5. chemickÉ a minerÁlne zloŽenie zemskej kÔry
DESCRIPTION
5. CHEMICKÉ A MINERÁLNE ZLOŽENIE ZEMSKEJ KÔRY. Diferenciáciu Zeme na jadro, plášť a kôru je možné vysvetliť dvomi spôsobmi : heterogénna akrécia - v počiatkoch bola Zem železná meteorická hmota, na ktorú sa hromadili silikátové meteority - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
![Page 1: 5. CHEMICKÉ A MINERÁLNE ZLOŽENIE ZEMSKEJ KÔRY](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061415/56813bf4550346895da539a1/html5/thumbnails/1.jpg)
5. CHEMICKÉ A MINERÁLNE ZLOŽENIE ZEMSKEJ KÔRY
![Page 2: 5. CHEMICKÉ A MINERÁLNE ZLOŽENIE ZEMSKEJ KÔRY](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061415/56813bf4550346895da539a1/html5/thumbnails/2.jpg)
Diferenciáciu Zeme na jadro, plášť a kôru je možné vysvetliť dvomi spôsobmi :
- heterogénna akrécia - v počiatkoch bola Zem železná meteorická hmota, na ktorú sa hromadili silikátové meteority
- homogénna akrécia – Zem sa utvorila z nerozlíšeného silikátového (chondritického) materiálu a rozdelenie na zemské obaly bolo spôsobené hustotnou diferenciáciou v dôsledku gravitácie
prvok Hmotnostné %
O 46,6
Si 27,7
Al 8,1
Fe 5,0
Ca 3,6
Na 2,8
K 2,6
Mg 2,1
ostatné 1,2
Priemerné chemické zloženie zemskej kôry
Siderofilnétvoria zliatiny s Fe
Fe
Ni
Co
P
Pt
C
Siderofilné prvky tvoria zliatiny s Fe
Chalkofilnéafinita k S
S
Cu
Pb
Sb
As
Zn
Sn
Hg
Ag
Mo
Chalkofilné prvky majú afinitu k S
Atmofilné
N
H
He
![Page 3: 5. CHEMICKÉ A MINERÁLNE ZLOŽENIE ZEMSKEJ KÔRY](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061415/56813bf4550346895da539a1/html5/thumbnails/3.jpg)
Chemické zloženie zemskej kôry – klarky
Klark – priemerný hmotnostný (atómový) obsah prvku vyjadrený v %
makroprvky → klark je vyšší ako 1,0 (8 základných prvkov podieľajúcich sa na stavbe zemskej kôry)
mikroprvky → klark je nižší ako 1,0 na zložení zemskej kôry sa podieľajú len 1,5
Štúdiom chemického zloženia Zeme, migrácie prvkov a zákonitostí ich rozšírenia sa zaoberá vedný odbor geochémia
![Page 4: 5. CHEMICKÉ A MINERÁLNE ZLOŽENIE ZEMSKEJ KÔRY](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061415/56813bf4550346895da539a1/html5/thumbnails/4.jpg)
Minerály a horniny
Horniny sú zoskupenia minerálov alebo organických zvyškov, ktoré vznikli prírodnými procesmi a v zemskej kôre tvoria samostatné geologické telesá
Najčastejšie sú zložené z kryštálov rôznych minerálov – polyminerálne horniny (napr. žula → živec, kremeň, sľuda)
Monominerálne horniny – sú zložené len z kryštálov jedného minerálu (napr. kvarcit → kremeň, vápenec → kalcit)
Chemické zloženie hornín sa nedá vyjadriť chemickým vzorcom, udáva sa percentuálnym zastúpením obsahov oxidov – SiO2, TiO2, Al2O3, Fe2O3, FeO, MnO, MgO, CaO, Na2O, K2O, H2O, P2O5
Vlastnosti hornín závisia aj od veľkosti a tvaru stavebných častíc → štruktúra
a usporiadania stavebných častíc → textúra
Horniny podľa vzniku delíme :
magmatické (vyvreté) – stuhnuté z taveniny (magmy)
sedimentárne (usadené) – usadené z roztokov a voľných častíc
metamorfované (premenené) – zmenené teplom a tlakom
reziduálne (zvyškové) – spevnené nepremiestnené zvetraliny
![Page 5: 5. CHEMICKÉ A MINERÁLNE ZLOŽENIE ZEMSKEJ KÔRY](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061415/56813bf4550346895da539a1/html5/thumbnails/5.jpg)
Minerály a ich výskyt v zemskej kôre
Minerál je kryštalická, anorganická, fyzikálne a chemicky rovnorodá prírodnina
Za minerály je možné považovať látky vyhovujúce nasledovným podmienkam:
tuhé kryštalické látky (výnimka Hg, voda / ľad)
prírodného pôvodu
anorganické
chemické zloženie je vyjadriteľné chemickým vzorcom
Mineraloidy – prírodné tuhé látky, ktoré si zachovávajú tvar – nemajú však vnútorné kryštalické usporiadanie – tieto beztvaré (amorfné) látky sú nestále a ľahko rekryštalizujú a preto sú v horninách zriedkavé
Kryštál – minerálny jedinec, ktorého stavebné častice sú v priestore pravidelne, periodicky usporiadané
Agregát – vedľa seba zoskupené kryštály
Drúza – nepravidelne zoskupené kryštály na stenách puklín
Geóda - nepravidelne zoskupené kryštály v dutinách
Dendrity – kríčkovité povlaky v puklinách (najčastejšie oxidy Mn)
![Page 6: 5. CHEMICKÉ A MINERÁLNE ZLOŽENIE ZEMSKEJ KÔRY](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061415/56813bf4550346895da539a1/html5/thumbnails/6.jpg)
GeódaDrúza / Agregát
Dendrity
![Page 7: 5. CHEMICKÉ A MINERÁLNE ZLOŽENIE ZEMSKEJ KÔRY](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061415/56813bf4550346895da539a1/html5/thumbnails/7.jpg)
Tvar kryštálov
Idiomorfné kryštály - dokonale obmedzené kryštály
Hypidiomorfné kryštály – sčasti dokonale obmedzené kryštály
Alotriomorfné / Xenomorfné kryštály – nedokonale obmedzené kryštály
Súmernosť a pomer kryštalografických osí je hlavným kritériom pre zaradenie kryštálu k určitej kryštalografickej sústave
Trojklonná – triklinická
Jednoklonná – monoklinická
Kosoštvorcová – rombická
Štvorcová – tetragonálna
Šestuholníková – hexagonálna
Trojuholníková – trigonálna
Kocková - kubická
![Page 8: 5. CHEMICKÉ A MINERÁLNE ZLOŽENIE ZEMSKEJ KÔRY](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061415/56813bf4550346895da539a1/html5/thumbnails/8.jpg)
Polymorfózy (polymorfné modifikácie) – chemicky rovnaké, hustotne (g.cm-3 ), tvrdosťou, farbou, kryštalograficky .... odlišné minerály
napr. Al2SiO4O andaluzit 3,15 g.cm-3 rombický
silimanit 3,25 g.cm-3 rombický
kyanit (distén) 3,63 g.cm-3 triklinický
napr. SiO2 – stabilná modifikácia je kremeň (α kremeň 2,648 g.cm-3)
-vysokoteplotné sú tridymit, kristobalit (2,334 g.cm-3)
- vysokotlakové sú stišovit (4,287 g.cm-3), coesit (2,911 g. cm-3)
Vznik rôznych modifikácií (minerálnych fáz) je podmienený teplotnými a tlakovými podmienkami (pT podmienky) v mieste vzniku → geologický termobarometer
- ako citlivé indikátory presne stanoviteľných pT podmienok slúžia mnohé minerály (nie iba modifikácie !)
![Page 9: 5. CHEMICKÉ A MINERÁLNE ZLOŽENIE ZEMSKEJ KÔRY](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061415/56813bf4550346895da539a1/html5/thumbnails/9.jpg)
![Page 10: 5. CHEMICKÉ A MINERÁLNE ZLOŽENIE ZEMSKEJ KÔRY](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061415/56813bf4550346895da539a1/html5/thumbnails/10.jpg)
Fyzikálne vlastnosti minerálov Anizotropia – kryštál minerálu má v rôznych smeroch rôzne fyzikálne vlastnosti s výnimkou hustoty (tvrdosť, štiepateľnosť, tepelnú/elektrickú vodivosť, index lomu svetla)→ vlastnosti závisia na kryštalografickom smere
- amorfné látky (bez kryštalografického usporiadania) sú izotropné → vo všetkých smeroch rovnaké vlastnosti
Štiepateľnosť minerálov – vlastnosť odlamovať sa podľa rovných plôch → štiepne tvary → lístky, stĺpce, kocky ...
- lomové plochy – závisia od kvality štiepateľnosti → nerovné lomové plochy → nedokonalá štiepateľnosť
Farba – farebné minerály majú charakteristickú / nemennú farbu
- farba vrypu / farba oteru môže byť zhodná alebo rozdielna od farby minerálu (napr. hematit Fe2O3)
zafarbené minerály – zafarbenie spôsobujú prímesy napr. kremeň (SiO2) →
citrín – žltý, ametyst – fialový, ruženín – ružový, záhneda – hnedá
korund (Al2O3) → zafír – modrý, rubín - červený
![Page 11: 5. CHEMICKÉ A MINERÁLNE ZLOŽENIE ZEMSKEJ KÔRY](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061415/56813bf4550346895da539a1/html5/thumbnails/11.jpg)
Farba minerálov je spôsobená obsahom prvkov a naopak farba môže byť dobrým indikátorom prítomnosti prvkov v minerálinapr.pyroxén, amfibol, olivín → obsahujú Fe, Mg → tmavé minerály (oceánska kôra)živce, kremeň → obsahujú Na, Ca, K, Si, → svetlé minerály (pevninská kôra)
Priesvitnosť – schopnosť prepúšťať svetlo, minerály, ktoré svetlo neprepúšťajú sa nazývajú opakné
Lesk – kvalita a intenzita odrazu svetla od povrchu minerálu
Tvrdosť – odolnosť minerálu proti vnikaniu cudzieho predmetu (poškrabaniu)- Mohsova stupnica tvrdosti :
![Page 12: 5. CHEMICKÉ A MINERÁLNE ZLOŽENIE ZEMSKEJ KÔRY](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061415/56813bf4550346895da539a1/html5/thumbnails/12.jpg)
Hustota – je pomer hmotnosti a objemu danej látky / minerálu (g.cm-3)
- závisí od kryštálovej štruktúry (diamant/grafit) a atómovej hmotnosti prvkov tvoriacich daný minerál
- od hustoty minerálovej závisí hustota hornín čo má mimoriadny vplyv na charakter tektonických procesov
- hustota hornín ovplyvňuje gravitačné pole → gravimetria
- minerály s vyššou hustotou ako 2,8 g.cm-3 (napr. zirkón, rutil, granát) považujeme za tzv. ťažké minerály
iné dôležité vlastnosti napr.
- piezoelektrina, pyroelektrina, rádioaktivita, magnetizmus
![Page 13: 5. CHEMICKÉ A MINERÁLNE ZLOŽENIE ZEMSKEJ KÔRY](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061415/56813bf4550346895da539a1/html5/thumbnails/13.jpg)
Látkové zloženie minerálov- chemické zloženie a štruktúrne vlastnosti (kryštalografické) sú rozhodujúce pre zatriedenie nerastov / minerálov do mineralogického systému
- minerály sú zatriedené v základných triedach (viď tab.)
Trieda Príklad
PRVKY síra (S), grafit – diamant (C), zlato (Au), meď (Cu)
SULFIDY pyrit (FeS2), chalkopyrit (CuFeS2), galenit (PbS), sfalerit (ZnS)
HALOGENIDY halit (NaCl)
OXIDY A HYDROXIDY kremeň (SiO2), magnetit (Fe3O4), hematit (Fe2O3)
KARBONÁTY kalcit (CaCO3), dolomit CaMg(CO3)2
SULFÁTY sadrovec Ca(SO4).2H2O, anhydrit CaSO4
FOSFÁTY apatit Ca5F(PO4)2
SILIKÁTY olivín (Mg,Fe)2SiO4, sľudy, živce
![Page 14: 5. CHEMICKÉ A MINERÁLNE ZLOŽENIE ZEMSKEJ KÔRY](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061415/56813bf4550346895da539a1/html5/thumbnails/14.jpg)
Horninotvorné minerály
na základe zastúpenia horninotvorných minerálov v horninách rozlišujeme :
minerály hlavné > 10%
minerály vedľajšie do 10%
minerály akcesorické < 1%
hlavné minerály určujú typ horniny a sú dôležité z hľadiska zaradenia horniny do systému napr. granit (hlavné minerály : živec, kremeň)
vedľajšie minerály sa v názve horniny charakterizujú adjektívom napr. biotitický granit
čím je vedľajšieho minerálu viac tým je adjektívum bližšie k systematickému názvunapr. muskoviticko-biotitický granit (biotit > muskovit)
![Page 15: 5. CHEMICKÉ A MINERÁLNE ZLOŽENIE ZEMSKEJ KÔRY](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061415/56813bf4550346895da539a1/html5/thumbnails/15.jpg)
Karbonáty – uhličitany
jedny z najdôležitejších horninotvorných minerálov z triedy karbonátov sú :
kalcit CaCO3
dolomit Ca, Mg (CO3)2
oba kryštalizujú v trigonálnej sústave, vytvárajú klencové kryštály, sú dobre štiepateľné, kalcit reaguje so zriedenou HCl
![Page 16: 5. CHEMICKÉ A MINERÁLNE ZLOŽENIE ZEMSKEJ KÔRY](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061415/56813bf4550346895da539a1/html5/thumbnails/16.jpg)
Oxidy – kysličníky
najvýznamnejší je kremeň - SiO2
kryštalizuje v trigonálnej sústave, je priezračný alebo rôzne sfarbený, zle štiepateľný (lastúrnatý lom), chemicky a mechanicky veľmi odolný → náplavy
![Page 17: 5. CHEMICKÉ A MINERÁLNE ZLOŽENIE ZEMSKEJ KÔRY](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061415/56813bf4550346895da539a1/html5/thumbnails/17.jpg)
Silikáty – kremičitany
v kremičitanoch je atóm Si obklopený štyrmi atómami O, spojnice stredov kyslíkových atómov ohraničujú štvorsten – tetraéder (SiO4)4-
kremičitanový tetraéder je základnou stavebnou jednotkou silikátov
Tetraédre môžu byť izolované alebo sa vzájomne spájajú cez kyslíkové väzby. Silikátový anión sa spája s katiónmi, ktoré majú blízky iónový polomer (Al, K, Fe, Ca, Mg) a vytvárajú minerály. Charakter usporiadania iónovej väzby a typ katiónu ovplyvňujú vlastnosti minerálov.
![Page 18: 5. CHEMICKÉ A MINERÁLNE ZLOŽENIE ZEMSKEJ KÔRY](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061415/56813bf4550346895da539a1/html5/thumbnails/18.jpg)
Silikáty s izolovanými tetraédrami (SiO4)4-
Olivín (Mg, Fe)2 SiO4 – je zmes dvoch ľubovoľne substitujúcich zložiek
fosterit - Mg2SiO4
fayalit – Fe2SiO4
olívín je minerál vyskytujúci sa hlavne v bázických a ultrabázických horninách (horninách chudobných na Sio2) spoločne s pyroxénom, amfibolom
![Page 19: 5. CHEMICKÉ A MINERÁLNE ZLOŽENIE ZEMSKEJ KÔRY](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061415/56813bf4550346895da539a1/html5/thumbnails/19.jpg)
ďalším významným minerálom s izolovanými tetraédrami sú granáty
napr. pyrop (Mg3Al2 (SiO4)3
granáty sú predovšetkým súčasťou metamorfovaných hornín (granátické svory)
![Page 20: 5. CHEMICKÉ A MINERÁLNE ZLOŽENIE ZEMSKEJ KÔRY](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061415/56813bf4550346895da539a1/html5/thumbnails/20.jpg)
silikáty s reťazcami tetraédrov - (SiO3)6- ;(Si8O22)12-
patria sem dôležité hornitvorné minerály
pyroxény – s jednoduchým reťazcom tetraédrov (SiO3)6-
amfiboly – s dvojitým reťazcom tetraédrov (Si8O2)12-
obe skupiny kryštalizujú v monoklinickej aj rombickej sútave, sú tmavej farby a podieľajú sa na minerálnom zložení bázických hornín
jednoduchý reťazec dvojitý reťazec
![Page 21: 5. CHEMICKÉ A MINERÁLNE ZLOŽENIE ZEMSKEJ KÔRY](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061415/56813bf4550346895da539a1/html5/thumbnails/21.jpg)
Silikáty s vrstvovou stavbou tetraédrov
medzi tetraédrickými vrstvami sú obyčajne slabé väzby a preto vrstvové silikáty majú výbornú štiepateľnosť
patria sem sľudy : svetlá sľuda muskovit (jemno šupinková odroda – sericit)
tmavá sľuda biotit
ílové minerály : kaolinit, motmorillonit, illit
chlority – obyčajne sekundárne minerály vznikajúce napr. premenou/rozpadom biotitu
biotit v hornine a model jeho vnútornej štruktúry
![Page 22: 5. CHEMICKÉ A MINERÁLNE ZLOŽENIE ZEMSKEJ KÔRY](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061415/56813bf4550346895da539a1/html5/thumbnails/22.jpg)
Kostrové silikáty – živce a foidy
živce sú jednou z najvýznamnejších skupín horninotvorných minerálov
rozdeľujeme ich na draselné živce – ortoklas KAlSi3O8
sodno – vápenáté živce = plagioklasy – plagioklasy vznikajú vzájomným miešaním albitovej zložky NaAlSi3O8 a anortitovej zložky CaAl2Si2O8
s narastajúcim podielom anortitovej zložky klesá zároveň podiel SiO2 → klesá acidita a stúpa bázicita plagioklasov (a tým aj materskej horniny)
ALBIT 0 - 10 % An
OLIGOKLAS 10 - 30 % An
ANDEZÍN 30 - 50 % An
LABRADORIT 50 - 70 % An
BYTOWNIT 70 - 90 % An
ANORTIT 90 - 100
% An
ak je v magme nedostatok SiO2 tvoria sa zástupcovia živcov – foidyvyskytujú sa vo vyvretých horninách najrozšírenejšie foidy sú :
leucit - KALSi2O8
nefelín - NaAlSiO4
![Page 23: 5. CHEMICKÉ A MINERÁLNE ZLOŽENIE ZEMSKEJ KÔRY](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061415/56813bf4550346895da539a1/html5/thumbnails/23.jpg)
Minerály, ktoré nevstupujú do primárneho minerálneho zloženia hornín je veľké množstvo. Koncentrujú sa vo zvyškových taveninách a roztokoch, z ktorých sa v závere horninotvorných procesov vylúčia v podobe žíl, hniezd alebo impregnácií.
Minerály a horniny, ktoré sa priemyselne využívajú zaraďujeme do kategórie nerastných surovín.
Nerastné suroviny delíme na rudné, nerudné a energetické suroviny.
Miesto akumulácie nerastných surovín sa nazýva ložisko nerastnej suroviny.
![Page 24: 5. CHEMICKÉ A MINERÁLNE ZLOŽENIE ZEMSKEJ KÔRY](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061415/56813bf4550346895da539a1/html5/thumbnails/24.jpg)
horninový cyklus
![Page 25: 5. CHEMICKÉ A MINERÁLNE ZLOŽENIE ZEMSKEJ KÔRY](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061415/56813bf4550346895da539a1/html5/thumbnails/25.jpg)
Vznik a pôvod minerálov – minerály ako indikátory prostredia
charakter minerálu ovplyvňujú
- geologické procesy (napr. tavenie, metamorfóza, zvetrávanie, litifikácia)
- chemické zloženie (napr. magma primárne bohatá / chudobná na SiO2)
- pT podmienky prostredia vzniku (napr. fácia modrých bridlíc tlak viac ako 5 kbar, teplota viac ako 400°C → Na amfibol glaukofán / amfibolitová fácia → tlak pod 5 kbar, teplota 600°C → Ca amfibol aktinolit, hornblendit)
minerálna asociácia (minerálna paragenéza) – je spoločenstvo minerálov typické pre dané geologické prostredie (pre danú metamorfnú fáciu, pre dané chemické zloženie geologického prostredia)