Maakera koostis (0)

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
(Sügavaim koht hüdrosfääris on~11 kilomeetrit - Mariani süvik
Vaikses ookeanis)
Maakera ristlõige
Rmaa = 6370 km
Maa = 5,5 g/cm3
kivimid = 2,8 g/cm3
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
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 SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, TiO2 on tugeva keemilise sidemega
oksiidid. Nende dissotsiatsiooni energia on üle 370 kJ/mol
Keemilise sideme tugevuse muutus:
(377) Mg-O
SiO2 on kui hape, annab silikaate ja teisi vulkaanilise päritoluga kivimeid.
Maakoore koostis
Ühend Valem Hulk Ühend Valem Hulk
Ränioksiid
SiO2 59.71% Raud(II)oksiid
FeO 3.52%
Alumiinium-
oksiid Al2O3 15.41% Kaalium-
oksiid K2O 2.80%
Kaltsium-
oksiid CaO 4.90% Raud(III)-
oksiid Fe2O3 2.63%
Magneesium-
oksiid MgO 4.36% Vesi
H2O 1.52%
Naatrium-
oksiid Na2O 3.55% Titaan-oksiid
TiO2 0.60%
KOKKU 99.22% P2O5 0.22%
Maa mantia koostis kaalu%-des
Element Hulk Ühend Hulk
Hapnik O 44,8
Räni Si 21,5 SiO2 46
Magneesium Mg 22,8 MgO 37,8
Raud Fe 5,8 FeO 7,5
Alumiinium Al 2,2 Al2O3 4,2
Kaltsium Ca 2,3 CaO 3,2
Naatrium Na 0,3 Na2O 0,4
Kaalium 0,03 K2O 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 SiO2, oliviin(Mg,Fe)2SiO4
K-maapagu KAlSi3O8
2) mittesilikaatsed (oksiidid, karbonaadid, sulfiidid,
sulfaadid, halogeenid, fosfaadid - Al2O3, CaCO3, FeS2,
CaSO4.2H2O, NaCl, CaF2, Ca3(PO4)2
3) ehedad elemendid (vask, väävel, kuld, hõbe,
pallaadium).
Ränihape(orto) on H4SiO4, ja silikaadid sisaldavad reeglina SiO44-
aniooni. Meta-ränihape on H2SiO3.
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 ühendeid-
komponente 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 pH
Savimuld pH 4-6 (happeline) - mustsõstar, vaarikas,
maasikas, redis, jõhvikas
Liivane muld pH ~7 (neutraalne) ­ õun, kõrvits,
kaalikas
Lubjakivine muld pH>7 (aluseline) ­ kapsas, peet, kurk,
sibul, uba, hernes
Mulla pH saab muuta: puutuhk vähendab happelisust
tammelehed suurendavad ­"­
KEEMILISED VÄETISED
Taimede vajavad lisaks CO2 ja H2O veel vähemalt 6
keemilist elementi N, P, K, Ca, S, Mg
Lämmastikväetised sisaldavad NO3- ja/või NH4+. N-
väetiste põhialuseks on NH3
Karbamiid on orgaaniline väetis (NH2)2CO, saadakse
NH3 + CO2 = (NH2)2CO + H2O
NH4NO3 on enamkasutatav - vähe jääki, palju N
Segaväetised sisaldavad lisaks lämmastikule fosforit, kaaliumi
ja mikroelemente
Mürkkemikaalid
... on ksenobiootikumid (kr k xenos-võõras, bios-elu),
satuvad mulda inimtegevuse tulemusena
I. Taimekaitsevahendid ­ pestitsiidid
1) Insektitsiidid putukate hävitamiseks (DDT dikloor-
difenüültriklooretaan - ClC6H4CH(CCl3)C6H4Cl )
2) Fungitsiidid seentehävitamiseks
3) Herbitsiidid umbrohu hävitamiseks
4) Arboritsiidid põõsaste vohamise vastu
II. Detergendid - pesuvahendid
DDT dikloor-difenüültriklooretaan
ClC6H4CH(CCl3)C6H4Cl
DDT struktuurvalem lähtub etaanist C2H6 (H3C-CH3)
Ühe süsiniku juures on 3H asendatud klooriga (3Cl),
teise C juures on 2H asemel kaks fenüül(Ph)rühma,
milles üks H on asendatud klooriga -C6H4Cl
LUBJAKIVI (CaCO3)
... lahustub mullas oleva vee ja CO2(g) toimel:
CaCO3(t) + H2O(v) + CO2(g) = Ca(HCO3)2 (aq)
Annab mulda Ca2+ ioone
Lubjakivi on ka õhus oleva väävelhappe eemaldajaks
CaCO3 + H2SO4 = CaSO4 + H2O + CO2
Kaltsiumsulfaat lahustab enam vees kui kaltsiumkarbonaat
: Kdiss(CaSO4)=9.10-6
Kdiss(CaCO3)=5,1.10-9
Kdiss(CaSO4) = (Ca2+)aq(SO42-)aq/ (CaSO4)t
SAVI
Kaoliini keemiline valem
Al2O3.2SiO2.2H2O = Al2Si2O5(OH)4
Savi on kihilise ehitusega (kile)
Savi kuulub sekundaarsete mineraalide hulka.
Savi koosneb pisi-osakestest (Ø suur eripind 200-800 m2/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, H3 MO3 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 pH-st, neutraalsesse vette lisades
Al(NO3)3 + n H2O Al(H2O)63+ + 3NO3- + (n-6)H2O
Al(H2O)63+ H+ + Al(H2O)5OH2+
-H2O tekib happeline lahus, Kh =1,4.10-5
H+ + OH- pH = 4,5 ­ 6,5
Amfoteersed omadused
Kui Al-sool lahusesse, milles OH ­ ioone, siis
Al(H2O)63+ + OH­ Al(OH)3 + H2O
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+ + H2O
Põlevkivi
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 C187H186O89N9S1 and is
insoluble in strong acid (pH = 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, Fe3+ or Pb2+--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 (pH = 1) and has the average
chemical formula C135H182O95N5S2.
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 Fe3+, Al3+, and Cu2+ 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.