Litosfr ldksimused Loengud 8 9 13 aprill 2007

Litosfäär (üldküsimused) Loengud 8 - 9 13. aprill 2007

LITOSFÄÄR … on maakoor + ülaosa mantiast, ulatub 100 km sügavuseni Madalaim punkt Maapinnal on Surnud mere kaldal, Iisrael/Jordan ~418 m Kõrgeim punkt merepinnast 8848 m Mount Everest Kõrgeim asustatud punkt Lõuna-Peruus 5100 m üle merepinna (kaevanduslinn La Rinconada ~7000 elanikku) Sügavaim puurauk on 7, 7 km Sügavaim kaevandus 3, 4 km

Maakera ristlõige Rmaa = 6370 km Maa = 5, 5 g/cm 3 kivimid = 2, 8 g/cm 3

Üldandmed Maakera mass ~ 5. 98 × 1024 kg Koosneb rauast Fe (32. 1%), hapnikust O (30. 1%), ränist Si (15. 1%), magneesiumist Mg (13. 9%), väävlist S (2. 9%), niklist Ni (1. 8%), kaltsiumist Ca (1. 5%) ja alumiiniumist Al (1. 4%); 1. 2% on teiste elementide päralt Maa tuumas on oletatavasti 88. 8% Fe, Ni (5. 8%), S (4. 5%) ja 1% teisi elemente

Maakoor keskmiselt 17 km sügavuseni (4 – 40 km); ~1% Maa massist Geokeemik F. W. Clarke arvutuste järgi on maakoores ~47% hapnikku. Maakoores esinevad põhiliselt litofiilsed (kivimeid, oksiide moodustavad, hapnikku “armastavad”) elemendid ~99% (Cl, S, F on ka olulised, kuid ainult <1%) Si. O 2, Al 2 O 3, Fe 2 O 3, Ca. O, Mg. O, Ti. O 2 on tugeva keemilise sidemega oksiidid. Nende dissotsiatsiooni energia on üle 370 k. J/mol Keemilise sideme tugevuse muutus: (377) Mg-O < Fe-O < Mn-O < Ca-O < Si-O < Al-O < Ti-O (674 k. J/mol) Si. O 2 on kui hape, annab silikaate ja teisi vulkaanilise päritoluga kivimeid.

Maakoore koostis Ühend Valem Hulk Ränioksiid Si. O 2 59. 71% Raud(II)oksiid Fe. O 3. 52% Alumiiniumoksiid Al 2 O 3 15. 41% Kaaliumoksiid K 2 O 2. 80% Kaltsiumoksiid Ca. O 4. 90% Raud(III)oksiid Fe 2 O 3 2. 63% Magneesiumoksiid Mg. O 4. 36% Vesi H 2 O 1. 52% Naatriumoksiid Na 2 O 3. 55% Titaan-oksiid Ti. O 2 0. 60% KOKKU 99. 22% P 2 O 5 0. 22%

Maa mantia koostis kaalu%-des Element Hulk Ühend Hulk Hapnik O 44, 8 Räni Si 21, 5 Si. O 2 46 Magneesium Mg 22, 8 Mg. O 37, 8 Raud Fe 5, 8 Fe. O 7, 5 Alumiinium Al 2, 2 Al 2 O 3 4, 2 Kaltsium Ca 2, 3 Ca. O 3, 2 Naatrium Na 0, 3 Na 2 O 0, 4 Kaalium 0, 03 K 2 O 0, 04 Kokku 99, 7 Kokku 99, 1

Mineraalid, kivimid Kõik kindla sisestruktuuri ja keemilise koostisega tahkised maakoores kannavad mineraali nime Kivimid koosnevad mineraalidest ~2500 teadaolevast mineraalist 150 esineb kivimites ja põhilised neist on 40

MINERAALE… …. võib jagada 3 gruppi: 1) silikaatsed (90 %): kvarts Si. O 2, oliviin(Mg, Fe)2 Si. O 4 K-maapagu KAl. Si 3 O 8 2) mittesilikaatsed (oksiidid, karbonaadid, sulfiidid, sulfaadid, halogeenid, fosfaadid - Al 2 O 3, Ca. CO 3, Fe. S 2, Ca. SO 4. 2 H 2 O, Na. Cl, Ca. F 2, Ca 3(PO 4)2 3) ehedad elemendid (vask, väävel, kuld, hõbe, pallaadium). Ränihape(orto) on H 4 Si. O 4, ja silikaadid sisaldavad reeglina Si. O 44 aniooni. Meta-ränihape on H 2 Si. O 3.

KEEMILISED ELEMENDID GEOKEEMIAS (Goldschmidti järgi) 1) siderofiilid, mis esinevad koos rauaga Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Mo, W, Re, Au, Ge, Sn, C, P, (Pb, As, S) 2) kalkofiilid, mis moodustavad sulfiidseid mineraale, esinevad koos väävliga Cu, Ag, Zn, Cd, Hg, Ga, In, Tl (Ge, Sn), Pb, As, Sb, Bi, S, Se, Te, (Fe, Mo, Cr) 3) litofiilid, kivimeid moodustavad, mis esinevad koos hapnikuga, kergesti ioniseeruvad – Li, Na, K, Rb, Cs, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, B, Al, Sc, Y, lantanoidid, ©, Si, Ti, Zr, Hf, Th, (P), V, Nb, Ta, Cr, (W), U, F, Cl, Br, J, Mn, (H, Tl, Ga, Ge, Fe) 4) atmofiilid, mis moodustavad atmosfääris gaasilisi ühendeidkomponente O, N, He, Ne, Ar, Kr, Xe, H, C 5) biofiilid, mis esinevad organismides, eluslooduses H, C, O, N, P

PINNASE (mulla) KEEMIA Pinnas on segu, koosneb mineraalsest osast, orgaanilisest osast, veest ja õhust. Tüüpiline pinnas ~5% orgaanilist osa ja ~95% anorgaanilist, mineraalset osa Turbamuld ~95% orgaanilist osa Liiv, liivsavi ja savised mullad

Mulla p. H Savimuld p. H 4 -6 (happeline) - mustsõstar, vaarikas, maasikas, redis, jõhvikas Liivane muld p. H ~7 (neutraalne) – õun, kõrvits, kaalikas Lubjakivine muld p. H>7 (aluseline) – kapsas, peet, kurk, sibul, uba, hernes Mulla p. H saab muuta: puutuhk vähendab happelisust tammelehed suurendavad –”–

KEEMILISED VÄETISED Taimede vajavad lisaks CO 2 ja H 2 O veel vähemalt 6 keemilist elementi N, P, K, Ca, S, Mg

Mürkkemikaalid … on ksenobiootikumid (kr k xenos-võõras, bios-elu), satuvad mulda inimtegevuse tulemusena I. Taimekaitsevahendid – pestitsiidid 1) Insektitsiidid putukate hävitamiseks (DDT dikloordifenüültriklooretaan - Cl. C 6 H 4 CH(CCl 3)C 6 H 4 Cl ) 2) Fungitsiidid seentehävitamiseks 3) Herbitsiidid umbrohu hävitamiseks 4) Arboritsiidid põõsaste vohamise vastu II. Detergendid - pesuvahendid

DDT dikloor-difenüültriklooretaan Cl. C 6 H 4 CH(CCl 3)C 6 H 4 Cl DDT struktuurvalem lähtub etaanist C 2 H 6 (H 3 C-CH 3) Ühe süsiniku juures on 3 H asendatud klooriga (3 Cl), teise C juures on 2 H asemel kaks fenüül(Ph)rühma, milles üks H on asendatud klooriga -C 6 H 4 Cl

LUBJAKIVI (Ca. CO 3) … lahustub mullas oleva vee ja CO 2(g) toimel: Ca. CO 3(t) + H 2 O(v) + CO 2(g) = Ca(HCO 3)2 (aq) Annab mulda Ca 2+ ioone Lubjakivi on ka õhus oleva väävelhappe eemaldajaks Ca. CO 3 + H 2 SO 4 = Ca. SO 4 + H 2 O + CO 2 Kaltsiumsulfaat lahustab enam vees kui kaltsiumkarbonaat : Kdiss(Ca. SO 4)=9. 10 -6 Kdiss(Ca. CO 3)=5, 1. 10 -9 Kdiss(Ca. SO 4) = (Ca 2+)aq(SO 42 -)aq/ (Ca. SO 4)t

SAVI Kaoliini keemiline valem Al 2 O 3. 2 Si. O 2. 2 H 2 O = Al 2 Si 2 O 5(OH)4 Savi on kihilise ehitusega (kile) Savi kuulub sekundaarsete mineraalide hulka. Savi koosneb pisi-osakestest (Ø < 2 μm), suur eripind 200 -800 m 2/g Savi seob ioone, mis taimede toiduks vajalik. Savi pinnal toimub ioonvahetus. Vesi liitub saviga vesiniksideme abil ja pindmiseks jääb HO-rühm, viimases võib K+ asendada H+ ja vastupidi. savi-OH + K+ = savi-OK + H+

Amfoteersed keemilised elemendid Al, Zn, Cr, Sn (üldistatult M) on amfoteersed M(OH)3 alus, H 3 MO 3 hape H—O — M — O — H O H Keemilise sideme energiad M – O ja O – H on võrdsed Kui keemiline side katkeb M –OH vahel, siis ilmnevad aluselised omadused, lahusesse läheb OH- -anioon. Kui keemiline side katkeb MO –H vahel, siis ilmnevad happelised omadused, lahusesse läheb H+ – katioon (so prooton).

Amfoteersed omadused Alumiinium on amfoteersete omadustega sõltuvalt lahuse p. H-st, neutraalsesse vette lisades Al(NO 3)3 + n H 2 O Al(H 2 O)63+ + 3 NO 3 + (n-6)H 2 O Al(H 2 O)63+ H+ + Al(H 2 O)5 OH 2+ -H 2 O H+ + OH tekib happeline lahus, Kh =1, 4. 10 -5 p. H = 4, 5 – 6, 5

Amfoteersed omadused Kui Al-sool lahusesse, milles OH – ioone, siis Al(H 2 O)63+ + OH– Al(OH)3 + H 2 O Kui lisada veel OH– ioone, siis sade lahustub (käitub happena) Al(OH)3 + OH– = Al(OH)4 – Kui Al(OH)3 -le lisada hapet (H+) – käitub alusena Al(OH)3 + H+ = Al(OH)2+ + H 2 O

Põlevkivi on kiltne settekivim, mis tekkis kauges minevikus (ordoviitsiumi ajastul, ~400 - 450 milj. aastat tagasi). Põlevkivi on settekivim, mis on tekkinud veekogu põhjas, kus olid olemas soodsad tingimused orgaanilise aine kogunemiseks. Põlevkivi lähtematerjaliks loetakse primitiivsete ainuraksete organismide, bakterite, järvede ja merede vetikate ning teiste füto- ja zooplanktoni esindajate biomassist moodustunud orgaanilist ainet. Käesoleval ajal kaevandatakse põlevkivi Eestis, Venemaal, Hiinas, Austraalias ja Saksamaal. Eesti maardlas on põlevkivi kaevandamise tingimused võrreldes teiste leiukohtadega lihtsad - väike sügavus, rõhtne lasuvus, kihindi püsiv paksus. Teadlaste arvates on Eesti põlevkivi ehk kukersiidi tekkimisel olnud lähteaineks sinivetikad (tsüanobakterid).

Huumus Humiinained

Huumus Nonliving, finely divided organic matter in soil, derived from microbial decomposition of plant and animal substances. Humus, which ranges in colour from brown to black, consists of about 60 percent carbon, 6 percent nitrogen, and smaller amounts of phosphorus and sulfur. As humus decomposes, its components are changed into forms usable by plants. Humus is classified into mor, mull, or moder formations according to the degree of its incorporation into the mineral soil, the types of organisms involved in its decomposition, and the vegetation from which it is derived.

Humiinhape Keemiline valem

Humiinhape Humic acid has the average chemical formula C 187 H 186 O 89 N 9 S 1 and is insoluble in strong acid (p. H = 1). One of two classes of natural acidic organic polymer that can be extracted from humus found in soil, sediment, or aquatic environments. The process by which humic acid forms in humus is not well understood, but the consensus is that it accumulates gradually as a residue from the metabolism of microorganisms. Transition and heavy metals—for example, Fe 3+ or Pb 2+—as well as other compounds having aromatic or hydrophobic (water-insoluble) chemical structures (i. e. , organic pesticides or anthropogenic hydrocarbons), react strongly with humic acid. This property makes it an effective agent in sequestering many of the pollutants in terrestrial and aquatic environments.

Fulvohape Väiksema molekulmassiga kui humiinhape. This organic matter is soluble in strong acid (p. H = 1) and has the average chemical formula C 135 H 182 O 95 N 5 S 2. One of two classes of natural acidic organic polymer that can be extracted from humus found in soil, sediment, or aquatic environments. Its name derives from Latin fulvus, indicating its yellow colour. Its structure is best characterized as a loose assembly of aromatic organic polymers with many carboxyl groups (COOH) that release hydrogen ions, resulting in species that have electric charges at various sites on the ion. It is especially reactive with metals, forming strong complexes with Fe 3+, Al 3+, and Cu 2+ in particular and leading to their increased solubility in natural waters. Fulvic acid is believed to originate as a product of microbial metabolism, although it is not synthesized as a life-sustaining carbon or energy source.