Назад | Содержание курса | Литература

Геохимия.

Геологический факультет МГУ, кафедра геохимии, тел. 939-20-34.

Автор - проф. Ярошевский Алексей Андреевич.

Курс читается в 7 и 8 семестрах для студентов специальности 011300 - геохимия.

Объем курса - 118 часов лекций.

Форма контроля. Экзамен в 7 и 8 семестрах.

Аннотация. Курс 'Геохимии' является одним из основных курсов в системе подготовки по специальности 'Геохимия, петрология, минералогия' и имеет цель задачей дать основы знаний закономерностей распространенности, распределения и поведения химических элементов в природе. Основные рассматриваемые в курсе проблемы: распространенность химических элементов в космосе, Солнечной системе, на Земле, в земной коре; геохимическая классификация элементов, формы нахождения элементов в природе, физико-химическая характеристика геологических процессов, факторы миграции элементов в геологических процессах; основные закономерности поведения химических элементов в магматических процессах, процессах выветривания и осадкообразования, метаморфических, гидротермально-метасоматических процессах, в гидросфере, атмосфере и биосфере; представления о геохимическом круговороте; кратко о проблемах прикладной геохимии.

Вверх

Содержание курса.

Общая геохимия.

1. Объект и методы геохимии.

Определение геохимии. Основные проблемы геохимии: распространенность элементов и распределение элементов в природе. Возникновение геохимии. Основополагающие работы Ф.У.Кларка, В.И.Вернадского, В.М. Гольдшмидта, А.Е.Ферсмана. Основные труды по геохимии.

Химико-аналитические, физико-химические и физические методы изучения содержания и состояния элементов в природных объектах. Роль физико-химического эксперимента. Роль математических методов обработки и моделирования.

2. Проблема распространенности элементов в природе.

Определение понятия распространенность элемента; способы выражения распространенности. "Космическая" распространенность элементов; распространенность элементов на Солнце, в метеоритах и планетах, корах планет, в атмосферах и гидросферах.

Представление о корах планет как геохимической системе. Принципиальное отличие состава коры Земли, Луны, Венеры, Марса от состава исходного (солнечно-метеоритного) вещества. Представление об атмосферах и гидросферах планет как геохимических системах. Геофизические данные о строении Земли. Земная кора, мантия, ядро. Полиморфизм и состояние вещества в глубинных сферах Земли.

Геохимические признаки "холодного" происхождения планет; принцип выплавления и дегазации вещества коры, гидросферы и атмосферы; работы А.П.Виноградова.

3. Геохимическая классификация элементов.

Периодический закон Д.И.Менделеева и классификация элементов. Классификация В.И.Вернадского. Классификация В.М.Гольд-шмидта. Закономерности распределения элементов в метеоритах; термодинамические основания; связь с положением в таблице Д.И.Менделеева и на кривой атомных объемов Л.Мейера. Другие классификации.

4. Состояние (формы нахождения) элементов в природе.

Минералы - продукты природных химических реакций. Направленность реакций; критерий минимума свободной энергии. Рассеяние элементов в природе. Термодинамические основания рассеяния; закон В.И.Вернадского. Формы рассеяния элементов. Явление изоморфизма атомов в кристаллах и его геохимическое значение. Эмпирические правила изоморфизма: правило "15%", правила "захвата" и "допуска" В.М.Гольдшмидта. Изоморфизм и ассоциации элементов в природе; изоморфные ряды В.И.Вернадского; диагональные ряды А.Е.Ферсмана. Изоморфизм как механизм рассеяния, концентрирования и разделения элементов. Состояние химических элементов в подвижных фазах (расплавах, водных растворах, газах).

5. Физико-химические и кристаллохимические основания разделения элементов в природных процессах (факторы геохимической миграции).

Понятие о миграции элементов. Явления концентрации и рассеяния. Основные разделительные процессы в земной коре: при дифференциации расплавов, при взаимодействии фильтрующихся вод с породами. Термодинамические законы разделения элементов и изотопов в гомогенных системах: гравитационное равновесие, термодиффузия; термодинамические законы разделения элементов и изотопов в гетерогенных системах (распределение по фазам): равновесия кристаллизации, ликвации, равновесие газ-расплав, равновесие твердая фаза-водный раствор; понятие о коэффициентах распределения.

Представление о диффузии и конвекции как механизмах массопереноса и дифференциации в геохимии. Понятие о динамике процессов и динамических физико-химических моделях природных процессов.

Элементарные свойства атомов и ионов: геометрические - понятие об атомных и ионных радиусах; валентность и эффективный заряд атомов и ионов; свойства связи - представления о характере строения электронных оболочек и важнейших типах химической связи в соединениях. Значение отношения заряда иона к его размеру; понятие ионного потенциала; диаграмма ионных потенциалов.

6. Геохимия земной коры.

Распространенность элементов в земной коре; методы оценки среднего химического состава земной коры. Работы Ф.У.Кларка, В.И.Вернадского, И.и В.Ноддаков, В.М.Гольдшмидта, А.Е.Ферсмана, А.П.Виноградова, А.Полдерваарта, А.Б.Ронова.

Геохимия магматического процесса. Химический состав и классификация магматических пород. Распространенность элементов в магматических породах; закономерности изменения распространенности в зависимости от содержания кремнезема. Ассоциации элементов ультраосновных, основных, кислых и щелочных пород. Относительная распространенность типов магматических пород. Физико-химические закономерности кристаллизации породообразующих силикатов и поведение элементов-примесей в этом процессе. Работы Н.Л.Боуэна и В.М.Гольдшмидта; идея об основополагающей роли кристаллизационной дифференциации как механизма разделения элементов в магматическом процессе. Физико-химическая оценка других гипотез дифференциации магмы (ликвация, газовый перенос, гравитационная диффузия).

Геохимия ультраосновных пород, базальтов, щелочных пород, карбонатитов; геохимические признаки их глубинного (мантийного) происхождения. Граниты; их химический и изотопный состав; проблема формирования гранитного вещества в земной коре.

Типы магматических рудных месторождений. Процесс дифференциации магмы как процесс рудообразования.

Геохимия пегматитов. Представление о пегматитах как остаточных геохимических системах. Геохимия гранитных пегматитов; особенности их строения, классификация, последовательность формирования. Работы А.Е.Ферсмана. Физико-химические особенности силикатных систем с летучими компонентами. Геохимия пегматитов щелочных и других типов пород. Типы руд, связанных с пегматитами.

Геохимия грейзенов и пневматолитов. Ассоциация элементов грейзеновых образований. Признаки высокотемпературных реакций газов с породами; роль фтора, а также хлора, бора, серы и др. Типы месторождений, связанных с грейзенами.

Состав вулканических газов; закономерности изменения состава водных источников и газов вулканических областей в ходе вулканического процесса. Газы ювенильные и возрожденные; геохимические признаки происхождения вулканических газов.

Геохимия гидротермально-метасоматических процессов. Ассоциация элементов в гидротермально-метасоматических образованиях. Типы гидротермальных сульфидных месторождений и соответствующие им ассоциации рудных элементов.

Контактные процессы. Типы контактных образований; скарны, фениты и др.; соответствующие им ассоциации рудных элементов.

Метасоматические и автометасоматические образования: щелочные метасоматиты, зоны пропилитизации, доломитизации, вторичные кварциты, продукты серпентинизации ультраосновных пород, альбитизации гранитоидов и др.; соответствующие им ассоциации рудных элементов.

Термодинамические условия гидротермально-метасоматических процессов. Данные о составе гидротермальных растворов, о температуре и давлении процессов. Особенности современного гидротермального рудообразования. Источники вещества, способы переноса и способы отложения элементов в гидротермально-метасоматических процессах. фФзико-химические факторы растворения, переноса и отложения рудных элементов; роль взаимодействия растворов с породами как фактор рудоотложения. Основы физико-химической динамики гидротермально-метасоматических процессов. Зональность гидротермально-метасоматических образований как отражение гидротермально-метасоматической дифференциации элементов. Работы Д.С.Коржинского.

Геохимия процессов выветривания и осадкообразования. Геохимическая (Гольдшмидтовская) классификация осадочных образований. Химический состав и ассоциации элементов различных типов осадочных пород. Относительная распространенность различных типов осадочных пород.

Физико-химические факторы осадочной дифференциации. Роль температуры, давления, состава атмосферы и вод; значение активности живых организмов и органического вещества осадков. Кислотность и окислительно-восстановительный потенциал растворов как факторы разделения и концентрирования элементов. Специфика физико-химических условий процессов выветривания, сноса, осадконакопления, диагенеза; связь с геолого-тектоническими и климатическими условиями. Особенности современных процессов осадкообразования. Работы Н.М.Страхова и А.П.Лисицына.

Типы осадочных рудных месторождений. Осадочная дифференциация как рудообразующий процесс.

Эпигенетические процессы в осадочных породах и их роль в концентрировании металлов; характерные ассоциации элементов эпигенетических руд в осадочных породах.

Геохимия метаморфического процесса. Химические типы метаморфических пород, соответствующие им ассоциации элементов. Зависимость состава метаморфических пород от условий метаморфизма. Ультраметаморфизм и гранитизация.

Роль метаморфических пород в сложении земной коры. Оценка общей массы метаморфических пород; средний химический состав древних метаморфических пород и проблема его отличия от состава фанерозойских осадков.

Физико-химические факторы метаморфизма. Принцип метаморфических фаций и основная физико-химическая направленность прогрессивного метаморфизма; подвижность элементов при метаморфизме.

Типы рудных месторождений, связанных с метаморфическими породами; оценка роли процессов метаморфической дифференциации в формировании собственно метаморфогенных месторождений.

7. Геохимия гидросферы.

Масса и химический состав вод гидросферы; сопоставление состава морских и континентальных вод; устойчивость состава солевой массы океана; колебания соленосности морских вод. Малые компоненты гидросферы; жизнь и органическое вещество морских вод. Работы А.П.Виноградова, М.Г.Валяшко. Физико-химические факторы, определяющие состав вод гидросферы. Океан как динамическая система. Соотношение процессов поступления материала в океан и осадконакопления; круговорот воды.

Источник вещества гидросферы; геохимический баланс процесса осадкообразования и представление об "избыточных летучих"; источники летучих на поверхности Земли. Работы В.М.Гольдшмидта. Формирование и эволюция солевой массы океана.

8. Геохимия атмосферы.

Состав атмосферы; строение атмосферы и распределение ее компонентов по высоте. Факторы, контролирующие химический состав атмосферы. Атмосфера как динамическая система и геохимические циклы газов атмосферы. Инертные газы.

Происхождение и эволюция атмосферы. Источник газов на поверхности Земли; проблема потери газов Землей; геохимические признаки отсутствия на Земле древней плотной атмосферы.

Подземные атмосферы; их состав и классификация. Геохимические признаки происхождения газов подземных атмосфер. Работы В.В.Белоусова.

9. Геохимия биосферы.

Определение В.И.Вернадского биосферы и живого вещества. Живое вещество; его количество и химический состав, биофильные элементы. Энергия и активность живого вещества. Понятие о биогеохимических процессах; прямое и косвенное влияние организмов на геологические процессы; геохимические функции организмов; организмы-концентраторы. Живое вещество как мощный геологический фактор в истории земной коры; понятие о ноосфере. Работы В.И.Вернадского.

Органическое вещество в геохимии. Распространенность и формы накопления органического вещества. Состав органического вещества осадков и осадочных пород; ассоциации элементов, накапливающихся в связи с органическим веществом; органическое вещество как фактор концентрирования элементов.

Биогеохимические провинции. Связь условий жизнедеятельности организмов с химическим составом среды; понятие эндемии. Факторы формирования биогеохимических провинций. Значение биогеохимических провинций в хозяйственной деятельности человека. Работы А.П.Виноградова.

10. Геохимические циклы.

Круговорот вещества в земной коре и представление о малом и большом геохимических циклах. Энергетика геохимических процессов; движущие силы геохимического круговорота. Идея о геохимическом балансе процессов преобразования вещества в ходе кругооборота. Работы Ф.У.Кларка, В.М. Гольдшмидта, Р.М.Гаррелса.

11. Геохимические методы поисков.

Представление о геохимических методах поисков: их основания и задачи. Представление о первичных ореолах и вторичных ореолах рассеяния. Литохимические, гидрохимические, атмохимические и биогеохимические методы поисков. Их роль и условия применения.

Геохимия отдельных элементов.

Последовательно анализируется геохимия каждого элемента. При этом рассматриваются следующие вопросы: кристаллохимические особенности и типы соединений в природе; изоморфные отношения; распространенность, закономерности распределения в породах земной коры, в гидросфере, атмосфере; закономерности поведения в геологических процессах; для некоторых элементов (Н, С, О, S, Sr, Nd, Pb, благородные газы) обсуждаются проблемы геохимии изотопов.

Вверх

Литература.

1. Белонижка П.М., Матковский О.И. Геохимия элементов главных подгрупп I-III группы Периодической системы Д.И.Менделеева. Львов, ЛГУ, 1984.
2. Гавриленко В.В., Сахоненок В.В. Основы геохимии редких литофильных металлов. Л., ЛГУ, 1986.
3. Гавриленко В.В., Сорокина Н.А. Геохимические циклы токсичных элементов. Л., ЛГУ, 1988.
4. Мейсон б. Основы геохимии. М., Недра, 1971.
5. Перельман А.И. Геохимия. М., Высшая школа, 1979.
6. Сауков А.А. Геохимия. М., Наука, 1975.
7. Тугаринов А.И. Общая геохимия. Главы 16-17. М., Атомиздат, 1973.
8. Шоу д.м. Геохимия микроэлементов кристаллических пород. Л., Недра, 1969.

Назад | Вверх | Содержание курса | Литература