Основные сведения о строении атома.

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.

Геохимические классификации химических элементов.

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

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.

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.

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.

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).

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).

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

 

Содержание геохимии, объекты её изучения, связь геохимии с другими науками. История геохимии.

Сущность основного закона геохимии. Охарактеризуйте строение ядра атома и его электронных оболочек.

Типы химической связи. Что такое электроотрицательность химических элементов?

Приведите геохимические классификации В.М. Гольдшмидта и Э. Садецки-Кардоша. Чем они отличаются друг от друга?

Что понимается под первичной и вторичной распространенностью химических элементов? Назовите химический состав атмосферы, гидросферы и литосферы Земли. Химический состав Солнца. Химический состав метеоритов.

Что называется кларком? Виды кларков. Что называется геохимической провинцией и принципы её выделения? Закономерности распределения химических элементов в земной коре.

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.

Назовите известные Вам формы нахождения химических элементов в земной коре. Охарактеризуйте самостоятельные минеральные виды как одну из форм нахождения химических элементов.

Что называется неструктурной примесью?

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?

Охарактеризуйте внутренние и внешние факторы миграции. Назовите формы миграции химических элементов. Роль комплексных соединений в миграции химических элементов. Критерии форм переноса химических элементов.

Назовите причины отложения вещества. Что понимается под геохимическим барьером? Литогеохимические методы поисков месторождений полезных ископаемых по первичным ореолам.

Генезис основной и кислой магмы. Происхождение гранитов. Происхождение пегматитов и типы гранитных пегматитов. Процессы эволюции магмы.

Причины отложения вещества гидротермальными растворами. Роль серы в формировании сульфидных месторождений.

Особенности метасоматических процессов. Типы метасоматоза. Факторы регионального метаморфизма. Сущность ультраметаморфизма. Метаморфические фации и условия их формирования. Поведение элементов-примесей в метаморфическом процессе.

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?

Литогеохимические методы поисков месторождений полезных ископаемых по вторичным (солевым) ореолам. Гидрогеохимические методы поисков месторождений полезных ископаемых

Факторы седиментации. Геохимические классификации седиментогенеза. Диагенез и его сущность.

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.

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.

 

 

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.

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.