Transcript Sfere,hidrogeokemija

Zemeljsko površje

1. Atmosfera (zrak)


2. Hidrosfera (voda)



razpadanje kamnin, akumulacija
vrhnji del litosfere
4. Biosfera


oceani, jezera, reke, led, padavine
3. Pedosfera (preperina - vpliv vode in zraka)


dušik, kisik, CO2, argon, voda
organizmi
5. Tehnosfera ali antroposfera

vpliv človeka - izraba in odpadki
1. Atmosfera



plinski ovoj okrog Zemlje
modri izgled dajeta Zemlji
voda in atmosfera
sestava zraka v pasu od 0 do nekaj 100m:






N2
O2
Ar
CO2
voda
drugi plini
78,02 %
20,95 %
0,93 %
0,03 %
0-5%
0,01 %
1. Atmosfera

zračni ovoji:


eksosfera
termosfera


mezosfera


- stratopavza -
stratosfera


- mezopavza -
- tropopavza -
troposfera
1. Atmosfera

TROPOSFERA



vremenski pojavi, padavine!
temperatura pada z višino, do -60ºC
debelina:


do 9 km v polarnih območjih in
do 16 km v tropskem pasu

vsebuje 90 % mase atmosfere

- tropopavza -
1. Atmosfera

STRATOSFERA



med 9 oz. 16 km in 50 km
temperatura se skoraj ne spreminja do višine 20 km
od 20 km navzgor narašča do -10ºC




vzrok rasti T je ozon, ki vsrka UV sevanje Sonca in ščiti življenje
ozonska plast: med 10 km in 50 km
- stratopavza -
MEZOSFERA



med 50 km in 80 km
temperatura pada, na 80 km je najnižja, okoli -90ºC
- mezopavza -
1. Atmosfera

TERMOSFERA




med 80 km in 500 km
temperatura narašča
med 80 km in 400 km so ioni kisika električno nabiti oz.
ionozirani
IONOSFERA



odbija radijske valove
omogoča komunikacijo
polarni sij med 150 in 400 km



zaradi sončnega vetra
zelena barva: zaradi kisika
rdeča barva: vodik
1. Atmosfera

EKSOSFERA



od 500 km navzgor, do okoli 10,000 km
temperatura je zelo visoka, do 1200ºC
zelo malo plinov, večinoma H2 in He


uhajajo v Vesolje
99,99997 % vse mase je pod 100 km
1. Atmosfera

onesnaževanje atmosfere

SOx, NOx





toplogredni plini (segrevanje ozračja)
tanjšanje ozonske plasti
smog
kisli dež


pri kurjenju fosilnih goriv
nizek pH, do 2,5 (normalno okoli 5,2)
lokalna onesnaženja

Hg v Idriji
1. Atmosfera

onesnaževanje:


izpusti plinov
globalno segrevanje ?
1. Atmosfera

Atmosfera skozi geološko zgodovino

prvotna atmosfera:


drugotna:




iz helija in vodika
Zemlja se je ohladila
nastala pred 3,5 milijardami let
para, CO2 in dušik (amonijak)
tretja:




para se je utekočinila, nastali so oceani in dež
CO2 se je absorbiral v oceane
razvile so se rastline, nastajati je začel kisik
nastanek ozonske plasti (zaščita življenja!)
2. Hidrosfera

hidrološki cikel:

evaporacija


transpiracija





poraba vode v rastlilnah
(evapotranspiracija)
kondenzacija


izhlapevanje vode
ujetje vode na majhne delce
nastanek padavin
padavine
odtok


površinski
podzemni
2. Hidrosfera

količina vode:






vsa voda: 1,386,000,000 km3
oceani
ledeniki, sneg
površinska sladka voda
površinska slana voda
podzemna voda





100 %
96,5 % vse vode
1,7 %
0,76 %
0,94 %
1,7 %
sladka 46 %
slana 54 %
jezera
atmosfera
reke
0,013 %
0,001 %
0,0002 %
2. Hidrosfera

količina vode:
2. Hidrosfera

sestava morske vode v %:
O
85,84
S
0,091
H
10,82
Ca
0,04
Cl
1,94
K
0,04
Na
1,08
Br
0,0067
Mg
0,1292
C
0,0028
2. Hidrosfera

KEMIČNA SESTAVA PODZEMNIH VOD

s to sestavo se ukvarja HIDROGEOKEMIJA


veja geokemije, ki se ukvarja s kemičnimi procesi v vodnem okolju
GEOKEMIJA preučuje procese, vsebnosti in porazdelitve
kemičnih prvin v geoloških okoljih

pomembna je za razumevanje nastanka in sanacij onesnaženj z
določenimi onesnaževali
2. Hidrosfera

KEMIČNA SESTAVA PODZEMNIH VOD

v vodah nastopa veliko kationov in anionov, ki so lahko
združeni v kompleksne molekule:

1. Glavne sestavine


2. Drugotne sestavine


pod 0,001 mg/l
4. Raztopljeni plini


NH4+, NO2-, Sr2+, Ba2+, Li+, Mn2+, Al3+, J-, Br-, B, P, ...
3. Sledni elementi


Ca2+, Mg2+, Na+, K+, Fe2+, HCO32-, CO3-, SO42-, Cl-, NO3-, SiO2, ...
CO2, H2S, N2, CH4, O2, He, Ar, Rn, ...
5. Radioaktivne snovi

U, Th, Ra, Rn (plin)
2. Hidrosfera

topnost snovi v vodi


topnostni produkt Kc = [A+]*[B-] / [AB]
pH

je neg. logaritem aktivnosti H+ ionov


pH = - log [H+]
nevtralni pH pri T=24ºC je 7,00, pri T=0ºC je 7,47 in T=50ºC je
6,49
2. Hidrosfera

delovanje vode na kamnine

hidratacija


hidroliza


adsorpcija vode na površino minerala
sprememba minerala zaradi vezave vode
oksidacija in redukcija



kjer je kisik (oks.) oz. kjer ga ni (red.)
stabilnost elementa v oksidacijskem
stanju merimo z redoks potencialom
Eh = E0 + RT/nF * ln [OKS]/[RED]
primer: Fe2+: zeleno, Fe3+: rdeče
2. Hidrosfera

trdota vode




pri nas se uporablja nemška trdotna lestvica (ºNT)



skupna/celokupna trdotaST (CT)
karbonatna trdota
KT
nekarbonatna trdota
NT
1 ºNT = 10 mg/l CaO
uporabljajo se tudi druge lestvice, predvsem francoska in redkeje
angleška, nemška ali ameriška
delitev vod po trdoti:





zelo mehke
mehke
zmerno trde
trde
zelo trde
< 4,2 ºNT
4,2 - 8,4 ºNT
8,4 - 16,8 ºNT
16,8 - 25,8 ºNT
> 25,8 ºNT
2. Hidrosfera

grafični prikaz podatkov



za ilustracijo numeričnih podatkov
omogočiti hidrogeokemično proučevanje analiznih
podatkov
primeri:
2. Hidrosfera

primeri:

Piperjev diagram
2. Hidrosfera

izvor elementov v vodah:
2. Hidrosfera

sestava vod v Sloveniji:
2. Hidrosfera
3. Pedosfera

sloj, v kateri se tvorijo tla





vrhnji del geosfere
nastal s preperevanjem
s stiku z biosfero, hidrosfero
in atmosfero
zelo dovzeten za onesnaženje
primer: Hg v tleh okoli Idrije
3. Pedosfera

TLA:



Geološka definicija: preperel nesprijet material nad matično
kamnino
Pedološka definicija: preperel nesprijet material, ki vsebuje
organsko snov in omogoča življenje rastlinam
Veda, ki se ukvarja s sestavo in razvojem tal, je
pedologija
Ilovica = tla z enakimi deleži peska, melja in gline, bogata z
organsko snovjo
3. Pedosfera

Glineni minerali:





Illit
Kaolinit
Montmorillonit
Klorit
Vermikulit
= skupina aluminijevih
listnatih silikatov, ki
večinoma nastajajo pri
preperevanju glinencev

Minerali glin:




Glineni minerali
Kremen
Kalcit
Fe, Al, Mn oksidi in
hidroksidi
= minerali, ki sestavljajo glino
3. Pedosfera




PROCESI TVORJENJA TAL:
Na tvorbo tal vplivajo:
 matična podlaga, podnebje, relief, čas in organski dejavniki
Preperevanje matične kamnine
Akumulacija organske snovi






Opad, korenine, živalski ostanki
Mehansko premeščanje
Kemične spremembe
Vplivi organizmov
Lateriti: Fe-oksidi, v tropskih okoljih
Boksiti: zmes Al oksidov in hidroksidov
3. Pedosfera

Nastanejo TALNI HORIZONTI:
A bogat z organsko snovjo, glinami,
peskom in meljem
(izpiranje)
B manj organske snovi, več gline in
železa ter aluminija, ki so se izprali
iz A
(akumulacija)
C preperela matična kamnina
matična kamnina
3. Pedosfera

procesi, ki potekajo v tleh:
 odlaganje iz zraka
 obdelovanje tal



biološki procesi



dihanje, razpad humusa
ionska izmenjava


gnojenje
nitrifikacija
menjava kationov in
anionov
raztapljanje mineralov
preperevanje
4. Biosfera


sloj Zemlje, kjer obstaja življenje
skoraj povsod:





od tropskih do polarnih območij
ptiči: do 11,3 km visoko, ribe do -8,372 m globoko
mikrobi: do 41 km visoko in
>10 km globoko, tudi 5 km
globoko v vrtinah pri 70ºC
večina med -200 in +800 m.n.v.
sestava:


kompleksna
predvsem ogljik, kisik, vodik

tudi žveplo, dušik in redkeje kalcij in magnezij
4. Biosfera

sestava človeškega telesa:





O (65%), C(18%), H (10%)
N (3%), Ca (1.5%), P (1.0%), K (0.35%), S (0.25%),
Na (0.15%), Mg (0.05%)
Cu, Zn, Sel, Mo, F, Cl, I, Mn, Co, Fe (0.70%)
Li, Sr, Al, Si, Pb, V, As, Br (sledi)
v geološki zgodovini je bila pomembna za nastanek
nafte, zemeljskega plina in premoga
4. Biosfera

nastanek biosfere



pojav življenja pred 3,8 MRD let
večji razmah življenja je povezan z rastjo kisika v atmosferi
1. tvorba prvin



2. kemični razvoj



vodik
H, C, N, O, P ...
CH4, CO2, CO, H2O, N2 ...
org. in nukleinske kisline
3. biološki razvoj



prvo življenje
predkambrijski organizmi
sedanje življenje
5. Tehnosfera / antroposfera

okolje, nastalo s človeškim vplivom:




poraba surovin, obdelovanje kmetijskih objektov, izgradnja
objektov
erozija, preperevanje
sprememba klime
človek je že geološki dejavnik !


velemesto porabi toliko
energije kot delujoč vulkan
količina materiala za gradnjo
avtoceste je primerljiva s
prenesenim materialom veletoka
5. Tehnosfera / antroposfera

rast prebivalstva




danes: 6,7 MRD ljudi
podvojitev vsakih 61 let
leta 2050: 10 MRD
raste poraba po surovinah!
5. Tehnosfera / antroposfera

poraba energije:

svetovna poraba energije E = 5 x 1020 J
E = mc2
m=?