vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6 ИЗУЧЕНИЕ ГЕОХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЭЛЕМЕНТОВ

Цель работы

Закрепить знания о геохимических свойствах отдельных элементов и групп элементов с близкими свойствами, а также продемонстрировать умение самостоятельно находить, анализировать, обрабатывать и представлять научную информацию, включая ответы на вопросы.

Исходные данные

Учебная и справочная геохимическая литература и материалы, представленные на специализированных интернет-сайтах.

Решаемые задачи

Самостоятельно подготовить реферат по геохимии выбранных элементов и компьютерную презентацию, сделать устный доклад.

Рекомендации по выполнению работы

Результатом лабораторной работы является компьютерная презентация в формате PowerPoint с соответствующим устным докладом продолжительностью 10-15 минут, в ходе которого должны быть освещены следующие вопросы:

Общие сведения об элементе:

история открытия и область применения; основные физические характеристики; основные химические свойства.

Распространенность химического элемента:

вземной коре;

вмагматических горных породах;

восадочных горных породах;

вметаморфических горных породах;

вдругих природных объектах (гидросфера, атмосфера, биосфера); основные минералы-носители.

41

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Поведение в геологических процессах (уровни концентрации, валентные состояния, формы нахождения, переноса и осаждения):

магматическом; осадочном; метаморфическом; гипергенном.

Формы нахождения, поведение в водной и воздушной средах, участие в биологическом круговороте.

Основные типы месторождений.

История открытия и область применения

Материалы по истории открытия практически всех химических элементов и их применению содержатся в огромном количестве в доступной справочной и научно-популярной литературе. В связи с этим, особый акцент в данном разделе необходимо сделать на том, в какой минеральной (или неминеральной) форме был впервые обнаружен химический элемент и с какими свойствами элемента связаны трудности его обнаружения и области применения. Некотрые элементы (например, представители группы редких земель) открывались и переоткрывались под разными именами. Для таких случаев желательно составить блок-схему последовательности открытия химических элементов.

Основные физические характеристики и химические свой-

ства

В этом разделе особое внимание необходимо уделить положению элементов в Периодической таблице и вытекающей из этого информации: особенности электронного строения, возможные валентности, положение в рядах электроотрицательности, атомные и ионные радиусы и т.п. Нужно сделать акцент на тех химических свойствах, которые наиболее часто проявляются в природных объектах (минералах, породах, природных водах и т.д.). Желательно указать наиболее близкие по физическим и химическим свойствам элементы, с которыми возможны изоморфные замещения или схожее поведение в геохимических процессах. Также необходимо разобраться с химической (щелочной, щелочноземельный и т.п.) и геохимической (литофильный, халькофильный, сидерофильный, атмофильный) классификационной принадлежностью элемента.

42

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Распространенность химического элемента

Данные по средним уровням содержаний химических элементов (кларкам) в различных геосферах и природных объектах имеются в соответствующей справочной и специальной литературе. Для наглядного представления этих цифровых данных, кроме таблиц содержаний, необходимо построить сравнительные графики или диаграммы. Диаграммы строятся с использованием программных пакетов Excel, Statistica или Origin и затем помещаются непосредственно в нужный слайд презентации PowerPoint стандартным копированием через буфер обмена Windows или другим способом.

Удобной для восприятия уровней содержаний является столбчатая диаграмма. При наличии определенных данных, на нее дополнительно могут быть вынесены пределы содержаний элемента и другая статистическая информация.

Для изображения процентов распространенности (например, 60 % элемента сосредоточено в осадочных породах, 20 % – в метаморфических и 10 % – в магматических) рекомендуются круговые диаграммы. При необходимости могут быть использованы тройные, точечные и другие типы диаграмм. Независимо от вида диаграмм, все они, в обязательном порядке, должны иметь заголовки, обозначения осей и единиц измерения (% мас., ‰, % об., г/т (ppm), г/л и т.п.) и условные обозначения. Предпочтительные единицы измерения содержаний: породообразующие элементы в горных породах – % мас., редкие элементы в горных породах – г/т (ppm), элементы в природных водах – г/л.

Основные минералы–носители элемента

Большинство химических элементов имеют собственные минералы, т.е. входят в виде формульных компонентов в состав определенных минеральных видов. Для них должны быть указаны названия этих видов (с соответствующими формулами) и наличие существующих изоморфных рядов и схем изоморфизма. Если количество минеральных видов у химического элемента достаточно велико (больше десятка), то необходимо указать их общее количество и информацию об основных типах минералов (например, сульфидов – 40 минералов, оксидов – 20, силикатов – 60 и т.п.) и подробно перечислить только самые распространенные. При нали-

43

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

чии соответствующей информации желательно специально отметить самые редкие виды.

Кроме собственных минералов, все химические элементы входят в другие минералы в виде элементов-примесей, а для некоторых элементов, например, рубидия, – это резко преобладающая форма существования. Элементы, не образующие или почти не образующие собственных минералов, называются рассеянными. Поэтому в этом разделе обязательно необходимо указать, в каких основных минералах и в каком количестве может содержаться данный химический элемент в виде примеси.

Поведение в геологических процессах

Информацию данного раздела необходимо проиллюстрировать специально построенными диаграммами, показывающими степень изменения содержаний и форм нахождения элемента при переходе от одной геологической обстановки к другой. Например, изменение содержания элемента при переходе от неизмененных магматических пород к глинистым корам выветривания, разница содержаний элемента в породах разной степени метаморфизма. Необходимые данные для построения таких диаграмм в большом количестве содержатся в специальной геологической литературе – научных журналах и монографиях по геохимии, минералогии и полезным ископаемым.

Формы нахождения и поведение в водной и воздушной средах, участие в биологическом круговороте

Следует указать в каких формах может находиться и мигрировать химический элемент в водной и воздушной средах (в составе микровзвесей, в растворенном состоянии – в виде простых ионов, в составе комплексных ионов – указать каких, в составе недиссоциированных молекул – указать каких, и т.п.). Обратить внимание на типичное соотношение указанных форм нахождения и миграции в природных средах. Кратко указать, по имеющимся на сегодняшний день сведениям, насколько необходим данный элемент для живых организмов и с чем связана эта потребность, а также токсичность элемента и его соединений.

44

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Основные типы месторождений

Необходимо перечислить основные типы месторождений химического элемента и увязать их с особенностями его поведения в геологических процессах (например, переменная валентность и легкая окисляемость приводят к формированию повышенных концентраций на окислительных барьерах и появлению определенного типа месторождений). Желательно построить столбчатые или круговые диаграммы, показывающие распределение месторождений по типам, объему запасов и географическому положению. Необходимо знать названия наиболее крупных и известных месторождений (как отечественных, так и зарубежных) и их географическое местоположение, которое может быть вынесено на соответствующую карту.

Варианты заданий

Вариант для выполнения работы выбирается студентом по согласованию с преподавателем, либо назначается преподавателем. В зависимости от специализации студента при написании реферата требуется более полное раскрытие поведения элемента в тех или иных геологических процессах (эндогенных или экзогенных), его экологических особенностей .

45

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1.Что такое кларк?

2.Что такое кларк концентрации?

3.В каких единицах измеряют кларки?

4.В каких единицах измеряют кларки концен-

трации?

5.В чем заключается правило Оддо-Харкинса?

6.Переведите содержание элемента из % в ppm.

7.На что нормируют содержание редкоземель-

ных элементов?

8.Какие элементы относятся к тяжелым редко-

земельным элементам?

9.Какую степень окисления имеют РЗЭ в при-

роде?

10.Перечислите основные типы фракциониро-

вания РЗЭ.

11.Что является причиной Eu-аномалии?

12.Перечислите особенности распределения

РЗЭ в природных водах.

13.Для чего предназначена диаграмма TAS?

14.Для чего предназначена диаграмма AFM?

15.Для чего предназначены диаграммы Пирса?

16.Какие диаграммы применяют для осадочных

пород?

Элементы какой группы наиболее часто ис-

17.пользуют в дискриминационных диаграммах?

18.Что такое спайдер-диаграмма?

19.Что такое изохрона?

20.Сколько точек требуется для построения

изохроны?

21.Что такое первичное изотопное отношение?

22.Опишите схему радиоактивного распада Rb.

23.Опишите схему радиоактивного распада Sm.

24.Какую информацию несет величина эпсилон

неодима?

46

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

25.Какому закону подчиняется распределение

редких элементов?

26.Как определяется геохимический фон?

27.Какой статистический параметр лучше всего

отражает геохимический фон?

28.Какому статистическому закону распределе-

ния обычно подчиняются редкие элементы?

29.По какой формуле подсчитываются про-

гнозные ресурсы мелкого месторождения?

30.Приведите пример подсчета продуктивности

месторождения.

47

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

СПИСОК ИНТЕРНЕТ-РЕСУРСОВ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

Базы данных по химическим элементам webelements.org www.chemicalelements.com rare-earth-metals.com

Базы данных по минеральным видам www.mindat.org

webmineral.com

rruff.info

Базы данных по составу пород earthref.org/GERM georoc.mpch-mainz.gwdg.de/georoc www.earthchem.org/petdb www.earthchem.org/seddb mrdata.usgs.gov

Электронные библиотеки и издательства elibrary.ru

www.sciencedirect.com

www.springer.com

www.wiley.com window.edu.ru/window/library?p_rubr=2.2.74.9

Специализированные геологические интернет-сайты www.minsoc.ru

geo.web.ru www.Earth-Pages.com www.geokniga.org www.geochemsoc.org www.earth-time.org

48

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Основной:

1.Авдонин В.В., Бойцов В.Е., Григорьев В.М. и др. Месторож-

дения металлических полезных ископаемых: Учебник. М.: Академический Проект, Трикста, 2005. 720 с.

2.Интерпретация геохимических данных: Учебное пособие / Скляров Е.В. и др.; под ред. Склярова Е.В. М.: Интермет Инжини-

ринг, 2001. 288 с.

3.Козлов Н.Е., Предовский А.А. Введение в геохимию: Учеб-

ное пособие. Мурманск: Изд-во МГТУ, 2005. 127 с.

4.Макрыгина В.А. Геохимия отдельных элементов: Учебное пособие. Новосибирск: Академическое изд-во «Гео», 2011. 195 с.

5.Родыгина В.Г. Курс геохимии: Учебник для вузов. Томск:

Изд-во НТЛ, 2006. 288 с.

6.Фор Г. Основы изотопной геологии. М.: Мир, 1989. 590 с.

Дополнительный:

7.Алексеенко В.А. Геохимические методы поисков месторож-

дений полезных ископаемых: Учебник. М.: Логос, 2005. 354 с.

8.Алексеенко В.А. Экологическая геохимия: Учебник. М.: Ло-

гос, 2000. 627 с.

9.Дубинин А.В. Геохимия редкоземельных элемнтов в океане.

М.: Наука, 2006. 360 с.

10.Короновский Н.В., Демина Л.И. Магматизм как индикатор

геодинамических обстановок: учебное пособие. М.: КДУ, 2011. 234 с.

11.Матвеев А.А., Соловов А.П. Геохимические методы поисков месторождений полезных ископаемых. М.: КДУ, 2011. 564 с.

12.Ронов А.Б., Ярошевский А.А., Мигдисов А.А. Химическое

строение земной коры и геохимический баланс главных элементов.

М.: Наука, 1990. 184 с.

13.Смоленский В.В. Статистические методы обработки экспериментальных данных: Учебное пособие. СПб.: СПГГИ(ТУ), 2003. 101 с.

14.Солодов Н.А., Семенов Е.И., Бурков В.В. Геологический

справочник по тяжелым литофильным редким металлам. М.: Недра, 1987. 438 с.

15. Справочник по геохимии / Войткевич Г.В. , Кокин А.Г. , Мирошников А.Е. и др. М.: Недра, 1990. 480 с.

49

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

16.Справочник по геохимическим поискам полезных ископаемых / Архипов А.Я., Бугров В.А., Воробьев С.А. М.; Недра, 1990. 335 с.

17.Справочник по математическим методам в геологии / Родионов Д.А., Коган Р.И., Голубева В.А. и др. М.: Недра, 1987. 335 с.

18.Тейлор С.Р., Мак-Леннан С.М. Континентальная кора: её

состав и эволюция. М.: Мир, 1988. 384 с.

19.Чертко Н.К. Геохимия: учебное пособие. Минск: БГУ, 2008. 170 с.

20.Чертко Н.К., Чертко Э.Н. Геохимия и экология химиче-

ских элементов: Справочное пособие. Минск: БГУ, 2008. 140 с. 21. McDonough W.F., Sun S.S. The composition of the Earth //

Chemical Geology. 1995. V. 120. P. 223-253.

50