1 ΓΕΩΧΗΜΕΙΑ Δ ΕΞΑΜΗΝΟ ΕΙΣΑΓΩΓΗ- ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ Χριστίνα Στουραϊτη
ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΑΘΗΜΑΤΩΝ ΓΕΩΧΗΜΕΙΑΣ Δ ΕΞΑΜΗΝΟ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΟ ΕΤΟΣ 2018-2019 ΕΒΔΟΜΑΔΑ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟ ΔΙΔΑΣΚΟΥΣΑ 1 η 2 η Εισαγωγή- Επεξηγήσεις, κανονισμοί και τρόπος αξιολόγησης. Η γεωχημεία στο πρόγραμμα σπουδών. Αντικείμενο της Γεωχημείας. Περιεχόμενα μαθήματος. Στοιχεία Κοσμοχημείας Δομή του ατόμου. Χημικά στοιχεία & γεωχημική θεώρηση του περιοδικού πίνακα των στοιχείων. Ταξινόμηση στοιχείων κατά Goldschmidt Α. Αργυράκη 3 η Στοιχεία κρυσταλλοχημείας. Ιοντικές υποκαταστάσεις. Συντελεστής κατανομής ιχνοστοιχείων. 4 η Γεωχημεία μαγμάτων Ι Γεωχημεία μαγμάτων ΙΙ 5 η Εφαρμογή των νόμων της θερμοδυναμικής σε γεωχημικές διεργασίες βάθους Ι. Εφαρμογή των νόμων της θερμοδυναμικής σε γεωχημικές διεργασίες βάθους ΙΙ. 6 η Γεωχημεία ισοτόπων. Θεωρία των ισοτόπων. Σύγχρονες μέθοδοι ραδιοχρονολόγησης μαγματικών πετρωμάτων και μεταμορφικών γεγονότων (Rb-Sr, Sm-Nd, Ar-Ar, 14C) 7 η Σταθερά ισότοπα (Η, Ο, C, N, S). Θεωρία & εφαρμογές στη γεωλογία Εφαρμογές της γεωχημείας των ιχνοστοιχείων και ισοτόπων στη μελέτη γεωχημικών διεργασιών. Σύνοψη διεργασιών βάθους. 2 8 η 1 η ΠΡΟΟΔΟΣ
ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΑΘΗΜΑΤΩΝ ΓΕΩΧΗΜΕΙΑΣ Δ ΕΞΑΜΗΝΟ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΟ ΕΤΟΣ 2017-18 ΜΕΡΟΣ Ι - ΚΡΥΣΤΑΛΛΟΧΗΜΕΙΑ Δομή του ατόμου Χημικοί δεσμοί ΜΕΡΟΣ ΙΙ - ΧΗΜΙΚΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ Βασικές αρχές Θερμοδυναμικής Θερμοδυναμική των διαλυμάτων Γεωθερμομετρία & Γεωβαρομετία Αντιδράσεις ορυκτών και ρευστών Αντιδράσεις οξειδοαναγωγής ΜΕΡΟΣ ΙΙΙ ΓΕΩΧΗΜΕΙΑ ΙΣΟΤΟΠΩΝ Ραδιενεργά ισότοπα Σταθερά ισότοπα ΜΕΡΟΣ IV ΥΠΕΡΣΥΣΤΗΜΑ ΓΗ Πυρήνας Μανδίας Φλοιός Φλοιός Υδρόσφαιρα Ατμόσφαιρα 3
4 Συγγράμματα
Γεωχημεία μαγματικών πετρωμάτων 5 Γιατί μελετάμε τα μαγματικά πετρώματα? Τι προσδοκούμε να μάθουμε? Τι είδους απαντήσεις ψάχνουμε?
Στόχοι 6 Κατανόηση των ηφαιστειακών διεργασιών Εκτίμηση του κινδύνου έκρηξης ενός ηφαιστείου μελετώντας τα ηφαιστειακά προϊόντα προηγούμενων εκρήξεων Διερεύνηση των διεργασιών μαγματικού θαλάμου κάτω από ένα ηφαίστειο Διερεύνηση της δομής και της σύστασης του φλοιού Από τη μελέτη παλαιών πυριγενών πετρωμάτων εξάγουμε συμπεράσματα για το τεκτονικό περιβάλλον σχηματισμού τους
Στόχοι 7 Κατανόηση του τρόπου σχηματισμού των οικονομικά εκμεταλλεύσιμων ορυκτών πόρων (κοιτάσματα) Προσδιορισμός της απόλυτης ηλικίας απόθεσης μιας στρωματογραφικής ακολουθίας ιζηματογενών και ηφαιστειακών πετρωμάτων Προσδιορισμός της προέλευσης των μαγμάτων (συνθήκες σχηματισμού) Προσδιορισμός των «γεωχημικών επαρχιών» (geochemical domains) του μανδύα και η εξέλιξη τους στο χρόνο.
8 Τι πληροφορίες μας παρέχουν τα πυριγενή πετρώματα Πληροφορίες για μαγματικές διεργασίες που συμβαίνουν στην επιφάνεια της γης σε σύγχρονα περιβάλλοντα αλλά και παλαιότερα Πληροφορίες για διεργασίες που συμβαίνουν σε μεγάλα βάθη που δεν μπορούμε να προσεγγίσουμε, πχ. σε ένα μαγματικό θάλαμο βάθους 5 km, κάτω από ένα ενεργό ηφαίστειο, του οποίου τα προϊόντα τα μελετάμε στην επιφάνεια
9 Ηφαίστειο Σαντορίνης (πηγή: ISMOSAV 2008)
10 Ερευνητική δραστηριότητα Τομέα Γεωχημείας Οικονομικής Γεωλογίας Γεωχημικές έρευνες εντοπισμού ορυκτών πρώτων υλών που συνδέονται με μαγματικά σώματα Γεωχημικές έρευνες για τη μελέτη της γένεσης πετρολογικών σχηματισμών. Μελέτη περιβαλλοντικών επιπτώσεων από την εκμετάλλευση των ορυκτών πόρων Εφαρμοσμένη έρευνα για την ανάπτυξη μεθόδων απορρύπανσης εδαφών και νερών. Μελέτη των γεωλογικών υλικών (δομής και σύστασης) στα πλαίσια αρχαιομετρικών ερευνών.
Λιθογεωχημεία Εργασίες υπαίθρου 11 (1) (2)
Χημικές αναλύσεις 12 (1) (3) (4) (2)
13 Αναλύσεις σε ορυκτά
Ερμηνεία χημικών αναλύσεων 14 SAMPLE No. CS16 CS16- M2A CS16- M3 CS16- M3-Mn CS16- M5 CS16- M5 CS16- M5 CS15-4A CSD1 Tectonic Unit Lithology Location Dolomitic marble Marble Hymittos Unit (Upper Marble) Mica Schist Marble Marble Zn-Feoxide ore Zn-Feoxide ore (Lower Marble) Dolomitic marble Vari Unit Dolomite A.I.K A.I.K A.I.K A.I.K G.N G.N G.N Sesi Vari SiO 2 (wt %) 1.04 8.91 14.76 0.44 2.21 5.83 1.45 0.41 0.15 TiO 2 <0.01 <0.01 0.59 <0.01 0.06 0.18 <0.01 <0.01 <0.01 Al 2 O 3 <0.01 0.31 11.11 0.27 1.46 3.94 0.62 <0.01 <0.001 Fe 2 O 3 0.66 0.19 19.99 0.99 7.61 25.84 47.69 2.17 0.21 MnO 0.10 0.06 0.02 1.15 0.07 0.10 0.07 0.49 0.04 MgO 20.70 0.45 0.89 0.78 0.39 0.40 <0.011 18.05 18.23 CaO 34.28 52.48 18.01 59.34 46.1 33.5 21.7 36.89 36.84 Na 2 O 0.41 0.10 0.55 0.50 0.16 <0.05 <0.06 0.18 0.24 K 2 O 0.07 0.20 4.39 0.10 0.56 1.34 0.02 0.12 0.07 C 6.2 9.8 4.4 11.1 10.1 6.80 4.70 12.2 12.6 S 0.02 b.d.l 1.9 0.05 b.d.l 0.01 0.07 b.d.l b.d.l LOI 27 35 20 42 38 29 26 41 45 V (ppm) 27 <10 112 45 <16 <24 <21 12 25 Cr 82 69 164 111 63 <22 <20 74 77 Co <8 <5 <51 <11 <33 <59 212 25 13 Ni 11 38 140 60 14 17 <7 17 10 Cu 65 94 >1414 197 <3 <4 21 53 5 Zn 20 33 <3 <1 9504 15417 23981 44 416 As 29 <5 >12966 139 <20 84 <31 50 <5 Rb 1 3 53 <1.0 3 6 <1.6 2 0 Sr 84 66 26 27 11 9 8 188 132 Mo <18 <25 351 <26 <25 <39 <43 <22 <20 Cd 7 11 <5 <3 200 466 >1534 <3 3 Sb 13 <5 255 >498 <6 <9 <14 <4 9 Ba 184 525 2741 36 692 2061 <34 <28 56
Ερμηνεία Ορυκτολογικών αναλύσεων 15 Table 2. Microprobe analyses of plagioclase crystals Calculation of Chemical Formula Sample SER-1A (Core) Outer Grd - G1 SER-1A (Rim_ 1) Outer Grd - G1 SER-1A (Rim_ 2) Outer Grd - G1 SER-52A (Core) Outer Grd - G1 SER-52B SER-52A (R) (Core) Outer Grd - G1 Outer Grd - G1 LOCATION Livadakhi Livadakhi Livadakhi Psili Ammos Psili Ammos Psili Ammos SiO2 57.72 55.44 65.03 57.59 60.22 56.59 TiO2 0.00 0.02 0.01 0.00 0.00 0.04 Al2O3 26.28 27.87 18.37 26.81 25.49 27.75 FeO 0.16 0.24 0.04 0.14 0.19 0.14 MnO 0.02 0.02 0.01 0.01 0.01 0.05 MgO 0.01 0.00 0.00 0.01 0.00 0.00 CaO 8.48 10.57 0.02 8.86 7.29 10.05 Na2O 6.71 5.65 1.27 6.82 7.81 6.19 K2O 0.30 0.28 15.27 0.32 0.34 0.19 TOTAL 99.68 100.09 100.02 100.56 101.35 101.00 Oxygens = 8 8 8 8 8 8 Si 2.596 2.500 2.997 2.573 2.658 2.524 Al 1.393 1.482 0.998 1.412 1.326 1.459 Ti 0.000 0.001 0.000 0.000 0.000 0.001 Fe 0.006 0.009 0.002 0.005 0.007 0.005 Mn 0.001 0.001 0.000 0.000 0.000 0.002 Mg 0.001 0.000 0.000 0.001 0.000 0.000 Ca 0.409 0.511 0.001 0.424 0.345 0.480 Na 0.585 0.494 0.113 0.591 0.668 0.535 K 0.017 0.016 0.898 0.018 0.019 0.011 Total 5.008 5.013 5.009 5.025 5.023 5.018 Or 1.702 1.578 88.689 1.765 1.854 1.053 Ab 57.878 48.393 11.213 57.183 64.748 52.154 An 40.420 50.029 0.098 41.052 33.398 46.793
16 Σχέση Γεωχημείας και Τεκτονικού Περιβάλλοντος
17
Σκοπός του μαθήματος 18 Στο τέλος του μαθήματος: Θα είστε σε θέση να «διαβάσετε» μια χημική ανάλυση ολικού πετρώματος, να χαρακτηρίσετε το είδος του πετρώματος και το περιβάλλον σχηματισμού του. να καθορίσετε ένα σχέδιο δειγματοληψίας και αναλύσεων συγκεκριμένων χημικών παραμέτρων σε μια περιοχή μελέτης. Θα είστε σε θέση να κατανοήσετε την πολυπλοκότητα των γεωχημικών διεργασιών, βασιζόμενοι στις γνώσεις σας σεχτικά με την σταθερότητα των ορυκτών αλλά και των χημικών στοιχείων και την κινητικότητα τους στα διάφορά περιβάλλοντα (μαγματικό-υδοθερμικό περιβάλλον).