Địa hóa học – Wikipedia tiếng Việt

Địa hóa học, theo định nghĩa đơn giản của thuật ngữ này là hóa học của Trái Đất, bao gồm việc ứng dụng những nguyên lý cơ bản của hóa học để giải quyết các vấn đề địa chất.

Địa hóa học coi những nguyên tố hóa học và những đồng vị trong tự nhiên là đối tượng người dùng nghiên cứu và điều tra, thế cho nên nó góp thêm phần hoàn hảo những nhận thức và hiểu biết về sự tăng trưởng của hành tinh tất cả chúng ta và được cho phép ta có cách nhìn nhận mới về chính sách thành tạo Trái Đất nói chung, về quy trình thành tạo đá, khoáng vật, những quy luật hình thành những mỏ tài nguyên và quy luật biến hóa môi trường tự nhiên sống, nhất là trong thời kỳ tăng trưởng công nghiệp lúc bấy giờ .Địa hóa học là một chuyên ngành khoa học về Trái Đất, trong đó bao hàm những sáng tạo độc đáo của ngành khoa học nguyên tử văn minh .

Thuật ngữ địa hóa học lần đầu tiên được sử dụng bởi nhà hóa học người Đức gốc Thụy Sĩ Christian Friedrich Schönbein vào năm 1838: “địa hóa học phải được đưa ra so sánh, trước khi địa hóa học có thể trở thành địa chất, và trước bí ẩn về sự hình thành Các hành tinh của chúng ta và vật chất vô cơ của chúng có thể được tiết lộ. Từ địa hóa học đến vũ trụ học: Nguồn gốc của một ngành khoa học, 1915-1955 Tuy nhiên, trong phần còn lại của thế kỷ, thuật ngữ phổ biến hơn là “địa chất hóa học” và đã có ít liên hệ giữa nhà địa chất và nhà hóa học.

Địa hóa học nổi lên như một môn học riêng biệt sau khi các phòng thí nghiệm lớn được thành lập, được bắt đầu với Khảo sát địa chất Hoa Kỳ (USGS) vào năm 1884, và bắt đầu các cuộc khảo sát có hệ thống về hóa học của đá và khoáng sản. Nhà hóa học trưởng của USGS, Frank Wigglesworth Clarke, lưu ý rằng các nguyên tố thường giảm đi sự phong phú khi trọng lượng nguyên tử của chúng tăng lên, và tóm tắt công việc về sự phong phú nguyên tố trong Dữ liệu của địa hóa học .

Thành phần của thiên thạch đã được điều tra và nghiên cứu và so sánh với những loại đá trên mặt đất vào đầu năm 1850. Năm 1901, Oliver C. Farrington đã đưa ra giả thuyết rằng, mặc dầu có sự độc lạ, sự phong phú và đa dạng tương đối vẫn giống nhau. Đây là sự khởi đầu của nghành ngoài hành tinh học và đã đóng góp phần lớn những gì tất cả chúng ta biết về sự hình thành của Trái Đất và Hệ mặt trời .Thành phần của thiên thạch đã được điều tra và nghiên cứu và so sánh với những loại đá trên mặt đất vào đầu năm 1850. Năm 1901, Oliver C. Farrington đã đưa ra giả thuyết rằng, mặc dầu có sự độc lạ, sự nhiều mẫu mã tương đối vẫn giống nhau. Đây là sự khởi đầu của nghành ngoài hành tinh học và đã đóng góp phần lớn những gì tất cả chúng ta biết về sự hình thành của Trái Đất và Hệ mặt trời .

Nguyên tố hóa học[sửa|sửa mã nguồn]

Các khối vật tư thiết kế xây dựng là nguyên tố hóa học. Chúng hoàn toàn có thể được xác lập bởi số nguyên tử Z, là số proton trong hạt nhân. Một thành phần hoàn toàn có thể có nhiều hơn một giá trị cho N, số neutron trong hạt nhân. Tổng của những thứ này là số khối, gần bằng với khối lượng nguyên tử. Các nguyên tử có cùng số nguyên tử nhưng số neutron khác nhau được gọi là đồng vị. Một đồng vị đã cho được xác lập bằng một vần âm cho thành phần đứng trước một siêu ký tự cho số khối. Ví dụ : hai đồng vị phổ cập của clo là 35C l and 37C l. Có khoảng chừng 1700 phối hợp Z và N đã biết, trong đó chỉ có khoảng chừng 260 là không thay đổi. Tuy nhiên, hầu hết những đồng vị không không thay đổi không xảy ra trong tự nhiên. Trong địa hóa học, những đồng vị không thay đổi được sử dụng để theo dõi những quy trình và phản ứng hóa học, trong khi những đồng vị hầu hết được sử dụng để xác lập mẫu .Hành vi hóa học của một nguyên tử – ái lực với những nguyên tố khác và loại link mà nó hình thành – được xác lập bởi sự sắp xếp của những electron trong quỹ đạo, đặc biệt quan trọng là những electron ngoài cùng ( hóa trị ). Những sắp xếp này được phản ánh ở vị trí của những thành phần trong bảng tuần hoàn. Dựa trên vị trí, những nguyên tố rơi vào những nhóm rộng sắt kẽm kim loại kiềm, sắt kẽm kim loại kiềm thổ, sắt kẽm kim loại chuyển tiếp, bán sắt kẽm kim loại ( còn được gọi là metallicoid ), halogen, khí hiếm, lanthanide và actinide .

Một sơ đồ phân loại hữu ích khác cho địa hóa học là Phân loại Goldschmidt, đặt các yếu tố thành bốn nhóm chính. Litophiles kết hợp dễ dàng với oxy. Các nguyên tố này, bao gồm Na, K, Si, Al, Ti, Mg và Ca, chiếm ưu thế trong vỏ Trái Đất, tạo thành silicate và các oxit khác. Các nguyên tố Siderophile (Fe, Co, Ni, Pt, Re, Os) có ái lực với sắt và có xu hướng tập trung trong lõi. Các yếu tố Chalcophile (Cu, Ag, Zn, Pb, S) sulfide; và các nguyên tố atmophile (O, N, H và các khí hiếm) thống trị bầu khí quyển. Trong mỗi nhóm, một số nguyên tố là vật liệu chịu lửa, duy trì ổn định ở nhiệt độ cao, trong khi các yếu tố khác là dễ bay hơi, bay hơi dễ dàng hơn, do đó sức nóng có thể tách chúng ra.

Phân dị và trộn lẫn[sửa|sửa mã nguồn]

Thành phần hóa học của Trái Đất và những khung hình khác được xác lập bởi hai quy trình trái chiều : phân dị và trộn lẫn. Trong lớp phủ của Trái Đất, sự độc lạ xảy ra ở những dải núi giữa đại dương trải qua sự nóng chảy một phần, với nhiều vật tư chịu lửa còn lại ở đáy thạch quyển trong khi phần còn lại tăng lên tạo thành đá bazan. Sau khi một mảng đại dương rơi xuống lớp phủ, sau cuối đối lưu trộn hai phần lại với nhau. Xói mòn phân biệt đá granit, tách nó thành đất sét dưới đáy đại dương, sa thạch ở rìa lục địa và khoáng chất hòa tan trong nước biển. Sự biến chất và anatexis ( sự tan chảy một phần của đá vỏ ) hoàn toàn có thể trộn những yếu tố này lại với nhau. Trong đại dương, những sinh vật sinh học hoàn toàn có thể gây ra sự độc lạ hóa học, trong khi hòa tan những sinh vật và chất thải của chúng hoàn toàn có thể trộn lại những vật tư một lần nữa

Cất phân đoạn[sửa|sửa mã nguồn]

Một nguồn phân dị chính là cất phân đoạn, một sự phân bố không đồng đều các nguyên tố và đồng vị. Đây có thể là kết quả của các phản ứng hóa học, thay đổi pha, hiệu ứng động học hoặc phóng xạ. Ở quy mô lớn nhất, phân biệt hành tinh là sự phân tách vật lý và hóa học của một hành tinh thành các vùng khác biệt về mặt hóa học. Ví dụ, các hành tinh trên mặt đất hình thành các lõi giàu sắt và lớp vỏ và lớp vỏ giàu silicat. Trong lớp phủ của Trái Đất, nguồn gốc của sự khác biệt hóa học là tan chảy một phần, đặc biệt là gần các dải núi giữa đại dương. Đối lưu thần chú trong Trái Đất và các hành tinh. Điều này có thể xảy ra khi chất rắn không đồng nhất hoặc dung dịch rắn và một phần của sự tan chảy được tách ra khỏi chất rắn. Quá trình này được gọi là cân bằng hoặc mẻ tan chảy nếu chất rắn và tan chảy vẫn ở trạng thái cân bằng cho đến khi tan chảy và phân đoạn hoặc Rayleigh tan chảy loại bỏ liên tục.

Phân đoạn đồng vị hoàn toàn có thể có những dạng phụ thuộc vào khối lượng và không phụ thuộc vào vào khối lượng. Các phân tử có đồng vị nặng hơn có nguồn năng lượng trạng thái mặt đất thấp hơn và do đó không thay đổi hơn. Kết quả là những phản ứng hóa học cho thấy sự nhờ vào đồng vị nhỏ, với những đồng vị nặng hơn thích những loài hoặc hợp chất có trạng thái oxy hóa cao hơn ; và trong những đổi khác pha, những đồng vị nặng hơn có khuynh hướng tập trung chuyên sâu trong những pha nặng hơn. Phân số phụ thuộc vào khối lượng lớn nhất trong những thành phần ánh sáng vì sự độc lạ về khối lượng là một phần đông hơn của tổng khối lượng .

Tỷ lệ giữa các đồng vị thường được so sánh với một tiêu chuẩn. Ví dụ, lưu huỳnh có bốn đồng vị ổn định, trong đó hai đồng vị phổ biến nhất là 32S và 34S. Tỷ lệ nồng độ của chúng, R=34S/32S, được báo cáo là

δ 34 S = 1000 ( R R s − 1 ), { \ displaystyle \ delta { } ^ { 34 } \ mathrm { S } = 1000 \ left ( { \ frac { R } { R_ { \ mathrm { s } } } } – 1 \ right ), }

trong đó Rs có cùng tỷ lệ cho một tiêu chuẩn. Bởi vì sự khác biệt là nhỏ, tỷ lệ này được nhân với 1000 để biến nó thành một phần nghìn (được gọi là các phần trên một triệu). Điều này được biểu thị bằng ký hiệu ‰.

Phân đoạn cân bằng xảy ra giữa các hóa chất hoặc pha ở trạng thái cân bằng với nhau. Trong phân số cân bằng giữa các pha, các pha nặng hơn thích các đồng vị nặng hơn. Đối với hai pha A và B, hiệu ứng có thể được biểu thị bằng hệ số

a A − B = R A R B. { \ displaystyle a_ { \ mathrm { A-B } } = { \ frac { R_ { \ mathrm { A } } } { R_ { \ mathrm { B } } } }. }

Trong quá trình chuyển pha hơi-lỏng cho nước, al-v ở 20 độ Celsius là 1,0098 cho 18O và 1.084 cho 2H. Nói chung, phân số lớn hơn tại nhiệt độ thấp hơn. Tại 0 °C, the factors are 1.0117 and 1.111.

Khi không có trạng thái cân bằng giữa các pha hoặc hợp chất hóa học, phân đoạn động học có thể xảy ra. Ví dụ, tại các giao diện giữa nước lỏng và không khí, phản ứng thuận được tăng cường nếu độ ẩm của không khí nhỏ hơn 100% hoặc hơi nước bị gió di chuyển. Phân đoạn động học nói chung được tăng cường so với phân đoạn cân bằng, và phụ thuộc vào các yếu tố như tốc độ phản ứng, đường phản ứng và năng lượng liên kết. Vì các đồng vị nhẹ hơn thường có liên kết yếu hơn, chúng có xu hướng phản ứng nhanh hơn và làm phong phú các sản phẩm phản ứng.

Phân đoạn sinh học là một dạng của phân đoạn động học, vì những phản ứng có xu thế theo một hướng. Các sinh vật sinh học thích những đồng vị nhẹ hơn vì có ngân sách nguồn năng lượng thấp hơn trong việc phá vỡ những link nguồn năng lượng. Ngoài những yếu tố đã đề cập trước đó, thiên nhiên và môi trường và những loài của sinh vật hoàn toàn có thể có tác động ảnh hưởng lớn đến việc phân loại .

Thông qua một loạt các quá trình vật lý và hóa học, các nguyên tố hóa học thay đổi nồng độ và di chuyển xung quanh theo cái gọi là chu trình địa hóa . Một sự hiểu biết về những thay đổi này đòi hỏi cả mô hình lý thuyết và quan sát chi tiết. Mỗi hợp chất hóa học, nguyên tố hoặc đồng vị có nồng độ là một hàm C(r,t) về vị trí và thời gian, nhưng không thực tế để mô hình hóa sự biến đổi đầy đủ. Thay vào đó, theo cách tiếp cận mượn từ kỹ thuật hóa học, các nhà địa hóa học tập trung mức độ tập trung vào các khu vực trên Trái Đất gọi là hồ chứa địa hóa . Việc lựa chọn hồ chứa phụ thuộc vào vấn đề; ví dụ, đại dương có thể là một hồ chứa duy nhất hoặc được chia thành nhiều hồ chứa. Các khía cạnh cơ bản của các mô hình định lượng cho các chu trình địa hóa. Trong một loại mô hình được gọi là mô hình hộp , một bể chứa được thể hiện bằng một hộp có đầu vào và đầu ra.

Các mô hình địa hóa nói chung liên quan đến thông tin phản hồi. Trong trường hợp đơn giản nhất của chu trình tuyến tính, đầu vào hoặc đầu ra từ một bể chứa tỷ lệ thuận với nồng độ. Ví dụ, muối được loại bỏ khỏi đại dương bằng cách hình thành bốc hơi và với tốc độ bay hơi không đổi trong các lưu vực bay hơi, tốc độ loại bỏ muối phải tỷ lệ thuận với nồng độ của nó. Đối với một thành phần nhất định C, nếu đầu vào của một hồ chứa là một hằng số a và đầu ra là kC cho một hằng số k, sau đó mass balance phương trình là

d C d t = a − k C. { \ displaystyle { \ frac { dC } { dt } } = a-kC. }

(1)

Điều này thể hiện một thực tế là bất kỳ thay đổi nào về khối lượng phải được cân bằng bởi những thay đổi ở đầu vào hoặc đầu ra. Trên thang đo thời gian t = 1/k, hệ thống tiếp cận trạng thái ổn định trong đó Csteady = a/k. Thời gian cư trú được định nghĩa là:

τ

r
e
s

=

C

steady

/

I
=

C

steady

/

O
,

{\displaystyle \tau _{\mathrm {res} }=C^{\text{steady}}/I=C^{\text{steady}}/O,}

khi I và O là tỷ lệ đầu vào và đầu ra. Trong ví dụ trên, tốc độ đầu vào và đầu ra trạng thái ổn định đều bằng a, nên τres = 1/k.

Nếu tốc độ đầu vào và đầu ra là các hàm phi tuyến của C, chúng vẫn có thể được cân bằng chặt chẽ theo quy mô thời gian lớn hơn nhiều so với thời gian cư trú; nếu không sẽ có biến động lớn trong C. Trong trường hợp đó, hệ thống luôn ở gần trạng thái ổn định và sự mở rộng bậc thấp nhất của phương trình cân bằng khối lượng sẽ dẫn đến một phương trình tuyến tính như phương trình (1). Trong hầu hết các hệ thống, một hoặc cả hai đầu vào và đầu ra phụ thuộc vào C, dẫn đến một phản hồi có xu hướng duy trì trạng thái ổn định. Nếu một lực lượng bên ngoài làm nhiễu hệ thống, nó sẽ trở về trạng thái ổn định theo thang thời gian là 1/k

Sự đa dạng và phong phú của những nguyên tố[sửa|sửa mã nguồn]

Hệ Mặt Trời[sửa|sửa mã nguồn]

[1]Abundances of solar system elements .Thành phần của Hệ mặt trời tựa như như nhiều ngôi sao 5 cánh khác, và ngoài những dị thường nhỏ, nó hoàn toàn có thể được coi là hình thành từ tinh vân mặt trời có thành phần như nhau và thành phần của Mặt trời Photosphere tựa như như phần còn lại của Hệ mặt trời. Thành phần của khoảng trống ảnh được xác lập bằng cách khớp đường hấp thụ trong quang phổ với những quy mô bầu khí quyển của Mặt trời. [ 2 ] Cho đến nay, hai nguyên tố lớn nhất tính theo Xác Suất của tổng khối lượng là hydro ( 74,9 % ) và helium ( 23,8 % ), với toàn bộ những yếu tố còn lại chỉ góp phần 1,3 %. [ 3 ] Có một khuynh hướng chung của giảm theo cấp số mũ trong phong phú và đa dạng với số nguyên tử tăng dần, mặc dầu những nguyên tố có số nguyên tử chẵn thông dụng hơn so với những nước láng giềng số lẻ của chúng ( quy tắc Oddo bồi Harkins ). So với khuynh hướng chung, lithium, boron và beryllium đã hết sạch và sắt được làm giàu một cách không bình thường. [ 4 ] : 284 – 285 .Mô hình của sự nhiều mẫu mã nguyên tố hầu hết là do hai yếu tố. Hydro, heli và 1 số ít lithium là được hình thành trong khoảng chừng 20 phút sau Vụ nổ lớn, trong khi phần còn lại là được tạo ra trong nội thất bên trong của những ngôi sao 5 cánh. [ 5 ] : 316 – 317
Thiên thạch có nhiều loại chế phẩm, nhưng nghiên cứu và phân tích hóa học hoàn toàn có thể xác định liệu chúng đã từng ở hành tinh mà tan chảy hay độc lạ. ] ] s không phân biệt và có những vùi khoáng tròn gọi là chondrule s. Với độ tuổi 4,56 tỷ năm, chúng có niên đại hệ mặt trời sơ khai. Một loại đặc biệt quan trọng, CI chondrite, có thành phần gần giống với hình ảnh của Mặt trời, ngoại trừ sự hết sạch của một số ít chất bay hơi ( H, He, C, N, O ) và một nhóm những nguyên tố ( Li, B, Be ) bị tàn phá bởi sự tổng hợp hạt nhân trong Mặt trời. Do thuộc nhóm thứ hai, chondrites CI được coi là tương thích hơn cho thành phần của Hệ mặt trời khởi đầu. Hơn nữa, nghiên cứu và phân tích hóa học của CI chondrites đúng chuẩn hơn so với quang cầu, do đó, nó thường được sử dụng làm nguồn cho sự phong phú và đa dạng hóa học, mặc dầu độ hiếm của chúng ( chỉ có năm được phục sinh trên Trái Đất ) .

Các hành tinh khổng lồ[sửa|sửa mã nguồn]

Cutaways illustrating models of the interiors of the giant planets .Các hành tinh của Hệ Mặt Trời được chia thành hai nhóm : bốn hành tinh bên trong là hành tinh trên mặt đất s [ [ [ Mercury ( hành tinh ) | Mercury ] ], Venus, Earth và [ [ Mars ] ] ), với size tương đối nhỏ và mặt phẳng đá. Bốn hành tinh bên ngoài là hành tinh khổng lồ, bị chi phối bởi hydro và helium và có tỷ lệ trung bình thấp hơn. Chúng hoàn toàn có thể được chia nhỏ thành khổng lồ khí ( Đời xe Jupiter và Saturn ) và khổng lồ băng s ( Thiên vương và Hải vương ) có lõi băng giá lớn. [ 6 ] : 26 – 27,283 – 284Hầu hết thông tin trực tiếp của chúng tôi về thành phần của những hành tinh khổng lồ là từ quang phổ. Từ những năm 1930, Sao Mộc được biết là có chứa hydro, metan và amoni. Vào những năm 1960, interferometry đã tăng đáng kể độ phân giải và độ nhạy của nghiên cứu và phân tích quang phổ, được cho phép xác lập một tập hợp những phân tử lớn hơn nhiều gồm có ethane, acetylene, nước và carbon monoxit. Tuy nhiên, quang phổ trên Trái Đất trở nên ngày càng khó khăn vất vả hơn với những hành tinh xa hơn, vì ánh sáng phản xạ của Mặt trời mờ hơn nhiều ; và nghiên cứu và phân tích quang phổ ánh sáng từ những hành tinh chỉ hoàn toàn có thể được sử dụng để phát hiện sự rung động của những phân tử, nằm trong dải tần số hồng ngoại. Điều này hạn chế sự đa dạng và phong phú của những yếu tố H, C và N .

Nguyên tử helium có các rung động trong phạm vi tia cực tím, được hấp thụ mạnh mẽ bởi bầu khí quyển của các hành tinh bên ngoài và Trái Đất. Do đó, mặc dù có rất nhiều, helium chỉ được phát hiện khi tàu vũ trụ được gửi đến các hành tinh bên ngoài, và sau đó chỉ gián tiếp thông qua sự biến dạng do va chạm trong các phân tử hydro. Thông tin thêm về Sao Mộc được lấy từ Đầu dò Galileo ‘ khi nó được gửi vào khí quyển vào năm 1995; và nhiệm vụ cuối cùng của thăm dò Cassini vào năm 2017 là để vào bầu khí quyển của Sao Thổ. Trong bầu khí quyển của Sao Mộc, Người ta thấy rằng mình bị suy giảm bởi hệ số 2 so với thành phần mặt trời và Ne với hệ số 10, một kết quả đáng ngạc nhiên vì các loại khí cao quý khác và các nguyên tố C, N và S được tăng cường bởi các yếu tố 2 đến 4 (oxy cũng bị cạn kiệt nhưng điều này được quy cho vùng khô bất thường mà Galileo đã lấy mẫu).

Các chiêu thức quang phổ chỉ xuyên qua bầu khí quyển của Sao Mộc và Sao Thổ đến độ sâu nơi áp suất bằng khoảng chừng 1 bar, xê dịch áp suất khí quyển ở mực nước biển. Đầu dò Galileo xâm nhập tới 22 vạch. Đây là một phần nhỏ của hành tinh, dự kiến ​ ​ sẽ đạt áp lực đè nén hơn 40 Mbar. Để hạn chế thành phần trong nội thất bên trong, những quy mô nhiệt động lực học được kiến thiết xây dựng bằng cách sử dụng thông tin về nhiệt độ từ phổ phát xạ hồng ngoại và phương trình trạng thái cho những chế phẩm có năng lực. Các thí nghiệm áp suất cao Dự kiến rằng hydro sẽ là một chất lỏng sắt kẽm kim loại trong phần bên trong Sao Mộc và Sao Thổ, trong khi ở Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương, nó vẫn ở trạng thái phân tử. Ước tính cũng phụ thuộc vào vào những quy mô cho sự hình thành của những hành tinh. Sự ngưng tụ của tinh vân tổng thống sẽ dẫn đến một hành tinh khí có cùng thành phần với Mặt trời, nhưng những hành tinh cũng hoàn toàn có thể đã hình thành khi một lõi rắn thu được khí tinh vân .Trong những quy mô hiện tại, bốn hành tinh khổng lồ có lõi đá và băng có kích cỡ gần bằng nhau, nhưng tỷ suất hydro và heli giảm từ khoảng chừng 300 khối lượng Trái Đất ở Sao Mộc xuống 75 ở Sao Thổ và chỉ một số ít ít ở Thiên vương tinh và Hải vương tinh. Do đó, trong khi những người khổng lồ khí hầu hết gồm có hydro và heli, thì những người khổng lồ băng hầu hết gồm có những nguyên tố nặng hơn ( O, C, N, S ), đa phần ở dạng nước, metan và amonia. Các mặt phẳng đủ lạnh để hydro phân tử ở dạng lỏng, thế cho nên phần nhiều mỗi hành tinh có năng lực là một đại dương hydro phủ lên một trong những hợp chất nặng hơn. Bên ngoài lõi, Sao Mộc có lớp phủ hydro sắt kẽm kim loại lỏng và bầu khí quyển hydro và heli phân tử. Hydro sắt kẽm kim loại không tích hợp tốt với helium và trong Sao Thổ, nó hoàn toàn có thể tạo thành một lớp riêng không liên quan gì đến nhau bên dưới hydro sắt kẽm kim loại .

Hành tinh đất đá[sửa|sửa mã nguồn]

Các hành tinh đất đá được cho là đến từ cùng một vật chất tinh vân như những hành tinh khổng lồ, nhưng chúng đã mất hầu hết những nguyên tố nhẹ hơn và có lịch sử vẻ vang khác nhau. Các hành tinh gần Mặt trời hơn hoàn toàn có thể có thành phần vật tư chịu lửa cao hơn, nhưng nếu những quy trình tiến độ hình thành sau này của chúng tương quan đến sự va chạm của những vật thể lớn có quỹ đạo lấy mẫu những phần khác nhau của Hệ Mặt trời, thì hoàn toàn có thể có ít sự phụ thuộc vào mạng lưới hệ thống vào vị trí .

Thông tin trực tiếp về Sao Hỏa, Sao Kim và Sao Thủy phần lớn đến từ các nhiệm vụ tàu vũ trụ. Sử dụng quang phổ tia gamma, thành phần của lớp vỏ Sao Hỏa đã được đo bằng quỹ đạo Mars Odyssey và lớp vỏ của Sao Thủy bằng tàu vũ trụ MESSENGER . Thông tin bổ sung về Sao Hỏa xuất phát từ các thiên thạch rơi xuống Trái Đất (Shergottite, Nakhlite s và Chassignite, được gọi chung là thiên thạch SNC). Sự phong phú cũng bị hạn chế bởi khối lượng của các hành tinh, trong khi sự phân bố bên trong của các yếu tố bị hạn chế bởi những khoảnh khắc quán tính của chúng.

Các hành tinh ngưng tụ từ tinh vân mặt trời và phần lớn các chi tiết về thành phần của chúng được xác định bằng cách phân đoạn khi chúng nguội đi. Các giai đoạn ngưng tụ rơi vào năm nhóm. Đầu tiên để ngưng tụ là các vật liệu giàu các yếu tố chịu lửa như Ca và Al. Chúng được theo sau bởi niken và sắt, sau đó magiê silicat. Dưới khoảng 700 kelvin s (700 K), FeS và các kim loại và silicat giàu dễ bay hơi tạo thành nhóm thứ tư, và trong nhóm thứ năm FeO nhập silicat magnesi. Các thành phần của các hành tinh và Mặt trăng là chondritic , có nghĩa là trong mỗi nhóm, tỷ lệ giữa các yếu tố giống như trong các chondrites carbonaceous.

Các ước tính của những thành phần hành tinh nhờ vào vào quy mô được sử dụng. Trong quy mô ‘ ngưng tụ cân đối ‘, mỗi hành tinh được hình thành từ một ” vùng cho ăn “, trong đó những thành phần của chất rắn được xác lập bởi nhiệt độ trong vùng đó. Do đó, Sao Thủy hình thành ở 1400 K, trong đó sắt vẫn ở dạng sắt kẽm kim loại nguyên chất và có ít magnesi hoặc silic ở dạng rắn ; Sao Kim ở 900 K, vì thế toàn bộ magnesi và silicon ngưng tụ ; Trái Đất ở 600 K, vì thế nó chứa FeS và silicat ; và sao Hỏa ở 450 K, thế cho nên FeO được tích hợp vào silicat magnesi. Vấn đề lớn nhất với triết lý này là những chất bay hơi sẽ không ngưng tụ, do đó những hành tinh sẽ không có bầu khí quyển và Trái Đất không có bầu khí quyển .

Trong các mô hình chondritic trộn , các chế phẩm của chondrites được sử dụng để ước tính các thành phần hành tinh. Ví dụ, một mô hình trộn hai thành phần, một thành phần có thành phần của chondrites C1 và một thành phần chỉ có các thành phần chịu lửa của chondrites C1. Trong một mô hình khác, sự phong phú của năm nhóm phân đoạn được ước tính bằng cách sử dụng một yếu tố chỉ mục cho mỗi nhóm. Đối với nhóm vật liệu chịu lửa nhất, uranium được sử dụng; sắt cho lần thứ hai; tỷ lệ kali và thallium so với urani trong hai lần tiếp theo; và tỷ lệ mol FeO / (FeO + MgO) cuối cùng. Sử dụng các mô hình nhiệt và địa chấn cùng với lưu lượng và mật độ nhiệt, Fe có thể bị hạn chế trong vòng 10 phần trăm trên Trái Đất, Sao Kim và Sao Thủy. Bạn có thể bị giới hạn trong khoảng 30% trên Trái Đất, nhưng sự phong phú của nó trên các hành tinh khác dựa trên “những phỏng đoán có giáo dục”. Một khó khăn với mô hình này là có thể có những lỗi đáng kể trong dự đoán của nó về sự phong phú dễ bay hơi vì một số chất bay hơi chỉ bị ngưng tụ một phần.

Vỏ Trái Đất[sửa|sửa mã nguồn]

Các thành phần đá thông dụng hơn là gần như tổng thể những oxit ; Chloride, sulfide và fluoride là những ngoại lệ quan trọng duy nhất so với điều này và tổng lượng của chúng trong bất kể loại đá nào thường ít hơn 1 %. Đến năm 1911, F. W. Clarke đã thống kê giám sát rằng hơn 47 % vỏ Trái Đất gồm có oxy. Nó xảy ra hầu hết trong sự phối hợp như những oxit, trong đó hầu hết là silica, alumina, oxit sắt và những loại cacbonat khác nhau ( calci cacbonat, magnesi cacbonat, natri cacbonat và kali cacbonat ). Các silica có công dụng hầu hết là một axit, tạo thành silicat và toàn bộ những khoáng chất phổ cập nhất của đá lửa đều có thực chất này. Từ một thống kê giám sát dựa trên 1672 nghiên cứu và phân tích của nhiều loại đá, Clarke đã đưa ra tác dụng sau đây là thành phần Xác Suất trung bình của vỏ Trái Đất : SiO2 = 59,71, Al2O3 = 15,41, Fe2O3 = 2,63, FeO = 3,52, MgO = 4,36, CaO = 4,90, Na2O = 3,55, K2O = 2,80, H2O = 1,52, TiO2 = 0,60, P2O5 = 0,22, ( tổng 99,22 % ). Tất cả những thành phần khác chỉ xảy ra với số lượng rất nhỏ, thường là ít hơn 1 % .Những oxit này phối hợp một cách khó hiểu. Ví dụ, kali ( kali cacbonat ) và soda ( natri cacbonat ) tích hợp để tạo ra fenspat. Trong 1 số ít trường hợp, chúng hoàn toàn có thể có những dạng khác, ví dụ điển hình như nepheline, leucite và muscovite, nhưng trong phần nhiều những trường hợp chúng được tìm thấy dưới dạng fenspat. Axit photphoric với vôi ( calci cacbonat ) tạo thành apatit. Titanium dioxide với oxit sắt tạo ra ilmenit. Một phần của vôi tạo thành fenspat vôi. Magnesi carbonate và oxit sắt với silica kết tinh thành olivin hoặc enstatite, hoặc với alumina và vôi tạo thành những silicat ferro-magnes phức tạp mà pyroxen, amphibole và biotit là đa phần. Bất kỳ dư thừa silica trên những gì được nhu yếu để trung hòa những base sẽ tách ra thành thạch anh ; dư thừa alumina kết tinh như corundum. Chúng chỉ được coi là khuynh hướng chung. Có thể, bằng nghiên cứu và phân tích đá, hoàn toàn có thể nói giao động những khoáng chất mà đá chứa, nhưng có rất nhiều ngoại lệ so với bất kể quy tắc nào .

Kết cấu tài nguyên[sửa|sửa mã nguồn]

Ngoại trừ trong đá lửa axit hoặc silic chứa hơn 66 % silica, được gọi là đá felsic, thạch anh không có nhiều trong đá lửa. Trong những loại đá cơ bản ( chứa 20 % silica hoặc ít hơn ), rất hiếm khi chúng chứa nhiều silic, chúng được gọi là đá m khủng. Nếu magnesi và sắt trên trung bình trong khi silica thấp, olivin hoàn toàn có thể được dự kiến ; trong đó silica xuất hiện với số lượng lớn hơn những khoáng chất ferro-magnesi, như augite, hornblend, enstatite hoặc biotite, xảy ra thay vì olivin. Trừ khi kali cao và silica tương đối thấp, leucite sẽ không xuất hiện, vì leucite không xảy ra với thạch anh tự do. Nepheline, tương tự như, thường được tìm thấy trong đá có nhiều soda và tương đối ít silica. Với độ kiềm cao, pyroxenes và amphibole chứa soda hoàn toàn có thể xuất hiện. Tỷ lệ Phần Trăm của silica và kiềm càng thấp thì tỷ suất nhiễm fenspat plagioclase càng cao khi được ký hợp đồng với soda hoặc fenspat kali .Lớp vỏ Trái Đất gồm có 90 % khoáng chất silicat và sự phong phú và đa dạng của chúng trong Trái Đất như sau : plagioclase feldspar ( 39 % ), fenspat kiềm ( 12 % ), thạch anh ( 12 % ), pyroxene ( 11 % ), amphibole ( 5 % ), micas ( 5 % ), khoáng sét ( 5 % ) ; những khoáng chất silicat còn lại chiếm 3 % vỏ Trái Đất. Chỉ 8 % Trái Đất gồm có những khoáng chất không silicat như cacbonat, oxit và sulfide .Yếu tố xác lập khác, đơn cử là những điều kiện kèm theo vật lý tham gia hợp nhất, đóng vai trò trên một phần nhỏ hơn, nhưng không có nghĩa là không đáng kể. Một số khoáng chất trong thực tiễn bị số lượng giới hạn trong những loại đá xâm nhập sâu, ví dụ, microcline, muscovite, diallage. Leucite rất hiếm trong khối plutonic ; nhiều khoáng chất có đặc trưng đặc biệt quan trọng trong đặc tính vi mô tùy theo chúng kết tinh ở độ sâu hay gần mặt phẳng, ví dụ, hypersthene, orthoclase, thạch anh. Có một số ít trường hợp tò mò về những loại đá có cùng thành phần hóa học, nhưng gồm có những khoáng chất trọn vẹn khác nhau, ví dụ, hornblendite của Gran, ở Na Uy, chỉ chứa hornblend, có cùng thành phần với 1 số ít camptonite của cùng một địa phương có chứa fenspat và hornblend của nhiều loại khác nhau. Trong mối liên hệ này, chúng tôi hoàn toàn có thể lặp lại những gì đã nói ở trên về sự ăn mòn của khoáng vật por porritic trong đá lửa. Trong rhyolite và trachytes, những tinh thể tiên phong của hornblend và biotite hoàn toàn có thể được tìm thấy với số lượng lớn được quy đổi một phần thành augit và Magnetite. Hornblende và biotite không thay đổi dưới áp suất và những điều kiện kèm theo khác bên dưới mặt phẳng, nhưng không không thay đổi ở mức cao hơn. Trong khối lượng mặt đất của những tảng đá này, augite gần như thông dụng. Nhưng những đại diện thay mặt plutonic của cùng loại magma, granit và syenit có chứa biotite và hornblend phổ cập hơn nhiều so với augite .

Dấu vết sắt kẽm kim loại trong đại dương[sửa|sửa mã nguồn]

Kim loại dấu vết thuận tiện tạo thành phức chất với những ion chính trong đại dương, gồm có hydroxide, cacbonat và chloride và sự biến hóa hóa học của chúng đổi khác tùy thuộc vào việc thiên nhiên và môi trường bị oxy hóa hay khử. Benjamin ( 2002 ) định nghĩa những phức sắt kẽm kim loại có nhiều loại phối tử, trừ nước, là phức chất phối tử. Trong một số ít trường hợp, một phối tử chứa nhiều hơn một nguyên tử nhà hỗ trợ vốn, tạo thành những phức chất rất mạnh, còn được gọi là chelate ( phối tử là chelator ). Một trong những chất thải sắt thông dụng nhất là EDTA ( ethylenediaminetetraacetic acid ), hoàn toàn có thể sửa chữa thay thế sáu phân tử nước và tạo link mạnh với những sắt kẽm kim loại có cộng hai điện tích. Với sự phức tạp mạnh hơn, hoạt động giải trí thấp hơn của ion sắt kẽm kim loại tự do được quan sát. Một hậu quả của năng lực phản ứng thấp hơn của những sắt kẽm kim loại phức so với cùng nồng độ của sắt kẽm kim loại tự do là sự thải sắt có xu thế không thay đổi sắt kẽm kim loại trong dung dịch nước thay vì trong chất rắn .

Nồng độ của các kim loại vi lượng cadmium, đồng, molybdenum, mangan, rhenium, uranium và vanadi trong trầm tích ghi lại lịch sử oxy hóa khử của các đại dương. Trong môi trường nước, cadmium (II) có thể ở dạng CdCl+(aq) trong nước oxic hoặc CdS (s) trong môi trường khử. Do đó, nồng độ Cd cao hơn trong trầm tích biển có thể chỉ ra các điều kiện tiềm năng oxy hóa khử thấp trong quá khứ. Đối với đồng (II), một dạng phổ biến là CuCl+ (aq) trong môi trường oxic và CuS (s) và Cu2S trong môi trường giảm. Môi trường nước biển giảm dẫn đến hai trạng thái oxy hóa có thể là đồng, Cu (I) và Cu (II). Molypden có mặt ở trạng thái oxy hóa Mo (VI) dưới dạng MoO42-(aq) trong môi trường oxic. Mo (V) và Mo (IV) có mặt trong các môi trường giảm ở dạng MoO2+(aq) và MoS2(s). Rhenium có mặt ở trạng thái oxy hóa Re (VII) dưới dạng ReO4- trong điều kiện oxi, nhưng bị khử thành Re (IV) có thể tạo thành ReO2 hoặc ReS2. Uranium ở trạng thái oxy hóa VI trong UO2(CO3)34- (aq) và được tìm thấy ở dạng rút gọn UO2(s). Vanadi ở một số dạng ở trạng thái oxy hóa V (V); HVO42- và H2 VO4-. Các dạng rút gọn của nó có thể bao gồm VO2+, VO(OH)3- và V(OH)3. Sự thống trị tương đối của các loài này phụ thuộc vào pH.

Các sắt kẽm kim loại có dấu vết phân phối chất dinh dưỡng có tương quan ngặt nghèo với những chu kỳ luân hồi bên trong của chất hữu cơ hạt, đặc biệt quan trọng là sự đồng nhất bởi sinh vật phù du. Nồng độ hòa tan thấp nhất của những sắt kẽm kim loại này là ở mặt phẳng đại dương, nơi chúng bị đồng điệu bởi sinh vật phù du. Khi hòa tan và phân hủy xảy ra ở độ sâu lớn hơn, nồng độ của những sắt kẽm kim loại vi lượng này tăng lên. Thời gian lưu trú của những sắt kẽm kim loại này, ví dụ điển hình như kẽm, là vài nghìn đến một trăm nghìn năm. Cuối cùng, một ví dụ về sắt kẽm kim loại vi lượng được nhặt rác là nhôm, có tương tác mạnh với những hạt cũng như thời hạn cư trú ngắn trong đại dương. Thời gian cư trú của sắt kẽm kim loại vi lượng nhặt rác là khoảng chừng 100 đến 1000 năm. Nồng độ của những sắt kẽm kim loại này cao nhất xung quanh trầm tích đáy, thủy nhiệt và sông. Đối với nhôm, bụi khí quyển cung ứng nguồn nguồn vào bên ngoài lớn nhất vào đại dương .Sắt và đồng cho thấy sự phân phối lai trong đại dương. Họ bị tác động ảnh hưởng bởi tái chế và nhặt rác kinh hoàng. Sắt là một chất dinh dưỡng hạn chế trong những khu vực to lớn của đại dương, và được tìm thấy rất nhiều cùng với mangan gần lỗ thông thủy nhiệt. Ở đây, nhiều kết tủa sắt được tìm thấy, đa phần ở dạng sulfide sắt và những hợp chất oxyhydroxide sắt bị oxy hóa. Nồng độ của sắt gần lỗ thông thủy nhiệt hoàn toàn có thể lên tới một triệu lần nồng độ được tìm thấy trong đại dương mở .

Sử dụng các kỹ thuật điện hóa, có thể chỉ ra rằng các kim loại vi lượng hoạt tính sinh học (kẽm, coban, cadmium, sắt và đồng) bị ràng buộc bởi các phối tử hữu cơ trong nước biển bề mặt. Những phức chất phối tử này phục vụ để giảm khả dụng sinh học của kim loại vi lượng trong đại dương. Ví dụ, đồng, có thể độc hại đối với thực vật phù du đại dương và vi khuẩn, có thể tạo thành phức hợp hữu cơ. Sự hình thành của các phức hợp này làm giảm nồng độ của các phức vô cơ sinh học đồng có thể gây độc cho sinh vật biển ở nồng độ cao. Không giống như đồng, độc tính kẽm trong thực vật phù du biển thấp và không có lợi thế nào trong việc tăng liên kết hữu cơ của Zn2+. Ở những vùng có chất diệp lục thấp, chất dinh dưỡng thấp, sắt là chất dinh dưỡng hạn chế, với các loài chiếm ưu thế là các phức hữu cơ mạnh của Fe (III).

Một số định nghĩa tìm hiểu thêm[sửa|sửa mã nguồn]

• F.Clarke (1924): “Trong mục tiêu của chúng ta, mỗi loại đá có thể xem như một hệ hóa học cân bằng, trong đó dưới tác động của các tác nhân khác nhau đã xảy ra những biến đổi và mỗi biến đổi như vậy có liên quan đến sự phá hủy cân bằng, dẫn tới xuất hiện một hệ mới bền vững trong điều kiện mới. Nghiên cứu những biến đổi này là nội dung của địa hóa học”.
• V.I. Vernatski (1927): “Địa hóa học nghiên cứu các nguyên tố hóa học – các nguyên tử của vỏ Trái Đất và có thể cả toàn bộ Trái Đất nữa. Địa hóa học nghiên cứu lịch sử của các nguyên tố hóa học, sự phân bố và vận động của chúng trong không gian theo thời gian, quan hệ nguồn gốc của chúng trong hành tinh của chúng ta”
• A.E. Fersman (1932): “Địa hóa học nghiên cứu lịch sử của các nguyên tố hóa học trong vỏ Trái Đất và hành tinh chúng ta trong các điều kiện nhiệt động và hóa lý khác nhau của tự nhiên”
• V.M. Goldschmidt (1954 – với sự hiệu đính của A.Meyer): “Địa hóa học hiện đại nghiên cứu hàm lượng của các nguyên tố hóa học trong các khoáng vật, quặng, đất, nước và không khí, các quy luật khống chế sự phân bố của các nguyên tố hóa học và các đồng vị trong Trái Đất”.

Là một ngành khoa học mới về Trái Đất, địa hóa học sinh ra làm cầu nối giữa ngành khoa học tự nhiên cơ bản như vật lý, hóa học với những ngành khoa học địa chất : khoáng vật học, thạch học .

• Nguyễn Văn Phổ, Địa hóa học, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2002

Liên kết ngoài[sửa|sửa mã nguồn]

• The Geochemistry of Igneous Rocks (Gunn Interactive Ltd.)

Source: https://mix166.vn
Category: Thuật Ngữ