Σημειώσεις Εργαστηρίου ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗΣ ΓΕΩΧΗΜΕΙΑΣ

ΤΜΗΜΑ ΓΕΩΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ Σημειώσεις Εργαστηρίου ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗΣ ΓΕΩΧΗΜΕΙΑΣ του ΙΟΡ ΑΝΙ Η ΑΝ ΡΕΑ Επίκουρου Καθηγητή Κοζάνη, 2007

Περιεχόμενα Πρόλογος.2 Εισαγωγή.3 Εργαστήριο 1ο - Αναλυτική Γεωχημεία.7 Εργαστήριο 2 ο Στατιστική επεξεργασία γεωχημικών δεδομένων.16 Εργαστήριο 3 ο Γεωχημεία ποτάμιων ιζημάτων 21 Εργαστήριο 4ο Γεωχημικές ανωμαλίες..26 Εργαστήριο 5 ο Γεωχημεία εδάφους..28 Εργαστήριο 6 ο Βιογεωχημεία 30 Εργαστήριο 7 ο Γεωχημική έρευνα υδρογονανθράκων 32 Εργαστήριο 8 ο Λιθογεωχημεία..34 Εργαστήριο 9 ο Υδρογεωχημεία 36 Βιβλιογραφία...38

2 Πρόλογος Οι σημειώσεις αυτές συντάχθηκαν στα πλαίσια των Εργαστηριακών Ασκήσεων του μαθήματος της Εφαρμοσμένης Γεωχημείας. Σκοπό έχουν να βοηθήσουν τους σπουδαστές του Τμήματος Γεωτεχνολογίας και Περιβάλλοντος του ΤΕΙ Δυτικής Μακεδονίας σε θέματα που άπτονται της Εφαρμοσμένης Γεωχημείας. Περιλαμβάνει απλές ασκήσεις που σχετίζονται με τα προβλήματα που μπορεί να συναντήσει ο επιστήμονας-γεωχημικός σε όλες τις φάσεις της γεωχημικής έρευνας, ήτοι κατά τη δειγματοληψία και την πραγματοποίηση χημικών αναλύσεων έως την επεξεργασία των γεωχημικών δεδομένων και την εκτίμηση των αποτελεσμάτων. Για την πραγματοποίηση των ασκήσεων είναι καλό ο κάθε σπουδαστής να φέρει μαζί του μολύβι, χάρακα, σβηστήρα και επιτραπέζιο επιστημονικό υπολογιστή. Οποιεσδήποτε υποδείξεις-παρατηρήσεις των σπουδαστών και των συναδέλφων-καθηγητών σε σχέση με το περιεχόμενο των Σημειώσεων αυτών θα είναι πολύτιμες για τη βελτίωση του συγγράμματος αυτού. Κοζάνη, Ιανουάριος 2007 Ανδρέας Ιορδανίδης

Εισαγωγή 3 Εισαγωγή Θα παραθέσουμε παρακάτω κάποιους βασικούς ορισμούς που σχετίζονται με την Εφαρμοσμένη Γεωχημεία και οι οποίοι είναι απαραίτητοι για την κατανόηση των ασκήσεων που θα ακολουθήσουν. Γεωχημεία (Geochemistry) είναι η επιστήμη που ασχολείται με τη χημεία της γης, δηλαδή με τη συγκέντρωση, την κατανομή και τη διασπορά των χημικών στοιχείων στα διάφορα συστατικά της γης. Ένας από τους κλάδους της γεωχημείας είναι και η Εφαρμοσμένη Γεωχημεία (Applied Geochemistry), η οποία αποτελεί την πρακτική εφαρμογή των αρχών της γεωχημείας στην έρευνα και τον εντοπισμό κοιτασμάτων. Η Περιβαλλοντική Γεωχημεία (Environmental Geochemistry) έχει σαν στόχο τη μελέτη της ρύπανσης του περιβάλλοντος με τη βοήθεια γεωχημικών μεθόδων και μπορεί να θεωρηθεί κλάδος είτε της Εφαρμοσμένης Γεωχημείας είτε της Γεωχημείας γενικότερα. Η Εφαρμοσμένη Γεωχημεία μπορεί να διαχωριστεί ανάλογα με το υλικό δειγματοληψίας στις παρακάτω κατηγορίες: Γεωχημεία πετρώματος (λιθογεωχημεία), κατά την οποία συλλέγουμε δείγματα πετρωμάτων Γεωχημεία εδάφους, στην οποία συλλέγουμε έδαφος Γεωχημεία ποτάμιων ιζημάτων, κατά την οποία συλλέγουμε δείγματα ιζημάτων ποταμών Υδρογεωχημεία, κατά την οποία συλλέγουμε δείγματα επιφανειακών (ποτάμιων, λιμναίων, θαλάσσιων) ή υπόγειων υδάτων Γεωχημεία αερίων, στην οποία συλλέγουμε δείγματα αερίων (και συνηθέστερα αερίων εδάφους) Βιογεωχημεία, κατά την οποία συλλέγουμε δείγματα βλάστησης (φύλλα, κλαδιά, ρίζες κλπ.) Γεωβοτανική, η οποία βασίζεται στην μακροσκοπική παρατήρηση ορισμένων φυτικών ειδών-δεικτών, τα οποία μπορεί να υποδηλώνουν συγκεκριμένο τύπο κοιτάσματος Η γεωχημική έρευνα (ή αλλιώς γεωχημική διασκόπηση) μπορεί να είναι: α) αναγνωριστική, η οποία βασίζεται σε συλλογή μικρού αριθμού δειγμάτων σε μια ευρύτερη περιοχή με κοιτασματολογικό ενδιαφέρον, είναι σύντομη, έχει μικρό κόστος και μας βοηθά στην αρχική

Εισαγωγή 4 εκτίμηση της μελετούμενης περιοχής. και β) λεπτομερής, κατά την οποία πραγματοποιείται πυκνότερη δειγματοληψία σε μικρότερη έκταση με σκοπό τον ακριβή εντοπισμό του κοιτάσματος. Πρέπει να τονιστεί ότι η γεωχημική έρευνα σχεδόν πάντοτε συνεπικουρείται από άλλες επιστημονικές παρατηρήσεις, όπως π.χ. η γεωλογία της περιοχής, οι υδρολογικές συνθήκες, το κλίμα, το τοπογραφικό ανάγλυφο κλπ., χωρίς τις οποίες δε μπορούμε να εξάγουμε ασφαλή συμπεράσματα για την ύπαρξη ή μη πιθανού κοιτάσματος. Στοιχεία-δείκτες (indicator elements), καθοδηγητικά στοιχεία και ιχνηλάτες (pathfinders) είναι συνώνυμες έννοιες, οι οποίες αναφέρονται σε εκείνα τα χημικά στοιχεία, τα οποία είναι στενά συνδεδεμένα με τα κύρια συστατικά του κοιτάσματος, αλλά είναι πιο ευκίνητα από τα τελευταία και άρα μπορούν να δημιουργούν διασπορές γύρω από το κοίτασμα οι οποίες και προσδιορίζονται ευκολότερα. Το στοιχείο Αρσενικό (As) για παράδειγμα αποτελεί ένα καλό ιχνηλάτη για μεταλλοφορία θειούχων Pb-Zn-Cu-Ag, ενώ το ραδόνιο αποτελεί στοιχείο-δείκτη κοιτασμάτων Ουρανίου (U). Κατά τη γεωχημική έρευνα μπορεί να ανακαλύψουμε συγκέντρωση ενός χημικού στοιχείου στο δείγμα μας μεγαλύτερη από τις κανονικές τιμές, π.χ. ενώ η μέση περιεκτικότητα του Αρσενικού (As) στα πετρώματα του φλοιού της γης είναι 2 ppm, η χημική ανάλυση των δειγμάτων μιας περιοχής μπορεί να έδωσε τιμές που κυμαίνονται από 20 έως 100 ppm. Αυτή λοιπόν η ανίχνευση συγκεντρώσεων ενός στοιχείου-δείκτη με τιμές πάνω από το κανονικό ονομάζεται γεωχημική ανωμαλία, η μορφή και η έκταση της οποίας μπορεί να μας οδηγήσει στην ανακάλυψη νέου κοιτάσματος. Ιδιαίτερη προσοχή συνιστάται επίσης στις λεγόμενες πλαστές γεωχημικές ανωμαλίες, δηλαδή σε ανίχνευση υψηλών συγκεντρώσεων που δε συνδέονται με κοίτασμα αλλά οφείλονται σε ρύπανση της περιοχής από ανθρωπογενείς ή άλλους φυσικούς παράγοντες. Στην επιστήμη της Περιβαλλοντικής Γεωχημείας, η γεωχημική ανωμαλία μπορεί κατ ανάλογο τρόπο να μας βοηθήσει στην εκτίμηση της ρύπανσης μιας περιοχής. Η απεικόνιση της διασποράς ενός χημικού στοιχείου σε μια περιοχή μελέτης με βάση τη δειγματοληψία π.χ. εδάφους οδηγεί στη δημιουργία του γεωχημικού χάρτη. Ένας απλοποιημένος γεωχημικός χάρτης φαίνεται στην Εικόνα 1. Οι ισοχημικές καμπύλες σε ένα γεωχημικό χάρτη είναι οι καμπύλες που απεικονίζουν περιοχές με την ίδια περιεκτικότητα σε ένα συγκεκριμένο στοιχείο-δείκτη, δηλαδή κάτι ανάλογο με τις ισοϋψείς καμπύλες του τοπογραφικού χάρτη.

Εισαγωγή 5 Οι πληροφορίες που παρουσιάζονται πάνω σε ένα γεωχημικό χάρτη είναι οι εξής: στοιχείο που αναλύθηκε, αναλυτική μέθοδος, τύπος δείγματος, θέσεις δειγμάτων, αναλυτικά αποτελέσματα (σχεδιασμένα αριθμητικά δίπλα σε κάθε θέση δειγματοληψίας ή με μορφή ισοχημικών καμπυλών), κλίμακα, τοποθεσία, ημερομηνία, τοπογραφία, υδρογραφικό δίκτυο (πηγές, λίμνες κλπ.), γεωλογία υποβάθρου, πιθανές πηγές μόλυνσης, ενδείξεις μεταλλοφορίας, ονόματα δειγματοληπτών και αναλυτών κ.α. Εικόνα 1. Απλοποιημένος γεωχημικός χάρτης που βασίζεται στην περιεκτικότητα του εδάφους μιας περιοχής σε Χαλκό (Cu). Στην επόμενη σελίδα παρατίθεται ο περιοδικός πίνακας των χημικών στοιχείων, με τους συμβολισμούς τους, τις ομαδοποιήσεις τους (αλκάλια, αλκαλικές γαίες, μεταβατικά στοιχεία, μέταλλα, αμέταλλα, ευγενή αέρια, λανθανίδες, ακτινίδες) την αγγλική ονομασία τους, τα Ατομικά Βάρη και τους Ατομικούς Αριθμούς. Σε κάθε αναφορά σε κάποιο χημικό στοιχείο μπορείτε να ανατρέξετε στον πίνακα αυτό.

Εισαγωγή 6

Εργαστήριο 1ο Αναλυτική Γεωχημεία 7 Εργαστήριο 1ο - Αναλυτική Γεωχημεία Αναλυτική Γεωχημεία είναι η ανάλυση γεωλογικού υλικού με στόχο τη μελέτη των κανόνων κατανομής και διασποράς των χημικών στοιχείων σε γεωλογικούς σχηματισμούς. Τα χημικά στοιχεία διακρίνονται σε κύρια (major), επουσιώδη (minor) και ιχνοστοιχεία (trace elements), ανάλογα με την συγκέντρωσή τους στα γεωλογικά δείγματα. Κύρια είναι αυτά που βρίσκονται σε συγκεντρώσεις 1 % κατά βάρος (κ.β.), επουσιώδη εκείνα με συγκεντρώσεις 0,1 1 % κ.β. και ιχνοστοιχεία εκείνα με 0,1 % κ.β. συγκέντρωση. Τα κύρια στοιχεία δίνονται συνήθως σε μορφή οξειδίων (SiO 2, Al 2 O 3, CaO, MgO, Na 2 O, K 2 O, FeO, Fe 2 O 3, TiO 2, MnO, P 2 O 5 ), ενώ τα ιχνοστοιχεία σε στοιχειακή μορφή (π.χ. Zn, Pb, Cd, Zr κλπ.). Λόγω της μικρής περιεκτικότητας των ιχνοστοιχείων, χρησιμοποιούμε σαν μονάδα μέτρησης το ppm (parts per million, μέρη στο εκατομμύριο) ή το ppb (parts per billion, μέρη στο δισεκατομμύριο). Ισχύει δηλαδή 1 % = 10 4 ppm = 10 7 ppb ή αλλιώς 1 ppm = 10 3 ppb = 0,0001 % Ισοδύναμες περιεκτικότητες σε ppm, ppb, mg/g κλπ. φαίνονται παρακάτω: 1 ppm = 1 g/t = 1 mg/kg = 1 μg/g = 1 ng/mg (στερεά) = 1 mg/l = 1 μg/ml (υγρά) 1 ppb = 1 mg/t = 1 μg/kg = 1 ng/g (στερεά) = 1 μg/l = 1 ng/ml (υγρά) Παρακάτω φαίνονται οι συνηθέστερες μονάδες βάρους: Σύμβολο Αγγλική ορολογία Ελληνική ορολογία Ισοδυναμία t ton τόνος 10 6 g kg kilogram χιλιόγραμμο 10 3 g g gram γραμμάριο 1 mg milligram χιλιοστόγραμμο 10-3 g μg microgram μικρογραμμάριο 10-6 g ng nanogram νανογραμμάριο 10-9 g

Εργαστήριο 1ο Αναλυτική Γεωχημεία 8 Άσκηση 1.1 10 g δείγματος πετρώματος αναλύθηκαν και βρέθηκε ότι περιέχουν 2 g Ασβέστιο (Ca), 0,8 g Μαγνήσιο (Mg), 20 mg Νάτριο (Na), 10 mg Μαγγάνιο (Mn), 50 μg Χρώμιο (Cr), 20 μg Ψευδάργυρο (Zn), 100 ng Αρσενικό (As) και 20 ng Βόριο (B). i) Ποια είναι η περιεκτικότητα του δείγματος σε Ca, Mg, Na και Mn σε ποσοστά %; ii) Ποια είναι η περιεκτικότητα του δείγματος σε Mn, Cr και Zn σε ppm; iii) Ποια είναι η περιεκτικότητα του δείγματος σε Zn, As και B σε ppb; Απάντηση i) % Ca, %Mg, %Na, %Mn ii) ppm Mn, ppm Cr, ppm Zn iii) ppb Zn, ppb As, ppb B Άσκηση 1.2 100 ml δείγματος υπόγειων υδάτων αναλύθηκαν και βρέθηκε ότι περιέχουν 0,2 mg Μαγνήσιο (Mg), 10 mg Νάτριο (Na), 50 μg Μαγγάνιο (Mn), 50 ng Υδράργυρο (Hg), 100 ng Αρσενικό (As) και 200 ng Κάδμιο (Cd). i) Ποια είναι η περιεκτικότητα του δείγματος σε Mg, Na και Mn σε ppm; ii) Ποια είναι η περιεκτικότητα του δείγματος σε Hg, As και Cd σε ppb; iii) Αν τα ανώτερα επιτρεπόμενα όρια περιεκτικότητας Mg, Na, Mn, Hg, As και Cd σε πόσιμο νερό είναι 50 mg/l, 1000 mg/l, 0,05 mg/l, 1 μg/l, 50 μg/l και 5 μg/l αντίστοιχα, πιστεύετε ότι το νερό αυτό είναι κατάλληλο για ύδρευση; Απάντηση i) ppm Mg ppm Na ppm Mn ii) ppb Hg ppb As ppb Cd iii)

Εργαστήριο 1ο Αναλυτική Γεωχημεία 9 Κατά την αναλυτική γεωχημική έρευνα ακολουθούνται τα εξής στάδια: 1. Δειγματοληψία και προετοιμασία των δειγμάτων 2. Χημική ανάλυση των δειγμάτων 3. Έλεγχος των αναλύσεων και στατιστική αξιολόγηση των αποτελεσμάτων 4. Ερμηνεία των αποτελεσμάτων Η δειγματοληψία μπορεί να είναι: α) τυχαία, β) σε τετραγωνικό κάναβο, γ) σε ορθογώνιο κάναβο δ) σε κυκλικό κάναβο και ε) ακολουθώντας το τοπογραφικό ανάγλυφο (βλέπε Εικόνα 2). Εικόνα 2. Μέθοδοι δειγματοληψίας: a) τυχαία, b) σε τετραγωνικό κάναβο, c) σε ορθογώνιο κάναβο d) σε κυκλικό κάναβο e) και f) κατά το τοπογραφικό ανάγλυφο Η σωστή δειγματοληψία, προετοιμασία και επεξεργασία των δειγμάτων (π.χ. έδαφος, πέτρωμα, ύδατα) αποτελούν τις βάσεις για τη σωστή αναλυτική γεωχημική εργασία. Λάθη στη δειγματοληψία και προετοιμασία των δειγμάτων οδηγούν σε λανθασμένη ερμηνεία των αποτελεσμάτων. Η ποσότητα του δείγματος που θα συλλεχθεί είναι σημαντική παράμετρος σε μια γεωχημική έρευνα. Το δείγμα πρέπει να είναι αρκετό ώστε όλα τα συστατικά (ακόμη και τα ιχνοστοιχεία)

Εργαστήριο 1ο Αναλυτική Γεωχημεία 10 να είναι ευδιάκριτα και αντιπροσωπευτικά του συνόλου του γεωλογικού δείγματος. Η ποσότητα του δείγματος πρέπει να είναι μεγάλη εάν για παράδειγμα πρόκειται για αδρόκοκκο πέτρωμα ή εάν το ζητούμενο στοιχείο βρίσκεται σε πολύ μικρές συγκεντρώσεις ή είναι ανομοιόμορφα κατανεμημένο. Σύμφωνα με τον Govvet, η απαιτούμενη ποσότητα δείγματος (σε g) δίνεται από τον παρακάτω τύπο: W = 2,75 x π x d3 x (100-P) x 10 4 6 x P x R 2 όπου π=3,14, d= διάμετρος κόκκων σε cm, P= % αναμενόμενη περιεκτικότητα στο ζητούμενο στοιχείο, R= η τυπική απόκλιση της αναλυτικής μεθόδου εκφρασμένη σε ποσοστά % της P. Άσκηση 1.3 Να βρεθεί η απαιτούμενη ποσότητα δείγματος πετρώματος που πρέπει να συλλέξουμε όταν η διάμετρος κόκκων είναι 0,01 mm, η αναμενόμενη περιεκτικότητα είναι 100 ppm και η τυπική απόκλιση της αναλυτικής μεθόδου είναι 20%. Απάντηση

Εργαστήριο 1ο Αναλυτική Γεωχημεία 11 Άσκηση 1.4 Να βρεθεί η απαιτούμενη ποσότητα δείγματος εδάφους που πρέπει να συλλέξουμε όταν η διάμετρος κόκκων είναι 0,1 cm, η αναμενόμενη περιεκτικότητα είναι 20% και η τυπική απόκλιση της αναλυτικής μεθόδου είναι 10%. Απάντηση Οι βασικότερες μέθοδοι γεωχημικής ανάλυσης είναι η ατομική απορρόφηση (Atomic Absorption, AA), η φασματοσκοπία φθορισμού ακτίνων Χ (X-Ray Fluoresence, XRF), η φασματοσκοπία επαγωγικού ζεύγους πλάσματος (Inductively Coupled Plasma, ICP) και η φασματοσκοπία ενεργοποίησης νετρονίων (Neutron Activation Analysis, NAA). Ο φασματογράφος μάζας (Mass Spectrometry, MS) μπορεί να συνδυαστεί με μια από τις παραπάνω μεθόδους ανάλυσης και να δώσει πιο ακριβή αποτελέσματα, όπως π.χ. η αναλυτική μεθοδολογία ICP-MS. Στις φασματοσκοπικές μεθόδους έχουμε αλληλεπίδραση ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας ύλης και λαμβάνουμε φάσματα εκπομπής ή απορρόφησης της ακτινοβολίας, με τα οποία προσδιορίζουμε τη σύσταση του εξεταζόμενου δείγματος. Στην Περιβαλλοντική Γεωχημεία, η ανάλυση επικίνδυνων οργανικών ρυπαντών, όπως π.χ. οι πολυκυκλικοί αρωματικοί υδρογονάνθρακες (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, PAH), πραγματοποιείται με άλλες φασματοσκοπικές μεθόδους, όπως οι παρακάτω: Υγρή Χρωματογραφία (Liquid Chromatography, LC), Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC), φασματοσκοπία υπέρυθρου (Infrared Spectroscopy, IR), φασματοσκοπία υπεριώδους (Ultra-Violet Spectroscopy, UV), πυρηνικός μαγνητικός συντονισμός (Nuclear Magnetic Resonance, NMR) κ.α. Η επιλογή της καταλληλότερης μεθόδου ανάλυσης είναι καθοριστική στη γεωχημική έρευνα. Η αξιοπιστία μιας αναλυτικής συσκευής μπορεί να εκτιμηθεί με βάση τρεις παραμέτρους, την πιστότητα (precision), την ακρίβεια (accuracy) και το όριο ανιχνευσιμότητας (detection limit).

Εργαστήριο 1ο Αναλυτική Γεωχημεία 12 Η πιστότητα αναφέρεται στην επαναληψιμότητα (repeatability) μια μέτρησης. Κατά πόσο δηλαδή κάνοντας επαναλαμβανόμενες μετρήσεις του ίδιου δείγματος, είτε την ίδια μέρα είτε μετά από μέρες ή εβδομάδες, λαμβάνουμε το ίδιο αποτέλεσμα. Η ακρίβεια αναφέρεται στη ακριβή μέτρηση. Κατά πόσο δηλαδή η μέτρησή μας είναι κοντά στην πραγματική τιμή. Το όριο ανιχνευσιμότητας είναι η χαμηλότερη τιμή που μπορεί να ανιχνεύσει η αναλυτική συσκευή. Αν για παράδειγμα το όριο ανιχνευσιμότητας μιας συσκευής είναι 50 ppm, δεν μπορούμε χρησιμοποιώντας αυτή τη συσκευή να ανιχνεύσουμε ουσίες με περιεκτικότητες < 50 ppm. Η τεχνολογική ανάπτυξη των τελευταίων δεκαετιών βοήθησε στην κατασκευή αναλυτικών συσκευών με πολύ χαμηλά όρια ανιχνευσιμότητας, της τάξης των ppb. Κατά την επιλογή της αναλυτικής μεθοδολογίας πρέπει να λαμβάνουμε υπόψη: Τη φύση των δειγμάτων (στερεά, υγρά ή αέρια, τοξικά ή μη τοξικά κλπ.). τους περιορισμούς κάθε μεθόδου, για παράδειγμα η φασματοσκοπία φθορισμού ακτίνων Χ (XRF) δεν μπορεί να αναλύσει τα χημικά στοιχεία με ατομικό αριθμό μικρότερο του 11. την προετοιμασία των δειγμάτων πριν την τοποθέτησή τους στη συσκευή. Σε κάποιες μεθόδους για παράδειγμα τα δείγματα πρέπει να υποστούν διαλυτοποίηση (digestion), γεγονός που απαιτεί αρκετό χρόνο κατάλληλα εξοπλισμένο εργαστήριο και εξειδικευμένο προσωπικό. Το κόστος ανάλυσης, το οποίο σχετίζεται με το είδος της απαιτούμενης ανάλυσης και το όριο ανιχνευσιμότητας αυτής, τα χημικά διαλύματα που χρησιμοποιούμε στην προπαρασκευή των δειγμάτων, τα ζητούμενα χημικά στοιχεία (φθηνότερη η ανάλυση κύριων στοιχείων σε σχέση με τα ιχνοστοιχεία) κ.α.

Εργαστήριο 1ο Αναλυτική Γεωχημεία 13 Άσκηση 1.5 Στον παρακάτω Πίνακα φαίνεται η δυνατότητα προσδιορισμού ορισμένων χημικών στοιχείων με συγκεκριμένες αναλυτικές μεθόδους. Χημικό Στοιχείο XRF AA NAA ICP-MS Βόριο (B) Νάτριο (Na) Χλώριο (Cl) Αρσενικό (As) Παλλάδιο (Pd) Χαλκός (Cu) Χρυσός (Au) Κασσίτερος (Sn) Κοβάλτιο (Co) Γνωρίζοντας ότι η πιο «φθηνή» και ταχεία αναλυτική μέθοδος είναι η XRF, καθώς και ότι τα όρια ανιχνευσιμότητας για κάθε μέθοδο είναι 50 ppm για την XRF, 10 ppm για την AA, 10 ppb για την NAA και 1 ppb για την ICP-MS, να απαντήσετε στα παρακάτω ερωτήματα: i) Ποια μέθοδο θα επιλέγατε για τον προσδιορισμό κύριων και επουσιωδών στοιχείων των δειγμάτων μιας αναγνωριστικής μελέτης; ii) Ποια μέθοδο θα χρησιμοποιούσατε για την ανάλυση μεγάλου αριθμού χημικών στοιχείων και ποια για την ανάλυση επικίνδυνων ιχνοστοιχείων; iii) Ποια μέθοδο θα επιλέγατε για την ανάλυση του Κοβαλτίου (Co); iv) Ποια μέθοδο θα επιλέγατε για την ανάλυση του Χρυσού (Au) και του Παλλαδίου (Pd); Απάντηση i) ii) iii) iv)

Εργαστήριο 1ο Αναλυτική Γεωχημεία 14 Δίνεται παρακάτω ένα παράδειγμα γεωχημικής ανάλυσης. 100 mg δείγματος πετρώματος διαλύονται σε υγρό διαλύτη δίνοντας διάλυμα όγκου 200 ml. Το διάλυμα οδηγείται στη συσκευή ανάλυσης ICP, όπου λαμβάνεται μέτρηση για τα στοιχεία Κάδμιο (Cd) και Μόλυβδο (Pb) 1 μg/ml και 2 μg/ml αντίστοιχα. Ποια είναι η συγκέντρωση των στοιχείων αυτών στο πέτρωμα; Η ζητούμενη συγκέντρωση σε ppm δίνεται από τον παρακάτω τύπο: μέτρηση ICP(μg/ml) x όγκος διαλύματος (ml) μάζα δείγματος (g) άρα για το Κάδμιο έχουμε 1 x 200 0,1 = 2000 ppm = 0,2 % ενώ για τον Μόλυβδο έχουμε 2 x 200 0,1 = 4000 ppm = 0,4 % Άσκηση 1.6 500 mg δείγματος πετρώματος διαλύονται σε υγρό διαλύτη δίνοντας διάλυμα όγκου 100 ml. Το διάλυμα οδηγείται στη συσκευή ανάλυσης ICP, όπου λαμβάνεται μέτρηση για τα στοιχεία Μαγνήσιο (Mg), Αργίλιο (Al), Ψευδάργυρο (Zn), Ζιρκόνιο (Zr), Στρόντιο (Sr) και Σελήνιο (Se) 50 μg/ml, 100 μg/ml, 5 μg/ml 10 μg/ml 20 μg/ml και 0,1 μg/ml αντίστοιχα. Ποια είναι η συγκέντρωση των στοιχείων αυτών στο πέτρωμα; Να δώσετε την περιεκτικότητα των Μg και Al σε ποσοστά % και των υπόλοιπων στοιχείων σε ppm. Απάντηση % Mg και % Al ppm Zn, ppm Zr, ppm Sr, ppm Se

Εργαστήριο 1ο Αναλυτική Γεωχημεία 15 Άσκηση 1.7 200 mg δείγματος εδάφους διαλύονται σε υγρό διαλύτη δίνοντας διάλυμα όγκου 100 ml. Το διάλυμα οδηγείται στη συσκευή ανάλυσης XRF, όπου λαμβάνεται μέτρηση για τα στοιχεία Πυρίτιο (Si), Κάλιο (K), Νάτριο (Na), Ασβέστιο (Ca), Φώσφορος (P), Χρώμιο (Cr), Νικέλιο (Ni), Κασσίτερος (Sn) και Αντιμόνιο (Sb) 100 μg/ml, 50 μg/ml, 30 μg/ml, 90 μg/ml, 3 μg/ml, 10 ng/ml, 80 ng/ml, 5 ng/ml και 1 ng/ml, αντίστοιχα. Ποια είναι η συγκέντρωση των στοιχείων αυτών στο πέτρωμα; Να δώσετε την περιεκτικότητα των Si, Mg, K, Na και Ca σε ποσοστά % και των υπόλοιπων στοιχείων σε ppm. Απάντηση % Si %K, % Na, %Ca ppm P, ppm Cr, ppm Ni, ppm Sn, ppm Sb

Εργαστήριο 2 ο Στατιστική επεξεργασία γεωχημικών δεδομένων 16 Υπάρχουν τριών ειδών ψέματα: τα απλά ψέματα, τα καταραμένα ψέματα και η στατιστική Disraeli Εργαστήριο 2 ο Στατιστική επεξεργασία γεωχημικών δεδομένων Η προσεκτική δειγματοληψία και προετοιμασία των δειγμάτων και η σωστή επιλογή της αναλυτικής μεθόδου είναι μείζονος σημασίας στη γεωχημική έρευνα και μας βοηθά να ελαχιστοποιήσουμε τις πιθανότητες λανθασμένων εκτιμήσεων. Μετά την πραγματοποίηση των χημικών αναλύσεων των συλλεχθέντων δειγμάτων μιας γεωχημικής έρευνας, ακολουθεί συνήθως η στατιστική εκτίμηση των δεδομένων, με τη βοήθεια της οποίας οδηγούμαστε στην εξαγωγή συμπερασμάτων. Παρακάτω θα περιγράψουμε κάποιες βασικές έννοιες που χρησιμοποιούνται συνήθως κατά την στατιστική επεξεργασία των αποτελεσμάτων των χημικών αναλύσεων. Έτσι, αν έχουμε ένα n αριθμό δειγμάτων και Χ 1, Χ 2.Χ n είναι οι περιεκτικότητες των δειγμάτων σε ένα ορισμένο χημικό στοιχείο, τότε Μέση τιμή (mean, average value) ή αριθμητικός μέσος είναι ο λόγος Χ μ = X 1 + X 2 +.+X n n Γεωμετρικός μέσος (geometric mean) είναι Χ γ =(Χ 1 x X 2 x X 3 x..x n ) 1/n. Ο γεωμετρικός μέσος είναι ιδιαίτερα χρήσιμος όταν η κατανομή των τιμών δεν είναι ομοιογενής, όταν δηλαδή μερικές τιμές είναι πολύ μεγαλύτερες ή μικρότερες από τις υπόλοιπες και τότε ο αριθμητικός μέσος μπορεί να δώσει εσφαλμένες εκτιμήσεις. Τυπική απόκλιση (standard deviation) είναι η διασπορά των τιμών γύρω από τη μέση τιμή και δίνεται από τον τύπο S = Σ(Χi-Χ μ ) 2 /(n-1) ή χρησιμοποιώντας επιτραπέζιο υπολογιστή είναι πιο εύκολο να χρησιμοποιήσουμε τον τύπο S= n(σχi2 ) -(ΣΧi) 2 n(n-1) Σε μια κανονική κατανομή τιμών, το 68% των τιμών βρίσκεται μεταξύ της ±S της μέσης τιμής. Είναι επίσης συνηθισμένη η απεικόνιση της συχνότητας εμφάνισης των τιμών με μορφή ιστογράμματος. Ένα τέτοιο παράδειγμα παρουσιάζεται παρακάτω. Στο εργαστήριο αυτό αναφερόμαστε μόνο σε κάποιες απλές στατιστικές περιγραφές. Στην πραγματικότητα, οι γεωχημικοί χρησιμοποιούν πολύ πιο σύνθετες στατιστικές επεξεργασίες, όπως η συσχέτιση (correlation), η παλινδρόμηση (regression), ανάλυση συμπλεγμάτων (cluster

Εργαστήριο 2 ο Στατιστική επεξεργασία γεωχημικών δεδομένων 17 analysis), παραγοντική ανάλυση (factor analysis), δενδρογράμματα (dendrograms) κλπ. Η στατιστική επεξεργασία των δεδομένων γίνεται πλέον πολύ γρήγορα με λογισμικά όπως το Excel των Windows, το SPSS κ.α. Παράδειγμα Κατά τη γεωχημική έρευνα του εδάφους μιας περιοχής συλλέχθηκαν 20 δείγματα και αναλύθηκαν ως προς την περιεκτικότητά τους σε Χαλκό (Cu). Οι τιμές που προσδιορίσαμε φαίνονται στον παρακάτω πίνακα. Πίνακας 2.1. Περιεκτικότητες (ppm) σε Χαλκό (Cu) 20 δειγμάτων εδάφους μιας περιοχής 52 40 15 60 86 89 15 36 41 23 41 5 86 35 74 25 28 63 58 23 Μια πρώτη εκτίμηση γίνεται με τον υπολογισμό του αριθμητικού και γεωμετρικού μέσου σύμφωνα με τα παραπάνω. Έτσι, X μ = 52+89+41+25+40+15+5+28+15+36+86+63+60+41+35+58+86+23+74+23 20 =44,75 X γ = (52x89x41x25x40x15x5x28x15x36x86x63x60x41x35x58x86x23x74x23) 1/20 =36,69 S= n(σχi2 ) -(ΣΧi) 2 n(n-1) 20 x 52251-801025 = 20 x 19 =25,33 Στον παρακάτω πίνακα διαχωρίζουμε τις τιμές σε κλάσεις (εύρη τιμών), ανάλογα με το σκοπό της έρευνας, τη διακύμανση των τιμών κλπ. Με βάση αυτές τις κλάσεις, υπολογίζουμε τη συχνότητα εμφάνισης των τιμών και κατασκευάζουμε το ιστόγραμμα κατανομής των συχνοτήτων, όπου βλέπουμε παραστατικά ποιες είναι οι πιο συχνά εμφανιζόμενες τιμές. Στο συγκεκριμένο παράδειγμα είναι η κλάση 21-50 ppm. Είναι φανερό ότι όταν έχουμε πολυπληθείς μετρήσεις (εκατοντάδες ή χιλιάδες), αυτής της μορφής η στατιστική επεξεργασία των δεδομένων είναι ένα πολύ χρήσιμο εργαλείο.

Εργαστήριο 2 ο Στατιστική επεξεργασία γεωχημικών δεδομένων 18 Πίνακας 2.2. Συχνότητες εμφάνισης των ομαδοποιημένων τιμών του Πίνακα 1. Κλάσεις (εύρη τιμών ppm) Συχνότητα (Απόλυτες τιμές) Συχνότητα (%) <20 3 15 21-50 9 45 51-80 5 25 >80 3 15 10 9 8 7 Συχνότητα 6 5 4 3 2 1 0 20 50 80 Μεγαλύτερο Κλάσεις Εικόνα 1. Ιστόγραμμα περιεκτικοτήτων Cu

Εργαστήριο 2 ο Στατιστική επεξεργασία γεωχημικών δεδομένων 19 Άσκηση 2.1 Στον παρακάτω πίνακα δίνονται οι αναλύσεις Μολύβδου (Pb) εξήντα δειγμάτων εδάφους μιας περιοχής. Πίνακας 2.3. Περιεκτικότητες (ppm) Μολύβδου (Pb) 60 δειγμάτων εδάφους μιας περιοχής. 52 40 15 60 86 96 110 12 5 6 8 45 63 74 18 89 15 16 41 23 85 79 106 108 45 178 204 58 81 70 41 5 86 35 74 25 6 102 140 58 98 41 35 76 46 5 8 63 58 123 145 26 65 38 25 47 92 64 62 8 i) Να βρεθούν ο αριθμητικός και ο γεωμετρικός μέσος και η τυπική απόκλιση. ii) Να κατασκευαστεί το ιστόγραμμα με τις συχνότητες κατανομής των περιεκτικοτήτων. Απάντηση i) Χ μ = X 1 + X 2 +.+X n n = Χ γ =(Χ 1 x X 2 x X 3 x..x n ) 1/n = ΣXi= (ΣXi) 2 = ΣXi 2 = S= n(σχi2 ) -(ΣΧi) 2 n(n-1) = ii) Κλάσεις (εύρη τιμών ppm) <20 21-40 41-80 81-120 121-150 >150 Συχνότητα (Απόλυτες τιμές) Συχνότητα (%)

Εργαστήριο 2 ο Στατιστική επεξεργασία γεωχημικών δεδομένων 20 25 20 Συχνότητα 15 10 5 0 Κλάσεις

Εργαστήριο 3 ο Γεωχημεία ποτάμιων ιζημάτων 21 Εργαστήριο 3 ο Γεωχημεία ποτάμιων ιζημάτων Στη γεωχημική έρευνα ποτάμιων ιζημάτων συλλέγουμε δείγματα ιζημάτων των ρεμάτων ενός ποταμού ή/και του ίδιου του ποταμού και αναλύουμε τα δείγματα αυτά ως προς το στοιχείοδείκτη που μας ενδιαφέρει. Η δειγματοληψία μπορεί να γίνει κατά μήκος της μίας όχθης ή και των δύο όχθεων. Στη συνέχεια απεικονίζουμε τα δεδομένα είτε με τη μορφή ενός γεωχημικού χάρτη (βλέπε Εισαγωγή) είτε με διάφορα σύμβολα πάνω στο χάρτη του υδρογραφικού δικτύου. Συνήθη σύμβολα για την παράσταση αυξανόμενων συγκεντρώσεων είναι τα ακόλουθα: Χαμηλή -----------------------------> Υψηλή περιεκτικότητα Ένα τέτοιο παράδειγμα είναι και ο χάρτης που ακολουθεί, όπου έχουμε την απεικόνιση των συγκεντρώσεων Cu στα ιζήματα των ρεμάτων μιας περιοχής.

Εργαστήριο 3 ο Γεωχημεία ποτάμιων ιζημάτων 22 Άσκηση 3.1 Στον παρακάτω πίνακα δίνονται οι περιεκτικότητες σε Ψευδάργυρο (Zn) των δειγμάτων ιζημάτων ρεμάτων μιας περιοχής ανά θέση δειγματοληψίας, όπως αυτές φαίνονται στο υδρογραφικό δίκτυο της παρακάτω εικόνας. Να παρασταθούν γραφικά τα αποτελέσματα των αναλύσεων, με βάση τους παρακάτω συμβολισμούς <50 ppm 51-100 ppm 101-150 ppm >150 ppm Πίνακας 3.1. Περιεκτικότητες σε Zn 21 δειγμάτων ιζημάτων ρεμάτων Περιεκτικότ Περιεκτικό Περιεκτ Περιεκτ Περιεκτ Δειγματολη ψίας ητα (ppm) σε Zn Δειγματολ ηψίας τητα (ppm) σε Zn Δειγματ οληψίας ικότητα (ppm) σε Zn Δειγματ οληψίας ικότητα (ppm) σε Zn Δειγματ οληψίας ικότητα (ppm) σε Zn 1 35 6 130 11 10 16 190 21 145 2 40 7 110 12 110 17 230 3 55 8 90 13 145 18 250 4 90 9 25 14 95 19 300 5 120 10 35 15 80 20 160

Εργαστήριο 3 ο Γεωχημεία ποτάμιων ιζημάτων 23 Απάντηση

Εργαστήριο 3 ο Γεωχημεία ποτάμιων ιζημάτων 24 Άσκηση 3.2 Στα ίδια δείγματα πραγματοποιήσαμε ανάλυση ως προς την περιεκτικότητα σε Άργυρο (Ag) και Χρυσό (Au) και λάβαμε τα εξής αποτελέσματα. Να απεικονιστούν οι περιεκτικότητες σε Ag και Au με τη μορφή μίας ράβδου στις θέσεις δειγματοληψίας. Πίνακας 3.2. Περιεκτικότητες (ppb) σε Ag και Au 21 δειγμάτων ιζημάτων ρεμάτων Δειγματολ ηψίας Περιεκτικότητα (ppb) Ag Au Δειγματο ληψίας Περιεκτικότητα (ppb) Ag Au Δειγματο ληψίας Περιεκτικό τητα (ppb) Ag Au Δειγμα τοληψί ας Περιεκτικότ ητα (ppb) Ag Au Δειγμ ατολη ψίας Περιεκτικό τητα (ppb) Ag Au 1 10 5 6 10 5 11 10 5 16 10 2 21 1 1 2 5 5 7 12 8 12 4 1 17 2 3 3 20 5 8 2 3 13 8 2 18 4 1 4 1 1 9 6 4 14 3 2 19 5 5 5 3 2 10 4 1 15 10 2 20 10 5 Δίνεται η απεικόνιση του πρώτου δείγματος με τη μορφή της ράβδου γιατί η αναλογία Ag:Au είναι 2:1 Au Ag Κατ ανάλογο τρόπο να γίνουν και οι υπόλοιπες απεικονίσεις

Εργαστήριο 3 ο Γεωχημεία ποτάμιων ιζημάτων 25 Απάντηση

Εργαστήριο 4 ο Γεωχημικές ανωμαλίες 26 Εργαστήριο 4 ο Γεωχημικές ανωμαλίες Στο εργαστήριο αυτό θα προσπαθήσουμε να σχεδιάσουμε καμπύλες γεωχημικών ανωμαλιών με βάση δειγματοληψία εδάφους μιας περιοχής. Άσκηση 4.1 Στον παρακάτω πίνακα δίνονται οι περιεκτικότητες σε Αρσενικό (As) και Υδράργυρο (Hg) που βρέθηκαν κατά την γεωχημική έρευνα εδάφους που πραγματοποιήθηκε στα πρανή της περιοχής που φαίνεται στην πιο κάτω εικόνα. Να σχεδιάσετε τις καμπύλες γεωχημικής ανωμαλίας για κάθε ένα από τα στοιχεία-δείκτες που αναλύθηκαν και να εκτιμήσετε την περιοχή εμφάνισης του κοιτάσματος. Πίνακας 4.1. Περιεκτικότητες (ppb) σε As και Hg 25 δειγμάτων εδάφους Δειγματολη ψίας Περιεκτικότητα (ppb) As Hg Δειγματο ληψίας Περιεκτικότητα (ppb) As Hg Δειγματ οληψίας Περιεκτικότ ητα (ppb) As Hg Δειγμα τοληψί ας Περιεκτικότ ητα (ppb) As Hg Δειγμα τοληψί ας Περιεκτικότ ητα (ppb) As Hg 1 5 4 6 24 18 11 15 15 16 8 7 21 7 18 2 4 3 7 30 22 12 13 12 17 7 9 22 5 15 3 6 6 8 35 28 13 9 11 18 10 15 23 7 12 4 10 12 9 32 24 14 10 9 19 9 20 24 4 9 5 15 14 10 25 20 15 8 8 20 10 23 25 5 8

Εργαστήριο 4 ο Γεωχημικές ανωμαλίες 27 Απάντηση 40 35 Περιεχόμενο σε As 30 25 20 15 10 5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 40 35 Περιεχόμενο σε Hg 30 25 20 15 10 5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

Εργαστήριο 5ο Γεωχημεία εδάφους 28 Εργαστήριο 5ο Γεωχημεία εδάφους Στο εργαστήριο αυτό θα προσπαθήσουμε να κατασκευάσουμε ένα απλοποιημένο γεωχημικό χάρτη, ο οποίος θα βασίζεται στη δειγματοληψία εδάφους μιας περιοχής. Άσκηση 5.1 Η δειγματοληψία εδάφους μιας περιοχής με σύστημα τετραγωνικού κανάβου έδωσε τα αποτελέσματα συγκεντρώσεων σε Χρώμιο (Cr) που φαίνονται στον παρακάτω πίνακα. Οι θέσεις δειγματοληψίας δίνονται με σύστημα γεωγραφικών συντεταγμένων, όπως αυτές προσδιορίστηκαν με τη βοήθεια συσκευής GPS (Global Positioning System). Πίνακας 5.1. Θέσεις δειγματοληψίας και αντίστοιχες περιεκτικότητες σε Cr. Γεωγραφι κό Πλάτος Γεωγραφι κό Μήκος Περιεκτ ικότητα Cr (ppm) Γεωγραφικ ό Πλάτος Γεωγραφικ ό Μήκος Περιεκτι κότητα Cr (ppm) Γεωγρα φικό Πλάτος Γεωγρα φικό Μήκος 40 ο 12 25 ο 42 15 40 ο 12 25 ο 44 25 40 ο 12 25 ο 46 30 40 ο 14 25 ο 42 15 40 ο 14 25 ο 44 20 40 ο 14 25 ο 46 45 40 ο 16 25 ο 42 15 40 ο 16 25 ο 44 20 40 ο 16 25 ο 46 80 40 ο 18 25 ο 42 20 40 ο 18 25 ο 44 65 40 ο 18 25 ο 46 95 40 ο 20 25 ο 42 30 40 ο 20 25 ο 44 70 40 ο 20 25 ο 46 105 40 ο 22 25 ο 42 55 40 ο 22 25 ο 44 60 40 ο 22 25 ο 46 105 40 ο 24 25 ο 42 45 40 ο 24 25 ο 44 55 40 ο 24 25 ο 46 110 40 ο 26 25 ο 42 35 40 ο 26 25 ο 44 60 40 ο 26 25 ο 46 115 40 ο 28 25 ο 42 25 40 ο 28 25 ο 44 75 40 ο 28 25 ο 46 105 40 ο 30 25 ο 42 60 40 ο 30 25 ο 44 80 40 ο 30 25 ο 46 90 40 ο 32 25 ο 42 125 40 ο 32 25 ο 44 120 40 ο 32 25 ο 46 130 40 ο 34 25 ο 42 145 40 ο 34 25 ο 44 140 40 ο 34 25 ο 46 180 40 ο 12 25 ο 48 40 40 ο 12 25 ο 50 80 40 ο 12 25 ο 52 70 40 ο 14 25 ο 48 90 40 ο 14 25 ο 50 95 40 ο 14 25 ο 52 90 40 ο 16 25 ο 48 90 40 ο 16 25 ο 50 120 40 ο 16 25 ο 52 130 40 ο 18 25 ο 48 110 40 ο 18 25 ο 50 180 40 ο 18 25 ο 52 170 40 ο 20 25 ο 48 175 40 ο 20 25 ο 50 270 40 ο 20 25 ο 52 250 40 ο 22 25 ο 48 165 40 ο 22 25 ο 50 310 40 ο 22 25 ο 52 280 40 ο 24 25 ο 48 190 40 ο 24 25 ο 50 300 40 ο 24 25 ο 52 290 40 ο 26 25 ο 48 155 40 ο 26 25 ο 50 170 40 ο 26 25 ο 52 195 40 ο 28 25 ο 48 110 40 ο 28 25 ο 50 120 40 ο 28 25 ο 52 105 40 ο 30 25 ο 48 80 40 ο 30 25 ο 50 75 40 ο 30 25 ο 52 65 40 ο 32 25 ο 48 145 40 ο 32 25 ο 50 135 40 ο 32 25 ο 52 60 40 ο 34 25 ο 48 190 40 ο 34 25 ο 50 125 40 ο 34 25 ο 52 60 40 ο 12 25 ο 54 65 40 ο 12 25 ο 56 40 40 ο 12 25 ο 58 30 40 ο 14 25 ο 54 80 40 ο 14 25 ο 56 90 40 ο 14 25 ο 58 60 40 ο 16 25 ο 54 140 40 ο 16 25 ο 56 125 40 ο 16 25 ο 58 65 40 ο 18 25 ο 54 160 40 ο 18 25 ο 56 115 40 ο 18 25 ο 58 70 40 ο 20 25 ο 54 200 40 ο 20 25 ο 56 120 40 ο 20 25 ο 58 80 40 ο 22 25 ο 54 180 40 ο 22 25 ο 56 140 40 ο 22 25 ο 58 70 40 ο 24 25 ο 54 190 40 ο 24 25 ο 56 130 40 ο 24 25 ο 58 65 40 ο 26 25 ο 54 145 40 ο 26 25 ο 56 135 40 ο 26 25 ο 58 60 40 ο 28 25 ο 54 140 40 ο 28 25 ο 56 130 40 ο 28 25 ο 58 55 40 ο 30 25 ο 54 55 40 ο 30 25 ο 56 55 40 ο 30 25 ο 58 40 40 ο 32 25 ο 54 55 40 ο 32 25 ο 56 30 40 ο 32 25 ο 58 2 40 ο 34 25 ο 54 15 40 ο 34 25 ο 56 15 40 ο 34 25 ο 58 5 Περιεκτι κότητα Cr (ppm)

Εργαστήριο 5ο Γεωχημεία εδάφους 29 Να τοποθετηθούν οι περιεκτικότητες πάνω στον τετραγωνικό κάναβο και στη συνέχεια να χαραχθούν οι ισοχημικές καμπύλες με βάση τα διαστήματα τιμών <10, 10-50, 50-100, 100-150, 150-200, >200 ppm. Απάντηση 25 ο 40 25 ο 60 40 ο 34 40 ο 10

Εργαστήριο 6 ο - Βιογεωχημεία 30 Εργαστήριο 6 ο Βιογεωχημεία Η βιογεωχημεία βασίζεται στο γεγονός ότι οι ρίζες των φυτών μπορούν να προσλαμβάνουν μέταλλα από τα υδατικά διαλύματα του εδάφους, τα οποία μπορεί να εμπλουτίστηκαν σε μέταλλα από την έκπλυση μεταλλευμάτων του υπεδάφους. Έτσι, η ανίχνευση υψηλών συγκεντρώσεων κάποιων στοιχείων-δεικτών στη βλάστηση που υπέρκειται ενός κοιτάσματος μπορεί να υποδηλώσει το κοίτασμα αυτό. Οι χημικές αναλύσεις μπορεί να γίνουν στις ρίζες, τα φύλλα, τα κλαδιά, τον φλοιό του κορμού κ.α. μέρη της βλάστησης. Είναι φανερό ότι η βιογεωχημεία εφαρμόζεται ιδιαίτερα σε περιοχές με πυκνή βλάστηση. Η παρακάτω άσκηση αποτελεί εφαρμογή της βιογεωχημικής μεθόδου. Άσκηση 6.1 Σε μια περιοχή με πυκνή βλάστηση συλλέχθηκαν δείγματα από ρίζες και φύλλα δέντρων. Οι χημικές αναλύσεις των δειγμάτων αυτών ως προς το στοιχείο-δείκτη Μολυβδαίνιο (Μο) έδωσαν τα αποτελέσματα που φαίνονται στον παρακάτω πίνακα. Πίνακας 6.1. Περιεκτικότητες (ppm) φύλλων και ριζών των δέντρων της ερευνούμενης περιοχής σε Μολυβδαίνιο. Δειγματολη ψίας Περιεκτικότητα Mo (ppm) Ρ Φ Δειγματο ληψίας Περιεκτικότητα Mo (ppm) Ρ Φ Δειγματ οληψίας Περιεκτικότ ητα Mo (ppm) Ρ Φ Δειγμα τοληψί ας Περιεκτικότ ητα Mo (ppm) Ρ Φ Δειγμα τοληψί ας Περιεκτικότ ητα Mo (ppm) Ρ Φ 1 10 8 6 32 11 11 17 8 16 8 22 21 15 7 2 15 7 7 38 13 12 14 6 17 10 18 22 10 5 3 16 8 8 30 16 13 12 9 18 6 15 23 8 4 4 25 10 9 26 17 14 10 15 19 9 13 24 10 5 5 28 12 10 20 14 15 5 20 20 10 10 25 7 3 Όπου Ρ = ρίζες και Φ = φύλλα Να σχεδιάσετε τις καμπύλες γεωχημικών ανωμαλιών που λαμβάνουμε τόσο από τα δείγματα ριζών όσο και από τα δείγματα φύλλων.

Εργαστήριο 6 ο - Βιογεωχημεία 31 Απάντηση 40 Περιεκτικότηα ριζών σε Mo 35 30 25 20 15 10 5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Περιεκτικότηα φύλλων σε Mo 40 35 30 25 20 15 10 5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

Εργαστήριο 7 ο Γεωχημική έρευνα υδρογονανθράκων 32 Εργαστήριο 7 ο Γεωχημική έρευνα υδρογονανθράκων Ενώ η γεωφυσική διασκόπηση είναι η σημαντικότερη μέθοδος έρευνας και εντοπισμού κοιτασμάτων υγρών και αερίων υδρογονανθράκων (πετρέλαιο, φυσικό αέριο), η γεωχημική έρευνα μπορεί να αποτελέσει ένα σημαντικό και επικουρικό της γεωφυσικής έρευνας εργαλείο. Κατά τη γεωχημική έρευνα υδρογονανθράκων, τα στοιχεία ή ένώσεις-δείκτες που ερευνώνται έιναι το διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ), το υδρόθειο (H 2 S), η αμμωνία (NH 3 ), το ιώδιο (I 2 ), το μεθάνιο (CH 4 ), το βενζόλιο (C 6 H 6 ) κ.α. Οι ενώσεις αυτές μπορεί να υπάρχουν σε αέρια, ύδατα, πετρώματα ή εδάφη που συνδέονται με κοιτάσματα πετρελαίου ή φυσικού αερίου. Άσκηση 7.1 Σε μια ερευνητική γεώτρηση για εντοπισμό κοιτάσματος πετρελαίου συλλέχθηκαν και αναλύθηκαν με ειδικές συσκευές αέρια και ύδατα σε όλο το βάθος της γεώτρησης. Πιο συγκεκριμένα αναλύθηκαν οι ενώσεις- δείκτες CO 2, H 2 S, NH 3, I 2 και CH 4. Τα αποτελέσματα των αναλύσεων δίνονται στον παρακάτω πίνακα. Να τοποθετηθούν οι περιεκτικότητες στα διαγράμματα που ακολουθούν και να εκτιμηθεί ο πιθανός χώρος εμφάνισης του αναζητούμενου κοιτάσματος. Πίνακας 7.1. Περιεκτικότητες δειγμάτων αερίων και υδάτων μιας ερευνητικής γεώτρησης πετρελαίου σε CO 2, H 2 S, NH 3, I 2 και CH 4 Βάθος δειγματοληψίας CO 2 (%) H 2 S (%) NH 3 (ppm) I 2 (ppm) CH 4 (%) (m) 100 5 2 120 200 10 120 3 1 100 240 12 150 2 1 130 220 13 180 5 3 150 260 12 200 7 6 170 280 15 250 9 7 230 300 17 280 10 8 300 390 20 300 8 6 200 310 15 320 5 5 150 220 15 350 3 3 130 210 14 380 4 2 140 230 12 400 3 1 120 230 10

Εργαστήριο 7 ο Γεωχημική έρευνα υδρογονανθράκων 33 Απάντηση Βάθος Δειγματοληψίας (m) CO 2 (%) H 2 S (%) NH 3 (ppm) I 2 (ppm) CH 4 (%) 0 10 0 10 100 300 200 400 10 20 100 150 200 250 300 350 400

Εργαστήριο 8 ο - Λιθογεωχημεία 34 Εργαστήριο 8 ο Λιθογεωχημεία Η λιθογεωχημεία σχετίζεται με τη λήψη δειγμάτων πετρωμάτων. Τα πετρώματα αυτά μπορεί να φιλοξενούν ή να γειτνιάζουν με κάποιο κοίτασμα και να εμφανίζουν έτσι υψηλές περιεκτικότητες σε ένα στοιχείο-δείκτη. Άσκηση 8.1 Σε μια περιοχή πραγματοποιήθηκε συλλογή δειγμάτων από πυρήνες (τα κοινώς αποκαλούμενα «καρότα») πέντε γεωτρήσεων, τα οποία αναλύθηκαν ως προς το περιεχόμενό τους σε Χαλκό (Cu). Οι γεωτρήσεις απέχουν μεταξύ τους 100 m. Στον παρακάτω πίνακα δίνονται τα αποτελέσματα των χημικών αναλύσεων σε σχέση το βάθος δειγματοληψίας. Να τοποθετηθούν οι περιεκτικότητες στα διαγράμματα που ακολουθούν και να εκτιμηθεί ο πιθανός χώρος εμφάνισης του αναζητούμενου κοιτάσματος. Πίνακας 8.1. Περιεκτικότητες δειγμάτων πυρήνων γεωτρήσεων σε Χαλκό (Cu) σε ppm. Βάθος δειγματοληψίας Γεώτρηση 1 Γεώτρηση 2 Γεώτρηση 3 Γεώτρηση 4 Γεώτρηση 5 (m) 10 100 120 130 110 100 12 120 130 130 140 120 15 125 110 150 120 130 18 115 130 170 160 120 20 130 160 150 180 130 25 100 120 180 200 140 28 126 150 190 190 125 30 150 170 230 210 145 32 155 185 250 220 150 35 145 190 270 210 160 38 180 230 290 230 150 40 190 250 340 280 130 42 250 290 350 290 120 44 280 310 360 340 150 48 300 320 400 360 150 50 200 370 300 370 120 52 150 200 200 300 100 54 130 160 140 250 120 58 100 120 120 200 120 60 110 110 130 150 130

Εργαστήριο 8 ο - Λιθογεωχημεία 35 Απάντηση Βάθος Δειγματοληψίας (m) 10 Γεώτρηση 1 Γεώτρηση 2 Γεώτρηση 3 Γεώτρηση 4 Γεώτρηση 5 100 400 100 400 100 400 100 400 100 400 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Εργαστήριο 9 ο - Υδρογεωχημεία 36 Εργαστήριο 9 ο Υδρογεωχημεία Στην υδρογεωχημεία εφαρμόζουμε γεωχημικές μεθόδους συλλέγοντας ύδατα ποταμών, λιμνών, θαλασσών ή υπόγειων υδροφορέων. Από την ανάλυση των υδάτων αυτών μπορούμε να βγάλουμε συμπεράσματα για την ύπαρξη κοιτασμάτων διαμέσου των οποίων κινήθηκαν τα επιφανειακά ή υπόγεια ύδατα. Στην υδρογεωχημεία, οι κλιματολογικές συνθήκες και η εποχή του χρόνου που εκτελούμε τη δειγματοληψία είναι καθοριστικές στην εκτίμηση των αποτελεσμάτων. Ένα παράδειγμα εφαρμογής της γεωχημείας ποτάμιων υδάτων δίνεται στην παρακάτω άσκηση. Άσκηση 9.1 Από περιοχή με το υδρογραφικό δίκτυο που φαίνεται στην παρακάτω εικόνα συλλέχθηκαν 21 δείγματα υδάτων και αναλύθηκαν ως προς το περιεχόμενο σε Μόλυβδο (Pb). Να τοποθετήσετε στο υδρογραφικό δίκτυο τα αποτελέσματα των αναλύσεων, με βάση τους παρακάτω συμβολισμούς: <50 ppm 51-100 ppm 101-150 ppm >150 ppm Τι συμπεράσματα μπορούν να εξαχθούν; Πίνακας 9.1. Συγκεντρώσεις Pb (ppm) στα ποτάμια ύδατα της μελετούμενης περιοχής. Περιεκτικότ Περιεκτικό Περιεκτ Περιεκτ Περιεκτ Δειγματολη ψίας ητα (ppm) σε Pb Δειγματολ ηψίας τητα (ppm) σε Pb Δειγματ οληψίας ικότητα (ppm) σε Pb Δειγματ οληψίας ικότητα (ppm) σε Pb Δειγματ οληψίας ικότητα (ppm) σε Pb 1 15 6 70 11 120 16 300 21 115 2 55 7 35 12 130 17 120 3 160 8 110 13 45 18 130 4 200 9 10 14 25 19 30 5 400 10 80 15 250 20 45

Απάντηση Εργαστήριο 9 ο - Υδρογεωχημεία 37

38 Βιβλιογραφία Κελεπερτζής Α.Ε. (2000). Εφαρμοσμένη Γεωχημεία, Μακεδονικές Εκδόσεις, Αθήνα, σελ. 301. Φιλιππίδης Α., Μιχαηλίδης Κ., Βαβελίδης Μ. (1990). Σημειώσεις Γεωχημείας ΙΙ, Τμήμα Γεωλογίας Α.Π.Θ., σελ.32. Φιλιππίδης Α., (2005). Εφαρμοσμένη και Περιβαλλοντική Γεωχημεία, Τμήμα Γεωλογίας Α.Π.Θ., σελ.121. Χαραλαμπίδης Γ. (1999). Σημειώσεις για το μάθημα της Εφαρμοσμένης Γεωχημείας, Τμήμα Γεωτεχνολογίας και Περιβάλλοντος, ΤΕΙ Δυτικής Μακεδονίας, σελ. 102. Rollinson H.R. (1993). Using Geochemical Data: Evaluation, Presentation, Interpretation, Longman Ltd, United Kingdom, pp. 352.