Лабораторная работа 5 тема первая группаэлементов

К этой группе относятся элементы, для которых характерна газообразная форма не только в земных глубинах, но и в биосфере (в отличие от щелочных металлов и др. элементов, которые образуют газообразные соединения только при высоких температурах). Водная миграция для них так же характерна.

1. Элементы образующие химически активные газы, - O, H, S, C. N . Эти элементы благодаря химической активности и высоким кларкам играют особо важную роль в земной коре. Они типоморфны во многих системах, определяют окислительно-восстановительные и щелочно- кислотные условия растворов, расплавов, формирование важнейших геохимических барьеров. Это главные элементы живого вещества, их роль исключительна в биосфере и ноосфере. Они геохимические аккумуляторы солнечной энергии, для них характерна как ионная, так и не ионная миграция в растворах и расплавах.

Кислород O. Это самый распространенный элемент земной коры (46 %), гидросферы (85,7%) и живого вещества (70%). Большая действующая масса сочетается с его высокой активностью, что делает его геохимическим диктатором. В земной коре преобладают кислородные минералы.

Эволюция магматизма направлена в сторону увеличения содержания О, в биосфере происходит его резкая дифференциация, обязанная биологическому круговороту. Об этом говорят кларки концентрации О

В земной коре протекают различные реакции образования свободного кислорода. Флора земли это – (благодаря фотосинтезу) огромная фабрика по производству О. Переходя в свобождное состояние О аккумулирует солнечную энергию. Это определяет его высокую химическую активность (геохимический аккумулятор). Кислород расходуется в реакциях окисления (их огромное количество) они в основном имеют биохимическую природу. При окислении выделяется энергия, поглощенная при фотосинтезе. В почвах, илах, водоносных горизонтах и т.д. где имеются органические вещества развивается деятельность микроорганизмов окисляющих органические соединения. Следовательно общая схема круговорота О в биосфере складывается из противоположных ветвей – образования свободного О при фотосинтезе и его поглощения в окислительных реакциях. Для земной коры и для отдельных ее систем характерна окислительно-восстановительная зональность, обусловленная солнечной энергией, приводящей к накоплению сильных окислителей (О) и сильных восстановителей (С органический, Fe). Кроме О₂ в атмосфере при электрических разрядах образуется еще более сильный окислитель озон – О₃ и пероксид водорода Н₂ О₂

Водоро H. Это главный элемент космоса, но в планетах земной группы его не много. В земной коре большая часть атомов Н входит в состав воды, углей, нефти, горючих газов, эживых организмов, глинистых и других минералов. Геохимия Н тесно связана с историей воды и жизни.

В земной коре известен глубинный Н, поступающий в зонах разломов. Предпологается его присутсвие в мантии и ядре. Исключительно велика в земной коре роль воды, водородного (Н⁺) и гидрогсильного ионов (ОН^-).

Сера S Поливалентность серы (-2, 0,+4,+6), способность давать газообразные (SO₂, H₂ S ) и легкорастворимые ( SO₄^2- ) соединения в сочетании с относительно большим кларком (4,7 х 10 ^-2)% определили важную роль серы в земной коре, ее влияние на миграцию многих элементов. – халькофилов. По числу минералов (369) сера занимает пятое место после О, Н, Si, Ca, а по величине кларка – пятнадцатое. Это свидетельствует о способности серы к минералоообразованию, как у таких элементов ( ).

В земной коре важное значение имеют две валентности серы (-2) и (+6).

Для серы характерны как ионные, так и неионные сязи. Сульфаты щелочных металлов, М хорошо растворимы, а - плохо. Это имеет большое геохимичесое значение. Огромную роль играет плохая растворимость сульфидов тяжелых металлов.

В магме сера в основном в рассеянном состоянии, из гидротермальных источников сера осаждается в виде сульфидных руд .

Сера это элемент земной коры в мантии ее в 5 раз меньше. Она концентрируется в биосфере, осадочных породах, соленых озерах, углях, нефти. Кларк серы в живом веществе 5 х 10 ^-2%, она является важнейшим биоэлементом, входит в состав белков и др. органических соединений. Известны организмы концентраторы серы (водоросли, бактерии). Для биосферы характерны круговороты Серы разных масштабов – от круговорота в пределах ландшафтов, до большого круговорота, связывающего океан и материки (сера приносится на материки с атмосферными осадками и возвращается в океан со стоком).

Важнейший концентратор серы – мировой океан, в котором ее содержание достигает 8,9 х 10^-2%

В течение всей геологической эпохи источником серы для биосферы были в основном продукты извержения вулканов, содержащие Н₂S и SO_2. Образование кислородной атмосферы в докембрии привело к коренным изменениям в геохимии серы – возникла сульфатная форма ее миграции, стали возможны и процессы восстанавливания сульфатов. Появились сульфатные воды, гипсы в озерах, лагунах

В ноосфере миграция серы ускорилась. То технофильности (4 х 10⁸) сера сильно уступает углероду и хлору. Окисление сульфидов (в основном пирита) привело к загрязнению окружающей среды (кислые дожди)

УглеродС. При кларке земной коры 2,3 х 10^-2%, С сильно накапливается в биосфере, в чистых известняках его – 12 % живом веществе – 18, древесине 50, каменном угле – 80, нефти – 85 и т.д. Преобладающая часть атомов С земной коры сосредоточена в известняках и доломитах. Огромная геохимическая роль его в том, что он – аккумулятор солнечной энергии, которая освобождается в ходе его круговорота и совершает большую работу. Число собственных минералов С – 112, исключительно велико число различных органических соединений – углеводородов и их производных. С историей С связано накопление многих элементов – сорбированных органическим веществом, осаждающихся в виде нерастворимых карбонатов, или на воссвтановительном барьере, создаваемом разлагающимся органическим веществом. Большую геохимическую роль в земной коре играют СО₂ и угольная кислота . С – четвертый по распространенности элемент в космосе (после Н, Не и О) Атмосфера Марса и Венеры богаты СО₂, планет – гигантов СН₄ . Все метеориты содержат С, им обогащены углистые хондриты, содержащие органические соединения.

В ноосфере С энергично извлекается из недр (уголь, нефть, горючий газ, которые служат пока основным источником энергии).

Азот В земной коре разновалентен (-3,0,+2,+3,+4, +5), что определяет искулючительное разнообразие его миграции. Ведущее значение имеет биогенная миграция, хотя он образует газообразные и растворимые соединения. По исключительной роли биогенной миграции азот занимает первое место среди элементов периодической системы. Кларк азота в земной коре 1,9 х 10 ^-3%, его история связана преимущественно с биосферой. Азот накапливается в почвах (0,1%), в живом веществе (0,3), каменном угле (1-2,5), нефти (0,02-1,5) %. Больше всегог азота в атмосфере, где его содержание составляет 78,09 % по объему или (75,6 % по массе). При электрических разрядах в атмосфере азот окисляется и с осадками поступает в почвы и воды (в виде NO^-₃). Атмосферный азот поглащается с некоторыми микроорганизмами. Природные минеральтные соединения азота – аммиак и различные нитраты (селитры0 – растворимы и легко мигрируют (ЭК NO^-₃ очень низок _{– 0,19 )} . Ферсман отметил, что NO^-₃ – ион исключительной подвижности и дискретности. Однако главное значение в истории азота в биосфере принадлежит живому веществу, в котором азот находится в виде различных органических соединений.

В биосфере осуществяется круговорот азота, главную роль в котором играют растения и микроорганизмы – нитрифицирующие, денитрофицирующие, азотофиксирующие и др.

В пустынях нираты накапливаются при испарении грунтовых вод, разложении гуано. Крупные соединения натриевой селитры (NaNO₃)

По распространенности азот – пятый элемент космоса, он обнаружен в туманностях, кометах, атмосферах звезд, углистых хондритах.

Дефицит азота характерен для земледелия, и животноводства. Азотные удобрения и белковая подкормка животных – важнейшее средство для подъема сельского хозяйства. Хозяйственная деятельность человека нарушает круговорот азота; сжигание топлива, взрывчатые вещества обогащают им атмосферу, а заводы производящие удобрения, связывают азот воздуха. Транспорт удобрений и продуктов сельского хозяйства перераспределяет азот в ноосфере.

2. Инертные газы . Строение атомов инертных газов определяет их неспособность к химическим реакциям в земной коре. (но лабораториях получены фториды родона и др.) Химическая инертность и низкие кларки определяют малое влияние их на химические процессы в земной коре. В космосе, напротив распространенность инертных газов значительна. Не занимает второе место, Неон – пятое или шестое в атмосферах некоторых звезд.

Изучение изотопов инертных газов позволяют решать многие вопросы истории атомов земной коры и мантии, начиная с глубокого докембрия. Велико значение инертных газов для определения абсолютного аозраста пород (гелиевый, калиево – аргоновый и др. методы) Значение их в ноосфере тоже значительно особенно нелия аргона и неона.