1. Obieg materii w trzech środowiskach geologicznych

Wszystkie procesy geologiczne wywołują przemieszczenie materii w obrębie skorupy ziemskiej. W skutek tych procesów powstają minerały, skały, od nich zależy sposób występowania i ułożenia skał, pionowe, poziome, ukształtowanie powierzchni.

2. Cele geochemii
- poznanie składu chemicznego wszystkich sfer Ziemi.

-ustalenie zasad, które rządzą rozmieszczeniem pierwiastków w środowiskach.

-poznanie regionalnego zróżnicowania chemizmu skał i minerałów i jego genezy

- określenie obiegu pierwiastków w obrębie możliwych do poznania przez człowieka sfer Ziemi i wyjaśnienie jego genezy.

- rozpoznanie asocjacji pierwiastków w środowiskach naturalnych i geneza jej zróżnicowania

-określenie geochemicznych kryteriów i wskaźników odpowiedzialnych za obieg pierwiastków w środowiskach naturalnych pomocnych dla rozwiązania problemów geologicznych i innych.

- wyjaśnienie geochemicznej ewolucji ziemi i jej geosfer.

3. Rodzaje nukleosyntezy

- przemiana wodoru w hel – spalanie wodoru to reakcja termojądrowa która przebiega w temperaturze 10⁷ K co stanowi źródło świecenia. 4¹H+2e ⁴He+2V +26.7 MeV

- spalanie helu

- spalanie węgla tlenu i krzemu – przebiega tylko w gwizdach o temperaturze 10K. Powstają izotopy od Ne do Ca

- procesy równowagi – oddziaływanie promieniowania γ na wcześniej powstałe nuklidy, co powoduje ich rozkład na lżejsze. Powstają izotopy od Cr do Zn.

- procesy wychwytywania neutronów – synteza pierwiastków o liczbie atomowej powyżej 30 możliwa jest tylko przez wychwytanie obojętnych elektrycznie neutronów, bo wysoki ładunek jądra tych pierwiastków umożliwia przebieg reakcji termojądrowych.

- proces P – procesy wychwytywania protonów

- proces L- dotyczy lekkich nuklidów.

4. Płaszcz ziemski i jego skład chemiczny

Główną skałą budującą płaszcz jest perydotyt (skała ultra morficzna). Płaszcz składa się z trzech części: górnej, strefy przejściowej, dolnej.
Płaszcz górny- do 410 km głębokości oliwinspinel
Strefa przejściowa 660 spinel 660km typ perowskitu Si^IVSi^VI Spinel przebudowany jest w strukturę perowskitu.

Dolny 2898 km

Skład chemiczny: tlen, krzem, magnez, żelazo, glin, wapień, sód

5. Jądro Ziemi i jego skład chemiczny

Zbudowane jest z dwóch części: zewnętrznej(ciekłe, 5145 km), wewnętrzne ( stałe 6370 km)
Skład chemiczny żelazo, siarczek żelaza, nikiel, krzem.

6. Struktury wnętrza Ziemi wg koncepcji Condiego

Głębokość od pow. Ziemii [km]		Geosfery
13-80		Skorupa ziemska	litosfera
Moho 50-150	Płaszcz	górny
400			astenosfera
700		przejściowy
			mezosfera
1000		dolny
2900	Jądro	zewnętrzne	-----------------
5100		wewnętrzne

7. Średni skład chemiczny Ziemi

Żelazo, tlen, krzem, magnez, wapień, nikiel

8. Skutki Plate Tectonic dla środowiska

-wulkanizm emisja gazów, pyłów do środowiska zmiana składu chemicznego atmosfery zmiana klimatu zmiana roślinności

- trzęsienia ziemi

-prądy morskie

- tsunami

-emisja gazów

- emisja popiołów

- topografia terenu

-zlodowacenia

-przemieszczanie bieguna magnetycznego

- przemieszczanie osi ziemskiej.

9. Scharakteryzować pod względem geochemicznym atmosferę

Jest to powłoka gazowa otaczająca Ziemię, która stopniowo przechodzi w przestrzeń międzyplanetarną. Składniki główne to azot i tlen. Gęstość maleje ze wzrostem wysokości tak, że na wysokości 30 km gęstość jest 100 razy mniejsza niż na poziomie morza.
N2=78%, O2=21% Ar=0.93% Co2=0,03%, Ne 1,8*10^-3%

Strefy atmosfery: troposfera do 12 km, stratosfera do 55 km, mezosfera do 80 km, jonosfera do 100 km, protosfera do 500 km.

Podział we składu chemicznego: homosfera do 100 km małe zróżnicowanie skąłdu chemicznego, heterosfera do 1000 km zmienny skład chemiczny.

Dodatkowe składniki: tlenek krzemu, siarczek wodoru, woda, tlenki azotów. Pochodzenie:

-tworzą się w atmosferze

- z ekshalacji wulkanicznych

- produkty działania biosfery

-z hydrosfery

-antropogeniczne

-w wyniku oddziaływania neutronów wtórnego promieniowania kosmicznego na atomy.

10. Scharakteryzować pod względem geochemicznym hydrosferę

Stanowią ją morza (70,8%). Zasilają lądy opadami i są magazynem ciepła. Wody lądowe: lód polarny, lodowce, śniegi, wody, rzeki, potoki, jeziora.
Wody: morskie 99,3%, lądowe 2,2%, podziemne 0,7%, para wodna z atmosfery 0,001%
Zasoby wodne:

-wody powierzchniowe: jeziora słodkowodne, jeziora słone, cieki wodne
- wody podziemne : wody zawieszone i wilgoć glebowa, wody podziemne do 800 m, wody podziemne głębokie.

Skład chemiczny wody morskiej: główne: tlen, wodór, chlor, kation sodu, magnezu, wapnia, potasu, anion siarczanu, węglany.
Pierwiastki: jony proste, jony złożone, związki niezdysocjowane, koloidalne roztwory, jako skład zawiesiny.
Obieg duży wody: parowanie z oceanów, przemieszczanie pary wodnej masami powietrza nas kontynenty. Kondensacja pary wodnej opady atmosferyczne

Obieg mały wody: to samo w obrębie zlewni ( opady, parowanie, odpływ)

11. Scharakteryzować pod względem geochemicznym biosferę

Jest to strefa występowania żywych organizmów. W stosunku do pozostałych sfer świat organiczny objętościowo jest znikomy, jednak odgrywa w procesach geologicznych ważną rolę. Swoim zasięgiem obejmuje atmosferę, hydrosferę i litosferę.. Biosfera łączy w sobie pograniczne rejony wszystkich trzech stref potrzebnych do rozwoju Ziemi.

Generalnie biosfera jest zbudowana:
pierwiastki główne (H, O, C, N)
podrzędne ( Ca, K, Mg, P, S, Na, Cl)
śladowych.

12. Scharakteryzować pod względem geochemicznym skorupę ziemską

Skorupę dzielimy na skorupę oceaniczną i kontynentalną.
Skorupa oceaniczna: grubość około 10 km. Pozycja stratygraficzna : skały osadowe, bazalt, dajki, gabro, skały ultra maficzne.
Skorupa kontynentalna: grubość 20-90km. Średnio ok. 35 km. Skład zróżnicowany, jest to granodioryt.

13. Procesy jonizacji

O chemicznych właściwościach pierwiastków decydują elektrony walencyjne. Procesy odgrywania elektronów walencyjnych wymagają pełnej energii, której miarą jest potencjał jonizacyjny. Jony posiadające na ostatniej powłoce 8 elektronów odznaczają się na ogół większą twardością i prostotą zachowania się w strukturach krystalicznych.

14. Ilościowa rola pierwiastków w środowiskach geochemicznych

-główne udział pierwiastka >1% wag, w danym środowisku i jest on zawsze w tym środowisku obecny

-podrzędne zawartość pierwiastka 0,1-1 %

-śladowe zawartość pierwiastka <0,1%

15. Postacie chemiczne pierwiastków w środowiskach geochemicznych

Pod względem formy występowania wydziela się:
-pierwiastki w stanie wolnym

-występowanie w związkach chemicznych.

Pod względem stanu fizycznego pierwiastki dzieli się na występujące w stanie:

-gazowym, ciekłym, stanie ciekłych stopów, stałym.

Minerały: najważniejsze forma występowania pierwiastków w skorupie ziemskiej. – pojedyncze pierwiastki, związki dwu lub kilku.

16. Koordynacja sieciowa

Polega ona na prawidłowym rozmieszczeniu jonów lub atomów w sieci przestrzennej które otoczone są w pewien specyficzny sposób przez najbliższe mu jony lub atomy.
-liczbę koordynacyjną – liczba jonów lub atomów stanowiących najbliższe otoczenie rozpatrywanego jonu lub atomu.

- schemat koordynacyjny – geometryczna konfiguracja składników objętych liczbą koordynacyjną (łączenie środków jonów lub atomów)

17. Promienie jonów i atomów w sieci krystalicznej

Atomy czy też jony posiadają swoje rozmiary, zajmując miejsce w przestrzeni kryst. Przy przewadze jonowych wiązań w świecie minerałów szczególnego znaczenia nabierają promienie jonowe pierwiastków.
- liczby atomowej pierwiastka i jego położenia w układzie

- rodzaju jonizacji

-stopnia jonizacji.

18. Kontrakcja lantanowców

Wpływ elektronów przybywających do pod powłoki 4f, jest słabszy niż elektronów przybywających do pod powłoki (n-1)d w pierwiastkach zewnątrz przejściowych. Przeważającym czynnikiem jest przyciąganie elektronów walencyjnych przez jądro. Ładunek jądra zwiększa się w kierunku od ceru do lutetu, co powoduje zmniejszanie promieni atomowych i jonowych lantanowców ze wzrostem liczby atomowej, czyli tzw. kontrakcję lantanowców.

19. Polaryzacja jonowa

Deformacja powłok elektronowych kationów i anionów i odstępów od idealnego kulistego kształtu jonów nazywane jest polaryzacją jonową. Wzajemne oddziaływanie kationu i anionu na siebie prowadzi do deformacji.

Skutki:

-zmniejszenie odległości pomiędzy jonami

-powstawanie struktur o niższych liczbach koordynacyjnych niż przewidywane teoretycznie.

Polaryzacja jonowa zmiana odległości jonów pod wpływem pola elektrycznego.

20. Krystalochemiczne pokrewieństwo pierwiastków

Pierwiastki główne i podrzędne-zawartość może być w niewielkim stopniu zmienna. Większe zróżnicowanie w zawartości pierwiastków śladowych, które nie są istotnymi składnikami nie wpływające na strukturę.

Ten sam pierwiastek śladowy może tworzyć własną fazę, której struktura jest całkiem odmienna od minerału w którym jest on śladowy a jego rola to pierwiastek główny. W celu wyrażenia wzajemnych stosunków między różnymi pierwiastkami które przejawiają się w różnych sieciach krystalicznych minerałów wprowadzono termin pokrewieństwo krystalochemiczne:

-stopień najwyższy – gdy dwa pierwiastki wchodzą do sieci krystalicznej minerału w dowolnych proporcjach i są w dowolnym stosunku wymienialne.

- stopień niższy – gdy ta wymienialność jest ograniczona

- brak pokrewieństwa- przejawia się brakiem zastępowania w sieci krystalicznej.

21. Co to jest diadochia i jej rodzaje?

Zdolność zastępowania jonów lub atomów różnych pierwiastków w sieciach krystalicznych.
Diadochia izowalentna- występuje wówczas gdy podstawiają się atomy o tych samych wartościowościach.

Diadochia heterowalentna- występuje gdy podstawiają się pierwiastki o różnej wartościowości. Prowadzi to do zakłócenia równowagi elektrostatycznej sieci co zagraża jej twardości.

22. Podać prawa geochemiczne kierujące diadochią

- pomiędzy dwoma jonami diadochia jest możliwa gdy ich promienie jonowe różnią się od siebie mniej niż o 15%.

- z diadochowo zastępujących się jonów o równym ładunku jon o mniejszym promieniu, łatwiej wcześniej wchodzi do sieci krystalicznej minerału.

- z dwutonów o tym samym promieniu ale o różnych ładunkach łatwiej wchodzi do sieci krystalicznej ten który ma wyższy ładunek.

23. Rozproszenie izomorficzne i geochemiczne

Mówimy że rzadki pierwiastek znajduje się w stanie izomorficznego rozproszenia gdy jest diadochowy względem jakiegoś pierwiastka pospolitego. Jest on wówczas maskowany przez pierwiastek główny i nie tworzy własnej fazy.

Pierwiastki ze względu na możliwość geochemicznego rozproszenia dzieli się na:

- typowo izomorficzne rozproszenie

- rozproszone głównie izomorficzne z możliwością tworzenia własnych minerałów

- rozproszenie geochemiczne ale nie izomorficzne.

24. Rodzaje diadochowego zastępowania pierwiastka głównego przez pierwiastek podrzędny lub śladowy

25. Aktywność jonów wodorowych

Aktywność ta określana jest za pomocą wielkości pH. Jest to ujemny logarytm aktywności jonów wodorowych w roztworze.

Kwaśne pH<7 zasadowe pH > 7 obojętne pH=7

26. Iloczyn rozpuszczalności

Każda substancja jest mniej lub bardziej rozpuszczalna w wodzie i trwa do ustalenia równowagi. Roztwór zawierający w określonych warunkach maksymalną ilość danej substancji jest nazywany roztworem nasyconym, a stężenie tej substancji w roztworze jest nazywane rozpuszczalnością.

L= [Am]*[Bn] A i B stężenia jonów.

27. Kompleksy jonowe i ich rola w środowisku

W roztworach wodnych pierwiastki mogą być obecne w postaci:

-prostych jonów

- anionów złożonych

Istnieją jeszcze inne ugrupowania kompleksowe które posiadają następujące cechy:

-centralny kation otoczony jest pewną ilością anionów lub obojętnych cząstek.

- posiadają ładunek elektryczny

Kompleksy odgrywają ważną rolę w transporcie pierwiastków w naturalnym środowisku wodnym. Często kompleksy łączą się polimeryzacja, powstają kompleksy o dużych masach cząsteczkowych. Są odporne na działanie wysokiej temperatury.

28. Klasyfikacje geochemiczna pierwiastków wg Goldschmidta (1922)

-syderofilne- są to pierwiastki wykazujące mniejsze od Fe powinowactwo względem tlenu i siarki.

- challiofilne – są to pierwiastki wykazujące większe od Fe powinowactwo względem siarki, mniejsze względem tlenu.

- litofilne- są to pierwiastki posiadające większe niż Fe powinowactwo do tlenu a mniejsze względem siarki.

-atmofilne- charakteryzują się wielką lotnością gromadzą się w atmosferze i hydrosferze.

- biofilne- uczestniczą w budowie organizmów żywych biosfera.

29. Klasyfikacje geochemiczna pierwiastków wg Niggli (1948), Rankama i Sahama (1950)

-oksyfilne- obecne w skorupie w połączeniach z tlenem

- sulfofilne- łączą się głównie z siarką lub zastępującymi ją innym pierwiastkiem obecne są w stanie rodzimym.

30. Izotopy i ich rola w środowisku

-pierwotne – istnieją od samego początku zostały przejęte z materii która dała początek ciałom kosmicznym

- wtórne- powstałe w ciałach kosmicznych później w następstwie procesów nuklearnych.

-trwałe- atomy tych izotopów nie ulegają przemianie

-promieniotwórcze- jądra atomowych atomów tych izotopów samorzutnie przemieniają się w jądra atomowe innych pierwiastków.

31. Utwory pneumatolityczno-hydrotermalne

W procesie pneumatolizy wzrasta ciśnienie składników lotnych które zaczynają oddziaływać na wcześniej zakrzepłą skałę.

Metasomatoza- proces rozpuszczania pierwotnych minerałów i w ich miejsce powstawanie nowych, przy czym przez cały czas trwania przeobrażeń skała znajduję się w stanie stałym.

32. Procesy ekshalacyjne

Są to wyziewy w postaci gazów i par erupcji wulkanicznych Lu po jej zakończeniu.

-para wodna ponad 90%

- gazy aktywne

-fumandle, solfatany, mofety.

33. Fizykochemiczne czynniki kierujące obiegiem pierwiastków w strefie hipergenicznej

Są to procesy przebiegające na pow. Ziemi na składnikach skorupy ziemskiej pod wpływem różnorodnych czynników fizykochemicznych.

-woda, związane z nią pH i Eh, iloczyn rozpuszczalności.

34. Potencjał redukująco-utleniający

Ilościowa miara warunków określonej reakcji wyrażany jest w V.

35. Diagramy pH – Eh

36. Potencjał jonowy

Potencjał jonowy Cartledge’a to stosunek ładunku kationu do jego promienia. Im większa wartość tego potencjału, tym silniejszy efekt polaryzacji i większa kowalencyjność wiązania. Potencjał jonowy jest funkcja okresową liczby porządkowej Z.

37. Koloidy i ich rodzaje, rola w środowisku

To niejednorodna mieszanina zwykle dwufazowa, tworząca układ dwóch substancji w którym jedna z substancji jest rozproszona w drugiej.

Koloidy liofilowe-

Koloidy liofobowe

Koloidy odwracalne

38.. Procesy adsorpcji i wymiany jonowej

To wynik sił działających na powierzchni ciała sorbującego. Wyróżnia się:

- fizyczną, chemiczną

Proces ten zależy od:

-Stopnia rozdrobnienia adsorbenta

- sposobu wiązania adsorbowych substancji

-stężenia w roztworze substancji ulegającej adsorpcji

-fizykochemiczne warunki środowiska

Proces wymiany jonowej polega na ty że jony pewnego pierwiastka zaadsorbowane na powierzchni adsorbenta mogą być wymieniane przez jony innego pierwiastka.

- na powierzchni minerału

- na jonach wewnątrz minerału

39. Rodzaje wietrzenia i ich rola w obiegu pierwiastków w strefie hipergenicznej

-mechaniczne prowadzi do rozluźnienia spoistości skał, pękania skał, rozsypywania się i rozdrabniania skał.

-chemiczne

40. Czynniki wietrzenia oraz jego skutki

- fizyczne ( skutki: eksfoliacja, zamróz, insolacja, de flokulacja)

- chemiczne ( skutki: solucja, ługowanie, hydroliza, hydratacja, oksydacja, redukcja)

41. Podstawowe procesy (reakcje chemiczne) w procesie wietrzenia

42. Kategorie produktów wietrzenia

-minerały chemiczne niezmienione

-minerały wtórne w wodzie nierozpuszczone

43. Ocena zmian składu chemicznego zwietrzeliny w stosunku do materiału wyjściowego

-porównanie świeżej skały ze skałą chemiczną jej zwietrzeliny

-metoda mas absolutnych stosowana gdy wietrzenie nie spowodowało zamin objętości

44. Czynniki glebotwórcze

• organizmy żywe (w tym bakterie glebowe

• klimat

• skały macierzyste,

• rzeźba terenu,

• stosunki wodne,

• czas

• działalność człowieka

45. Składniki zwietrzeliny

Materiał wyjściowy

- składniki odprowadzone

-składniki doprowadzone

46. Poziomy glebowe

• O - poziom organiczny zawiera ponad 20 % świeżej lub częściowo rozłożonej materii organicznej,

• A - poziom próchniczny - o ciemnym zabarwieniu, zawierający dobrze rozłożoną substancję organiczną,

• E - poziom wymywania - barwy jasnoszarej, jasnobrązowej lub białej, powstaje w procesie bielicowania (Ees - wymywania tlenków żelaza i glinu) lub lessive (płowienia) (Eet - wymywania frakcji ilastej);

• B - poziom wzbogacania - powstaje na skutek wmywania składników wymytych z poziomu E - tlenków żelaza i glinu (Bhfe - poziom spodic - diagnostyczny dla gleb bielicowych) oraz frakcji ilastej (Bt - poziom argillic - diagnostyczny dla gleb płowych) lub akumulacji in situ (np. Bbr w glebach brunatnych);

• C - poziom skały macierzystej; składa się z materiału mineralnego nieskonsolidowanego, niewykazującego cech innych poziomów glebowych; jest mało zmieniony przez procesy glebotwórcze i nie wykazuje cech identyfikacyjnych innych poziomów.

• G - poziom glejowy

• P - poziom objęty bagiennymi procesami glebotwórczymi, gleb organicznych

• D - podłoże mineralne gleby organicznej

• M - poziom murszowy gleby organicznej

• R - lite lub spękane podłoże skalne