Element chimic

Roci sedimentare

Descompunerea rocilor preexistente prin intemperii, transportul și depunerea produselor de intemperii sub formă de sedimente și eventuala formare a rocilor sedimentare ar putea fi de așteptat să producă un amestec brut de materiale, lucrând astfel împotriva unei diferențieri geochimice ulterioare a elementelor. Nu este cazul; procesele sedimentare produc frecvent concentrații remarcabile ale elementelor, ceea ce duce la depozite aproape pure de anumite minerale. Unele pietre de nisip, de exemplu, conțin peste 99 la sută de cuarț, iar unele calcare peste 99 la sută carbonat de calciu. Ultimul este atins în depozitele de sare, cu paturi extinse de anhidrit (CaSO ₄), gips (CaSO ₄ · 2H ₂O), halit (NaCl) și alți compuși. Goldschmidt a comparat procesul sedimentar cu o analiză chimică cantitativă, care implică separarea succesivă a anumitor elemente sau grupuri de elemente.

Cuarțul (SiO ₂) este foarte rezistent la intemperii și se acumulează ca depozite de nisip. Când sunt consolidate aceste depozite formează pietre de nisip, un grup important de roci sedimentare. În condiții speciale, aproape orice mineral poate fi depus în boabele de mărimea nisipului, dar majoritatea mineralelor sunt în cele din urmă descompuse de intemperii. Câteva rezistente pot supraviețui și sunt suficient de concentrate pentru a forma depozite economice cunoscute sub numele de plasatori; cele mai cunoscute sunt probabil nisipurile purtătoare de aur, surse importante ale acestui element, dar depozitele de nisip pot avea concentrații economice de zirconiu (ca zirconul mineral, ZrSiO ₄), titan (ca rutil, TiO ₂ și ilmenit, FeTiO ₃), staniu (ca cassiterită, SnO ₂) și altele.

Aluminosilicatele rocilor igrene, în principal feldsparsele, (K, Na) AlSi ₃ O ₈ și (Na, Ca) (Al, Si) ₄ O ₈, se descompun relativ ușor prin intemperii. Elementele alcaline și calciul sunt îndepărtate în mare parte în soluție, în timp ce aluminiul și siliconul sunt redepozite rapid ca minerale de argilă insolubile. Când sunt consolidate, aceste minerale formează șisturi și pietre de noroi. Mineralele ferromagneziene suferă o descompunere mai complexă, ducând uneori la depunerea de sedimente bogate în fier constând în mare parte din oxidul feric hidratat; astfel de sedimente sunt minereuri de fier valoroase în multe țări.

Calciul este îndepărtat în soluție, în principal, sub formă de bicarbonat de calciu, Ca (HCO ₃) ₂. Cea mai mare parte ajunge în cele din urmă la mare, unde este utilizată de o mare varietate de organisme ca material scheletic sub formă de calcită și aragonită (polimorfe - diferite forme - de CaCO ₃). Acumularea materialelor scheletice după moartea organismelor a format depozite extinse de calcar de-a lungul timpului geologic. Magneziul din apa de mare poate reacționa cu carbonatul de calciu pentru a forma dolomit, CaMg (CO ₃) ₂ și, în acest fel, un pic de magneziu este îndepărtat din soluție și depus în sedimente.

O mare parte din magneziu rămâne însă în apa de mare, care este în esență o soluție diluată de cloruri și sulfați de magneziu, calciu, sodiu și potasiu, cu multe alte elemente în cantități mici (a se vedea tabelul). În circumstanțe geologice speciale, apa de mare poate fi tăiată din oceanul deschis, iar în condiții aride, apa se va evapora și se vor depune albe de sare. Astfel de condiții au apărut în diferite regiuni de-a lungul timpului geologic, iar depozitele de sare rezultate sunt importante din punct de vedere economic ca surse de sodiu, potasiu, calciu, magneziu, clor și sulf.

Cele trei grupe majore de roci sedimentare sunt pietre de nisip, șisturi și roci carbonatate (calcare și dolomiți). Mult mai puține cercetări geochimice au fost dedicate rocilor sedimentare decât rocilor ignee, iar datele pentru conținutul lor de elemente minore și urme sunt, prin urmare, mai puțin extinse. Figurile din tabel arată că elementele minore și urmele au, în general, tendința de a fi mai concentrate în șisturi decât în ​​pietrele de nisip și rocile carbonatate.

Problema sosirii la o compoziție medie pentru toate rocile sedimentare este încă în mare parte nesoluționată, în mare parte din cauza incertitudinii în cantitățile relative de șisturi, pietre de nisip și roci carbonatate. Din argumentele geochimice Clarke a estimat procentele relative ale acestor trei grupuri ca fiind 80: 15: 5, respectiv. Măsurătorile reale ale rocilor sedimentare sugerează că aceste cifre supraestimează cantitatea de șisturi și o subestimează pe cea a calcurilor. Astfel, o compilație a cantităților înregistrate de șisturi, pietre de nisip și calcare în peste 213.000 de metri (700.000 de metri) de formațiuni de roci sedimentare a dat procente relative de 46:32:22, respectiv. Identificarea unei formațiuni ca un calcar, gresie sau șist este totuși probabil brută; șisturile conțin de obicei nisip considerabil, pietrele de nisip pot transporta mult argilă, iar termenul de calcar este aplicat pe multe roci cu 50% sau mai puțin de carbonat. Se pare că calcarele sunt mai proeminente în registrul geologic decât s-ar putea aștepta de la calculele geochimice; acest lucru reflectă probabil faptul că mediile de apă superficială sunt marile locuri ale depunerii de carbonat, în timp ce adâncurile oceanice sunt depozitul în principal al sedimentelor bogate în argilă.

Roci metamorfice

Comparativ puține investigații au fost făcute cu privire la compoziția elementară a rocilor metamorfice. Multe dintre aceste roci păstrează caracteristicile geochimice ale materialelor lor igiene sau sedimentare părinte, iar compoziția lor în vrac a fost puțin modificată în ciuda recristalizării complete și a producerii de noi minerale și structuri în unele cazuri. Unele roci metamorfice au fost însă modificate în mod semnificativ prin eliminarea unor componente și adăugarea altora.

Studiul Geologic al Canadei a efectuat un studiu cuprinzător asupra unei zone întinse a scutului canadian, o regiune de geologie complexă formată în mare parte din roci metamorfice. Dintr-o colecție de peste 8.000 de probe de bază, au fost determinate abundențele medii ale tuturor elementelor majore și ale unui număr de oligoelemente minore și urme; cifrele sunt prezentate în tabel. După cum se poate aștepta, compoziția medie nu este foarte diferită de compoziția medie a rocilor ignee. Prezintă un conținut ceva mai ridicat de siliciu, reflectând probabil o preponderență a granitului față de rocile bazaltice și o abundență relativă de roci sedimentare bogate în cuarț în machiajul original al scutului canadian. Validitatea generală a acestor cifre de abundență pentru rocile metamorfice a fost confirmată de un studiu similar al compoziției medii a rocilor metamorfice din fosta Uniune Sovietică, care a dat rezultate aproape comparabile.