Câu 1: khái niệm địa hóa và mối liên quan giữa địa hóa với các môn khoa học khác -khái niệm đh của Phạm Văn An 1993: Địa hóa là 1 môn khoa học về lịch sử các nguyên tố hóa học của trái đ
Trang 1Câu 1: khái niệm địa hóa và mối liên quan giữa địa hóa với các môn khoa học khác
-khái niệm đh của Phạm Văn An 1993: Địa hóa là 1 môn khoa học về
lịch sử các nguyên tố hóa học của trái đất và rộng hơn là của vũ trụ, ko những giả quyết những vấn đề về sự phân bố các nguyên tố trong các đối tượng tự nhiên khác nhau mà còn gồm cả nhiệm vụ lớn của các khoa học khác về trái đất, tức là giả thích cội nguồn lịch sử pt của hành tinh chúng ta nói riêng và của vũ trụ nối chung và các quy luật pt của nó
-mối liên quan với các môn khoa học khác: ĐH học là 1 ngành khoa
học mới về trái đất, xuất hiện từ mối liên quan hữu cơ giữa các khoa học cơ bản về tự nhiên như vật lý, hóa học với các khoa học địa chất như: tinh thể học, khoáng vật học, thạch học, địa chất học
ĐH học có liên quan đặc biệt với vật lý và hóa học để giả thích sự phân
bố của các nguyên tố trong tự nhiên Vật lý và hóa học đóng vai trò đặc biệt trong việc mô hình hóa các quá trình lý hóa của lòng sâu của trái đất Ngoài
ra toán học là phương tiện để xác định quy luật phân bố của các nguyên tố trong tự nhiên
ĐH học và tinh thể học có mối liên hệ là hóa học tinh thể Hóa học tinh thể giúp cho đh học những số liệu quan trọng bởi vì đa số các nguyên tố hóa học của trái đất tồn tại dưới dạng hợp chất có cấu trúc tinh thể ĐH học gắn
bó với khoáng vật hocjtrong chừng mực các nguyên tố hóa học liên quan với các hợp chất hóa học rắn (kv) Khoáng vật học đã tích lũy cho đh học tài liệu thực tế làm nền tảng cho đh học hiện đại
ĐH học liên quan chặt chẻ với thạch học, việc nghiên cứu sự phân bố của các nguyên tố trong các khoáng vật và các đá là 1 nhiệm vụ gắn đh với thạch học
Trang 2ĐH học liên quan chặt chẻ với khoáng sàng học nó trở thành cơ sở để xét đoán nguồn gốc nhiều ks
ĐH học là cơ sở cho công tác tk-td
Ngoài ra đh học ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như ứng dụng trong nông nghiệp (đh thổ nhưỡng), trong môi trường (đh môi trường)
Sự pt của đh học tạo đk cho ngành địa chất và địa lý pt
ĐH học là 1 lĩnh vực pt đầy đủ nhất của đh vũ trụ
Câu 2: các kiểu phân loại đh các nguyên tố trong tự nhiên.
a) vecnatsti:
Dựa trên cơ sở đặc điểm cấu trúc lớp vỏ điện tử của các nguyên tố đặc tính của các qt địa hóa trong đó có sự tham gia của các nguyên tố, vai trò của các hợp chất và các phân tử trong qt tồn tại của các nguyên tố ông phân ra:
- Các nguyên tố khí trơ: gồm 5 ng tố từ He đến Rn, các ng tố này
ko tham gia phản ứng hóa học
- Các kim loại tự sinh: gồm 7 ng tố Ag, Au, và nhóm Pt), chúng được đặc trưng bởi sự tồn tại trong tự nhiên dưới dạng tự sinh
- Các ng tố chu trình: gôm 44 ng tố, đó là các ng tố phổ biến nhất (H, O, Si, Na, Al, Fe…), chiếm 99,7% KL vỏ trái đất
- Các ng tố phân tán: gồm 11 ng tố Li, Se, Ga, Br, Rb, Y, Nb, In,
I, Cs, Ta
Trang 3- Các ng tố phóng xạ mạnh: gồm 7 ng tố trong họ Urani có số thứ
tự từ 89-96
- Các ng tố đất hiếm gồm 15 ng tố họ lantan, stt từ 57-71
b) Goldschmit :
Dựa trên cấu trúc vỏ e- và đại lượng thể tích ng tử của các ng tố ông phân ra
- Các ng tố ưa khí: gồm các khí trơ (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn), C,
Ni Các ng tố này đặc trưng cho quyển khí, ng tử có 8e ở lớp ngoài cùng
- Các ng tố ưa đá: bao gồm các ng tố đặc trưng cho thạch quyển
có ái lực mạnh với oxy trong đk vỏ trái đất và tạo nên cá kv dưới dạng
cá hợp chất chứa oxy, các ng tố này bao gồm Li, Na, K, Rb, Cs, Be,
Mg, Ca, Ba,… ion có 8e ở lớp ngoài cùng, trên đường biểu diễn thể tích ng tử chúng ở nhánh đi xuống
- Các ng tố ưa đồng: bao gồm Cu, Ag, Zn, Cd, Hg, Sn, Pb, As…
có xu hướng tạo nên hợp chất với S ion có 18e ở lớp ngoài cùng, trên
đg biểu diễn thể tích ng tử chúng ở nhánh đi lên
Các ng tố ưa sắt: gồm Fe, Mn, Co, Ni và nhóm Pt hòa tan trong dung thể chứa Fe và cho hợp kim sắt, đa số ở trạng thái tự sinh, lớp vỏ ngoài cùng của ion có 9-17e, có thể tích ng tử nhỏ
c) một số phân loại khác:
- Klein phân chia các ng tố thành các nhóm khí nhẹ, kim loại nhẹ, các
kim loại chuyển tiếp, các ng tố ko kim loại, các khí trơ, đất hiếm
- White phân chia các ng tố thành các nhóm kim loại kiểu A( hoạt động
mạnh), kim loại chuyển tiếp, các kim loại kiêu B, ng tố tạo phức, ng tố trơ
và đất hiếm
Trang 4Câu 4: thạch quyển:
- Thành phần hóa học của vỏ trái đất:
+theo Clark vỏ trái đất tới độ sâu 16Km gần 95% đá magma và 5%
đá trầm tích, ông coi các đá magma đại diện cho tp hóa học của vỏ trái đất
+ Theo Vinogradov: vỏ trái đất bao gồm chủ yếu các loại đá granit
và bazan, thành phần hóa học của 2 phần đá bazan là đại diện cho tp trung bình của vỏ trái đất
Có thể nói rằng vỏ trái đất là phần vỏ cứng nhẹ nhất của trái đất trong đó oxy đóng vai trò chủ đạo với tư cách là 1 anion có khả năng tập trung những ng tố litofil đặc trưng nhất
- thành phần hóa học của vỏ lục địa : trong các đá axit tạo đá,
vỏ lục địa giàu Si và các ng tố kiềm Trong vỏ lục địa giàu các ng tố các kv nhóm salic (sáng màu) như felspat, plagiocla axit và thạch anh Trong nhóm các ng tố hiếm và ng tố phân tán vỏ lục địa giàu Li, Cd,
Ag, Pb, Sn…
- Thành phần hóa học của vỏ đại dương : Trong các oxit tạo đá,
vỏ đại dương giàu tp kiềm thổ (Mg, Ca) và Fe Trong các đá của vỏ đại dương giàu các kv femic (sẫm màu) như olivin, pyroxen, plagiocla bazo Trong nhóm các ng tố hiếm và ng tố phân tán, vỏ đại dương rất giàu các ng tố Cr, Ni, Co, V,…
Trang 5Câu 5 khái niệm chung về thủy quyển:
Khái niệm : thủy quyển là phần vỏ nước của trái đất bao gồm tập hợp
nướ tự nhiên ở bề mặt trái đất, đại dương, biển, sông, suối, ao, hồ, đầm, lầy, nước dưới đất, độ ẩm của đất đá và hơi nước
Thành phần hóa học của nước biển : trong nước biển có mặt tất cả các
ng tố hóa học trong bảng htth nhưng đa số chúng có hàm lượng thấp và gần như ít thay đổi
Theo Vinogradov trong nước biển oxy có phần trăm trọng lượng lớn nhất sau đó đến H, Cl, Na Mg, …
Tp hóa học của nước biển ở những khu vực có vị trí khác nhau thì củng khác nhau, chúng phụ thuộc vào vị trí địa lý, dòng biển, độ sâu Độ phổ biến
Trang 6của các ng tố hóa học trong nước biển rất ko đồng đều, những ng tố chiếm
10-5% trở xuống có thể xếp vào nhóm các ng tố hiếm và phân tán của nc biển
Độ muối của nc biển có tính phân đới theo chiều ngang và chiều sâu + theo chiều ngang độ muối đạt max ở các vĩ độ 300 bắc và 300 nam,
Smax = 35,5%, sau đó độ muối giảm dần về phía xích đạo và phía cực Smin = 34%
+ theo chiều sâu độ muối giảm xuống 34,5% ở độ sâu 1000m, sau đó độ muối tăng lên 35% ở độ sâu 3000m và càng xuông sâu độ muối càng giảm
Trang 7Câu 6: khí quyển:
Địa hóa mt khí quyển: khí quyển quyết định sự tồn tại và phát triển của thế giới sinh vật khí quyể cung cấp oxy và co2, có tầng o3 bảo vệ sv khỏi tác động hủy diệt của tia cực tím là lớp đệm cân bằng to điều hòa to là mt di cư
và tồn tại của nhiều sv
Khí quyển là mt di chuyển thuận lợi của rất nhiều ng tố và hợp chất hóa học (oxy, hydro…) khí quyển tương tác và làm biến đổi mạnh mẽ các quyển khác, nó trao đổi vật chất và năng lượng với thạch-thủy-sinh quyển và thông qua đó thúc đẩy mọi quá trình xẩy ra trong mt tự nhiên
Khí quyển là nơi xẩy ra hiệu ứng nhà kính, lỗ thủng tầng ozon và các hiện tượng khác ảnh hưởng tới mt sinh thái
Hiệu ứng nhà kính :
Các khí gây hiệu ứng nhà kính theo nghị định thư kyoto: CO2, CH4,
N2O, HFCs, PFCs, SF6
CO2 phát thải từ nguồn khí đốt nhiên liệu, hóa thạch (than, dầu, khí) và
là nguồn khí chủ yếu do con người gây ra trong khí quyển CO2 củng sinh ra
do các hoạt động sx công nghiệp như xi măng, cán thép…
CH4 sinh ra từ các bãi rác, lên men tác dụng trong 1 đơn vị nhai lại, hệ thống khí, dầu tự nhiên và khai thác than
N2O phát thải từ phân bón và các hoạt động công nghiệp
HFCs được sử dụng thay cho các chất phá hủy tầng ozon
PFCs sinh ra từ các quá trình sản xuất nhôm
SF6 sử dụng trong vật liệu cách điện và sx Mg
Trang 8Hiệu ứng nhà kính làm tăng to trung bình của trái đất dẫn đến sự ấm lên của toàn cầu và dẫn đến những biến đổi khác của khái hậu: làm tan băng ở 2 cực, mực nước biển dâng cao, diện tích đất liền bị thu hẹp gây ra nhiều thiên tai như bão lốc, lũ lụt, hạn hán… Đồng thời hiệu ứng nhà kính còn làm thay đổi mt sinh sống của thế giới sv, làm cho 1 số loài nguy cơ diệt chủng Trong thế kỷ trước nhiệt độ trung bình toàn cầu đã tăng 0,7oC Hiệu ứng nhà kính hiện nay đang là mối quan tâm chung của nhân loại và là 1 trong những vấn đề gây nhiều tranh luận nhất trong các cuộc đàm phán quốc tế
Lỗ thủng tâng ozon:
Lỗ thủng tầng ozon theo định nghĩa của cục mt mỹ là khu vực có hàm lượng ozon thấp hơn 220đv dobson(DU) (1DU=27tr pt O3/cm3) Lỗ thủng tầng ozon có ở nam cực được phát hiện vào những năm 1980 lỗ thủng này thường bắt đầu hình thành vào tháng 8 hàng năm và đạt độ rộng tối đa vào cuối tháng 9 đầu tháng 10 trước khi biến matas vào tháng 12
Nguyên nhân gây ra lỗ thủng tầng ozon:
Tầng ozon đang bị phá hủy do sự phát thải các chất CFC, halon, chất khử trùng chứa methyl brom, các khí NOx….Những chất này lan rộng khắp
Trang 9thế giới va khuếch tán lên tầng bình lưu, tại đây phân tử của chúng bị phá vỡ
và giả phóng ng tử Clo, tham gia vào các phản ứng xúc tác phức tạp gây phá hủy tầng ozon và tạo ra lỗ thủng tầng ozon
+ ảnh hưởng của bức xạ tia cực tím đối với con người: bức xạ UBV có thể gây ra những thay đổi làm thoái hóa da và gây ra các triệu chứng viêm nhiễm đối với mắt, ngoài ra còn dẫn đến ung thư da và đục thủy tinh thể + ảnh hưởng đối với hệ thực vật: giảm kích thước của lá và khả năng hấp thụ năng lượng của cây trong quá trình quang hợp, cây cằn cỗi và làm giảm lượng dinh dưỡng trong cây
Trang 10Câu 7: sinh quyển và các chu trình địa hóa:
Sinh quyển là phần vỏ ngoài trái đất trong đó có sự sống bao gồm toàn
bộ thủy quyển, tầng đối lưu và phần trên thạch quyển
- Chu trình địa hóa của cacbon : trong thạch quyển cacbon tồn
tại cacbonat liên kết với các nguyên tố như Ca, Na, Mg Ngoài ra chúng còn tồn tại dưới dạng hydrocacbon như than đá, dầu mỏ than bùn…cacbon trong thạch quyển tồn tại trong thời gian dài nếu như ko
có sự tác động của con người Trong khí quyển cacbon tồn tại chủ yếu dưới dạng khí CO2 với tỉ lệ 0.35% và KL khoảng 2,5*1012 tấn chúng
là sản phẩm của quá trình trao đổi chất (hô hấp) của sv, quá trình đốt nhiên liệu củng như các phản ứng khác xẩy ra trong tn
- Chu trình địa hóa của nito : trong khí quyển nito tồn tại chủ
yếu dưới dạng N2 ngoài ra còn các dạng khác như NH4, NOx …trong không khí khi có mưa giông dưới tác dụng của tia chớp Ni kết hợp với
O tạo thành khí NO và NO2, Dưới tác dụng của các phản ứng quang hóa NO2 chuyển thành NO3 rồi hòa tan vào nước mưa Ngoài ra 1 lượng lớn Ni tự do trong khí quyển củng đi vào sinh quyển thông qua các loại vi khuẩn cố định đạm Dòng ngược của Ni đi từ sinh quyển trở lại khí quyển thông qua quá trình phân hủy hữu cơ giả phóng NH3,
do đó ở tầng thấp của khí quyển N2O là dạng khí chứa Ni phổ biến nhất
- Chu trinh photpho : P tồn tại chủ yếu trong thạch quyển, nơi có
sự phân giải chất sống hay do sự phong hóa xói mòn các đá, trầm tích giàu P thường gặp ở đáy hồ, đại dương, từ đó P có thể đc giải phóng
Trang 11và dòng nước mang đi Nước trỏ thành thuận lợi cho tv phù du hay có thể tập trung lại chuyển vào đá sau đó hàng triệu năm khi các đá bị nâng lên và xói mòn, P lại đc giải phóng Hoạt động của con người góp phần thay đổi chu trình P đó là việc sử dụng phân bón P làm tăng đáng kể tổng lượng P trong nước sông, ao, hồ do qt rủa trôi của đất
- Chu trình lưu huỳnh : trong khí quyển S tồn tại chủ yếu dưới
dạng SO2 nguồn gốc của nó là từ các núi lửa phun và các sv bị phân hủy Ngày nay các hoạt động của con người củng là nguồn phát thải S quan trọng như H2S…trong tự nhiên S tồn tại chủ yếu trong các mỏ quặng khoáng sanrdawcj biệt là mỏ sulfua
Câu 8: quá trình tạo khoáng nội sinh:
Magma: Quá trình magma là giai đoạn đầu tiên của chu trình địa hóa
lớn Quá trình này xẩy ra ở phần sâu của vỏ trái đất và chịu ảnh hưởng của các yếu tố nội sinh như nhiệt độ, áp suất
Theo Bowen trong quá trình hạ to các kv silicat giàu Ca, Mg, Fe đc thành tạo trước và theo thứ tự tăng dần các ngtố kiềm và hàm lượng nhôm
để thành tạo các kv giàu kiềm Theo trình tự to giảm dần các kv có cấu trúc càng phức tạp và có năng lượng giảm dần
Quá trình kết tinh magma: + thành phần hóa học:
Trang 12Ở giai đoạn kết tinh sớm các kv rất giàu các ngtố Si, Mg, Fe, Al, Ca, SiO2-41%, MgO-32%, FeO-7.9%, Fe2O3-3,7%, Al2O3-4,9%, CaO-4,5%,
H2O-3% và 1 số kim loại khác như G, Ni, Co
+ Đặc điểm địa hóa: theo Fecsman ông củng chia các ngtố thành 4 nhóm:
*nhóm ng tố chủ đạo: Mg, Si, O, Ti, Fe, Ni, Cr
*nhóm ng tố chính: C, Na, Al, P, S, Ca, V, Mn, Co, Pt
* nhóm ng tố thứ yếu: Sc, Cu, Zn, Ge, Az, Pb, Au, Ag
*nhóm ng tố đi kèm: K, Sr, Zr, Nb, Ta, W, Mo
Chủ yếu các ngtố có stt chẵn đc kết tinh có nhóm kiểu 49 đc tập trung, các ng tố họ sắt, các cation thường có hóa trị chẵnion nhỏ chiếm ưu thế, năng lượng mạng tinh thể cao
Nhiệt Dịch: Trong dd ngiệt dịch có 3 phương thức thành tạo ng tố
quặng:
- phương thức dung ly: dưới tác dụng của trọng lượng các ng tố hay các hợp chất nặng đc tách ra khỏi dugn dịch
- Phương thức do phân dị kết tinh: các dd nhiệt dịch đi vào các
đá xung quanh mất dần nhiệt, xảy ra quá trình kết tinh ứng với mỗi to
khác nhau các hợp chất kết tinh và tách ra
- Phương thức do thăng hoa: dd ngiệt dịch đc tách ra khỏi magma tàn dư chứa nhiều chất bốc khi tiếp xúc với đá vây quanh có độ lỗ hổng lớn và các khe nứt, dưới tác dụng của áp suất cao dưới sâu các chất dể bay hơi thoát ra, đi vào đá vây quanh rồi to giảm dần quá trình kết tinh xẩy ra Qt kết tinh nhiệt dịch xẩy ra ở to<100oC do sự hạ thấp nhiệt độ của dd nóng
- Thành phần kv: điển hình là các hợp chất của kl kết hợp với S,
Se, Te, As, Bi…các kl ở đây gồm Fe, Cu, Pb, Zn
Trang 13+ ND nhiệt độ cao 400-300: tổ hợp kv đặc trưng là molipdenit, vonframit, pirotin, thạch anh…
+ ND nhiệt độ trung bình 300-200: afalenit, pyrit, thạch anh
+ ND nhiệt độ thấp 200oC: HgS, Sb2S3, AsS, Al2S3
- Đặc điểm địa hóa:
+ nhóm ng tố chủ đạo: S, Fe, Zn, Pb, Cu, As, Sb, Se, Ag, Sn…
+ nhóm ng tố thứ yếu: Ge, In, Hf
+ nhóm ng tố ngoại lai: K, Li, Mg, Be
Các ng tố thường nằm ở giửa bảng hệ thống tuần hoàn, có trị số clark thấp n.10-3% hầu hết thuộc nhóm đồng hoặc cấu tạo ion kiểu đồng (có 18e ở lớp ngoài cùng khi tham gia phản ứng hóa học)
tạo thành các đá dạng mạch chùm mạch
+ thành phần kv: felspat kali, oligiocla, muscovit, biotit, thạch anh Ngoài ra còn các kv giàu chất bốc và ng tố hiếm đc thành tạo với kích thước tinh thể lớn số kv thành táo trong giai đoạn này có tới 300 gồm kv
tự sinh, các kv sulfua, oxit, halogen, cacbonat, sulfat…
+ đặc điểm địa hóa: theo fecsman:
* Nhóm ng tố chủ đạo: H, Li, O, Si, Al, Na, K, Rb, Tr
* Nhóm ng tố chính: B, F, Se, P
* Nhóm ng tố ngẫu nhiên: N, C, S, V, Co, Zn, Sr, Ba
* Nhóm ng tố bình thường: Cl, Na, Ti, Mn, K, Go, Y, Zn, Nb,…
* Nhóm ng tố cấm: Co, Ni, Ag, Cd, Pt, Hg, Br
Trong giai đoạn này tập trung chủ yếu các ng tố có stt lẻ đặc biệt các
ng tố hiếm có độ tập trung cao(0,15% Li, 18% Be) Các ng tố có năng lượng mạng bé, các ng tố phóng xạ, các đồng vị kiềm 49, các gốc anion phức tạp, sự thay thế đồng hình