Geochemia

Pytania geologii:

1. Dlaczego jądro Ziemi jest żelazne, a nie jest zbudowane z pierwiastków o większej masie?

Pierwiastki powstają na skutek nukleosyntezy aż do żelaza (A=56). Fe jest ostatnim stabilnym
jądrem, które powstało na skutek wzrostu Z i N w jądrze. Gdy dalej dodajemy N jądro staje się
coraz mniej stabilne- energia wiązania jest coraz mniejsza (A>56). Pierwiastki o większej masie niż
żelazo powstają na skutek łapania (wiązania) wolnych neutronów.

2. Podział skorupy oceanicznej. (od góry do dołu)

Nazwa

Litologia

miąższość prędkość fal P

1

Osady pelagiczne

0,5

1,7-2,0

2A i 2B

Bazalty poduszkowe

0,5

2,0-5,6

2C

Kompleks dajek pionowych

1,5

6,7

3A

3B

Gabro izotropowe,

niekierunkowa tekstura

Gabro warstwowane
tekstury kumulatow

4,7

7,1

4

Warstwowane perydotyty

perydotyty

Do 7

8,1

3. Co to jest Δ

13

C?

Jest to wskaźnik izotopowy. Wyznacza on wartość stosunku w promilach. Ten wskaźnik jest
oznaczony wzorem:

Δ=((Ip Is)/Is)·10

3

gdzie

I E stosunek izotopowy
p - próbka
s - standard

Standardy

SMOW (Standard Mid Oceanic Water)

PDB (Peedee Belemnite)- jeśli określamy stosunek tlenu z węglnów
CDT (Cannion Diabolo)- znaleziono tam meteoryt, który jest podstawą dla izotopu siarki

4. Skład jakich skał ma dolna skorupa kontynentalna?

Dolna skorupa kontynentalna ma skład bazaltów toleitowych (55-53% krzemionki).

5. Skąd biorą się magmy andezytowe?

Magma andezytowa pochodzi z płaszcza Ziemi. Przechodząc przez skorupę ulega ona dodatkowo
kontaminacji (zanieczyszczenie magmy skałami otaczającymi).

6. Zmiany izotopowe tlenu w glacjałach i interglacjałach w oceanie.

Δ

18

O w oceanach jest dodatnie, czyli zawiera dużo

18

O (ma cięższy skład izotopowy). Natomiast lód

ma bardzo dużo

16

O, a mało izotopu

18

O, stąd posiada on lżejszy skład izotopowy, ma ujemny

stosunek Δ

18

O.

Podczas deglacjacji lód zaczyna się topić. Do oceanu uwalniany jest izotop

16

O, dlatego stosunek

Δ

18

O w oceanie zmienia się, a dokładniej jego wartość zaczyna się zmniejszać. Natomiast podczas

zlodowaceń, cząść wody została uwięziona w lądolodzie. W lądolodzie został uwięziony izotop

16

O. Zatem w oceanie stosunek izotopowy ponownie ulegl zmianie. Dominuje więc izotop

18

O.

Woda oceaniczna uzyskała cięższy skład izotopowy (dodatni stosunek Δ

18

O).

7. Jak przebiegała subdukcja w archaiku, a jak w fanerozoiku?

W archaiku temperatura płaszcza była wyższa (ok. 1600

0

C), dlatego wówczas subdukowana płyta

była topiona. Natomiast w fanerozoiku w wyniku ciśnienia następuje dehydratacja i roztwory
powodują topienie płaszcza nad subdukowaną płytą.

8. Jakie skały osadowe mają skład zbliżony do skorupy kontynentalnej?

Gliny (osady glacjalne), lessy

9. Wzpisać po 3 pierwiastki do grup syderofilnej, atmofilnej, chalkofilnej, litofilnej.

Syderofilne - powinowactwo do metali- S, O, H(?)
Chalkofilne – powinowactwo do siarczków- Zn, Fe, Pb
Litofilne – powinowactwo do krzemianów- Al, Fe, Mg
Atmofilne – powinowactwo do tlenu- Fe, S, C

10. Jak zmienia się Δ

13

C przy zakwicie planktonu?

Rośliny wbudowywują w swoją strukturę izotop

12

C podczas fotosyntezy (mają lekki skład

izotopowy). Dlatego podczas zakwitu planktonu woda zawiera znacznnie więcej

13

C czli jej

stosunek izotopowy Δ

13

C jest cięższy.

11. Z której części płaszcza pochodzą skały o najbardziej prymitywnym (pierwotnym) składzie,
jakie to skały?

Skały o najbardziej prymitywnym składzie pochodzą z dolnego płaszcza. Są to np. E-MORB.

12. Dlaczego Nd jest mniej w płaszczu niż w chondrytach?

Izotop Nd jest niekompatybilny w stosunku do płaszcza, dlatego w wyniku topienia płaszcza
chętnie przechodzi do stopu. Obecnie w płaszczu jest więcej Sm niż Nd. Zatem stosunek Sm/Nd w
płaszczu > stosunek Sm/Nd w skorupie.

ε Nd(t)- pokazuje odchylenie stosunku mierzonego w próbce do stosunku w chondrycie.
skały płaszcza- warości dodatnie
skały skorupy- wartości ujemne
(warto napisać wzór)

13. Co to są pierwiastki śladowe?

Są to pierwiastki, które występują w niewielkich ilościach w sieci krystalicznej (siedzą w obcych
strukturach- nie obejmuje je wzór).

14. Od czego zależy głębokość doliny ryftowej i grubość skorupy oceanicznej?

Głębokość doliny ryftowej zależy od grubości skorupy oceanicznej. Im grubsza jest skorupa tym
dolina ryftowa jest bliżej powierzchni oceanu. W przypadku Islandii skorupa jest bardzo gruba,
dlatego ryft występuje powyżej poziomu morza. Natomiast grubość skorupy oceanicznej zależy od
temperatury poniżej ryftu. Im większa temperatura tym grubsza jest skorupa. Reasumując grubość
skorupy i głębokość doliny ryftowej generalnie zależy od temperatury płaszcza poniżej ryftu.

15. Co to są komatyty i jak powstają?

Komatyty są to skały ultrazasadowe (bardziej niż bazalty) wieku archaicznego, które powstały z
bardzo gorącego stopu ok. 1600

0

C, w wyniku topienia się subdukowanej płyty. Swiadczą o

stygnięciu Ziemi.

Pytania gospodarki:

1. Wymień pierwiastki najczęściej występujące w litosferze?

krzem, tlen, magnez, wapń, żelazo glin

2. Dlaczego pierwiastki ziem rzadkich (REE) mają tak duże znaczenie dla badań geologicznych?

Pierwiastki ziem rzadkich są niemobilne, nie wchodzą w reakcje z innymi pierwiastkami.
Wyjątkiem jest cer, który potrafi się utleniać. Są to pierwiastki niestabilne o długim czasie
połowicznego rozpadu (dobre do datowania starych skał).

3. Dlaczego deszcze na wybrzeżu mają większą ilość izotopu tlenu (którego) niż deszcze na środku
kontynentu?

:)

4. Budowa płyty kontynentalnej.

Skorupa kontynentalna- 24-60 km:
Górna skorupa- skład granodiorytowy i tonalitowy (około 64-66% krzemionki)
Środkowa skorupa- odpowiada kompozycji andezytowej
Dolna skorupa- odpowiada kompozycji bazaltów toleitowych (około 55-53% krzemionki)

Płaszcz- 2823 km

Jądro zewnętrzne (ciekłe)- 2257 km

Jądro wewnętrzne (stałe)- 1231 km

(nie wiem dokładnie czy to o to chodziło)

5. Budowa płyty oceanicznej.

Skorupa kontynentalna- 6-8 km:

Nazwa

Litologia

miąższość prędkość fal P

1

Osady pelagiczne

0,5

1,7-2,0

2A i 2B

Bazalty poduszkowe

0,5

2,0-5,6

2C

Kompleks dajek pionowych

1,5

6,7

3A

3B

Gabro izotropowe,

niekierunkowa tekstura

Gabro warstwowane
tekstury kumulatow

4,7

7,1

4

Warstwowane perydotyty

perydotyty

Do 7

8,1

Płaszcz- 2875 km

Jądro zewnętrzne (ciekłe)- 2257 km

Jądro wewnętrzne (stałe)- 1231 km

(nie wiem dokładnie czy to o to chodziło)

6. Co to jest εNd?

ε Nd pokazuje odchylenie stosunku mierzonego w próbce do stosunku w chondrycie.

(napisać wzór)

143

Nd- produkt rozpadu

144

Nd- reper

CHUR- chondryt o standardowym składzie

Wartości ε Nd świadczą o środowisku powstawania skały:
- wartość ujemna- skały skorupy (skorupa kontynentalna -10- -30), woda w morzu
- wartość dodatnia- skały płaszcza (ryft +10)

7. Warunek fizyczny odpowiedzialny za izotop tlenu w utworach węglanowych.

temperatura (?)

(pytanie nie jest jednoznaczne)

8. Czym różniła się subdukcja w archaiku od subdukcji w fanerozoiku?

Pytanie 7 z pierwszej części

9. Dlaczego od początku Ziemi zmienia się ilość Nd w płaszczu?

Nd jest w stosunku do płaszcza niekompatybilne, dlatego podczas topienia płaszcza izotop ten
chętnie przechodzi do stopu. Obecnie więcej jest Nd w skorupie. Dlatego stosunek Sm/Nd w
płaszczu > stosunku Sm/Nd w skorupie.

10. Dlaczego w wodach morskich Sm (czy Sr?) jest stałe, stabilne, a Nd nie?

Czas pobytu Nd w wodach morskich jest krótki i wynosi 10

2

-10

3

lat, a czas mieszania się wód w

morzach około 1-2*10

3

lat. Natomiast Sr ma długi czas pobytu w wodach morskich około 2*10

6

lat.

11. Wiek najstarszych meteorytów na Ziemi?

wiek bliski 4,5 mld lat

12. Jakim skałom odpowiadają wskaźniki?

+10 -bazalty na dnie oceanów
-20 -granit
-30 -skorupa kontynentalna (?)

13. Co buduje skorupę kontynentalną?

Generalnie skorupa kontynentalna ma uśredniony skład andezytowy. Ale nie jest ona jednorodna co
potwierdzają badania sejsmiczne.

Dzieli się na:
Górna skorupa- skład granodiorytowy i tonalitowy (około 64-66% krzemionki)
Środkowa skorupa- odpowiada kompozycji andezytowej
Dolna skorupa- odpowiada kompozycji bazaltów toleitowych (około 55-53% krzemionki)

Składa się w:
89% ze skał magmowych - granodioryty, granity, gabra i inne
8% ze skał osadowych- łupki, węglany, piaskowce i inne
3% z osadów pelagicznych

Skład skorupy kontynetalnej zależy od przepływu ciepła (rozpad promieniotwórczy pierwiastków,
ciepło skorupy, taktonika, ciepło z głębi Ziemi)

14. Co współcześnie wytapiane jest przy subdukcji skorupy oceanicznej?

Topi się płaszcz nad subdukowaną skorupą oceaniczną.

elementy alkaiczne- bar, stront, cez, potas- z osadów pelagicznych subdukowanej skorupy
oceanicznej
pierwiastki ziem rzadkich
ołów, neodym

15. Wyjaśnij pierwiastki kompatybilne i niekompatybilne.

Przynależność pierwiastków do kompatybilnych i niekompatybilnych określa współczynnik
podziału D (granice fazowe- muszą być niemieszalne). Wyrażony jest wzorem:

D

s/l

= C

s

/C

l

s- stałe
l- ciecz
C- koncentracja

D

s/l

<<1 - niekompatybilne (pierwiastek szybko przechodzi do stopu podczas topienia)

D

s/l

≥1 - kompatybilne

Dodatkowo kompatybilność i niekompatybilność jest charakteryzowana przez prawa Goldschmita:

1. Jeżeli dwa jony mają ten sam promień i ładunek to wejdą w sieć krystaliczną z taką samą mocą
2. Jeżeli wartościowość pierwiastków jest taka sama to w sieć krystaliczną szybciej wejdzie
pierwiastek o mniejszej masie
3. Jeżeli pierwiastki mają podobne promienie, ale różne wartościowości to szybciej wejdzie
pierwiastek o większej wartościowości.