G9811 Geochemie exogenních procesů

Přírodovědecká fakulta
podzim 2002
Rozsah
2/1. 3 kr. (příf plus uk plus > 4). Ukončení: zk.
Vyučující
doc. Ing. Jiří Faimon, Dr. (přednášející)
Garance
doc. RNDr. Rostislav Melichar, Dr.
Ústav geologických věd – Sekce věd o Zemi – Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: Běla Hrbková
Předpoklady
! G9810 Geochem. exogen. proc.
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
Cílem kurzu je pokročilá znalost geochemických procesů, probíhajících v podmínkách zemského povrchu. Podrobně jsou diskutovány fyzikální, chemické, termodynamické a kinetické aspekty zvětrávání. Interakce hornina-voda je diskutována ve světle difúzního modelu, reakčního modelu a na molekulární úrovni (teorie přechodového stavu). Část přednášek je věnována nukleaci a krystalovému růstu. Podrobně je diskutována geochemie jílových minerálů. Velká pozornost je věnována modelům systému Al-pH, Al-Si-pH a diagramům převládající stability v systémech Na-Al-Si-H2O, K-Al-Si-H2O, Ca-Al-Si-H2O. Dále je diskutován transport produktů zvětrávání do sedimentárních bazénů, sedimentace částic a geochemický vývoj sedimentů po jejich uložení.
Osnova
  • Stabilita hornin v podmínkách zemského povrchu: Nestabilita vyvřelých a metamorfovaných hornin. Vývoj horninových systémů. Entropie a Gibbsova funkce. Goldishovo schéma.

    Zvětrávání hornin. Vliv atmosféry a vody: Fyzikální a chemické zvětrávání. Zvětrávání alumosilikátů. Reversibilita a ireversibilita procesů. Difúzní a reakční model. Atmosférické plyny. Pufrování vod atmosférickým CO2. Biogeochemické procesy.

    Kinetika interakce hornina-voda: Experimenty. Box-modely. Rezervoáry hmot, toky hmot. Rychlostní rovnice a rychlostní konstanty. Stacionární stav, rovnováha. Arheniova rovnice. Pre-exponenciální faktor. Aktivační energie.

    Teorie přechodového stavu: Elementární procesy. Teorie aktivovaného komplexu. Modelování, výpočty. Potenciálová bariéra. Termodynamický přístup. Rychlost interakce. Chemická afinita.

    Stav nasycení: Termodynamika rozpouštění. Index nasycení. Přesycení, rovnováha a nenasycení roztoků.

    Teorie nukleace: Termodynamika povrchů. Mezifázová povrchová energie. Polymerace, kondenzace. Homogenní a heterogenní nukleace. Klastery, nuklea, kritické nukleo. Potenciálová bariéra. Vliv přesycení.

    Růst krystalu: Mechanizmus růstu. Ostwaldovo krokové pravidlo, rekrystalizace. Tvorba sekundárních minerálních fází. Dioctaedrická gibbsitová vrstva. Trioktaedrická brucitová vrstva. Amorfní gely SiO2, stabilita křemene.

    Jílové minerály: Minerály 1:1. kaolinit, halloysit. Stabilita a rozpustnost. Minerály 2:1. smektity (pyrofyllit, montmorillonit, beidellit), vermikulit. Minerály 2:1:1. Chlority.

    Modely vzniku sekundárních fází: Systém Al-pH, rovnovážné hranice, stabilita roztoku a minerálních fází. Systém Al-Si-H2O, kaolinite, gibbsit, pyrofyllit.

    Diagramy převládající stability: Systémy Na-Al-Si-H2O, K-Al-Si-H2O, Ca-Al-Si-H2O. Konstrukce diagramů. Pole stability. Rovnovážné linie. Reakční cesta, vývoj systémů.

    Dynamický model zvětrávání: Vliv klimatických podmínek, průměrných srážek, drenáže. Složení a koncentrace půdních vod, odpařování.

    Transport produktů zvětrávání: Vodní tok. Potenciální a kinetická energie vody. Laminární a turbulentní proudění. Reynoldsovo a Froudeho číslo. Kritická rychlost, Kritické střihové napětí. Dnový tok. Transport v suspenzi. Celkový tok sedimentu. Koloidní transport. Transport v pórovitém prostředí.

    Sedimentace: Sedimentární bazény. Vliv tektoniky. Usazování částic: Stokesova a Newtonova rovnice. Vliv rychlosti pohybu, drsnost povrchu částice, tvar. Rotace částic.

    Rheologie sedimentů: Viskozita, viskozita suspenzí, vliv částic. Einsteinova rovnice. Chování tekutin pod tlakem. Newtonské kapaliny, viskozitní anomálie. Plastický tok, rheopexe, tixotropie. Vířivá viskozita.

    Diageneze: Geofyzikální faktory (tektonika, teplota, tlak, čas). Geochemické faktory. Syndiageneze (počáteční fáze, fáze raného pohřbení). Anadiageneze (litifikace, srážení, cementace, rekrystalizace). Epidiageneze: (propustnost, zvětrávání meteorickými vodami). Authigeneze: (fáze diageneze, slídy, zeolity, jílové minerály, sádrovec-anhydrit, gely SiO2, živce, karbonáty).
Literatura
  • Chemical weathering rates of silicate minerals. Edited by Art F. White - Susan Louise Brantley. Washington, D.C.: Mineralogical Society of America, 1995, xv, 583. ISBN 0939950383. info
  • DREVER, James I. The Geochemistry of Natural Waters. Prentice Hall, 1997, 450 s. ISBN 0-13-272790-0. info
  • APPELO, C.A.J. a D. POSTMA. Geochemistry, Groundwater and Polution. 1. vyd. Rotterdam/Brookfield: A.A.Balkema, 1994, 519 s. ISBN 905410 106 7. info
  • STUMM, Werner a James J. MORGAN. Aquatic chemistry : chemical equilibria and rates in natural waters. New York: John Wiley & Sons, 1995, xvi, 1022. ISBN 0-471-51184-6-. info
  • MCLANE, Michael. Sedimentology. New York: Oxford University Press, 1995, xiii, 423. ISBN 0195078683. info
  • Diagenesis, I. Edited by George V. Chilingar - K. H. Wolf. Amsterdam: Elsevier, 1988, 591 s. ISBN 0444427201. info
  • PFEIFFER, Hubert, Thomas KLUPSCH a Werner HAUBENREISSER. Microscopic theory of crystal growth. Berlin: Akademie-Verlag, 1989, 400 s. ISBN 3055006844. info
  • KUKAL, Zdeněk. Základy sedimentologie. 1. vyd. Praha: Academia, 1986, 466 s. info
  • MILLOT, Georges. Geology of clays : weathering, sedimentology, geochemistry. New York: Springer-Verlag, 1970, 429 s. info
Další komentáře
Předmět je vyučován každoročně.
Výuka probíhá každý týden.
Nachází se v prerekvizitách jiných předmětů
Předmět je zařazen také v obdobích podzim 2007 - akreditace, podzim 2010 - akreditace, podzim 2003, podzim 2004, podzim 2005, podzim 2006, podzim 2007, podzim 2008, podzim 2010, podzim 2011 - akreditace, podzim 2012, podzim 2014, podzim 2016, podzim 2018, podzim 2020, podzim 2022, podzim 2024.