obieg metali w przyrodzie(1).pdf

OBIEG METALI W PRZYRODZIE

Geochemia zajmuje się migracją i przyczynami nierównomiernego

rozmieszczenia pierwiastków chemicznych w przyrodzie z uwzględnieniem

przestrzeni i czasu, bada obieg pierwiastków w różnych systemach. Zadaniem jej jest

ustalenie stosunków ilościowych poszczególnych pierwiastków chemicznych

uczestniczących w budowie Ziemi, wyznaczenie wskaźników częstości ich

występowania ( klarki ) a więc w konsekwencji ustalenie składu chemicznego różnych

środowisk ziemskich.

Biogeochemia ma powiązanie z naukami biologicznymi poprzez ustalenie

korelacji między rozwojem organizmów a chemiczną charakterystyką

naturalnego środowiska ich bytowania.

Obieg pierwiastków chemicznych w środowisku skorupy ziemskiej

warunkują: procesy magmowe i pomagmowe, meta- i ultramorficzne,

hipergeneza, zachodzące pod wpływem czynników hydrosfery, atmosfery i

biosfery. Powstają przy tym różne minerały, skały, złoża.

Skorupa ziemska jest zbudowana ze skał: magmowych, osadowych,

metamorficznych.

Masa Ziemi 59* 10 26 g, objętość 1* 10 12 km 3 , promień 6 371 km. We wnętrzu

Ziemi są powierzchnie oddzielone od siebie tworząc materie o odmiennych

właściwościach tzn. powierzchnie nieciągłości sejsmicznej . Jedna jest na

głębokości 30 – 70 km (górskie tereny) – strefa Moho , zaś największa na

głębokości 2900 km . W skład stref Ziemi wchodzi skorupa wraz z hydro- i atmosferą.

Sial Si - Al - materiały bogate w krzemionkę i glinokrzemiany, on wytwarza

zgrubienia kontynentów, w budowie dna oceanów uczestniczy częściowo – Atlantyk

lub jest go brak – Pacyfik.

Sima Si-Mg – dna oceanów zbudowane są z materiałów mineralnych bogatych

w krzemiany magnezu, a pod nimi może występować sial.

Skały magmowe – to produkty zakrzepnięcia magmy, wydostającej się jako

lawa,

skały osadowe – powstają w wyniku nagromadzenia się i osadzania substancji

mineralnych pochodzących z kruszenia i niszczenia skał i minerałów,

skały metamorficzne – to przekształcone skały magmowe i osadowe pod

wpływem różnych roztworów, ciśnienia, temperatury itp.

Magma to gorący stop krzemianowy , powstały w wyniku lokalnych zmian

temperatury i ciśnienia w głębszych warstwach, który poprzez wypłynięcie na

powierzchnię Ziemi zestala się tworząc: {SiO 2 (Al, Fe, Mn, Ca, Mg, Na, K)} + woda +

CO 2 , + związki siarki, chloru, fluoru i boru .

Hipergeneza to wietrzenie, transport, sedymentacja itp., odsłoniętych na

powierzchni składnikó w litosfery pod wpływem atmosfery, hydrosfery i biosfery,

którym towarzyszą zmiany energetyczne z udziałem światła słonecznego, klimatu,

świata organicznego.

Wietrzenie może być mechaniczne lub chemiczne:

mechaniczne - rozluźnia się spoistość skał i minerałów, następuje pękanie i

rozsypywanie bez zmiany natury chemicznej,

chemiczne - na skutek działania wody, tlenu, dwutlenku węgla, zostają

uruchamiane pierwiastki i rozpoczyna się ich obieg w przyrodzie.

Nowe minerały są słabo krystalicznymi substancjami lub żelami koloidalnymi.

Ogólnie produkty wietrzenia są to minerały wtórne (trudno rozpuszczalne w wodzie -

krzemiany i wodorotlenki) bądź dobrze rozpuszczalne.

Istnieje też podmorskie wietrzenie jako oddziaływanie słonej wody na skały.

Produkty wietrzenia mogą pozostawać na miejscu lub są przenoszone wodą rzek,

potoków i oceanów, szczególnie z miejsc wyżej położonych, a dalej następuje

sedymentacja . Proces ten zachodzi na lądzie i na dnie środowisk wodnych.

Produktami tego procesu są zwykle reduzaty - FeS, substancje organiczne

rozkładające się do siarkowodoru, biolity - węgle kopalniane, związki wapnia i

krzemu, skały osadowe okruchowe (żwir, piasek), ilaste (ił, glina, kaolinit), wapienie,

dolomity, bitumity.

Diageneza to proces określający co się dzieje z osadami w środowisku

sedymentacji gdyż często zmienia się ich skład fizyczny i chemiczny.

Metamorfizm - pod wpływem temperatury i ciśnienia przy przemieszczaniu się

w głębsze poziomy skorupy ziemskiej skały osadowe lub magmowe stają się

odmienne mineralnie, strukturalnie a czasem chemicznie.

Klasyfikacja geochemiczna pierwiastków wg Goldschmita :

syderofilne - rozpuszczalne w stopach metalicznego żelaza: Fe, Co, Ni, P, Sn, C, As,

Pb, Pt, Mo,

chalkofilne - występują głównie w postaci siarczków: Cu, Zn, Cd, Hg, Fe, Co, Ni, Pb,

Sb, As, Pt,

oksyfilne - tworzą związki tlenowe i tlenki: potasowce, wapniowce, glinowce i.t.p.,

atmofilne - są w gazowym stanie w zwykłych warunkach ciśnienia i temperatury,

biofilne - składniki organizmów żywych: H, C, N, O, P, Na, K, Cu, Fe ,Cl , I , Mg ,Ca,

Si ,Mn ,B.

Polański pierwiastki podzielił na: niemetale, metale alkaliczne, metale grupy

żelaza, ziem rzadkich, metale nieżelazne, szlachetne, pierwiastki

promieniotwórcze, gazy szlachetne.

Biosfera - to zewnętrzna powłoka Ziemi (do 10 km wysokości - atmosfera i

litosfera), a w głąb sięga do miejsca, gdzie rozwijają się mikroorganizmy,

parabiosfera sięga do przestrzeni międzyplanetarnej, obszarów wysokogórskich,

lodowców, górnych warstw atmosfery, gdzie istnieją utajnione formy życia.

Organizmy żywe biosfery określa się jako organosferę zaś ludzkość naszej

planety - antroposferę . Dla biosfery źródłem składników mineralnych jest litosfera,

hydrosfera, zapewniają one wodę, tlen, azot, dwutlenek węgla, energię słoneczną.

Hydrosfera to wody występujące bezpośrednio na powierzchni Ziemi (wody

powierzchniowe), które są rozcieńczonymi roztworami różnych związków

chemicznych. W skład globalnych zasobów wód Ziemi wchodzą: wody

podziemne, atmosferyczne i zawarte w biomasie zielonej. Pod względem

ilościowym, w stosunku do hydrosfery, stanowią one podrzędną rolę, to jednak w

procesach przyrodniczych odgrywają dość istotną rolę, między nimi w wyniku

ustawicznego krążenia dużych mas wody (parowanie, a następnie skraplanie się i

postaci opadu atmosferycznego powrót na powierzchnię Ziemi).

Opady atmosferyczne dzięki infiltracji zasilają zbiorniki wód podziemnych, są

wchłaniane przez korzenie roślin, następnie zgodnie z właściwymi mechanizmami

parowania są przekazywane do atmosfery.

Atmosfera stanowi zewnętrzną - gazową strefę Ziemi, do której docierają z

powierzchni Ziemi różne sole i pyły kontynentalne, substancje pochodzenia

wulkanicznego, promieniotwórcze izotopy powstające na pograniczu troposfery i

stratosfery pod działaniem neutronów wtórnego promieniowania kosmicznego na

atomy składników atmosfery - zwłaszcza azotu, związki organiczne i gazy uwalniane

w procesach biosfery, a także w wyniku działalności człowieka. Przyjęto, że stosunek

masy biosfery : atmosfery : hydrosfery wynosi 1:300:69 000 . Ziemia stanowi

10 14 ton materii żywej zaś hydrosfera posiada masę 15 tysięcy razy większą.

W wyniku bezpośrednich przemian (energia + składniki mineralne Ziemi)

powstają organizmy samożywne autotroficzne (rośliny zielone, bakterie purpurowe),

są to składniki producentów i są podstawą łańcuchów troficznych.

Wyższym piętrem przemian jest przetwarzanie tej samożywnej substancji

organicznej przez organizmy cudzożywne - heterotrofy , do których należą

zwierzęta roślinożerne i pasożyty. Jest to grupa konsumentów I - go rzędu .

Zwierzęta mięsożerne zwane drapieżnikami to konsumenci II - go rzędu .

Organizmy cudzożywne - grzyby i bakterie rozwijają się kosztem obumarłej

substancji organicznej, uwalniają składniki nieorganiczne, które są wykorzystywane

przez producentów i noszą one nazwę destruenci lub bioreduktory . Przyrodnicze

jednostki biosfery, w których przebiegają wspomniane cykle to ekosystemy lub

biogeocenozy . Ekosystem to pewna całość przyrodnicza, w której zachodzi

wymiana materii miedzy żywymi i nieożywionymi jej składnikami.

Biocenoza to naturalny zespół organizmów żywych danego środowiska

powiązanych ze sobą rozmaitymi czynnikami ekologicznymi. Równowaga trzech

współzależnych biologicznie organizmów

PRODUCENCI : KONSUMENCI : REDUCENCI

prowadzi do w miarę zamkniętego obiegu materii (np. samooczyszczanie się

zbiornika wodnego).

Biosfera Ziemi ma 3 główne ekosystemy: lądowy, słodkowodny i morski.

Ingerencja człowieka nie tylko powoduje zachwianie równowagi pomiędzy naturalnymi

ekosystemami, ale także prowadzi do powstawania ekosystemów sztucznych

(polowe, łąkowe, leśne, kompleksy miejskie, zagospodarowane zbiorniki wodne itp.).

Te zabiegi często mogą prowadzić ku zagładzie o ile nie będą racjonalne.

Człowiek to konsument, czynnik zmieniający i przekształcający przyrodę,

często prowadzi więc do zakłócenia równowagi, stąd istnieje wielka potrzeba

racjonalnej i planowej gospodarki. Często zdarza się, że poszczególne elementy

biocenoz zanikają a ich miejsce zajmują nowe, czyli powstają nowe elementy.

Wymiana materii czyli krążenie pierwiastków między nieożywionymi i ożywionymi

elementami ekosystemów sprowadza się do cykli biogeochemicznych.

Podstawowym procesem warunkującym istnienie biosfery jest fotosynteza .

Dzięki temu procesowi powstaje i rozwija się żywa substancja roślinna, która stanowi

wyjściowe i główne ogniwo w systemie pokarmowym dla większości innych żywych

organizmów. Znaczenie chemosyntezy w tworzeniu ogólnej masy organicznej jest

bardzo małe. Biogeniczna akumulacja doprowadza zatem na ogół pierwiastki do

stanu mniejszej ruchliwości, tzn. obniża ich zdolność migracyjną.

Migracja pierwiastków chemicznych w biosferze - cykle biogeochemiczne

określają drogi mniej lub bardziej zamkniętego obiegu poszczególnych składników,

jak wody, węgla, tlenu, azotu, siarki, fosforu i pierwiastków śladowych, które zwykle

nie tworzą samodzielnych cykli, lecz uczestniczą w obiegu ze składnikami głównymi.

Cykle biogeochemiczne odznaczają się najczęściej pewną regularnością,

natomiast w wyniku gospodarczej działalności człowieka mogą być niepełne i

przebiegać acyklicznie na skutek deficytu jednych składników lub nadmiernego

doprowadzania innych. W zależności od sposobu przemieszczeń materii w biosferze

wydziela się różne rodzaje migracji pierwiastków: mechaniczna (fizyczna),

wodna, atmosferyczna i koloidalna.

Migrację biogeniczną pierwiastków chemicznych w biosferze powodują:

powstawanie żywej substancji z pierwiastków otaczającego środowiska kosztem

energii słonecznej oraz rozkład substancji organicznej.

W wyniku tego pierwiastki przechodzą ze związków organicznych w mineralne

w obecności mikroorganizmów. Szczególną rolę w kształtowaniu biosfery spełnia

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: