Химический состав земной коры реферат

Обновлено: 04.07.2024

Земная кора состоит по большей части всего из нескольких соединений: Оксида кремния, оксида алюминия и оксида кальция.

Состав земной коры

Континентальная часть земной коры состоит из оксида кремния (SiO₂) на 60,6%, тогда как океаническая часть земной коры состоит из кремнезёма на 48,6%.

Вторым по распространённости является глинозём (Al₂O₃). В земной коре его чуть более 15%. В континентальной части коры содержание глинозёма равно примерно 15,9%, а в океанической 16,5%.

Третьим по распространённости соединением является оксид кальция (CaO). В континентальной части земной коры его примерно 6,41%, а в океанической части коры около 12,3%.

Также распространены оксиды магния (4,6%), оксиды железа (6,71%), оксиды натрия (3,07%), оксиды калия (1,81%), диоксид титана (0,72%), оксиды фосфора (0,13%)

А если рассматривать структуру земной коры по элементам, то соотношение будет следующим:

Кислород 46%
Кремний 28%
Алюминий 8,3%
Железо 5,6%
Кальций 4,2%
Натрий 2,5%
Магний 2,4%
Калий 2,0%
Титан 0,61%
Другие элементы 0,39%

Наша планета уникальна тем, что она имеет земную кору сразу двух типов: континентальную и океаническую. На других планетах земного типа (Венера, Марс) планетная кора однородна.

Строение планеты

Но земная кора — это лишь малая часть планеты. Основную часть массы планеты составляют мантия и ядро. Масса земной коры оценивается в 2,8×10 19 тонн (из них 21 % приходится на океаническую кору, и 79 % на континентальную). Кора составляет всего 0,473 % общей массы Земли.

Возраст океанической коры. Красным показаны самые молодые участки, синим — наиболее древние

А мантия и ядро кардинально отличаются по своему химическому составу от земной коры.

В земной коре преобладает кислород. А какова структура мантии и ядра планеты?

Структура мантии

Кислород: 44,8%
Кремний: 21,5%
Магний: 22,8%
Железо: 5,8%
Алюминий: 2,2%
Кальций: 2,3%
Натрий: 0,3%
Калий: 0,03%

Мантия Земли на 46% состоит из диоксида кремния и на 38% из оксида магния. Можно заметить сходство в химическом составе мантии и земной коры. И это не удивительно, ведь земная кора представляет собой застывшую миллионы лет назад поверхность планеты.

Ядро у нашей планеты состоит из железо-никелевого сплава с примесью других сидерофильных элементов. Существует несколько гипотез относительно размеров ядра планеты, но по средним оценкам диаметр ядра составляет 7 000 км.

Земная кора в химическом отношении из всех внутренних геосфер Земли изучена наиболее детально. Но и в ее пределах достоверные данные о химическом составе горных пород получены только для самой верхней, доступной для наблюдений части материков, то есть до глубины 10-15 км.

Содержимое работы - 1 файл

Химический состав земной коры.doc

Химический состав земной коры

Первые сведения о химическом составе земной коры принадлежат американскому ученому Ф. Кларку, который, основываясь на результатах 6000 химических анализов различных горных пород, в 1889 году высчитал и опубликовал средние содержания 50 основных химических элементов земной коры. Позднее эти результаты уточнялись многими учеными, в частности, В.И. Вернадским, А.П. Виноградовым, Г.В. Войткевичем, О.Б. Роновым, Р. Тейлером и другими, которые не только существенно дополнили знания о химическом составе земной коры, но и по предложению А.Е. Ферсмана ввели понятие кларков.

Кларк - это среднее содержание химического элемента в земной коре. Различают массовые (весовые), атомные и объемные кларки. Массовые кларки - это средние массовые содержания элементов, выраженные в процентах или граммах на тонну. Атомные кларки отражают процентное количество числа атомов, а объемные показывают, какой объем породы в процентах занимает данный элемент.

Наиболее распространенными химическими элементами в земной коре, кларки которых превышают единицу или близки к ней, являются кислород, кремний, алюминий, железо, кальций, натрий, магний, калий и водород. Они составляют более 98% земной коры, при этом около 80% приходится на долю кислорода, кремния и алюминия (табл. 3.1).

Указанные выше элементы (кроме водорода), а также углерод, фосфор, хлор и фтор являются главными составляющими горных пород, в связи с чем их называют породообразующими, или петрогенными. Элементы, характеризующиеся незначительными кларками, образуют группу редких или рассеянных элементов. Кроме этого выделяют еще металлогенные элементы, составляющие, главным образом, руды металлических полезных ископаемых. К ним относятся медь, свинец, цинк, молибден, ртуть и другие. Однако, существуют также элементы, которые в природе играют двойную роль: с одной стороны они могут выступать как петрогенные, и входят в основной состав горных пород, а с другой - образуют типичные соединения металлов как рудогенные. Примером их могут служить железо, марганец, алюминий и другие.

Таблица 3.1 - Средний химический состав земной коры (химические элементы, %)

Неравномерность распространения химических элементов в земной коре является одной из особенностей ее химизма. Это также нашло отражение в периодической системе Д.И. Менделеева. Так, кларки первых 30 элементов системы (от водорода до цинка), в основном, составляют целые и десятые доли процентов, кларки же других элементов лишь в единичных случаях достигают тысячных долей процента.

Нагляднее характер распространения химических элементов в земной коре выражается полулогарифмической кривой А.Е. Ферсмана (рис. 3.1), где на оси абсцисс показаны порядковые номера элементов периодической системы, а на оси ординат - логарифмы кларков. Как видно из диаграммы, значение кларков большинства элементов занимают положение вблизи трендовой линии. Эти элементы относятся к элементам с нормальной распространенностью. Выше средней кривой находятся избыточные элементы, к которым относятся практически все петрогенные, а ниже этой кривой расположены элементы, которые получили название дефицитных. Это благородные газы, бериллий, гелий, селен, платиноиды, литий и другие.

Рисунок 3.1 - Логарифмы кларков химических элементов земной коры (по А.Е. Ферсману)

Абсолютное большинство химических элементов представляют собой группу атомов с различным массовым числом, но с одинаковым зарядом, то есть - это ассоциации изотопов. В земной коре существует более 360 изотопов. Отдельные химические элементы состоят из нескольких изотопов. Например, олово имеет десять изотопов, ксенон - девять, кадмий и теллур по восемь. Такие элементы называются сложными. Существуют также и простые химические элементы, не имеющие изотопов. К ним относятся железо, натрий, фосфор, ванадий, марганец, золото и другие, всего 22. Изотопный состав сложных химических элементов зависит от их происхождения. Так, свинец, в состав которого входят четыре изотопа (Pb 204 , Pb 206 , Pb 207 , Pb 208 ), может быть урановым, как продукт распада урана с изотопом Pb 206 , или ториевым с изотопом Pb 204 (продукт распада тория).

Ошибочным было бы считать, что именно элементы с высокими кларками образуют месторождения полезных ископаемых. В данном случае основная роль принадлежит не кларковым содержаниям, а
свойствам того или иного элемента образовывать значительные концентрации. Например, такие металлы как галлий, цезий, бериллий с высокими кларками не образуют самостоятельных месторождений, и наоборот более редкие элементы, такие как висмут, ртуть, золото, серебро, могут образовывать промышленные концентрации. Это объясняется тем, что кларковое содержание химических элементов зависит от строения атомного ядра, а свойство элементов образовывать промышленные концентрации - от химических свойств атомов и устойчивости связей внешних электронов. Т.е. в способности атомов отдавать или присоединять электроны и, таким образом, образовывать соединения. Одной из форм существования таких соединений химических элементов являются минералы, как следующий уровень организации земного вещества.

Геология – комплекс наук о составе, строении, истории развития Земли, движениях земной коры и размещении в недрах Земли полезных ископаемых. Основным объектом изучения, исходя из практических задач человека, является земная кора.

Содержание

Введение. 3
Вопрос № 1. 4
Вопрос №2. 6
Вопрос №3. 10
Вопрос №4. 14
Вопрос №5. 17
Вопрос №6. 21
заключение.

Вложенные файлы: 1 файл

геология прав.doc

список использованной литературы. . .25

Особое развитие получила такая составная часть геологии, как инженерная геология – наука, изучающая свойства горных пород (грунтов), природные геологические и техногенно - геологические (инженерно-геологические) процессы в верхних горизонтах земной коры в связи со строительной деятельностью человека.

В современных условиях инженерная геология изучает геологическую среду для целей строительства и для обеспечения её рационального использования и охраны от неблагоприятных для человека процессов и явлений. Главная цель инженерной геологии – изучение природной геологической обстановки местности до начала строительства, а также прогноз тех изменений, которые произойдут в геологической среде, и в первую очередь в породах, в процессе строительства и эксплуатации сооружений.

На первый план выступают задачи по оценки горных пород и их массивов как среды производства инженерных работ и размещения сооружений.

В данной работе освещены геологические процессы и явления естественного (природного) происхождения. А также рассмотрены вопросы, связанные с деятельностью человека при осуществлении строительных работ.

Химический состав земной коры. Понятие о кларках и их величины для основных химических элементов. Причины изменения химического состава земной коры

Наиболее хорошо изученной твердой оболочкой Земли является земная кора. Земля обладает корой двух типов: континентальной и океанической. Масса земной коры равна 2,8 х 1019 тонн (из них 21% -океаническая кора и 79% - континентальная). Кора составляет 0,473% общей массы Земли. [3]

Земная кора образована различными по составу и происхождению горными породами. Проблемами химического состава земной коры, закономерностями его изменения в пространстве и во времени занимается наука – геохимия. По данным геохимии в земной коре установлено 93 химических элемента. Большинство из них являются сложными т.е. представлены смесью различных изотопов. В земной коре известно более 360 изотопов.

Первым, кто попробовал узнать средний состав земной коры, был минералог В. Филипс. Он, на примере 10 элементов показал, что в неорганической природе преобладают кислород и оксиды кремния, железа и алюминия.

Первые цифры о химическом составе этой части земной коры были опубликованы в 1889 г. американским ученым Ф. Кларком как среднеарифметические из имевшихся в его распоряжении 6000 химических анализов различных горных пород. В последующем эти цифры уточнялись. Но чтобы отметить заслугу Ф. Кларка, посвятившего этой проблеме около 40 лет, А. Е. Ферсман предложил называть процентное содержание элемента в земной коре кларком этого элемента (например, кларк железа, кларк магния и др.). В Советском Союзе вопросами химического состава земной коры занимались В. И. Вернадский, А. Е. Ферсман, В. Г. Хлопин, А. П. Виноградов, А. Б. Ронов, А. А. Ярошевский, Г. В. Войткевич и др.[1 стр.9]

- весовые – это средние массовые содержания элементов, выраженные в процентах или в граммах на грамм породы;

- атомные - выражают процентные количества числа атомов элементов;

- объемные - показывают, какой объем в процентах занимает данный элемент.

Главными элементами литосферы являются восемь химических элементов – О, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg. При этом ведущее место среди них принадлежит кислороду, составляющему почти половину массы литосферы и около 92% ее объема.

Весовые кларки наиболее распространенных химических элементов земной коры. [1 стр 11]

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Вопрос изучения литосферы актуален с каждым годом все больше. Экологическое изучение литосферы обусловлено тем, что литосфера является средой всех минеральных ресурсов, одним из основных объектов антропогенной деятельности (составных природной среды), через значительные изменения которого развивается глобальный экологический кризис. Экологическим изучением литосферы занимается раздел науки под названием геологическая экология.

В верхней части континентальной земной коры развиты грунты почвы, значение которых для человека тяжело переоценить. Почвы - органо-минеральный продукт многолетней (сотни и тысячи лет) общей деятельности живых организмов, воды, воздуха, солнечного тепла и света есть одними из важнейших природных ресурсов. В зависимости от климатических и геолого-географических условий грунты имеют толщину от 15-25 см до 2-3 м.

Почва возникла вместе с живым веществом и развивались под влиянием деятельности растений, животных и микроорганизмов, пока не стали очень ценным для человека плодородным субстратом. Основная масса организмов и микроорганизмов литосферы сосредоточенная в грунтах, па глубине не большее нескольких метров. Современные почвы являются трехфазной системой (разнозернистые твердые частицы, вода и газы, растворенные в воде, и порах), которая состоит из смеси минеральных частиц (продукты разрушения горных пород), органических веществ (продукты жизнедеятельности биоты ее микроорганизмов и грибов). Грунты играют огромную роль в кругообороте воды, веществ и углекислого газа.

С разными породами земной коры, как и с ее тектоническими структурами, связанные разные полезные ископаемые: горючие, металлические, строительные, а также такие, что есть сырьем для химической и пищевой промышленности.

1.Что такое литосфера?

Литосфера — внешняя твердая оболочка Земли, которая включает всю земную кору с частью верхней мантии Земли и состоит из осадочных, изверженных и метаморфических пород. Нижняя граница литосферы нечеткая и определяется резким уменьшением вязкости пород, изменением скорости распространение сейсмических волн и увеличением электропроводности пород. Толщина литосферы на континентах и под океанами различается и составляет в среднем соответственно 25— 200 и 5—100км.

Рассмотрим в общем виде геологическое строение Земли. Третья за отдаленностью от Солнца планета — Земля имеет радиус 6370 км, среднюю плотность— 5,5 г/см3 и состоит из трех оболочек — коры, мантии и ядра. Мантия и ядро делятся на внутренние и внешние части.

В границах литосферы периодически происходили и происходят грозные экологические процессы (сдвиги, сели, обвалы, эрозия), которые имеют огромное значение для формирования экологических ситуаций в определенном регионе планеты, а иногда приводят к глобальным экологическим катастрофам.

Глубинные толщи литосферы, которые исследуют геофизическими методами, имеют довольно сложную и еще недостаточно изученное строение, так же, как мантия и ядро Земли. Но уже известно, что с глубиной плотность пород возрастает, и если на поверхности она составляет в среднему 2,3-2,7 г/см3, то на глубине близко 400 км - 3,5 г/см3, а на глубине 2900 км (граница мантии и внешнего ядра) - 5,6 г/см3. В центре ядра, где давление достигает 3,5 тыс. т/см2, она увеличивается до 13-17 г/см3. Установлен также и характер возрастания глубинной температуры Земли. На глубине 100 км она составляет приблизительно 1300 К, на глубине близко 3000 км —4800, а в центре земного ядра — 6900 К.

2.Химический состав литосферы.

Преобладающая часть вещества Земли находится в твердом состоянии, но на границе земной коры и верхней мантии (глубины 100—150 км) залегает толща смягченных, тестообразных горных пород. Эта толща (100—150 км) называется астеносферой. Геофизики считают, что в разреженном состоянии могут находиться и другие участки Земли (за счет разуплотнения, активного радиораспада пород и т.п.), в частности - зона внешнего ядра. Внутреннее ядро находится в металлической фазе, но относительно его вещественного состава единого мнения на сегодня нет. Химический состав литосферы представлен в основном всего восемью элементами. Это кислород, кремний, водород, алюминий, железо, магний, кальций и натрий. На долю этих элементов приходится около 99,5% вещества земной коры.

Таблица 1. Химический состав земной коры на глубинах 10 - 20 км.

Элемент Массовая доля, %

3.Что такое загрязнение почвы?

Загрязнение почвы — процесс постоянный и неизбежный. Различаться может только степень загрязнения и виды веществ, которые поступают в почву в качестве загрязнителей.

Определенная часть загрязнителей поступает в почву естественным путем (в процессе функционирования биогеоценоза), но большинство вредных веществ является отходами промышленного производства, техники и различных аспектов жизнедеятельности человека.

Что загрязняет почву? Загрязняющие вещества почвы можно разделить на несколько основных категорий:

1.химические элементы и соединения (в особенности тяжелые металлы).

2.нефть и нефтепродукты.

4.минеральные и органические удобрения.

5.бытовые отходы и различные виды мусора.

6.выхлопы автомобильной и другой техники.

8.сточные воды и биологические элементы, выбрасываемые в окружающую среду животноводческой отраслью.

4. Потеря почвы

Для устойчивого развития человеку необходимо осознать свое отрицательное воздействие на почву и принять меры по снижению этого воздействия.

Увеличение численности человечества приводит к более интенсивному землепользованию. Характер деятельности человека весьма разнообразен, и условно можно выделить следующие аспекты: а) сельское и лесное хозяйство; б) разнообразное строительство; в) горнотехнические мероприятия.

Сельское и лесное хозяйство включает земледелие, скотоводство, осушение заболоченных территорий, орошение, обводнение земель, распашку целины, вырубку лесов и др. Разнообразное строительство также уменьшает количество пахотных земель — строительство крупных водохранилищ, каналов, плотин, ГЭС, промышленных комплексов, городов, железных дорог, населенных пунктов, коммуникаций. Горнотехнические мероприятия, такие, как разработка и эксплуатация минерального сырья, добыча полезных ископаемых, в том числе нефти и подземных вод, также изымают большие территории пахотных земель из природных и агроэкосистем. В результате разрушения природных экосистем происходит потеря почвы.

Самое разрушительное влияние на почву оказывает эрозия, т. е. процесс захватывания частиц почвы и их выноса водой (водяная эрозия) или ветром(ветровая эрозия). Вынос может быть медленным и слабым, когда почва медленно выдувается в ходе ветровой эрозии, и катастрофическим, когда водная эрозия образует глубокие овраги после сильного ливня (овражная эрозия). Растительный покров или естественный опал (опавшие листья) обеспечивают защиту земли от всех видов эрозии. Водная эрозия начинается с капельной эрозии — действия ударов дождевых капель; равномерное смывание почвы с поверхности называется плоскостной эрозией. Для удержания воды и биогенов в почве важнее всего гумус и глина, удаление которых за счет эрозии приводит к опустыниванию почвы.

Земельный фонд России имеет много неудобных земель: вечная мерзлота — 47—49%, пески, пустыни, полупустыни — 14—15%, заболоченные земли и болота — 9—10%, тундра — 8%, высокогорье — 3%, города и населенные пункты — 3% и только 15% — пахотные земли, площадь которых составляет около 230 млн га. Из них 160 млн га подвержены эрозии (в большинстве своем — это чернозем и 137 краснозем). Знаменитый воронежский чернозем, 1м3 которого хранится в Париже в качестве эталона плодородия, уже не дает того урожая, который был раньше(уменьшился в 1,5—3 раза). За последние 25 лет площадь сельскохозяйственных угодий уменьшилась на 24%, а пашни — на 18%. Накаждого жителя России приходится 1,5 га пахотных земель, в то время как на душу населения планеты(обрабатывается всего 10,4% всей суши) земли приходится менее 0,5 га, и этот показатель имеет тенденцию к дальнейшему снижению.

Причинами потери почвы является выпахивание, перевыпас, сведение лесов и засоление почвы при орошении.

Выпахивание увеличивает эрозию почвы, уменьшает ее влагоудерживающую способность, инфильтрация и аэрация также уменьшаются.

Перевыпас уничтожает травяной покров. За счет указанных действий произошло опустынивание 61% плодородных земель засушливых районов, в частности: вЮжной Африке — 80%, Западной и Южной Азии — 82—83%, азиатской части бывшегоСССР — 55% и т. д. Ежегодно превращается в пустыню 6 млн га природных почв.

Сведение лесов. Лесной покров особенно эффективно предохраняет почву от эрозии и удерживает почвенную влагу, так как принимает на себя удары дождевых капель и позволяет впитываться в рыхлый, пахотный слой почвы, покрытый опалом. Кроме этого леса эффективно усваивают элементы питания, освобожденные при разложении детрита, т. е, рециркулируют их.

Следовательно, вырубка леса не только приводит к эрозии почвы, но и обедняет ее биогенный состав. Сведение лесов происходит по трем основным причинам: освоение новых территорий под сельскохозяйственные угодья, получение древесины для строительства и бумажной промышленности, использование в качестве топлива.

К потере почвы приводит и ее орошение — искусственное снабжение водой пахотных земель. Орошение приводит к существенному увеличению сельскохозяйственной продукции в регионах, где осадков выпадает недостаточно, но часто приводит к засолению почвы (т. е. солености почвы, выходящей за пределы устойчивости растений), поскольку даже очень хорошая поливная вода содержит солей 500—600 мг/л. При испарении воды из почвы и транспирации через листья растений растворенные в воде соли остаются в почве. 30% орошаемых земель уже засолены. Засоление почвы приводит к ее опустыниванию (азиатская часть СССР засолена на 30%, в США — на 22%, вКитае — на 30%). Одной из причин падения богатейшей когда-то Римской империи было засоление и опустынивание ранее богатых пахотных земель.

Процессы выветривания и почвообразования сильно зависят от климата и состава материнской породы. Если скорость эрозии не будет превышать скорости формирования почвы, то потери почвы не произойдет. Однако в большинстве агроэкосистем этот баланс нарушен, поскольку скорость эрозии в2—10 раз выше допустимой.

В настоящее время контроль за содержанием гумуса входит в число первоочередных задач. Изменение количества органического вещества в почве не только связано с изменением . почвенных свойств и их плодородия, но и отражает влияние внешних негативных процессов, вызывающих деградацию почв.

Содержание гумуса определяют по окисляемости органического вещества. К навеске почвы добавляют окислитель (чаще всего хромлик) и кипятят. При этом органическое вещество, входящее в состав гумуса, окисляется до CO2 и Н2О.

Количество израсходованного окислителя определяют либо титрометрическим методом, либо спектрофотометрическим. Зная количество окислителя, определяют количество органического вещества.

В последнее время применяют анализаторы углерода, в которых происходит сухое сжигание органического вещества в токе кислорода с последующим определением выделившегося СО2.

Антропогенное засоление почв проявляется при недостаточно научно обоснованном орошении, строительстве каналов и водохранилищ. Химически оно проявляется в увеличении содержания в почвах и почвенных растворах легкорастворимых солей — это NaCI, Na 2SО4, MgCI2, MgS04. Наиболее простой метод обнаружения засоления основан на измерении электрической проводимости. Применяют определение электрической проводимости почвенных суспензий, водных вытяжек, почвенных растворов и непосредственно почв. Этот процесс контролируется путём определения удельной электрической проводимости водных суспензий с помощью специальных солемеров. При контроле за загрязнением почв нефтепродуктами решаются обычно три основные задачи: определяются масштабы (площади) загрязнения, оценивается степень загрязнения, выявляется наличие токсичных и канцерогенных загрязнений.

Первые две задачи решаются дистанционными методами, к которым относится аэрокосмическое измерение спектральной отражательной способности почв. По изменению окраски или плотности почернения на аэрофотоснимках можно определить размеры загрязнённой территории, конфигурацию площади загрязнения, а по снижению коэффициента отражения оценить степень загрязнения. Степень загрязнённости почв можно определить по количеству содержащихся в почве углеводородов, которое определяется методами хроматографии.

5.Биотехнология охраны земель.

Загрязненность почв неорганическими ионами и нехватка полезных органических, избыток пестицидов и других вредных минеральных добавок приводят к снижению урожайности и качества сельскохозяйственных культур, а также эрозии и дефляции почвы. При этом традиционные удобрения и методы внесения их в почву являются весьма затратными. (По мнению специалистов США, на производство стакана молока необходимо расходовать в настоящее время стакан дизтоплива).

Вместе с тем имеются безграничные, возобновляемые ресурсы удобрений, содержащие необходимые питательные элементы для сельхозкультур и близкие, а иногда и превышающие по качеству органические удобрения (например: осадки сточных вод станций аэрации). Широкому применению их в сельском хозяйстве препятствует бактериальная зараженность и содержание тяжелых металлов. Если первое препятствие (технически и организационно) в целом разрешимо, то второе — требует новых подходов, основанных на биотехнологических приемах.

В настоящее время в России и за рубежом проводится большая работа по селекции и получению методами генетической инженерии микроорганизмов, способных при внесении их в почву вместе с осадками продуцировать полимеры, переводящие тяжелые металлы в неподвижные формы, и осуществляющие одновременно процесс азотфиксации (усвоение атмосферного азота).Уже не одно десятилетие насчитывает опыт применения красного калифорнийского червя для получения биологически ценного удобрения (биогумуса) из клетчаткосодержащих и широкого спектра органических отходов, а также для улучшения структуры почв, аэрирования. Прошедший через червя гумус обогащен всеми необходимыми аминокислотами, микроэлементами.

Одним из наиболее распространенных и стойких загрязнений земель является нефть. Естественная микрофлора, адаптируясь, способна разрушить загрязнения такого типа. Смешение загрязненной нефтью почвы с измельченной сосновой корой ускоряет на порядок скорость разрушения нефти за счет способности микроорганизмов, существующих на поверхности коры, к росту сложных углеводородов, входящих в состав сосновой смолы, а также адсорбции нефтепродуктов корой.

Почвенный покров Земли играет решающую роль в обеспечении человечества продуктами питания и сырьем для жизненно важных отраслей промышленности.

Использование с этой целью продукции океана, гидропоники или искусственно синтезируемых веществ не может, по крайней мере в обозримом будущем, заменить продукцию наземных экосистем (продуктивность почв). Поэтому непрерывный контроль за состоянием почв и почвенного покрова – обязательное условие получения планируемой продукции сельского и лесного хозяйства.

Вместе с тем почвенный покров является естественной базой для поселения людей, служит основой для создания рекреационных зон. Он позволяет создать оптимальную экологическую обстановку для жизни, труда и отдыха людей. От характера почвенного покрова, свойств почвы, протекающих в почвах химических и биохимических процессов зависят чистота и состав атмосферы, наземных и подземных вод. Почвенный покров – один из наиболее мощных регуляторов химического состава атмосферы и гидросферы. Почва была и остается главным условием жизнеобеспечения наций и человечества в целом.

Сохранение и улучшение почвенного покрова, а, следовательно, и основных жизненных ресурсов в условиях интенсификации сельскохозяйственного производства, развития промышленности, бурного роста городов и транспорта возможно только при хорошо налаженном контроле за использованием всех видов почвенных и земельных ресурсов. Почва является наиболее чувствительной к антропогенному воздействию.

Из всех оболочек Земли почвенный покров – самая тонкая оболочка, мощность наиболее плодородного гумусированного слоя даже в черноземах не превышает, как правило, 80-100 см, а во многих почвах большинства природных зон она составляет всего лишь 15-20 см. Рыхлое почвенное тело при уничтожении многолетней растительности и распашке легко подвергается эрозии и дефляции.

При недостаточно продуманном антропогенном воздействии и нарушении сбалансированных природных экологических связей в почвах быстро развиваются нежелательные процессы минерализации гумуса, повышается кислотность или щелочность, усиливается соленакопление, развиваются восстановительные процессы – все это резко ухудшает свойства почвы, а в предельных случаях приводит к локальному разрушению почвенного покрова. Высокая чувствительность, уязвимость почвенного покрова обусловлены ограниченной буферностью и устойчивостью почв к воздействию сил, не свойственных ему в экологическом отношении.

Все в более широких масштабах проявляется загрязнение почвы тяжелыми металлами, нефтепродуктами, усиливается влияние азотной и серной кислот техногенного происхождения, ведущие к формированию техногенных пустынь в окрестностях некоторых промышленных предприятий.

Восстановление нарушенного почвенного покрова требует длительного времени и больших капиталовложений.

Список литературы:

Все вещество земной коры и мантии Земли состоит из минералов, которые разнообразны по форме, строению, составу, распространенности и свойствам. Все горные породы состоят из минералов или продуктов их разрушения.

Горные породы представляют собой естественные минеральные агрегаты, формирующиеся в литосфере или на поверхности Земли в ходе различных геологических процессов. Основную массу горных пород слагают породообразующие минералы, состав и строение которых отражают условия образования пород. Кроме этих минералов в породах могут присутствовать и другие, более редкие (акцессорные) минералы, состав и количество которых в породах непостоянны.

1. Минералы

Минералами называются твердые продукты, образовавшиеся в результате природных физико-химических реакций, происходящих в литосфере, обладающих определенными химическим составом, кристаллической структурой, имеющих поверхности раздела.

Каждый минерал имеет поверхность раздела с соседними минералами в виде граней кристаллов или межзерновых границ произвольной формы. Совокупность минералов, обладающих одинаковой структурой и близким химическим составом, образует минеральный вид. Например, кристаллы и зерна, имеющие состав SiO2 и одинаковую структуру, могут иметь разный цвет, размер, форму выделения и т.д., но в целом они относятся к одному и тому же минеральному виду – кварц. Минералы одинакового состава, но с разной структурой относятся к разным минеральным видам, например, графит и алмаз, имеющие один состав – углерод, но совершенно различные свойства алмаза и графита.

В настоящее время выделено более 3000 минеральных видов и почти столько же их разновидностей. Распространенность минералов в земной коре определяется распространенностью химических элементов (табл.1).

Наиболее распространенные (98%) химические элементы в земной коре

Элемент	Символ	Ионы	%
Кислород	O	O 2-	46,50
Кремний	Si	Si 4+	25,70
Алюминий	Al	Al 3+	7,65
Железо	Fe	Fe 2+ , Fe 3+	6,24
Кальций	Ca	Ca 2+	5,79
Магний	Mg	Mg 2+	3,23
Натрий	Na	Na 1+	1,81
Калий	K	K 1+	1,34

По данным А.Б.Ронова и А.А.Ярошевского (1976) наиболее распространены в земной коре 8 химических элементов в весовых процентах составляющих в сумме 98%.

На долю Ti, C, H, Mn, S и других элементов приходится менее 2%. К числу редких элементов относятся Cu, Pb, B, Ag, As, однако будучи мало распространенными они способны образовать крупные месторождения. Некоторые элементы, например, Rb не образуют собственных минералов, а существуют в природе только в виде примесей.

Минерал в виде кристалла – это твердые вещества, в котором атомы или молекулы расположены в строго заданном геометрическом порядке. Элементарной ячейкой называется самая маленькая часть кристалла, которая повторяется многократно в 3-х мерном пространстве. Формы природных кристаллов-минералов чрезвычайно разнообразны. Варианты размещения атомов и молекул в кристаллах были впервые описаны более 100 лет назад в России Е.С.Федоровым и в Германии А.Шенфлисом, создавших теорию 230 пространственных групп симметрии. Все известные группы кристаллографической симметрии подразделяются на семь систем или сингоний (в порядке понижения симметрии):

1) кубическая (элементарная ячейка – куб);

2) гексагональная (шестигранная призма);

3) тригональная (ромбоэдр);

4) тетрагональная (тетрагональная призма);

5) ромбическая (прямоугольный параллелепипед);

6) моноклинная (параллелепипед с одним углом между гранями, отличающимися от прямого);

7) триклинная (косоугольный параллелепипед).

Все минералы обладают кристаллической структурой – упорядоченным расположением атомов, что называется кристаллической решеткой. Атомы или ионы удерживаются в узлах кристаллической решетки силами различных типов химических связей:

4) ван-дер-ваальсовой (остаточной);

Бывает, что минерал обладает несколькими типами связи. Тогда образуются компактные группы атомов, между которыми осуществляется более сильная связь. Например, группы [SiO₄] -4 в структуре силикатов, [СО₃] -2 в карбонатах. Одно и то же сочетание химических элементов может кристаллизоваться в различные структуры и образовывать разные минералы. Это явление называется полиморфизмом (полиморфаз – греч., многообразный). Например, модификации С (алмаз, графит); калиевого полевого шпата (ортоклаз, микроклин); а также FeS2 (пирит, марказит); СаСО3 (кальцит, арагонит); кварца и др. Кристаллы минералов бывают анизотропными (неравносвойственными), т.е. со свойствами одинаковыми с параллельных направлениях и различных непараллельных.

Изотропными (равносвойственными) называются вещества, например, аморфные, в которых все физические свойства одинаковы по всем направлениям.

Одним из факторов, определяющих разнообразный состав минералов является изоморфизм, способность одних элементов замещать другие в структуре минералов без изменения самой структуры. Замещение может быть изовалентным, если элементы одинаковой валентности замещают друг друга или гетеровалентным, когда замещающие ионы имеют различную валентность.

Важную роль в составе минералов играет вода и гидроксильные группы, в зависимости от положения которых в кристаллической структуре различают воду: 1) конституционную; 2) кристаллизационную и 3) адсорбционную. 1-ая связана со структурой минералов теснее всего и входит в состав многих силикатов, окислов и кислородных солей в виде ОН — . 2-ая — занимает крупные полости в структуре алюмосиликатов и при нагревании постепенно отделяется. 3-ий тип воды отделяется от минералов при нагревании до 110°С и является самой распространенной разновидностью.

Минералы чаще всего образуют срастания или агрегаты, в каждом из которых отдельные минералы характеризуются внешним обликом – размером и формой выделения. Если минерал хорошо огранен он называется идиоморфным, а если обладает направленными очертаниями – ксеноморфным.

По своему происхождению минералы подразделяются на эндогенные (эндо – греч., внутри), связанные с земной корой и мантией и экзогенными (экзо – греч., снаружи), образующиеся на поверхности земной коры.

2. Горные породы

Строение горных пород характеризуется структурой и текстурой. Структура определяется состоянием минерального вещества, слагающего породу (кристаллическое, аморфное, обломочное), размером и формой кристаллических зерен или обломков, входящих в ее состав, их взаимоотношениями.

Под текстурой породы понимают расположение в пространстве слагающих ее минеральных агрегатов или частиц горной породы (кристаллических зерен, обломков и др.). Выделяют плотную и пористую текстуры, однородную или массивную и ориентированную (слоистую, сланцеватую и др.). В основу классификации горных пород положен генетический признак. По происхождению выделяют:

1) магматические, или изверженные, горные породы, связанные с застыванием в различных условиях силикатного расплава — магмы и лавы;

2) осадочные горные породы, образующиеся на поверхности в результате деятельности различных экзогенных факторов;

3) метаморфические горные породы, возникающие при переработке магматических, осадочных, а также ранее образованных метаморфических пород в глубинных условиях при воздействии высоких температур и давлений, а также различных жидких и газообразных веществ (флюидов), поднимающихся с глубины.

Магматические горные породы наряду с метаморфическими слагают основную массу земной коры, однако на современной поверхности материков области их распространения сравнительно невелики. В земной коре они образуют тела разнообразной формы и размеров, состав и строение которых зависит от химического состава исходной магмы и условий ее застывания. В основе классификации магматических горных пород лежит их химический состав. Учитывается прежде всего содержание оксида кремния, по которому магматические породы делятся на четыре группы: ультраосновные породы, содержащие менее 45 % SiO2 , основные — 45-52%, средние -52-65 % и кислые — более 65 %.

В зависимости от условий, в которых происходило застывание магмы, магматические породы делятся на ряд групп: породы глубинные, или интрузивные, образовавшиеся при застывании магмы на глубине, и породы излившиеся, или эффузивные, связанные с охлаждением магмы, излившейся на поверхность, т.е. лавы.

Ультраосновные породы (гипербазиты, или ультрамафиты) в строении земной коры играют незначительную роль, причем наиболее редки эффузивные аналоги этой группы (пикриты и коматииты). Все ультраосновные породы обладают большой плотностью (3,0-3,4), обусловленной их минеральным составом.

Основные породы широко распространены в земной коре, особенно их эффузивные разновидности (базальты).

Габбро — глубинные интрузивные породы с полнокристаллической средне- и крупнозернистой структурой.

Базальты — черные или темно-серые вулканические породы. Базальты залегают в виде лавовых потоков и покровов, нередко достигающих значительной мощности и покрывающих большие пространства (десятки тысяч км 2 ) как на континентах, так и на дне океанов.

Средние породы характеризуются большим содержанием светлых минералов, чем цветных, из которых наиболее типична роговая обманка. Такое соотношение минералов определяет общую светлую окраску породы, на фоне которой выделяются темно-окрашенные минералы.

Диориты — глубинные интрузивные породы, обладающие полнокристаллической структурой. Излившимися аналогами диоритов являются широко распространенные андезиты, обладающие обычно порфировой структурой.

Для всех кислых пород характерно наличие кварца. Кроме того, в значительных количествах присутствуют полевые шпаты — калиевые и кислые плагиоклазы.

Граниты — глубинные интрузивные породы, обладающие полнокристаллической, обычно среднезернистой, реже крупно- и мелкозернистой структурой. Породообразующие минералы — кварц (около 25-35 %), калиевые полевые шпаты (35-40 %) и кислые плагиоклазы (около 20-25 %), из цветных минералов — биотит, в некоторых разностях частично замещающийся мусковитом. Излившимся аналогом гранитов являются риолиты, аналогами гранодиоритов — дациты.

Осадочные горные породы. На поверхности Земли в результате действия различных экзогенных, т.е. внешних, факторов образуются осадки, которые в дальнейшем уплотняются, претерпевают физико-химические изменения — диагенез, и превращаются в осадочные горные породы, тонким чехлом покрывают около 75 % поверхности континентов. Многие из них являются полезными ископаемыми, другие — содержат таковые.

Среди осадочных пород выделяются три группы:

1) обломочные породы, возникающие в результате механического разрушения каких-либо пород и накопления образовавшихся обломков;

2) глинистые породы, являющиеся продуктом преимущественно химического разрушения пород и накопления возникших при этом глинистых минералов;

3) химические (хемогенные) и органогенные породы, образовавшиеся в результате химических и биологических процессов. Обломочные породы по размерам обломков подразделяются на несколько типов.

Грубообломочные породы. В зависимости от формы и размеров обломков среди пород этого гранулометрического типа выделяются следующие: глыбы и валуны — соответственно угловатые и окатанные обломки размером свыше 200 мм в поперечнике; щебень и галька — при размерах обломков от 200 до 10 мм; дресва и гравий — при размерах обломков от 10 до 2 мм.

Грубообломочные породы, представляющие собой сцементированные неокатанные обломки, называются брекчиями и дресвяниками, сцементированные окатанные обломки — конгломератами и гравелитами.

К среднеобломочным породам относятся распространенные в земной коре пески и песчаники. Первые представляют собой скопление несцементированных окатанных обломков песчаной размерности, вторые — таких-же, но сцементированных.

Мелкообломочные породы. Рыхлые скопления мелких частиц размерами от 0,05 до 0,005 мм называют алевритами. Одним из широко распространенных представителей алевритов является лесс — светлая палево-желтая порода, состоящая преимущественно из остроугольных обломков кварца и меньше — полевых шпатов с примесью глинистых частиц и извести.

Глинистые породы. Наиболее распространенными осадочными породами являются глинистые, на долю которых приходится больше 50 % объема всех осадочных пород. Глинистые породы в основном состоят из мельчайших (меньше 0,02 мм) кристаллических (реже аморфных) зерен глинистых минералов.

Химические и органогенные породы образуются преимущественно в водных бассейнах. На долю карбонатных пород в осадочной оболочке Земли приходится около 14 %. Главный породообразующий минерал этих пород — кальцит, в меньшей степени — доломит. Соответственно, наиболее распространенными среди карбонатных пород являются известняки — мономинеральные породы, состоящие из кальцита.

Кремнистые породы состоят главным образом, из опала и халцедона. Так же, как карбонатные, они могут иметь биогенное, химическое и смешанное происхождение.

К биогенным породам относятся диатомиты и радиоляриты, состоящие из мельчайших, не различимых невооруженным глазом скелетных остатков диатомовых водорослей и радиолярий, скрепленных опаловым цементом.

Метаморфические горные породы — результат преобразования пород разного генезиса, приводящего к изменению первичной структуры, текстуры и минерального состава в соответствии с новой физико-химической обстановкой. Главными факторами (агентами) метаморфизма являются эндогенное тепло, всестороннее (литостатическое) давление, химическое воздействие флюидов. Постепенность нарастания интенсивности факторов метаморфизма позволяет наблюдать все переходы от первично осадочных или магматических пород к образующимся по ним метаморфическим породам. Метаморфические породы обладают полнокристаллической структурой. Размеры кристаллических зерен, как правило, увеличиваются по мере роста температур метаморфизма.

Библиография

1. Аллинсон А., Палмер Д. Геология. М., Мир, 1984.

2. Короновский Н.В. Общая геология. Издательство Московского университета, 2002.

3. Почтарев В.И., Михлин Б.З. Тайна намагниченной Земли. М., Педагогика, 1986.

Читайте также: