Лабораторная работа №14. Химический и элементный состав земной коры

Цель: 1. Изучить элементный и химический состав земной коры.

2. Овладеть методиками изучения элементного и вещественного состава земной коры

3. Познакомиться с геохимической систематикой элементов.

 

На лабораторном занятии формируются знания:

- о содержании элементов и химических соединений в земной коре,

- о формировании химических соединений земной коры,

- 0 свойствах отдельных элементов и химических соединений;

умения:

- рассчитывать содержание основных элементов в земной коре,

- давать краткую характеристику наиболее встречаемых в земной коре химических элементов;

- классифицировать элементы в соответствии с их свойствами.

 

Материально-техническое обеспечение: справочно-информационные материалы, почвенные карты, геологические карты.

Глоссарий: кларк элемента, земная кора, литосфера, почва, химический состав земной коры, систематика элементов.

 

Ход работы:

I. Изучить общие положения методики:

II. Изучить химический и элементный состав земной коры.

III. Дать характеристику наиболее распространённым элементам земной коры.

 

Общие положения:

1. Понятие о химических элементах Земной коры.

Из 109 известных элементов менделеевской таблицы в Земной коре установлено 93. За последние 50 лет был получен ряд трансурановых элементов, имеющих атомные номера с 93 (N_p – нептуний с периодом полураспада 2 млн. лет).

Вообще в природе и в космосе неизвестны пока N№ 61, 85, 99, 100, 101, 102, 103.

Из распределения кларков элементов видно, что почти 0, 5 твёрдой Земной коры состоит из одного элемента – 0 – К = 47; Si – 29.5, Al – 8.05, их сумма = 84, 55%.

Далее идут Fe – 4.65, Ca – 2.96, Na – 2.5, K – 2.50, Mg – 1.87, Ti – 0.45. Общая сумма 99, 48%.

Остальные 84 элемента составляют менее 1% ЗК.

Кларки большинства элементов Земной коры не превышают 0, 01 – 0, 0001%. Такие элементы называют редкими.

Если они обладают слабой способностью к концентрации, то они называются редкими рассеянными (Br, In-индий, I- йод, Hf гафний, Re рений, Se селен и др.). Например у U и Br кларки близкие – 2, 5*10^-4 и 2, 1*10^-4, но U просто редкий элемент, т.к. известны даже его месторождения, а Br - редкий рассеянный т.к. он почти не концентрируется и известно лишь три собственных минерала: бромаргирит AgBr, бромсильвинит KMgBr₃·6H₂O и эмболит Ag(Br, Cl) – встречаются редко и промышленного значения не имеют. Они были открыты гораздо позже элементарного брома (бромаргирит – в Мексике, в 1841). Кларк (среднее содержание в земной коре) брома в земной коре составляет 2, 1·10^–4

 

2. Геохимическая классификация элементов.

По поведению химических элементов в геологических процессах выделяют пять их групп: 1) литофильные; 2) халькофильные; 3) сидерофильные; 4) атмофильные;

5) биофильные. Литофильные элементы – это элементы горных пород. Они проявляют сродство с кислородом и образуют минералы-кислородные соединения (окислы, гидроокислы, силикаты, карбонаты и др.). Сюда относятся О, Si, Mg, Al, Fe, Ca, Na, K, Zr, Ti, U, Th, Mn, Cr, B, Cl, F и др.

Халькофильные элементы – это элементы склонные давать природные соединения с серой (селеном, теллуром), т.е. сульфиды, селениды, теллуриды и легко переходят в самородное состояние. Это – S, Cu, Fe, Pb, Zn, Cd, As, Sb, Hd и др.

Сидерофильные элементы растворяются в расплавах железа и образуют с ним твердые сплавы. Многим из них свойственно самородное состояние. Сидерофильными являются Fe, Ni, Co, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Mo, Re, C, Au и др.

Атмофильные элементы – это элементы земной атмосферы: N, O, C, He, Ne, Ar, Kr, Xe и др.

Биофильные элементы – это элементы биосферы: C, H, O, N, P и отчасти Ca, Mg, Fe, K, I и др.

Эта классификация не является строгой, т.к. один и тот же элемент в различных геологических обстановках может проявлять те или иные геохимические свойства. Например, железо. Оно является и литофильным, и халькофильным, и сидерофильным элементом, а также и биофильным элементом, т.к. участвует в биологических процессах.

 

3. Закономерности формирования химического и вещественного состава земной коры

.

В понятие Земная кора в настоящее время вкладывается различное содержание. Большинство геологов определяют её как каменную оболочку (литосферу) толщиной 10-70км, ограниченную сверху атмосферой и гидросферой а снизу границей Мохоровичича. Структурно она неоднородна и по Белоусову имеет следующее строение.

В геохимии и минералогии, начиная от Вернадского и Ферсмана, считается, что Земная кора несколько условное название. Она представляет собой поверхностную часть земного шара, очень сложную по строению, доступную непосредственному исследованию. Земная кора включает в себя нижнюю часть атмосферы – тропосферу (10-15км), всю гидросферу и верхнюю часть литосферы. Одновременно Земная кора - область развития биосферы.

Т.е. это совокупность геосфер (или оболочек), находящихся в теснейшем взаимодействии.

Земная кора резко отличается от внутренних частей планеты по составу и по физическому состоянию вещества. Земная кора не превышает 7, 8-9, 6*10^-3% земного радиуса.

Земная кора в основном состоит (по весу) из кристаллического вещества - 92%, водных растворов и газовых систем – 7%, коллоидного вещества – 1%.

В Земной коре различают более или мене правильные геохимические резко различные части и концентрические слои, охватывающие всю планету, меняющиеся с глубиной в вертикальном разрезе и отличающиеся друг от друга характерными для каждого, только ему свойственными особыми физическими, химическими и биологическими свойствами.

Океаническая кора (4 – 15км) до поверхности Махоровичича (сейсмические скорости изменяются от 6, 5 до 8км/сек)

В районах рифтовых зон, граница Махо практически не выражена, а в некоторых структурах выявляется одновременно её несколько поверхностей.

Можно выделить 3 основных слоя:

Нижний слой (от 2 до3км) – габбро серпентинитовый, ρ _ср= 2, 9г/см².

Средний слой~ 1, 5 км подушечные лавы толеитовых базальтов

Верхний слой. Осадочный. Мощность возрастает только к континентам (до 10 –15км, что связано с явлением лавинной седиментации А.П. Лисицын, 1986г.), средняя мощность 0, 5км.

В абиссальных областях - наиболее тонкие осадки – полигенные красные океанические глины: слабожелезистые и слабомарганцовистые, встречаются железо – марганцевые конкреции с различными ассоциациями металлов..

47% занимают органогенные осадки, с преобладанием карбонатных: фороминиферовых, коралловых, ракушечных.

10% приходится на кремниевые осадки;

14% на терригенные осадки.

Континентальная кора. 30 – 80 км. Она существенно неоднородна и сильно отличается от океанической.

Нижний слой, хотя и называется базальтовым, но полагают, что он состоит из магматических пород среднего и основного состава, метаморфизованных до амфиболовой или гранулитовой фаций.

Средний слой: обычно его называют гранитным.

Средний состав гранитного слоя наиболее близко к гранодиоритам (скорее справедливо «гранитно – метаморфический»).

Верхний слой h_ср = 2-3км, h_max = 15км. По составу в нём преобладают глинистые, песчаные и карбонатные породы.

 

Контрольные вопросы.

1. Назовите важнейшие элементы земной коры..

2. Принципы геохимической систематики элементов.

3. Назовите основные химические соединения земной коры

4. Химический состав минералов земной коры.

Литература:

Основная

1. Левшаков Л.В., Ачкасов А.Л.Химия окружающей среды. Изд-во Курской ГСХА, 2008, Уч. пособие 80 с.

2. Голдовская Л. Ф. Химия окружающей среды: учебник для ВУЗов. Изд Бином, Лаборатория Мир, 2008 г., 296 с.

Дополнительная

3. Клинский Г. Д., Князев Д.А., Смарыгин С.Н., Бочкарев А.В., Дайдакова И.В. Лабораторный практикум по химии окружающей среды. М., Изд. МСХА, 2000

1. Анализ объектов окружающей среды. Инструментальные методы. М.: Мир, 1993.

Интернет-ресурсы:

 

1. Лекции – онлайн: http: //www.mylect.ru

2. Почвоведение: http: //www.soil-science.ru

3. Научно-информационный портал: http: //science.viniti.ru

4. Природное наследие: http: //www.prinas.org

 

5. Литосфера Земли: http: //geo.1september.ru