Задача 8. Задача 8 Миф о катастрофе
 Скачать 32.25 Kb.
|
|
Задача 8 «Миф о катастрофе» Условия задачи: В мифологиях есть много разнообразных версий происхождения и развития мира вокруг нас, но сейчас наши знания стали куда конкретнее. Одним из значимых событий в истории планеты была так называемая кислородная катастрофа. Тогда в атмосфере Земли начал образовываться кислород, и это определило как дальнейшее развитие жизни, так и последующее образование новых минералов. Предположим, однако, что в то время эволюция пошла по другому пути, организмы начали бы выделять не кислород, а хлор, и вместо кислородной катастрофы произошла хлорная. Опишите, какие минералы могли бы сформироваться к настоящему времени, и каким образом бы это произошло. Для решения основной задачи выделим следующие подзадачи: 1) Теоретический блок: небольшой конспект, опираясь на тезисы которого будут выдвигаться гипотезы. а)В каком периоде произошла кислородная катастрофа, дать ему краткую характеристику б)Характеристика кислородной катастрофы в) Основные положения минералогии 2) Гипотезы развития минералов в условии хлорной катастрофы 3) Демонстрационная практическая работа 1) Теоретический блок А) Протерозой Кислородная катастрофа (далее КК) произошла в период раннего протерозоя, примерно 2.45 млрд лет назад. Рассмотрим его с точки зрения Биологии и Геологии. Биология. В этот период появились первые эукариоты (ядросодержащих живых организмов). Впоследствии КК многие вымерли, так как являлись анаэробными. Геология. Последствия КК оказали сильное влияние на развитие минералов. Произошло обильное образование железистых кварцитов (nFe3O4*mSiO2). Кислород, поглощаемый водой, обеспечивал так называемые химические стоки – перемешивался с простыми веществами, находящимися в океане и окислял их, что привело к образованию руд ферромагнитной тройки металлов. Б) Характеристика КК. Кислородная катастрофа – глобальное происшествие, сопровождающееся появлением в атмосфере свободного кислорода Причины. Есть две основных гипотезы о природе КК. Первая связывает КК с вулканической активностью, способствующей выбросу кислорода. Вторая и предложенная в задаче – появление фотосинтезирующих бактерий, а как следствие образование большого объема кислорода. Последнюю гипотезу часто считают притянутой за уши, так как сложно представить, что «кислородные карманы» - ареалы обитания фотосинтезирующих бактерий смогли объединиться в один огромный, занимающий площадь всей планеты. Атмосфера раннего протерозоя. Атмосфера состояла из сероводорода, аммиака, паров воды, метана и углекислого газа, поэтому имела восстановительный характер. Но при появлении свободного кислорода – сильного окислителя, свойства атмосферы тоже изменились на окислительные. В) Минералогия Минералогия – наука о природных соединениях элементов – минералах. Минерал – самостоятельное твердое тело с физической и химической точки зрения и имеющее примерно однородный состав. Классифицируют минералы по химическому составу (утверждена IMA): Неорганические минералы: 1) Самородные элементы 2)Карбиды 3)Нитриды 4)Фосфиды 5)Сульфосоли (халькосоли) – 1 класс – халькогениды, 2 класс – сульфосоли 6)Галогениды – 1 класс – фториды, 2 класс – иодиды, бромиды, хлориды 7)Окислы/гидроокислы 8)Кислородсодержащие Органические минералы. И по происхождению: Эндогенные – образованные под воздействием магмы Экзогенные – образованные в гидросфере и в областях осадочных пород, то есть под влиянием атмосферы и жизнедеятельности организмов. С этим видом пород и будем работать при решении задачи. К экзогенным относят осадочные породы. Изучением экзогенных минералов занимается наука литология. 2) Предположим, что вместо КК произошла бы хлорная катастрофа (далее ХК) А) Атмосфера бы преобразовалась по следующему механизму: CH4+4-nCl2=>CHnCl4-n +4-nHCl H2S+Cl2=>S+2HCl 4S+4Cl2=>SCl4+SCl2+S2Cl2 2NH3+3Cl2=>N2+6HCl H2+Cl2=>2HCl H2O+Cl2=>2HCl+[O] CO2+Cl2=>CCl4+O2 Как можно увидеть из уравнений реакций, помимо хлора в атмосфере будет присутствовать в большом количестве хлороводород и различные n-хлорметаны. Стоит также отметить, что содержание газообразного хлора в атмосфере при некоторых условиях невозможно, так как это тяжелый газ. Можно предположить, что все же свободный хлор будет газообразным, так как метан, бывший в старой атмосфере – очень сильный парниковый газ, сменился на n-хлорметаны, имеющие такое же тетраэдрическое строение, что и метан, а как следствие – такое же количество степеней свободы(вращений), поэтому парниковый эффект не уменьшится. Также, в отличие от кислорода, хлор взаимодействует с водой, образуя много атомарного кислорода, поэтому океаны будут кислыми. Вследствие этого основными окислителями в атмосфере будут кислород и хлор. С учетом этого фактора и стоит выдвигать гипотезы по поводу развития минералов. Б) Образование минералов Неорганические минералы. Наиболее важно образование минералов с элементами, имеющими самые большие кларковые числа. По данным статьи Н.С.Касимова и Д.В.Власова «Кларки химических элементов как эталоны сравнения в экогеохимии», наиболее распространены в земной коре, не считая кислорода, Кремний, Алюминий, Железо, Кальций, Натрий и Калий. Стоит отметить, что кислород бы даже в случае ХК находился в данном рейтинге в лидерах, так как он и его соединения образовывали магму, а также в вышеуказанных реакциях он образовывался в больших количествах. Большинство осадочных пород образовались как последствия жизнедеятельности организмов или при взаимодействии окисленного состава атмосферы с окисленными элементами по механизму: оксид + кислотный оксид => соль. Поэтому выдвинем предполагаемые реакции относительно самых распространенных элементов. Кремний. В земную кору попадал в большинстве своем не в самородном виде, а в виде своей двуокиси. При нашей атмосфере его взаимодействие с хлором почти нереально, однако в предположенном составе могут проходить следующие реакции: SiO2+C+Cl2+H2O =>(t˚) SiCl4+4CO+H2O=> SiO2+CO+HCl В присутствии воды бы пошла обратная реакция гидролиза с повторным образованием SiO2, поэтому третью стадию реакции можно считать более устойчивой. Si(в самородном виде, магматического происхождения) +2Сl2+H2O=>SiCl4+H2O=>SiO2+HCl Такие реакции имеют место быть, так как температура на Земле, вследствие сохранения парникового эффекта, останется высокой. Но, как и в первом случае, идет реакция гидролиза, приводящая к появлению SiO2 Алюминий. В природе встречается в виде окиси разной структурной формы. Предположены следующие реакции: Al2O3+Cl2+HCl=>AlCl3+Cl2+H2O=>AlCl3+HCl+[O] Железо. Хлор поступал к железу не только в виде молекул, но и сопровождался хлороводородом и атомарным кислородом в соотношении последних в моль: 2:1 – по реакции, указанной выше. Fe+Cl2+HCl+[O]=>FeCl3+HCl+[O]=>Fe2O3+Cl2+HCl=>FeCl3+HCl+[O] Химическая реакция вернулась ко второй стадии, из этого следует, что она наиболее устойчивая. Оставшиеся щелочные и щелочноземельные металлы уже выбрасывались в виде окислов, поэтому реакции имеют общий вид: Ме2Оn+2nНСl=>2MeCln+nH2O Органические минералы. Сложно предположить, откуда бы организмы синтезировали хлор, но пусть будет так. Теоретически, они могли бы использовать хлор как окислитель для пищи, а затем синтезировать его обратно, выделяя в атмосферу. Данная гипотеза тоже маловероятна. Итог. В результате ХК среди минералов, на которые она могла повлиять(осадочных), в ходе химических преобразований преобладали бы минералы хемогенного генезиса (остатки выпаривания: галит, сильвинит и т.д.): AlCl3, FeCl3, а также прочие хлориды. В кислом океане некоторые были бы растворены в виде комплексных анионов  , а в случае испарения вернулись бы в твердое состояние. На минералы эндогенного генезиса ХК не оказала бы никакого влияния. Органические минералы бы изменили свой состав3) Демонстрационная практическая работа. |