Kurz 3 - Skladba CH MIN
Dokumenty
III. CHEMICKÉ A MINERALOGICKÉ ZLOŽENIE GLOBE 21% zemského povrchu patrí pevnine a 79% oceánom. Výpočet objemov to
Zaberajú kontinentálnu a oceánsku kôru majú iný pomer: kontinentálna a prechodná kôra a 79% a oceánska iba 21%. Tento pomer je dôležitým prvkom, ktorý sa berie do úvahy pri odhade celkového zloženia kôry.
Ako je známe v kôre, vznikajú chemické prvky, ktoré sa podľa presných zákonov kombinujú a vytvárajú minerály, ktoré sú zase spojené s tvorbou hornín.
Obr. 3.1. Periodická tabuľka prvkov (podrobnosti pozri - http://www.chemicool.com)
Horniny tvoria litologické jednotky, ktoré nakoniec tvoria rôzne typy mierok: kontinentálne,
prechodné a oceánske. Pre odhad chemického, mineralogického a petrografického zloženia kontinentálnej kôry boli
použili rôzne metódy, ale pri všetkých metódach sme vychádzali zo zloženia hornín, ktoré vystupujú na povrch kontinentov, az údajov z vrtov. Odhady odrážajú zloženie jeho horných vrstiev (sedimentárne a granitické jamy). Pre spodnú vrstvu (čadičovú) sa zloženie hodnotilo pomocou geofyzikálnych údajov.
Odhad zloženia oceánskej kôry sa tiež robil odlišne pre základné vrstvy. Zloženie sedimentárnej vrstvy bolo dobre určené vďaka vzorkám získaným bagrovaním z oceánskeho dna a bazaltová vrstva bola pôvodne študovaná geofyzikálnymi metódami, neskôr priamym štúdiom magmatitov na vulkanických ostrovoch a neskôr hĺbkovým morským vrtom. Podklad čadičovej vrstvy bol skúmaný iba geofyzikálne.
1. CHEMICKÉ ZLOŽENIE Zo 111 prvkov v Mendelevovej tabuľke je iba 90 prírodných a
týchto iba 12 dosahuje koncentrácie vyššie ako 0,1% (v hmotnostných percentách) a sú lepšie zastúpené v zložení stupnice (obr. 3.1; 3.2): O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K, Ti, H, P a Mn,
celkom 99,23% jeho chemického zloženia. Zvyšných 0,77% patrí ďalším 79 známym prvkom.
Ako je zrejmé z tabuľky, kyslík a kremík tvoria 72,4% chemického zloženia minerálov a hornín zemskej kôry, čo vysvetľuje široké šírenie kremíkových minerálov a oxidov. Dochádza tiež k zmene hmotnosti železa a horčíka v priemernom zložení Zeme v porovnaní s kôrou, pričom tieto dva prvky sa nachádzajú v oveľa väčšom množstve v plášti a jadre.
Obr. 3.2. Hlavné chemické prvky v kôre a v zložení Zeme (podľa Skinner a Porter, 1980)
Podľa Goldschmidta možno chemické prvky v zložení Zeme zoskupiť nasledovne
rodiny: - atmosférické prvky: H, C, O, N, Cl, I, Br a inertné plyny, časté v atmosfére, hydrosféra a
Biosféra; - litofilné prvky: Li, Na, Mg, Al, Si, Ti, Ca atď., ktoré prevažujú v zložení kôry
suchozemské a nižšie litosféry;
Obr. 3.3. Goldschmidt a Suessove modely distribúcie chemických prvkov vo vnútorných geosférach a názov
v závislosti na chemickom zložení (po Olaru, 2004)
- siderofilné prvky: Fe, Ni, C, P, Co, Ge atď., s vysokou afinitou k železu a koncentrovanejšie
vybrané vo vnútorných jamách (jadro);
- chalkofilné prvky: S, P, Cr, Mn, Cu, Zn, Pb, Fe, As, Ag, atď., s afinitou k síre, prítomné v meteoroch, ale koncentrované v kovových sulfidoch ekonomického významu chalkopyrit atď.).
Koncentráciou prvkov vo vnútorných geosférach podľa hustoty vznikajú modely Goldschmidt a Suess s konkrétnymi názvami pre ne (obr. 3.3).
Iný prístup rozdeľuje chemické prvky podľa ich tendencie kombinovať, pričom rozlišuje petrogénne prvky (Li, Na, K, Rb, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, B, Al, C, Si, Ti, Zr, N, P, V, O, F, Cl) a metallogénne prvky (Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Hg, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Cr, Mo, Te, W, Co, Ni, Pt, U). Mangán a železo sa udržiavajú na hranici medzi týmito dvoma skupinami prvkov a majú dvojitú úlohu.
2. MINERÁLY ZEMNEJ KRAJINY
Prostredníctvom kombinácií uskutočňovaných podľa konkrétnych zákonov môžu chemické prvky existovať v kôre
tvorí minerálne látky prítomné v prírode v tuhej, tekutej a plynnej forme. Väčšina minerálov je v pevnej forme a má kryštalickú štruktúru, ale existujú aj minerály s amorfnou štruktúrou a podľa niektorých autorov niektoré organické látky, ako je jantár a vápno.
2.1. Pojmy kryštalografie Atómová štruktúra materiálov, experimentálne overená pomocou röntgenových lúčov, ukazuje, že na tom záleží
má diskontinuálnu štruktúru, ktorú tvoria atómy oddelené od seba interatomovými priestormi. Podľa toho, ako sú častice umiestnené v priestore, je možné rozlíšiť nasledujúce pruhy
štrukturálne - amorfný stav, v ktorom sú častice usporiadané úplne neusporiadane; - nematický stav, v ktorom sú častice usporiadané v poradí po jednej
smer, tvoriaci rovnobežné čiary; - smektický stav, v ktorom majú častice tendenciu usporiadať sa po dvoch
smery, realizujúce roviny, ktoré sú zase usporiadané neusporiadane; - kryštalický stav, v ktorom sú častice periodicky usporiadané v troch smeroch v priestore. Hmatové a smektické hviezdy sa nachádzajú iba v prípade niektorých organických látok, takže nie v prípade
minerály, ktoré sa považujú za medzivrstvy medzi amorfným stavom a kryštalickým stavom. Látky s takýmito pruhmi sa tiež nazývajú mezomorfné, mäkké kryštály alebo tekuté kryštály.
V zásade môže byť akýkoľvek minerál kryštalický aj amorfný, ale amorfný stav je z fyzikálno-chemického hľadiska nestabilný, takže všetky minerály majú prirodzenú tendenciu meniť sa na kryštalické stabilné formy.
Kryštalizované a amorfné minerály. Minerály sú z fyzikálno-chemického hľadiska homogénne telá, minerálne druhy sú základnou jednotkou v mineralogických štúdiách.
Amorfné minerály majú štruktúru charakterizovanú neusporiadaným usporiadaním atómov, iónov alebo molekúl. Amorfné minerály nie sú nikdy prirodzene ohraničené poplatkami za lietanie, majú tendenciu vytvárať zaoblené, sféroidné, reniformné, všeobecne nepravidelné tvary.
Kryštalizované minerály sú prirodzené geometrické konštrukcie, v ktorých sú atómy, ióny alebo molekuly usporiadané usporiadane a periodicky pozdĺž smerov X, Y a Z vesmíru, ktoré sa nazývajú kryštalografické smery. Vďaka tomuto usporiadaniu majú minerály polyedrické tvary, ohraničené rovinnými poplatkami, ktoré sa pretínajú pozdĺž rovných hrán.
Prirodzené geometrické konštrukcie, v ktorých sú atómy periodicky usporiadané v troch (alebo štyroch) smeroch v priestore charakterizovaných symetriou, sú známe ako kryštalické siete. Sú tvorené kosatcami a sieťovými rovinami. Smer, v ktorom sú atómy periodicky (v rovnakej vzdialenosti) usporiadané v priestore, sa nazýva mriežka ir. Mriežka sa získa prakticky prekladom geometrického motívu (v tomto prípade atómov, molekúl, komplexných iónov atď.) V smere X, periodicky s rovnakou vzdialenosťou (v tomto prípade atómy, molekuly, komplexné ióny atď.) (Obr. 3.4.1). Vzdialenosť je perióda alebo parameter retikulárnej dúhovky. Ak je pozdĺž ďalšej osi, označenej Y, nakreslená retikulárna čiara s parametrom b, získa sa retikulárna rovina charakterizovaná parametrami a a b (obr. 3.4.2). Ďalej, ak sa mriežková rovina preloží po a
os označená Z, s parametrom c, sa získa retikulárna sieť (kryštalická sieť) charakterizovaná parametrami a, b, c (= medziatómové vzdialenosti na troch osiach X, Y, Z). Tri smery X, Y, Z, po ktorých majú retikulárne dúhovky maximálnu hustotu, sa nazývajú kryštalografické osi (obr. 3.4.3).
Najmenšie rozdelenie kryštalografickej siete charakterizované parametrami a, b a c sa nazýva elementárna bunka alebo elementárny rovnobežnosten. Prvky, ktoré definujú elementárny rovnobežnosten, sú interatomické vzdialenosti na troch kryštalografických osiach: a, b, i c a uhly tvorené rovinami určenými kryštalografickými osami:, i (obr. 3.4.4).
Obr. 3.4. Kryštalické siete (po Andronovi, 2008)
(1 - retikulárny ir; 2 - retikulárna rovina; 3 kryštalická sieť; 4 elementárne rovnobežnosteny)
Prvky symetrie. Je pochopená geometrická symetria figúry (kryštalizovaného minerálu)
vlastnosť figúry zhodovať sa sama so sebou pomocou symetrických operácií (napr. rotácia tela). Prvky symetrie môžu byť jednoduché (zahŕňajú jednu operáciu symetrie, napr. Zrkadlenie) a zložité, zahŕňajúcu dve operácie symetrie (napr. Otáčanie zrkadla). Prvky symetrie sú charakteristické iba pre kryštalizované minerály.
a) Jednoduchými prvkami symetrie sú osi súmernosti, roviny súmernosti a stredy súmernosti.
Os symetrie je smer kryštálu, okolo stvorenia rotujúceho kryštál o 3600 sa všetky jeho prvky (poplatky, hrany, rohy) opakujú n-krát; n predstavuje poradie osi súmernosti. V minerálnej ríši sú možné iba osi symetrie rádov 1, 2, 3, 4 a 6. Prevádzkou symetrie zodpovedajúcej osiam je rotácia, ktorá sa robí s počtom stupňov rovných 3 600/n, teda s 3 600, 1 800, 1 200, 900 a 600. Osi môžu byť bipolárne (s identickými prvkami zoskupenými na oboch koncoch osi) a polárne (so prvkami symetrie zoskupenými na jednom konci osi). Osový zápis je typu An, kde n predstavuje poradie osi (1, 2, 3, 4 alebo 6). V kryštáloch sú osi vyššieho rádu (3, 4 a 6) jedinečné, s výnimkou kubického systému, kde sa objavuje niekoľko osí vyššieho rádu (3A4 4A3).
Rovina symetrie rozdeľuje kryštál na dve rovnaké a symetrické časti, takže jedna z nich sa javí ako zrkadlový obraz druhej. Zápis rovín je typu Pn, kde n predstavuje poradie osi súmernosti, na ktorú je rovina kolmá. Prevádzkovou charakteristikou rovín symetrie je zrkadlenie.
Stredom symetrie je bod vo vnútri kryštálu, do ktorého je vložený akýkoľvek prvok