Geochemia - korekta III.indd

Geochemia
krajobrazu
pod redakcją
Urszuli Pokojskiej i Renaty Bednarek
›†ƒ™‹…–™‘ƒ—‘™‡
‹™‡”•›–‡–—‹‘σŒƒ‘’‡”‹ƒ
‘”—ÑʹͲͳʹ
SPIS TREŚCI
Spis treści
Spis treści
Przedmowa .....................................................................................................
11
CZĘŚĆ 1. WIADOMOŚCI WPROWADZAJĄCE
Rozdział I. Elementy chemii ogólnej (Urszula Pokojska) ...................
17
1. Chemiczne podstawy budowy materii..............................................
17
2. Prawo okresowości i układ okresowy pierwiastków Mendelejewa ...
18
3. Budowa atomów ................................................................................
19
4. Jednostka masy atomowej. Pojęcie mola i masy molowej ...............
22
5. Rozmieszczenie elektronów wokół jądra atomowego......................
23
6. Współczesny układ okresowy pierwiastków ....................................
26
7. Elektrony walencyjne a wiązania chemiczne....................................
7.1. Rodzaje wiązań chemicznych ............................................
27
30
8. Oddziaływania międzycząsteczkowe ................................................
34
9. Związki kompleksowe. Chelaty .........................................................
36
10. Roztwory wodne ................................................................................
10.1. Budowa cząsteczki H2O i właściwości wody .....................
10.2. Mechanizmy rozpuszczania substancji stałych ................
10.3. Dysocjacja elektrolitów. Elektrolity mocne i słabe ...........
10.4. Dysocjacja wody. Iloczyn jonowy wody.............................
10.5. Odczyn. Skala pH ...............................................................
10.6. Hydroliza soli .....................................................................
10.7. Roztwory buforowe ............................................................
10.8. Rozpuszczalność. Stężenie roztworów i sposoby jego
wyrażania ...........................................................................
10.9. Roztwór idealny i rzeczywisty ...........................................
38
38
41
44
46
47
48
49
11. Układy koloidalne ..............................................................................
54
12. Utlenianie i redukcja ..........................................................................
12.1. Potencjały redoks ...............................................................
56
57
Literatura ..................................................................................................
60
50
53
6
·
SPIS TREŚCI
Rozdział II. Elementy krystalochemii (Urszula Pokojska) ................
61
1. Stan krystaliczny materii, ciało krystaliczne, kryształ......................
61
2. Związek krystalochemii z pokrewnymi dziedzinami nauki ..............
62
3. Budowa kryształów w świetle krystalografii strukturalnej
i geometrycznej ...................................................................................
3.1. Typy komórek elementarnych i układy
krystalograficzne................................................................
63
64
4. Struktura kryształów w świetle krystalochemii ................................
4.1. Typy kryształów a rodzaj wiązań chemicznych ................
4.1.1. Kryształy jonowe ..............................................
4.1.2. Kryształy kowalencyjne....................................
4.1.3. Kryształy o wiązaniach pośrednich jonowo-kowalencyjnych ...............................................
4.1.4. Kryształy o wiązaniach metalicznych
i mieszanych......................................................
4.2. Pokrewieństwo krystalochemiczne pierwiastków.
Diadochia. Izomorfizm ......................................................
4.2.1. Diadochia a współwystępowanie
pierwiastków w minerałach .............................
4.3. Polimorfizm ........................................................................
67
69
69
70
77
78
Literatura ..................................................................................................
80
Rozdział III. Elementy geochemii (Urszula Pokojska) ........................
81
1. Geochemia jako nauka ........................................................................
81
2. Budowa Ziemi i podstawowe właściwości materii ziemskiej ............
83
3. Stosunki ilościowe pierwiastków chemicznych w geosferach
zewnętrznych ......................................................................................
3.1. Skorupa ziemska ................................................................
3.2. Hydrosfera ..........................................................................
3.3. Atmosfera ...........................................................................
3.4. Klarki pierwiastków ...........................................................
86
86
88
89
91
73
73
74
4. Procesy geologiczne kierujące rozmieszczeniem pierwiastków
chemicznych w skorupie ziemskiej .....................................................
93
4.1. Procesy magmowe ..............................................................
95
4.2. Procesy hipergeniczne ....................................................... 101
4.3. Procesy metamorficzne...................................................... 102
SPIS TREŚCI
·
7
5. Stosunek geochemii krajobrazu do geochemii ................................... 103
Literatura .................................................................................................. 104
CZĘŚĆ 2. PODSTAWY GEOCHEMII KRAJOBRAZU
Rozdział IV. Geochemia krajobrazu jako nauka
(Katarzyna Ostaszewska) .................................................... 107
1. Pojęcie krajobrazu w naukach przyrodniczych .................................. 107
2. Miejsce geochemii krajobrazu w systemie nauk ................................ 109
3. Geochemia krajobrazu w tradycyjnym ujęciu
szkoły rosyjskiej................................................................................... 110
3.1. Rys historyczny .................................................................. 110
3.2. Przedmiot badań geochemii krajobrazu ........................... 113
Literatura .................................................................................................. 117
Rozdział V. Chemizm powłoki krajobrazowej Ziemi (epigeosfery) .......... 119
1. Wprowadzenie (Urszula Pokojska)................................................ 119
2. Chemizm dolnej warstwy atmosfery (troposfery)
(Urszula Pokojska) .........................................................................
2.1. Rola troposfery w epigeosferze .........................................
2.2. Substancje pochodzące z powierzchni Ziemi
w atmosferze ......................................................................
2.3. Ozon w atmosferze ............................................................
2.4. Gazy cieplarniane ...............................................................
2.5. Gazy kwasotwórcze (tlenki siarki i azotu) ........................
2.6. Aerozol atmosferyczny, kondensacja pary wodnej,
opady atmosferyczne .........................................................
2.7. Geochemiczna charakterystyka wód opadowych .............
3. Chemizm hydrosfery (Urszula Pokojska)......................................
3.1. Rola hydrosfery w epigeosferze .........................................
3.2. Najważniejsze procesy chemiczne zachodzące
z udziałem wody.................................................................
3.3. Czynniki wpływające na chemiczną aktywność wód
naturalnych ........................................................................
3.3.1. Temperatura......................................................
3.3.2. Odczyn ..............................................................
120
120
122
123
126
129
133
136
142
142
144
145
146
147
8
·
SPIS TREŚCI
3.3.3. Zdolności buforowe ..........................................
3.3.4. Potencjał redoks................................................
3.3.5. Zawartość substancji mineralnych ..................
3.3.6. Zawartość substancji organicznych .................
Ewaporacja wody i krystalizacja soli .................................
Podział wód naturalnych według wielkości mineralizacji
Krótka charakterystyka geochemiczna różnych rodzajów
wód naturalnych.................................................................
3.6.1. Słodkie wody lądowe ........................................
3.6.1.1. Rzeki ..............................................
3.6.1.2. Jeziora ...........................................
3.6.1.3. Płytkie wody podziemne ..............
3.6.2. Wody jezior słonawych i słonych .....................
3.6.3. Wody morskie ...................................................
Bilans jonowy wody ...........................................................
150
152
155
156
157
159
4. Chemizm biosfery (Helena Dziadowiec) ........................................
4.1. Definicja biosfery ...............................................................
4.2. Zróżnicowanie gatunkowe i skład chemiczny
organizmów żywych...........................................................
4.2.1. Zróżnicowanie gatunkowe organizmów ..........
4.2.2. Skład chemiczny organizmów ..........................
4.3. Produkcja i procesy przekształceń materii organicznej ...
4.3.1. Produkcja materii organicznej .........................
4.3.2. Procesy przekształceń materii organicznej
i udział gleb w tych procesach ..........................
4.4. Zasoby materii organicznej ...............................................
4.4.1. Zasoby biomasy ................................................
4.4.2. Zasoby martwej materii organicznej ...............
4.5. Rola związków humusowych w funkcjonowaniu
biosfery ...............................................................................
4.6. Wpływ biosfery na inne sfery powłoki krajobrazowej
Ziemi ...................................................................................
4.6.1. Wpływ biosfery na atmosferę ..........................
4.6.2. Wpływ biosfery na hydrosferę .........................
4.6.3. Wpływ biosfery na litosferę .............................
180
180
3.4.
3.5.
3.6.
3.7.
161
162
165
169
172
174
176
179
182
182
183
188
188
194
200
200
204
204
208
208
211
212
5. Chemizm zewnętrznej warstwy litosfery (strefy hipergenezy)
(Urszula Pokojska) ......................................................................... 214
5.1. Główne minerały skałotwórcze skorupy ziemskiej .......... 214
5.2. Krystalochemia krzemianów ............................................. 216
SPIS TREŚCI
5.3. Wietrzenie skał i minerałów ..............................................
5.3.1. Struktura krzemianów a ich odporność na
wietrzenie chemiczne .......................................
5.3.2. Czynniki i procesy chemicznego wietrzenia
minerałów .........................................................
5.3.3. Produkty chemicznego wietrzenia
krzemianów ......................................................
5.3.3.1. Minerały ilaste ..............................
5.3.3.2. Wtórne tlenki ................................
5.3.3.3. Składniki rozpuszczalne i ich losy
5.3.4. Zwietrzeliny ......................................................
5.4. Pokrywa zwietrzelinowa a pedosfera ................................
·
9
220
222
223
226
227
232
235
236
238
Literatura .................................................................................................. 242
Rozdział VI. Migracja pierwiastków chemicznych w krajobrazie
(Urszula Pokojska) .............................................................. 249
1. Pojęcia podstawowe............................................................................. 250
1.1. Migracja wodna .................................................................. 251
1.2. Migracja biologiczna .......................................................... 254
2. Wybrane pierwiastki ...........................................................................
2.1. Krzem .................................................................................
2.2. Glin .....................................................................................
2.3. Żelazo .................................................................................
2.4. Mangan ...............................................................................
2.5. Wapń ...................................................................................
2.6. Sód ......................................................................................
2.7. Chlor ...................................................................................
2.8. Węgiel .................................................................................
2.9. Azot.....................................................................................
2.10. Siarka ..................................................................................
2.11. Fosfor ..................................................................................
257
257
259
263
267
270
273
275
276
280
283
289
Literatura .................................................................................................. 292
Rozdział VII. Klasyfikacja geochemiczna krajobrazów naturalnych
(Bogumił Wicik i Katarzyna Ostaszewska) .................... 295
1. Pojęcia podstawowe............................................................................. 295
2. Typologia krajobrazów elementarnych .............................................. 299
10
·
SPIS TREŚCI
3. Jednostki klasyfikacji krajobrazów geochemicznych i podstawy ich
wyróżniania ......................................................................................... 303
Literatura .................................................................................................. 311
Rozdział VIII. Przykłady badań krajobrazowo-geochemicznych
(Katarzyna Ostaszewska i Bogumił Wicik) .................. 313
1. Wprowadzenie ..................................................................................... 313
2. Badania krajobrazów geochemicznych ...............................................
2.1. Krajobrazy strefy umiarkowanej leśnej ............................
2.1.1. Krajobrazy starych gór – Taunus .....................
2.1.2. Krajobrazy sandrów młodoglacjalnych –
Bory Tucholskie ................................................
2.2. Krajobrazy strefy stepowej ................................................
2.2.1. Krajobrazy suchych stepów – Wyżyna
Mongolska .........................................................
2.3. Krajobrazy strefy gorącej leśnej.........................................
2.3.1. Krajobrazy na skałach ultrazasadowych –
północno-wschodnia Kuba ...............................
2.4. Krajobrazy subakwalne ......................................................
2.4.1. Jezioro Gościąż .................................................
2.4.2. Jezioro Czad ......................................................
3. Badania strumieni migracyjnych ........................................................
3.1. Ekosystemy strefy umiarkowanej leśnej – Solling
(Niemcy) .............................................................................
3.2. Ekosystemy strefy gorącej leśnej –
las oligotroficzny w Wenezueli ..........................................
3.3. Studia porównawcze ..........................................................
313
314
314
321
328
328
334
335
344
344
348
355
355
360
364
Literatura .................................................................................................. 367