Transcript Predavanje_2

Trošenje
čvrsta stijena
→
trošena stijena
1. fizičko trošenje
2. kemijsko trošenje
endogeni okoliš → egzogeni okoliš
→
tlo
1. Fizičko trošenje
-bez promjene kemizma minerala i stijena
-termalne ekspanzije i kontrakcije, led , vjetar, korijenje biljaka, gravitacija,…
-dominira u aridnim i polarnim klimama
-stvaranje prvih pukotina, usitnjavanje stijena – povećavanje spec. površine čestica
2. Kemijsko trošenje
-promjena kemizma minerala i stijena
-promjena volumena, ispiranje
-voda + otopljeni plinovi (O2, CO2, H2S,…) + otopljene krutine (organske i
anorganske)
a) otapanje
b) hidratacija i hidroliza
hidratacija – absorpcija vode
hidroliza – kemijska reakcija s vodom koja proizvodi H+ ili OH- ione
c) oksidacija
d) (adsorpcija kationa na površinu formiranih koloidnih čestica)
3. Biološki doprinos trošenju
-fizičko trošenje
-kemijsko trošenje
-ciklus C, N,…
-utjecaj na pH
-utjecaj na redox-potencijal
-kompleksiranje organskim kompleksima
Bowenov niz – Goldichev niz
Temperatura
~1200°C
(Mg,Fe)2SiO4
CaAl2Si2O8
XY(Si,Al)2O6
X=Ca, Na, Mg, Fe2+
Y=Al, Fe3+, Cr, Mg, Fe2+, Mn
XY2Z5(Si, Al, Ti)8O22(OH, F)2
X =Na, K
Y=Na, Ca, Fe2+, Li, Mn2+, Al, Mg
Z =Fe3+, Mn3+,Cr3+, Al,Ti
K(Mg,Fe)3AlSi3O10(F,OH)2
~600°C
NaAlSi3O8
KAlSi3O8
KAl2(AlSi3O10)(F,OH)2
Što sve utječe na trošenje?
-otpornost minerala na trošenje
-Goldichev niz
-općenito podložnost trošenju raste u smjeru sulfidi, karbonati→silikati →oksidi
-veličina zrna i struktura stijene
-veličina zrna – relativna specifična površina
-pukotine (zrnate (granit) vs. porfirne stijene (basalt))
-klima
-količina padalina
-temperatura
-reljef i drenaža terena
-erozija
-zadržavanje vode
-trošenjem stijena elementi postaju dostupni u okolišu
-redistribucija elemenata ovisi o kemijskim svojstvima samog elementa kao i o svojstvima
medija koji ga transportira
Faze:
-čvrsta (imobilna)
-tekuća (mobilna)
-plinovita (mobilna)
-u prirodnim vodama mobilnost elementa ovisi prvenstveno njegovoj topljivosti
-npr.
Na i Cl – jako topljivi
Si – netopljiv
ostali elementi – između (topljivost ovisi o različitim parametrima)
-sastav vode, pH, Eh, formiranje kompleksa, adsorpcija na koloidne
čestice
Produkti trošenja
1. Rezidualni primarni minerali
2. Sekundarni minerali nastali tijekom trošenja
3. Otopljene (mobilne) vrste
1. Rezidualni primarni minerali
-svi minerali su topljivi
-gips, halit, kalcit (lako topljivi) → nisu rezidualni minerali
-kvarc, cirkon, Ti-oksidi, spineli (teško topljivi – mala brzina otapanja) → rezidualni minerali
-barit – teško topljiv, ali podložan eroziji zbog male tvrdoće → nije rezidualni mineral
2. Sekundarni minerali nastali tijekom trošenja
-minerali nastali tijekom trošenja uglavnom su manji od 2 mm
-uglavnom nastaju minerali glina te Fe-Al-Mn oksidi i hidroksidi
-fazna analiza (XRD, elektronski mikroskop, infracrvena ili Raman spektroskopija)li
-glina vs. minerali glina
čestice
dimenzija ispod
2 mm bez obzira
na sastav
grupa hidratiziranih
alumosilikata
uglavnom slojevite
strukture te dimenzija
ispod 2 mm
Minerali glina iz skupine filosilikata
- dvije vrste slojeva - razlika u sastavu i u koordinaciji
1) TETRAEDRIJSKI (T) SLOJ - Si-tetraedri
2) OKTAEDRIJSKI (O) SLOJ - Al-oktaedri - gibbsitni sloj - dioktaedrijske gline (2/3)
- Mg-oktaedri - brucitni sloj - trioktaedrijske gline (3/3)
Tetraedrijski sloj
Oktaedrijski sloj
Si/O = 1/2,5
Al/OH = 1/3
1. Dvoslojne gline (T-O)
2. Troslojne gline (T-O-T)
3. Gline s mješovitim tipovima slojeva
Dvoslojne gline (T-O)
-T i O slojevi vežu se preko zajedničkog atoma kisika i OH-skupine
-broj OH skupina smanjuje se za jedan prilikom stvaranja veze
-npr. kaolinit
O-sloj: Al + 3OH prilikom povezivanja T-O slojeva
T-sloj: Si + 2,5 O gubi se jedna OH-skupina
Formula kaolinita: SiO2,5 Al(OH)2 /×2
Al2Si2O5(OH)4
Struktura kaolinita
Troslojne gline (T-O-T)
-T i O slojevi vežu se preko zajedničkog atoma kisika i OH-skupine
-broj OH skupina smanjuje se za jedan prilikom stvaranja veze
-npr. pirofilit
1 O-sloj:
Al + 3OH
2 T-sloja: 2 (Si + 2,5 O)
prilikom povezivanja T-O slojeva gubi se OH-skupina
Formula pirofilita: 2(SiO2,5) Al(OH) /×2
Al2Si4O10(OH)4
-minerali glina imaju širok raspon kemijskog sastava budući da su tertraedrijskom i
oktaedrijskom sloju moguće zamjene (npr. O: Al3+ ↔ Fe3+, Cr3+, Fe2+, Mg2+, Li+, itd;
T: Si4+ ↔ Al3+ ).
-rezultat je smanjenje poz. naboja tj. višak neg. naboja - adsorpcija kationa na vanjsoj površini
tetraedrijskog sloja
-dvoslojne gline - ograničena zamjena kationa u oktaedrijskim i tetraedrijskim koordinacijama
-troslojne gline - širok raspon zamjena
Kapacitet ionske izmjene (CEC - “cation exchange capacity”)
Određivanje CEC-a:
1. 100 g gline osušimo
2. osušenu glinu tretiramo zasićenom
otopinom NaCl (pH = 7)
3. glinu tretiramo zasićenom otopinom KCl
te mjerimo količinu oslobođenih Na+
iona
4. rezultat izražavamo u meq/100g
Minerali glina kao indikator uvjeta trošenja
-kaolinit (Al2Si2O5(OH)4)
- nizak pH + voda (doprinosi izluživanju K, Na, Ca, Mg,…)
- humidna klima, rudničke vode, hidrotermalna aktivnost
-montmorilonit ((Na,Ca)0.33(Al,Mg)2(Si4O10)(OH)2·nH2O)
- neutralan do alkalan pH + nepotpuno izluživanje K, Na, Ca, Mg,…
- teren sa smanjenom drenažom, poplavljeni tereni, djelomična evaporacija, semiaridna klima
-može predstavljati i međuprodukt trošenja feromagnezijskih minerala (ultrabazičnih
stijena) u kaolinit
-ilit ((K,H3O)(Al,Mg,Fe)2(Si,Al)4O10[(OH)2,(H2O)])
- dubokomorski sedimenti
- kopneni facijesi
-vermikulit ((Mg, Al)3(Al,Si)4O10(OH)2·4H2O)
- Mg-vermikulit uglavnom je produkt trošenja bazičnih stijena
- Al-vermikulit uglavnom je produkt trošenja tinjaca i drugih alumosilikata u humidnoj
klimi
Oksidi i hidroksidi željeza i aluminija
-limonit (Fe2O3 × nH2O)
-hematit (Fe2O3)
-goethit (Fe2O3 × H2O ili FeO(OH))
-gibsit (Al2O3 × 3H2O ili Al(OH)3)
-diaspor (Al2O3 × H2O ili AlO(OH))
-jarosit (KFe3+3(OH)6(SO4)2)
goethit
limonit
3. Otopljene (mobilne) vrste
-karbonati → Ca2+, Mg2+, HCO3-, CO32-silikati→ alkalni, zemnoalkalni elementi, silicijska kiselina (silica)
-Ca, Mg – bazične, ultrabazične stijene
-Ca je mobilniji od Mg (Mg se adsorbira na gline te ulazi u strukturu
montmorilonita i klorita)
-Na, K – kisele stijene
-Na je mobilniji od K (K se adsorbira na gline te ulazi u strukturu ilita)
Nastanak tla
Tlo je prirodni materijal sastavljen od minerala i organskih vrsta, diferenciran u
horizonte različite debljine, a razlikuje se od materijala koji se nalazi ispod njega u
morfološkim i biološkim karakteristikama, kemijskim osobinama te sastavu i fizičkom
izgledu.
Tlo nastaje trošenjem ishodišnih stijena kombinacijom fizičkih, kemijskih i bioloških
procesa.
Razvoj profila tla
-slojevi tla razlikuju se od ishodišne stijene, a razlikuju se i međusobno
-razlika u boji i teksturi, pH, količini org. tvari, kapacitetu izmjene,
granulometrijskom sastavu, mineralnom sastavu,…
-debljina slojeva (horizonata) varira od nekoliko cm do nekoliko metara
Horizonti u tlu
- svi horizonti ne moraju biti razvijeni
-nezrela tla nemaju horizont B
-erozija može ukloniti horizont O, A,
itd.
-detaljnim proučavanjem horizonti se
mogu podijeliti na podhorizonte (A1,
A2, A3,…)
-prema nekim podjelama O =A0, A=A1
i E=A2
-R=matični supstrat
R
Horizont O
-gotovo čista, djelom raspadnuta, organska tvar
Horizont A
-tamno obojeni horizont, sastoji se od humusa i mineralnih zrna
-horizont karakteriziran djelomičnim izluživanjem/ispiranjem.
-Ispiranje je praćeno procjeđivanjem vode s površine u dublje
slojeve. Neke vrste se ispiru u ionskom obliku u otopini (Ca, Na, K,
Mg,…), a neke se transportiraju u vidu koloida (Fe,Al-hidroksidi,
H4SiO4).
-glavni katalizator izluživanja je humus (kompleksna i vrlo otporna
smjesa smeđih do tamnosmeđih amorfnih i koloidnih tvari nastalih
uglavnom raspadom biljaka. Neke sastojke humusa mogu
sintetizirati i organizmi koji žive u tlu).
-organske kiseline i organski kompleksi koji nastaju u humusu
bakterijskom aktivnošću te CO2 nastao raspadom humusa također
doprinose izluživanju u horizontu A.
-sniženi pH doprinosi raspadu minerala te mobilizaciji metala
adsorbiranih na mineralima glina, Fe i Al-okside/hidrokside te
organsku tvar.
-u kojim uvjetima će se željezo mobilizirati u otopini, a ne u
koloidu?
Horizont E
-svjetlo obojeni horizont s malo organske tvari
-horizont karakteriziran intezivnim izluživanjem/ispiranjem.
-ovaj horizont može nedostajati u suhim klimama ili mladim tlima.
Horizont B
-smeđe do narančasto obojen horizont.
-otopljene i koloidne vrste (gline, hidroksidi, silicijska kiselina)
mogu biti odložene u ovom horizontu.
-crvena boja ukazuje na prisustvo Fe-oksida
-moguće su i manje količine organske tvari
Horizont C
-svjetliji od horizonta B
-malo ili potpuno bez org. tvari.
-rastresiti dio matiĉnog supstrata bez znakova pedogenetskih
procesa karakterističnih za ostale horizonte
-može predstavljati trošeni stijenski materijal in situ ili materijal
transportiran vodenim tokovima, vjetrom, gravitacijom,…
- anorganski procesi trošenja stijena uvijek su izraženi na većim
dubinama od dubina formiranja tla.
Važnost razlikovanja horizonata prilikom uzorkovanja:
-ukoliko radimo prospekciju metala koji su sadržani u rezidualnim
mineralima (Ti, Cr, Zr,…) tada ćemo uzorkovati horizont A.
-ukoliko radimo prospekciju mobilnih metala tada ćemo uzorkovati
horizont B u kojem su se ti metali pretaložili.
Faktori koji utječu na formiranje tla
-izvorišna stijena (kemizam)
-klima (količina padalina i temperatura)
-biološka aktivnost
-reljef (erozija, vodno lice)
-vrijeme (juvenilna vs. zrela tla)
-horizont A – 10-ak godina
-horizont B – stoljeća do tisuće godina