drugačna. Zlasti pod prvim je lupina sestavljena iz oceanske skorje, kjer granita skoraj ni. V drugem primeru je litosfera sestavljena iz sedimentnih kamnin, bazalta in granita.

Meje litosfere

Značilnosti litosfere imajo različne obrise. Spodnje meje so zabrisane, kar je povezano z viskoznim medijem, visoko toplotno prevodnostjo in hitrostjo seizmičnega valovanja. Zgornja meja- to je skorja in plašč, ki sta dovolj debela in se lahko spreminjata le zaradi plastičnosti kamnine.

Funkcije litosfere

Trdna lupina zemeljskega površja ima geološke in ekološke funkcije, ki določajo potek življenja na planetu. Pri tem sodelujejo podzemne vode, nafta, plini, polja geofizikalnega pomena, procesi, sodelovanje različnih skupnosti.

Med najbolj pomembne funkcije dodeliti:

vir;
Geodinamični;
Geokemični;
Geofizikalni.

Funkcije se manifestirajo pod vplivom naravnih in umetnih dejavnikov, ki so povezani z razvojem planeta, človeškimi dejavnostmi in oblikovanjem različnih ekoloških sistemov.

Litosfera je nastala v procesu postopnega sproščanja snovi iz zemeljskega plašča. Podobne pojave še vedno včasih opazimo na dnu oceana, zaradi česar se pojavijo plini in malo vode.
Debelina litosfere se spreminja glede na podnebje in naravne razmere. Torej v hladnih regijah doseže največjo vrednost, v toplih regijah pa ostane na minimalni ravni. Zgornja plast litosfere je elastična, spodnja pa zelo plastična. Trdna lupina Zemlje je nenehno pod vplivom vode in zraka, kar povzroča preperevanje. Fizično je, ko kamnina razpade, vendar se njena sestava ne spremeni; pa tudi kemična – pojavijo se nove snovi.
Zaradi stalnega gibanja litosfere se spreminja videz planeta, njegov relief, struktura ravnic, gora in nizkih gora. Človek nenehno vpliva na litosfero in to sodelovanje ni vedno koristno, zaradi česar resno onesnaženješkoljke. Najprej je to posledica kopičenja smeti, uporabe strupov in gnojil, kar spreminja sestavo prsti, tal in živih bitij.

Litosfera se imenuje zgornja trda lupina Zemlja, sestavljena iz zemeljske skorje in plasti zgornjega plašča, ki leži pod zemeljsko skorjo. Spodnja črta Litosfera se izvaja v globinah približno 100 km pod celinami in približno 50 km pod oceanskim dnom. Zgornji del litosfera (tista, kjer obstaja življenje) – sestavni del biosfere.

Zemeljsko skorjo sestavljajo magmatske in sedimentne kamnine ter metamorfne kamnine, ki nastanejo iz obeh.

Kamnine so naravni mineralni agregati določene sestave in strukture, ki nastanejo kot posledica geoloških procesov in se pojavljajo v zemeljski skorji v obliki samostojnih teles. Sestava, struktura in pogoji pojavljanja kamnin so določeni s posebnostmi geoloških procesov, ki jih tvorijo, ki se pojavljajo v določenem okolju znotraj zemeljske skorje ali na zemeljskem površju. Glede na naravo glavnih geoloških procesov ločimo tri genetske razrede kamnin: sedimentne, magmatske in metamorfne.

Magnetski kamnine so naravni mineralni agregati, ki nastanejo pri kristalizaciji magm (silikatnih in včasih nesilikatnih talin) v drobovju Zemlje ali na njenem površju. Glede na vsebnost silicijevega dioksida delimo magmatske kamnine na kisle (SiO 2 - 70-90 %), srednje (SiO 2> okoli 60 %), bazične ( SiO 2 okoli 50 %) in ultrabazični (SiO 2 manj kot 40 %). Primeri magmatskih kamnin so vulkanske osnovne kamnine in granit.

Sedimentni kamnine so tiste kamnine, ki obstajajo v termodinamičnih pogojih, značilnih za površinski del zemeljske skorje, in nastanejo kot posledica ponovnega odlaganja produktov preperevanja in uničenja različnih kamnin, kemičnih in mehanskih padavin iz vode, vitalnega delovanja organizmov ali vsi trije procesi hkrati. Številne sedimentne kamnine so najpomembnejši minerali. Primeri sedimentnih kamnin so peščenjaki, ki jih lahko obravnavamo kot kopičenje kremena in s tem koncentratorje kremena (SiO 2), in apnenci - koncentratorji CaO. Minerali, najpogostejše sedimentne kamnine, so kremen (SiO 2), ortoklaz (KalSi 3 O 8), kaolinit (A1 4 Si 4 O 10 (OH) 8), kalcit (CaCO 3), dolomit CaMg (CO 3) 2, itd.

Metamorfna imenovane pasme, katerih glavne značilnosti ( mineralna sestava, struktura, tekstura) so posledica procesov metamorfizma, medtem ko so znaki primarnega magmatskega izvora delno ali popolnoma izgubljeni. Metamorfne kamnine so skrilavci, granuliti, eklogiti itd. Tipični minerali zanje so sljuda, glinenec in granat.

Snov zemeljske skorje je sestavljena predvsem iz lahkih elementov (vključno z Fe), elementov, ki sledijo železu v periodnem sistemu, pa je le delčkov odstotka. Opozoriti je treba tudi, da bistveno prevladujejo elementi z enakomerno vrednostjo atomske mase: tvorijo 86% celotne mase zemeljske skorje. Opozoriti je treba, da je pri meteoritih to odstopanje še večje in znaša pri kovinskih meteoritih 92 %, pri kamnitih pa 98 %.

Povprečna kemična sestava zemeljske skorje je po različnih avtorjih podana v tabeli. 25:

Tabela 25

Kemična sestava zemeljske skorje, mas. % (Gusakova, 2004)

Elementi in 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 omogoča, da naredimo naslednje pomembne zaključke:

1) zemeljska skorja je sestavljena predvsem iz osmih elementov: O, Si, A1, Fe, Ca, Mg, Na, K; 2) preostalih 84 elementov predstavlja manj kot en odstotek mase skorje; 3) med najpogostejšimi elementi pripada posebna vloga v zemeljski skorji kisiku.

Posebna vloga kisika je v tem, da njegovi atomi sestavljajo 47 % mase skorje in skoraj 90 % prostornine najpomembnejših kamenotvornih mineralov.

Obstaja več geokemičnih klasifikacij elementov. Trenutno se vse bolj uveljavlja geokemijska klasifikacija, po kateri so vsi elementi zemeljske skorje razdeljeni v pet skupin (tabela 26).

Tabela 26

Različica geokemijske klasifikacije elementov (Gusakova, 2004)

litofilni - To so skalni elementi. Na zunanji lupini njihovih ionov je 2 ali 8 elektronov. Litofilne elemente je težko reducirati v elementarno stanje. Običajno so povezani s kisikom in sestavljajo večino silikatov in aluminosilikatov. Najdemo jih tudi v obliki sulfatov, fosfatov, boratov, karbonatov in hadogenidov.

Halkofilna elementi so elementi sulfidnih rud. Na zunanji lupini njihovih ionov je 8 (S, Se, Te) ali 18 (pri ostalih) elektronov. V naravi se pojavljajo v obliki sulfidov, selenidov, teluridov, pa tudi v samorodnem stanju (Cu, Hg, Ag, Pb, Zn, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Sn).

siderofilni elementi so elementi z zaključenimi elektronskimi d- in f-lupinami. Kažejo specifično afiniteto za arzen in žveplo (PtAs 2, FeAs 2, NiAs 2). , FeS , NiS , MoS 2 itd.), kot tudi na fosfor, ogljik, dušik. Skoraj vse siderofilne elemente najdemo tudi v naravnem stanju.

Atmofilno elementi so elementi ozračja. Večina jih ima atome z zapolnjenimi elektronskimi lupinami (inertni plini). Atmofilna sta tudi dušik in vodik. Zaradi visokih ionizacijskih potencialov atmofilni elementi le stežka prehajajo v spojine z drugimi elementi in so zato v naravi (razen H) večinoma v elementarnem (nativnem) stanju.

Biofilna elementi so elementi, ki sestavljajo organske sestavine biosfere (C, H, N, O, P, S). Iz teh (večinoma) in drugih elementov nastanejo kompleksne molekule ogljikovih hidratov, beljakovin, maščob in nukleinskih kislin. Povprečna kemična sestava beljakovin, maščob in ogljikovih hidratov je podana v tabeli. 27.

Tabela 27

Povprečna kemična sestava beljakovin, maščob in ogljikovih hidratov, mas. % (Gusakova, 2004)

Trenutno v razni organizmi nameščenih več kot 60 elementov. Elemente in njihove spojine, ki jih organizmi potrebujejo v relativno velikih količinah, pogosto imenujemo makrobiogeni elementi. Elemente in njihove spojine, ki so sicer nujni za življenje biosistemov, a potrebni v izjemno majhnih količinah, imenujemo mikrobiogeni elementi. Za rastline je na primer pomembnih 10 elementov v sledovih: Fe, Mn, Cu, Zn, B, Si, Mo, C1, W, Co .

procesi preperevanja

Površina zemeljske skorje je izpostavljena atmosferi, zaradi česar je dovzetna za fizikalne in kemične procese. fizično preperevanje je mehanski proces, pri katerem se kamnina brez bistvenih sprememb zdrobi na manjše delce kemična sestava. Ko se zadrževalni pritisk skorje odstrani z dvigom in erozijo, se notranje napetosti znotraj spodaj ležečih kamnin, kar omogoča odprtje razširjenih prelomov. Te razpoke se lahko nato odmaknejo zaradi toplotnega raztezanja (ki ga povzročajo dnevna temperaturna nihanja), raztezanja vode med zmrzovanjem in delovanja rastlinskih korenin. Drugi fizični procesi, kot so ledeniška aktivnost, zemeljski plazovi in abrazija peska, dodatno oslabijo in razgradijo trdo kamnino. Ti procesi so pomembni, ker močno povečajo površine kamnin, ki so izpostavljene kemičnim vremenskim dejavnikom, kot sta zrak in voda.

kemično preperevanje povzročajo voda – zlasti kisla voda – in plini, kot je kisik, ki razgrajujejo minerale. Nekateri ioni in spojine prvotnega minerala so odstranjeni z raztopino, ki pronica skozi mineralne delce in napaja podtalnico in reke. Drobnozrnate trdne snovi se lahko izperejo iz preperelega območja, pri čemer ostanejo kemično spremenjeni ostanki, ki tvorijo osnovo tal. Znani so različni mehanizmi kemičnega preperevanja:

1. Razpustitev. Najenostavnejša reakcija preperevanje je raztapljanje mineralov. Molekula vode je učinkovita pri pretrganju ionskih vezi, kot so tiste, ki povezujejo natrijeve (Na +) in klorove (Cl -) ione v halitu (kameni soli). Raztapljanje halita lahko izrazimo poenostavljeno, t.j.

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

2. Oksidacija. Prosti kisik igra pomembno vlogo pri razgradnji snovi v reducirani obliki. Na primer, oksidacija reduciranega železa (Fe 2+) in žvepla (S) v običajnem sulfidu, piritu (FeS 2), povzroči nastanek močne žveplove kisline (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).

Sulfide pogosto najdemo v meljasto glinastih kamninah, rudnih žilah in nahajališčih premoga. Med razvojem nahajališč rude in premoga v odpadnih kamninah ostane sulfid, ki se kopiči na odlagališčih. Takšna odlagališča odpadnih kamnin imajo velike površine, izpostavljene atmosferi, kjer pride do oksidacije sulfida hitro in v velikem obsegu. Poleg tega opuščena rudišča hitro zalije podtalnica. Zaradi nastajanja žveplove kisline je drenažna voda iz opuščenih rudnikov zelo kisla (pH do 1 ali 2). Ta kislost lahko poveča topnost aluminija in povzroči toksičnost za vodne ekosisteme. Mikroorganizmi sodelujejo pri oksidaciji sulfidov, kar je mogoče modelirati s številnimi reakcijami:

2FeS 2 (tv) + 7O 2 (g) + 2H 2 O (l) 2Fe 2+ + 4H + (aq) + 4SO 4 2- (aq) (oksidacija pirita), čemur sledi oksidacija železa v:

2Fe 2+ + O 2 (g) + 10H 2 O (l) 4Fe (OH) 3 (trdno) + 8H + (aq)

Oksidacija - poteka zelo počasi pri nizkih pH vrednostih kislih rudniških voda. Vendar pod pH 4,5 oksidacijo železa katalizirata Thiobacillus ferrooxidans in Leptospirillum. Železov oksid lahko nadalje sodeluje 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 vrednostih, ki so veliko višje od 3, se železo (III) obori kot običajni železov (III) oksid, goetit (FeOOH):

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

Izločeni goetit prekriva dno potokov in zidakov v obliki značilne rumeno-oranžne prevleke.

Reducirani železovi silikati, kot so nekateri olivini, pirokseni in amfiboli, so lahko tudi podvrženi oksidaciji:

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

Produkta sta silicijeva kislina (H 4 SiO 4) in koloidni železov hidroksid, šibka baza, ki ob dehidraciji daje številne železove okside, na primer Fe 2 O 3 (hematit - temno rdeč), FeOOH (goetit in lepidokrokit - rumena ali rumena).rje). Pogosto pojavljanje teh železovih oksidov kaže na njihovo netopnost v oksidacijskih pogojih zemeljske površine.

Prisotnost vode pospešuje oksidativne reakcije, kar dokazuje vsakodnevno opažen pojav oksidacije kovinskega železa (rje). Voda deluje kot katalizator, oksidacijski potencial je odvisen od parcialnega tlaka plinastega kisika in kislosti raztopine. Pri pH 7 ima voda v stiku z zrakom Eh reda 810 mV, kar je oksidacijski potencial, ki je veliko večji od tistega, ki je potreben za oksidacijo železovega železa.

Oksidacija organskih snovi. Oksidacijo reducirane organske snovi v tleh katalizirajo mikroorganizmi. Oksidacija odmrle organske snovi v CO 2, ki jo posredujejo bakterije, je pomembna z vidika tvorbe kisline. V biološko aktivnih tleh je lahko koncentracija CO 2 10-100-krat višja od pričakovane v ravnovesju z atmosferskim CO 2, kar povzroči nastanek ogljikove kisline (H 2 CO 3) in H + med njeno disociacijo. Za poenostavitev enačb je organska snov predstavljena s splošno formulo za ogljikove hidrate, 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)

Te reakcije lahko znižajo pH vode v prsti s 5,6 (vrednost, ki je vzpostavljena v ravnovesju z atmosferskim CO 2 ) na 4 – 5. To je poenostavitev, saj se organska snov v tleh (humus) ne razgradi vedno popolnoma na CO 2 . Vendar imajo produkti delnega uničenja karboksilne (COOH) in fenolne skupine, ki po disociaciji dajejo ione H +:

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

kjer R pomeni veliko organsko strukturno enoto. Kislost, ki se nabere pri razgradnji organskih snovi, se uporabi pri razgradnji večine silikatov v procesu kislinske hidrolize.

3. Kislinska hidroliza. Naravne vode vsebujejo topne snovi, ki jim dajejo kislost - to so disociacija atmosferskega CO 2 v deževnici, delno disociacija talnega CO 2 s tvorbo H 2 CO 3, disociacija naravnega in antropogenega žveplovega dioksida (SO 2) s tvorbo H 2 SO 3 in H 2 SO 4 . Reakcijo med mineralom in kislinskimi vremenskimi sredstvi običajno imenujemo kisla hidroliza. Preperevanje CaCO 3 kaže naslednjo reakcijo:

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

Kislinsko hidrolizo preprostega silikata, kot je z magnezijem bogat olivin, forsterit, lahko povzamemo na naslednji način:

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

Upoštevajte, da disociacija H 2 CO 3 proizvaja ioniziran HCO 3 -, ki je nekoliko močnejša kislina kot nevtralna molekula (H 4 SiO 4 ), ki nastane med razgradnjo silikata.

4. Preperevanje kompleksnih silikatov. Do sedaj smo obravnavali preperevanje monomernih silikatov (npr. olivina), ki se popolnoma raztopijo (kongruentno raztapljanje). To poenostavi kemične reakcije. Vendar pa prisotnost preperelih mineralnih ostankov kaže, da je nepopolno raztapljanje pogostejše. Poenostavljena reakcija preperevanja z uporabo s kalcijem bogatega anortita kot primera:

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 )

Trden produkt reakcije je kaolinit Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 , pomemben predstavnik glinenih mineralov.

Seizmične študije kažejo, da med potresi nastajajo različni seizmični valovi, ki se v kamninah Zemlje širijo z različnimi hitrostmi. Najhitrejši so primarni, ali P-valovi - se širijo kot zvočni valovi, pri čemer nihanja sovpadajo s smerjo širjenja (longitudinalni valovi). Najpočasnejši potresni valovi, tako imenovani S-valovi, oz sekundarni, glede na naravo nihanj so podobni svetlobnim. Imajo nihanja pravokotno na smer širjenja. Leta 1926 je jugoslovanski geolog A. Mohorovichic odkril močno povečanje hitrosti P in S valov na globini okoli 50 km. Ta ločnica se imenuje Mohorovičevo površje, ali na kratko, Moho. litosfera preperevanje onesnaženje tla

Lupina trdne litosfere, ki leži nad površino Moho, se imenuje zemeljska skorja, in močna lupina, ki leži spodaj - plašč. Debelina skorje pod celinami je veliko večja kot pod oceanom.

Zemeljsko skorjo sestavljajo magmatske in sedimentne kamnine ter metamorfne kamnine, ki nastanejo iz obeh.

Kamnine so naravni mineralni agregati določene sestave in strukture, ki nastanejo kot posledica geoloških procesov in se pojavljajo v zemeljski skorji v obliki samostojnih teles. Sestava, struktura in pogoji pojavljanja kamnin so določeni s posebnostmi geoloških procesov, ki jih tvorijo, ki se pojavljajo v določenem okolju znotraj zemeljske skorje ali na zemeljskem površju. Glede na naravo glavnih geoloških procesov obstajajo trije genetski razred kamnine: sedimentne, magmatske in metamorfne.

Magnetski kamnine so naravni mineralni agregati, ki nastanejo pri kristalizaciji magm (silikatnih in včasih nesilikatnih talin) v drobovju Zemlje ali na njenem površju. Razvrstitev magmatskih kamnin odraža obstoj dveh glavnih skupin, ki se razlikujeta po pogojih nastanka in pojavljanja: plutonske (globoke) in vulkanske, nastale na površju Zemlje ali blizu nje. Glede na vsebnost kremena delimo magmatske kamnine na kisle (SiO 2 - 70_90 %), srednje (SiO 2 okoli 60 %), bazične (SiO 2 okoli 50 %) in ultrabazične (SiO 2 manj kot 40 %). Primeri magmatskih kamnin so vulkanska mafična kamnina in granit (kisla plutonska kamnina).

Sedimentni kamnine so tiste kamnine, ki obstajajo v termodinamičnih pogojih, značilnih za površinski del zemeljske skorje, in nastanejo kot posledica ponovnega odlaganja produktov preperevanja in uničenja različnih kamnin, kemičnih in mehanskih padavin iz vode, vitalnega delovanja organizmov ali vsi trije procesi hkrati. Številne sedimentne kamnine so najpomembnejši minerali. Primeri sedimentnih kamnin so peščenjaki, ki jih lahko štejemo za kopičenje kremena in s tem koncentratorje kremena (SiO 2), in apnenci - koncentratorje CaO. Minerali najpogostejših sedimentnih kamnin vključujejo kremen (SiO 2), ortoklaz (KAlSi 3 O 8), kaolinit (Al 4 Si 4 O 10 (OH) 8), kalcit (CaCO 3), dolomit CaMg (CO 3) 2 itd.

Nanosi mulja, prahu in peska nastajajo predvsem zaradi vremenskih vplivov – uničevanja in spreminjanja trdne kamnine. Te usedline navadno odnašajo reke v oceane. AT morska voda potonejo na dno, kjer se s fizikalnimi procesi in kemijskimi reakcijami spremenijo v sedimentne kamnine, ki sčasoma spet postanejo kopno, običajno med nastajanjem gora.

Metamorfna imenujemo kamnine, katerih glavne značilnosti (mineralna sestava, struktura, tekstura) so posledica procesov metamorfizma, medtem ko so znaki primarnega magmatskega izvora delno ali popolnoma izgubljeni. Metamorfne kamnine so skrilavci, granuliti, eklogiti itd. Tipični minerali zanje so sljuda, glinenec in granat. Kamnine, ki so podvržene metamorfizmu, se preoblikujejo in si prizadevajo za kemijsko ali fizikalno ravnovesje z novimi temperaturnimi in baročnimi pogoji. pogoji. Kemijske reakcije, ki potekajo, urejajo zakoni termodinamike. Torej, reakcije negativne vrednosti izobarično-izotermni potencial (G) spremlja sproščanje vodne pare zaradi njene visoke entropije. Pravilna struktura metamorfnih kompleksov in splošna skladnost sestave mnogih metamorfnih kamnin z načeli termodinamike potrjujeta, da je za metamorfne kamnine doseženo skoraj popolno kemijsko ravnovesje (čeprav ne vedno). Za večino je značilna grobozrnata struktura (izjema so skrilavci, rogovi itd.).

Povprečna kemična sestava zemeljske skorje je po različnih avtorjih prikazana v tabeli 1:

Tabela 1

Kemična sestava zemeljske skorje, mas. %

Elementi in oksidi	Clark, 1924	Goldschmidt, 1954	Poldervaatr, 1955	Jaroševskega. 1971

Njegova analiza nam omogoča, da naredimo naslednje pomembne zaključke:

1) zemeljska skorja je sestavljena predvsem iz osmih elementov: O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K; 2) preostalih 84 elementov predstavlja manj kot en odstotek mase skorje; 3) med najpogostejšimi elementi pripada posebna vloga v zemeljski skorji kisiku.

Posebna vloga kisika je v tem, da njegovi atomi sestavljajo 47 % mase skorje in skoraj 90 % prostornine najpomembnejših kamenotvornih mineralov.

Obstaja več geokemičnih klasifikacij elementov. Trenutno se vse bolj uveljavlja geokemijska klasifikacija, po kateri so vsi elementi zemeljske skorje razdeljeni v pet skupin: litofilne, halkofilne, siderofilne, atmofilne in biofilne (tabela 2).

tabela 2

Različica geokemijske klasifikacije elementov

litofilni - To so skalni elementi. Na zunanji lupini njihovih ionov je 2 ali 8 elektronov. Litofilne elemente je težko reducirati v elementarno stanje.

Običajno so povezani s kisikom in sestavljajo večino silikatov in aluminosilikatov. Najdemo jih tudi kot sulfate, fosfate, borate, karbonate in halogenide.

Halkofilna elementi so elementi sulfidnih rud. Na zunanji lupini njihovih ionov je 8 (S, Se, Te) ali 18 (pri ostalih) elektronov.

V naravi se pojavljajo v obliki sulfidov, selenidov, teluridov, pa tudi v samorodnem stanju (Cu, Hg, Ag, Pb, Zn, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Sn).

siderofilni elementi so elementi z zaključnim elektronskim d - in f-lupine. Kažejo specifično afiniteto do arzena in žvepla (PtAs 2 , FeAs 2 , NiAs 2 , FeS, NiS, MoS 2 itd.), pa tudi do fosforja, ogljika in dušika. Skoraj vse siderofilne elemente najdemo tudi v naravnem stanju.

Atmofilno elementi so elementi ozračja. Večina jih ima atome z zapolnjenimi elektronskimi lupinami (inertni plini).

Atmofilna sta tudi dušik in vodik. Zaradi visokih ionizacijskih potencialov atmofilni elementi le stežka prehajajo v spojine z drugimi elementi in so zato v naravi (razen H) večinoma v elementarnem (nativnem) stanju.

Tabela 8

Povprečna kemična sestava beljakovin, maščob in ogljikovih hidratov, mas. %

Trenutno je v različnih organizmih najdenih več kot 60 elementov. Elemente in njihove spojine, ki jih organizmi potrebujejo v relativno velikih količinah, pogosto imenujemo makrobiogeni elementi. Elemente in njihove spojine, ki so sicer nujni za življenje biosistemov, a potrebni v izjemno majhnih količinah, imenujemo mikrobiogeni elementi. Za rastline je na primer pomembnih 10 elementov v sledovih: Fe, Mn, Cu, Zn, B, Si, Mo, Cl, W, Co. Po funkciji lahko te elemente razdelimo v tri skupine:

1. Mn, Fe, Cl, Zn, V - potrebni za fotosintezo;
2. Mo, B, Fe - potrebni za presnovo dušika;
3. Mn, B, Co, Cu, Si – potrebni za druge presnovne funkcije.

Vse te elemente, razen bora, potrebujejo tudi živali. Poleg tega lahko živali potrebujejo selen, krom, nikelj, fluor, jod, kositer. Med makro- in mikroelementi ni mogoče potegniti jasne in enake meje za vse skupine organizmov. V.I.Vernadsky je pokazal, da elementi, ki so stalno prisotni v živih organizmih, opravljajo točno določene vitalne funkcije. Njihova vsebnost v organizmih je odvisna od kemije habitata, bioloških posebnosti, ekoloških značilnosti organizma itd.

Pomemben sestavni del litosfere so podtalnica, pomembno prispevajo k skupni vodna bilanca biosfero kot celoto. Ni naključje, da se podtalnica imenuje tudi hidrosfera, ki jih imenuje "podzemna hidrosfera". Ker govorimo o podtalnici, je naravno, da njihovo prisotnost, lastnosti, razporeditev v veliki meri določajo lastnosti kamnin, kot je npr. poroznost, prepustnost, vlaga, vsebnost vode. Formalno lahko vse kamnine glede na vodo razdelimo na prepustne in vodoodporne. Vendar pa na geološki lestvici prostora in časa vodoodporne kamnine v naravi ne obstajajo. Tudi tako toge kamnine, kot sta bazalt in granit, dajejo mikrorazpoke že z neznatnimi seizmičnimi premiki.

Voda v kamninah je lahko v prostem in vezanem stanju. AT svobodna država v prostoru med delci kamnine se podreja silam zemeljske privlačnosti (gravitacija) ali pa se delno zadržuje v kapilarah kamnine s silami meniskusa. Slikovito lahko to primerjamo z vodo, ki namaka gobo.

V vezanem stanju je voda v kamninah lahko bodisi v filmu bodisi v adsorbirani obliki, saj jo med zrni kamnine zadržujejo adsorpcijske sile. Ko govorimo o vezani vodi, je treba upoštevati dve obliki njene povezave: fizično vezano in kemično vezano. Kemično vezana voda je tako imenovana kristalizacijska voda. S kemičnimi silami je močno povezan s kristali mineralov in je del minerala. Primer bi bil modri vitriol CuSO 4 * 5H 2 O. Fizično vezana voda pa je lahko močno vezana na kamnine ali ohlapno.

Močno vezano vodo držijo fizikalni zakoni – ogromni pritiski v globinah. Rahlo vezana voda ovije delce kamnin. Ona poseduje povečana viskoznost, se lahko premika zelo počasi po površini kamnitih delcev, kot tekočina. Na to vodo ne vpliva gravitacija in ne zmrzne pri nič, ampak pri minus 1,5 °C. Količina fizično in kemično vezane vode v sestavi minerala je lahko včasih zelo velika in doseže 60 - 65 mas.%.

Pomembni značilnosti, povezani z razmerjem med kamnino in vodo, sta vlaga in izguba vode.

zmogljivost vlage imenujemo sposobnost kamnin, da vsebujejo in zadržijo določeno količino vode. Gline imajo visoko vlago, drobni peski povprečno, prodniki pa šibko. Vlažnost je odvisna od velikosti delcev: manjša kot je njihova velikost, večja je vlaga.

Izkoristek vode - To je razmerje med količino vode, ki jo lahko da kamnina, in celotno vsebnostjo vode v njej. Tu je odvisnost obratna: odstotek izgube vode je tem večji, čim večji so delci kamnine. Voda, ki zapolnjuje pore, razpoke in praznine kamnin, je lahko v njih v vseh treh fazah - trdni, tekoči in plinasti, od katerih je prva najbolj značilna za območja permafrosta. V smislu hlapov lahko podzemna voda kondenzira v tekočino in se iz tekočine spremeni v hlape. Seli se z območij z visok krvni pritisk in temperatura v območju z nižjimi vrednostmi.

Gibanje gravitacijske podzemne vode poteka predvsem na tri načine: nihanje, difuzija in filtracija.

nihanje se imenuje "infuzija" vode v katero koli posodo v skalah. Tako na primer v apnencu zaradi izpiranja na zemeljskem površju nastanejo lijaki, ki se nadaljujejo globoko v številne sisteme cevi, kanalov, kavern in praznin, včasih tudi jam. Dež in staljena voda, ki teče s površine skozi te lijake, bo prodrla v kamnine. Nihanje nastane pretežno pod vplivom gravitacije.

Difuzija se zmanjša na premikanje raztopin podzemne vode z mest z višjo koncentracijo na mesta z nižjo. Hitrost tega procesa, čeprav ni velika, je na geološki časovni lestvici še vedno zelo opazna. Sem spada tudi osmoza - počasno prodiranje ene tekočine v drugo skozi polprepustne predelne stene.

Filtracija- to je prodiranje vode skozi majhne pore kamnine. Tako deževnica prodira v pesek. Filtracija poteka pod vplivom gravitacije, lahko pa tudi v smeri padanja tlaka in temperature. Pod vplivom pritiska kamenin in plinov lahko teče tudi od spodaj navzgor. Hitrost filtracije je precej višja od hitrosti difuzije in je odvisna od številnih dejavnikov (poroznost kamnin, viskoznost vodna raztopina, gradient tlaka itd.).

Kemična sestava podzemne vode

Podtalnica je naravna rešitev različnih mineralne soli in nekatere organske spojine. Integrirani indikator vsebnosti mineralnih snovi je splošna mineralizacija vode-- vsota topnih snovi, izražena v miligramih na liter (mg/l) ali gramih na liter (g/l). Med raztopljenimi snovmi prevladujejo soli navadnih kislin natrija, kalcija, magnezija. Te soli določajo glavne kazalnike kemije vode: trdoto, slanost in alkalnost.

Trdota vode je določena predvsem s prisotnostjo kalcijevih bikarbonatov CaHCO 3 , sulfatov in kloridov. Mehke vode vsebujejo do 0,25 g / l soli, trde vode - več kot 0,25 g / l.

Slanost vode je povezana z vsebnostjo sulfatov in kloridov kalcija, magnezija, natrija - CaSO 4 , MgSO 4 , Na 2 SO 4 , CaCl 2 , MgCl 2 , NaCl. Alkalnost vode je odvisen predvsem od natrijevega bikarbonata NaHCCX, včasih pa tudi od Na,CO. - soda. V kemijski klasifikaciji podzemne vode ločimo tipe glede na prevladujoče katione, ki jih nato razdelimo v razrede glede na vsebnost kationov.

Kemična sestava in temperatura formacijske podzemne vode se redno spreminjata z večanjem globine njihovega pojavljanja.

Sladke vode vsebujejo manj kot 0,5 g / l soli, slane vode od 1 do 3 g / l, slanice - več kot 50 g / l.

Posebna skupina podzemnih voda so tako imenovane mineralne vode. Imajo različno mineralizacijo, vendar je njihova glavna lastnost zdravilno delovanje. Med njimi so najpogostejše kalcijevo-bikarbonatno-natrijeve z veliko količino raztopljenega ogljikovega dioksida (narzan Mineralnye Vody in Zakavkazje) vodikove sulfidne vode(izviri Matsesta), vode s specifičnimi topnimi organske spojine(izviri Ciscarpathia - Truskavets in drugi). Vse te vode se razlikujejo po temperaturnih značilnostih in so hladne s temperaturo približno in pod 20 ° C, tople - od 20 do 37 ° C, vroče - od 37 do 42 ° C in zelo vroče - nad 42 ° C.

testna vprašanja

1. Vrste potresnih valov.
2. Razlika med zemeljsko skorjo in plaščem. Kje je meja?
3. Kaj so kamnine?
4. Kakšna je razlika med kislimi, srednjimi, bazičnimi magmatskimi kamninami?
5. Analiza elementov zemeljske skorje. Geokemične klasifikacije elementov.
6. Zaradi katerih procesov nastanejo sedimentne kamnine?
7. Kakšna je razlika med trdno in ohlapno vezano vodo?
8. Kaj določa kapaciteto vlage in vračanje vlage?

Litosfera je zunanja posebno močna lupina planeta Zemlje, večinoma iz trdne snovi. Prvič je koncept "litosfere" definiral znanstvenik J. Burrell. Do 60. let prejšnjega stoletja je bil izraz "zemeljska skorja" sinonim za litosfero, veljalo je, da je to isti koncept. Toda pozneje so znanstveniki dokazali, da litosfera vključuje tudi zgornjo plast plašča, ki ima debelino več deset kilometrov. Zanj je značilno zmanjšanje viskoznosti tal in povečanje električne prevodnosti mineralov. Ta okoliščina je omogočila domnevo, da je litosfera po sestavi in strukturi precej zapletena zemeljska lupina.

V strukturi litosfere lahko ločimo tako relativno mobilne platforme kot stabilne regije. Interakcija žive in mineralne snovi se izvaja na površini, tj. v zemlji. Po razpadu organizmov ostanki preidejo v stanje humusa (černozem). Sestavo tal sestavljajo predvsem minerali, živa bitja, plini, voda in snovi organske narave. Iz mineralov, ki sestavljajo litosfero, nastanejo kamnine, kot so:

magmatski;
sedimentni;
metamorfne kamnine.

Približno 96 % strukture litosfere sestavljajo kamnine. V sestavi kamnin pa lahko ločimo naslednje minerale: granit, diarit in difuzivi predstavljajo 20,8% celotne sestave, medtem ko gabro bazalti predstavljajo 50,34%. Skrilavec predstavlja 16,9 %, ostalo so sedimentne kamnine, kot sta skrilavec in pesek.

V kemični sestavi litosfere lahko ločimo naslednje elemente:

Kisik, njegov masni delež v trdni lupini Zemlje je bil 49,13%;
Aluminij in silicij sta predstavljala vsak po 26 %;
železa je bilo 4,2 %;
delež kalcija v litosferi je le 3,25 %;
natrij, magnezij, kalij so predstavljali približno 2,4% vsak;
nepomemben delež v strukturi so sestavljali elementi, kot so ogljik, titan, klor in vodik, njihovi kazalniki so se gibali od 1 do 0,2%.

Zemeljska skorja je sestavljena večinoma iz različnih mineralov, ki so nastali s pomočjo magmatskih kamnin. različne oblike. Danes pojem "zemeljska skorja" vključuje utrjeno plast zemeljske površine, ki se nahaja nad potresno mejo. Praviloma je meja različne ravni, kjer so močna nihanja v odčitkih seizmičnih valov. Ti valovi nastanejo med različnimi vrstami potresov. Znanstveniki razlikujejo dve vrsti zemeljske skorje: celinsko in oceansko.

celinska skorja zavzema približno 45% zemeljske površine, medtem ko ima večjo moč kot ocean. Pod debelino gora je njegova dolžina 60-70 km. Skorja je sestavljena iz bazaltnih, granitnih in sedimentnih plasti.

oceanska skorja tanjši od celinskega. Sestavljen je iz bazaltne in sedimentne plasti, plašč se začne pod bazaltno plastjo. Praviloma ima topografija oceanskega dna kompleksna struktura. Poleg običajnih reliefnih oblik se razlikujejo oceanski grebeni. Na teh mestih poteka nastajanje bazaltnih plasti iz plašča. Tokovi lave se oblikujejo v prelomnih točkah, ki potekajo vzdolž osrednjega dela grebena, ki služi za tvorbo bazalta. V bistvu se grebeni dvigajo nad oceanskim dnom več tisoč kilometrov, zaradi česar grebenska območja veljajo za najbolj nestabilna glede na seizmične indikatorje.

V trdni lupini Zemlje se nenehno opazujejo kemični procesi, med katerim pride do uničenja kamnin. Ti procesi se odvijajo pod vplivom ostrih nihanj temperature, vode, kisika in padavin. Iz tega lahko sklepamo, da je kemična sprememba zemeljske skorje neločljivo povezana z drugimi nič manj pomembnimi lupinami zemlje. Kemične reakcije v litosferi se praviloma odvijajo pod vplivom sestavin drugih lupin. Večina procesov poteka s sodelovanjem vode, mineralov, ki lahko delujejo kot komponente oksidacije ali redukcije v kemičnih reakcijah.

Kemijske reakcije v tleh

Tla so zgornji sloj litosfera, igra bistveno vlogo v interakciji vseh lupin Zemlje. Je življenjski prostor mnogih živih bitij, kar nam omogoča, da litosfero obravnavamo kot neločljivo povezano z biosfero. Zahvaljujoč prsti poteka izmenjava plinov atmosfere in zemeljske skorje, pa tudi atmosfere in hidrosfere. Značilnost kemijskih reakcij v tleh je možnost hkratnega poteka bioloških, fizikalnih in kemičnih procesov.
Osnova vseh kemijskih reakcij v tleh sta kisik in voda. Struktura humusa vključuje minerale, kot so kremen, glina in apnenec. značilna lastnost prst kot del litosfere je, da vsebuje 92 kemičnih elementov.

Zemlja je sestavljena iz mnogih kemični elementi- kisik, dušik, silicij, železo itd. Kemični elementi med seboj tvorijo minerale. Skupno je v naravi približno 2650 mineralov, ki tvorijo 3780 mineralnih varietet (tabela 4). Za njihovo opredelitev in proučevanje je velikega pomena fizične lastnosti, ki vključujejo videz kristalov, sijaj, barvo minerala, barvo lastnosti minerala, prosojnost, trdoto, razcepnost, lomnost in specifično težo.

Tabela 4

Kristalnokemijski klarki (povprečne vsebnosti) razporeditve mineralov v naravi

Klasifikacijska skupina minerala	Odstotek minerali dano skupine	Glavni formulacije minerali	OD približno računovodstvo kemična sorte minerali
1. Domači
2. Sulfidi
3. Kromati (kromov spinel)
4. Volframati in molibdati

6. Silikati
7. Fosfati
8. Nitrati
9. Sulfati
10. Halidi
11. Jodati
12. Borati
13. Karbonati
14. Organske spojine

Po videzu se kristali razlikujejo izometrične oblike, podolgovate v eni ali dveh smereh.

Sijaj mineralov delimo na steklene, diamantne, polkovinske, kovinske, oljnate, voskaste, mat. Pri rudarju

ribolov z vzporedno vlaknasto strukturo ima svilnat sijaj (azbest, selenit, tigrovo oko), prozorni minerali s plastno kristalno strukturo - biserni sijaj (muskovit, sadra, smukec itd.).

Barva mineralov je ena najpomembnejših lastnosti, po kateri se minerali diagnosticirajo. Izraz "barva črte" se nanaša na barvo finega mineralnega prahu, če ga narišemo po mat površini porcelanastega krožnika.

Prozornost je lastnost snovi, da prepušča svetlobo. Po njej ločimo prozorne, prosojne in neprozorne minerale.

Za oceno trdote je bila sprejeta Mohsova lestvica, ki jo predstavlja deset mineralov, od katerih vsak s svojim ostrim koncem opraska vse prejšnje: smukec - sadra - kalcit - fluorit - apatit - ortoklaz - kremen - topaz - korund - diamant.

Cepljivost je sposobnost kristalov, da se razcepijo ali razcepijo vzdolž določenih kristalografskih ravnin, vzporednih z resničnimi ali možnimi ploskvami. Tukaj je sprejeta petstopenjska lestvica cepitve: zelo popolna, popolna, srednja, nepopolna, zelo nepopolna, ki se spremeni v konhoidni prelom, kot je zlom debelega stekla.

Specifična teža mineralov se spreminja od majhnih vrednosti (2,1-2,5 t/m 3 za halit) do zelo visokih vrednosti (23 t/m 3 za osmični iridij).

Na primer, kremen (8102) ima prizmatično kristalno obliko, steklen sijaj, brez razcepa, konhoidni prelom, trdoto 7 točk, specifično težo 2,65 g/cm 3, zaradi visoke trdote nima lastnosti; halit (št. C1) ima kubično kristalno obliko, trdoto 2 točki, specifično težo 2,1 g / cm 3, steklen sijaj, belo barvo, črtna barva je prav tako bela, popolna cepljivost, slan okus itd.

Večina mineralov ima kristalno strukturo. Oblika kristala za določen mineral je vedno konstantna. Na primer, kristali kremena imajo obliko prizme, halit ima obliko kocke itd. Velikosti mineralov segajo od mikroskopskih do velikanskih. Tako so na otoku Madagaskar našli kristal berila dolžine 8 m in prereza 3 m, njegova teža je skoraj 400 ton.

Volumetrična ločitev mineralov Zemlje. Minerale po izvoru delimo na magmatske, sedimentne, metamorfne, metasomatske, kontaktno-pnevmatolitske in pnevmatolitske, hidrotermalne, eksogenega preperevanja, organogenega izvora. Porazdelitev kamenotvornih mineralov v zemeljski skorji ustreza razmerju glavnih skupin kamnin (tabela 5). V zemeljski skorji je najpogostejših približno 40-50 mineralov, ki jih imenujemo kamnotvorni.

obstajati različne klasifikacije minerali: po poreklu, obliki kristalov itd. Največja uporabna vrednost

Minerali za industrijske namene imajo svojo kemijsko klasifikacijo. Večina mineralov je sestavljena iz dveh ali več kemičnih elementov. Nekatere minerale tvori en kemični element. Vsebnost kemičnih elementov v mineralu lahko ugotovimo po njegovi kemijski formuli.

Tabela 5

Porazdelitev kamninotvornih mineralov v zemeljski skorji