Metody analityczne:
Klasyczne – nie wymagają zaawansowanego sprzętu: analiza wagowa (SiO2), analiza miareczkowa (chlorki)
Instrumentalne:
Do analizy cieczy; AAS – absorpcyjna spektroskopia atomowa, oznacza zawartość pierwiastka w cieczach, ICP spektroskopia emisyjna ze wzbudzaniem plazmowym, ISE – elektroda jonoselektywna klasycznie mieszy się nią pH, zawartość danego pierwiastka.
Do analiz ciał stałych:XRD –dyfrakttometria rentgenowska, ustalanie składu mineralnego próbki, badanie struktury próbki, struktur krystalicznych, opiera się na prawie Bragga, XRF- fluorescencja rentgenowska, skład chemiczny próbki ciała stałego ilościowo, FTIR – spektroskopia absorpcyjna w podczerwieni, udziela pośrednich informacji, nie podaje składu chemicznego ani mineralnego, niezależne od stanu skupienia MIKROSKOP ROMANOWSKI, SEM/EDS/EBSD/CL – skaningowa mikroskopia elektronowa, analizy chemiczne w punkcie, ZESPÓŁ URZĄDZEŃ DO ANALIZY TERMICZNEJ –skład mineralny próbki.
Algorytm geochemicznego procesu badawczego i analitycznego
Koncepcyjne przygotowanie badań: A) określenie celu, problemu do rozwiązania, sformułowanie hipotezy roboczej, która będzie testowana B)zaprojektowanie przebiegu badań czy eksperymentu
Reprezentatywne opróbowanie
Analiza A) wybór metod analitycznych, B) przygotowanie próbek do analiz, C) przeprowadzenie analizy, określenie źródeł i wielkości błędów, statystyczne opracowanie wyników.
interpretacja wyników A) określenie czy opróbowanie i analizy spełniają niezbędne kryteria jakości i kompletności B) opracowanie i prezentacja wyników, interpretacja zmienności
Wnioski
OZNACZALNOŚĆ określa najmniejsze stężenie składnika możliwe do oznaczenia ilościowego daną metodą. WYKRYWALNOŚĆ – najmniejsze stężenie graniczne jakie można jeszcze wykryć jakościowo stosując daną metodę.
DOKŁADNOŚĆ METODY, określana jako różnica między wynikami otrzymanymi eksperymentalnie a rzeczywistymi może być ilościowo opisana względnym błędem procentowym (WBP). Oznacza się go na podstawie następującej zależności: WBP = ((xe – xr )/xr) x100 gdzie: WBP – względny błąd procentowy xe– wartość eksperymentalna xr – wartość rzeczywista
PRECYZJA METODY oznacza wielkość rozrzutu wyników, czyli różnicę między wynikiem największym a najmniejszym. Precyzja metody jest także nazywana względnym odchyleniem procentowym (WOP), definiowanym, jako stosunek odchylenia standardowego do wartości rzeczywistej oznaczanego składnika. Miarą precyzji analizy jest jej powtarzalność, i wyraża się ja w przybliżeniu w postaci odchylenia standardowego. Dlatego przyjęte jest wykonywać część (lub, jeśli to tylko możliwe – wszystkie) eksperymentów, opróbowań czy oznaczeń przynajmniej trzykrotnie i podawanie wyników średnich wraz z wartością ±2s (gdzie s oznacza odchylenie standardowe trzech lub więcej wyników).
GRUPY PIERWIASTKOW WCHODZĄCYCH W SKŁAD PROBEK GEOLOGICZNYCH W ZALEŻNOŚCI OD ICH ILOŚCI W DANEJ PROBCE:– pierwiastki głowne to takie, ktorych zawartość przekracza 1% wag;– pierwiastki poboczne to te, ktorych zawartość mieści się z grubsza w przedziale 1–0,1% wag.;– pierwiastki śladowe to takie, ktorych zawartość nie przekracza 0,1% wag. Podział ten jest umowny i spowodowany w dużej mierze koniecznością stosowania odmiennych.
H2O (-) – zaabsorbowana wilgoć (suszenie w 105 st do stałej masy)
H2O (+) - zawartość wody krystalizacyjnej i grup OH- , prażenie w temperaturze powyżej 105st, jest to woda wbudowana w strukturę krystalizacyjną minerału
LOI – straty prażenia, wynik prażenia w 1000 st pomniejszone o masę H2O + i - .
IZOWALENTNE – zastępuje jony o tej samej wartościowości
HETEROWALENTNE – zastępuje jony o różnej wartościowości
JAKI JEST CEL WYKONYWANIA ANALIZY CHEMICZNEJ MINERAŁU I PRZELICZANIA JEJ NA JEGO WZOR STRUKTURALNY?
– analiza mikroskopowa dostarcza ogolnych danych identyfikacyjnych interesującego nas minerału (np. plagioklaz, oliwin, amfibol, piroksen), ale często nie umożliwia jego dokładnego rozpoznania (plagioklaz: albit czy anortyt; oliwin: forsteryt czy fajalit; amfibol: np. hornblenda czy glaukofan itd.). Na podstawie wynikow analizy chemicznej od razu wiadomo, ktory to dokładnie minerał i jaki jest jego wzor strukturalny;
– niektore metody datowania (np. uranowa) bazują na wynikach analizy chemicznej minerałow
– wyznaczanie temperatur i ciśnień, w ktorych powstają skały opiera się m.in. na analizach chemicznych minerałow wchodzących w ich skład;
– odtworzenie warunkow powstawania niektorych skał magmowych jest interpretowane na podstawie wynikow analiz chemicznych minerałow wchodzących w ich skład;
Podstawienia izomorficzne, czyli wzajemna substytucja (zastępowanie) pierwiastkow w strukturze minerału jest efektem podobieństwa ładunku, promieni jonowych i elektroujemności.
PRZYCZYNY ZRÓŻNICOWANIA SKAŁ MAGMOWYCH pod względem składu chemicznego i mineralnego: (Zjawiska te zachodzą: w strefach ryftu oceanicznego, nad plamami gorąca, nad strefami subdukcji i na obszarach ryftu kontynentalnego.)
- różne źródła materiału, którego stopienie doprowadza do powstania magmy: na przykład częściowe przetopienie perydotytowego materiału płaszcza może doprowadzić do powstania magmy zasadowej (gabrobazalt) a częściowe przetopienie skał skorupy kontynentalnej (o średnim składzie andezytu) może doprowadzić do powstania magmy kwaśnej (granit-ryolit);
- frakcjonalna krystalizacja: w stygnących zbiornikach magmowych dochodzi do kolejnego wykrystalizowania minerałów o coraz niższej temperaturze topnienia a ich oddzielanie od niezastygłego stopu (magmy resztkowej) na skutek osiadania grawitacyjnego, przyklejania się do ścian zbiornika czy innych procesów dyferencjacji prowadzi do powstania innych skał magmowych z produktów wczesnej krystalizacji a innych skał magmowych z zastygnięcia magmy resztkowej;
- mieszanie się magm: kolejne pulsy mogą przynosić ze sobą magmy z różnych głębokości i z różnych źródeł, które po zmieszaniu dają produkt odmienny od składników;
- asymilacja i kontaminacja: podczas przeciskania się ku powierzchni lub wypełniania zbiorników magma reaguje ze skałami otaczającymi częściowo stapiając i wchłaniając składniki obce sobie przez co skład magmy ulega zmianie.
SĄ TRZY GŁOWNE PRZYCZYNY POWSTAWANIA STOPU MAGMOWEGO
a). lokalny spadek ciśnienia powodujący obniżenie temperatury topnienia – np. w wyniku zjawisk związanych z tektoniką kier ciśnienie ulega lokalnie zmniejszeniu, spada również temperatura
b). doprowadzenie do układu nowych składnikow powodujących obniżenie temperatury topnienia); np. subdukujący płat korupy oceanicznej niesie ze sobą wiele składników, z których na głębokości ok 100km. Wysokie ciśnienie i temperatura uwalniają H20 i CO2
c). lokalny wzrost temperatury. Np. w obrębie skorupy kontynebntalnej w strefach głębokich korzeni orogenów kolizyjnych.
POŚROD PRZYKŁADOW LOKALIZACJI ROŻNYCH GENETYCZNIE (I CHEMICZNIE) SKAŁ BAZALTOWYCH NA ZIEMI WYMIENIĆ MOŻNA:
1. Podmorski wulkanizm efuzyjny (wylewy law), przeważnie toleitowy, występujący w oceanicznych strefach ryftowych i na wysp położonych w ich zasięgu (np. niektore wulkany Islandii, wulkany na Azorach).
2. Oceaniczny srodpłytowy efuzyjny wulkanizm o charakterze od toleitowego do alkaliczno–bazaltowego (np. Hawaje).
3. Wulkanizm stref subdukcji i związanych z nimi konwergentnych granic płyt. Występują tu wulkany silnie eksplozyjne, częściowo eksplozyjno–efuzyjne, pod względem petrograficznym mieszane, od zasadowych po kwaśne w znacznej przewadze andezytowe. Występują tu alkaliczne bazalty oliwinowe oraz toleity. Tworzą one wulkany łukow wulkanicznych, ktore rozwinęły się na brzegu kontynentow albo na łukach wysp (np. tzw. „pierścień ognia” wokoł brzegow Oceanu Spokojnego, od wysp japońskich po zachodni brzeg Ameryki Południowej).
4. Kontynentalny wulkanizm ryftowy, eksplozyjno–efuzyjny, głownie alkaliczno–bazaltowy (np. wschodnio– i środkowo–afrykańskie systemy ryftowe i wulkanizm rowow zapadliskowych Tibesti czy Kamerunu).
FELZYTY - to dioryt/andezyt lub granit/ryolit
STOPY KRUSTALNE – stopy magmowe ze skorupy ziemskiej
WAŻNIEJSZE SKROTY UŻYWANE W LITERATURZE DO OPISU PETROGENETYCZNEGO SKAŁ MAGMOWYCH
CAB Calc–alkali basalt – bazalt wapniowo–alkaliczny
IAB Island arc basalt – bazalt łukow wysp
IAT Island arc tholeiite – toleit łukow wysp
MORB Mid ocean ridge basalt – bazalt grzbietow oceanicznych
OFB Ocean floor basalt – bazalt dna oceanicznego
CFB Continental flood basalt – bazalt wylewow kontynentalnych
OIB Oceanic island basalt – bazalt wysp oceanicznych
OIT Oceanic island tholeiite – toleit wysp oceanicznych
ORG Orogenic granite – granit orogeniczny
TB Tholeiitic basalt – bazalt toleitowy
VAB Volcanic arc basalt – bazalt łukow wulkanicznych
VAG Volcanic arc granite – granit łukow wulkanicznych
WPB Within–plate basalt – bazalt środpłytowy
WPG Within–plate granite – granit środpłytowy
WPT Within–plate tholeiite – toleit środpłytowy
PODZIAŁ GRANITOIDÓW 1. Orogeniczne VAG – ze strefy subdukcji COLG – ze strefy kolizji kontynentalnych ANATEXIS – lokalne nagromadzenie ciepła z ruchów tektonicznych i rozpadu pierwiastków promieniotwórczych
2. Postorogeniczne POG – w obrębie skorupy ziemskiej
3. Anorogeniczne WPG – skały powstałe przy otwieraniu się ryftu kontynentalnego I – powstałe z magmy i przetopienia skał magmowych S – powstałe po przetopieniu skał osadowych A – anorogeniczne M – przy udziale materiału z płaszcza ziemi
WSKAŹNIK NASYCENIA Al2O3 – obliczany względem CaO, Na2O, K2O w molach. Wyróżnia się skały : - peraluminiowe – Al2O3 = CaO + Na2O + K2O - meta aluminiowe – Na2O + K2O < Al2O3 <Na2O + K2O + CaO - subaluminiowe – Al2O3 = Na2O + K2O - per alkaliczne – Al2O3 < Na2O + K2O
ROŻNICE W SKŁADZIE CHEMICZNYM POSZCZEGOLNYCH GRUP SKAŁ MAGMOWYCH UWIDOCZNIAJĄ SIĘ NAJWYRAŹNIEJ W ZAWARTOŚCI SIO2 (KRZEMIONKI). Z TEGO WZGLĘDU WYROŻNIA SIĘ:
– skały przesycone krzemionką: 67–78% S iO2 (zawierające kwarc, skalenie, miki), np. ryolit;
– skały nasycone krzemionką: 55–66% S iO2 (zawierające kwarc, skalenie, mikę lub leucyt i forsteryt), np. andezyt;
– skały nienasycone krzemionką: 45–52% S iO2 (zawierają jeden lub więcej minerałow nienasyconych: leucyt, forsteryt, nefelin), np. bazalt.
PODZIAŁ NA PIERWIASTKI KOMPATYBILNE I NIEKOMPATYBILNE
– pierwiastki dopasowane (ang. compatible elements – CE) mają średniej wielkości promień jonowy i typowy ładunek 2+ przez co wchodzą chętnie do struktur krystalizujących minerałow na zasadzie substytucji izowaletnej (zastąpienie jonow o tym samym ładunku). Pojawiają się więc we wczesnych produktach dyferencjacji a obniżona jest ich zawartość w magmie resztkowej. Do grupy tej należy wiele pierwiastkow z grupy metali przejściowych, m.in. Cr, Ni, Co – podstawiające się za Mg w skałach ultrazasadowych i zasadowych, a także Mn, V, Ti – występujące w gabrach i bazaltach.
– pierwiastki niedopasowane (ang. incompatible elements – IE) z trudem wchodzą w struktury krystalizujących minerałow i nagromadzają się w skałach felzytowych i w produktach krystalizacji magmy resztkowej (z ktorej powstają np. pegmatyty). Rownież te pierwiastki w większym stopniu od kompatybilnych zostają uwolnione do stopu magmowego w procesie częściowego przetopienia. Do grupy tej należą m.in. P, K, Ti, Ba, Cs, Li, Rb, Sr, Be, Nb, Ta, Sn, U, T, Zr, Hf i pierwiastki ziem rzadkich grupy cerowej.
DIAGRAMY PAJĘCZE to wykresy, na ktorych przedstawia się znormalizowane zawartości wybranych pierwiastkow porównując przebieg powstałych krzywych z krzywymi dla skał powstałych w typowych środowiskach geotektonicznych. Dobór pierwiastkow i ich kolejność nie jest do końca ujednolicona, ale zazwyczaj stosowana dość podobnie. Zawartości pierwiastków w skale są normalizowane do zawartości w chondrytach. Proporcje pierwiastkow śladowych przedstawione na diagramie pajęczym pozwalają na interpretację petrogenetyczną i odtworzenie środowiska tektonicznego, w jakim skała powstała. Interpretacja polega na porownaniu kształtu krzywych z danymi literaturowymi.
LIL – duże jony pierwiastków litofilnych, kationy o dużym promieniu jonowym i niskim ładunku , niekompatybilne, które mają tendencję do podstawień izomorficznych za potas
HFSE – Jany o małym promieniu jonowym i dużym ładunku, tworzą silne pole elektryczne, silnie niekompatybilne, mogą wytwarzać własne minerały
REE – pierwiastki ziem rzadkich ( w ppm, 14 pierwiastków od La do Lu), normalizacja zaw. Pierw w skale / zawartość pierwiastka w chondrycie
TAS – stosunek alkaliów do krzemionki
DIAGRAM DYSKRYMINACYJNY – pierwiastki niedopasowane, niekompatybilne – mają tendencję do pozostawania w stopie magmowym
Pierwiastki dopasowane, kompatybilne – preferują fazę stałą.
SYSTEM ZAMKNIĘTy (składniki chemiczne nie mogą być wymieniane z otoczeniem, na przykład reakcja przeprowadzona w zlewce w laboratorium),
SYSTEM OTWARTY (możliwa wymiana składnikow, np. procesy zachodzące w rzekach czy w zbiornikach magmowych),
SYSTEM IZOLOWANY (rzadki przypadek, kiedy nie jest możliwa ani wymiana ciepła ani wymiana składnikow z otoczeniem, np. urządzenia zwane kalorymetrami w laboratorium do badań własności termodynamicznych substancji).
TERMODYNAMIKA zajmuje się określaniem zmian energii podczas zachodzenia reakcji. Reakcje zachodzą w obrębie systemu zamkniętego (składniki chemiczne nie mogą być wymieniane z otoczeniem, na przykład reakcja w zlewce w laboratorium), bądź też systemu otwartego (możliwa wymiana składników, np. rzeki, zbiorniki magmowe), albo systemu izolowanego (rzadki przypadek, kiedy nie jest możliwa ani wymiana ciepła ani wymiana składników z otoczeniem.
WIELKOŚCI EKSTENSYWNE są zależne od ilości substancji i dodają się razem z dodawaniem materii (są addytywne): są to np. masa, objętość, całkowita energia.
WIELKOŚCI INTENSYWNE nie zależą od ilości materii (nie są addytywne): są to np. temperatura czy ciśnienie. TEMPERATURA jest miarą intensywności ruchów (drgań termicznych) cząsteczek budujących system. Cząsteczki idealnej substancji w temperaturze zera bezwzględnego pozostają nieruchome, gaz idealny w temperaturze zera bezwzględnego nie ucieknie z otwartego naczynia.
ENTALPIA ∆H jest miarą energii wewnętrznej substancji mierzonej przy stałym ciśnieniu: jeśli wzrasta temperatura wzrasta też entalpia substancji. Entalpia tworzenia oznacza ilość ciepła teoretycznie wydzieloną lub pobraną) podczas powstawania 1 mola minerału z pierwiastków w warunkach standardowych. Reakcje, którym towarzyszy wydzielanie ciepła (mają ujemną entalpię) nazywa się egzotermicznymi, natomiast reakcje, którym trzeba dostarczyć ciepła (mają dodatnią entalpię) nazywa się reakcjami endotermicznymi.
ENTROPIA ∆S jest miarą prawdopodobieństwa napotkania wybranej cząsteczki materii w określonym miejscu w przestrzeni. Dlatego popularnie nazywana jest funkcją nieuporządkowania. W temperaturze zera bezwzględnego ruchy termiczne molekuł ustają a entropia kryształu równa jest zero i rośnie ze wzrostem temperatury. Entropia jest miarą samorzutnej tendencji do zwiększania nieładu we Wszechświecie i liczbowo równa jest wydatkowi energii, który trzeba ponieść, aby przeciwstawić się temu zjawisku dla utrzymania systemu w określonym porządku.
ENERGIA SWOBODNA GIBBSA ∆G, funkcja zależna od temperatury, ciśnienia i składu systemu.Aby energia swobodna Gibbsa reakcji ΔGr=ΔHr – T•ΔSr była ujemna proces musi być związany z wyraźnie ujemną entalpią reakcji ΔHr (reakcja egzotermiczna) lub dodatnią entropią reakcji ΔSr (zwiększenie nieporządku np. przez zmianę stanu skupienia) albo z obydwoma tymi przypadkami jednocześnie. Dlaczego ΔG nazywa się „energią swobodną”? Zmiana energii swobodnej Gibbsa w czasie przebiegu reakcji jest miarą tej części energii wewnętrznej systemu, która jest „wolna” (dostępna) do wykonania pracy nie‑mechanicznej: może np. spowodować reakcję chemiczną i być zużyta do utworzenia wiązań chemicznych. Energia ta jest dostępna, kiedy ΔGr jest ujemna.
ROWNANIE CLAPEYRONA mowi nam, że jeśli układ jest w rownowadze to przy zmianie warunkow PT rownowaga ta zostanie zachowana jedynie wtedy, gdy za każdą zmianą ciśnienia iść będzie odpowiednia zmiana temperatury tak, aby stosunek zmiany entropii reakcji do zmiany objętości minerałow biorących udział w reakcji był zachowany:
dP/dT=ΔS/ΔV
gdzie P to ciśnienie, T to temperatura, ΔS to entropia reakcji a ΔV to zmiana objętości molowej minerałow biorących udział w reakcji. Określenie „układ jest w równowadze” oznacza, że warunki ciśnienia i temperatury są dobrane idealnie tak, że jednocześnie współwystępują minerały zanikające jak i nowe fazy powstające w procesie metamorfizmu, współwystępują i są w stanie równowagi.
ROZPUSZCZANIE to przejście pierwiastków do roztworu bez zmiany składu chemicznego substancji rozpuszczanej. Doroztworu przechodzą jony proste (np. Na+, K+, Ca2+, Cl-) lub złożone (np. SO42-, CO32-, HCO3-). Procesy rozpuszczania zależą przede wszystkim od natury substancji rozpuszczanej (głównie od charakteru wiązań chemicznych), temperatury i ciśnienia oraz właściwości rozpuszczalnika (jest nim praktycznie zawsze woda, ale może mieć bardzo różny skład). Woda jest rozpuszczalnikiem polarnym, więc oddziałuje elektrycznie na cząsteczki minerałów. Jeżeli energia tego oddziaływania jest większa niż energia sieci krystalicznej, następuje odrywanie jonów z tej sieci (Rysunek 3) i ich przejście do roztworu (z otoczkami hydratacyjnymi). Nie ma wielu pospolitych minerałów, które byłyby łatwo rozpuszczalne – należą do nich niektóre chlorki (np. halit, sylwin), azotany (np. nitronatryt) czy siarczany (np. heksahydryt, melanteryt). Miarą ich podatności na ten proces jest rozpuszczalność, czyli maksymalna ilość substancji, jaką można rozpuścić w danej ilości rozpuszczalnika. Podaje się ją w g/100 g roztworu, czasem w g/dm3 lub w
mol/dm3.
ILOCZYN ROZPUSZCZALNOŚCI Kso, czyli iloczyn stężeń (aktywności) jonów w roztworze nasyconym (pozostającym w równowadze z osadem). Iloczyn rozpuszczalności to nic innego, jak stała równowagi dla reakcji rozpuszczania danego minerału.
HYDROLIZA to reakcja rozkładu minerału pod wpływem zdysocjowanych cząsteczek wody, które w postaci jonów H3O+ i OHsą
włączane do produktów reakcji. Hydroliza następuje przy działaniu wody na sole słabych kwasów i słabych zasad połączonych z
dowolnymi zasadami i kwasami. Zwykle jeden z produktów hydrolizy jest łatwo rozpuszczalny i zostaje wyługowany, drugi zaś,
nierozpuszczalny, pozostaje jako minerał wtórny. W przypadku wietrzenia glinokrzemianów częstym produktem reakcji są minerały
ilaste (również będące glinokrzemianami lub krzemianami glinu) lub wodorotlenki Al.
UTLENIANIE to proces oddawania przez atom (jon) elektronów, w wyniku czego podwyższa od swój stopień utlenienia. Przeciwnym procesem jest redukcja, wiążąca się z przyłączaniem elektronów, a tym samym obniżaniem stopnia utlenienia. Ponieważ procesy te są związane z transferem elektronów, zawsze zachodzą razem. Jon lub atom, który utlenia się nazywany jest reduktorem, gdyż dostarcza do układu elektronów, które zostają „wyłapane” przez inny atom (jon), umożliwiając tym samym jego redukcję. Przeciwnie – jon lub atom, który się redukuje nazywamy utleniaczem, gdyż „wyłapując” elektrony umożliwia utlenianie innej substancji. Dla geochemii najważniejsze są procesy redoksowe, którym podlegają żelazo, siarka i mangan
PRODUKTY WIETRZENIA
W wyniku działania powyższych procesów powstają trzy główne rodzaje produktów wietrzenia:
1. Odporne minerały pierwotne, ulegające praktycznie tylko ścieraniu i kruszeniu. Ze strefy wietrzenia są wynoszone (głównie przez wodę, w mniejszym stopniu wskutek działania wiatru i grawitacji) w formie okruchów. Taki transport wymaga dużej siły nośnej, jest więc zwykle stosunkowo mało efektywny i działa na względnie małe odległości. Do minerałów takich należą najodporniejsze pierwotne krzemiany skałotwórcze (kwarc i muskowit) oraz wiele tzw. minerałów ciężkich.
2. Nierozpuszczalne w wodzie minerały wtórne, będące wynikiem procesów rozpuszczania niekongruentnego (takiego, w którym powstają fazy nierozpuszczalne), przede wszystkim produkty hydrolizy krzemianów – minerały ilaste, amorficzna krzemionka, tlenki i wodorotlenki Fe, Mn i Al. Wszystkie te substancje są bardzo drobnoziarniste, co powoduje, że w wodzie tworzą trudno sedymentującą zawiesinę.
3. Rozpuszczalne i lotne produkty wietrzenia. Produkty rozpuszczania kongruereg
entnego (takiego, przy którym wszystkie powstające fazy są rozpuszczalne). Należą tu jony proste i złożone , kompleksy organiczne i nieorganiczne oraz gazy Praktycznie wszystkie jony występujące w wodzie ulegają hydratacji, czyli przyłączają dipole wody O przypuszczalnej formie otoczki hydratacyjnej wiele może powiedzieć wielkość potencjału jonowego (stosunek ładunku jonu do jego promienia) (rys). Kationy o niskich potencjałach występują w formie prostych jonów z niewielką zwykle otoczką hydratacyjną. Wokół kationów o większych potencjałach pole elektryczne jest silniejsze – silne przyciąganie może spowodować, że jeden z wodorów dipolu wody oddzieli się. Kationy zostają więc otoczone grupami hydroksylowymi, tworząc wodorotlenki, które mogą polimeryzować i ulegać wytrącaniu. Jeszcze wyższe wartości potencjału jonowego powodują całkowite rozbicie dipoli wody, czego efektem jest otoczenie kationu tlenami –powstają złożone aniony, jak SO42-.
POTENCJAŁ JONOWY – stosunek ładunku jonu do promienia tego jonu
POTENCJAŁ REDOX – parametr kontrolujący mobilność pierwiastków w warunkach przypowierzchniowych. Określa stabilność danego jonu zależną od energii związania lub oderwania elektronu. Jest wartością względną mierzoną wobec standardowej reakcji.
pH – wykładnik stężenia jonów H+, = -log [H+]
Eh – ilościowa miara warunków redoksowych. Stwierdza , czy reakcja jest w kierunku utleniania czy redukcji. Gdy red = utl to Eh = E0 (ln1=0) Wzrasta Eh – utlenianie, maleje Eh – redukcja Im wyższe Eh tym trudniej utlenić.
KARBONATYZACJA (UWĘGLANOWIENIE) – kwas węglowy wypiera aniony innych kwasów w wyniku czego węglany zastępują inne związki chemiczne.
HYDRATACJA (UWODNIENIE) polega na przyłączeniu wody w wyniku czego z minerału bezwodnego tworzy się minerał uwodniony a z minerału niżej uwodnionego wyżej uwodniony.
PIERWOTNE ROZPROSZENIE – rozmieszczenie pierwiastków w utworach skalnych niezwietrzałych , niezależnie od ich pochodzenia, a oprobowane skały są nazywane skałami podłoża.
JON HYDRONIOWY JON H30+ i traktujemy go jako proton związany koordynacyjnie z cząsteczką wody.
AMD – kwaśne wody kopalniane, wysoko zmineralizowane
PEW (EC) – przewodność elektrolityczna w 1S (simens)
BTX – węglowodory aromatyczne
WWA - wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne
OWO – ogólny węgiel organiczny
TIC – węgiel nieorganiczny
CHZT (COD) – chemiczne zapotrzebowanie na tlen czyli ilość mocnego utleniacza niezbędnego do rozkładu substancji organicznej
BZT – biochemiczne zapotrzebowanie na tlen
SORPCJA – proces fizyczny lub chemiczny prowadzący do przyłączenia substancji (sorbatu) do innej substancji (sorbentu) : adsorpcja, absorpcja, wymiana jonowa. Cechy sorbentu : drobne uziarnienie, struktura warstwowa, kanałowa, centra aktywne, duża powierzchnia właściwa, duża porowatość , plastyczność, przepuszczalność.
KOLOIDALNE WODOROTLENKI ŻELAZA MANGANU I GLINU mają własności amfoteryczne i w zależności od pH środowiska uzyskują ładunek dodatni lub ujemny. Charakter ładunku zależy od zachowania się ich przypowierzchniowych grup hydroksylowych, które przy niskim pH przyłączają ze środowiska protony a przy wysokim pH tracą swoje jony wodoru na rzecz otaczającego je roztworu.
WSKAŹNIK MIGRACJI WODNEJ K – wskaźnik zdolności wymywania pierwiastka ze skały, ilościowo równy zawartości pierwiastka w wodzie powierzchniowej( lub gruntowej), do zawartości tego pierwiastka w skale przez nią drenowanej. K = 1000m/aN
TŁEM GEOCHEMICZNYM jest poziom zawartości składnika reprezentatywny dla badanego regionu (obszaru) lub dla analizowanego materiału geologicznego
ANOMALIĄ jest regionalne lub lokalne odstępstwo od przyjętego poziomu (tła) zawartości składnika lub mierzonego parametru (pH, Eh, mętności wody, przejrzystości powietrza itp.). Anomalie nie są z reguły jednostkowymi “wyskokami” ponad wartości przeciętnego tła: stanowią one maksima w obrębie generalnie podwyższonych wartości czyli występują w aureolach.
ANOMALIA ISTOTNA (RZECZYWISTA) wskazuje bezpośrednio na lokalizację złoża lub źrodła zanieczyszczeń. Anomalie są większe od obszaru zmineralizowanego, niekiedy kilkadziesiąt lub kilkaset razy, co powoduje zwiększenie szans znalezienia złoża. W idealnym przypadku anomalia istotna powinna być położona tuż obok złoża lub nad złożem, z ktorym jest związana genetycznie; jej znalezienie oraz rozpoznanie jest wtedy rownoznaczne ze znalezieniem złoża.
ANOMALIE FAŁSZYWE (NIEISTOTNE) powstają w wyniku transportu (migracji) a następnie nagromadzenia (akumulacji) pierwiastka czy składnika z dala od źrodła. Wskazują one nie na źrodło lecz na lokalną zmianę fizycznych lub chemicznych warunkow transportu w wyniku czego mobilne (ruchliwe) składniki stają się niemobilne i powstają ich nagromadzenia.
Bariera geochemiczna może powstać np. w wyniku zmian odczynu pH, zmiany środowiska redukcyjno–utleniającego Eh, zmiany prędkości i siły nośnej cieku wodnego, spadku prędkości migracji wod podziemnych, raptownej zmiany litologii osadu na skały ilaste o wysokich własnościach sorpcyjnych itp.
Anomalia negatywna – maleje względem tła
Klark – średnia zawartość pierwiastka w górnych 16 km litosfery
Kontrast anomalii – stosunek wartości maksymalnej do wartości tła lub do wartości klarka. Im większy kontrast tym anomalia bardziej wyraźna.
Współczynnik koncentracji złożowej – stosunek najmniejszej zawartości pierwiastka w zlożu do klarka tego pierwiastka dla litosfery.
Skała relatywna – szybko zatrzymuje jony lub roztwory na etapie ich pierwotnej mineralizacji
Skała nierelatywna – pozwala na dalszy przepływ jonów i roztworów.
Syngenetyczne – czasowo równowiekowe ze skałą.
Epigenetyczne – młodsze od skały, mogły tworzyć anomalie w wyniku dyfuzji jonów metali lub infoltracji roztworów metalonośnych w skały bezpośrednio otaczające
Pierwiastek wskaźnikowy – w charakterystyczny sposób związany z danym typem mineralizacji, mogą tworzyć wokół strefy rudnej anomalie o kształtach i rozmiarach często większych od anomalii pierwiastków głównych
Migracja ciągła – nie ulega przerwaniu, zawartość pierwiastków maleje stopniowo
Bariera geochemiczna – obszar na którym nastąpiła zmiana parametrów fizycznych i chemicznych prowadząca do wtórnej koncentracji minerałów i pierwiastkow które tworzą anomalie.
Iloczyn rozpuszczalności – podatność danej substancji na rozpuszczanie w warunkach normalnych.
Próchnica – obumarła substancja organiczna, mieszanina bezpostaciowych związków utworzonych w wyniku humifikacji ( rozpad -> synteza w procesie wietrzenia)
Żel krzemionkowy – krzemionka bezpostaciowa
W zależności od oprobowanego materiału wyrożnia się poszukiwania
BADANIA REKONESANSOWE – zmierzają do znalezienia prowincji lub obszarów geochemicznych stanowiących obszary perspektywne. Pobiera się niewiele próbek głownie skał podłoża, osady strumieni i rzek, materiał botaniczny czasami gleby.
BADANIA SZCZEGÓŁOWE GEOCHEMICZNE – maja na celu okonkturowanie obszaru z interesującą nas stwierdzoną wcześniej mineralizacją, stanowią podstawę do ostatecznej eksploracji geologicznej metodą wkopów, wierceń lub wyrobisk podzwiemnych.
Bariera geochemiczna- obszar na którym nastąpiła zmiana parametrów fizycznych i chemicznych prowadząca do wtórnej koncentracji minerałów i pierwiastkow które tworzą anomalie. może powstać np. w wyniku zmian odczynu pH, zmiany środowiska redukcyjno–utleniającego Eh, zmiany prędkości i siły nośnej cieku wodnego, spadku prędkości migracji wod podziemnych, raptownej zmiany litologii osadu na skały ilaste o wysokich własnościach sorpcyjnych itp.
Dyfuzja – składniki chemiczne przemieszczają się w nieruchomym medium, np. na skutek dążenia do wyrównania stężeń czy temperatury.
Adwekcja – składniki chemiczne są unoszone przez poruszające się medium (roztwór) na skutek różnic ciśnień hydrostatycznych.
LK-liczba koordynacyjna, jest to ilość anionów, które otaczają kation. Można ją przewidzieć ze stosunku promienia jonowego kationu do anionu
Szereg izomorficzny- gdy substancje o różnym składzie chemicznym (w wyniku diadochii) mają taką samą strukturę i postać zewnętrzną. Np. szereg plagioklazów, forsteryt i fajalit (oliwiny) albit anortyt (plagioklazy)
Sorpcja- pochłanianie jednej substancji – sorbatu, przez inną substancję – sorbent.
Wiązanie wodorowe- wiązania wodorowe Powstaje gdy atom wodoru kowalencyjnie związany z atomem o silnej elektroujemności (O, F, N) znajdzie sięw bliskim sąsiedztwie drugiego elektroujemnego atomu. Dodatnio naładowany proton jest przyciągany przez elektrony dwóch różnych atomów. Przy połączeniu z atomem silnie elektroujemnym w tak małym stopniu wykorzystuje wspólną parę elektronów, że staje się prawie „gołym” protonem i może być przyciągany przez drugi atom elektroujemny. Wiązania takie występują np. w wodzie, białkach. W świecie minerałów pojawiaj ą się np. w wodorotlenkach, minerałach ilastych, hydratach. Wiązania wodorowe są o kilka rzędów wielkości mocniejsze niż oddziaływania Van der Waalsa, ale wyraźnie słabsze od pozostałych typów wiązań.
pH – wykładnik stężenia jonów H+, = -log [H+]
Elektroujemność-zdolność atomów do przyciągana elektronów
Rozpuszczalność kalcytu-im większa temperatura tym rozpuszczalność mniejsza, dlatego w oceanach mówimy o poziomie kompensacji kalcytu gdzie przestaje się on wytrącać z roztworu. Jest dość łatwo rozpuszczalny ze względu na wiązanie jonowe pomiędzy Ca i CO3.
Skład atmosfery-78% azot, 20% tlen, 1,36% argon
Szereg Bowena-oliwiny->pirokseny ->amfibole->biotyt->skalenie potasowe i albit->muskowit ikwarc
Szereg izomorficzny- np. plagioklazów. Substancje o zmiennym składzie chemicznym ale takich samych właściwościach zewnętrznych i fizycznych.
Lateryty-pokrywy zwietrzeniowe powstałe poprzez wyługowywanie krzemionki i alkaliów w klimacie gorącym i mokrym związane ze zmianami pór roku sucha/deszczowa.
Metoda rentgenowska- dyfraktometria rentgenowska (XRD–X–ray diffraction)Tania i efektywna metoda identyfikacji krystalicznych ciał stałych. Wynikiem tej analizy są piki rentgenowskie, które (tak jak linie papilarne człowieka) tworzą odmienną sekwencję dla każdej struktury krystalicznej. Porównując otrzymany układ z katalogiem można zidentyfikować badane ciało. Wnikliwa analiza linii rentgenowskich pozwala nawet na uzyskanie tak szczegółowych informacji jak współrzędne atomów (lub jonów) w strukturze, czy dokładny opis budowy krystalicznejlub jej zmian powstałych w wyniku eksperymentu.
fluorescencja rentgenowska (XRF–X–rayfluorescence)-Metoda ta pozwala na jakościową i ilościową analizę pierwiastkową cia‑ła stałego, bez konieczności przeprowadzania go do roztworu. Ze względu na długą listę rozpoznawanych pierwiastków i szeroki zakres wykrywanych stężeń, metoda ta jest wykorzystywana zarówno do analizy składników głównych jak i śladowych. Choć fluorescencja rentgenowska jest szczegól‑nie umiłowana przez petrochemików, którzy wykorzystują ją do charakte‑ryzowania kompleksów skalnych, znajduje ona także szerokie zastosowanie w ochronie środowiska przy badaniu skażonych gleb i osadów.
Krystalizacja homogeniczna, heterogeniczna i epitaksja Homogeniczne – kryształy nowej fazy powstają „samoistnie” poprzez łączenie atomów/cząsteczek tylko ze sobą wzajemnie. Zarodkowanie homogeniczne zachodzi tylko w bardzo czystych substancjach, w warunkach laboratoryjnych. Heterogeniczne - kryształy postają „na czymś”. Np. na drobinach kurzu, na ścianach naczynia, na specjalnie wprowadzonych drobinac . Epitaksja-Kontrolowany wzrost monokrystalicznej warstwy o orientacji określonej orientacją monokrystalicznego podłoża
Co to jest SI-to jest układ jednostek, który stosujemy do opisywania zachodzących w geochemii reakcji. (źle ale coś w tym stylu)
Eutrofizacja- proces wzbogacania zbiorników wodnych w pierwiastki biofilne, skutkujący wzrostem trofii, czyli żyzności wód. Proces ten dotyczy nie tylko zbiorników wodnych, ale również cieków.
Reguła przekory-Zmiana parametrów wyznaczających stan równowagi chemicznej – stężenia reagentów, temperatury i ciśnienia prowadzą do zaburzenia (przesunięcia) równowagi. Układ chemiczny dąży wtedy do nowego stanu równowagi wyznaczonego „nowymi”, zmienionymi parametrami. Wpływ zmiany stężenia reagentów, ich ciśnienia oraz temperatury na stan równowagi określa reguła Le Chateliera i Browna (reguła przekory).
Pierwiastki metatrwałe- W praktyce procesy przemiany po spadku temperatur są pomijalnie wolne: minerały wysokotemperaturowe spotykane w warunkach powierzchniowych nazywamy minerałami metatrwałymi. Skały metamorficzne przedstawiają więc „zamrożone” metatrwałe paragenezy typowe dla wysokich ciśnień i temperatur.
Frakcjonacja izotopowa- - zmiana składu izotopowego substancji w wyniku procesów geologicznych. Atomy cięższych izotopów tworzą nieco silniejsze wiązania kowalencyjne, zatem związki jakie budują są nieco trwalsze. W reakcje chemiczne będą zatem wchodziły łatwiej (szybciej) związki lżejszego izotopu. Gdy reakcja zachodzi w układzie otwartym (jest jednokierunkowa), frakcjonacja może być silna. Procesy dyfuzji, parowania i dysocjacji są szczególnie wrażliwe na masę atomów. Lekkie izotopy dyfundują szybciej i łatwiej przechodzą do fazy gazowej w trakcie parowania. W warunkach równowagi zachodzi wymiana izotopowa.
Co się trzyma w szklanych pojemnikach i dlaczego-Kwasy, ponieważ w środowisku zasadowym SiO2 z którego zbudowane jest w dużej mierze szkło ma większą rozpuszczalność niż w środowisku kwasowym.