Файл: Конспект подготовлен студентами, не проходил проф. Редактуру и может содержать ошибки. Следите за обновлениями на vk. Comteachinmsu.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 07.11.2023
Просмотров: 157
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Основные реакции выветривания
Растворение
CaCO
3
+ H
2
O + CO
2
= Ca
2+
+ 2HCO
3
-
Окисление
2Fe
3
O
4
+ H
2
O = 3Fe
2
O
3
+ 2H
+
+2e-
CuS + 2O
2
→ Cu
2+
+ SO
4 2-
Гидролиз
4NaAlSi
3
O
8
+ 11H
2
O + 2CO
2
→ 2Na
+
+
2HCO
3
-
+ Al
2
Si
2
O
5
(OH)
4
+ 4H
4
SiO
4
Образование глин, бокситов
Ионный обмен
2Na
+
+ Ca[
глин мин] – 2Na[глин мин] +
Ca
2+
Комплексообразование
Fe
2+
+[
ФК] = Fe[ФК]
Fe
2+
легко окисляется. ФК предохраняют от окисления
Биохимические реакции
Фотосинтез CO
2
+ H
2
O +
(кванты света)→ [CH
2
O]
(n)
+O
2
Осаждение
Обратно растворению
ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
127
Лекция 22
Геохимия осадочного процесса
Классификация осадочных образований по Гольдшмиту
Процессы
Породы
Полезные ископаемые
Сопутствующие элементы
Остаточные
Растворение, окисление
Пески, песчаники Si
Россыпи
Au, Sn, Ti, Zr,
Nb, Ta,
РЭЗ, Th
Гидролизаты
Гидролиз
Глины Si, Al,
K, Mg, Fe
Бокситы
Коры выветривания
Al, Fe, Ni
Nb, Ta, Ga
Оксидаты
Окисление, осаждение
Оксидные руды Fe, Mn
Fe – Mn конкреции, руды
Cu, Zn, Co, P,
As, V
Карбонаты
Осаждение
Известняки, доломиты Ca,
Mg, C
Sr
Эвапориты
Осаждение
Гипс – ангидрит
Галит
Ca, S, Na, Cl
Соли, рассолы
Na, K, Cl, Mg
Br, B, I, Li, Rb
Биолиты
Биохимическое осаждение
Угли, фосфориты, нефть C, H, P
Угли, фосфориты, нефть
U, Ge, Mo, Re,
V,
РЗЭ, Au
1)
Остаточные образования - те горные породы, которые возникли преимущественно в результате растворения и окисления, когда все малоустойчивые минералы подверглись преобразованию. В конечном итоге останется песок. Кварц очень устойчив в одном растворе. Главные породы – пески и песчаники, главный элемент – Si.
Главные месторождения – россыпи. Они образованы тяжелыми минералами.
Остаточные образования связаны с действием воды и гравитационной сепарации минералов по плотности.
2)
Гидролизаты – гидролиз – разложение водой. Вода во внешних оболочках гидратирует алюмосиликаты и возникают главные минералы осадочных пород – глины. Глинистые минералы – продукт гидролиза. Интенсивность гидролиза зависит от климатических особенностей. В умеренных широтах образуются разнообразные глины, в тропических широтах процесс идёт дальше и приводит к образованию латеритных кор выветривания. Al – бокситы – порода, обогащённая глиноземом, то есть из неё был вынесен кремнезём. Это происходит, так как глинозем амфотерный оксид, он растворяется в кислой и щелочной области, а в нейтральных средах он не растворяется. Есть область, где
ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
128 растворимость кремнезёма выше, чем растворимость глинозема и в условиях аридного климата выносится кремнезём. Ni образуется при выветривании ультраосновных пород – нонтронитовые коры выветривания.
3)
Оксидаты – продукты окисления. Главные элементы те, которые при окислении хуже мигрируют в воде – Fe, Mn. Возникают оксидные руды. Железо- марганцевые конкреции, корковые образования на дне океана. Источники образования – плюмы, чёрные курильщики. На них сорбируются ряд полезных элементов – Cu.
4)
Карбонаты – продукты осаждения Ca в морской воде. Хемогенные карбонаты только в тёплых солёных лагунах. Большая часть осаждения CaCO
3 провоцируется живыми организмами.
Ca
2+
+ HCO
3
-
= CaCO
3
+ H
2
O + CO
2
Ca
2+
+ HCO
3
-
= CaCO
3
+ H
+
5)
Эвапориты – продукты сгущения морской воды – выпаривание. Аридная зона.
Испарение преобладает. Образуются огромные тощи солей, которые выпадают из морской воды. Сначала выпадают CaCO
3
, затем сульфаты – гипс, хлориды - галит, KCl, MgCl
2
– бишофит. Эвапоритовые бассейны.
6)
Биолиты – биохимическое осаждение – формируются за счёт живого вещества.
Большая часть органического вещества находится в рассеянном состоянии в осадочных горных породах – кероген. Среднее содержание в осадочных породах
–
0,6%. Лишь малое вещество находится в концентрированном состоянии – уголь, нефть.
Сравнение с магматическими породами на поверхности континентов показывает, что осадочные породы более окислены, содержат больше H
2
O, CO
2
, характеризуются гораздо боле крайними составами – более эффективная дифференциация, так как температуры низки, участвуют биохимические процессы.
Сопоставление осадочной оболочки с магматическими породами
Средняя осадочная порода + океан (без летучих)
Средняя изверженная порода земной коры
Si
27.6 29.3
Ti
0.41 0.47
Al
7.03 7.74
∑Fe
4.14 4.43
ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
129
Mg
2.01 1.97
Ca
7.66
3.65
Na
1.93 2.30
K
2.38 2.47
Содержание Ca в осадочных породах в 2 раза больше, чем в изверженных. Связано с балансом кальция во внешних оболочках Земли – загадка. В докембрии мало карбонатов, там практически нет кальцита, только доломит. В фанерозое резко увеличилось количество Ca.
Парадокс кальция
Большинство элементов показывают достаточно близкие содержания в осадочных и магматических породах за исключением кальция. Предлагались различные объяснения этих расхождений, например, субдукция карбонатов в меньшей пропорции или извлечение кальция океаническими гидротермами и затем осаждение в виде кальцита.
Время пребывания в млн лет
Океан
Осадочная оболочка
Na
47 220
Cl
100 290
Ca
1 350
Si
0.002 450
Стационарное состояние в осадочной оболочке могло быть достигнуто для многих элементов (2-3τ). Смещение в результате изменения внешних условий – периоды интенсивного магматизма (суперплюмы) – выделение CO
2
, изменение условий карбонатообра3ования, бум биосферы (выделение фосфора и других элементов, важных для жизни). Накопление C
орг
, суперхроны. Суперконтиненты (влияют на климат).
Эволюция осадкообразования
•
В докембрии мало карбонатов; эвапориты появляются позже.
Представительность? Сохранность?
ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
130
•
Появление и развитие жизни изменило формы миграции элементов. Появление окислительных барьеров в докембрии (массовое выделение гидроокислов железа).
•
Ранний палеозой – животные с карбонатным скелетом.
•
Выход растений, а затем животных на сушу – увеличение O
2
, миграция C – H –
O – N интенсифицировалась
•
Появление человека – техногенные процессы, ноосфера.
Геохимические барьеры
•
Геохимические барьеры в осадочной оболочке появляются в результате контактов пород с контрастным химизмом. Главным образом следствие биохимических процессов.
•
Окислительный барьер – осаждение гидроокислов железа и марганца, самородная сера.
•
Восстановительный барьер (сероводородный) – FeS
2
, PbS, ZnS, Au, Ag
(
металлич), настуран.
•
Восстановительный барьер (глеевый) – FeCO
3
, вивианит, настуран, самородные медь и серебро.
•
Щелочной барьер – гидрокисды, карбонаты, фосфаты, арсенаты, ванадаты и т.д.
•
Кислый барьер – анионогенные элементы, например, молибден.
ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
131
Лекция 23
Геохимия гидросферы
Структура гидросферы
Масса 10 21
г
%
Океан
1420 86.5
Озера и реки
0.5 0.03
Ледники
22 1.3
Пары H
2
O
(атмосфера)
0.013
-
Воды осадочной оболочки 201 12.2
Всего 5% от массы земной коры
В составе гидросферы преобладает океан.
Растворенные компоненты делятся на консервативные (пропорции постоянны) и неконсервативные
Cl
SO
4 2-
∑CO
2
(
неконсерв)
Br
H
3
BO
3 19.4 2.7 0.13 0.07 0.03
Na
+
K
+
Ca
2+
Mg
2+
Sr
2+
10.8 0.4 0.4 1.3 0.014
Распределение температур – поверхностные воды прогреваются (около 70м), а га глубине Т постоянна около 2℃ (адиабатический градиент – 0.1℃/км). Между ними термоклин – зона, где резко меняется температура за счёт таяния льда.
Галоклин – зона, где резко меняется солёность из-за глобальной циркуляции мирового океана-смешение полярных и тропических вод.
Пиноклин – изменение плотности воды.
Общая соленость близка к 35‰, но она несколько колеблется.
ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
132
Рис. 88 График распределения температур в мировом океане
Рис. 89 График распределения солёности в мировом океане
ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
133
Рис. 90 Термоклин, галоклин, пиноклин
Неконсервативные компоненты ∑CO
2
, PO
4 3
-, NO
3
-
, O
2
, H
2
S.
Вариации связаны с жизнидеятельностью организмов, их отмиранием и погружением на глубину.
Растения и животные живут вблизи поверхности и истощают поверхностные воды в отношениях P и N, а после смерти они тонут и обогащают этими элементами придонные горизонты. В организмах поверхностных вод отношение P:N:C = 1:15:105
(
точнее 1:16:126), т.н. отношение Редфилда. В Воде 1:15:1000 – P и N извлекаются из поверхностных вод полностью (биолимитирующие), а углерод нет.
Вследствие фотосинтеза близ поверхности обогащение O
2
и обеднение CO
2
, глубже вследствие разложения мёртвой органики минимум O
2
и максимум CO
2
В полярных широтах поток мёртвой органики слабее и O
2
, остаётся на глубине, затем эти воды смещаются в умеренные широты.
Рис. 91 График содержания C в морской воде
ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
134
Рис. 92 График содержания O
2 в морской воде
Рис. 93 График содержания нитратов в морской воде
Фосфор и азот – биолимитирующие элементы.
У поверхности, весь азот, доступный организмам, связывается в живое вещество. По мере погружения живого вещества азот снова выделяется и вновь оказывается в растворённой форме.
Иловые воды – чрезвычайно обогащены азотом и фосфором.
Состав океана и его эволюция
ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
135
Состав океана в фанерозое существенно не менялся. Концентрация Na в фанерозое варьировала не более чем на 30%. τNa = 47 лет. Важный обратный поток – альбитизация пород в срединно океанических хребтах (спиллиты).
Мы можем рассмотреть последовательно отложений солей в эвапоритовых бассейнах.
На диаграмме растворимости положение фигуративной точки определит последовательность отложения солей. Все эвапоритовые толщи имеют примерно одинаковую последовательность.
Рис. 94 Баланс Na.
Mg
2+
- реки привносят 1.4* 10 14
г .год. Главный сток – СОХ. MgO количественно уходит в гидротермально измененные породы.
Время пребывания компонентов в океане
τ(лет)
Cl
100*10 6
Na
47*10 6
Br
100*10 6
Mg
13*10 6
Ca
1*10 6
Si
1800
Th
60
Ti,Al
100-1000
ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
136
H
2
O
≈10 4
Проблема анионного баланса в океане – в речных водах HCO
3
-
> Cl.
Осаждение CaCO
3
, но Сa
2+
в речных водах для этого недостаточно. Лишний кальций переходит в океан в подводных гидротермах.
Редкоземельные элементы и их поведение в морской воде
Рис. 95 Редкоземельные элементы и их поведение в морской воде
Редкоземельные элементы – элементы гидролизаты, поэтому они плохо переносятся морскими водами.
Континентальная кора обогащена более лёгкими редкоземельными элементами. В морской воде примерно также. Но:
1) Ce в морской воде гораздо меньше, чем в континентальной коре, чем La. У Ce валентность 4, поэтому он гидролизат в ещё большей степени, осаждается, его много в донных отложениях.
2)
Повышение концентрации тяжёлых редкоземельных элементов, это связано с тем, что главный способ вывода растворённых редкоземельных элементов их морской воды – адсорбция на веществе, которое образует осадки. С увеличением заряда и ионного радиуса адсорбция растёт. Лёгие редкоземельные элементы сильнее подвержены адсорбции.
Воды суши
•
Их состав формируется при взаимодействии вод с породами
ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
137
• 2NaAlSi
3
O
8
+ 11H
2
O + 2CO
2
= 2Na
+
+ 2HCO
3
-
+ Al
2
Si
2
O
5
(OH)
4
+ 4H
4
SiO
4
(aq)
• CaCO
3
+ H
2
O + CO
2
= Ca
2+
+ 2HCO
3
-
•
При этом получается континентальная ветвь вод Ca > Na > Mg, HCO
3
> SO
4
> Cl
•
Воды в осадках и выщелачивание солей дат морскую ветвь вод Na > Mg > Ca; Cl
> SO
4
> CO
3
Воды
•
Сильнокислые pH < 3, Fe, Cu, Al, Zn – зоны окисления сульфидных месторождений, зоны вулканизма
•
Слабокислые: pH 3 - 6.5 – фульвокислоты, органические кислоты. HCO
3
- и ФК комплексы – почвенные воды
•
Нейтральные слабощелочные: pH 6.5-8.5; многие элементы осаждаются
•
Сильнощелочные: pH > 8.5 – NaHCO
3
, Si, Al
2
O, Mo, Cu, Zn, Be, Y, Yb, Zr – области внутреннего стока
Галогенез – испарение морской воды с образованием солей. Сначало выпадает кальцит, затем гипс, гипсогалит, галит, сильвин, позже сульфаты Mg, K. Завершает процесс – бишофит – MgCl
2
Br/Cl отношение – индикатор галогенеза. Растёт в ходе кристаллизации галита.
Br/Cl > 0.003 признак участия остаточных рассолов. Br/Cl<0.003 – рассолы выщелачивания (растворение галита).
Растворение
CaCO
3
+ H
2
O + CO
2
= Ca
2+
+ 2HCO
3
-
Окисление
2Fe
3
O
4
+ H
2
O = 3Fe
2
O
3
+ 2H
+
+2e-
CuS + 2O
2
→ Cu
2+
+ SO
4 2-
Гидролиз
4NaAlSi
3
O
8
+ 11H
2
O + 2CO
2
→ 2Na
+
+
2HCO
3
-
+ Al
2
Si
2
O
5
(OH)
4
+ 4H
4
SiO
4
Образование глин, бокситов
Ионный обмен
2Na
+
+ Ca[
глин мин] – 2Na[глин мин] +
Ca
2+
Комплексообразование
Fe
2+
+[
ФК] = Fe[ФК]
Fe
2+
легко окисляется. ФК предохраняют от окисления
Биохимические реакции
Фотосинтез CO
2
+ H
2
O +
(кванты света)→ [CH
2
O]
(n)
+O
2
Осаждение
Обратно растворению
ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
127
Лекция 22
Геохимия осадочного процесса
Классификация осадочных образований по Гольдшмиту
Процессы
Породы
Полезные ископаемые
Сопутствующие элементы
Остаточные
Растворение, окисление
Пески, песчаники Si
Россыпи
Au, Sn, Ti, Zr,
Nb, Ta,
РЭЗ, Th
Гидролизаты
Гидролиз
Глины Si, Al,
K, Mg, Fe
Бокситы
Коры выветривания
Al, Fe, Ni
Nb, Ta, Ga
Оксидаты
Окисление, осаждение
Оксидные руды Fe, Mn
Fe – Mn конкреции, руды
Cu, Zn, Co, P,
As, V
Карбонаты
Осаждение
Известняки, доломиты Ca,
Mg, C
Sr
Эвапориты
Осаждение
Гипс – ангидрит
Галит
Ca, S, Na, Cl
Соли, рассолы
Na, K, Cl, Mg
Br, B, I, Li, Rb
Биолиты
Биохимическое осаждение
Угли, фосфориты, нефть C, H, P
Угли, фосфориты, нефть
U, Ge, Mo, Re,
V,
РЗЭ, Au
1)
Остаточные образования - те горные породы, которые возникли преимущественно в результате растворения и окисления, когда все малоустойчивые минералы подверглись преобразованию. В конечном итоге останется песок. Кварц очень устойчив в одном растворе. Главные породы – пески и песчаники, главный элемент – Si.
Главные месторождения – россыпи. Они образованы тяжелыми минералами.
Остаточные образования связаны с действием воды и гравитационной сепарации минералов по плотности.
2)
Гидролизаты – гидролиз – разложение водой. Вода во внешних оболочках гидратирует алюмосиликаты и возникают главные минералы осадочных пород – глины. Глинистые минералы – продукт гидролиза. Интенсивность гидролиза зависит от климатических особенностей. В умеренных широтах образуются разнообразные глины, в тропических широтах процесс идёт дальше и приводит к образованию латеритных кор выветривания. Al – бокситы – порода, обогащённая глиноземом, то есть из неё был вынесен кремнезём. Это происходит, так как глинозем амфотерный оксид, он растворяется в кислой и щелочной области, а в нейтральных средах он не растворяется. Есть область, где
ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
128 растворимость кремнезёма выше, чем растворимость глинозема и в условиях аридного климата выносится кремнезём. Ni образуется при выветривании ультраосновных пород – нонтронитовые коры выветривания.
3)
Оксидаты – продукты окисления. Главные элементы те, которые при окислении хуже мигрируют в воде – Fe, Mn. Возникают оксидные руды. Железо- марганцевые конкреции, корковые образования на дне океана. Источники образования – плюмы, чёрные курильщики. На них сорбируются ряд полезных элементов – Cu.
4)
Карбонаты – продукты осаждения Ca в морской воде. Хемогенные карбонаты только в тёплых солёных лагунах. Большая часть осаждения CaCO
3 провоцируется живыми организмами.
Ca
2+
+ HCO
3
-
= CaCO
3
+ H
2
O + CO
2
Ca
2+
+ HCO
3
-
= CaCO
3
+ H
+
5)
Эвапориты – продукты сгущения морской воды – выпаривание. Аридная зона.
Испарение преобладает. Образуются огромные тощи солей, которые выпадают из морской воды. Сначала выпадают CaCO
3
, затем сульфаты – гипс, хлориды - галит, KCl, MgCl
2
– бишофит. Эвапоритовые бассейны.
6)
Биолиты – биохимическое осаждение – формируются за счёт живого вещества.
Большая часть органического вещества находится в рассеянном состоянии в осадочных горных породах – кероген. Среднее содержание в осадочных породах
–
0,6%. Лишь малое вещество находится в концентрированном состоянии – уголь, нефть.
Сравнение с магматическими породами на поверхности континентов показывает, что осадочные породы более окислены, содержат больше H
2
O, CO
2
, характеризуются гораздо боле крайними составами – более эффективная дифференциация, так как температуры низки, участвуют биохимические процессы.
Сопоставление осадочной оболочки с магматическими породами
Средняя осадочная порода + океан (без летучих)
Средняя изверженная порода земной коры
Si
27.6 29.3
Ti
0.41 0.47
Al
7.03 7.74
∑Fe
4.14 4.43
ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
129
Mg
2.01 1.97
Ca
7.66
3.65
Na
1.93 2.30
K
2.38 2.47
Содержание Ca в осадочных породах в 2 раза больше, чем в изверженных. Связано с балансом кальция во внешних оболочках Земли – загадка. В докембрии мало карбонатов, там практически нет кальцита, только доломит. В фанерозое резко увеличилось количество Ca.
Парадокс кальция
Большинство элементов показывают достаточно близкие содержания в осадочных и магматических породах за исключением кальция. Предлагались различные объяснения этих расхождений, например, субдукция карбонатов в меньшей пропорции или извлечение кальция океаническими гидротермами и затем осаждение в виде кальцита.
Время пребывания в млн лет
Океан
Осадочная оболочка
Na
47 220
Cl
100 290
Ca
1 350
Si
0.002 450
Стационарное состояние в осадочной оболочке могло быть достигнуто для многих элементов (2-3τ). Смещение в результате изменения внешних условий – периоды интенсивного магматизма (суперплюмы) – выделение CO
2
, изменение условий карбонатообра3ования, бум биосферы (выделение фосфора и других элементов, важных для жизни). Накопление C
орг
, суперхроны. Суперконтиненты (влияют на климат).
Эволюция осадкообразования
•
В докембрии мало карбонатов; эвапориты появляются позже.
Представительность? Сохранность?
ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
130
•
Появление и развитие жизни изменило формы миграции элементов. Появление окислительных барьеров в докембрии (массовое выделение гидроокислов железа).
•
Ранний палеозой – животные с карбонатным скелетом.
•
Выход растений, а затем животных на сушу – увеличение O
2
, миграция C – H –
O – N интенсифицировалась
•
Появление человека – техногенные процессы, ноосфера.
Геохимические барьеры
•
Геохимические барьеры в осадочной оболочке появляются в результате контактов пород с контрастным химизмом. Главным образом следствие биохимических процессов.
•
Окислительный барьер – осаждение гидроокислов железа и марганца, самородная сера.
•
Восстановительный барьер (сероводородный) – FeS
2
, PbS, ZnS, Au, Ag
(
металлич), настуран.
•
Восстановительный барьер (глеевый) – FeCO
3
, вивианит, настуран, самородные медь и серебро.
•
Щелочной барьер – гидрокисды, карбонаты, фосфаты, арсенаты, ванадаты и т.д.
•
Кислый барьер – анионогенные элементы, например, молибден.
ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
131
Лекция 23
Геохимия гидросферы
Структура гидросферы
Масса 10 21
г
%
Океан
1420 86.5
Озера и реки
0.5 0.03
Ледники
22 1.3
Пары H
2
O
(атмосфера)
0.013
-
Воды осадочной оболочки 201 12.2
Всего 5% от массы земной коры
В составе гидросферы преобладает океан.
Растворенные компоненты делятся на консервативные (пропорции постоянны) и неконсервативные
Cl
SO
4 2-
∑CO
2
(
неконсерв)
Br
H
3
BO
3 19.4 2.7 0.13 0.07 0.03
Na
+
K
+
Ca
2+
Mg
2+
Sr
2+
10.8 0.4 0.4 1.3 0.014
Распределение температур – поверхностные воды прогреваются (около 70м), а га глубине Т постоянна около 2℃ (адиабатический градиент – 0.1℃/км). Между ними термоклин – зона, где резко меняется температура за счёт таяния льда.
Галоклин – зона, где резко меняется солёность из-за глобальной циркуляции мирового океана-смешение полярных и тропических вод.
Пиноклин – изменение плотности воды.
Общая соленость близка к 35‰, но она несколько колеблется.
ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
132
Рис. 88 График распределения температур в мировом океане
Рис. 89 График распределения солёности в мировом океане
ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
133
Рис. 90 Термоклин, галоклин, пиноклин
Неконсервативные компоненты ∑CO
2
, PO
4 3
-, NO
3
-
, O
2
, H
2
S.
Вариации связаны с жизнидеятельностью организмов, их отмиранием и погружением на глубину.
Растения и животные живут вблизи поверхности и истощают поверхностные воды в отношениях P и N, а после смерти они тонут и обогащают этими элементами придонные горизонты. В организмах поверхностных вод отношение P:N:C = 1:15:105
(
точнее 1:16:126), т.н. отношение Редфилда. В Воде 1:15:1000 – P и N извлекаются из поверхностных вод полностью (биолимитирующие), а углерод нет.
Вследствие фотосинтеза близ поверхности обогащение O
2
и обеднение CO
2
, глубже вследствие разложения мёртвой органики минимум O
2
и максимум CO
2
В полярных широтах поток мёртвой органики слабее и O
2
, остаётся на глубине, затем эти воды смещаются в умеренные широты.
Рис. 91 График содержания C в морской воде
ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
134
Рис. 92 График содержания O
2 в морской воде
Рис. 93 График содержания нитратов в морской воде
Фосфор и азот – биолимитирующие элементы.
У поверхности, весь азот, доступный организмам, связывается в живое вещество. По мере погружения живого вещества азот снова выделяется и вновь оказывается в растворённой форме.
Иловые воды – чрезвычайно обогащены азотом и фосфором.
Состав океана и его эволюция
ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
135
Состав океана в фанерозое существенно не менялся. Концентрация Na в фанерозое варьировала не более чем на 30%. τNa = 47 лет. Важный обратный поток – альбитизация пород в срединно океанических хребтах (спиллиты).
Мы можем рассмотреть последовательно отложений солей в эвапоритовых бассейнах.
На диаграмме растворимости положение фигуративной точки определит последовательность отложения солей. Все эвапоритовые толщи имеют примерно одинаковую последовательность.
Рис. 94 Баланс Na.
Mg
2+
- реки привносят 1.4* 10 14
г .год. Главный сток – СОХ. MgO количественно уходит в гидротермально измененные породы.
Время пребывания компонентов в океане
τ(лет)
Cl
100*10 6
Na
47*10 6
Br
100*10 6
Mg
13*10 6
Ca
1*10 6
Si
1800
Th
60
Ti,Al
100-1000
ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
136
H
2
O
≈10 4
Проблема анионного баланса в океане – в речных водах HCO
3
-
> Cl.
Осаждение CaCO
3
, но Сa
2+
в речных водах для этого недостаточно. Лишний кальций переходит в океан в подводных гидротермах.
Редкоземельные элементы и их поведение в морской воде
Рис. 95 Редкоземельные элементы и их поведение в морской воде
Редкоземельные элементы – элементы гидролизаты, поэтому они плохо переносятся морскими водами.
Континентальная кора обогащена более лёгкими редкоземельными элементами. В морской воде примерно также. Но:
1) Ce в морской воде гораздо меньше, чем в континентальной коре, чем La. У Ce валентность 4, поэтому он гидролизат в ещё большей степени, осаждается, его много в донных отложениях.
2)
Повышение концентрации тяжёлых редкоземельных элементов, это связано с тем, что главный способ вывода растворённых редкоземельных элементов их морской воды – адсорбция на веществе, которое образует осадки. С увеличением заряда и ионного радиуса адсорбция растёт. Лёгие редкоземельные элементы сильнее подвержены адсорбции.
Воды суши
•
Их состав формируется при взаимодействии вод с породами
ГЕОХИМИЯ
БЫЧКОВ АНДРЕЙ ЮРЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
137
• 2NaAlSi
3
O
8
+ 11H
2
O + 2CO
2
= 2Na
+
+ 2HCO
3
-
+ Al
2
Si
2
O
5
(OH)
4
+ 4H
4
SiO
4
(aq)
• CaCO
3
+ H
2
O + CO
2
= Ca
2+
+ 2HCO
3
-
•
При этом получается континентальная ветвь вод Ca > Na > Mg, HCO
3
> SO
4
> Cl
•
Воды в осадках и выщелачивание солей дат морскую ветвь вод Na > Mg > Ca; Cl
> SO
4
> CO
3
Воды
•
Сильнокислые pH < 3, Fe, Cu, Al, Zn – зоны окисления сульфидных месторождений, зоны вулканизма
•
Слабокислые: pH 3 - 6.5 – фульвокислоты, органические кислоты. HCO
3
- и ФК комплексы – почвенные воды
•
Нейтральные слабощелочные: pH 6.5-8.5; многие элементы осаждаются
•
Сильнощелочные: pH > 8.5 – NaHCO
3
, Si, Al
2
O, Mo, Cu, Zn, Be, Y, Yb, Zr – области внутреннего стока
Галогенез – испарение морской воды с образованием солей. Сначало выпадает кальцит, затем гипс, гипсогалит, галит, сильвин, позже сульфаты Mg, K. Завершает процесс – бишофит – MgCl
2
Br/Cl отношение – индикатор галогенеза. Растёт в ходе кристаллизации галита.
Br/Cl > 0.003 признак участия остаточных рассолов. Br/Cl<0.003 – рассолы выщелачивания (растворение галита).