Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования Государственные

• Название: Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования Государственные
• Дата: 09.01.2022
• Размер: 122 Kb.
• Имя файла: WP_Geochemistry (4).doc
• Тип: Рабочая программа; #326317

ВВЕДЕНИЕ
Геохимия занимает важное место в цикле наук о Земле, изучаемых студентами специальностей 130201 «Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых» и 130302 «Поиски и разведка подземных вод и инженерно-геологические изыскания». Геохимия изучает историю атомов химических элементов и их поведение (миграцию) в многообразных природных физико-химических процессах, в результате которых могут формироваться концентрации минералов, слагающие месторождения полезных ископаемых.

В геохимии широко используются законы физической, общей (неорганической) и коллоидной химии, физики, кристаллографии, минералогии, петрографии и других взаимосвязанных наук. Геохимия представляет науку синтетическую, обобщающую с единых позиций материалы многих естественных наук, начиная с наук геологических и включая науки биолого-географического цикла, а также астрономии, космологии и др. Поэтому, приступая к изучению геохимии, студент должен иметь твердые знания многих фундаментальных наук.

Знание геохимии необходимо при изучении петрологии, учения о месторождениях полезных ископаемых, промышленных типов месторождений полезных ископаемых, геоэкологии, геохимических методов поисков и разведки месторождений полезных ископаемых, гидрогеохимии и др.

Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования “Государственные требования к минимуму содержания и уровню подготовки горных инженеров по специальности 130201 «Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых» и 130302 «Поиски и разведка подземных вод и инженерно-геологические изыскания» и учебным планом, которые определяют цель и задачи преподавания геохимии как науки.

Цель: формирование у студентов мировоззренческих и философских взглядов на окружающий мир, на причинные взаимосвязи развивающиеся в геологической среде, эволюцию геологических процессов во времени и пространстве, понимание эволюции геологических объектов, установление причинных взаимосвязей, приводящих к формированию концентраций рудного вещества.

Задачи включают в себя несколько направлений, главнейшими из которых являются нижеследующие:

• 
  усвоение студентом общетеоретических знаний о формах нахождения и распространенности атомов химических элементов, поведении их в природных физико-химических процессах, энергетику и факторы миграции атомов; поведении атомов в различных эндогенных и экзогенных процессах;
  

• 
  знакомство студентов с правилами составления геохимических диаграмм и графиков и умение анализировать такие графические документы;
  
• 
  знакомство студентов с новейшими достижениями в области теоретической и прикладной геохимии, включая зарубежные источники;
  
• 
  воспитание у студента культуры общения с минеральным богатством недр, морально-эстетических норм, регулирующих отношение человека к окружающей природе.
  

По окончании изучения дисциплины знания студента должны соответствовать требованиям ГОС высшего профессионального образования.

Студент должен знать и уметь использовать:

• 
  распространенность химических элементов в природных процессах и формы их нахождения;
  
• 
  факторы миграции химических элементов; поведение атомов химических элементов в эндогенных и экзогенных процессах;
  
• 
  основы циклической миграции атомов;
  
• 
  основы построения геохимических диаграмм и их интерпретацию.
  

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
В подготовке специалистов геологического профиля соответствующее место отводится курсу геохимии общей и прикладной, являющейся составной частью в подготовке горных инженеров.

Введение

Геохимия как наука и объекты ее изучения. Объекты геохимических исследований. Связь геохимии с другими науками. История геохимии.

1. Основные сведения о строении атома.

Общие сведения о строении атома. Строение атомного ядра. Изотопы, изобары и изотоны. Строение электронных оболочек атома. Типы химических связей – ионная, атомная (ковалентная), металлическая, молекулярная. Электроотрицательность и её значение при определении промежуточных типов химической связи.

2. Геохимические классификации химических элементов.

Периодический закон Д.И. Менделеева как основа любой геохимической классификации. Геохимические классификации В.М. Гольдшмидта и Э. Садецки-Кардоша.

3. Распространенность химических элементов.

Изучение распространенности химических элементов как одна из важнейших задач теоретической геохимии. Первичная и вторичная распространенность химических элементов. Роль обмена веществом между Землей и космосом. Кларки химических элементов – массовые, атомные и объемные. Закономерности распределения химических элементов в земной коре. Химический состав метеоритов. Геохимические провинции и принципы их выделения. Роль геохимического районирования для перспективной оценки металлоносности региона.

4. Геохимия изотопов.

Применение изотопного состава химических элементов для решения вопросов прикладной геологии. Стабильные изотопы водорода, кислорода, серы и углерода и их использование в геологии. Радиоактивные изотопы. Типы радиоактивных превращений. Краткая характеристика свинцового, аргонового и стронциевого методов абсолютной геохронологии. Абсолютный возраст Земли и абсолютная геохронологическая шкала.

5. Формы нахождения атомов химических элементов в земной коре.

Формы нахождения атомов химических элементов в земной коре. Особенности распространения химических элементов в виде самостоятельных минералов. Состояние рассеяния химических элементов (неструктурные примеси). Структурные примеси (изоморфные примеси и смеси). Определение изоморфизма. Типы изоморфизма: совершенный и несовершенный, изовалентный и гетеровалентный, полярный. Внутренние и внешние факторы изоморфизма. Распад изоморфных смесей.

6. Миграция химических элементов.

Миграция химических элементов в условиях земной коры. Внутренние факторы миграции – гравитация, термические, химические, радиоактивные свойства атомов. Внешние факторы миграции – температура и давление среды миграции, концентрации вещества и роль закона действующих масс, концентрация водородных ионов, окислительно-восстановительный потенциал. Фильтрационный эффект и его сущность, коллоидное состояние вещества и сорбционные свойства коллоидных систем как факторы миграции. Формы переноса и причины отложения атомов химических элементов. Критерии, используемые для установления форм и условий переноса вещества. Первичные ореолы рассеяния.

7. Геохимия геологических процессов минералообразования.

7.1.Эндогенные процессы.

7.1.1.Магматический процесс. Роль магматизма в формировании земной коры. Процессы эволюции магмы – гравитационная дифференциация, кристаллизационная дифференциация, ассимиляция. Распределение элементов-примесей в магматических горных породах.

7.1.2.Геохимия пегматитов. Особенности химизма пегматитового расплава. Геохимические типы гранитных пегматитов.

7.1.3.Геохимия гидротермального процесса. Источники воды гидротермальных растворов. Формы переноса и причины отложения вещества. Режим серы при формировании сульфидных месторождений.

7.1.4.Геохимия метасоматических процессов. Геохимическая сущность метасоматических процессов. Стадийность метасоматоза. Типы метасоматоза и околорудные изменения вмещающих пород.

7.1.5.Геохимия регионального метаморфизма. Физико-химические условия регионального метаморфизма. Сущность регионального метаморфизма. Метаморфические фации и условия их формирования. Ультраметаморфизм как высшее проявление регионального метаморфизма. Поведение химических элементов в условиях регионального метаморфизма.

7.2.Экзогенные процессы.

7.2.1.Геохимия выветривания. Процессы выветривания минералов и горных пород и их геохимическая сущность. Факторы выветривания. Строение коры выветривания и её зональность. Зона окисления сульфидных месторождений. Роль процессов окисления-восстановления и электрохимического растворения в её формировании. Минералы-индикаторы физико-химических условий окисления сульфидов. Вторичные ореолы рассеяния и их применение при литогеохимических поисках месторождений. Гидрогеохимические методы поисков.

7.2.2.Геохимия седиментации. Общие закономерности седиментации. Геохимическая классификация продуктов осадконакопления. Краткая характеристика резидюатов, кремнистых осадков, сиаллитов, аллитов, оксидатов, фосфатов, карбонатов, эвапоритов. Сущность диагенеза.

8.Биогеохимия и органическая геохимия.

Геохимическая роль живых организмов и мертвого органического вещества. Биосфера и её геохимическое значение. Химический состав биосферы. Особенности химического состава живого вещества. Биогеохимические методы поисков месторождений полезных ископаемых, их теоретические основания. Биогеохимические провинции и их типы. Биогеохимическое районирование и его значение. Природные и техногенные биогеохимические провинции. Связь организмов со средой обитания. Эндемичные болезни. Роль охраны окружающей среды и проблемы экологии.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Общие черты геохимической эволюции Земли. Понятие о геохимических циклах миграции химических элементов.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Программа дисциплины “Геохимия” составлена применительно к учебной литературе, перечень которой приведен в конце раздела методических указаний. Ссылки на литературу обозначают: первая цифра — соответствующий учебник или учебное пособие, последующие цифры — страницы, отвечающие изданиям указанных лет.
Введение

Геохимия изучает историю атомов химических элементов и их движение (миграцию) в различных физико-химических процессах. Следовательно, предмет геохимии – атомы химических элементов, их движение (миграция), приводящее в одних случаях к концентрации, в других к рассеянию. Объектами изучения геохимии являются все геосферы Земли – литосфера, гидросфера, атмосфера. Вместе с тем, геохимия изучает химический состав и космических тел (космохимия), так как наша планета участвует в обмене веществом с космосом.

Геохимия – наука синтетическая и она тесно контактирует со многими естественными дисциплинами. Особенно тесно связана она с геологией, космохимией, химией и физикой. Зарождение и история геохимии связана с именами таких ученых как В.И. Вернадский, А.Е.Ферсман, В.М. Гольдшмидт и др.

Вводная часть курса излагается подробно во всех учебниках по геохимии (1.4–19; 2.4–12; 3.5–10).

1.Основные сведения о строении атома.

Основной закон геохимии (в трактовке А.Н. Заварицкого) гласит: “Нахождение элементов в земной коре зависит от строения их атомов”, поэтому в курсе геохимии рассматривается вопрос о строении атома (1.20–28; 3.17–54). Атомы, взаимодействуя друг с другом, образуют различные типы химической связи, из числа которых к крайним типам относятся ионная, атомная (ковалентная), молекулярная и металлическая. В природе, однако, широко распространены не крайние, а промежуточные типы химической связи, особенно ионно-ковалентной. Для определения типа химической связи используется электроотрицательность химических элементов, представляющая собой энергию, с которой атом взаимодействует на валентные электроны другого атома. Чем больше разница электроотрицательностей химических элементов, тем больше ионность связи, а чем она меньше, тем выше ковалентность связи (1.34–36; 2.122–124; 3.65–73).

2.Геохимические классификации химических элементов.

Существующие различные геохимические классификации химических элементов базируются на периодическом законе Д.И. Менделеева. В настоящее время общепринятыми являются классификации В.М. Гольдшмидта и Садецки-Кардоша. В соответствии с классификацией В.М. Гольдшмидта выделяется пять групп химических элементов – атмофилы, литофилы, халькофилы, сидерофилы, биофилы.

Классификация Садецки-Кардоша более детализирована и в соответствии с ней химические элементы объединены в семь групп: сидерофильные, сульфохалькофильные, оксихалькофильные, литофильные, тяжелые пегматофильные, седиментофильные, атмофильные (1.28–34; 3.55–68).

3.Распространенность химических элементов.

Распространенность химических элементов в земной коре и в других природных объектах, в том числе и в космических телах, представляется одной из главных проблем теоретической геохимии, так как она определяется многими факторами, среди которых важнейшими являются первичное и вторичное распределение. Первичное распределение обусловлено условиями образования атомов, вторичная распространенность вязана с перераспределением атомов в результате их миграции. Наблюдаемое сейчас распределение элементов представляет собой результат первичной и вторичной распространенности. При изучении распространенности химических элементов необходимо знать закономерности, присущие не только Земле, но и другим космическим телам, так как наша планета ассимилирует вещество, поступающее из космоса, и в свой очередь сама отдает часть собственного вещества в космическое пространство, например, водород, гелий. Содержание химического элемента в земной коре называется кларком, который в соответствии с единицами измерений может быть массовым, атомным и объемным. По объектам, которые характеризуют кларки, выделяется три вида кларков: глобальный, региональный и локальный. На основании кларков выделяются геохимические провинции – крупный структурный элемент земной коры, который характеризуется общностью своего геологического развития и, следовательно, общностью химического состава эндогенных или экзогенных образований. Такое геохимическое районирование имеет большое прикладное значение, определяя металлогеническую специализацию региона (3.195–200; 4.17–27).

4.Изотопная геохимия.

Все геохимические процессы по изотопному признаку объединяются в две группы. В первую из них входят процессы, в которых участвуют стабильные изотопы. Вследствие различия масс и, следовательно, различной скорости миграции происходит дифференциация (разделение) изотопов. Эта особенность стабильных изотопов дает возможность с их помощью реконструировать физико-химические условия формирования минералов (и горных пород) (2.235–252; 3.35–45).

Вторая группа процессов включает такие, в которых участвуют радиоактивные изотопы, которые подвергаются различным ядерным превращениям. Эта группа процессов давно используется для определения абсолютного возраста геологических формаций (тел). Сейчас существует большое количество методов абсолютной геохронологии, из числа которых к важнейшим относится свинцовый, аргоновый, стронциевый и др. Пользуясь этими методами был определен абсолютный возраст Земли и составлена абсолютная геохронологическая шкала (1.121–126; 2.69–93; 3.45–47).

5.Формы нахождения атомов химических элементов в земной коре.

Различают следующие формы нахождения химических элементов в земной коре: 1) самостоятельные минеральные виды; 2) примеси и смеси – а) неструктурные (состояние рассеяния), б) структурные (изоморфные примеси и смеси); 3) силикатные расплавы; 4) водные растворы и газовые смеси; 5) биогенная форма. Наиболее изученными являются первые две формы.

Самостоятельные минеральные виды (минералы) представляют важнейшую форму существования химических элементов в земной коре. По распространенности минералы делятся на пять групп: весьма распространенные, распространенные, распространенные рудные, редкие, очень редкие.

Неструктурные примеси не имеют кристаллохимической связи с кристаллической решеткой минерала-хозяина и находятся в состоянии рассеяния (по А.Е. Ферсману – эндокриптное рассеяние). Эта форма нахождения характерна для группы радиоактивных элементов, а также для элементов, не образующих самостоятельные минеральные виды. Особенно благоприятны для рассеяния атмосфера и гидросфера. За нижний предел рассеяния условно принято содержание 1 атома в 1 см³ вещества.

Структурные примеси обычно называются изоморфными. Изоморфизмом называется свойство атомов одного химического элемента замещать в узлах кристаллической решетки атомы другого химического элемента с образованием однородного (гомогенного) смешанного кристалла переменного состава. Образование изоморфной смеси определяется в первую очередь близостью параметров кристаллических решеток смешивающихся компонентов. Компоненты, имеющие аналогичную структуру, но не образующие однородного смешанного кристалла, называются изоструктурными (например, галит NaCl и галенит PbS).

В настоящее время выделяется несколько типов изоморфизма с учетом следующих особенностей: 1)степень изоморфной смесимости – совершенный и несовершенный; 2)валентности ионов, участвующих в замещениях – изовалентный и гетеровалентный; 3)механизм вхождения атома в кристаллическую решетку – полярный. Для изовалентного изоморфизма существует правило: если в замещении участвуют ионы большего или меньшего радиусов, то в кристаллическую решетку в первую очередь входит ион меньшего радиуса, во вторую очередь – ион большего радиуса. Гетеровалентный изоморфизм подчиняется закону диагональных рядов периодической системы Д.И. Менделеева, установленный А.Е. Ферсманом.

Образование изоморфных смесей обусловлено несколькими факторами, среди которых выделены внутренние и внешние. Внутренние факторы определяются особенностями, присущими атому (иону или молекуле); к ним относятся следующие: химическая индифферентность атомов, размеры атомов (ионов), сходства вида химической связи и кристаллических структур; сохранение электростатического равновесия в процессе формирования изоморфной смеси. Внешние факторы изоморфизма включают физико-химические условия среды – температуру, давление, концентрацию изоморфных компонентов. В условиях высоких температур изоморфная смесимость компонентов возрастает. С понижением температуры минерал освобождается от примесей. Это явление А.Е. Ферсманом было названо автолизией (самоочисткой). По мере повышения давления в кристаллическую решетку минерала-хозяина предпочтительно входят атомы с меньшими размерами радиусов. Совместная роль температуры и давления иллюстрируется изоморфными рядами В.И. Вернадского.

Изоморфные смеси стабильны при сохранении физико-химических условий их формирования. Изменение этих условий приводит к тому, что смеси распадаются на составные компоненты. В эндогенных условиях главными факторами распада являются температура и давление. В экзогенных условиях причины разложения изоморфных смесей более разнообразны: изменение валентности изоморфно замещающих друг друга химических элементов, сопровождаемое изменением ионных радиусов; изменение типа химической связи; изменение рН гипергенных растворов.

Явление изоморфизма широко используется для решения различных геологических задач, в частности палеотермометрии. Распад изоморфных смесей часто приводит к образованию легко растворимых соединений, которые в результате выщелачивания входят в состав подземных вод, являющихся объектом гидрогеохимических исследований (1.140–159; 2.128–130; 3.96–102).
6.Миграция химических элементов.

Атомы химических элементов находятся в непрерывном движении (миграции). Миграция их обусловлена различными факторами, которые объединяются в две группы: внутренние и внешние. Внутренние факторы связаны со свойствами самих атомов; к ним относятся гравитационные, термические, химические, электрические и радиоактивные свойства. Внешние факторы обусловлены особенностями среды, в которой мигрирует атом, к ним относятся: температура, давление, концентрация вещества, концентрация водородных ионов, окислительно-восстановительный потенциал, фильтрационный эффект, сорбционные свойства коллоидных систем, ионный потенциал, биологический фактор (1.217–218; 2.131–156).

Миграция химических элементов в условиях земной коры происходит в различных формах, изучение которых играет важную роль, так как оно дает возможность судить об условиях концентрации тех или иных элементов. Перенос вещества может осуществляться в жидкой, газообразной или твердой среде. Наиболее важным геохимическим видом миграции является перенос вещества в жидкой среде. Транспортируемое вещество в жидкой среде может находиться в виде механической взвеси, дисперсной в коллоидной системе или в виде истинного раствора комплексных соединений, обладающих высокой растворимостью. Обычно комплексообразователем является тяжелый металл (медь, ртуть, свинец); во внутренней части комплекса находится также анион, а во внешней – щелочь, обычно натрий. Так, перенос ртути происходит в виде раствора Na₂[HgS₂].

Для выяснения форм и условий переноса химических элементов и природы минералообразующих растворов используются разнообразные критерии – характер изменения вмещающих пород, парагенетические ассоциации минералов, морфология кристаллов и минеральных агрегатов, наличие элементов-примесей, являющихся типоморфными.

Причины отложения вещества многообразны, однако все они обусловлены тем, что в процессе миграции атомы химических элементов попадают в области геохимических барьеров, в пределах которых происходит резкое замедление скорости миграции и, следовательно, повышение концентрации и отложение вещества (3.264–307).

7.Геохимия процессов минералообразования.

7.1.Геохимия эндогенных процессов.

7.1.1.Магматический процесс. Эндогенные процессы формирования руд и горных пород теснейшим образом связаны с магатизмом, с эволюцией магматического расплава, образующего в литосфере очаги. Магматический процесс включает в себя ряд очень сложных проблем, в том числе проблему происхождения магмы.

Среди различных групп изверженных горных пород наибольшим распространением пользуются основные (преимущественно эффузивные) и кислые (преимущественно интрузивные) образования. Происхождение основной магмы связывают с базальтовой оболочкой Земли или же источником основной магмы считают верхнюю мантию, из которой по глубинным разломам магма поступает в литосферу.

Кислая магма, дифференциация которой обусловливает разнообразие пород, имеет полигенную природу. Выделяют: 1) ювенильную магму; 2) гранитную магму, образующуюся в результате дифференциации основного (базитового) расплава; 3) мигму – продукт мигматизации горных пород в зоне регионального метаморфизма.

Образование гранитов обязано нескольким петрогенетическим процессам: 1) ортомагматическому (кристаллизация ювенильной магмы); 2) анатексису – кристаллизации магмы (мигмы) – силикатного расплава, образовавшегося в зоне регионального метаморфизма; 3) гранитизации, протекающей в твердом состоянии под влиянием специфических гранитизирующих флюидов, в результате воздействия которых осадочные породы трансформируются в граниты.

Эволюция магмы обусловлена рядом геохимических процессов: 1) гравитационной дифференциацией, связанной с изменением плотности расплава в гравитационном поле Земли, что сопровождается и изменением химического состава магмы в вертикальном сечении; 2) кристаллизационной дифференциацией – изменением химизма расплава в результате начавшейся кристаллизации; 3) ассимиляцией вмещающих пород; 4) ликвацией – разделением гомогенного (однородного) расплава на два несмешивающихся расплава – силикатный и сульфидный (1.222–228, 199–210; 3.104–121).

7.1.2.Пегматитовый процесс. Образование пегматитов связано с кристаллизацией остаточного силикатного расплава или перекристаллизацией материнских пород под воздействием щелочных флюидов. Пегматиты образуются в генетической связи со всеми группами изверженных пород, однако, наиболее распространены гранитные и щелочные (нефелинсодержащие) пегматиты, из которых более полно изучена геохимия первых. А.Е. Ферсман гранитоидные пегматиты разделил на 10 типов, характеризующихся своими минералого-химическими особенностями (1.228–229; 3.131–140).

7.1.3.Гидротермальный процесс. Гидротермальные растворы – это горячие водные растворы, в составе которых мигрируют химические элементы. В состав этих растворов входит ювенильная (магматогенная), вадозовая (метеорная), метаморфогенная и захороненная вода. Такими же полигенными являются и рудные элементы гидротерм. Отложение растворенного вещества может быть обусловлено несколькими причинами, приводящими к понижению растворимости вещества – снижением температуры или давления, потерей растворителя, изменением рН или еН среды, распадом комплексных соединений, коагуляцией золей и т.д. Исследования последних лет убедительно показали гетерогенную природу воды гидротермальных растворов и источников рудного вещества.

В формировании рудных (сульфидных) месторождений большую роль играет режим серы. В зависимости от температуры и давления изменяются парагенетические ассоциации минералов, а в ряде случаев – облик кристаллов некоторых минералов (кальцит, полевой шпат и др.) (1.229–236; 3.151–159).

7.1.4.Метасоматический процесс. Метасоматические процессы проявляются в преобразовании горных пород, заключающемся в изменении их химического состава. Все метасоматические реакции протекают в твердой фазе в результате воздействия высокоминерализованных водных растворов в условиях интенсивной миграции химических элементов. Метасоматоз (метасоматизм) – многостадийный процесс. В результате метасоматических преобразований формируются скарны, происходит грейзенизация, серицитизация, пропилитизация, лиственизация, беризитизация и другие изменения пород. Выделяют метасоматоз магматической и постмагматической стадий. Метасоматозу подвергаются и силикатные и карбонатные породы (1.276–278; 2.141–143; 3.159–173).

7.1.5.Региональный метаморфизм. Метаморфизмом называются процессы, протекающие в глубинах Земли в условиях высоких температур и давлений, являющихся его главными факторами. Метаморфические растворы играют второстепенную роль, способствуя увеличению скорости химических реакций. В отличие от всех других эндогенных процессов региональный метаморфизм имеет место при избытке свободной энергии в окружающей среде.

Региональный метаморфизм, подобно метасоматозу, протекает в твердом состоянии, если же появляется жидкая силикатная фаза, то такой процесс называется ультраметаморфизмом.

В условиях узкого интервала температуры и давления формируется закономерная ассоциация минералов, называемая метаморфической фацией. На минеральный состав её влияет химизм метаморфизуемого субстрата. Различают метаморфизм прогрессивный, протекающий в условиях повышения температуры и давления, и регрессивный (диафторез) развивающийся в условиях понижающейся температуры и давления.

Элементы-примеси в условиях регионального метаморфизма ведут себя различно. Часть их довольно инертна, другие же могут образовывать концентрации в виде месторождений. В результате регионального метаморфизма появляются минералы, обладающие высоким запасом внутренней связанной энергии с высокой механической прочностью, что обусловлено поглощением избыточной свободной энергией метаморфизуемого субстрата, одновременно с этим выделяются легко подвижные метаморфогенные водные растворы, выносящие из области метаморфизма подвижные химические элементы. Эти растворы вместе с выносимыми химическими элементами могут входить в состав гидротермальных растворов (1.276–289; 2.190–198).

7.2.Геохимия экзогенных процессов.

Экзогенные процессы включают в себя две группы процессов – выветривание и седиментацию (осадконакопление).

7.2.1.Процессы выветривания проявляются в механической дезинтеграции и химическом преобразовании минералов и горных пород. Последнее направлено на формирование менее сложных химических соединений, обладающих большей растворимостью и меньшей плотностью, одновременно возрастает объем продуктов выветривания (до 30%). Область развития процессов выветривания называется корой выветривания. В ней преобладают карбонатизация, гидратация, растворение изменяемых пород. Главные факторы выветривания – климатические условия (среднегодовая температура, влажность), органическое вещество как источник гумусовых кислот, кислород, являющийся сильнейшим окислителем, углекислота, образующаяся при разложении органического вещества, которое само представляет сильный восстановитель. Скорость выветривания определяется химическим составом минералов, наличием примесей, минеральным парагенезисом, особенностями кристаллических решеток минералов.

Большинство сульфидов в экзогенных условиях легко окисляется, трансформируясь в окислы, гидроокислы, сульфаты, карбонаты и другие соединения. В связи с широким развитием процессов окисления-восстановления коры выветривания сульфидных месторождений получили название зон окисления. На таких месторождениях широко распространено и электрохимическое растворение, т.к. зерна различных минералов представляют микрогальванические пары (элементы) со своими значениями электродвижущей силы. Благодаря разности потенциалов электрохимическое растворение происходит закономерно. Выделен ряд минералов, растворяющихся последовательно друг за другом по мере формирования зоны окисления. Устойчивость полиминеральных руд неодинакова.

В строении зоны окисления выделяют две части, что обусловлено различными режимами кислорода и грунтовых вод. Верхняя часть собственно зона окисления характеризуется избытком кислорода и расположена выше уровня грунтовых вод. Здесь появляются легкорастворимые сульфаты, карбонаты и другие соединения, которые легко выщелачиваются и мигрируют вниз, попадая в зону вторичного сульфидного обогащения, расположенную ниже уровня грунтовых вод и выше местного базиса эрозии. Здесь в условиях дефицита кислорода образуются вторичные сульфиды, которые отлагаются на сохраняющиеся первичные сульфиды. Ниже уровня местного базиса эрозии расположена зона первичных руд.

Среди минералов зоны окисления выделяют такие, которые играют роль геохимических индикаторов условий формирования (гипс, ярозит, англезит, псиломелан и др.).

В результате формирования зоны окисления вокруг рудного тела образуется солевой (вторичный) ореол, состоящий из относительно растворимых соединений, а также появляются высокоминеральные кислые рудничные воды. Эти производные процесса окисления сульфидных руд широко используются в геологии для поисков и оценки оруденения. Методы объединены в две группы: а) литогеохимические поиски по вторичным (солевым) ореолам; б) гидрогеохимические методы, базирующиеся на изучении химизма рудничных вод, для чего выделяются в осадок растворимые в воде компоненты, которые затем анализируются. (1.235–254; 2.156–160; 3.195–213)

7.2.2.Процессы седиментации (аккумуляции, осадконакопления) включают в себя перенос (транспорт) и отложение осадков, которые в результате диагенеза могут превращаться в твердые осадочные породы. Состав формирующихся осадков в значительной степени зависит от климата (среднегодовой температуры и количества осадков). Существуют многочисленные геохимические классификации осадков, из числа которых наиболее полная принадлежит Ранкама и Сахама. Согласно ей выделяют следующие группы: резидиаты и кремнистые осадки, редюсаты, продукты осаждения (карбонаты), оксидаты, фосфаты, эвапориты, аллиты, сиалиты.

В условиях океана формируется две группы осадков – красная глубоководная глина и илы (известковые – в условиях теплого климата и кремнистые – в холодном климате). К специфичным образованиям относятся железо-марганцевые конкреции, образующиеся в области развития красной глубоководной глины.

Выпавшие осадки подвергаются сложному процессу диагенеза, включающему уплотнение, дегидратацию, цементацию, раскристаллизацию, перераспределение химических элементов, в результате которого порода становится твердой (1.264–276; 2.164–175; 3.246–291).

8.Биогеохимия и органическая геохимия.

Биогеохимия изучает геохимическую роль живого органического вещества, а органическая геохимия – мертвого вещества. Таким образом, объект этого раздела геохимия биосферы, которая характеризуется интенсивной миграцией химических элементов. Сейчас под термином биосфера понимается область жизнедеятельности организмов или суммарное количество живого органического вещества. В своем жизненном цикле организмы концентрируют многие химические элементы – биофилы (серу, фосфор, углерод, железо, кальций и др.). Это положено в основу биогеохимических методов поисков месторождений полезных ископаемых. Эти методы объединены в две группы: 1)методы прямой индикации, основанные на отклонении от нормы внешнего вида растения, обусловленном избыточным содержанием тяжелого металла; 2)методы косвенной индикации, для которых растение озоливается, а полученная зола анализируется. Результаты анализов наносятся на план и проводятся кривые изосодержаний, оконтуривая аномально богатые участки. Эти методы позволяют вести опоискование на глубину до 25 м (в случае использования древесной растительности). Биогеохимические методы высокоэффективны и используются в целях поисков месторождений многих металлов (кобальт, золото и др.), они отличаются большой дешевизной, позволяя заменить поверхностные горные работы.

Большое внимание уделяется во всем мире проблемам охраны окружающей среды, которые теснейшим образом связаны с биогеохимией. К настоящему времени выявлены биологически активные химические элементы, вызывающие реакцию со стороны живых организмов. В неблагоприятных условиях развиваются эндемичные болезни (зобная болезнь щитовидной железы и др.). В зависимости от физико-географической обстановки выделяют две группы биогеохимических провинций – зональные и азональные. Биогеохимическими провинциями называются такие участки, которые характеризуются аномальным (дефицитом или избыточным) содержанием химически активного элемента, вызывающего реакцию со стороны живущих организмов. Зональные провинции приурочены к зонам повышенного увлажнения и характеризуются обычно дефицитом активного элемента, азональные развиваются вокруг месторождений, особенно в условиях недостаточного увлажнения и отличаются избытком активного элемента.

Биогеохимическое районирование имеет большое значение, т.к. дает возможность нейтрализовать или ослабить неблагоприятное влияние окружающей среды, предотвратить заболевание эндемичными болезнями.

В связи с хозяйственной деятельностью человека всё большую роль играют техногенные биогеохимические провинции, которые могут быть точечными (образующимися вокруг добывающих и перерабатывающих предприятий) и ленточными (вдоль рек и автострад и других крупных путей сообщения). Глобальное значение приобрела в последнее время проблема сохранения озонового экрана с её непредсказуемыми последствиями в случае его разрушения (1.197–215; 2.176–189).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Геохимическая история Земли является сложной, и по многим крупным проблемам еще недостаточно изученной. Это особенно касается седиментологии докембрия, формирования окислов, карбонатов, сульфатов, роли кислорода и углекислоты в геологической истории планеты. Большое значение имеет реконструкция геохимии магматизма, эволюция пород во времени и пространстве. Рудообразование теснейшим образом связано с магматизмом и тектонической историей Земли. Имеющийся материал по отдельным элементам (золото, медь, свинец и др.) позволил составить качественные геохимические циклы их миграции в различных природных процессах. Большое значение имеет исследование геохимических циклов миграции химических элементов в физико-химических условиях природных процессов.

Выделяется два типа глобальной миграции химических элементов – полярная и циклическая. Различают два вида полярной миграции – центробежную (доказанную) и центростремительную (пока гипотетическую). Циклическая миграция включает два цикла цикл эндогенной и цикл экзогенной миграции. Совместно они составляют общий геохимический цикл миграции химических элементов. По состоянию наших знаний нет даже качественных (а не количественных) циклов миграции, известны лишь отдельные моменты поведения некоторых элементов в природных процессах. Составление циклов миграции химических элементов имеет большое и теоретическое и практическое значение (1.217–219, 290–309; 2.259– 278).
ЛИТЕРАТУРА

1. Войткевич Г.В., Закруткин В.В. Основы геохимии.– М.: Высшая школа, 1976.– 366с.

2. Тугаринов А.И. Общая геохимия. – М.: Атомиздат, 1973.–288с.

3. Щербина В.В. Основы геохимии.– М.: Недра, 1972.– 295с.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

0. 
   Содержание геохимии, объекты её изучения, связь геохимии с другими науками. История геохимии.
   
1. 
   Сущность основного закона геохимии. Охарактеризуйте строение ядра атома и его электронных оболочек.
   
2. 
   Типы химической связи. Что такое электроотрицательность химических элементов?
   
3. 
   Приведите геохимические классификации В.М. Гольдшмидта и Э. Садецки-Кардоша. Чем они отличаются друг от друга?
   
4. 
   Что понимается под первичной и вторичной распространенностью химических элементов? Назовите химический состав атмосферы, гидросферы и литосферы Земли. Химический состав Солнца. Химический состав метеоритов.
   
5. 
   Что называется кларком? Виды кларков. Что называется геохимической провинцией и принципы её выделения? Закономерности распределения химических элементов в земной коре.
   
6. 
   Какие стабильные изотопы используются в геологии? Для каких целей используют стабильные изотопы? Какие методы абсолютной геохронологии Вы знаете и какова их сущность? Абсолютный возраст Земли и абсолютная геохронологическая шкала.
   
7. 
   Назовите известные Вам формы нахождения химических элементов в земной коре. Охарактеризуйте самостоятельные минеральные виды как одну из форм нахождения химических элементов.
   
8. 
   Что называется неструктурной примесью?
   
9. 
   Дайте определение изоморфизма. Типы изоморфизма. Назовите внутренние и внешние факторы изоморфизма. Сущность закона автолизии. Перечислите причины распада изоморфных смесей. Для каких целей используют изоморфные смеси?
   
10. 
    Охарактеризуйте внутренние и внешние факторы миграции. Назовите формы миграции химических элементов. Роль комплексных соединений в миграции химических элементов. Критерии форм переноса химических элементов.
    
11. 
    Назовите причины отложения вещества. Что понимается под геохимическим барьером? Литогеохимические методы поисков месторождений полезных ископаемых по первичным ореолам.
    
12. 
    Генезис основной и кислой магмы. Происхождение гранитов. Происхождение пегматитов и типы гранитных пегматитов. Процессы эволюции магмы.
    
13. 
    Причины отложения вещества гидротермальными растворами. Роль серы в формировании сульфидных месторождений.
    
14. 
    Особенности метасоматических процессов. Типы метасоматоза. Факторы регионального метаморфизма. Сущность ультраметаморфизма. Метаморфические фации и условия их формирования. Поведение элементов-примесей в метаморфическом процессе.
    
15. 
    Какие процессы происходят при выветривании горных пород? Факторы выветривания. Что такое электрохимическое растворение? Особенности строения зон окисления сульфидных месторождений. Какие минералы используются в качестве индикаторов физико-химических условий в зонах окисления сульфидных месторождений?
    
16. 
    Литогеохимические методы поисков месторождений полезных ископаемых по вторичным (солевым) ореолам. Гидрогеохимические методы поисков месторождений полезных ископаемых
    
17. 
    Факторы седиментации. Геохимические классификации седиментогенеза. Диагенез и его сущность.
    
18. 
    Задачи биогеохимии и органической геохимии. Что такое биосфера? Химический состав биосферы. Организмы-концентраторы химических элементов. Биогеохимические методы поисков месторождений полезных ископаемых. Причины эндемичных болезней. Биогеохимические провинции и их типы. Геохимические аспекты охраны окружающей среды.
    
19. 
    Что такое геохимические циклы миграции химических элементов?
    

ВАРИАНТЫ КОНТРОЛЬНЫХ ЗАДАНИЙ

В процессе изучения курса студент должен выполнить одно контрольное задание. Для работы над ним необходимо использовать основную литературу, указанную в программе. Рекомендуется внимательно ознакомиться с отдельными разделами учебного пособия Б.А. Гаврусевича, а также с работами А.П. Соловьева и В.В. Аристова.

Студент выбирает номер варианта контрольного задания по номеру своего шифра, последняя цифра которого отвечает номеру варианта. Например, шифру з-2360/12 отвечает вариант №2, шифру з-2370/30 – вариант 0 и т.д. Выполненное задание заблаговременно высылается для проверки на кафедру геологии и разведки полезных ископаемых.

№1

1. Геохимия как наука, объект и цели геохимии. 2. Геохимическая классификация химических элементов В.М. Гольдшмидта. 3. Миграция химических элементов в условиях земной коры.

№2

1. Внутренние факторы миграции химических элементов. 2. Связь организма с окружающей средой. Эндемичные болезни и меры борьбы с ними. 3. Химический состав литосферы.

№3

1. Строение атома. Строение атомного ядра и электронного облака. 2. Формы нахождения химических элементов в земной коре. Самостоятельные минеральные виды как одна из важнейших форм нахождения химических элементов. 3. Геохимия магматического процесса.

№4

1.Типы химической связи. Электроотрицательность. 2. Изоморфизм и его типы. 3. Геохимия пегматитового процесса.

№5

1. Химический состав Солнца и метеоритов. 2. Факторы изоморфизма. 3. Литогеохимические методы поисков месторождений полезных ископаемых.

№6

1. Химический состав атмосферы и гидросферы Земли. 2. Внешние факторы миграции – температура и давление среды миграции, роль концентрации и закона действующих масс. 3. Геохимия гидротермального процесса.

№7

1. Стабильные изотопы и их применение в геологии. 2. Внешние факторы миграции – концентрация водородных ионов и коллоидное состояние веществ, сорбционные свойства коллоидных систем. 3. Распад изоморфных смесей.

№8

1. Радиоактивные изотопы и их применение в геологии. 2. Внешние факторы миграции химических элементов – окислительно-восстановительный потенциал. 3. Геохимическая роль живых организмов. Биосфера.

№9

1. Геохимия зоны окисления сульфидных месторождений. 2. Гидрогеохимические методы поисков месторождений полезных ископаемых. 3. Геохимия диагенеза.

№0

1. Геохимия регионального метаморфизма. 2. Состояние рассеяния как одна из форм нахождения химических элементов в земной коре. 3. Геохимические циклы.
ЛИТЕРАТУРА

Основная

1. Войткевич Г.В., Закруткин В.В. Основы геохимии.– М.: Высшая школа, 1976.– 366с.

2. Тугаринов А.И. Общая геохимия. – М.: Атомиздат, 1973.–288с.

3. Щербина В.В. Основы геохимии.– М.: Недра, 1972.– 295с.

Дополнительная

1. Аристов В.В. Методика геохимических методов поисков месторождений твердых полезных ископаемых.– М.: Недра, 1984.–300с.

2. Брукс Р.Р. Биологические методы поисков полезных ископаемых. – М.: Мир, 1986.– 311с.

3. Гаврусевич Б.А. Основы общей геохимии.– М.: Недра, 1968.–328с.

4. Соловьев А.П. Геохимические методы поисков месторождений полезных ископаемых. –М.: Недра, 1985.–294с.

5. Шварцев С.Л. Гидрогеохимия зоны гипергенеза. – М.: Недра, 1998. – 430 с.

6. Овчинников А.М. Гидрогеохимия. – М.: Недра, 1970. – 200 с.
ГЕОХИМИЯ
Рабочая программа дисциплины и методические указания

Составитель Константин Леонидович Новоселов
Подписано к печати

Формат 60х84/16. Бумага писчая № 2

Плоская печать. Усл. печ. л. . Уч. изд. л

Тираж 100 экз. Заказ № ____. Бесплатно.

ИПФ ТПУ. Лицензия ЛТ № 1 от 18.07.94.

Ротапринт ТПУ, 634034, Томск, пр. Ленина, 30.