Файл: Конспект подготовлен студентами, не проходил проф. Редактуру и может содержать ошибки. Следите за обновлениями на vk. Comteachinmsu.pdf

ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
116
При увеличении концентрации Cl
- могут возникать комплексы:
AgCl тв
+ Cl
-
= AgCl
2-
(3)
Kp
3
= a
AgCl
2-
/a
Cl
- lgm
Ag
= lgKp + lgm
Cl
-
Ag
Сl тв
+2Cl
-
= AgCl
3
- -
(4)
lgm
Ag
= lgKp + 2lgm
Cl
-
Суммарная растворимость AgCl – сумма всех форм
Таким образом, мы получаем, в зависимости от концентрации хлорида несколько полей преобладания соответствующих форм, которые можно представить на диаграмме доминирующих форм серебра.
По мере увеличения концентрации Cl
-
, увеличивается количество Cl
-
, который замещает молекулы воды в гидратной оболочке в координационной сфере.
Эти растворы становятся более концентрированными, и в них нельзя пренебречь коэффициентом активности и его необходимо определять.
Растворимость ZnS
ZnS – хорошо растворим. Мы не можем по его растворимости определить формы нахождения. Необходимо изучать растворимость сфалерита.
ZnS + 2Cl
-
+H
+
= ZnCl
0
aq
+ HS
-
Необходимо задавать pH, сложно. Альтернатива – методы спектрометрии.
Как связаны формы переноса и отложения рудного вещества в гидротермальных процессах?
Рассмотрим золото-кварцевый тип месторождения. Кварцевые жилы. Растворимость кварца с повышением давления и температур повышается. Если растворим кварц и золото на глубине, а затем будем охлаждать, то одновременно выпадают кварц и золото. Области аномального обогащения золотом в кварцевых жилах в некоторых местах.
В каких формах переносятся кварц и золото:
•
SiO
2
(кв) + 2H
2
O = H
4
SiO
4 0
(aq), растворимость зависит от температуры и давления.
• Au(HS)
2
-
H2Saq = H
+
+HS
-
Au(
мет) +2H
2
S =Au(HS)
2
-
+ H+ +1/2H
2
Kp = m
Au
* a
H
+
*f1/2
H2
/m
2
H2S
lgm
Au
= lgK + pH – 0.5lgf
H2
+ lgmH
2
S

ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
117
Au(
мет) +2HS
-
+H
+
= Au(HS)
2
-
+ 1/2H
2
lgm
Au
= lgK – pH – 0.5lgf
H2
+ 2lgm
HS
-
Увеличение активности S увеличивает растворимость золота, увеличение летучести H уменьшает растворимость золота, а pH работает разнонаправленно
Рис. 82 Диаграмма- зависимость растворимости Au от pH
Для того, чтобы осадить золото отдельно от кварца, необходимо реакцию сдвинуть влево. Для этого можно увеличить фугитивность H
2
, уменьшить концентрацию сульфидной серы, можем изменить pH.
Факторы рудообразования:
Факторы, меняющие растворимость рудных минералов
1)
Изменение температуры и давления – охлаждение
2)
Восстановление органическим веществом
3)
Кипение – уход H
2
S, H
2 4)
Смешение разных типов вод
5)
Взаимодействие с смещающими породами
Все вместе они формируют геохимический барьер. Все эти факторы приводят к формированию разнообразных отложений.
Источники вещества в гидротермальном процессе
1)
Магматическая вода
2)
Смешанные воды: метеорная + ортомагматическая

ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
118
То есть все типы вод могут участвовать в формировании гидротермальных месторождений.
Рис. 83 Диаграмма Тейлора
3)
Сера
На Земле существуют 3 резервуара S – мантия, сульфат морской воды, сульфиды осадков
Месторождение Цумеб – Cu – Zn – Pb – Ga – Ge; δ
34
S = +15-20‰
Черные курильщики
Рис. 84 Черные курильщики
Морская вода входит в океаническую кору, взаимодействует с базальтами океанической коры. Гидротермальный флюид, выделяющийся их этой системы отличается от морской воды: нет Mg, SO
4 2- в отличие от морской воды.

ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
119 1)
На 1 этапе образуется CaSO
4 2) далее образование метасоматитов – пропилит, состоит их хлоритов, альбида, эпидота.
3)
На образование хлорита расходуется Mg
2+
из морской воды.
4) SO
4 2- морской воды переходит в H
2
S
Начинает расти постройка – образует трубу.
Рис. 85 Образование постройки чёрного курильщика
Колчеданные месторождения относятся к базальтам, имеющим островодужное происхождение. В них больше редкоземельных элементов.
Рис.86 Колчеданные месторождения
Дефицитные элементы для нашей цивилизации: Cu, Li

ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
120
Лекция 21
Химическая модель земной коры
Земная кора – продукт выплавления и дегазации мантии.
Средний состав земной коры
Clarke,
Washington
(1924)
Vogt
1931
Ярошевский (1997)
I
II
Эффузивн. породы
Интрузивн. породы
Средний состав
[2:1] [1:2:7]
SiO
2 59.94 64.03 65.73 55.29 67.29 59.94 64.03
Al
2
O
3 15.55 15.71 15.41 16.95 15.61 16.20 16.00
Fe
2
O
3 3.12 2.20 2.10 3.43 1.73 2.82 2.19
FeO
3.85 2.66 2.30 5.29 2.51 4.27 3.27
MgO
3.54 2.67 2.23 4.94 1.80 3.83 2.66
CaO
5.15 4.62 4.01 8.12 2.91 6.26 4.27
Na
2
O
3.89 3.51 3.43 3.05 3.61 3.21 3.46
K
2
O
3.17 3.52 3.77 1.40 3.61 2.14 3.02
TiO
2 1.06 0.600 0.546 0.886 0.456 0.741 0.574
MnO
0.12 0.158 0.057 0.125 0.084
P
2
O
5 0.30 0.18 0.17 0.209 0.139 0.186 0.157 99.72 99.70 99.70 99.72 99.72 99.72 99.72 1)
Кларк считал, что все породы представлены так, как они выходят на дневную поверхность. Это не вполне корректно.
Рассмотреть распространённость горных пород по площади и ввести поправки на то, что отобранные пробы не представительные. Получили другие оценки.
2)
Земная кора состоит из 2х частей. Из континентальной и океанической коры.
При этом опробовании представлена только континентальная кора.
3)
Оценки для разных моделей. 2 главных процесса приводят к образованию мантий. Океаническая кора – в зонах спрединга. Континентальная кора – в зонах субдукции. Модель, представленная разными породыми – эффузивынми и интрузивными – гранитами и базальтами. Континентальная кора – продукт островодужног вулканизма – Ярошевский.

ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
121 4)
Принцип геохимического баланса (Goldschmidt, 1933)
Средний состав
Магматических пород
Clarke, Washington (1924)
Средний состав
Ледниковых глин
Норвегии
Goldschmidt (19330
SiO
2 59.12 59.19
Al
2
O
3 15.34 15.82
Fe
2
O
3 3.08 3.41
FeO
3.49 3.58
MgO
5.08 3.30
CaO
3.84 3.07
Na
2
O
3.13 2.05
K
2
O
1.05 3.93
TiO
2 0.12 0.78
MnO
0.30 0.11
P
2
O
5 1.15 0.22
H
2
O
0.10 3.02
CO
2 0.54
SO
3 0.05 0.08
S
0.07 99.65 99.17
Ледниковые отложения – тиллиты – на Балтийском щите. Гольдшмидт по среднему составу ледниковых глин Норвегии восстановил состав Балтийского щита. Можно оценить средний состав континентальной коры по среднему составу осадочных пород.
Последующие оценки в континентальной коре различались соотношением доли базальтов и гранитов, которые взяты для восстановления состав земной коры.
Виноградов, 1962 г.
Дальнейшее уточнение связано с тем, что мы должны учитывать не площади выхода на поверхность тех или иных пород для оценки их, а оценить объёмы пород. Ронов,
Ярошевский, 1976 по тем структурам, которые наблюдаются на Земле. Площадь распространения океанической коры максимальна.
Сейсмические границы:
1)
Между осадочными породами и кристаллическим фундаментом
2)
Граница между 2мя слоями континентальной коры
Из этой модели получается, что средний состав вулканитов островодужных, формирующих континентальную кору не соответствует тому, что мы видим на щитах.
Средний состав андезитов более основной, чем средний состав щитов. Так как в них не пропорциональна велика доля гранитов (на щитах). Нижняя часть континентальной коры обогащена реститом.

ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
122
Распространённость горных пород осадочной оболочки континентов и океанов гранитно – метаморфической оболочки континентов (Ронов, Ярошевский, Мигдисов,
1990)
Породы осадочной оболочки континентов
Распространенность, об. %
Отложения осадочной оболочки океанов
Распространённость, об. %
Пески и песчаники
23.6
Песчано – глинистые
19.1
Глины и глинистые
Глинистые
32.1
Сланцы
43.9
Карбонатно – глинистые
9.6
Карбонаты
15.9
Карбонатные
28.7
Кремнистые
1.6
Кремнистые
6.7
Соли, гипсы, ангидриты
1.1
Соли, гипсы, ангидриты
0.3
Вулканомиктовые
1.5
Вулканические
13.9
Вулканические породы
2.0
Всего
100.0
Всего
100
Породы гранитно – метаморфической оболочки континентов
Распространённость % площади
Гранитоиды и гранито – гнейсы
46.5
Габброиды
1.9
Сиениты
<0.1
Ультраосновные породы
<0.1
Метапесчаники
4.0
Парагнейсы и кристаллические сланцы
39.0
Карбонаты
1.6
Железистые породы
0.4
Амфиболы и другие метаморфизованные основные эффузивы
4.1
Метаморизованные эффузивы
2.4
Всего
100.0
Средний состав осадочных пород равен среднему составу верхней части континентальной коры. Все наши оценки лишь приближаются к этому равенству.

ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
123
Нижняя часть континентальной коры недоступна нам для наблюдения. Можем использовать балансовые построения и геофизические данные.
Граница Конрода – граница резкого изменения скоростей сейсмических волн. В гранитно- метаморфическом слое скорости ниже, в гранулит – базитовом слое скорости выше. Между ними существует принципиальный разрыв.
Гнейсы и кислые породы при атмосферно давлении имеют низкие скорости, но они повышаются при увеличении давления, но остаются в интервале, характерном для гранитно – метаморфического слоя.
Глинистые сланцы, основные магматические породы, гранулиты имеют скорости при высоких давлениях, отвечающих этой глубине, даже больше чем соответствующие значения, которые там измеряются.
Нижняя часть континентальной горы – гетерогенная среда, в которой преобладают породы основного состава, это рестит, продукт выплавления гранитов.
Химический состав континентальной коры согласно моделям выплавления
Taylor, McLennan (1985)
Ярошевский (1985)
Базальты:андезиты:риолиты
= 5.5:3.5:1
Андезитовая модель
75% Архейские сланцы + 25% андезиты
SiO
2 57.75 57.14 55.88
Al
2
O
3 17.92 15.86 16.56
FeO
7.47 9.07 8.39
MgO
3.48 5.29 5.03
CaO
7.47 7.38 8.93
Na
2
O
3.48 3.09 2.81
K
2
O
1.49 1.10 1.35
TiO
2 0.80 0.90 0.88
MnO
0.14 0.18 0.17 100.00 100.0 100.0
Геохимия внешних оболочек
•
Гидросфера, атмосфера, биосфера, осадочная оболочка
•
Атмосфера – низ поверхность океана, вверху постепенный переход в космос
•
Гидросфера – все воды Земли
•
Осадочная оболочка – средняя мощность 2.5 км.
•
Биосфера – область обитания живых организмов
•
Потоки вещества в экзогенных процессах известны лучше, чем для глубинных геосфер, что делает возможным количественный анализ процессов миграции

ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
124 компонентов. Замкнутый характер миграции позволяет представить схему в виде циклов.
•
Геохимический цикл – система обмена компонентами между различными частями Земли (геохимическими резервуарами).
Рис. 87 Цикл
Параметры цикла – массы компонентов (m) и потоки между резервуарами (J).
Показатель интенсивности обмена веществом – время пребывания компонента в резервуаре.
Масса компонента в резервуаре / ∑ потоков в резервуар = m / ∑J+ = τ
В большинстве случаев потоки из резервуара пропорциональны массам или концентрациям компонента в нём J1i- = A1i * m1. Если J+ > J-, то масса компонента в резервуаре растёт и вместе с неё J- до тех пор пока J- и J+ не сравняются. При J+ =
J- масса остаётся постоянной.
Такое состояние систем называется стационарным (массы компонентов перестают зависеть от времени, потоки также остаются постоянными). Без внешнего воздействия геохимические циклы стремятся к стационарному состоянию (оно достигается за 2-3τ). При изменении внешних параметров стационарное состояние нарушается, и система движется к новому стационарному состоянию.
Основные резервуары

ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
125
Резервуар
Масса, 10 21
г
τ, лет
Циклов за 570 млн лет фанерозоя
Атмосфера
5.1
CO
2 6.3
O
2 4500 10 8
10 5
Гидросфера (океан)
1644
H
2
O 10 4
C
оли 1-100*10 6
5 – 500
Осадочная оболочка
2740 200-
400 млн
1.5 – 3
Живое вещество
0.0024
Суша 12
Океан 0.1
≈ 100 млн
Магматические и метаморфические породы
25720 2-
4млрд
<1
Геохимия осадочного процесса
Средняя мощность осадочной оболочки 2,2 км, но варьирует
Глины и сланцы
51.1%
Пески и песчаники
25%
Карбонатные породы
20.4%
Эвапориты
1.2%
Кремнистые породы
2.3%
Захороненное органическое вещество
(угли, меньшая часть)
0.6%
Главный процесс – выветривание
Примеры реакций выветривания
1) KAlSi
3
O
8
+ 2H
2
O + 2CO
2
= KAl
3
Si
3
O
10
(OH)
2
+ 6SiO
2
+ 2K
+
+ 2HCO
3
-
КПШ мусковит кварц
2) 4NaAlSi
3
O
8
+ 6H
2
O + 4CO
2
= Al
4
Si
4
O
10
(OH)
8
+ 8SiO
2
+ 4Na
+
+ 4HCO
3
-
Альбит каолинит
3) 2CaAl
2
Si
3
O
8
+ 4H
2
O + 2CO
2
= Al
4
Si
4
O
10
(OH)
8
+ 2CaCO
3
Анортит каолинит
4) 3CaMgSi
2
O
6
+ H
2
O + 3CO
2
= MgSi
4
O
10
(OH)
2
+ 3CaCO
3
+ 2SiO
2
Диопсид тальк

ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
126 5) 6KFe
3
AlSi
3
O
10
(OH)
2
+ 4.5O
2
+ 4CO
2
= KAl
3
Si
3
O
10
(OH)
2
+ 9Fe
2
O
3
+ 12SiO2
Биотит мусковит гематит
+ 2H
2
O + 4K
+
+ 4HCO
3
-
6) NaAlSi
3
O
8
+ CaMgSi
2
O
6
+ (1.67 + 2n)H
2
O + 1.67CO
2
=
H
0.33
Ca
0.33
AlMgSi
4
O
10
(OH)
2
*nH
2
O + 0.67CaCO
3
+ SiO
2
+ HCO
3
-
Монтмориллонит
Чем больше CO
2
, тем выше скорость выветривания горных пород.
При диагенезе могут идти реакции «обратного выветривания»
1) Al
4
Si
4
O
10
(OH)
8
+ 4K
+
= 4KAl
3
Si
3
O
10
(OH)
2 +
H
2
O + 4H
+
2) MgSi
4
O
10
(OH)
2
+ 3CaCO
3
+ 3CO
2
= 3CaMg(CO3)2 + 4SiO2 + H
2
O
3) 3 H
0.33
Ca
0.33
AlMgSi
4
O
10
(OH)
2
*nH
2
O + 2CaCO
3
+ 4CO
2
+ K
+
=
4KAl
3
Si
3
O
10
(OH)
2
+ 3 CaMg(CO
3
)
2
+ 9 SiO
2
+ (2+3n)H
2
O + H
+
1>