Темы рефератов по геохимии
Обновлено: 04.07.2024
Большие скопления самородной серы встречаются не так уж часто. Чаще она присутствует в некоторых рудах. Руда самородной серы — это порода с вкраплениями чистой серы.
Пока нет однозначного ответа на вопрос о том, образовались ли эти вкрапления одновременно с сопутствующими породами или позже. Существует несколько теорий, авторы которых придерживаются противоположных взглядов.
Содержание
1. Происхождение серы. Получение серы…………. ……………………………2
2. История открытия элемента……………………………………………………..5
3. Основные свойства серы………………………………….………..……………6
3.1. Общие сведения…………………………………………………..…………6
3.2. Физические и химические свойства серы………………………………….8
4. Основные сферы применения серы……………………………………………14
5. Список литературы……………………………………………………………. 12
Работа содержит 1 файл
Копия реферат по геохимии.doc
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Институт геологии и геоинформатики
Кафедра промысловой геологии
1. Происхождение серы. Получение серы…………. ……………………………2
2. История открытия элемента…………………………………………………….. 5
3.2. Физические и химические свойства серы………………………………….8
4. Основные сферы применения серы……………………………………………14
1. Происхождение серы. Получение серы.
Большие скопления самородной серы встречаются не так уж часто. Чаще она присутствует в некоторых рудах. Руда самородной серы — это порода с вкраплениями чистой серы.
Пока нет однозначного ответа на вопрос о том, образовались ли эти вкрапления одновременно с сопутствующими породами или позже. Существует несколько теорий, авторы которых придерживаются противоположных взглядов.
Теория сингенеза (то есть одновременного образования серы и вмещающих пород) предполагает, что образование самородной серы происходило в мелководных бассейнах. Особые бактерии восстанавливали сульфаты, растворенные в воде, до сероводорода, который поднимался вверх, попадал в окислительную зону и здесь химическим путем или при участии других бактерий окислялся до элементарной серы. Сера осаждалась на дно, и впоследствии содержащий серу ил образовал руду.
Теория эпигенеза (вкрапления серы образовались позднее, чем основные породы) имеет несколько вариантов. Самый распространенный из них предполагает, что подземные воды, проникая сквозь толщи пород, обогащаются сульфатами. Если такие воды соприкасаются с месторождениями нефти или природного газа, то ионы сульфатов восстанавливаются углеводородами до сероводорода. Сероводород поднимается к поверхности и, окисляясь, выделяет чистую серу в пустотах и трещинах пород.
Теория метасоматоза (одна из разновидностей теории эпигенеза) в последние десятилетия находит все новые подтверждения. Согласно ей в недрах постоянно происходит превращение гипса CaSO4-H2O и ангидрида CaSO4 в серу и кальцит СаСО3. Эта теория создана в 1935 году советскими учеными Л. М. Миропольским и Б. П. Кротовым. В ее пользу говорит то, что на месторождении Мишрак (Ирак) сера заключена в карбонатных породах, которые образуют свод, поддерживаемый уходящими вглубь опорами. Опоры состоят в основном из ангидрита и гипса. Такая же картина наблюдалась на отечественном месторождении Шор-Су. Геологическое своеобразие этих месторождений можно объяснить только с позиций теории метасоматоза: первичные гипсы и ангидриды превратились во вторичные карбонатные руды с вкраплениями самородной серы.
Важно не только соседство минералов — среднее содержание серы в руде этих месторождений равно содержанию химически связанной серы в ангидрите. А исследования изотопного состава серы и углерода в руде этих месторождений дали сторонникам теории метасоматоза дополнительные аргументы.
В основном серу получают из самородных руд, а так же путем окисления H2S или восстановления SO2. Из руд серу получают 6 способами:
геотехнологический метод переработки заключается в выплавке элемента, находящегося в недрах Земли, без подъема руды на поверхность (т.е. в серосодержащий пласт подают под давлением по трубам водяной пар и сжатым воздухом расплавленную серу поднимают на поверхность);
термический метод - серу либо выплавляют из дробленой руды в камерных печах, либо возгоняют во вращающихся печах;
экстракционный метод состоит в извлечении серы из руд сероуглеродом;
пароводяной метод - дробленая руда обрабатывается в автоклавах острым паром;
флотационные методы - обогащение руд и последующее извлечение серы пароводяным методом;
методом флокуляции концентрат поступает а плавильник, оттуда во флокулятор, где к образовавшейся суспензии добавляют коагулянт (высококипящая жидкость, содержащая воду), затем флокулы пустой породы отделяют от жидкой серы.
Так же серу получают из H2S и природных газов следующим методом:
извлекают H2S из газа щелочными растворами;
затем перерабатывают десорбированный H2S методом контактного окисления - часть H2S окисляется до SO2 (сгорание);
далее смесь H2S и SO2 реагирует на слое боксита при 270-300 °С, давая серу и Н2О;
в процессе сухой очистки газ H2S на фильтре с активированным углем окисляется при 40 °С до серы и Н2О.
Так же серу получают и из SO2. Серу, выплавленную из самородных руд называют природной комовой; полученную из H2S и SO2 - гaзовой комовой; природную комовую, очищенную перегонкой – рафинированной; сконденсированную из паров выше температуры плавления и разлитую из жидкого состояния в формы – черенковой; сконденсированную в твердое состояние -серным цветом. Высокодисперсную серу называют коллоидной.
2. История открытия элемента.
С запахом горящей серы, удушающим действием сернистого газа и отвратительным запахом сероводорода человек познакомился, вероятно, еще в доисторические времена. Сера издавна использовалась человечеством и как лекарственное средство, и как атрибут в мистических ритуалах. Первые упоминания о ее практическом использовании датируются 2000 г. до н. э. Греки и римляне разрабатывали месторождения серы для получения сернистого ангидрида, газа, используемого для отбеливания тканей. Так же порошок из серы использовали при лечении кожных заболеваний и для изготовления косметики. В античном мире считалось, что голубое пламя и специфический запах могут отгонять злых духов; христиане же наоборот, считали серу свидетельством присутствия злых сил.
Элементарную природу серы установил в конце 70-х годов XVIII века французский химик А. Л. Лавуазье и включил её в список неметаллических простых тел (1789). В 1822 Э. Мичерлих обнаружил аллотропию серы.
3. Основные свойства серы.
3.1. Общие сведения.
Сера (Sulfur), S - химический элемент
IV группы периодической системы Менделеева; атомный номер – 16;
атомная масса – 32, 066;
относится к халькогенам.
Природная сера состоит из четырех стабильных изотопов:
Так же получены искусственные
радиоактивные изотопы 31S (T1/2 = 2,4 сек), 35S (T1/2 = 87,1 cyток), 37S (T1/2 = 5,04 мин). Сера является высокоотрицательным элементом, проявляющим неметаллические свойства.
Цвет - серно-желтый, желто-оранжевый, желто-бурый, серовато-желтый, серовато-бурый.
Блеск - на поверхности излома жирный, на гранях алмазный.
Прозрачность -мутная, просвечивающая, прозрачная.
Черта - серно-желтая, соломенно-желтая.
Твердость - 2.
Плотность 2—2,1.
Излом -раковистый, минерал очень хрупок.
Сингония - ромбическая.
Форма кристаллов - пирамида или притупленная пирамида.
Спайность - несовершенная.
Конфигурация внешней электронной оболочки атома 3s2 3р4 , наиболее характерные степени окисления - 2, +4, +6; :
Размещение электронов по
орбиталям (последний слой)
Энергии ионизации при последовательном переходе от S0 к S6+ равны соответственно 10,3601, 23,35, 34,8, 47,29, 72,5, 88,0 эВ; сродство к электрону 2,0772 эВ; электроотрицательность по Полингу 2,58; атомный радиус 0,104 нм. Ионные радиусы в нм: S2- 0,170 (6), S4+ 0,051 (6), S6+ 0,026 (4). Сера является 16 по химической распространенности элементом, среднее содержание в земной коре 0,05 % по массе, в воде морей и океанов 0,09%. Основная масса серы в виде сульфидов металлов находится в мантии Земли на глубине 1100-1400 км. Она встречается в свободном и связанном виде.
Сера в обычных условиях имеют различный цвет. Окраска этих веществ обусловлена способностью поглощать какую-то часть спектра белого света. В результате этого они окрашены в какой-нибудь дополнительный (к цвету поглощения лучей) цвет. Дополнительными, или взаимокомпенсирующими, до белого цвета являются следующие пары цветовых сочетаний: красный — голубой, желтый — синий, зеленый — пурпурный и т. д. “Вычитание” какого-либо цвета из белого дает дополнительную окраску вещества. Так, ромбическая сера поглощает синий цвет, поэтому она окрашена в желтый, кристаллический моноклинный селен красного цвета, так как поглощает голубой.
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
Геохимическая характеристика ландшафта
2. Местоположение:
3. Особенности влияния природных условий, биогенной, физико-химической и других видов миграции на геохимию ландшафта.
4. Состав коры выветривания, почв, поверхностных и подземных природных вод.
5. Классификационное положение и пространственная дифференциация ландшафтов.
6. Систематика геохимических ландшафтов
7. Геохимическая формула
8. Влияние геохимии ландшафта на биоту и здоровье человека.
9. Используемая литература.
Под ландшафтом понимается конкретная территория, однородная по происхождению и истории развития, обладающая единым геологическим основанием, однотипным рельефом, единообразным сочетанием почв и растительности и отличающаяся от других территорий структурой, характером взаимосвязи и взаимодействия между отдельными компонентами этой территории. По определению А. И. Перельмана, ландшафт – это сложная неравновесная система, в которой происходит взаимодействие и взаимопроникновение элементов между породой, почвой, водами, воздухом, живыми организмами.
Геохимические особенности ландшафтов определяются миграцией атомов, и в основу классификации положены особенности миграции химических элементов, а также понятие об элементарном ландшафте, введенное в науку Б. Б. Полыновым в 1926 г. Элементарный ландшафт приурочен к определенному элементу рельефа, однородной породе, почве и одному типу растительности.
От того, как протекает бик (биологический круговорот), сколько органического вещества образуется в ландшафте, каков его состав, с какой скоростью оно разлагается, зависит формирование ландшафтов. По соотношению важнейших параметров бика – биомассы (Б) и ежегодной продукции (П) выделяются – 5 группы ландшафтов. Группы разделяются на типы по величине ежегодной продукции живого вещества и скорости разложения органических остатков.
Тип ландшафта по классификации подразделяют на подтипы в соответствии с подтипами почв и подклассами растительности. Например, таежный тип образован подтипами северотаежных, среднетаежных, южно-таежных ландшафтов.
2. Местоположение:
Таежный тип ландшафта образует единую таежную зону от западных до восточных границ в России и Канаде.
3. Особенности влияния природных условий, биогенной, физико-химической и других видов миграции на геохимию ландшафта.
Разведка и освоение нефтяных и газовых месторождений сопровождается отчуждением земель, загрязнением их сточными буровыми водами. Радиус загрязняющего воздействия одной буровой скважины простирается более чем на 2 км. Вредные вещества накапливаясь во мхах и лишайниках, с талыми водами попадают в реки и озёра, ухудшая их рыбохозяйственное значение. Следует выделить основные виды техногенных воздействий, связанных с добычей нефти, а именно: нефтяные загрязнения, газовые потоки, сточные воды, включая поверхностные и подземные; механические воздействия на элементы ландшафта; вторичные посттехногенные процессы.
Базовым объектом при становлении алмазодобывающей промышленности на Европейском Севере России является месторождение алмазов им. М. В. Ломоносова. Его разработка будет сопровождаться нарушением литологической основы ландшафта, изменением гидрологических характеристик водотоков, находящихся в районе месторождения, воздействием на подземные воды. В целом основные факторы воздействия на компоненты окружающей среды сводятся к следующему:
- пылевые выбросы при открытых горных выработках, загрязняющие атмосферный воздух и образующие контрастные и значительные по площади техногенные аномалии в почвах;
- дефляция и размыв отвалов хвостов обогатительных фабрик, образующие интенсивные потоки рассеяния в водных системах и сравнительно локальные техногенные ареалы в почвах;
- водоотливы из подземных горных выработок и карьеров, образующие интенсивные и протяженные потоки рассеяния в водных системах;
- стоки обогатительных фабрик после очистных сооружений, загрязняющие водные системы.
К числу важнейших проблем, связанных с таёжными районами России относятся:
- быстрое уничтожение массивов естественной тайги, являющихся последними территориями, где сохраняется естественное таежное биологическое разнообразие и многие другие элементы естественных таежных ландшафтов;
- отсутствие эффективной лесной охраны, и, как следствие, большое количество лесных пожаров, уничтожающих в таежных лесах Севера ежегодно значительные площади лесов;
- эрозия и заболачивание вырубок, что связанно с большим размером вырубаемых площадей, применением тяжелой лесозаготовительной техники, отсутствием мер по эффективному лесовосстановлению;
- засорение рек, использовавшихся в прошлом для сплава древесины, утонувшими бревнами и другими древесными отходами;
- уничтожение значительной части лесов вдоль берегов таежных рек, и в результате – эрозию склонов речных долин, загрязнение вод смываемой с лесосек почвой, изменение водного режима рек и озер;
- резкое сокращение биологического разнообразия многих таежных территорий, сокращение численности многих видов растений и животных, в результате интенсивных рубок оказавшихся на грани уничтожения;
- многократное сокращение численности многих охотничье-промысловых видов животных;
- фрагментацию крупных массивов дикой природы на множество мелких частей, разделенных дорогами, населенными пунктами, различными линиями коммуникаций, и в результате – нарушение естественных путей миграций многих видов животных, нарушение целостности популяций и снижение их жизнеспособности;
- загрязнение больших таежных территорий свалками промышленных отходов, токсическими (например, при падении нижних ступеней запускаемых ракет) и радиоактивными отходами.
4. Состав коры выветривания, почв, поверхностных и подземных природных вод.
1) Кора выветривания
Континентальная геологическая формация, образующаяся на земной поверхности в результате выветривания горных пород, называется корой выветривания. Продукты изменения, оставшиеся на месте своего первичного залегания, называют остаточной корой выветривания, а перемещённые на небольшое расстояние, но не потерявшие связи с материнской породой - переотложенной корой выветривания. Некоторые геологи к коре выветривания относят продукты размыва и переотложения почв и остаточной коры выветривания, именуя их аккумулятивной корой выветривания (пролювий, делювий и т. д.). По форме залегания различают площадную кору выветривания, перекрывающую плащом коренные породы (мощность - десятки см - первые десятки м), и линейную, вытянутую в одном направлении и проникающую в глубь коренной породы по трещинам (выклиниваются на глубине нескольких десятков м от поверхности Земли, реже достигают глубины 100-200-1500 м).
Изверженные и метаморфические породы и их коры выветривания находятся в пределах ландшафта и во многом определяют его геохимические особенности. Выделяются виды на древней коре выветривания, на гранитоидах, на пегматитовых полях и др. Эту группу видов предложили именовать - мурзинскими ландшафтами (по селу Мурзинка — центру древнего горного промысла, где в примитивных копях начиная с XVII в. шла добыча драгоценных камней из пегматитовых жил. В Мурзинке изучал пегматиты А.Е. Ферсман).
Таежно-лесные ландшафты образуют обширный пояс в северном полушарии, тянущийся с запада на восток в Евразии и Северной Америке.
Таежные леса располагаются в умеренном климатическом поясе. Климатические условия огромной территории таежного пояса различны, но, в целом, климат характеризуется довольно большими сезонными колебаниями температуры, умеренно холодной или холодной зимой (со средней температурой января –10… –30° С), относительно прохладным летом (со среднемесячной температурой, близкой к +14…+16° С) и преобладанию суммы атмосферных осадков над испарением. В наиболее холодных районах таежного пояса (восточнее Енисея в Евразии, на севере Канады и на Аляске в Северной Америке) – многолетняя мерзлота, но почва оттаивает летом на глубину от 50 до 250 см, поэтому мерзлота не мешает росту деревьев с неглубокой корневой системой. Эти климатические условия обуславливают промывной тип водного режима на территориях, не скованных многолетней мерзлотой. В районах с многолетней мерзлотой промывной режим нарушается.
Преобладающий тип растительности зоны – хвойные леса, иногда с примесью лиственных пород деревьев. На самом юге таежной зоны местами распространены чистые лиственные леса. Около 20% всей площади таежной зоны занимает болотная растительность, площади под лугами невелики. Биомасса хвойных лесов значительна (1000–3000 ц/га), однако опад составляет лишь несколько процентов от биомассы (30–70ц/га).
Значительная часть лесов Европы и Северной Америки уничтожена, поэтому почвы, образовавшиеся под воздействием лесной растительности, уже длительное время находятся в условиях безлесных, измененных человеком ландшафтов.
Таежная зона неоднородна: лесные ландшафты разных районов существенно отличаются условиями почвообразования.
В отсутствие многолетней мерзлоты на хорошо водопроницаемых песчаных и супесчаных почвообразующих породах образуются разные виды подзолистых почв. Строение профиля этих почв:
А 0 – лесная подстилка, состоящая из опада хвои, остатков деревьев, кустарников и мхов, находящихся на разных стадиях разложения. Внизу этот горизонт постепенно переходит в рыхлую массу грубого гумуса, в самом низу частично смешанным с обломочными минералами. Мощность этого горизонта от 2–4 до 6–8 см. Реакция лесной подстилки сильно кислая (рН = 3,5–4,0). Ниже по профилю реакция становится менее кислой (рН увеличивается до 5,5–6,0).
А 2 – элювиальный горизонт (горизонт вымывания), из которого в нижние горизонты вынесены все более или менее подвижные соединения. В этих почвах этот горизонт называется подзолистым . Песчаный, легко рассыпающийся, вследствие вымывания бледно-серого, почти белого цвета. Несмотря на небольшую мощность (от 2–4 см на севере и в центре до 10–15 см на юге таежной зоны), этот горизонт резко выделяется в почвенном профиле благодаря своему цвету.
В – ярко коричневый, кофейный или ржаво-бурый иллювиальный горизонт, в котором преобладает вмывание, т.е. осаждение соединений тех химических элементов и мелких частиц, которые были вымыты из верхней части почвенной толщи (главным образом, из подзолистого горизонта). С глубиной в этом горизонте убывает ржаво-бурый оттенок и постепенно переходит в почвообразующую породу. Мощность 30–50 см.
С – почвообразующая порода, представленная серым песком, щебнем и валунами.
Мощность профиля этих почв постепенно увеличивается с севера на юг. Почвы южной тайги имеют такое же строение, как и почвы северной и средней тайги, но мощность всех горизонтов у нее больше.
В Евразии подзолистые почвы распространены только в части таежной зоны к западу от Енисея. В Северной Америке подзолистые почвы распространены в южной части зоны тайги. Территория восточнее Енисея в Евразии (Центральная и Восточная Сибирь ) и северная часть таежной зоны в Северной Америке (северная часть Канады и Аляска ) характеризуются сплошной многолетней мерзлотой, а также особенностями растительного покрова. Здесь формируются кислые бурые таежные почвы (подбуры), иногда называемые мерзлотно-таежными ожелезненными почвами.
Для этих почв характерен профиль с верхним горизонтом, сложенным грубым гумусом, и отсутствие осветленного горизонта вымывания, свойственного подзолистым почвам. Мощность профиля небольшая (60–100 см), он слабо дифференцирован. Как и подзолистые, бурые таежные почвы образуются в условиях замедленного биологического круговорота и небольшой массы растительного годового опада, который почти полностью поступает на поверхность. В результате замедленного преобразования растительных остатков и промывного режима на поверхности образуется оторфованная темно-коричневая подстилка, из органического вещества которой вымываются легкорастворимые гумусовые соединения. Эти вещества осаждаются по всему почвенному профилю в виде гумусово-оксидножелезистых соединений, в результате чего почва приобретает бурый, иногда охристо-бурый цвет. Содержание гумуса вниз по профилю уменьшается постепенно (под подстилкой гумуса содержится 8–10%; на глубине 50 см около 5%, на глубине 1 м 2–3%).
Зарегулированность стока рек в некоторых районах тайги усиливается из-за обилия крупных и мелких по площади озер, имеющих моренное, термокарстовое и тектоническое происхождение. Особенно много озер в местах, подвергавшихся последнему (на Русской равнине – валдайскому) оледенению. В таких районах, как Карелия, реки нередко берут начало из озер, протекают через озера и впадают в озера, так что порой бывает трудно определить, где заканчивается река и где начинается озеро. Естественно, что у подобных озерных рек нет ни высокого весеннего половодья, ни низкой летней или зимней межени. Находясь в области положительного баланса влаги, озера тайги содержат пресную воду.
Тайга богата не только поверхностными, но и неглубоко залегающими грунтовыми водами. Они часто носят характер верховодки и используются для водоснабжения населенных пунктов при помощи неглубоких колодцев. Вследствие сильного увлажнения почвогрунтов и выноса из них карбонатов кальция в тайге формируются местные, зональные гидрокарбонатнокальциевые грунтовые воды. Концентрация солей в них, например на Русской равнине, колеблется в пределах от 0,1 до 1,0 г/л. Близкое к поверхности залегание этих вод часто ведет к загрязнению их органическими соединениями и в ряде случаев делает непригодными для питья. К тому же зональные грунтовые воды тайги необильны и не имеют сколько-нибудь серьезного значения как источник водоснабжения. Более обильны и лучше по качеству азональные грунтовые воды, заключенные в толщах аллювиальных и флювиогляциальных песков и в карстующихся породах.
Неглубокое, близкое к поверхности залегание грунтовых вод и влажный климат обусловливают широкое распространение болот. Болота – такая же неотъемлемая часть ландшафта тайги, как и незаболоченные хвойные леса. Наиболее характерны для тайги верховые (олиготрофные) выпуклые торфяники со значительными толщами сфагнового торфа, отличающегося высокой калорийностью и малой зольностью. На юге тайги площадь верховых болот сокращается, здесь становится больше переходных болот. Хозяйственное значение торфа не ограничивается его использованием на топливо. Торф применяют для удобрений полей, используют на подстилку скоту и птице.
Определение особенностей химического состава атмосферы и гидросферы Земли. Рассмотрение основных внешних факторов миграции – температуры и давления среды миграции, роли концентрации и закона действующих масс. Анализ геохимии гидротермального процесса.
| Рубрика | Химия |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 29.02.2016 |
| Размер файла | 447,5 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
Институт Природных Ресурсов
Кафедра Геологии и разведки полезных ископаемых
по дисциплине Общая геохимия
Выполнил студент гр з-213А Тажибаев Д.Б
Проверил доцент кафедры ГРПИ Новоселов Н.Л
атмосфера гидротермальный миграция температура
1. Химический состав атмосферы и гидросферы Земли
1.1 Химический состав атмосферы Земли
1.2 Химический состав гидросферы Земли
2. Внешние факторы миграции - температура и давление среды миграции, роль концентрации и закона действующих масс
3. Геохимия гидротермального процесса
1. Химический состав атмосферы и гидросферы Земли
1.1 Химический состав атмосферы Земли
Атмосфера Земли- это мощная газовая оболочка Земли, доходящая вплоть до ядра и плавно переходящая в межзвездное пространство.
Газы земных недр
Состав сухого воздуха
Содержание по объёму, %
Содержание по массе, %
Другие газы и аэрозоли
CH4, N2O, SO2, Rn (ппр - 3,8 сут), Tn (54,5 сек).
Металлы: Hg, I, Br, K, Cs, Rb, Cr, Zn, Cu, As, Sb, Na, Cd и др.
Воздух - среда миграции многих химических элементов и их соединений (ионы, коллоиды, аэрозоли, пыль), микроорганизмов.
Отмечается изменение соcтава воздуха:
от воздействия техносферы
Происхождение и эволюция атмосферы
Эволюция атмосферы неотделима от эволюции Земли, литосферы, гидросферы, биосферы, а в последнее время и ноосферы.
Состав Земной атмосферы уникален.
Первичный состав атмосферы:
преобладали CH4, NH3 Атмосфера была
присутствовали H2, H2O, CO, CO2, HCl и др. восстановительной
На восстановительный характер атмосферы указывает отсутствие красноцветов древнее 2 млрд.лет.
Причины эволюции атмосферы:
1. Аккреция вещества межпланетного пространства (проекты преобразования Марса);
2. Выделение газов при остывании расплавов (например, вулканизм);
3. Химическое взаимодействие газов всех геосфер;
4. Биогенные процессы;
5. Диссоциация газов под действием излучения;
6. Ноосферные (техносферные) процессы.
Огромна роль во всех эндогенных процессах:
транспортировка вещества (флюиды)
формирование геохимических барьеров
4 типа газов в подземной атмосфере (по В.В. Белоусову, 1937):
Газы биохимического происхождения (СН4, СО2, N2, H2S, H2, O2, тяжелые углеводороды) - торф, уголь, газ, нефть
Газы воздушного происхождения - поры
Газы химического происхождения при процессах происходящих в недрах (метаморфизм, магматизм) -H2S, СО2, СН4,N2, H2, CO, HCl, HF, NH3, SO2, Cl, и др.
Газы радиоактивного происхождения - Rn, Tn, He, Ar.
1.2 Химический состав гидросферы Земли
Гидросфемра (от др.-греч. ?дщс -- вода и уцб?сб -- шар) -- водная оболочка Земли. Её принято делить на Мировой океан, континентальные поверхностные воды и подземные воды.
Общий объём воды на планете около 1,533 млн кубических километров (по измерению в 2013 г.). Масса гидросферы - примерно 1,46·1021 кг. Это в 275 раз больше массы атмосферы, но лишь 1/4000 от массы всей планеты.
Большая часть воды сосредоточена в океане, намного меньше - в ледниках, континентальных водоёмах и подземных водах. Солёные океанические воды составляют 96,4 % объёма гидросферы, воды ледников - 1,86 %, подземные воды - 1,68 %, а поверхностные воды суши - немногим более 0,02 %.
Океаны покрывают около 71 % земной поверхности. Средняя их глубина составляет 3800 м. Океаническую кору слагают осадочный и базальтовый слои. В водах Мирового океана растворены соли (в среднем 3,5 %) и ряд газов. В частности, верхний слой океана содержит 140 трлн тонн углекислого газа и 8 трлн тонн кислорода.
Поверхностные континентальные воды занимают лишь малую долю в общей массе гидросферы, но тем не менее играют важнейшую роль в жизни наземной биосферы, являясь основным источником водоснабжения, орошения и обводнения. Сверх того эта часть гидросферы находится в постоянном взаимодействии с атмосферой и земной корой.
Воду, которая находится в твёрдом состоянии (в виде ледников, снежного покрова и в вечной мерзлоте), объединяют под названием криосферы. Переходы воды из одних частей гидросферы в другие составляют сложный круговорот воды на Земле.
Гидросфера перекрывается с биосферой по всей своей толще, но наибольшая плотность живого вещества приходится на поверхностные прогреваемые и освещаемые Солнцем слои, а также прибрежные зоны.
Принято считать, что именно в гидросфере зародилась жизнь на Земле. Лишь в начале палеозойской эры начался постепенный выход животных и растений на сушу.
Основные особенности воды
1. Диссоциация воды:
Обладает свойствами кислот и щелочей. Самый мощный растворитель
2. Вода гидросферы непрерывно движется, развивается и обновляется.
Периоды полного обновления:
Атмосфера - 10 суток
Ледники -8,5 тыс лет
Океан - 3 тыс лет
При этом перемещаются огромные массы солей, минеральных веществ, органики, металлов, газов.
Sводной поверхности=360,8 млн км2
Нсредняя = 3,8 км
Основные черты геохимии:
2. Средняя соленость S = 35%є или 35г/кг (Черное море - 18 г/кг; Красное море - 40-60 г/кг; Мертвое море - до 300 г/кг)
3. S=0,03+1,805 ССl (по М.Кнудсену) - средняя хлорность - 19%є
4. Плотность 1,025 г/см3
5. Основные анионы: Cl-, SO42-, HCO3-, CO32-,
Катионы: Na+, Mg2+, Ca2+, K+, Sr2+
6. Морская вода содержит все химические элементы. Ресурсы химических элементов в воде огромны: Au - 5,2 млн. тонн (ежегодно добывается около 2300 т)
Se - 52 млн. тонн
U - 4 млрд. тонн (ежегодно добывается более 50 тыс.т)
7. Газовый состав морских вод: N2, O2, CO2, H2S и др.
525 тыс км3 ежегодно проходят через атмосферу
pH = 6 (дождевые воды) - слабокислые (кислотные дожди)
Минерализация до 100 мг/л (до 0,1%є )
Атмосферные воды - главный компонент поверхносных и подземных вод континентов
Известно, что почти три четверти земной поверхности покрыты водами океана. По своему составу морская вода является водным раствором неорганического электролита. Происхождение вод мирового океана и содержащихся в них солей представляет собой весьма интересный вопрос.
В установлении химического состава воды океана в прошлом большую пользу могут оказать палеонтологические исследования. Если судить по имеющимся в настоящее время данным, то физические и химические свойства океана, по-видимому, в течение геологического времени существенно не менялись. Этот вывод обосновывается тем, что биологические виды прошлого более или менее сходны с современными видами.
Геохимическое решение этой проблемы заключается в попытке сопоставления количества состава эродированных изверженных и осадочных горных пород с количеством и составом растворенных в океане солей. Однако существуют трудности в объяснении содержания в морской воде и осадочных породах колоссальных количеств таких анионов, как карбонатный, хлоридный и сульфатный. Эрозией изверженных пород невозможно объяснить присутствие в современном океане многих летучих, и большая часть таких элементов, как C, CI, S, N, B, Br, F и т.д., содержащихся в современном океане и связанных в осадочных породах, должна поступать из внутренних частей Земли.
Вероятно, хлор, азот, сера и фтор поступали в виде HCI, NH3 , H2 S и HF; углерод в виде CH4 , CO И CO2 , а значительная часть кислорода в виде H2 O, СО2 и СО.
Каким же образом протекал этот процесс? Для того чтобы ответить на этот вопрос, необходимо рассмотреть некоторые условия образования Земли.
В соответствии с ранней гипотезой Земля первоначально была в расплавленном состоянии, и поэтому могла произойти частичная потеря летучих, но и большая их часть должна была сохраниться внутри Земли. Именно эта часть летучих поступает после охлаждения на поверхность Земли в виде постепенного непрерывного потока.
Если летучие были утеряны на начальной стадии образования, то рН первичного океана должен быть около 0,3 и столь сильно кислый раствор должен был легко растворять значительные количества изверженных пород. Как только концентрация Са 2+ , Mg 2+ , и СО 2- 3 в водном растворе достигла точек растворения кальцита и доломита, начали быстро осаждаться карбонаты. Вследствие этого из первичных атмосферы и гидросферы начала быстро извлекаться углекислота, что в конечном итоге привело к возникновению условий, пригодных для существования живых организмов.
Необходимо рассмотреть альтернативное допущение о постепенном формировании океана. Предположим, что исходное парциальное давление двуокиси углерода было ниже 1 атм и что общее атмосферное давление примерно на 10% больше современного. Тогда осаждение карбонатов должно было начаться к моменту эрозии около 240 х 10 20 г изверженных пород и по достижении рН примерно 5,7. В этом случае количество избыточных летучих в гидросфере не должно превышать 1/10 от современного их содержания из внутренних частей Земли. Параллельно кислород поступал и за счет жизнедеятельности живых организмов. Таким образом происходило постепенное формирование современной гидросферы.
Далее рассмотрим вопрос о поступлении воды за счет горячих источников. Считается, что водные пары горячих источников Йелоустонского парка содержат 10-15 % магматической воды, а горячие источники Айдахо – 2,5% ее. Но даже если бы содержание магматической воды в воде горячих источников было меньше 1%, то в течении 4,5 млрд. лет они могли бы выбросить достаточное количество воды для объяснения существования океана. По крайней мере, существование такой магматической воды поддерживает идею о том, что вода современного океана скопилась за счет постепенного поступления из внутренних частей Земли.
Существует еще одна точка зрения, выраженная Калпом [1951], что гидросфера могла сформироваться постепенно за счет поступления воды из внутренних частей Земли, после остывания ее поверхности до какой-то определенной температуры. Хотя температура более глубоких зон земной коры и мантии точно не известна, но, по-видимому, он не выше 1000 о С. при столь высокой температуре Н2 О не может входить в кристаллическую решетку каких бы то ни было минералов. Поэтому, подобно газу, газообразная Н2 О, мигрируя сквозь породы, терялась земной корой. Однако в отличие от газа при приближении воды к земной поверхности часть ее соединялась с веществом коры и образовала гидраты: остальная часть поступала в гидросферу и атмосферу.
Подобно многим, Ревель [1955] считал, что образование океана происходило постепенно. По его мнению, имеются доказательства того, что значительная часть океана возникла после позднего мезозоя. Присутствие плосковершинных морских гор, коралловых атоллов и гайотов на обширных территориях так называемого “андезитного пояса” Тихого океана указывает на опускание морского дня относительно уровня моря. Этому опусканию отвечает увеличение общего объема морской воды примерно на четверть современного объема вод океана. Другие доказательства возможности опускания морского дна в течении последних 100 млн. лет были получены при палеонтологических исследованиях ископаемой фауны в керне скважин, пройденных в Тихом океане. Кроме того, это высказывание подтверждают плосковершинные морские горы между Гавайскими островами и островами Вейк, поднимающимися с глубины 5000-6000 м ниже современного уровня моря.
Ревель отмечает, что ввиду резкого расцвета в позднем мезозое пелагических фораминифер возможно было значительное увеличение поступления двуокиси углерода из внутренних частей Земли, сопровождавшееся соответствующим увеличением поступления воды.
Для краткости плотность морской воды р выражается через , определяемую следующим образом:
При нормальном атмосферном давлении плотность морской воды зависит от температуры Т, солености S или хлорности CV. Взаимоотношения плотности и хлорности, при нормальных температуре и давлении выражаются формулой Кнудсена:
В таблице 1 даны значения коэффициента расширения морской воды при давлении, равном 1 атм.
Где S – соленость.
Таблица 1. Коэффициент теплового расширения морской воды при различных температуре и солености.
Читайте также: