Геохимия

内容描述: Геохимия – наука о химическом составе Земли, законах распространённости и распределения в ней химических элементов, изучает поведение химических элементов в ходе геологических процессов, формы их переноса и нахождения в горных породах и минералах, поведение ионов в кристаллических решетках минералов и энергетику геохимических процессов.

贷款数: 5

Пререквизиты:

• Общая и историческая геология

*СomplexityDiscipline(zh-CN)*:

零件: Компонент по выбору

循环次数: Профилирующие дисциплины

Цель

• Целью изучения данной дисциплины является усвоение студентами знаний об основных геохимических процессах, таких как круговорот элементов, миграция атомов в атмосфере, гидросфере, ландшафтах разных типов, знание геохимии отдельных элементов способствует формированию целостности естественнонаучных знаний, и кроме того, позволяет глубже овладеть понятиями в некоторых областях геологии, химии, природопользования и др.

Задача

• Основные задачи сводятся к: изучению форм нахождения элементов в земной коре; усвоению основных факторов миграции элементов; изучению особенностей формирования геохимических ореолов; приобретению навыков математической обработки геохимических данных

Результат обучения: знание и понимание

• Знание и понимание: - общие законы геохимии; - геохимические классификации химических элементов; - основные закономерности формирования природных и техногенных геохимических ландшафтов, ландшафтно-геохимическое районирование; - основные закономерности поведения химических элементов в геологических процессах; - условия миграции, концентрации и рассеяния элементов.

Результат обучения: применение знаний и пониманий

• Применение знаний и пониманий: - охарактеризовать особенности состава и геохимические условия формирования различных типов пород и блоков земной коры; - определить факторы, контролирующие формирование геохимических аномалий в различных системах.

Результат обучения: формирование суждений

• критического анализа, оценки и сравнения различных научных теорий и идей; аналитической и экспериментальной научной деятельности; планирования и прогнозирования результатов исследования

Результат обучения: коммуникативные способности

• Коммуникативные способности: - охарактеризовать особенности состава и геохимические условия формирования различных типов пород и блоков земной коры; - определить факторы, контролирующие формирование геохимических аномалий в различных системах; - проанализировать комплекс специальных карт с целью выявления геохимических особенностей территории.

Результат обучения: навыки обучения или способности к учебе

• Навыки обучения или способности к учебе: Совершенствовать существующие и внедрять новые технологии (специализированные компьютерные программы) освоения дисциплины.

*TeachingMethods(zh-CN)*

Технологии проектного обучения - организация образовательного процесса в соответствии с алгоритмом поэтапного решения проблемной задачи или выполнения учебного задания. Технологии проблемного обучения - организация образовательного процесса, которая предполагает постановку проблемных вопросов, создание учебных проблемных ситуаций для стимулирование активной познавательной деятельности студентов. Интерактивные технологии – организация образовательного процесса, которая предполагает активное и нелинейное взаимодействие всех участников, достижение на этой основе личностно значимого для них образовательного результата.

*AssessmentKnowledge(zh-CN)*

Преподаватель проводит все виды работ текущего контроля и выводит соответствующую оценку текущей успеваемости обучающихся два раза в академический период. По результатам текущего контроля формируется рейтинг 1 и 2. Учебные достижения обучающегося оцениваются по 100-балльной шкале, итоговая оценка Р1 и Р2 выводится как средняя арифметическая из оценок текущей успеваемости. Оценка работы обучающегося в академическом периоде осуществляется преподавателем в соответствии с графиком сдачи заданий по дисциплине. Система контроля может сочетать письменные и устные, групповые и индивидуальные формы.

*PolicyAssignmentTask(zh-CN)*

*EvaluationForm(zh-CN)*

Итоговая оценка знаний обучающего по дисциплине осуществляется по 100 балльной системе и включает:

• 40% результата, полученного на экзамене;
• 60% результатов текущей успеваемости.

Формула подсчета итоговой оценки:

 

где, Р₁, Р₂ – цифровые эквиваленты оценок первого, второго рейтингов соответственно; Э – цифровой эквивалент оценки на экзамене.

Итоговая буквенная оценка и ее цифровой эквивалент в баллах:

Буквенная система оценки учебных достижений обучающихся, соответствующая цифровому эквиваленту по четырехбалльной системе:

Темы лекционных занятий

• Введение. Как самостоятельная отрасль науки геохимия оформилась в первом десятилетии ХХ века в России; ее основателем был В. И. Вернадский. Однако сам термин «геохимия» был предложен швейцарским химиком Ф. Шенбейном в 1838г. для обозначения науки о химических процессах в земной коре, но термин широко не использовался, поскольку химизм земной коры был предметом изучения минералогии, петрография и других наук. Позднее термин «геохимия» был использован В. И. Вернадским для обозначения новой науки - истории атомов Земли.
• Возникновение вещества солнечной системы. Имеющиеся данные по геохимии и космохимии химических элементов указывают на генетическое единство всего вещества Солнечной системы (СС), обусловленное в далеком космическом прошлом общими процессами звездного синтеза элементов.
• Геохимическая классификация В.М.Гольдшмидта. В. М. Гольдшмидт сравнил дифференциацию элементов в расплавленной планете с выплавкой металла из руд, когда на дно металлургической печи опускается тяжелый металл с плотностью около 7, а на поверхность всплывает легкий силикатный шлак (аналог земной коры). Между ним и располагается слой «штейна» - сульфида Fe с примесью сульфидов других металлов (аналог мантии). Распределение элементов по оболочкам, по Гольдшмидту, зависело от их атомных объемов.
• Сейсмическая модель Земли. Изучение скоростей распространения сейсмических волн позволили построить «сейсмическую модель Земли», выделить земную кору, мантию и ядро. Мантия и земное ядро недоступны для непосредственных исследований, и представления об их геохимии основаны на косвенных, главным образом геофизических, данных. Большинство построений в этой области носит характер гипотез, хотя исходные геофизические данные бесспорны.
• Состав метеоритов как основа модели мантии и ядра Земли. Метеориты состоят из трех основных фаз - металлической (никелистое железо), силикатной и сульфидной (FeS и др.). Их классификации основаны на соотношениях этих фаз, на различиях элементарного и минерального состава, окислительно-восстановительных и температурных условий образования.
• Кларки. Количественную распространенность химических элементов в земной коре (ЗК) впервые установил Ф. У. Кларк. В земную кору он включал также гидросферу и атмосферу. Поскольку масса гидросферы составляет лишь несколько процентов, а атмосферы - сотые доли процента от массы твердой земной коры, поэтому числа Кларка в основном отражают состав ЗК.
• Геохимическая классификация элементов В.И. Вернадского. Родственные по периодической системе элементы ведут себя в земной коре далеко неодинаково. Так, К и Na, Fe и Ni, Cl и I, Cr и Мо - аналоги в химии, но в земной коре мигрируют по-разному. Это связано с тем, что для геохимии часто основное значение имеют такие свойства элементов, которые с общехимических позиций второстепенны и не учитываются в классификации. Следовательно, необходима особая геохимическая классификация элементов. В. И. Вернадский предложил классификацию, в которой учтены самые важные моменты истории элементов в земной коре. Главное значение ученый придавал радиоактивности, обратимости или необратимости миграции, способности злементов давать минералы, состоящие из нескольких разнородных атомов.
• Миграция химических элементов.
• Особенности магматической миграции.Геохимические типы изверженных. Магматическия миграция. пород. Основную информацию по геохимии магматических процессов дают изучение изверженных пород, исследования современного вулканизма, данные экспериментов и петрургии (науки о каменном литье) и др. Магматические процессы охватывают земную кору и часть верхней мантии. Очаги гранитоидного магматизма залегают на глубинах 8 - 25км. Для базальтовой магмы приводятся значительно большие глубины - 50 - 500км. Различают коровый и мантийный магматизмы, их индикаторами служат отношения в породах изотопов 87S/86Sr, 3He/4Не, 143Nd/144Nd, а также элементов - Rb/Sг, Lu/Hf, Ва/Та и др.
• Геохимия гидротермальных систем. Современные гидротермы. Гидротермальные системы - основной источник Cu, Pb, Zn, Ag, Hg, Sb, Мо и других цветных, редких и благородных металлов, а так- же хризотил-асбеста, магнезита и другого нерудного сырья. Термальные воды являются источниками тепловой и электрической энергии, обогащены Li, Cs, Sr, В, Br, I и др. В настоящее время считается, что в земной коре существует особый пояс термальных вод, откуда берут начало все гидротермы. Состав современных гидротерм весьма разнообразен.
• Гидротермальный метасоматоз. Метасоматоз – это метаморфизм с привносом одних элементов в систему и выносом других. При метасоматозе реакции носят обменный характер, одновременно осуществляются противоположные процессы привноса и выноса элементов. Различают инфильтрационныи и диффузионныи метасоматоз.
• Строение гидротермальных систем. Для формирования гидротермальных систем благоприятен свободный объем, поэтому они характерны для тектонически активных зон и глубин, не превышающих 8км. Л. Н. Овчинников выделил в рудоносной гидротермальной системе три области: - мобилизации металлов и возникновения растворов (зона выщелачивания), - движения растворов (транзит); - рудоотложения (геохимический барьер).
• Геохимические барьеры гидротермальных систем. Источники вещества в гидротермальных системах. Термин «геохимические барьеры» был предложен А.И. Перельманом в 1961г. для объяснения причин рудоотложения в гидротермальных системах. В пределах геохимических барьеров происходит довольно резкое изменение параметров рН и Еh, что приводит к осаждению (концентрации) определенных химических элементов или их соединений. Перельман выделяет окислительные, сероводородные, глеевые, щелочные, кислотные и термодинамические барьеры. В настоящее время составе гидротермальных растворов выделяют ювенильную, магматическую, метаморфогенную, захороненную и метеорную составлящую.
• Биогенная миграция. Науку о влиянии жизни на геохимические процессы Вернадский назвал биогеохимией. В 20-е и 30-е годы она развивалась медленно, встречала и возражения. В 1928г. ученый сформулировал понятие о биогеохимических функциях живого вещества: газовых (кислородно-углекислотных, азотных, сероводородных и др.), концентрационных и биохимических.
• Техногенная миграции. Техногенез – так А. Е. Ферсман назвал геохимическую деятельность человечества. Ученый анализировал это явление с общих методологических позиций геохимии, выяснял, как зависит использование элементов от их положения в периодической системе, размеров атомов и ионов, кларков. Та часть планеты, которая охвачена техногенезом, представляет собой особую систему - ноосферу. Ноосфере свойственны и механическая, и физизико-химическая, и биогенная миграция, но не они определяют ее своеобразие: главную роль играет техногенная миграция.

Основная литература

• 1.Стримжа Т.П., Леонтьев С.И. Прикладная геохимия. Litres, 2019, - С.251. 2. Я.Э. Юдович ,М.П Кетрис. Основы литохимии.— Л.: Наука, 2018, - С. 479. 3. В.А. Алексеенко. Экологическая геохимия. — М.: Логос, 2018, — С.627. 4. А.А. Ярошевский. Проблемы современной геохимии. Конспект лекций, прочитанных в ГЕОХИ РАН в зимнем семестре 2010—2011 г.

Дополнительная литература

• 5. Туркина О.М.Лекции по геохимии мантии и континентальной коры. Учебное пособие.Издательство Новосибирского государственного университета, Новосибирск, 2008 г., 150 стр., УДК: 550.4(075), ISBN: 978-5-94356-561-8 6.Интерпретация геохимических данных / Под ред. Е.В. Склярова.— М.: Интермет Инжиниринг, 2001г. — 288 с. Скляров Е.В., Гладкочуб Д.П., Мазукабзов А.М. и др. 7. В.А. Алексеенко Геохимические методы поисков месторождений полезных ископаемых. М.: «Логос», 2008. 8. А. И. Перельман, Н. С. Касимов. Геохимия ландшафта. — М.: Астрея-2000, 1999. — 762 с. 9.Щербина В.В. Основы геохимии. М.: Недра, 1992. 10. Сауков А.А. Геохимия. М.: Наука, 1995.