Litoszféra fő-, mikro- és nyomelemgeokémiája

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Litoszféra fő-, mikro- és nyomelemgeokémiája"

Gusztáv Kocsis
4 évvel ezelőtt
Látták:

1 Litoszféra fő-, mikro- és nyomelemgeokémiája

2 Elemek csoportosítása (gyakoriságuk szerint) Főelemek (>1 tömeg%), pl. O, Si, Fe, Al, Ca, Mg, Na, K (major) Mikroelemek (kis mennyiségben jelen lévő főelemek) (<1, >0.1 tömeg%), pl. Mn, P (minor) Nyomelemek (<0.1 tömeg%), pl. Rb, V, U, RFY (trace)

3 Elemek >1.0 tömeg%-ban főelemek (főleg litofil, refrakter és illó) tömeg%-ban mikroelemek < 0.1 tömeg% nyomelemek A kontinentális kéreg főelemei, (Winter, 2001) Elem/Oxid atom% oxid% O 60.8 Si/SiO Al/Al2O Fe/FeO Ca/CaO Mg/MgO Na/Na2O atom% < -- > tömeg% (oxid%) A Föld összetétele/leggyakoribb elemei, Elem atom% Fe 31 O 30 Si 18 Mg 15 Ca 1.8 Ni 1.7 Al 1.4 Na 0.9 (Ringwood, 1975)

4 Reprezentatív magmás kőzetek kémiai összetétele (tömeg%) Peridotit Bazalt Andezit Riolit Fonolit SiO TiO Al2O Fe2O FeO MnO MgO CaO Na2O K2O P2O Cr2O Illó 3, Cr 2 O 3 ha főelem, akkor %-ban pph (parts per hundred), konvertálva ppm-be tömeg%*10 4 (ppm) elemi formában kifejezve: /2 (elemi formában egy Cr atomra számolunk, viszont két mol Cr szükséges egy mol Cr 2 O 3 formálásához

5 Főelemek (nagy mennyiségben előforduló - major) meghatározzák a - kőzetek ásványos összetételét (és rendszertani helyét), - részarányát a keletkezés (olvadási és kristályosodási folyamatok, p, T) sűrűség, illótartalom, viszkozitás - mállás, átalakulás: stabilitás trópusi talajokban: kvarc >> káliföldpát, biotit >> albit > anortit, amfibol > piroxén > dolomit > kalcit >> olivin, pirit, anhidrit, gipsz >> kősó, fedősók (q, Al-, Fe-oxid/oxihidroxid, agyagásvány) Mikroelemek (kis mennyiségben előforduló főelemek - minor) - általában helyettesítenek (Mn Fe; Cr Fe), és/vagy - akcesszóriákat formálnak (P apatit; Ti ilmenit, rutil, titanit; Cr krómit) a felső kontinentális kéregben (savanyú kőzetekben) a cirkon is akcesszória a Zr kompatibilis savanyú olvadékokban, de mégsem mikroelem, hanem nyomelem (miért?) Nyomelemek (trace) koncentrációja túl kevés önálló ásványok formáláshoz (Zr kivétel) - fő- (és mikro)elemeket helyettesítenek (Mg-t Ni és Co; Ca-t Sr, RFY) - mennyiségük és eloszlásuk a forrás meghatározására és jellemzésére, továbbá a folyamatok leírására alkalmas

6 FeO (ritkábban Fe 2 O 3 -ban) FeO*1.1113=Fe 2 O 3 vagy Fe 2 O 3 *0.8998=FeO Primer FeO/Fe 2 O 3 arány az olvadék/szilárd fázisegyensúlyi oxigénfugacitásától függ (nagy fo 2 mellett a Fe 3+ és Ti oxidba megy) Mállás FeO és Fe 2 O 3 szétosztás (megoszlás): - Irvine & Baragar (1971): Fe 2 O 3 =TiO La Bas et al. (1986): Fe 2 O 3 /FeO<0.5 üde bazaltban - Tapasztalati Fe 2 O 3 /FeO arány: - Básisos kőzetek: Neutrális kőzetek: Savanyú kőzetek: Illó (izzítási veszteség LOI DTA, kemence) CO 2, H 2 O - (<105 o C, pórus és felületi), H 2 O + (>105 o C, szerkezeti) fluidum zárványok, illó-mentes ásványok normálás 100%-ra Üde bazalt: H 2 O + <2 %, CO 2 <0.5 % (Le Bas et al., 1986) 99 % < eredeti totál < 101 %

7 Nyomelemek (általában)

8 Nyomelemek (litofil!) - Definiciók Nem sztöichiometrikusan vannak jelen a fázisokban (más a szilárd fázisok és más a vizes oldatok nyomelem-tartalma), Nem befolyásolják az adott rendszer (pl. szilárd fázisok, oldat, talaj) fizikai és kémiai tulajdonságát, ha a rendszert mint egészet vizsgáljuk egy jelentős kiterjedésben, Henry-törvény szerint viselkednek a rendszerekben (azaz ideálisan oldódnak nagy hígítás mellett)

9 Nyomelemek geokémiája A litofil elemek elektronszerkezete kemény gömb és főleg ionos kötéssel a szilárd fázisban A litofil elemek geokémiai viselkedését a kristályrácsban való a helyettesítési képességük szabja meg A helyettesítés tényezői: ion rádiusz ion töltés

10 Ion rádiusz és töltés hatása Nagy töltés- és rádiuszbeli különbség kismértékű helyettesítés a rácsban, SiO 4 -ben Si-t Al helyettesíthet: rádiusz - töltés A szilikátok rácsában a poziciók általában Mg, Fe és Ca számára, 2+ töltéssel, Ritkán RFY helyettesít Al 3+ -t Ion rádiusz (pikométer) Magnézium (Mg 2+ ): 65 pm Kalcium (Ca 2+ ): 99 pm Stroncium (Sr 2+ ): 118 pm Rubidium (Rb + ): 152 pm

11 Goldschmidt-féle helyettesítése szabályok Egy elem ionja nagymértékben helyettesítheti egy másik elem ionjait ionos kristályrácsban, ha a rádiuszuk keveseb, mint 15 pm-ban különbözik. hasonló rádiusz és azonos töltés helyettesítés továbbá függ: koncentráció, hőmérséklet, koordinációs szám, kötések kompatibilitása nagyobb hőmérséklet kedvez a helyettesítésnek

12 Nyomelem helyettesítés A kristályrácsbeli helyettesítést az ionrádiusz és a töltés a szabályozza (Goldschmidt): - Két egyenlő ionrádiuszú és töltésű ion ugyanolyan mértékben épül be adott szilárd fázis /ásvány/ kristályrácsába. - Ha az ionrádiuszok hasonlók vagy nincs közöttük nagy különbség, akkor a: - két egyenlő töltésű elem ionjai közül a kisebb ionrádiuszú épül be nagyobb mértékben, - két hasonló ionradiuszú ion közül a nagyobb töltésű épül be nagyobb mértékben adott ásvány kristályrácsába.

13 Nyomelem helyettesítés, Nb,Ta Sc, REY

14 Osztályozás a rádiusz és a töltés alapján töltés/rádiusz - ion potenciál: a mobilitás hozzávetőleges indexe (olhatóság) vizes oldatokban: <3 (nagy) & >12 (kicsi) Fe 1) Kis térerejű (low field strength - LFS) vagy nagy ionrádiuszú litofil (large ion lithophile LIL) elemek 2) Nagy térerejű (high field strength - HFS) elemek pl. RFY/REY 3) Plantina csoport (platinum group PG) elemek

15 Osztályozás a rádiusz és a töltés alapján 3.2. ábra. Az oldhatóság ionpotenciáltól való függése Papp Kümmel, 1992

16 Goldschmidt-féle osztályozás Sziderofil elemek: affinitás folyékony fém fázishoz, pl. Föld magja Kalkofil: affinitás folyékony szulfid fázishoz, pl. Föld köpeny, szilikát-szulfid elkülönülés Litofil: affinitás szilikát fázishoz, pl. Föld kéreg és köpeny Atmofil: erősen illó, a hidro- és atmoszférában koncentrálódik Biofil: élőlényekben (H, O, N, C, P)

Hasonló dokumentumok

Litoszféra fő-, mikro- és nyomelemgeokémiája

Litoszféra fő-, mikro- és nyomelemgeokémiája Elemek >1.0 tömeg%-ban főelemek (főleg litofil, refrakter és illó) 0.1-1.0 tömeg%-ban mikroelemek < 0.1 tömeg% nyomelemek A kontinentális kéreg főelemei, (Winter,