Геохимия

I. Организационно-методический раздел

Цели курса
Дисциплина "Геохимия" предназначена для студентов-химиков факультета естественных наук, специализирующихся по химии окружающей среды.
Основной целью освоения дисциплины является ознакомление студентов с современными подходами и методами геохимических исследований.

Задачи курса
Для достижения поставленной цели выделяются следующие задачи курса: приобретение теоретических знаний в области физико-химического анализа, как инструмента геохимических исследований, знакомство с основами планетарной геологии, изучение основ геохимии элементов, процессов и систем, геохимии техногенеза и экологической геохимии.

Требования к уровню освоения содержания курса (дисциплины).
По окончании изучения указанной дисциплины студент должен:
- иметь представление о внутренних и внешних факторах миграции химических элементов;
- знать структуру, состав и энергетику Земли;
- уметь применять физико-химический анализ для понимания и описания геохимических систем и процессов.

Формы контроля
Итоговый контроль. Для контроля усвоения дисциплины учебным планом предусмотрен экзамен.
Текущий контроль. В течение семестра выполняются контрольные работы (изложение материала в виде докладов на заданную тему и дискуссия). Выполнение указанных видов работ является обязательным для всех студентов, а результаты текущего контроля учитываются при выставлении оценки на экзамене.

II. Содержание дисциплины.

2.1. В основу дисциплины положен традиционный курс "Геохимия", читаемый в ряде вузов России. Кроме того, определенный уровень знаний студенты приобретают ранее в общих курсах по физической химии, неорганической химии, химической термодинамике. Новизна данного курса заключается в термодинамическом и системном подходе к проблемам теоретической геохимии. Это позволяет, используя ранее полученные знания по химии, биологии и экологии, глубже понять химические процессы, происходящие внутри Земли и на ее поверхности. Дпнный курс перекликается со сравнительно новым курсом "Экологическая геология", читаемым в настоящее время в ведущих университетах России (МГУ, СПбГУ) и за рубежом. Это определяет актуальность данного курса для студентов, выбравших специализацию "химия окружающей среды".

2.2. Тематический план курса (распределение часов).

Наименование разделов и тем Лекции (часов) Коллоквиумы (часов) Самостоятельная работа (часов) Всего часов

Основные понятия геохимии. 8 8

Геохимия процессов: общие вопросы 4 6 4 14

Геохимия эндогенных процессов 8 4 4 16

Геохимия экзогенных процессов 4 4 4 12

Геохимия систем и элементов 12 4 6 22

Итого по курсу: 32 18 18 68

2.3. Содержание отдельных разделов и тем.

Тема 1.
Введение в геохимию Предмет, область деятельности и основные задачи геохимии. Методология геохимии. Геохимические классификации. Геохимия систем, процессов и элементов. Прикладная геохимия.
Диаграммы состояния как методический инструмент геохимии
Основные принципы геометрической термодинамики (правило фаз, правило рычага и т.д.). Разные типы диаграмм состояния двойных систем. Описание эволюции химической системы по диаграмме состояния. Диаграммы тройных систем.
Строение, состав и химическая эволюция Земли
Источники информации о глубинных зонах Земли. Ядро, мантия и земная кора, их состав и свойства. Границы Мохоровичича и Конрада. Распространенность химических элементов в космосе и в Земле. Стадии геохимических процессов по А.Е.Ферсману. Состав и эволюция гидро- и атмосферы. Понятие о сидерофильных, халькофильных, литофильных и атмофильных элементах.
Источники, распределение и механизмы переноса тепла в Земле
Внутренние и внешние источники тепла Земли. Проблема переноса тепла в Земле. Механизмы переноса тепла. Баланс энергии. Представления о распределении тепла в недрах Земли.

Тема 2.
Историческая геохимия
Общие закономерности, круговороты воды и биологический круговорот атомов. Геохимические циклы. Историческая геохимия океана, подземных вод и атмосферы.
Миграция химических элементов
Внутренние и внешние факторы миграции. Механическая миграция. Физико-химическая миграция, общие закономерности. Геохимические барьеры. Термодинамика и кинетика физико-химической миграции. Физико-химическое моделирование на ЭВМ.

Тема 3.
Магматические процессы: дифференциация магм. Метаморфические процессы. Гидротермальные процессы, происхождение гидротерм. Современные гидротермы. Метасоматические процессы, фильтрация и диффузия, кислотная волна по Д.С.Коржинскому.

Тема 4.
Водная миграция
Вода - важнейший компонент Земли: структура, свойства, роль воды в геохимических процессах, синтез и разложение воды. Аномальные состояния воды. Геохимическая классификация вод. Процессы растворения. Диаграммы растворимости. Вода в дисперсных системах: водные пленки, адсорбция, ионный обмен. Коры выветривания.
Химическое выветривание при отрицательной температуре. Строение зоны многолетней мерзлоты. Миграция влаги в условиях мерзлоты. Криогенное рудообразование.
Биогенная миграция
Биогеохимические функции живого вещества, синтез и разложение живого вещества, хемосинтез, геохимия нефти и угля. Биологические и биокосные системы, их взаимоотношения с литосферой. Геохимические функции биосферы.
Техногенная миграция
Техногенез, технофильность, техногенные аномалии, энергетика техногенеза и проблема изменения климата, проблема комплексного использования сырья, загрязнение окружающей среды, оптимизация техногенеза, геохимический мониторинг. Техногенные системы. Геохимия городов, сельскохозяйственных и горнопромышленных территорий. Проблемы атомной энергетики и захоронения радиоактивных отходов.

Тема 5.
Статистическая геохимия
Статистический подход к изучению природы. Законы статистической геохимии. Термодинамический подход к эволюции геосистем.
Региональная геохимия.
Факторы региональной геохимической дифференциации: климатический, геологический.
Геохимия рудных месторождений.
Кларки и рудообразование. Формы нахождения элементов в рудах. Геохимическая зональность.
Экологическая геохимия элементов.
Токсичность и геохимическое поведение элементов.

2.4 Перечень примерных контрольных вопросов и задач для самостоятельной работы
1. Перечислите и поясните основные методологические подходы в геохимии.
2. Изобразите на рисунке гипотетические представления о строении Земли с указанием размеров зон и существующих представлений об их составе (перечислите 3-4 преобладающих химических элемента).
3. С чем связаны распространенность и распределение химических элементов в Земле?
4. Опишите источники и механизмы переноса тепла в Земле.
5. Ваши представления об энергетическом балансе Земли.
6. Каковы общие закономерности эволюции Земли.
7. Назовите время и причины важнейшего переломного этапа геохимической эволюции Земли.
8. Каковы причины и общие закономерности миграции химических элементов в Земле?
9. Объясните сущность геохимических барьеров с позиций термодинамики.
10. Объясните закономерности дифференциации магм, используя диаграммы состояния.
11. В чем различие метаморфических и метасоматических процессов?
12. Назовите возможные варианты механизмов образования гидротерм.
13. Как достигается высокая растворимость минералов при низком произведении растворимости?
14. Назовите примеры геохимических барьеров в гидротермальном процессе.
15. В чем специфика воды как растворителя?
16. В чем специфика взаимодействия водных растворов с дисперсной породой?
17. Может ли существовать жидкая вода (раствор) при отрицательных температурах? Почему?
18. В чем состоит геохимическая роль органического вещества?
19. Назовите главные особенности техногенной миграции химических элементов.
20. Какие внутренние и внешние факторы геохимических систем являются определяющими в их эволюции?
21. Приведите примеры и объясните разное поведение химических элементов в одной гидротермальной (магматической) системе.
22. Опишите поведение одного химического элемента в разных геохимических системах.
23. Какие особенности геохимического поведения химических элементов можно объяснить периодическим законом Д.И.Менделеева, а какие - нет и почему?

II. Учебно-методическое обеспечение дисциплины

3.1. Образцы вопросов для подготовки к экзамену:
1. Строение и состав земного шара.
2. Использование химических элементов, технофильность.
3. Химическая эволюция Земли.
4. Проблема радиоактивных отходов.
5. Распространенность химических элементов в космосе и Земле.
6. Органическая геохимия: геохимия нефти и газа.
7. Дифференциация вещества Земли.
8. Прикладная геохимия.
9. Источники и распределение тепла в Земле.
10. Геохимия городов.
11. Биологический круговорот атомов.
12. Растворимость, диаграммы растворимости.
13. Геохимия магматических процессов".

Список литературы
Основной
Перельман А.И. Геохимия. М.: Высш. шк., 1989.
Кирюхин В.А., Коротков А.И., Шварцев С.Л. Гидрогеохимия. М.: Недра, 1993.
Сает Ю.Е., Ревич В.А., Янин Е.П. и др. Геохимия окружающей среды. М.: Недра, 1990.
Дополнительный
Барабанов В.Ф. Геохимия. Л., 1985.
Беус А.А., Грабовская Л.И., Тихонова Н.В. Геохимия окружающей среды. М., 1976.
Богдановский Г.А. Химическая экология. М.: Изд-во МГУ, 1994.
Булкин Г.А. Введение в статистическую геохимию. Л., 1972.
Вернадский В.И. Труды по геохимии. М., 1994.
Виноградов А.П. Введение в геохимию океана. М., 1967.
Виноградов А.П. Избранные труды. Геохимия изотопов и проблемы биогеохимии. М., 1993.
Глазовская М.А. Геохимия природных и техногенных ландшафтов СССР. М., 1988.
Голубев В.С. Динамика геохимических процессов. М., 1981.
Иванов В.В. Экологическая геохимия элементов. М., 1994. Кн.1.
Сауков А.А. Геохимия. М., 1951, 1966, 1976.
Уоллворк К. Нарушенные земли. М., 1979.
Ферсман А.Е. Геохимия. Л., 1934.
Шварцев С.Л. Гидрогеохимия зоны гипергенеза. М., 1978.
Щербина В.В. Основы геохимии. М., 1972.
Экоинформатика/ Под ред. В.А.Савранского. СпБ., 1992.
Goldshmidt V.M. Geochemistry. Oxford, 1954.

made by AGEHT-007, 2009