Geochemia
W.1

Lantanowce

- pierwiastki umieszczone w 3 grupie układu okresowego za lantanem:

Cer- Ce
Prazeodym- Pr
Neodym- Nd
Promet- Pm
Samar- Sm
Europ- Eu
Gadolin- Gd
Terb- Tb
Dysproz- Dy
Holm- Ho
Erb- Er
Tul- Tm
Iterb- Yb
Lutet- Lu
Są typowymi metalami, w związkach występują na III stopniu utlenienia ( tlenki Ln

), są

aktywne chemicznie. W przyrodzie występują zespołowo w minerale monacycie.

GEOCHEMIA

- historia naturalna pierwiastków chemicznych, pomost łączący nauki

chemiczne z naukami o Ziemi.

Cele:

•

Poznanie składu chemicznego Ziemi i jej stref

•

Ustalenie zasad rządzących rozmieszczeniem pierwiastków w różnych
środowiskach

•

Poznanie różnic regionalnych chemizmu skał i minerałów

•

Poznanie losów poszczególnych pierwiastków w globie ziemskim- geochemia
szczegółowa ( obieg pierwiastków w skorupie, atmosferze, hydrosferze)

•

Rozpoznanie asocjacji pierwiastków i ich zmienność w różnych środowiskach

•

Charakterystyka fizykochemiczna środowisk geologicznych

•

Prześledzenie w skali geologicznej historii Ziemi, zmian geochemicznych
zachodzących na planecie ( geochemia historyczna)

g. izotopów
g. organiczna
kosmochemia

Powiązania z innymi naukami:

•

Mineralogia

•

Petrologia

•

Nauka o złożach

•

Sedymentologia

•

Biochemia

GEOCHEMIA

- jedna z najmłodszych nauk o Ziemi

Termin- 1838r.- Schönbein ( Szwajcaria )

F.W. Clarke- klarki- cząst. Pierwiastków dla różnych środowisk
H.S. Washington- podzielił glob na części różniące się składem chem.
V.M. Goldschmidt
P. Niggli- przeliczenia geochemiczne
G. Berg- dane geochemiczne- strefy, zestawienia
W.J. Wermadski- podręczniki
A.J. Fersman- podręczniki
Działali w latach 20, 30-tych XX wieku- dane chemiczne dotyczące poszczególnych skał.
Lata 50-te- metoda wagowa ( wytrącanie i ważenie )
Lata 60-te- kompleksometria.
Lata 70-te: J.A. Winchester, P.A. Floyd, J.A. Pearce- sposoby interpretacji geochemicznej.

KLASYFIKACJE GEOCHEMICZNE PIERWIASTKÓW:

► Klasyfikacja Washingtona 1920r.

1) p. petrogeniczne- wchodzące w skład skał i występujące w minerałach, głównie w

połączeniach tlenowych (tlenki, krzemiany, węglany, rzadziej chlorki)

2) p. metalogeniczne- wchodzące w skład złóż kruszcowych występujących w takich
minerałach jak: siarczki, arsenki, siarkosole, w postaci rodzimej

► Klasyfikacja Goldschmidta 1922r.

1) p. syderofilne („żelazolubne”)- p. o mniejszym niż Fe powinowactwie do tlenu jak

też do S- występują głównie w stanie metalicznym

2) p. chalkofilne („kruszcolubne”)- p. o większym niż Fe powinowactwie do S,

mniejszym zaś do tlenu- postać siarczków, arsenków

3) p. litofilne („skałolubne”)- p. o większym niż Fe powinowactwie do tlenu, zaś

mniejszym do S- postać krzemianów, węglanów, siarczków, tlenków, ubocznie w
postaci chlorków, fluorków

4) p. atmofilne- lotność, gromadz. w atmosferze, hydrosferze
5) p. biofilne- wchodzą w skład organizmów żywych (biosfera)

► Niggli 1948, Rankam, Saham 1950

1) p. oksyfilne („tlenolubne”)- wyst. W skorupie ziemskiej w połączeniu z tlenem-

krzemiany, węglany, siarczany, tlenki, wodorotlenki, rzadziej chlorowce

2) p. sulfofilne („siarkolubne”)- łączą się z S ( siarczki, arsenki, tellurki, antymonki)

lub w stanie wolnym (rodzimym)

► Szadeczky- Kardoss 1958

1) p. syderofilne
2) p. chalkofilne
3) p. litofilne
4) p. atmofilne

Niektóre pierwiastki mogą być sulfo albo chalkofilne.

WSPÓŁCZESNY PODZIAŁ GEOCHEMICZNY PIERWIASTKÓW

p. dopasowane ( kompatybilne ) CE

p. niedopasowane ( niekompatybilne ) IE

Rozpraszające się izomorficznie
K

> 1 (współczynnik rozdziału)

Np. Mn, Cr, Ni, Co, Cu, Ga, V, Y

Nie rozpraszające się izomorficznie
K

< 1

Np. P, K, Ti, Ba, Cs, Rb, Sr, U, Th, Zr, Hf, Ce

P. ruchliwe- K, Rb, Cs, U, Sr, Ba, Pb

P. lotne- K, Na, Pb, Hg, Ti
P. oporne, nieruchliwe- Zr, Nb, REE, U, Th

HFS/HFSE- pierwiastki o wysokiej sile pola

Potencjał jonowy> 2.0
REE, Sc, Y, Th, U, Pb, Zr, Hf, Ti, Nb, Ta

LFS/LFSE- pierwiastki o niskiej sile pola

Potencjał jonowy< 2.0

LIL/LILE- wielkojonowe litofilne pierwiastki

Cs, Rb, K, Be, Sr, Eu

, Pb

Wykresy- 2 parametry: wielkość promienia jonowego, wartościowość pierwiastków.

PRAWA GOLGSCHMIDTA:

I PRAWO- m/y dwoma jonami diadochia ( wzajemne podstawienie m/y
pierwiastkami w sieci krystalicznej ) jest możliwa wtedy, gdy ich promienie jonowe
różnią się od siebie mniej niż o 15%
II PRAWO- z dwu diadochowo zastępujących się jonów, mających różny ładunek,
jon, który ma mniejszy r będzie łatwiej (wcześniej) wchodził do sieci krystalicznej
minerału
III PRAWO- z dwu jonów o tym samym r, lecz różnym ładunku będzie łatwiej do
sieci krystalicznej wchodził ten, który ma wyższy ładunek.

Np. skaleń potasowy- K z Rb ( śladowy, nie tworzy własnego minerału)- diadochia

Granit- magmowy
Pegmatyt- pomagmowy

Promienie jonowe:

0,82

0,80

0,75

0,69

0,80

0,77

0,81

0,68

0,78

1,59

Rb 1,74
Sr

1,33

1,80

1,38

1,96

Z
U

1,68

1,12

0,35

0,10

0,34

0,47

0,55

0,03

0,69

0,80

1,10

1,08

1,10

Z
O

-2

1,32

1,25

-2

1,72

-2

1,88

Albit/ anortyt – diadochia heterowalentna, Na

i Ca

SPINELE
To grupa minerałów, podwójne, izomorficzne tlenki metali dwu- i trójwartościowych;
krystalizują w układzie regularnym, zwykle w postaci ośmiościanu.
Wśród spineli wyróżnia się: glinowe, do których należą spinel właściwy, hercynit i inne;
chromowe, do których zalicza się m.in. chromit i pikotyt, oraz żelazowe, których głównym
przedstawicielem jest magnetyt.

SPINEL WŁAŚCIWY to minerał z grupy spineli, tlenek magnezu i glinu; bezbarwny lub
zabarwiony na różne odcienie koloru czerwonego, niebieskiego, zielonego, także brunatny,
pomarańczowy, fioletowy.
Występuje głównie w zmetamorfizowanych wapieniach i dolomitach, a także - ze względu na
dużą odporność na wietrzenie - w skałach okruchowych.

POLARYZACJA JONOWA

Polega na działaniu pola elektrycznego jednych jonów na otoczkę elektronową innych jonów
sąsiednich.

POLARYZACJA CZYNNA

POLARYZACJA BIERNA

Zdolność jonu do odkształcenia powłoki
elektronowej innego jonu- wykazują ją małe,
wysokowartościowe kationy- tym silniejsza
im większa wartościowość i im większy
promień

Polaryzonalność- podatność jonu na
odkształcenia jego powłoki- deformowanie
się jonu pod wpływem pola elektrycznego
jonu deformującego; aniony F, O, Cl

Biorąc pod uwagę, że na polarność czynną wpływa:

•

wielkość kationu-

•

jego wartościowość-

posługujemy się pojęciem:

potencjał jonowy

φ(χ)

( potencjał polaryzacyjny Cartledge’a )

Im większe φ tym jon wskazuje wyższą polaryzację jonową czynną. Konsekwencją występowania polaryzacji
jonowej jest zmiana parametrów koordynacyjno- sieciowych- zniekształcenie sieci krystalicznej i parametrów
ilościowych tych sieci.

φ(χ)= Z/ R

Potencjał jonizacyjny-

energia potrzebna do oderwania z pojedynczego atomu najluźniej

związanego elektronu

Wyrażany jest w elektronovoltach (eV). Energia potrzebna do

oderwania pierwszego elektronu nazywana jest pierwszym potencjałem jonizacyjnym,
drugiego elektronu-drugim... itd.

K→ K

+ e jonizacja atomu K

Im większą wartość ma potencjał jonizacyjny, tym silniej jest związany elektron w atomie.

Powinowactwo elektronowe-

jest to energia jaka uwalnia się po przyłączeniu elektronu

do obojętnego elektrycznie atomu

Cl + e→ Cl

przejście atomu Cl w jon ujemny

Elektroujemność pierwiastków-

dążność atomów do przyłączenia elektronów

= (χ

+ E

)/ Z

IZOMORFIZM-

zjawisko to cechuje inny skład chemiczny lecz taka sama koordynacja

sieciowa np. Mg

[SiO

]- Fe

[SiO

]

DIADOCHIA

izowalentna

- podstawianie się jonów o tej samej wartościowości np. w oliwinach

heterowalentna

- podstawianie się jonów o różnej wartościowości np. 10 jonów sodu

zastępowanych jest przez 10 jonów wapnia

•

równoczesna diadochia innej pary jonów- jedna para zastępuje inną

diopsyd Ca

[Si

] → epidot Na

[Si

]

•

wprowadzanie dodatkowego jonu, który wyrównuje równowagę
elektrostatyczną

fluoryt Ca

→ tysonit Ce

•

pozostawienie miejsc nie obsadzonych

muskowit KAl

[AlSi

(OH)

] → flogopit Mg

[AlSi

(OH)

]

Kasyteryt SnO2- diadochie

← Ti

2Sn

← Ti

+ Nb

2 Sn

← Ti

+ Ta

3 Sn

← 2( Ti

+ Fe

)

← Nb

2 Sn

← Ta

+ Fe

3 Sn

← 2( V

+ Fe

)

3 Sn

← 2( Cr

+ Fe

)

← W

3 Sn

← 2N

W.2

Potencjał jonizacji

r jonowy

potencjał jonowy [eV]

0,97

5.1

brak diadochii- zbyt duża różnica

0,96

7.7

w potencjale jonizacji

( domieszki Cu- chalkopiryt )

1,42

4.3

← Rb

TAK

1,57

4.2

← Ag

NIE

1,31

7.6

Rb- kryptomorficzny, nie tw. własnych min. – ukrywa się w minerałach K

0,99

11.9

1,16

11.0

Ca/Hg- diadochia niemożliwa

1,14

18.7

DIADOCHIA

IZOWALENTNA

HETEROWALENTNA

- Rb

, Cs

, Tl

– Sr

↔ Fe

– Ni

- Ba

, Sr

, Pb

↔ Ca

– Y

– Sc

– Mn

, Ni

, Zn

↔ Fe

– Ga

, Cr

- Cr

, V

- Ge

– Th

– Hf

, Th

↔ Ta

↔ Mo

-2

– Se

-2

, (Fe

-2

)

↔ Al

(Fe

)

– Ga

, In

– Th

– P

, Ta

– W

– Na

– Li

– OH

– F

↔ oznacza mieszalność nieograniczoną

LICZBA KOORDYNACYJNA-

liczba poszczególnych jonów lub atomów tego samego

rodzaju stanowiąca najbliższe otoczenie rozpatrywanego jonu. Zależy ona od promienia
jonowego- im większy promień tym fizycznie więcej miejsca na jony otaczające go. Czynnik
wpływający na podstawianie.

liczby koordynacyjne:

I w dwuatomowych cząstkach wodoru, kształt linearny (w kierunku jednej osi)
II w cząst. CO

- w centrum jeden C, a po bokach dwa O, kształt linijny, kąt 180˚

III np. trójbromek baru- w centrum atom boru otoczony przez 3 at. bromu. Kąt 120˚. Figura płaska- 2D
IV tetraedr krzemowo- tlenowy- jeden kation Si otoczony przez 4 aniony O- wielościan koordynacyjny
V pięciofluorek fosforu- w centrum P otoczony przez pięć F- bipiramida trygonalna
VI sześciofluorek siarki- kształt oktaedru (mika, granat, amfibol)

GEOCHEMICZNE ROZPROSZENIE

Typowo izomorficznie
rozproszone
(kryptomorficzne).
Rb, Ga, Hf
Wyjątkowo tworzą minerały

Rozproszone izomorficznie
lecz mogące tworzyć własne
minerały.
Zn→ rozproszony w min.
→ złożone skupienia- ZnS
Sfaleryt

Pb→ rozpr. w min. K
(skalenie, łyszczyki)
→ złożone skupienia
PbS galena

Rozproszone geochemicznie,
lecz nie rozproszone
izomorficznie
Cu→ w skale rozproszona w
postaci własnych kruszc.
Np. chalkopiryt
→ może tw. własne złoża
Chalkopiryt CuFeS

Chalkozyn Cu

Kowelin CuS

Zr→ w min. Skałotwórczych
obecny w postaci wrostków
minerału cyrkonu Zr[SiO

]

Współczynnik podziału pierwiastka K

- jest to stosunek stężenia danego pierwiastka w

minerale (fazie krystalicznej) do stężenia tego pierwiastka w stopie (roztworze)

- stężenie pierwiastka w fazie stałej (krystalicznej)

- stężenie pierwiastka w fazie ciekłej (stop, roztwór)

→ konsekwencje geochemiczne:
K

<1- pierwiastki niedopasowane (IE). Pozostają w stopie resztkowym, nie wchodzą do

struktury minerałów, które jako I-sze krystalizują ze stopu

>1- pierwiastki dopasowane (CE). Koncentracja w minerale jest większa niż w stopie.

Szybko wchodzą do struktury minerałów krystalizujących ze stopu. Zawartość w stopie
coraz to mniejsza- prawie ich nie ma w stopie resztkowym.

Koncentracja pierwiastków dopasowanych większa przy wyższym zaawansowaniu
wytapiania

ŚRODOWISKO GEOCHEMICZNE

Wpływa na zachowanie pierwiastków- czy są dopasowane czy nie.

Oliwiny, pirokseny- Sr IE
Jeśli pojawi się plagioklaz- Sr CE

Rb→ IE w skałach zasadowych
→ CE w skałach kwaśnych, pegmatyty, skalenie K, łyszczyki

Pierwiastki niedopasowane

-wartości bezwzględne- mówią o stopniu wytapiania
- stosunki pierw. Niedopasowanych Rb/Sr, nawet przy bardzo słabym wytapianiu
( rozpoznawanie źródła- czy to samo dla różnych próbek)

WSPÓŁCZYNNIK PODZIAŁU ( ROZMIESZCZENIA)- W. NERNST’A

= C minerał/ C stop

2-składnikowy współczynnik podziału

(i/j) = [Xi/Xj]

faza stała

/ [Xi/Xj]

faza ciekła

i- śladowy pierwiastek
j- główny

(Ni/Mg) = [X

]

skała

/ [X

]

stop

Di= x

+ x

+ …

W skale zaw. 50%d, 30% opx, 20% cfx
Di= o,5kd

+ 0,3kd

opx

+ 0,2kd

cfx

CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA K

1) skład stopu
2) temperatura – im ↑ tym K

↓

3) ciśnienie
4) aktywność tlenu
5) struktura krystaliczna
6) zawartość wody w stopie

Europ Eu- ujemna anomalia europowa

- hornblenda (amfibol) zubożona w europ
- jako jedyny z lantanowców występuje na innym niż reszta (III) stopniu utlen. – na II

- wchodzi do struktury min. Zawierających Ca- plagioklazy- wpływ

CZĘSTOŚĆ PIERWIASTKÓW WYST. WE WSZECHŚWIECIE

Zaw.%

pierwiastki

zawartość

100-10

O, Si

75,13

10-1

Al. Fe, Ca, Na, Mg, K, H

23,00

98,13

III

1-10

-1

Ti, C, Cl, P, S, Mn

1,48

99,61

-1

-10

-2

F, Ba, N, Sr, Cr, Zr, V, Ni, Zn, Cu

0,33

99,94

-2

-10

-3

Sn, Rb, W, Li, B, Y, Co, Pb, Cs,

Mo, Br, Th

0,05

99,99

VIII

-5

-10

-6

Mg, Pd, Os, Rh, Te, He

0,00002

-6

-10

-7

Au, Ne, Ru

0,000001

-7

-10

-8

Kr, Xe, Ra, Pn

0,000001

KLARKI DLA ATMOSFERY, HYDROSFERY ITD.

•

Wagowe- masa atomowa pierwiatka

•

Atomowe

•

Objętościowe

•

Złożone – stosunek klarka złoża do klarka całego środowiska, jest miarą
stopnia koncentracji geochemicznej danego pierwiastka i oznacza
współczynnik koncentracji

Im ↑ klark tego pierwiastka w danym miejscu w stosunku do otoczenia tym↑
jego koncentracja.
Zawartość Cu w złożu- 2,5%- już opłacalna eksploatacja podziemna, jeśli
odkrywka to ok. 1%.
Współwystępowanie innych pierwiastków decyduje o wartości złoża
(z chalkopirytem molibdenit, zawartość Cu może być niższa)
Ag- wsp. konc. 10000- duży, śr. zawart. mała
Bi- 100000x więcej niż w skałach otaczających musi być
Fe- 57% (magnetyt, hematyt), wsp. konc. 11-12

WZGLĘDNA CZĘSTOŚĆ PIERWIASTKÓW WE WSZECHŚWIECIE

1) Częst.↓ wraz ze ↑ liczby atomowej ( spadek ten jest gwałtowniejszy w

początkowej części krzywych- przewaga lekkich pierwiastków H, He nad
cięższymi)

2) Li, Be, B- pierwiastki deficytowe (wyk. charakt. min.) – nietrwałość jąder

atomowych izotopów tych p. w procesie nukleosyntezy, duża podatność na
absorpcje protonów i neutronów

3) Reguła Oddona- Harkinsa- częstość p. o nieparzystym ż jest zawsze

niższa od częstości najbliższych im pierwiastków o Z parzystym

Normalizacja- eliminacja 3) , lantanowce do chondrytu

Liczba atomowa Z – liczba protonów w jądrze atomowym, jest równa liczbie elektronów i
stanowi kolejny nr pierwiastka w układzie okresowym
Liczba masowa A – liczba nukleonów w jądrze ( składnik jądra- proton lub neutron)
Liczba neutronowa N

NUKLIDY

IZOTOPY

IZOTONY

IZOBARY

1
1
1

16
16
16
16

0
1
2

16
17
18
20

1
2
3

32
33
34
36

6
7
8

30
31
32
34

8
8
8

40
40
40
40

14
15
16

70
71
72
74

Fe
Ni

1
2

18
19
20

26
28

2
1

22
21
20

32
30

3
3

40
40
40

58
58

Szczególnie trwałe są nuklidy o wartościach N lub Z równym liczbom 2, 8, 20. Tzw. Liczby
magiczne- duża trwałość

GWIAZDY OSOBLIWE:

Anomalie częstości pewnych pierwiastków
- niższa częst. He, C, Mg, Ca
- wyższa częst. Al., Si, S, Cl, lub Mn, Fe, Pt-nowce, Hg, U
- nadmiar stu-, tysiąckrotny.

MATERIA M/YGWIEZDNA:

•

W naszej galaktyce stanowi 3-5% masy, skupiona w obłokach, które mogą
osiągnąć znaczną gęstość w stosunku do przeciętnej gęstości gazu
m/ygwiezdnego H, He.

•

W gęstszych obłokach są też często H

O, NH

, H

S, CO, SO

, wolne rodniki

Np. OH, CN, N

H, CH oraz alk. metylowy, etylowy, kw. mrówkowy, aldehyd

mrówkowy, acetylen

•

W obłokach również pył złożony z ziaren krzemianów, które otoczone są
mieszaniną H

O, CH, NH

, CO

i in.- tzw. „brudny lód”

W.3.

Lantanowce

►KONTRAKCJE LANTANOWCÓW- spadek promienia jonowego wraz ze wzrostem
liczby atomowej (w obrębie jednego okresu w układzie okresowym). Wzrasta wówczas
ładunek jądra ale nie jest dobudowywana kolejna powłoka. Wzrasta ładunek i wzrasta
przyciąganie przez co promień się kurczy. Obsadzany jest orbital 4f, każdy kolejny od ceru
ma coraz więcej elektronów na orbitalu f.
I i II grupa główna → blok S
III i VII grupa główna → blok P
gdy maksymalna liczba elektronów jest równa 6 w orbitalu typu P = gaz szlachetny
poboczne pierwiastki → orbital typu D
lantanowce i aktynowce- pierwiastki wewnątrzprzejściowe → blok F

► Dwa pierwiastki odbiegają od reszty lantanowców, które występują na III stopniu
utleniania

Europ→ +II (też III)- większy promień jonowy, wskaźnik pewnych procesów w
skałach magmowych.
Cer→ +IV (też III)- częściej w skałach osadowych, obecność świadczy o warunkach
redox obecnych przy powstaniu tych skał

►

REE

LREE

HREE

La 1,14

Ce 1,11

Pr 1,09

Nd 1,08

Pm 1,06
Sm 1,04

Eu 1,03

Gd 1,02

Grupa cerowa

Tb 1,00

Dy 0,99
Ho 0,98

Er 0,97

Tm 0,96

Yb 0,95

Lu 0,94

Grupa itrowa

► PIERWIASTKI ZIEM RZADKICH- lantanowce odkryto bardzo późno, nazwa grupy
została, ale są pierwiastki, które występują w przyrodzie jeszcze rzadziej dlatego nazwa ta jest
myląca.

Lantan- od greckiego słowa lanthaneis - coś ukrytego, umykającego uwadze.
Cer- od Ceres - rzymskiej bogini ziarna, planetoida Ceres
Prazeodym- od greckich słów prasios (zielony) i didymos (podwójny).
Neodym- od greckich słów neos (nowy) i didymos (podwójny).
Promet- od Prometeusza
Samar- od minerału samarskitu nazwanego od rosyjskiego inżyniera W. Samarskiego.
Europ- od słowa Europa
Gadolin- od minerału gadolinitu
Terb- od szwedzkiego miasta Ytterby.
Dysproz- od greckiego słowa dysprositos - trudny do otrzymania

Holm- od dawnej nazwy Sztokholmu - Holmia.
Erb- od szwedzkiego miasta Ytterby
Tul- od Thule dawnej nazwy Skandynawii.
Iterb-od szwedzkiego miasta Ytterby
Lutet- od słowa Lutetia - starożytna nazwa Paryża.

►

Gr. cerowa

Gr. itrowa

Gr. cerowa

Gr. itrowa

Gr. cerowa

Gr. terbowa

Gr. itrowa

LREE

HREE

► Lantanowce

Halogenki- 4
Węglany- 10
Krzemiany- 42
Tlenki- 25

► Britholit: RE

+ Si

↔ Ca

+ P

Allanit: Ca

+ Al

↔ RE

+ Fe

Gadolinit: Fe

+2RE

↔ Fe

+ RE

+ Ca

Cyrkon: Y

+ P

↔ Zr

+ Si

Apatyt: 3Ca

↔ 2RE

Anortyt: Ca

+ Si

↔ Re

+ Al

2Ca

↔ Na+ + RE

Diadochia izowalentna- wapń podstawiony europem

Ca+2 ↔ Eu+2

►
Halogenki:

Fluoroceryt (ryssonit)

Fluoryt CaF

Gagarinit

Węglany:

Basmassyt
Parisyt

Tlenki:

Cerlamit
Dadiryt
Branneryt
Perowskit
Samarskit
Kopsyt

Krzemiany:

Allanit, Britholit, Gadolinit, Tytanit, Thoryt, Cyrkon

► Lantanowce- 3 postacie w skałach magmowych:

1. rozproszone w głównych krzemianach skałotwórczych zależne od diadochii z

Na, Ca, Mg, Fe minerałów skałotwórczych

2. domieszki w minerałach podrzędnych (akcesorycznych): apatyt, tytanit, epidot,

cyrkon, piroklop

3. w postaci własnych minerałów stanowiących akcesoryczne składniki skał

magmowych

► Podział zależy od:

•

składników skały ( alkaliów), zwłaszcza Ca + Zr, Ti, Nb, P

•

zawartości REE w stopie krzemianowym

* własne minerały: głównie minerały skałotwórcze nasycone REE, reszta w postaci
minerałów własnych
* brak w magmie Ti, Zr, Nb, P→ REE nie mogą się z nimi rozdzielić- wchodzą do
głównych minerałów skałotwórczych

► sukcesja:

fosforany > tlenki Nb i Ta > krzemiany > węglany > fluorki

Podgr. cerowa

Podgrupa itrowa

La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu

Diadochia z:
Ca

, Ba

, Sr

, Th

Diadochia z:
Mg

, Fe

, Mn

, Zr

, Sc

►

Etap magmowy

Skały ultrazasadowe
Zasadowe
Kwaśne
Alkaliczne

100
600

20
40

200ppm

► Skały ultrazasadowe i zasadowe

•

ubogie w REE zwłaszcza Mg-Fe (zbudowane z oliwinów i px)

•

eliminuje gr. Ce

•

rozproszone w plagioklazach, px, amfibolach, apatycie, lub w min. Akcesorycznych,
apatyt, cyrkon (perowskit→ Ce); [oliwiny, perydotyty, pirokseny]

•

karbanatydy- gr. W skałach magmowych szczególnie wzbogacone w REE

•

REE w postaci min. Własnych: monacyt

►Granodioryty i dioryty

•

Min. skał: skalenie

•

Min. własne: monacyt, allanit

► Granity:

Odmiany wzbogacone w Ce

( monacyt, częstsze odmiany

tytanitu i apatytu)
- allanit

Odmiany wzbogacone w Y
Grupy egirynowe
(fergussonit, gadolinit, gagarinit)

-apatyty z Nd, Gd, Dy, Yb

► Antagonizm m/y monacytem a allanitem

(Na + K + 2Ca) :

Al.>1 → w krzemianach- allanit, tytanit, Ca w apatycie
Al.<1 → część P2O5 w apatycie- min. z REE, monacyt
~1

→ to allanit i monacyt

Fajality- korelacja REE z alkaliami (Na)- perowskit, apatyt

►

Etap pegmatytowy

•

Wzbogacone w grupę itrową

•

Własne minerały: apatyt, tytanit, cyrkon

Pegmatyty granitowe

Wzbogacone gr. Ce

Wzbogacone gr. Y

gadolinit + fluoryt, allanit
anomalia europowa (-)
[an. Eur. (+) plagioklazy]

samarskit z kolumbitem,
fluoryty, tytanity w Y

Pegmatyty syenitów

Gr. Ce – cyrkon, piroklop, eudialit, egiryn, nefelin, mikroklin

Węglany- bastnasyt, komasyt

Pegmatyty z min. Li

(amblygonit, spodumen)

Gł. tlenki Nb I Ta- samarskit, monacyt, ksenotym

►

Etap hydrotermalny

Węglany, fluorki, fosforany, igły kwarcowo- fluorytowe, z monacytem, tyssonitem

►

Etap hipergeniczny

Złoża kruszcowe

Piaski monacytowe

Piaski ksenotymowe

samarskit, euksenit

z pozostałych minerałów- ulegają przy wietrzeniu rozkładowi

Gr. cerowa

W produktach wietrzenia

→ Ce

Sk. Ilaste, piaskowce

Gr. introwa

b. ruchliwa

Do wody morskiej→

węglany

Wzbogacone w REE- fosforyty, osady głębokomorskie, konkrecje Mn z Ce

→ Ce

► Ziemie rzadkie
Interpretacje mineralogiczne- dla minerałów akcesorycznych mozna znaleźć pewne
prawidłowości.
Fluoryt- badania- Tb/ Ca

hydrotermalne
osadowe- najn. Zawartości, stosunek lantanowca do gł. min. skałotw.

pegmatytowe- najniższe zawartości Ca

Barwa we fluorycie- deformacja sieci krystalicznej, defekty- centra barwy typu F, domieszki
lantanowców→ różne barwy fluorytu
Samar- zielony
Itr- niebieski
Itr+ cer- zielony

► wykresy: MORB, bazalty kontynentalne, granity ( 3 typy skał o różnym położeniu)

Skala logarytmiczna- wykresy normalizacyjne

►

METEORYTY

Komacyt α (Fe, Ni 4-7% Ni)
Tenit γ (Fe,Ni 30-60% Ni)
Oliwin, piroksen rombowy, pigeonit, plagioklaz, troillit

Alabandyn MnS, sfaleryt, moissanit, cohenit (Fe,Ni)

C, schreibersyt (Fe,Ni)

Oidnamit CaS
Daubreelit FeCr

Niningeryt (Mg,Fe)S
Osbornit TiN,
Sinoit Si

Carlsbergit CrN

Grafit, diamnet, Cu rodz., magnetyt, chromit, spinel, ilmenit, rutyl, kwarc, krystobalit,
trydymit, whitloskit Ca

[PO

]

, cyrkon, wollastomit

Meteoryty kamienne

Kuliste promieniste chondryty

Achondryty

→ zwyczajne

•

LL- amfoteryty.

Zawierają bardzo

mało żelaza metalicznego i słabo
przyciągają magnes, skorupa na ich
powierzchni jest stosunkowo gładka,
decyduje zawartość Fe, 28%

•

L- 22%, oliwinowo- hiperstenowe,
niskożelazowe, L

oznacza niską

zawartość żelaza, wnętrze

jest zwykle

jasnoszare,

Baszkówka

•

H- 20%, oliwinowo- bronzytowe, H-
oznacza dużą zawartość żelaza,

Pułtusk

→ węgliste- złożone z niezmienionej materii,
z której tworzył się układ słoneczny,
zawierają materię organiczną, ciemna barwa
spowodowana jest domieszką węgla
→ enstatyczne- rzadko spotykany typ,
wysoka zawartość żelaza i siarczku żelaza -
troilitu, występuje krzemian magnezu enstatyt

•

Eukryty

•

Howardyty

•

Diogenity

•

Aubryty

•

Ureility

•

Marsjańskie

•

Księżycowe

Meteoryty żelazno- kamienne

Mezosyderyty

Pallasyty

Meteoryty żelazne

Heksaedryty

Oktaedryty

•

B.gruboziarniste

•

Gruboziarniste

•

Średnioziarniste

•

Drobnoziarniste

•

B. drobnoziarniste

Ataksyty

W.4

Meteoryty

KAMIENNE

* CHONDRYTY WĘGLISTE- C1, C2, C3- zawartość C organicznego spada, brak
metalicznego Fe, warunki najbardziej utleniające

C- postać organiczna, węglany
C1- Mg krzemiany warstwowe

Chloryt
Serpentyn

OH- hipoteza- meteoryty podlegały działaniu wody, lodu

* ACHONDRYTY

 Nie zawierają metalicznego Fe
 Najbardziej podobne do skał ziemskich
 Duże zróżnicowanie chemiczne

→ bogate w Ca- ukryty w minerałach ( Ca-plagioklaz, Ca-piroksen),
Np. eukryty- budową przypominają bazalty, ale mają jaśniejszą barwę i
są bardziej kruche, przypuszczalnie są to odłamki

skał

z powierzchni

planetoidy Westa
→ ubogie w Ca- oliwiny, pirokseny bezwapniowe
Np. ureility- obecność C- 1% diament, składają się z kryształów
oliwinów i piroksenów z domieszką materii chondrytów węglistych.

METEORYTY ŻELAZNO- KAMIENNE

- syderolity

formy krzemianowe, składniki metaliczne (50/50)
Mezosyderyty- ziarna tenitu ( odmiana Fe, bogate w Ni), kamacytu
krzemianowe- branzyt, oliwin; piroksen dominuje, podrzędnie trydymit (odmiana SiO2)
- ciśnienie nie więcej niż 300 MPa
Pallasyty

oliwinowo- metaliczne meteoryty krzemianowe- oliwiny- udział części fajalitowej

niewielki 11-12% Fe, gł. Oliwiny Mg
-przypuszczalnie z warstwy granicznej między żelaznym jądrem a oliwinowym płaszczem

METEORYTY ŻELAZNE

- Fe- kamacyt, tenit

- podział związany ze sposobem ułożenia i relacją ilościową tych 2 odmian Fe

Heksaedryty- utworzone są

z jednego minerału - kamacytu (związek żelaza i niklu

4-7 %), blaszki ułożone zgodnie z kierunkiem ścian sześcianu
Oktaedryty- obok kamacytu występuje tenit (również związek żelaza i niklu >30 %),
tenit- forma drobnoziarnista- wypełnienia m/y dużymi blaszkami kamacytu;
blesyt- mieszanina drobnych ziaren tenitu i kamacytu; wzdłuż ścian ośmiościanu, w
zależności od wielkości kryształów podkategorie
Ataksyty – kamacyt + tenit, nie tworzą idiomorficznych kryształów ale ziarenka
nieregularnie, bezładnie ułożone
- podtypy związane z zawartością Ni:

 Ubogie w Ni- 5-6%, przewaga kamacytu
 Bogate w Ni- 10-25%, przewaga tenitu

- pochodzenie- kolizja obiektów o metalicznych jądrach

Meteoryty- klasyfikacja

o Pod względem pierwiastków głównych
o Klasyfikacja petrologiczno- chemiczna
o Skład procentowy- poszczególne typy meteorytów

m. kamienne- dominują chondryty 85%, achondryty- 10%
m. żelazne- ok. 3,5%
m. kamienno- żelazne- 1,5%

Przykłady występowania: meteorytowe el Dorado, obszary Antarktydy, lody Grenlandii,
pustynie

Badania meteorytów

1) spadek meteorytów na Ziemię- wiek
2) wiek kosmicznego naświetlania ~ wiek rozpadu ciała macierzystego
3) wiek ostatniego oziębienia meteorytu
4) wiek powstania
5) wiek nukleosyntezy

Ewolucja Wszechświata

Einstein- teoria względności- statyczność Wszechświata, teoria rozszerzania lub kurczenia się
1927- George Lanatri- promieniowanie pierwotnego superatomu
Lata 40-te- teoria wielkiego wybuchu

Początek Wszechświata- gdy był nieskończenie gorący i gęsty.

Nie wierzymy w stosowanie praw przyrody w takich warunkach, abyśmy byli całkowicie
pewni, że taki moment rzeczywiście się wydarzył, nie mówiąc o zrozumieniu warunków
początkowych- o ile takie istniały.

Ok. 15mld lat temu cała materia i energia, którą można dziś obserwować, skupiona na
obszarze wielkości 10-centówki, zaczęła się błyskawicznie rozszerzać

Zerowy promień – nieskończona temperatura
BIG BANG
10-20mld lat temu

-43

Czas Plancka- rozpoczyna się fizyka- oddziela się grawitacja. Do tego momentu W. był tak
prosty, jak tylko mógł być- istniał tylko jeden rodzaj oddziaływań a materia składała się z jej
najmniejszych składników

Epoka inflacji
10

-33

Oddzieliły się oddziaływania silne (rozpadła się unifikacja oddział. silnego z elektrosłabym)
GUT – grand unified theories
- nie potrafimy odtworzyć tych warunków w laboratoriach- tylko teorie

-33

s - 10

-32

(energia w kwarkach i elektronach)
KWARKI W MORZU ENERGII
(temp. 10

K, rozmiary piłki)

-18

Rozdzieliły się oddziaływania słabe i elektromagnetyczne, 4 odział.

-12

T spadła do T 100mln x większej niż panuje we wnętrzu Słońca (10

stopni)

W. był wypełniony gazem składającym się ze wszystkich cząstek znanych fizyce, wysokich
energii oraz ich antycząstek kreowanych i anihilowanych (znikanie) w zderzeniach.
Niewielka nadwyżka elektronów nad antyelektronami (pozytonami) i kwarków nad
antykwarkami- czyli materii nad antymaterią oceniana na 1cz./ 10

(1 na mld) przetrwała i w

3 min. Później utworzyła jądra lekkich pierwiastków

-5

„zamarzły kwarki”
10

-5

s – 3min- materia w postaci cząstek elementarnych (wcześniej- kwarki i leptony)

Powstają protony, neutrony i inne hadrony.
Gdy T spadła jeszcze 1000x kwarki zostały uwięzione we wnętrzu protonów i neutronów (W.
zajmował obszar odpowiadający Układowi Słonecznemu)

3min.
Powstają jądra atomów.
KONIEC NUKLEOSYNTEZY
+/- w 100s po Big Bang T spada do mld stopni, taka T panuje we wnętrzach najgorętszych
gwiazd.
W tej T protony i neutrony mają zbyt małą energię aby pokonać przyciągające siły jądrowe,
zatem zaczynają się łączyć, tworzą jądra deuteru (ciężkiego wodoru) zawierające 1 proton i
jeden neutron.
Nie powstały izotopy wszystkich pierwiastków- tylko i. H i He wraz z niewielką ilością Li- 7
( jądro ma 3 protony, 4 neutrony)
Wszystkie inne pierwiastki utworzyły się później

n + p

→

D + γ

D + n →

T + γ

D + n →

He + γ

He +

He →

He + 2p

He +

T →

Li + γ

He +

He →

Be + γ

300.000 lat (500.000 lat)
Pojawiają się neutralne atomy.
W. staje się przezroczysty (fotony oddzielają się z materii)
Gdy W. był 1000x mniejszy niż obecnie (3000= K), neutralne atomy zaczęły się skupiać
tworząc chmury gazu, z których później powstały gwiazdy

1mld lat
Powstają I-sze galaktyki i kwazary
- gdy W. osiągnął 1/5 obecnej wielkości, gwiazdy uformowały już grupy, w których można
było rozpoznać młode galaktyki
- gdy W był tylko 2x mniejszy niż dzisiaj w reakcjach syntezy jądrowej w gwiazdach
powstała już większość ciężkich pierwiastków z których zbudowane są planety

16mld lat- dzisiejszy Wszechświat

Dowody na słuszność hipotezy:

•

przesunięcie ku podczerwieni (efekt Doplera)

•

obecność promieniowania mikrofalowego

•

skład pierwiastków lekkich

Powstanie pierwiastków we Wszechświecie
I etap nukleosyntezy – związane z Big Bang
Powstały:
 całość

H obecnego we W.

 gł. cz.

 ubocznie niewielkie ilości deuteru (

H), lżejszego izotopu (

He) oraz

II etap nukleosyntezy- związany z procesami termojądrowymi w gwiazdach
 przemiana H w He, zgodnie ze schematem:

H + 2e →

He + 2v + 26,7 MeV

Proces→ spalania wodoru (tzn redukcja termojądrowa)
T ok. 10

K , źródło świecenia większości gwiazd (też Słońca)

 spalanie He

wnętrze gwiazdy → wodór → hel- jądro kurczy się, wydzielana energia, powoduje
ogrzanie wnętrza gwiazdy
3

He →

C + 7MeV

A w dalszym etapie

C +

He →

 spalanie C, O, Si

gwiazdy, w których T wnętrza rośnie do 10

mogą przebiegać różne reakcje termojądrowe

C +

C →

Na +

W procesie tego rodzaju powstają głównie izotopy pierwiastków od Na do Ca

 procesy równowagi

przy intensywnym promieniowaniu γ niektóre nuklidy Np 28Si ulegają rozkładowi na
lżejsze z wydzieleniem n i p, inne przez przechwycenie nukleonów dają bardziej złożone
izotopy, ustala się równowaga m/y p, n i nukleonami.

Powstają izotopy pierwiastków od Cr do Zn

W.5.

► Galaktyki → układy- procesy związane z chmurami m/ygwiezdnymi- gęstość niewielka

- masa 100- 1mln x większa od Słońca
- T 10- 10000 stopni K
- też cząsteczki pyłowe, m/y nimi i atomami H siły grawitacyjne- materiał ulega
koncentracji, kumulacji nawet do 1mln/cm3

► zagęszczona mgławica → gwiazda- obszar centralny nagrzewa się, w zależności od masy
początkowej:

- gwiazdy typu Słońca
- proces zagęszczania kontynuowany, ogromna siła przyciągania może doprowadzić
do spadku grawitacji → wybuch supernovej- wyrzucona materia łączy się z
otaczającymi chmurami → kolejny proces zagęszczania

► Powstanie Układu Słonecznego

Hipotezy:

 ewolucyjne powstanie- normalny proces
 proces katastroficzny

Przełom w badaniach- 4,6mld lat temu- materiał uległ skondensowaniu, zapadł się

1. ogromna kondensacja mgławicy pod wpływem jej grawitacyjnego

przyciągania

2. kurczenie- coraz większe, zwiększanie rotacji
3. spłaszczanie mgławicy- dysk
4. w środku mgławicy tworzy się słońce, formują się planety, wirująca

materia, ☼ świeci własnym światłem

5. część materii kondensacji (planetosimale)- wydmuchanie

niezwiązanych gazów i pyłów pod wpływem intensywnego
promieniowania, pozostają formy skondensowane

6. stan obecny Układu Słonecznego

► AKRECJA- modele powstawania planet

HOMOGENICZNA- planeta
najprawdopodobniej formuje się ze
wszystkich typów pierwiastków- później
segregacja

HETEROGENICZNA- już w momencie
tworzenia planet różnicowanie pierwiastków

▪ prędkość akrecji jest powolna w stosunku do
prędkości odmładzania się mgławicy (stan
równowagi m/y kondensatami i gazem
mgławicy może być osiągnięty
▪ skład chem. cząsteczek pyłów zależał od T i
P homogenicznej planety pierwotnej
▪ planety ziemskie- powinny powstawać przy
kilkuset st. K (ich skład- chondryty węgliste)
▪ Fe w formie tlenkowej i wodorotlenkowej
Fe (III) – forma utleniona
▪ epizodyczne nagrzanie w czasie 10

lat

spowodowało autoredukcję węglem tl. Fe i
wytopienie Fe, które skupiało się w jądrze
Energia:
- pierwiastki promieniotwórcze
- uderzenia asteroidów

▪ akrecja jest stosunkowo szybka- tak więc
nowo tworzone kondensaty są izolowane od
siebie- brak równowagi m/y kondensatami i
gazem mgławicy
▪ ochłodzenie mgławicy- zróżnicowanie
produktów kondensacji (sferyczne
zróżnicowanie)
▪ wcześniejsze wyższe T protojądro Fe- Ni
▪ akrecja w niższych T- późniejsze, bardziej
zewnętrzne warstwy

- przemieszczanie dośrodkowe mas w polu
grawitacyjnym
▪ homogeniczna akrecja jest bardziej
prawdopodobna- chemiczna redukcja, ubytek
składników lotnych, skraplanie i
dyferencjacja- jednocześnie i są wynikiem
akrecji
▪ wyliczanie równowag dla większości
pierwiastków (Na, K, F, Cl, Br, P) wykazuje,
że tylko homogeniczną akrecją można
wytłumaczyć stosunki (Fe, Ni), P,
schreibersyt w meteorytach i brak siarczków
metali alkalicznych, fosforanów

► Układ planet zależał od odległości od ☼ materiału.
Im bliżej ☼ - na pow. zewn. 5000 stopni- Merkury, Wenus (ok. 1000 st.)
Jowisz i kolejne tego typu- T= 0 st.
Proces akrecji- zróżnicowane T i skład chem.:

Wew. planety Fe, Ca, Al.
Zew. – H i inne lekkie

► Planety Układu Słonecznego

MERKURY
Doba: 59 ziemskich dni
Rok: 88 ziemskich dni
- najmniejsza i najbliższa Słońca planeta
- trudno jest go zobaczyć, gdyż znajduje się zawsze blisko Słońca
- 80% jego masy stanowi żelazo skupione zapewne w stosunkowo dużym jądrze, które
otoczone jest płaszczem krzemianowym i prawdopodobnie cienką skorupą.
- powierzchnia Merkurego pokryta jest grubą, być może nawet kilkumetrową warstwą pyłu
- powierzchnia tej planety pokryta jest licznymi kraterami uderzeniowymi (sprzed 4mld lat-
epoka wielkich bombardowań), baseny uderzeniowe (impaktowe)- potoki law
- też liczne skarpy (o wysokości do 3 km i długości do 500 km), powstały zapewne w
początkowym okresie stygnięcia i formowania się powierzchni planety.
- ogromne różnice T powierzchniowej planety. Na półkuli oświetlonej przez Słońce waha się
ona od około 770 kelwinów, gdy planeta znajduje się najbliżej Słońca, do około 650
kelwinów, gdy jest od niego najbardziej oddalona; na nieoświetlonej przez Słońce części
globu spada do około 100 kelwinów.
- praktycznie nie ma atmosfery (zbyt mała do jej utrzymania masa Merkurego, lecz także
słabość jego pola magnetycznego) - obecność przy powierzchni planety znikomych ilości
helu, tlenu, sodu i potasu, tworzących śladową atmosferę o gęstości miliard razy mniejszej niż
gęstość atmosfery ziemskiej
- gęstość- nie można tłumaczyć kondensacją i akrecją materii- warstwa rdzenia metalicznego
duża- lekkie pierwiastki na skutek uderzeń meteorytów i ntensywnego promieniowania uległy
odparowaniu.

WENUS
- określana mianem Gwiazdy Wieczornej i Gwiazdy Porannej, najjaśniejsza na niebie
- pod względem rozmiarów Wenus tylko nieznacznie ustępuje Ziemi, masa- 80% masy Ziemi

- kierunek obrotu jest przeciwny do kierunku ruchu orbitalnego, Słońce na niebie Wenus
wschodzi na zachodzie, a zachodzi na wschodzie
- Obecną powierzchnię planety ukształtowały mniej więcej pół miliarda lat temu zjawiska
wulkaniczne i, w znacznie mniejszym stopniu, tektoniczne
- około 85% powierzchni Wenus pokrywają utwory pochodzenia wulkanicznego (różne
struktury koliste, kopuły, rozległe równiny, meandrujące potoki zastygłej lawy, asymetryczne
kratery). O aktywności tektonicznej świadczy natomiast gęsta sieć rowów i szczelin, a także
liczne zmarszczki i fałdy
- ciśnienie 90 razy wyższe niż na Ziemi
- gruba i gęsta atmosfera- gł. składająca się z dwutlenku węgla (96%) i azotu (3,5%) z
domieszkami dwutlenku siarki, tlenku węgla, argonu, neonu, chlorowodoru, fluorowodoru i
pary wodnej
- T atmosfery przy powierzchni sięga aż 750 kelwinów- wielkie rozgrzanie powierzchni
Wenus (największe ze wszystkich powierzchni planetarnych) jest wynikiem efektu
cieplarnianego, wywołanego nieprzezroczystą, gęstą warstwą obłoków, spowijających całą
planetę na wysokości od około 60 do około 80 km
- Obłoki zwiększają znacznie albedo Wenus, które sięga prawie 75%.

MARS
- nazywa się go Czerwoną Planetą
- Najbardziej prawdopodobny model struktury wnętrza globu marsjańskiego wskazuje na
istnienie jądra żelazo-niklowego o promieniu około 1700 km, otoczonego grubym skalistym
płaszczem. Przykrywa go stosunkowo cienka, grubości około 30 km, skorupa, na której
spoczywa warstwa regolitu i pyłu bogatego w tlenki żelaza (powodują one czerwonawe
zabarwienie Marsa).
- T powierzchni planety zmienia się od około 170 do około 300 K
- Ukształtowanie powierzchni Marsa, pokrytej licznymi kraterami uderzeniowymi, jest
szczególnie urozmaicone: rozległe równiny, łańcuchy wysokich gór, olbrzymie doliny,
wygasłe wulkany, uskoki i szczeliny, struktury przypominające wyschnięte koryta rzek, jasne
czapy polarne
- Okres obiegu orbitalnego jest równy 1,9 roku
- gigantyczny wulkan Olympus Mons o wysokości 25 km- prawdopodobnie najwyższe
wzniesienie w Układzie Słonecznym
- zestalony dwutlenek węgla, czyli tzw. suchy lód- erozja- zestalony gaz parował, rozprężał
się i przebijał na powierzchnię
- Atmosfera Marsa jest obecnie znacznie cieńsza i rzadsza niż atmosfera Ziemi. Składa się
głównie z dwutlenku węgla (95%) oraz azotu (2,7%), argonu (1,6%), tlenu (0,15%) oraz
śladowych ilości tlenku węgla, pary wodnej, neonu, kryptonu i ksenonu
- planetoida Ceres
- element rzeźbotwórczy- potoki ropy naftowej
- jądro z Fe- duży udział trilitu (forma siarczkowa Fe)

JOWISZ
- największa planeta Układu Słonecznego
- pełny obrót wykonuje w ciągu niespełna 10 godzin i jest to najkrótszy okres obrotu wśród
wszystkich planet- Konsekwencją szybkiego obrotu jest stosunkowo duże spłaszczenie globu
Jowisza
- wypromieniowuje on dwukrotnie więcej energii, niż otrzymuje od Słońca

- najprawdopodobniej wypełnia go ciekły wodór metaliczny, otoczony grubą warstwą
ciekłego wodoru molekularnego. Tylko w samym środku ma on przypuszczalnie niewielkie,
ale skupiające około 13% masy, stałe jądro żelazowo-krzemianowe
- wokół Jowisza rozpościera się ogromna magnetosfera- ciekły wodór metaliczny jest dobrym
przewodnikiem elektryczności, konwekcja termiczna wzmacnia pole magnetyczne planety
- Zbudowany w znacznej części z ciekłego wodoru, glob Jowisza otoczony jest gazową
atmosferą, złożoną przede wszystkim z wodoru (około 81%) i helu (blisko 19%) z
niewielkimi domieszkami substancji bogatych w wodór: metanu, amoniaku i pary wodnej, a
także acetylenu, cyjanowodoru oraz tlenku węgla.
- widoczne na zdjęciach planety równoleżnikowe struktury są odzwierciedleniem wpływu
szybkiej rotacji globu na obłoki w dolnych warstwach atmosfery, poruszające się wskutek
konwekcji wywołanej pochodzącym z wnętrza ciepłem
- Temperatura atmosfery Jowisza nad obszarem obłoków wynosi około 170 kelwinów.
- Liczba księżyców: 39
- Na tarczy Jowisza widać też cyklon o średnicy dwukrotnie większej od Ziemi, zwany
Wielką Czerwoną Plamą

SATURN
- Liczba księżyców: 30
- Szybka rotacja powoduje stosunkowo duże spłaszczenie globu Saturna
- Żelazno-krzemianowe jądro skupia prawdopodobnie około 20% masy. Otoczone jest grubą
warstwą najpierw metalicznego, a następnie ciekłego wodoru molekularnego z domieszką
helu. Warstwa ta w sposób ciągły przechodzi w gazową atmosferę. Zasadniczymi składnikami
atmosfery planety są: wodór (89%) i hel (11%) oraz znikome ilości amoniaku, metanu i
wody.
- Średnia temperatura warstwy powierzchniowej na Saturnie wynosi 95 kelwinów. Podobnie
jak Jowisz, Saturn wypromieniowuje więcej energii niż otrzymuje ze Słońca, co oznacza, że
musi mieć jakieś wewnętrzne źródło ciepła, którego mechanizm nie jest jeszcze znany.
- Wewnętrzne źródło energii i szybki ruch wirowy kształtują obraz warstw
powierzchniowych, w których obserwuje się struktury pasmowe i liczne zawirowania,
przypominające Wielką Czerwoną Plamę na Jowiszu, ale znacznie od niej mniejsze.
- Wiatry w atmosferze Saturna osiągają prędkość 1800 km/h.
- Najciekawszą osobliwością Saturna są jego pierścienie- są skomplikowanym układem
bardzo wielu współśrodkowych, płaskich "obręczy" materii, otaczających Saturna w
płaszczyźnie jego równika, składają się z krążących wokół Saturna brył, najprawdopodobniej
lodowych, o rozmiarach od kilku centymetrów do około 100 m. Grubość pierścieni jest
bardzo mała, sięgająca kilku kilometrów. Gęstość materii w pierścieniu ocenia się na 1 g/cm3

URAN
- Liczba księżyców: 21
- Okres obiegu wynosi 84 lat
- Ponieważ nachylenie płaszczyzny równika do płaszczyzny jego orbity wynosi 98o, planeta -
podobnie jak Wenus - wiruje wokół własnej osi ruchem wstecznym.
- Najbardziej prawdopodobny model budowy wewnętrznej przewiduje, że skaliste jądro
planety, skupiające 24% masy, jest otoczone przez grubą warstwę lodu wodnego, amoniaku i
metanu, stanowiącą 65% masy planety. Pozostałe 11% masy przypada na płynno-gazowe
warstwy powierzchniowe, przechodzące w sposób ciągły w rozległą atmosferę.
- Atmosfera składa się głównie z wodoru (84%) i helu (15%), a w niższych warstwach -
również z amoniaku i metanu, skupiających się często w obłoki.
- ilość helu w atmosferze jest większa od ilości tego pierwiastka na Słońcu, Jowiszu i Saturnie

- średnia temperatura na Uranie wynosi około 60 kelwinów. Ze względu na dużą bezwładność
termiczną temperatura górnych warstw atmosfery Urana, zarówno po stronie oświetlonej
przez Słońce, jak i nie oświetlonej, utrzymuje się mniej więcej na takim samym poziomie
- Uran ma trzy razy silniejsze pole magnetyczne niż Ziemia, ale jego źródło nie jest znane
- Bardzo duże odchylenie osi magnetycznej od osi obrotu (prawie 59o) oraz nietypowość
położenia osi rotacji planety, a także wpływ krążących wokół niej satelitów, powodują, że
kształt magnetosfery oraz procesy w niej zachodzące mają szczególnie skomplikowany
charakter. Długość ogona magnetosfery jest oceniana na 10 mln km. Pasy radiacyjne wokół
planety są zdominowane przez jony wodorowe.
- obecność pierścieni wokół planety
- całkiem spora liczba naturalnych satelitów

NEPTUN
- Liczba księżyców: 8
- Zakreślenie pełnej orbity zajmuje planecie blisko 165 lat, a porusza się ona ze średnią
prędkością 5,4 km/s.
- Skaliste jądro (stanowiące około 50% objętości globu), otoczone grubą warstwą lodu
wodnego, amoniaku i metanu, pokrywa warstwa płynnego wodoru cząsteczkowego, nad którą
unosi się gazowa atmosfera. W skład atmosfery wchodzą przede wszystkim wodór (85%) i
hel (3%) oraz metan i, w śladowych ilościach, amoniak
- ogromne zawirowanie w atmosferze planety, nazwane Wielką Ciemną Plamą (za względu
na podobieństwo do Wielkiej Czerwonej Plamy na Jowiszu), a także wiele mniejszych plam i
obłoków, składających się zapewne z cząsteczek lodu metanowego.
- Szybkość wiatrów na Neptunie dochodzi do 2,5 tys. km/h.
- Podobnie jak Jowisz, Neptun emituje ponad dwa razy więcej energii niż otrzymuje ze
Słońca. Świadczy to o intensywnym grzaniu wewnętrznym, którego mechanizmu nie udało
się jednak poznać.
- Średnia temperatura warstw powierzchniowych Neptuna wynosi 55 kelwinów.
- Neptun swój błękitny kolor zawdzięcza metanowi. Ten sam gaz nadaje też niebieskie
zabarwienie Uranowi.

PLUTON
- Rok: 248,5 ziemskich lat
- Liczba księżyców: 1
- Temp. na pow.: -230

- Doba: 6,39 dnia
- Rok: 248,5 ziemskich lat
- Jest obiektem poruszającym się po dość wydłużonej orbicie, znacznie nachylonej do
płaszczyzny ekliptyki – nie jest to typowe dla planet. Jest bardzo oddalony od Słońca (jak
planety olbrzymie), jest mały (mniejszy nawet od Księżyca) i gęsty (jak ziemiopodobne).
Pluton obiega Słońce razem ze swym księżycem – Charonem. Precyzyjnie rzecz ujmując – po
wydłużonej orbicie wokół Słońca porusza się środek masy układu Pluton–Charon. Charon
zawsze zwraca się ku Plutonowi tą samą stroną i podobnie Pluton zawsze tą samą stroną
zwraca się ku Charonowi. Oba obiekty są porównywalnych rozmiarów i mają porównywalną
masę – przypominają podwójną planetoidę Kastalię.
- Obecnie wiele wskazuje na to, że Pluton nie jest planetą, ale (być może największym)
obiektem odległego, pozaneptunowego pasa lodowych planetoid, tzw. pasa Kuipera.
- Zdarza się, że nietypowa orbita Plutona sprowadza tę planetę (na około 20 lat podczas 250
lat obiegu) bliżej Słońca niż przebiega orbita Neptuna. Ostatnio miało to miejsce od 1979 do
1999 roku.

- Gdy Pluton zbliża się do peryhelium, Słońce nieco podgrzewa jego lodową powierzchnię i
tworzy się bardzo rzadka atmosfera planety z parujących lodów powierzchniowych

ZIEMIA
- Wnętrze Ziemi nie jest jednorodne. Współczesne modele budowy wewnętrznej Ziemi
przewidują, że w środku znajduje się stałe jądro wewnętrzne o promieniu 1227 km, złożone
ze stopu żelaza z domieszką niklu, które otoczone jest warstwą jądra zewnętrznego o grubości
2258 km, zawierającego ciekły stop żelaza z dodatkami siarki, krzemu i tlenu. Ogółem
promień jądra ma długość 3485 km i zawiera około 32% masy Ziemi. Nad jądrem rozpościera
się płaszcz skalisty o grubości ponad 2800 km, przykryty kilkudziesięciokilometrową skorupą
powierzchniową. Materiał skalny płaszcza składa się głównie z oliwinu i piroksenu. Skorupa
Ziemi do dziś pozostaje aktywna geologicznie, co jest wynikiem grzania wewnętrznego,
którego źródło stanowi stygnięcie jądra oraz energia rozpadu izotopów promieniotwórczych
wewnątrz Ziemi. Aktywność ta przejawia się przede wszystkim podziałem skorupy na starsze
i grubsze (około 40 km) płyty kontynentalne, pokrywające około 40% powierzchni, oraz
młodsze i cieńsze (około 7 km) płyty oceaniczne, obejmujące resztę powierzchni. Ruchy tych
płyt względem siebie odbywają się z prędkościami kilku centymetrów na rok.

W.6.

Planety typu ziemskiego i typu Jowisza
- zróżnicowanie gęstości
- stosunek jądra do reszty

Ziemskie

Typ Jowisza

 małe rozmiary
 podobna wczesna historia z

powszechnym wulkanizmem i
uderzeniami meteorytów

 atmosfera rozwinęła się poprzez

odgazowanie

 masa, gęstość (4,5- 5 g/cm3) zbliżone-

każda z planet musi mieć metaliczne
jądro- przybliżone obliczenia

 duże rozmiary
 niska gęstość (0,7- 1 g/cm3)
 zbudowane z małego jądra- skład

hipotetyczny

 z lotnych pierwiastków lekkich (formy

cząsteczkowe, atomowe, H, He, CH4,
NH3)- kondensacja w niskich T

PŁASZCZ
- duże zróżnicowanie w gęstości ( jądro- 11g/cm3, śr. płaszcz 4,5 g/cm3)
- 83% objętości Ziemi, 2/3 jej masy
- początek płaszcza- granica wyznaczona badaniami sejsmicznymi- nieciągłość Gutenberga
(fale poprzeczne zmieniają swoją długość, podłużne zanikają→ zmiany gęstości)
- poniżej Moho do nieciągłości Guttenberga
- w oparciu o dane geofizyczne wyróżnia się:

Płaszcz górny- do ok. 400 km
Strefa przejściowa 400- 670km
Płaszcz dolny 670- 2900km (typ perowskitu)

- skład płaszcza:

 gęstość wynikająca z prędkości fal
 ksenolity
 skład meteorytów
 badania eksperymentalne nad zachowaniem się skał w warunkach wys. T i P


Głębokość
maksymalana, w km

Warstwa
(powłoka)

Elementy charakterystyczne

80 - 150

Litosfera

 Sztywna skorupa ziemska (strefa granitowa

SIAL i bazaltowa SIMA) oraz górny płaszcz
Ziemi

 sztywna, na stresy reaguje jak ciało kruche
 w spągu- strefa obniżonej szybkości- wyraźny

spadek fal sejsmicznych

 lepkość materiału się zmniejsza
 zjawiska zachodzą z częściowym topnieniem

na niewielką skalę (1%)

380

Astenosfera

Plastyczna część zewnętrznego płaszcza Ziemi, prądy
konwekcyjne, ruch materii

2 400

Mezosfera

 Płaszcz wewnętrzny Ziemi
 większa wytrzymałość niż astenosfera, biernie

reaguje na czynniki deformujące

5 100

Jądro

zewnętrzne

6 370

Jądro

wewnętrzne

Jądro zewnętrzne w stanie płynnym, jądro wewnętzrne
w stanie półplastycznym lub stałym (?)

PRZEMIANY FAZOWE W POSZCZEGÓLNYCH STREFACH PŁASZCZA

•

0- 300km

Górny płaszcz- zmiany fazowe dotyczą faz Al:
Plagioklazowy perydotyt→ spinelowy perydotyt→ granatowy perydotyt (do ok.
300km)
Px zaczynają się rozpuszczać w granacie

•

Ponad 400 km

- Przebudowa struktury px na strukturę granatu
- przeb. Struktury oliwinu (420km)
- α → β zmiana koordynacji Si

•

600km- nie jest tak gwałtowna

- granat → perowskit
- β-oliwin→ γ-oliwin (struktura spineli)

•

670… 680… 700

Spinel → Mg-owy perowskit Md(SiO3)

→ (Mg, Fe)

Granat → ilmenit do 660km stabilny

SKŁAD GÓRNEGO PŁASZCZA
Perydotyt
Lherzolit
Eklogit
Piklogit (Anderson 1989)= pikryt (bazalt bogatszy w oliwiny)+ eklogit
Pyrolit 1979 Ringwood (75% dunitu+ 25% bazaltu)
Pyrolit 1991 Ring. – „prymitywny” górny płaszcz
Pyrolit 1995 McDonough & Sun „prymitywny płaszcz”
PRIMA 1995 Allegrs st. Al. (1995)- primitive mantic
Zróżnicowanie składu płaszcza w zależności od rodzaju skorupy- oceaniczna/ kontynentalna.

Zróżnicowanie geochemiczne izotopów

Sr/

Rb→/

143

Nd/

144

147

Sm→

143

206

Pb/

204

238

U→

206

207

Pb/

204

235

U→

207

208

Pb/

204

232

Th →

208

Izotopy radiogeniczne- powstają w wyniku przemiany promieniotwórczej, ale później nie
ulegają same tym przemianom

Zindler i Hart wyróżnili 5 krańcowo różnych płaszczowych zbiorników

DM- „depleted mantle”- zubożony płaszcz (składnik wielu MORB-ów)

- Wysoki

143

Nd/

144

- Niski

Sr/

- Niski

206

Pb/

204

HIMU mantle- płaszcz HIMU (niektóre wyspy oceaniczne)

- Średni

143

Nd/

144

- Niski

Sr/

- b. wysoki

208

Pb/

204

- Źródło płaszcza wzbogacone w U i Th w stosunku do Pb

PREMA- PRE valent MAntle- przeważający skład płaszcza

- średni

143

Nd/

144

- niski

Sr/

EM- enriched mantle- wzbogacony płaszcz

 EM I- powinowactwo z niższą skorupą kontynentalną

- niski

143

Nd/

144

- niski

Sr/

- b. wys.

207

Pb/

204

Pb,

208

Pb/

204

 EM II- powinowactwo z wyższą skorupą kontynentalną

- nis.

143

Nd/

144

- wys.

Sr/

- b. wys.

207

Pb/

204

Pb,

208

Pb/

204

BSE- pierwotny skład płaszcza o chemizmie masy krzemianowej Ziemi-
homogeniczny pierwotny płaszcz powstaje w czasie odgazowania się planety i tworzą
się jądra.

MORB- dominuje płaszcz zubożony, n-bazalty

SKORUPA ZIEMI
Przy końcu akrecji → procesy stopniowego przetapiania globu i wyróżnienia jądra
metalicznego- doprowadziły do powstania płaszcza i skorupy Ziemi
* skorupa powstała przez globalne impakcyjno- autoredukcyjne procesy magmowe
* analogia do Księżyca 4,6 – 4,4mld lat temu- utworzyły ją skały anortozytowe (Ca-
plagioklazy)

1. przetopienie skał płaszcza w składzie meteorytów chondrytowych
2. rozwarstwienie stopu krzemianowego- oliwiny i px cięższe od stopu- osiadanie

grawitacyjne; lżejszy stop- plagioklazy Ca

* wystarczyło przetopienie 700- 800km płaszcza aby utworzyła się obecna skorupa poprzez
frakcjonalną krystalizację magmy i jej rozwarstwianie

CZY ZACHOWAŁA SIĘ I-sza SKORUPA?

Na Ziemi- NIE
Na Księżycu- TAK

* zniszczona lub zatopiona wylewami lżejszych law bazaltowych (LHB- late heave
bombardment) w końcowym etapie akrecji w czasie późnego ciężkiego bombardowania
asteroidami (3,9mld lat)
* zbieżny ruch kier litosfery→ zatapiane w astenosferze składniki skorupy o gęstości>
3,0g/cm3 (strefa Benioffa)
* kolejna, katastrofalna skorupa (resztki przetrwały) została ukształtowana przez magmatyzm
bazaltowy, troleitowy
* magmatyzm maficzny i sialiczny rozwija się na brzegach kier litosfery (wys. wewn.
nagrzewanie globu)- magmy oraz te zasobniejsze w Ca, Na i K)
* coraz większy udział procesów geologicznych
→ utworzenie osadów i skał osadowych- wzrasta miąższość skorupy (skroplenie atmosfery i
utworzenie trwałej hydrosfery)
→ wielki wpływ- reżim redoxowy atmo- i hydrosfery

SKORUPA
- 0,5% masy Ziemi
- formułowana w ciągu całego czasu geologicznego w trakcie procesów geologicznych
- 2 rodzaje

Oceaniczna

Kontynentalna

- bazaltowa
- jej skład dostarcza info o składzie płaszcza z
którego pochodzi
- jest wyjściowym materiałem dla skorupy
kontynentalnej
- magmatyzm grzbietów śródoceanicznych
59% pow. Ziemi
- cienka- 6-7km
- bardziej maficzna
Bogatsza w Mg, Fe
Uboższa w Si
- czas trwania od kreacji do destrukcji ok.
100mln lat
- monogenetyczna (większość w ryftach
oceanicznych)
- bardzo jednolita w składzie

- zróżnicowany skład
- magmatyzm bardziej kompleksowy: stref
subdukcji, łuków wyspowych
- gruba- 35 km
- bogatsza w Si, uboższa w Mg, Fe
- 2mld lat
- skład zróżnicowany
- dodatkowo na jej skład oddziałuje woda
morska

Skorupa oceaniczna
- badania sejsmiczne- struktura warstwowa (300m do 1km)
(A)- osady (nie ma ich w ryftach śródoceanicznych)
(2)A- potoki law bazaltowych, poduszkowych, warstwowych (płytowych)
(2B) dajki „pakietowe” (do 1,75km)
B bazaltowa magma krystalizująca na miejscu (sekwencja ofiolitowa)

Izotopowe gabro
Warstwowe gabro

H, Ti- Fe
Rzadko Mg-Al.-Cr (chromity)

FRAKCJONALNA KRYSTALIZACJA→ bardzo ważny czynnik kontrolujący skład MORB
Oliwin, augitowy klinopiroksen, Ca plagioklaz, spinel→ krystalizują w MORB przed erupcją
- prędkość spreadingu( rozprzestrzenianie się dna oceanicznego, proces tworzenia się nowej
litosfery oceanicznej; następuje wskutek stałego wydobywania się z płaszcza Ziemi lawy
bazaltowej przez szczelinę ryftu istniejącego między 2 rozsuwającymi się płytami
litosferycznymi) → ważny czynnik frakcjonalnej krystalizacji

Szybki spreading→ bazalty bardzo sfrakcjonalizowane

- stopień wytopienia i szybkość topienia- kontrolują skład MORB

* Np. Na- zawartość kontrolowana przez częściowe wytapianie
* Fe- zawartość zależna od stopnia częściowego wytapiania, jest funkcją ciśnienia,
przy którym pojawia się stapianie

- T płaszcza- kluczowy czynnik- od niej zależy stopień wytapiania i głębokość stapiania
- obecność składników lotnych- magmy suche i mokre

W.7.

MECHANIZMY WZROSTU SKORUPY KONTYNENTALNEJ

1. wulkanizm stref subdukcji- andezyty (Andy)

- najważniejszy mechanizm
- zgodność składu chemicznego pierwotnego głównie ze składem andezytów (wyj.
Al.)
- podobieństwo w składzie pierwiastków niedopasowanych
- obecnie i w fanerozoiku
- również wiele skał magmowych proterozoicznych- istniały wtedy mechanizmy
subdukcji ale były inne warunki

2. akrecja skorupy oceanicznej i ocean. plateau

- skorupa oceaniczna jest zwykle subdukowana, ale gdy jest zbyt gruba- akrecja

3. wulkanizm kontynentalny

- ryfty i pióropusze płaszcza- bazalty powierzchniowe (floods)

4. erupcje magmy na kontynentach (underplating)

- niska gęstość skorupy kontynentalnej- magma bazaltowa stagnuje na granicy
skorupa-płaszcz
- skorupa rośnie od spodu

5. intruzje kimberlitów i lamprofirów

- stopy z małym stopniem wytopienia płaszcza płytko zalegającego pod
kontynentami (wzbogacenie w pierwiastki niedopasowane)
- nie mają dużego znaczenia w objętości kontynentów

SKORPUA KONTYNENTALNA

77% granity i granodioryty
Osadowe- dominują łupki

Węglany- 15
Piaskowce- 11
Ewaporaty- 2

SKŁAD CHEMICZNY

SiO2- 66

TiO2- 0,5
Al2O3- 15,2
FeO- 4,5
MgO- 2,2
CaO- 4,2
Na2O- 3,9
K2O- 3,4

SKŁAD MINERALNY→ MINAŁY ( MATODA cipw- NORMATYWNE WYLICZANIE)

Kwarc- 15,7
Ortoklaz- 20,1
Albit- 13,6
Diopsyd- 6,1
Hipersten- 9,9

PIERWIASTKI ŚLADOWE

Rubid- 100ppm, Stront- 350, Cyrkon- 190, Itr- 22

WARUNKI TEKTONICZNE

►

brzegi płyt

(plate margins)

Konwergentne (destrukcyjne)
1) łuki wyspowe (ocean- ocean island arc)

(subdukcja- płyta oceaniczna pod płytą oceaniczną), łuk Bonin-izu- S Japonia,
zach- Aleucki, Andamański
2) łuki wyspowe (continental- ocean arc)

Subdukcja- płyta oceaniczna pod płytą kontynentalną
Łuk Andyjski, Japoński, Kurylo- kamczacki, wsch.- Aleucki

Dywergentne (konstrukcyjne)
- obszary spreadingu
3) grzbiety śródoceaniczne (Mid- ocean ridge)- Środkowoatlantycki
4) baseny załukowe (Back- arc basin)- M. Japońskie

►

śródpłytowe

(wewn.- płytowe) (within plate)

Tensyjne

5) ryfty śródkontynentalne (intracontinental rift)
r. wsch.- afrykański, r. bajkalski
6) ryfty śródgórskie (intramontane rift)
r. tybetański, Rio Grande

Neutralne
7) wyspy oceaniczne- oceaniczne „gorące plamy” (ocean island- ocean hot

spot)- Hawaje, Azory, Islandia

8) kontynentalne „gorące plamy” (continental hot spot)

półw. Kolski

BAZALTY

1) magmy grzbietów oceanicznych

MORB- mid-oceanic ridge basalts

N MORB- normal
T MORB- transition
E MORB- enriched

2) magmy śródpłytowe

WPB - within-plate basalts

OIB- oceanic island basalt
CRB- continental rift basalt

WP granity

A- śródpłytowe
M- grzbietów oceanicznych
I- łuków wyspowych

3) strefy subdukcji

IAB island arc basalt
CAB calc- alcaline basalt
→ CABI- island arcs
→ CABH- continental-margin arcs
I-granity
M-granity

4) magmy związane z kolizją: S-granity

Fersman:
→ etap magmowy

800ºC

→ etap pegmatytowy

600ºC

→ etap pneumatolityczny (?)

400ºC

→ etap hydrotermalny

PEGMATYT

- grubo- i wielkokrystaliczna skała

Amazonit- odmiana mikroklinu
Spodumen
Beryle (Brazylia- beryl o masie 200t)

- związany ze skałami magmowymi (od granitów do gabr) [magmowa dyferencjacja lub
anateksis]
- ze skałami metamorficznymi:

 konkrecyjny (złożony z agregatów kryształów mono- i polimineralnych

narosłych bez pośrednictwa fazy ciekłej)

 sekrecyjny (dyfuzja jonów wzdłuż zluźnień w skale, stopniowe zabliźnianie

szczelin)

- wyróżnia się PEGMATYTY:

 PROSTE- (b. grubokrystaliczne odpowiednik skał magmowych)- zbudowane z

pospolitych minerałów skałotwórczych (kwarc, skalenie alkaliczne,
plagioklazy, muskowit, biotyt)

 ZŁOŻONE- poza minerałami pospolitymi występuje szereg min. rzadkich:

albit- cleavelandyt

Be- beryl, chryzoberyl, gadolinit
B- turmalin, aksynit
Cs- pollucyt (diadochia z K, jak Rb)
Li- amblygonit, lepidolit, petalit, spodumen, zinnwaldyt (diadochia z Mg)
Ts- tantalit, samarskit

- forma występowania:

o Soczewy, gniazda, szliry- w macierzystej skale

o Pnie, dajki, nieregularne żyły- dł. kilku km (poza intruzją)
o Brzeżne facje masywów magmowych (km2 pow)

- rozmiary kryształów:

Drobno kryst. <2,5cm
Śr. kryst. 2,5- 10cm
Gr. kryst. 10-30cm
b. gr. kryst. >30cm

- głębokość zalegania- od 1,5km do bardzo głębokich >11km
- podział na podstawie pierwiastków

1. U+ REE
2. Nb+ Y
3. Be – Y
4. REE
5. F, Li, Ta (F- topaz)
Eksploatowane: B, Li, Cs, Sn, N, Rb, Nb, Ta, REE, U
Sn- kasyteryt- złożona forma występowania cyny- duże powinowactwo do tlenu
N- wolframit, z Fe, Mn

- typy morfologiczne pegmatytów

mozaikowe

druzowe

mieszane

aplit

warstwowe

ETAP PNEUMATOLITYCZNY- kwestionowanie
- różni się T powstawania - 400ºC od hydrotermalnego

374ºC- T krytyczna wody destylowanej
Dodatek NaCl, KCl → T podnosi się o 30, 40ºC→ ~ 400ºC- etap hydrotermalny
400ºC → fluidy

- badania eksperymentalne→ dominuje ok. 20% NaCl, mocne zasolenie- T krytyczna może
się podnieść do 600ºC

POWSTAWANIE PEGMATYTÓW

I-sze koncepcje
→ produkty bezpośredniej krystalizacji ze stopu krzemianowego→ brak mieszalności
w zakresie T i P stopu krzemianowego i wody umożliwiało wzrost tak dużych
kryształów- nie ma takiej możliwości
Nowe koncepcje
→ krystalizacja aplitów- rozrastają się minerały
→ rekrystalizacja pod wpływem pomagmowych roztworów hydrotermalnych
( roztwory doprowadzają nowe substancje, wzrastaja nowe minerały- komplikacje)

POMIAR T

1. INKLUZJE- wycinanie grubszego szlifu, pod mikroskop

a) homogenizacja- podgrzewanie inkluzji, ujednolicanie, zanikanie pęcherzyka,

jedna faza

b) dekrepitacja- mierzenia trzasków, podgrzewanie- faza ciekła→ gazowa

P↑- rozsadzenie skały, miernik trzasków

2. GEOTERMOMETRY

a) rozdział danego pierwiastka m/y 2 fazy mineralne
b) termometry izotopowe (δ

siarczan- siarczek
piryt- galena
sfaleryt- galena
piryt- chalkopiryt

3. ODMIANY POLIMORFICZNE- zbliżona T

Akantyt 178,3ºC → argentyt
Domeykit α 118 ºC → domeykit β
Pirotyn α 138 ºC → pirotyn β

4. T TOPNIENIA

Aurypigment 315 ºC
Realgar 307 ºC

5. SKŁAD DOMIESZEK

a) sfaleryt Fe, In, Ga, Ge, Tl, Hg (Mn, Co, Sn, Ag)
b) galena Ag, Sb, Bi, Sn

Te, As, Tl

c) magnetyt Al., Mg, Ti, Mn, Sn, Cr, V, Cu, Ni, Zn, Co, Pb, Ga (10 typów)

INKLUZJE

1-fazowe
2- fazowe
3-fazowe

- najczęściej ciekło-gazowe- ciecz o niskiej lepkości + pęcherzyk gazowy (podrzędny)
- faza ciekła- roztwór soli o stężeniu< 10% wag- 40%wag

Składniki główne: Na+, K+, Ca

, Mg

, Cl-, SO

-2

Podrzędne: Li+, Al.

, BO

-3

, PO

-3

, HSiO

, HCO

, CO

-2

Najczęściej: Na+, Cl-, CO

„minerał- dziecko”- NaCl- halit, KCl- sylwin

+ fluoryt CaF2
Kryolit Na3AlF6
Elpasolit K2NaAlF6
Avogadryt (K, Cs) BF4
Cerasolit PbOHCl * Na2SO4
Różne formy: FeCl2 * 2H2O

Chlorki Zn i Al.

GEOTERMOMETR- wykres

Sc w biotycie- śladowo

W.8.

ETAP HYDROTERMALNY

- gromadzą się złoża metaliczne, metale kolorowe
- strefy sybdukcji- tensja ( rozciąganie)
→ nagromadzenie pierwiastków- złoża Cu, (+ Zn, Pb)
→ typ złoża, skład- odtwarzanie typu geotektonicznego, trudne bo pierwiastki się powtarzają
→ szczegółowe parametry- pomiary T
- utwory hydrotermalne

SFALERYT

KATA- strefa najgłębsza-
narażona na występowanie P
oraz T najwyższych

MEZO- wyższe T oraz
wyższe P statyczne- wyższy
stopień rekrystalizacji min.

EPI- najniższe P statyczne,
najniższa T- gł. czynnik
modyfikujący- P dynamiczne
czyli stres

Fe> 1%
Mn, Co, Sn
In> Ca> Ge
Ca< 10ppm
Ge< 5ppm
Brak Tl, Hg
Cd stale występuje

Ga> Ge> In
Ca 10-100ppm
Ge 5-50ppm
Hg, Cd

Fe< 1%
Ag (Hg czasami)
Ga> 100ppm (do 1000)
Ge> 50ppm (50- 2000)
Brak In
Cd

Jeśli sfaleryt ciemniejszy→ więcej Fe
Obecność Fe- nie tylko to wskazuje na warunki
+ szczegółowe oznaczenie In, Ga, Ge- dokładna aparatura
sfaleryt→ stanin- forma siarczkowa cyny

/ pegmatyty- kasyteryt /

Geotermometr- w jednym i drugim zwartość Fe

GALENA

KATA

MEZO

EPI

Ag > 1000ppm
Sb, Bi> 1000ppm
Ag/ Sb lub Bi~ 1/1
Te, Ta (Bi)

Ag= 100- 1000ppm
Sb> Ag
Sb> Bi
Sn

Ag< 100ppm
Ag> Bi
Sb> Ag
Niektóre złoża As, Tl
Ag do 2000ppm

FORMY TRANSPORTU PIERWIASTKÓW
- sposób- fluidy czy roztwory hydrotermalne
- I hipoteza- najczęściej formy siarczkowe

Wyznaczenie współczynnika rozpuszczalności- odrzucenie koncepcji przenoszenia
metali w tej postaci, reakcje zachodzą na miejscu- in situ
0,000001/l- mała rozpuszczalność

- II hipoteza- transport w formie siarczanowej- moment wytrącania (redukcja) → forma
siarczkowa

Odrzucenie- skład inkluzji- natura solankowa, jony→ chlorki
Rozpuszczalność H

S↑ ze spadkiem T

- III hipoteza- forma chlorkowa- rozpuszczalność kilkaset g/ litr- łatwo

Forma chlorkowa → forma siarczkowa – komplikacje
- występuje w wyjątkowych sytuacjach

- IV hipoteza- formy koloidalne- cz. metali może być tak przenoszona
- badania związków kompleksowych- forma transportu metali

[PtCl

] ↔ 2K

+ [PtCl

]

-2

↓ ↓ wewnętrzna sfera kompleksu

Jon centralny zewnętrzna sfera kompleksu
(koordunujący)

Kompleksy siarczkowe
[AgCl

]

AgCl + Cl

↔ AgCl

AgS + 4Cl

↔ 2AgCl

+ S

[FeCl

]

, [VOF

]

-2

Kompleksy hydrosiarczkowe
Zn (HS)

Pb (HS)

Cu (HS)

-2

ZnS(s) + H

S(g) → HS- ↔ Zn(HS)

Hg(HS)

HgS(HS)

UTWORY HYDROTERMALNE

 formy występowania

- wypełnianie szczelin- żyły mineralne (wzrost strefowy)
- wypełnianie próżni skalnych- druzy mineralne

 minerały kruszcowe- min. o wiązaniach kowalentnych (siarczki, selenki, tellurki,

siarkosole)

- min. płone: kwarc, węglany, fluoryt

 transport metali we fluidach hydrotermalnych

- w postaci związków kompleksowych

k. chlorkowe- wys. T
k. hydrosiarczkowe- niżej T <300ºC
k. organiczne

 trwałość i mechanizm tworzenia utworów hydrotermalnych

- trwałość połączeń siarczkowych
- zmiana warunków termodynamicznych:

* T↓
* P↓
Powoduje zmiany rozpuszczalności- wytrącanie ich treści
* zmiana pH

* zmiana Eh
Mieszanie się roztworów, reakcja ze skałami otaczającymi

 INKLUZJE

- T
- skład
- zasolenie- metoda pośrednia- oziębianie i mierzenie T zamarzania, T zamarzania
H2O zależy od zasolenia

 Pochodzenie- najczęściej juwenilne- magmowe
 GENEZA

1. wody pochodzenia magmowego (juwenilne)
2. wody pochodzenia metamorficznego

- ze wzrostem T minerały w skałach metamorficznych ulegają dehydratacji, z
minerałów węglanowych uwalnia się CO

, są przeobrażane w tlenki lub

krzemiany, piryt raguje z tlenkiem Fe i krzemianami w obecności
elementarnego C, produkuje pirotyn i CO

- skład metamorficznych fluidów:
Główne kationy: Na+, Ca+2

obecne w minerałach ilastych

- jego koncentracja↑ w stosunku do Na wraz ze ↑T

Główne aniony: Cl- dominuje

HCO

, SO

-2

, HS

Zasolenie fluidów metamorficznych waha się m/y 1-10% NaCl
(40% - obecność halitu w osadach).
Roztwory generowane podczas metamorfizmu mogą opuścić rejon źródłowy-
złoża Au- zieleńce w S Dakocie
Fluidy generowane podczas
Nisko T metam. CO

/ H

O < 0,1

Wys. T metam. CO

/ H

O > 0,1

Granulity- dominuje CO

przy P kilkunastu KPa

3. wody pochodzenia meteorycznego (powierzchniowe)

takie wody wsiąkające wgłąb napotykają na intruzje magmowe- ługując z nich
pewne składniki nabierają charakteru wód termalnych.
Badania izotopowe S

S 95,03%

S 0,75%

S 4,21%

S 0,02%

S x [(

S) pr.- (

S)wz] / (

S)wz x 1000(‰)

wzorzec- troilit Canyon Diablo

S= 22,20

Wzbogacenia S siarczkowej w

S siarczanowej w

-2

→

-2 K2

→

, K

- stałe szybkości redukcji siarczanu do H

Jon

-2

ulega redukcji z szybkością 2,2% większa niż

-2

Meteoryty, bazalty MORB- mało S, H

S pochodzenia wulkanicznego- wartości

ujemne, SO2 forma wzbogacona w izotop ciężki +
Granity- mało form siarczanowych
Osady ewaporatowe- formy siarczanowe- duże wartości
Osadowa S (morskie)- zakres duży, niejednoznaczny -30 - +20

ZŁOŻA

S nieznacznie odbiega od 0

w kierunku +

S> 20

~ +20 lub>

S +5 - +15

najczęściej spotykany typ

- pochodzenia magmowego, S S pochodzi z siarczanowej S

Pochodzenia różnego

wyługowana, związana ze
stopem krzemianowym,
górnym płaszczem
- jednoznaczna interpretacja

wody morskiej, związana z
ewaporatami

+7,8,12 – wskazanie źródła
trudne, dodatkowo badane
inkluzje, T, zasolenie

Strefa KATA- najwyższa T

Kruszcowe

Płone

Wolframit- Wo
Kasyteryt- Sn
Hematyt- Fe
Magnetyt- Fe
Chalkopiryt- Fe, Cu
Złoto rodzime
Arsenopiryt- As, Fe
Molibdenit- Mo
Pirotyn- Fe
Sfaleryt- Zn
Galena-Pb

Kwarc
Turmalin
Granat
Topaz
Łyszczyki
Apatyt
Chloryt

Strefa MEZO

Kruszcowe

Płone

Chalkopiryt
Bornit- Cu, Fe
Tetraedryt
Piryt
Enargit
Złoto rodz.
Galena
Sfaleryt
Arsenopiryt
argentyt

Kwarc
Węglany
Baryt

Strefa EPI- niskie T

Kruszcowe

Płone

Argentyt
Srebro rodz.
Złoto rodz.- podrzędnie
Brustyt
Pirandyryt
Piryt
Markasyt
Cynober- Hg
Antymon
Galena
Sfaleryt
chalkopiryt

Kwarc
Chalcedon
Opal bezpostaciowy
Skaleń- andular- K
Fluoryt
Kalcyt
Zeolity
Ałunit (siarczan)

GREJZENY

- gruboziarnista, szara skała ze srebrnym połyskiem wywołanym obecnością

mik
GREJZENIZACJA

1) pneumatolityczne przeobrażenie skał magmowych, metamorficznych, osadowych
2) autopneumatolityczne przeobrażenie granitu

- jeżeli gazowe utwory oddziałują na inne
- jeśli w obrębie inkluzji

* proces metasomatyczny zachodzący pod działaniem kwaśnych gazów (par)
* grejzeny związane są z brzeżnymi i szczytowymi (apikalnymi) strefami granitów

Skaleń K → kwarc + muskowit

- skład: Q, muskowit, (Li-mika: lepidolit, zinnwaldyt)

Topaz
Turmalin, kaolinit, apatyt, fluoryt, kasyteryt, rutyl, wolframit, chalkopiryt

- gazy (pary) zawierają: F, Cl, B

, WO

, P

, OH-, AsF

, AsCl

, MoF

, SnCl

, WF

które mogą krystalizować
WF

+ 4H

O → WO

+ H

O + H

- złoża

Sn- kasyteryt SnO2
W- wolframit (Fe, Mn) [WO

]

Li – Li-łyszczyki
Be- beryl Al

[Si

]

- odróżnić Li, Sn- grejzen od pegmatytu !!!- w grejzenie nie występują skalenie

SKARNY

- ze względu na rodzaj przeobrażonych skał:

 skarny wapniowe
 skarny magnezowe
 skarny krzemianowe

- skały kontaktowe
- skały z przeobrażeniami metasomatycznymi
- DEF.: metasomatyczne skały składające się z krzemianów i glinokrzemianów Ca, Mg, Fe,
powstały w strefie wysokich T aureoli kontaktowej inkluzji w wyniku oddziaływania skał
węglanowych z magmą lub skałami magmowymi (in. glinokrzemiany) za pośrednictwem
magmatogenicznych roztworów.
- oddziaływanie termiczne kontaktowe, + formy metasomatyczne

pochodzenie

s. metasomatyczne
s. autosomatyczne
s. reakcyjne- oddziaływanie na kontakcie

Stosunek krystalizacji magmy do T

tworzenia skarnu

s. magmowe
s. pomagmowe

Położenie w stosunku do kontaktu

Endoskarny- w obrębie skały magmowej
Egzoskarny- przeobrażenie skały węglanowej

Skład mineralny

Monomineralne
Polimineralne

- w skarnie występują głównie:
Granaty- szereg glossular
Pirokseny- diopsyd- hedenbergit
Wolastomit- krzemian Ca ( ← SiO2 + CaCO3)
Wezuwian- zoisyt- epidot
- forsteryt- Mg-owa forma oliwinu
Amfibole- tremolit- aktynolit
Plagioklazy- anortyt Ca

W.9.

SKARNY
- hornfelsy mogą być do nich zbliżone- te, które powstały ze skał węglanowych mogą się od
nich nie różnić (metamorfizm kontaktowy izochemiczny)
- skarny- metasomatoza (fluidy genetycznie związane z intruzją)
- nagromadzenie pierwiastków- proces powstawanie umożliwia koncentrację niektórych
pierwiastków metalicznych (złożowych)
- nagromadzenie a typ- z punktu widzenia złożowego- 5 typów skarnów (związane z wyst.
pierwiastkami)

 żelazowe- do 40% Fe, Cu, Co, Ag- gabra do syenitów, częściowo dioryt (zasadowe)
 wolframowe W, Mo, Cu (Zn), dioryty kwarcowe
 miedziowe Cu, (Mo, Zn, W)- granodioryty
 cynkowo- ołowiowe Zn, Pb, Ag (Cu,W)
 cynowo- wolframowe Sn, F, W, (Be, Zn)- granity

- niektóre pierwiastki pojawiały się w etapie pegmatytowym; Zn, Pb, Cu- etap hydrotermalny
- skały magmowe→ typy skarnów (jakie związane są genetycznie)

Od zasadowych do kwaśnych (przesycone SiO

)- duży rozrzut

- skład skarnów determinuje warunki powstawania różnych minerałów:

 stopnie stadium wysoko T

1. px- granat
2. px- epidot

 stopnie stadium średnio T

3. aktyn- epidot
4. chloryt- epidot

 stopnie stadium nisko T

5. prehnitowy
6. pumpelleitowy
7. kalcytowo- albitowy
8. kalcyt- Q- serycyt- chloryt
9. kalcyt- Q- serycyt- dolomit
10. zeolitowy

- przedział T

1. larnitowa (1000- 900ºC)
2. gehlenitowa (900- 750)
3. grossularowa (750- 650)
4. wollastomitowa (700- 550)
5. piroksenowo- granatowa [600- 500 (450)]
6. piroksenowo- epidotowa [100- 450 (500)]

- SULFURYZACJA- doprowadzenie siarki

3Fe

+ S

↔ 4Fe

+ FeS

2/5 Fe

+ S

↔ 4/5FeS

+ 2/5FeSO

- nagromadzenie pierwiastków rudnych- doprowadzana jest S. Bez sulfuryzacji część odmian
nie mogłaby powstać. Musi być doprowadzona z zewnątrz żeby pewne odmiany powstały.

PORFIROWE ZŁOŻA Cu- strefy przeobrażeń- układ warstwowy- batolit

CZARNE SMOKERSY (komin hydrotermalny)- inna forma nagromadzenia pierwiastków
metalicznych

/ przykłady wykorzystania izotopów w geochemii- skały magmowe, termometry
izotermiczne, czarne smokersy /
350ºC, pH kwaśne, piryt, chalkopiryt, sfaleryt
Izotopy- zawartość

 wartość S w wodzie morskiej
 w. S w skałach bazaltowych- źródło bezpośrednie fluidów

W środku piryt 3,0; na zewnątrz 4,0; wewn. piryt, chalkopiryt

ETAP HIPERGENICZNY

- geochemia etapu

O ↔ H

+ OH

→ Fe

+ ē

-2

→ S

+ 2ē

- parametry- rola decydująca w tym etapie

 aktywność jonów wodorowych→ pH
 eH- procesu utleniania [U] i redukcji [R]

- warunki działające na powierzchnię Ziemi, skały

 hydrosfera
 biosfera
 atmosfera z wolnym O

(obecność bezwodnika węglowego)

 promieniowanie słoneczne

Kationy- jakie
warunki
wytrącania
jonu

Środowiska wodne o różnym pH

2,5- Fe

6- Zn, Pb
6,5- Co, Ni
5- Fe

Niskie pH (1-2)- kwaśne- wody pustynne, kwaśne termy, wody
jezior w kraterach
4-5- torfy, wody bagniste
Ok.. 6- woda deszczowa
6-7- woda rzeczna
8 (7,7- 8,5)- morza otwarte
b. zasadowe- wody jezior słonych, wody suchych gleb alkalicznych

- trudno rozpuszczalne łatwo ulegają wytrąceniu (tytan, Ca)
- jony o dużej rozpuszczalności ciągle pozostają w roztworze- dopiero w śr. mocno
zasadowym się wytrącają
- powstawanie BOKSYTÓW

Al.- osadzenie, jeśli Fe- lateryt
SiO2- odprowadzenie
Fe- pH ok. 2- graniczne, pH>2- wytrącanie
Al.- pH 4-10- Al. Wytrącany w Al2O3 (b. kwaśne, b. zasadowe- rozpuszczanie)

- warunki tworzenia się boksytów

Potencjał oksydacyjno- redukcyjny- czy utlenianie czy redukcja

Utlenianie (oddanie e) – z niższego stopnia na
wyższy

Redukcja

– ē → Fe

-2

- 2ē → S

+ ē → Fe

+ 2ē → S

-2

- 8ē → S

+ ē → Cu

Przy rozpuszczaniu H

O, O

↑- nie występuje w

przyrodzie

Występuje w przyrodzie

Rozpad H

O , H

↑- w przyrodzie nie występuje

- reakcje redox- dla większości pierwiastków w przyrodzie na wartość Eh wpływa pH

* Ni+2→ Ni+3 musi być wysokie Eh, powyżej 2 linii, w laboratoryjnych warunkach
można. W przyrodzie forma Ni taka jak poniżej krzywej → Ni+2
* Wysokie Eh w środowisku kwaśnym żeby doprowadzić do utlenienia Fe, w
zasadowym Eh niskie ( -0,5) do utlenienia Fe
Łatwiej w środowisku kwaśnym niż zasadowym utlenianie.
* Jakie warunki żeby Mn

i Fe

(hematyt, piroluzyt, czernie manganowe)

- powyżej linii z Mn- jednocześnie Mn, Fe
Fe

, Mn

- w punkcie przecięcia

- Możliwości tworzenia się w osadach niektórych minerałów w zależności od pH i Eh w
wodach dennych śr. sedymentacyjnego

glaukonit- warunki Eh ostro zdefiniowane- blisko 0, pH zróżnicowane (7,5- 8,5)
Szamozyt (turyngit- chloryty z Te) pH 7-8
Syderyt -1,5- +1,5, pH różne
Czy kalcyt może się wydzielić z szamozytem
pH> 7,8- kalcyt trwały, niższe- teoretycznie rozpad, nie może występować

WIETRZENIE

1. mechaniczne (eksfoliacja, w. insolacyjne, w. mrozowe, w, solne)
2. chemiczne

- rozpuszczanie (T, pH )

CaCO

+ H

→ Ca+2 + 2HCO

- uwodnienie (hydratacja)

CaSO

→ CaS)

x 2H

- hydroliza

Klimat umiarkowany- SiO

zostaje na miejscu- powstają krzemiany i

glinokrzemiany

I etap
6KAlSi

+ 4H

O→ 2KAl

(OH)

+ 12SiO

+ 4K

+ 4OH

Skaleń K

illit

II etap

2KAl

(OH)

+ 5H

O→ 3Al

(OH)

+ 2K

+ 2OH

Illit

kaolinit

Klimat tropikalny
4KAlSi

+ 8H

O→ 4Al(OH)

+ 12SiO

+ 4K

+ 4OH

Hydrargilit

- karbonatyzacja

Ca(Mg, Fe)[Si

] + 2H

O+ 2CO

→ Ca[CO

] + (Mg,Fe)[CO

]+ 2H

SiO

Syderyt

- utlenianie i redukcja

2Fe

O4 +1/2O

→ 3Fe

Magnetyt

hematyt

- szereg Goldicha- odwrotność Bowena
- wietrzenia złóż kruszcowych- jakie kruszce s trefie cementacji i utlenienia

tre

dukc

GOSSAN- uwodnione tlenki, rezydualna SiO

(kwarc rzadko,

chalcedon, opal)
Strefa płona- rozpuszczalne siarczany wymywane
Strefa wzbogacenia- utleniania- S rodzima, postać tlenkowa,
kupryt, tenoryt, siarczany, węglany, fosforany, malachit,
anglezyt, alkantyt (CuSO4 x 2H2O)
Strefa cementacji- wtórnego wzbogacenia- największe, wtórne
siarczki, kowelin, chalkozyn

Pierwotne złoża- pierwotne siarczki- chalkopiryt (Cu)

FORMY WYSTĘPOWANIA PIERWIASTKÓW W HIPERTONICZNYCH ŚR.
WODNYCH:

1. roztwory rzeczywiste

 p. o niskim potencjale jonowym: l<30; ruchliwe (Li+, Na+, K+, Rb+,

Cs+, Mg+2, Ca+2, Sr+2, Ba+2)

 p. o potencjale jonowym l= 30- 120, nieruchliwe, wytrącają się w

postaci wodorotlenków Al.(OH)

, Fe(OH)

 p. o wys. l>120- ruchliwe, złożone aniony CO

-2, SO

-2, do ruchliwych

należą też: F-, Cl-, Br-

związki kompleksowe: Al.(OH)+2, Al.(OH)

[Al6(OH)]+3
[Fe4O3(OH)3]-3

Kompleksy metaliczne z kwasami humusowymi

2. roztwory koloidalne

- faza rozproszona- faza stała
- f. rozpraszająca- woda
- (odbywają wędrówkę w postaci zoli, wytrącone jako żele), min. ilaste,
wodorotlenki Fe, Al.(+), krzemionka(-), kwasy humusowe

- adsorpcja- wychwytywanie pewnych składników na powierzchni koloidów
lub ciał skrytokrystalicznych (min. ilaste, tlenki Mn, substancje organiczne)

5 grup pierwiastków różniących się warunkami wytrącania

I. rezystaty (Si)

II. hydroizaty (Al.)

III. desytaty (Fe, Mn)

IV. precypitaty (Ca, Mg)

V. ewaporaty (Na+, Mg+2, K+, Cl-, SO

-2)

FACJE GEOCHEMICZNE
Morskie ( jaka forma S, Fe, warunki redox, obecność lub brak substancji organicznych)

 siarkowodorowa- charakterystyczna dla izolowanych, głębokich zbiorników

morskich gdzie kontakt z wodami oceanu światowego odbywa się poprzez wąskie
cieśniny np. morze Czarne z cieśniną Bosfor. Zaznacza się ona obecnością
siarkowodoru oraz brakiem wolnego tlenu. Nagromadzenia szczątków
organicznych powodują warunki silnie redukcyjne. Zachodzi tu redukcja
siarczanów do siarkowodoru.

 syderytowa- materia organiczna jest tu utleniana. Brak jest wolnego tlenu.

Wytrącają się syderyty

 szamozytowa- występuje tu koloidalna krzemionka. Z tej facja znane są małe ilości

substancji organicznej i silnie redukcyjne warunki (Fe2+). Wytrącają się
glinokrzemiany warstwowe żelaza (szamozyt, chloryty). Znane są stąd rudy żelaza

 glaukonitowa -obecny jest tu wolny tlen. Występuje glaukonit i fosforyty
 utleniona- obecne są w niej duże ilości wolnego tlenu. Koncentracje V i As

Lądowe

 laterytowa- powstaje w gorącym klimacie, gdzie opady mają charakter sezonowy.

Dochodzi tam do wietrzenie alitowego. Skały mają odczyn alkaiczny w skutek
ługowania krzemionki- powstają wówczas wodorotlenki Al i Fe

 orsztynowa (bielicowania)- środowisko zakwaszone. Dochodzi tutaj do

rozpuszczania wodorotlenków w górnej części profilu glebowego, względnie
wzbogacenia w SiO

(bielice). Lasy iglaste zachowują się jak pompa ssąca dla S

jako SO

i utlenia ją do SO

. Igły zawierają SO

, który po opadnięciu (żywotność

igieł 4- 5 lat) dostaje się do gleby, tym samym obniżając jej pH, i są rozpuszczane
związki nieodporne na tak kwaśne środowisko np. białka, lignina i celuloza. pH
takiej gleby może wynosić 4,5. <lasy iglaste powodują zakwaszanie gleby, a nie
odwrotnie: lasy iglaste lubią kwaśne gleby>

 pustyniowa + jez. słonych- zachodzi tu intensywna ewaporacja w skutek czego

dochodzi do nagromadzenia znacznych ilości łatwo rozpuszczalnych soli.
Powstają borany i siarczany. Wysokie Eh. powstawanie NO

, JO

, CrO

złożach saletry chińskiej)

 rud żelaza- dochodzi tutaj do utleniania Fe. Wytrącają się tutaj wodorotlenki. Są to

płytkie zbiorniki śródlądowe. pH ich wynosi niewiele powyżej 4,5.

 Węglowa- nagromadzenie substancja organicznej w zawodnionych zagłębieniach.

Panują tu warunki redukcyjne. Powstają takie minerały jak syderyt czy piryt

DIAGENEZA
- lityfikacja
- sylifikacja, dolomityzacja, syderytyzacja, fosforytyzacja, pirytyzacja

CYKLA BIOCHEMICZNE
Rozwój biomasy
Makronutrienty- N, P, K, Ca, Mg, S> 500ppm
Mikronutrienty – B, Fe, Mn, Cu, Zn, Mo, Co, Cl <500ppm

REE i pierwiastki śladowe
- normalizacja do: PAAS, NASC
- przyczyny zróżnicowania REE i p. śladowych w łupkach osadowych

1. remobilizacja podłoża podczas wietrzenia lub wczesnej diagenezy- ilste

wyłapują niektóre lantanowce- wzbogacanie

2. sortowanie min. akcesorycznych wzbogaconych o p. śladowe i REE (min.

akc.- ciężkie- też La, monacyt, ksenodym, z gr. epidotu- krzemian, allanit
(ortyt), tlenki- fergusonit

3. mieszanie się materiału pochodzącego z różnych źródeł
4. remobilizacja p. śladowych podczas późnej diagenezy

Odtworzenie prowinencji paleoredox
- pochodzenie materiału (nieruchliwe, niedopasowane)

Anomalia Nb- Ta
Eu/ Eu+ (Eu/ Eu

PAAS

)/ [(Sm/Sm

PAAS

)(Gd/Gd

PAAS

)]+2

Ba/Th
Cr/Th
Th/Sc
Cr/Ls

Redox- anomalia Ce
Progresywne zmiany ze wzrostem diagenezy: Th/ U, U/ Pb
Wpływ wysortowania min. ciężkich

Le/Sm, Gd/Yb
(Sn/ Yb) (La/Yb)

Sm/ Nd- gdy wartości zbliżone- jedno stałe źródło
Źródłem- skały granitowe lub o składzie pośrednim:

 ujemna anomalia Nb-Ta
 ujemna anomalia Eu
 wzbogacenie w LREE (La do Nd)
 płaskie MREE (Sm do Ho)
 płaskie HREE (Er do Lu)

W. 10.

ROCK/ PAAS
- pierwiastki z grupy lantanowców- wykresy normalizacyjne
- diagramy pajęcze

Ba, Rb, Th, U, Nb, Ta, La, Ce, Sr, Nd, Sm, Hf, Tb, Y, Tm, Yb

- normalizacja do skał osadowych- użyteczna- można wskazać wzbogacenie w dane
pierwiastki
- wartości<1- zubożenie
- anomalia (+) dla Sr- wynika z obecności węglanów ( nawet do 15% zaw. węgl. w skale)
- niob, tantal- (-) anomalia w skałach magmowych- zanieczyszczenie materiałem skorupy
kontynentalnej, niższa koncentracja w łupkach związana ze źródłem skorupy kontynentalnej

MRBS- Metal Rich Black Shales ( obecność substancji organicznej)
- odtwarzanie termicznej historii MRBS

TOC- całkowita zawartość C org.
HI= H/C- wskaźnik wodorowy
OI= O/C – wskaźnik tlenowy

- część osadów ma określone te parametry
- charakterystyka środowisk- wykresy ( charakteryzują obszary, czasami niejednoznaczne),
parametry złóż

Pochodzenie materii organicznej:
- refleksyjność witryntu
- obecność bituminów
- izotopy C
- udział C org. I siarki C vs S
→ dla łupków, stref o wyraźnym okruszcowaniu
→ badanie zawartości metali ( woda morska- osadowe skały- ile razy wzbogacone w
stosunku do wody morskiej – nawet 1000x)

Okruszcowanie:
- zależność Fe vs S
- stopień pirytyzacji DOP= Fe

/ Fe

całk

Udział pierwiastków: Fe, S, Corg, U, Mo, V, Ni, Cu, Cr, Co, As, Pb, Ba, Zn, Ag, Cd, REE+Y,
P, Mn
Wykres zawartości pierwiastków w wodzie morskiej vs w łupkach
Współczynniki korelacji: Zn, V, Cr, Pb- 500000

Ni- 3000000

Warunki

Anoksyczne

Euksyniczne

- indeks DOP> 0,6
- wynika to z niskiej zawartości O2, redukcja
siarczanów w osadzie
- dobrze zachowana materia organiczna i
siarczki

- DOP> 0,8
- obecny H2S
- wys S/C
- siarczany ulegają redukcji

GEOCHEMIA STOSOWANA

•

rozpoznawanie warunków prowadzących do wzrostu koncentracji (nagromadzeń
złożowych) różnych pierwiastków

•

sprecyzowanie kryteriów użytecznych w poznaniu i poszukiwaniu złóż

•

rozpoznanie pełnego składu surowców mineralnych

•

współudział w rozwiązywaniu problemów związanych z ochroną środowiska
naturalnego

- typy złóż a pierwiastki wskaźnikowe:

Rudy chromitowe- Cr, + Ni, Fe, Mg
Likwacyjne złoża siarczków Cu, Ni, S, + Pt, Co, As, Au
Karbonatyty- z Nb, Ts,+ Ni, Zr, P
Łupki miedzionośne- Cu, S + Ag, Zn, Pb, Co, N, Cd, Hg

- związki m/y typem skał magmowych a rodzajem złóż:

Kasyteryt (SnO2)- granity bogate w K ( wzbog. Wtórnie)
Ni- skały ultramaficzne

- podwyższenie zawartości pewnych p. w „produktywnych” skałach magmowych

Granity cynonośne:

 podwyższenie zaw. Sn w biotytach
 wzbog. w Rb, F, Be, B, Li
 niskie stosunki K/Rb, Zr/Sn, F/Li

pegmatyty cezonośne

 podwyż. Zaw. Cs w lepidolitach

- związki m/y prowincjami geochemicznymi a p. metalogenicznymi

Zawartość w skaleniach K ze skał magmowych z rejonu występowania złóż ołowiu

METODY PROSPEKCJI GEOCHEMICZNEJ

 nauka ta opiera się na założeniu, że wokół złóż rudnych występują strefy o

podwyższonej koncentracji określonych pierwiastków (gł. metali) w stosunku
do przeciętne ich zawartości w skale otaczającej

 strefa koncentracji- tzw. anomalia geochemiczna
 nie każda dodatnia aureola związana jest z koncentracją złożową ( inne

przyczyny- lokalne zjawisko sorpcji przez środowisko pewnych pierwiastków)

 zawartość pierwiastków poza anomalią- tło geochemiczne

TYPY ANOMALII:

 pierwotne- genetycznie związane ze złożem, tworzy się w tym samym czasie
 wtórne- najczęściej związane z wietrzeniem złoża

Strefa wykształcenia się anomalii geochemicznej wokół złóż- tzw. aureole rozproszenia

Rys.

Aureola geochemiczna- występuje w sąsiedztwie złoża strefy o podwyższonej koncentracji
jednego lub kilku pierwiastków
Aureola mineralogiczna- występuje w sąsiedztwie złoża strefy o podwyższonej koncentracji
pewnych użytecznych minerałów.

Pierwiastki-WSKAŹNIKI- pierwiastki, których obecność w anomaliach geochemicznych
wykorzystuje się dla celów prospekcji geochemicznej.

Położenie anomalii:
- pierwotne- najczęściej w głębi
- wtórne- często na powierzchni

Wielkość anomalii zależy od:

o ruchliwości pierwiastków głównych lub wskaźników
o natury skał otaczających złoże

- np. w skałach węglanowych- wapienie, dolomity- szerokość anomalii wokół żyły
hydrotermalnej nie przekracza 1,5- 6m
- w krzemianowych skałach magmowych lub metamorficznych- kilka10- kilka100 m
- wapień masywny Pb ( 1,5m- 600ppm, 8m- 60ppm, 27m- 0ppm)
- wapień spękany Pb- 1,5m- 1700ppm, 8m- 3500ppm, 27m- 250ppm

Pierwiastki-wskaźniki mogą występować w aureolach:

•

w postaci własnych minerałów:

złoża Zn-Pb, Pb, Zn, Cu, As obecne jako galena, sfaleryt, chalkopiryt, arsenopiryt

•

Ag, Cd, Sb w postaci domieszek w galenie i sfalerycie

Zróżnicowanie zasięgu aureoli:
- pionowe (osiowe)- związane z kierunkiem wędrówki roztworów hydrotermalnych (a.
nadzłożowe, około-, pod-)
- poprzeczne- wynikłe z dyfuzyjnego lub infiltracyjnego wnikania pierwiastków w skały
otaczające

Pewne prawidłowości, niezależne od typu złoża:
- gł. partie aureolii Ba, Sb, Hg, Ag
- dolne partie: Ni, Be, N

ANOMALIE WTÓRNE
- najważniejszy rodzaj anomalii geochemicznych
- powstaje podczas uruchomienia pewnych pierwiastków podczas wietrzenia złoża i następnie
ich wtórnego nagromadzenia /strefa cementacji- najwyższe nagromadzenie p. złożowych,
utlenianie/
- mogą tworzyć się:

•

Bezpośrednio nad miejscem występowania złoża, w rezydualnych produktach
wietrzenia- eluwium (rumosz skalny, piaski, gliny zwietrzałe, gleby)

•

W pewnej odległości od złoża- w wyniku transportu materiału zwietrzelinowego przez
wody powierzchniowe lub lodowce ( w aluwialnych osadach potoków, glinach
zwałowych)

- może występować: na powierzchni, pod powierzchnią (aureole zakryte)
- sposoby gromadzenia się pierwiastków we wtórnej anomalii:

Pierwiastki mało ruchliwe ( Au, platynowce, Be, Sn) w postaci odpornych na wietrzenie

minerałów (Np. Sn w kasyterycie)- koncentracja często mechaniczna.

Sn- piasek gruboziarnisty- 6700ppm, ił- 45ppm- anomalia min. ciężkich (anomalie
szlichowe)

Pierwiastki bardziej ruchliwe- przechodzą do roztworów, z których mogą być później

wytrącane lub wychwytywane na drodze sorpcji np. przez minerały ilaste,
wodorotlenki Fe

Zn- piasek gruboziarnisty- 240ppm, ił- 1500ppm

ANOMALIA HYDROCHEMICZNA
- ograniczenia ich użyteczności
- bardzo mała zawartość metali w wodach lądowych- ok. 10

-6

g/ml

- zależność od wielu czynników ubocznych

•

Możliwość rozcieńczenia anomalii wodami bez mineralizacji

•

Zmienność zawartości metali zależne od wpływów pogody (opady), wytrącanie przy
zmianach warunków fizyko-chamicznych

- główne rodzaje: anomalie w wodach potoków i rzek, w wodach gruntowych

ANOMALIA GAZOWA
- występowanie pewnych gazów w wodach gruntowych lub w powietrzu zawartym w
przestrzeniach porowych gleb
- anomalia radonu- powstałego z rozpadu promieniotwórczego U i Th- anomalię rozpoznano
nawet gdy złoża występowały na głębokości ok. 100m
- anomalia He, węglowodorów- przy rozpoznaniu złóż ropy
- anomalia O2, N2, N2O, SO2, H2S,HJ- w pow. gleb nad polimetalicznymi złożami
- anomalia Hg- pary Hg w przestrzeniach gazowych gleb z obszarów złóż rtęci i złóż
polimetalicznych

ANOMALIE BIOGEOCHEMICZNE
- występują na pewnym obszarze w rosnących na nim roślinach podwyższonych koncentracji
pierwiastków metalicznych w stosunku do tła geochemicznego
- spopielenie rośliny i oznaczenie zwartości p.-wskaźników
- czynniki wpływające na stopień koncentracji p.-wskaźników:

•

Gatunek roślin- r. rosnące na tym samym podłożu mają różne skłonności do
gromadzenia mineralnych składników

•

Różne części roślin w różnym stopniu kumulują składniki mineralne:

Liście- Zn, Mo, B
Korzenie- Pb, Cu, Ag, Sc

•

Zawartość składników w roślinie może się wahać w zależności od pory roku,
nasłonecznienia

- im wyższy jest stosunek wielkości anomalii geochemicznej do wielkości tła tym większa ich
przydatność dla celów poszukiwawczych.
Stosunki mają: Mo, Co, Pb, Fe, U.
Niewielkie: Cu, Zn, Ag, W
- rozpoznanie litologii na podstawie koncentracji pierwiastków w popiele roślin
- rośliny

•

Mo, Cu- drzewa iglaste

•

U- sosna, jałowiec

•

Pb, Zn- piołun, dziurawiec

- zaleganie złóż- granica wykrywalności- kilkadziesiąt m ( Ni- 4m, U- 30m)
- metody geobotaniczne- występowanie specyficznych roślin tylko na obszarze z
podwyższoną koncentracją określonego pierwiastka w glebie

•

Uniwersalne wskaźniki

* Viola celaminaria (fiołek cynkowy)- bogate w Zn gleby (G.Śląsk, żółte kwiaty)
złoża cynku
* gatunki Astragalus- rośliny selenolubne (Se- silnie trujący)- osadowe złoża U
(kamotytowe złoża typu Colorado)
* Cu – wargowate- Ocinum homblei- przy zawartości Cu 0,01%- 0,5%

* goździkowate- Gypsophile partini- można zlokalizować nawet bardzo małe żyły Cu

•

Lokalne wskaźniki

Ag w Montanie- rdestowate Eriogorum ovalifolium

•

Zmiany geobotaniczne

* kwiaty Eschoitzia californica- niebieskie na podłożu Cu, cytrynowo- żółte na
podłożu Zn
* odbarwienie liści- Ni, Cu, Co, Cr, Zn- antagonistycznie do Fe, ich nadmiar
powoduje niedobór Fe, brak chlorofilu

Badania geochemiczne a ocena zakresu przydatności złóż surowców mineralnych:
- sposób występowania danego pierwiastka (minerału)
- sposób występowania pierwiastków towarzyszących (domieszki, własne minerały)

•

Często nie tworzą własnych złóż- odzyskuje się ze złóż innych pierwiastków (Ag,
Ru).

•

Mogą być szkodliwe ze względów technologicznych (kaolinit- Fe, Ti- niekorzystne w
wyrobach porcelanowych)

- kwarc piezoelektryczny- szkło kwarcowe- surowiec kwarcowy- nie powinien
zawierać Al., Fe.

W.11.

HYDROSFERA

- wodna geosfera Ziemi- 71% powierzchni Ziemi

•

Wody powierzchniowe:

- wody mórz i oceanów
- wody lądowe (lód polarny, śniegi, lodowce, wody rzek, jezior, mórz śródladowych)

hydrosfera

99,3

w. morskie

97,1

w. lądowe

2,2

w. podziemne do gł 4km

0,7

Para wodna w atmosferze 0,001

•

Zasolenie 3,5 (3,3- 3,8% wag)

- wzrost: parowanie wody, wiązanie jej masy w lód
- spadek: odpływ wód rzecznych, opady
- stosunek głównych jonów Cl: Na: Mg pozostaje bez zmian

•

W składzie wody:

- pierwiastki główne
- pierwiastki śladowe
[ nx10

-4

%wag – F, Si, Sr, B]

[nx10

-7

%wag- Fe, Mn, Cr, Ag, As]

Poniżej x10

-8

%wag- Cd, Hg, Pb, Au, Th, REE

Znaczne wahania- As: 6x10

-10

%wag- 1x10

-5

%wag: podobnie Pb, Fe

Kationy

Aniony

Na
Mg
Ca
K

-2

HCO

-2

•

Formy występowania pierwiastków w wodze morskiej:

- jony- Na, Ca, Mg, K, Sr

, Li+, HCO

, SO

-2

,Cl

(Na, K- 99%: Ca, Mg- 90%)

- kompleksy- HgCl

-2

, UO

(CO

)

-4

- związki niezdysocjowane- Ca SO

, Be(OH)

, Fe(OH)

- r-y koloidalne
- zawiesina cząsteczek

Lantanowce- woda morska- rząd wielkości- La 5,7x 10

-3

– w formie związków

kompleksowych z jonem węglanowym

Wykres- normalizacja do łupków N- amerykańskich
Woda morska- zubożenie w stosunku do łupków

- lekkie lantanowce wchodzą do osadów, w
wodzie pozostają ciężkie
- anomalia Ce- niedobór związany z tym, że
Ce występuje na IV stopniu utleniania
(reszta na III)- może być wyłapywany przez
konkrecje Mn
- przy konkrecjach- anomalia +
- woda morska- anomalia -

/ anomalia Eu- II stopień utl.- na etapie magmowym- plagioklazy, diadochia z Ca/
/ anomalia Ce- etap hipergeniczny/
- woda rzeczna – lekkie wchodzą do osadów ilastych, ciężkie zostają w wodzie

•

Różne postacie tych samych pierwiastków: C, P, N

- C węglanowy (HCO

, CO

-2

, H

, CO

)

- C w związkach organicznych

•

Koncentracja pierwiastków w wodzie morskiej: równowaga m/y dopływem
składników a ich wytrącaniem- średni czas pobytu- t

t = ilość pierwiastków w odzie morskiej (g)/ dopływ roczny w g
t = ilość p. w wodzie morskiej (g)/ ilość wytrącana rocznie w g

Średnie czasy retencji
jon

Czas (lata)

80000000

60000000

10000000

7000

Al.

100

•

Postacie występowania pierwiastków w wodzie morskiej: postać jonowa, postać
zawiesiny

•

Gazy w hydrosferze

- tlen

- O2 z atmosfery
- fotosynteza fitoplanktonu (warstwy przypowierzchniowe)
- głębiej- zużywany na utlenianie szczątków organicznych

Skład rozpuszczonych gazów oraz wartości pH i Eh w źle przewietrzanych basenach
morskich

- Eh jest wysokie gdy O2 ma wysokie stężenie
- O2 ma największe stężenie na głębokości 30- 60m. Wynika to z obecności na tej głębokości
fitoplanktonu produkującego O2. Na większych głębokościach jego stężenie spada gdyż
używany jest on do respiracji. Zanika na głębokości 200m, która jest granicą promieni
słonecznych.
- zawartość CO2 przy powierzchni w każdym oceanie jest taka sama.
- do czasu obecności O2 jest także CO2. Następnie O2 zanika a CO2 jest nadal produkowane.
Związane jest to z rozpuszczaniem węglanów w wodzie morskiej.
- im wyższa zawartość CO2 tym niższa wartość pH.
- CO2 wzrasta w skutek rozpadu materii organicznej (max 100-200)
- w momencie zaniku O2 pojawia się H2S charakterystyczne dla środowisk redukcyjnych.
(związane z Eh, nie wpływa na pH)

- dwutlenek węgla

- CO

z atmosfery

- oddychanie organizmów morskich
- rozkład podmorskich szczątków organicznych
- podmorskie ekshalacje wulkaniczne
- zużycie: fotosynteza fitoplanktonu (warstwy przypowierzchniowe)

System buforowy w wodzie morskiej:
CO

+ H

O ↔ H

↔ HCO

+ H+ ↔ CO

-2

+ 2H

- siarkowodór

- H

S, HS-

- redukcja siarczanów do H

S ( anaerobowe bakterie siarczanowe)

- powstanie H

S przy rozkładzie związków organicznych zasobnych w S

•

Wody lądowe:

- lądolody Antarktydy i Grenlandii – 99%
- jeziora i morza śródlądowe
- rzeki, potoki- 1/mln cz. wód lądowych
- jez. słone

Źródła mineralne- ostatnie 200 lat- szczególne zainteresowanie, podwyższone
koncentracje pewnych pierwiastków- wody lecznicze, zawartość w mg/l, filtracja i
napowietrzanie

•

Surowce morskie- obecnie wydobywane:

- ropa naftowa (M. N, Zat. Mex., M. Kasp.)- udokumentowane- 34% światowych zasobów

- gaz ziemny (26% św. zasobów)
- piasek, żwir (diamenty)
- siarka- w osadach pokrywających diapiry solne (szelf Zat. Mex.- Luizjana- 5% produnkcji
siarki)
- sole: sól stołowa- NaCl, sole potasowe (nawozy), sole bromu (farmaceutyka), sole
magnezowe.
Nie wydobywane:
- fosforyty- na gł. 30- 300m, w strefach prądów zawiesinowych
- rudy manganowe- konkrecje i polewy manganowo- żelazowe pokrywające dno oceaniczne
M. Czerwone:
Siarczki nagromadzone w iłach dna oceanicznego:
3,2 mln ton Zn: 0,8 mln ton Cu; 0,08mln t Pb
4,5 tys. t Ag, 45 t Au

•

Zanieczyszczenia:

- awarie tankowców (oleje)- zniszczenie biocenozy- „okres połowicznej” egzystencji na
pow. 2 lata, na dnie 25 lat
- tworzywa sztuczne
- odpady radioaktywne

•

Wykorzystanie wody słodkiej: rolnictwo- 70%, przemysł- 22%, gosp. domowe-8%

( 1 t pszenicy- 1500t wody)

BAZALTY TYPU MORB

•

Częściowe wytapianie (15-30%)

Górnego płaszcza (50-85km)
Liczba magnezowa= stosunek Mg/ Mg+ Fe

•

Oliwinowe TOLEITY
Pierwiastki główne
SiO2 (49-51%)
Al2O3 (14-17%)
MgO (6-12%)
K2O < 0,3%
Z
Fo 55-65%- umiarkowana frakcjonalizacja

/ Ni, Cr- dopasowane- wskaźniki frakcjonalnej krystalizacji/

Zależność Ni/Mg- proporcjonalna- zawartość Ni↑ ze ↑Mg
Cr/ Mg też
Im większy stopień dyferencjacji magmy- Ni↓, Mg↓

Zubożenie w: K, Rb, Cs, Sr, Ba, U, P, Zr, Nb, Pb

•

MORB

N- type- normal

E- type- enriched

T- type- transitional

↓
P- type- plume

Parametry

E(P)

Wyższe
K/Rb
K/Ba
Sr/Rb
Zr/Nb

Niższe
K/Rb
K/Ba
Sr/Rb
Zr/Nb

OIT [ppm]

1064 1854 1600-8300

1,0

4,5

5-12

12,2

70-200

127

105

150-400

K/Rb

1046 414

400

K/Ba

109

25-40

Sr/Rb 127

20-70

Zr/Nb >30

~10

- zawartość K 1064- 1854- +/-0,2% wag
- typ P~ OIT- zbliżone stosunki

•

Większość MORB- zubożona w LILE (duże promienie jonowe)

( Cs, Rb, K, Ba, Pb, Sr) w stosunku do OIB i CFT

- N-type zubożony w nieruchliwe: Th, U, Zr, Hf, Nb, Ta

N-type

P-type

(La/Sm)N<1

(La/Sm)N>1

Diagram pajęczy

Różnica m/y bazaltami alkalicznymi i toleitami (bazalty wysp oceanicznych)
- im bardziej alkaliczne tym większe wzbogacenie lantanowców (równomierne
wzbogacenie lekkich i ciężkich)
- większa różnica dla alkalicznych bazaltów m/y lekkimi a ciężkimi niż w toleitach

•

Oddziaływanie wody morskiej na bazalty

- przeobrażenie: głębokomorskie, nisko-T, ich stopień↑ z odległością od grzbietów
- wzbogacenie w Fe (III), K, H3O

B, Li, Rb, U, Cs
Czasami w tlenki Fe

- stosunek

Sr/

Sr ~ 0,703- 0,708

1. palagonit- słabo zdefiniowany, przeobrażenie oliwinów
2. smektyt
3. węglany

- stosunki K, Rb:

 wskazywały typ bazaltu
 uruchamiane w czasie kontaminacji
 najwcześniej uruchamiane, mogą być dostarczane lub odprowadzane
 mówią o zanieczyszczeniu materiałem skorupy
 przeobrażenie głębokomorskie mogą je uruchamiać

- Sr← rozpad Rb (dostarczanie Rb- zmienione stosunki izotopowe)

MORB – niskie stosunki

Sr/

Sr = 0,702- 0,704

206

Pb/

204

Wysokie

143

Nd/

144

Rys.

Wykres- p. niedopasowane

P-type i wyspy oceaniczne- duże powinowactwo
(-) anomalia Nb/Ta- kontaminacja materiałem skorupy

Ba/Nb; La/Nb- kontaminacja materiałem skorupy lub osadami oceanicznymi- wzrost
obu pierwiastków

PROCESY W STREFACH SUBDUKCJI I ŁUKACH WYSPOWYCH

•

skorupa kontynentalna→ strefy subdukcji

- nie wszystkie wzdłuż brzegów kontynentów
- Rów Mariański- śródoceaniczne strefy subdukcji (intra-oceanic subduction zone)
- niektóre stare łuki wyspowe (Japonia, cz. Indonezja) mają sejsmicznie strukturę
skorupową pośrednią m/y kontynentalną a oceaniczną

↓

Łuki wyspowe mogą ewentualnie ulegać transformacji w skorupę kontynentalną

•

strefy subdukcji- miejsca gdzie skorupa oceaniczna i litosfera (płyta) „wracają” do
płaszcza

•

m/y kreacją a subdukcją zachodzą 2 ważne wydarzenia:

1. reakcja z wodą morską w różnych T (uwodnienie skorupy oceanicznej,

wzbogacenie w pewne pierwiastki z wody morskiej Mg, Li, ekstrakcja innych,
izotopowe odmiany :Li, B, Sr)

2. wpływ pokrywy osadowej

MAGMY STREFY SUBDUKCJI

- stratowulkany
- powstają na gł. 50-100km
- toleity
(obecność normatywnego kwarcu- CIPW)

SiO2 45-53%
Al2O3 16-20 (wysoka)
TiO2 << 1% (niska)

IAB- bazalty łuków wyspowych
CAB- wapniowo-alkaliczne bazalty
IAB- niedojrzałe łuki wyspowe

- w stosunku do MORB

•

niska zawartość Cr i Ni

•

wzbogacenie w LILE (K, Rb, Ba, Sr, Cs)

•

nierozfrakcjonowanie REE, HFSE (małe rozfr.- przebieg linii na wykresie zbliżony do
poziomu)

•

Sr/

Sr= 0,702-0,705 niski (łuki wyspowe)

0,703-0,710 wyższy (łuki krawędzi kontynentalnych)

•

Mała anomalia Ta-Nb

- CAB z łuków wyspowych

•

Większe wzbogacenie w LILE

•

Duża anomalia Ta-Nb

•

Nierozfrakcjonowanie ciężkich REE i HFSE

CAB z krawędzi kontynentalnych (CAMB)

•

Wzbogacenie w niedopasowane – od Yb do Ce

•

Serię Ca-alkaliczną można podzielić na :

Nisko-K
Średnio-K
Wysoko-K
Shoshonitowy
Leucytowy

Zróżnicowanie składu chemicznego wpływa na zachowanie geochemiczne
→ różne typy law
I

ULTRAPOTASOWE- charakterystyczny rozkład ziem rzadkich, bazaltoity o
rozkładzie leucytytów

SUBALKALICZNE

III

ALKALICZNE

Które najgłębiej krystalizowane?
ULTRAPOTASOWE (I)ciężkie ziemie rzadkie wchodzą do struktury granatów- duże
rozfrakcjonowanie i małe wzbogacenie w minerały ciężkie- to znaczy że duże głębokości bo
minerały te weszły do granatu

Gdzie doszło do kumulacji plagioklazów?
ALKALICZNE- (III)- dodatnia anomalia Eu

MAGMY ŚRÓDPŁYTOWE

•

OIB- bazalty wysp oceanicznych

•

CPB (bazalty kontynentalne płyt)

↓↑

CRB (bazalty ryftów kontynentalnych)

OIB
Toleity

•

Oliwinowe, kwarcowe, bazalty alkaliczne

•

Wzbogacone w LILE

•

Wzb. W HFSE

•

Wyższy stosunek

Sr/

Sr = 0,702- 0,706 w stosunku do MORB

•

Dodatnia anomalia Ta-Nb- wskazuje na inne źródło

CPB
- w stosunku do OIB

•

Wyższa zawartość SiO2, K2O, Na2O

•

Wyższe stosunki K/Na, Fe/Mg

•

Wzbogacone w niedopasowane (Rb, Sr, Ba, Th, U)

•

Wzbog. w REE, HFSE- w stosunku do MORB

Sr/

Sr wyższe niż w OIB= 0,703- 0,710

143

Nd/

144

Nd niższe

(kontaminacja materiału skorupy)

GEOLOGICZNE PROCESY KONTROLUJĄCE ROZMIESZCZENIE PIERWIASTKÓW
ŚLADOWYCH

1. ruchliwość pierwiastków

- ruchliwe (mobilne)- Cs, Sr, K, Rb, Ba
- nieruchliwe (niemobilne)- REE, Sc, Y, Th, Zr, Hf, Ti, Nb, Ta, P

2. wytapianie częściowe:

- w. porcjowane („bath” melting)
- frakcjonalne wytapianie

3. krystaliczne frakcjonowanie:

- krystalizacja równowagowa
- frakcjonalna krystalizacja (wytapianie Rayleigh’a)
- krystalizacja in situ

4. kontaminacja
5. procesy sedymentacyjne:

- wietrzenie
- diageneza
- transport
- rozpuszczanie w środowisku wodnym
Np. Fe, Mn, Pb, (Cr) są mobilne podczas diagenezy
Cs, Rb, Ba, są wiązane podczas wietrzenia
Zr, Hf, Sn koncentrowane mechanicznie we frakcji ciężkiej

Document Outline

Ewolucja Wszechświata

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
LOGIKA wyklad 5 id 272234 Nieznany
ciagi liczbowe, wyklad id 11661 Nieznany
AF wyklad1 id 52504 Nieznany (2)
Neurologia wyklady id 317505 Nieznany
ZP wyklad1 id 592604 Nieznany
CHEMIA SA,,DOWA WYKLAD 7 id 11 Nieznany
or wyklad 1 id 339025 Nieznany
II Wyklad id 210139 Nieznany
cwiczenia wyklad 1 id 124781 Nieznany
BP SSEP wyklad6 id 92513 Nieznany (2)
MiBM semestr 3 wyklad 2 id 2985 Nieznany
algebra 2006 wyklad id 57189 Nieznany (2)
olczyk wyklad 9 id 335029 Nieznany
Kinezyterapia Wyklad 2 id 23528 Nieznany
AMB ME 2011 wyklad01 id 58945 Nieznany (2)
AWP wyklad 6 id 74557 Nieznany
PRAWO SPORTOWE Wyklady(1) id 38 Nieznany
AGH Wyklad 4 id 52883 Nieznany (2)

więcej podobnych podstron

Geochemia Wyklady id 187963 Nieznany

Document Outline