Цели освоения дисциплины. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата




Цели освоения дисциплины

Целями освоения дисциплины (модуля) является: ознакомление студентов с основными достижениями и современными направлениями исследований в геохимии окружающей среды, освоение методических приёмов исследования горных пород и руд, использования этих приёмов при изучении и реконструкции природных процессов, прогнозировании, поисках и разведке полезных ископаемых.

 

Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата

Дисциплина «Геохимия окружающей среды» представляет собой базовую часть цикла профессиональных дисциплин (Б3) и проводиться после основных курсов минералого-петрографического цикла. Курс базируется на дисциплинах математического и естественно-научного цикла – «Химия» «Физика» «Общая геология» и дисциплин профессионального цикла: «Минералогия с основами кристаллографии и петрографии», «Структурная геология», читаемых в 1-5 семестрах. В результате прохождения всего курса студент приобретает знания, необходимые для освоения дисциплины «Основы учения о полезных ископаемых», и «Мониторинг опасных геологических процессов», читаемых в 7 и 8 семестрах.

Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины «Геохимия окружающей среды»

 

Процесс изучения учебной дисциплины «Геохимия окружающей среды» направлен на формирование элементов следующих компетенций:

а) общекультурных (ОК):

владеет культурой мышления, способен к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей её достижения (ОК-1);

умеет логически верно, аргументировано и ясно строить устную и письменную речь (ОК-2);

осознает социальную значимость своей будущей профессии, обладает высокой мотивацией к выполнению профессиональной деятельности (ОК-8);

способен анализировать социально-значимые проблемы и процессы (ОК-10);

способен понимать сущность и значение информации в развитии современного информационного общества, сознавать опасности и угрозы, возникающие в этом процессе, соблюдать основные требования информационной безопасности, в том числе защиты государственной тайны (ОК-11);

владеет основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации (ОК-12);

имеет навыки работы с компьютером как средством управления информацией (ОК-13);

способен работать с информацией в глобальных компьютерных сетях (ОК-14);

владеет одним из иностранных языков на уровне не ниже разговорного (ОК-15);

владеет основными методами защиты производственного персонала и населения от возможных последствий аварий, катастроф, стихийных бедствий (ОК-16);

б) профессиональных (ПК)

общенаучных:

имеет представление о современной научной картине мира на основе знаний основных положений философии, базовых законов и методов естественных наук (ПК-1);

способен использовать в Геохимии окружающей среды базовые знания естественных наук, математики, информатики, геологических наук (в соответствии с профилем подготовки) (ПК-2);

способен использовать полученные знания для решения профессиональных геологических задач (ПК 6).

 

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

Знать по курсу «Геохимия окружающей среды»: особенности распространённости, закономерности миграции, концентрации и рассеяния химических элементов в геологических объектах (породах, рудах, минералах, подземных водах, почвах и др.), в гипогенных и гипергенных геологических процессах, механизмы массопереноса в миграции и в процессах рудообразования.

Уметь: различать различные типы природных и техногенных геохимических барьеров, вести обработку аналитического материала и выделять в нём значения, соответствующие «геохимическому» фону», «геохимической аномалии». Разбираться в аналитических методах геохимических исследований и использовать их при решении задач техногенной загрязненности окружающей среды и поисков месторождений полезных ископаемых.

Владеть: приёмами обработки больших массивов аналитической информации, интерпретации полученных результатов, анализом проблем техногенеза на урбанизированных ландшафтах и сельскохозяйственных территориях, моделированием геохимических условий формирования месторождений.

 


4. Структура и содержание дисциплины (модуля)

Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетные единицы, 144 академических часа.

Структура дисциплины

№ п/п Раздел дисциплины Семестр Неделя семестра Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах) Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра) Формы промежуточной аттестации (по семестрам)
Всего Лекции Практические занятия Самостоятельная работа КСР
  Введение. История геохимии окружающей среды               Собеседование
2. Геохимические классификации химических элементов               Собеседование Реферат Доклад
3. Основы кристаллохимии и изоморфизма               Собеседование
  Миграция химических элементов               Собеседование Реферат Доклад
  Геохимические барьеры               Собеседование Реферат Доклад
6. Химический состав земной коры               Приём практически заданий
  Геохимия магматических процессов               Собеседование Реферат Доклад
  Геохимия гидротермальных процессов               Приём практических заданий
  Геохимия метаморфических процессов               Собеседование Реферат Доклад
  Геохимия гидросферы               Собеседование Реферат Доклад
  Геохимия гипергенных процессов               Приём практических заданий
  Геохимия галогенеза               Собеседование Реферат Доклад
13. Геохимия диагенеза и катагенеза               Приём практических заданий
  Миграция и накопление элементов в биосфере               Реферат Доклад
  Геохимия ландшафтов               Собеседование Реферат Доклад
  Прикладная геохимия               Приём практических заданий
  Форма аттестации               Экзамен  
  Итого:                

 

Содержание дисциплины

 

1. Введение. История «Геохимии окружающей среды». Определение «Геохимии окружающей среды» как науки о распространенности и закономерностях миграции, концентрации и рассеяния химических элементов. Объекты исследования геохимии, Геохимические системы и геохимические процессы. Основные разделы геохимии и их достижения: космогеохимия, биогеохимия, термобарогеохимия, геохимия отдельных элементов и изотопов, геохимия природных процессов, региональная геохимия и др. Развитие геохимических знаний. Исторические предпосылки возникновения геохимии. Работы Ф.Кларка, В.И.Вернадского, В.М.Гольдшмидта, А.Е.Ферсмана, А.П..Виноградова. Роль геохимии в выявлении минеральных ресурсов, охране окружающей среды, Современные задачи «Геохимии окружающей среды». Химико-аналитические, физико-химические методы исследований. Роль экспериментальных методов. Геохимические модели. Актуальность проблемы охраны природы. Негативные последствия научно-технической революции. Содержание и задачи курса.

2. Геохимические классификации химических элементов. Представление о строении электронных оболочек атомов. Валентность, кислотно-основные, окислительно-восстановительные свойства химических элементов. Зависимость свойств химических элементов от строения их электронных оболочек. Радиоактивные и стабильные элементы. Изотопы, изобары, изотоны. Фракционирование стабильных легких элементов в геохимических процессах. Распространенность легких и тяжелых элементов. Дефицитные и избыточные элементы. Геохимические классификации химических элементов А.Е.Ферсмана, В.И.Вернадского, В.М.Гольдшмита, А.Н.Заварицкого.

3.Основы кристаллохимиии и изоморфизма. Роль ионного состояния вещества в геохимических системах. Потенциал ионизации и потенциал возбуждения. Ионные и атомные радиусы. Катионогенные и анионогенные элементы. Поляризация атомов и ионов. Химический характер элементов в зависимости от отношения валентности к радиусу иона. Элетроотрицательность атомов, Сродство химических элементов к кислороду, сере. Явление изоморфизма атомов и ионов в кристаллах. Основные типы изоморфизма. Изоморфизм и ассоциации химических элементов в природе. Изоморфные ряды химических элементов. Влияние физико-химических условий на образование изоморфных смесей. Энергетический аспект изоморфизма. Характерные изоморфные замещения в минералах, слагающих земную кору. Изоморфная емкость минералов.

4.Миграция химических элементов. Формы нахождения химических элементов в геохимических системах. Факторы миграции по А.Е.Ферсману (внутренние, внешние, экстенсивные, интенсивные). Внутренние факторы миграции химических элементов. Использование потенциала Картледжа, Эков А.Е.Ферсмана для оценки миграционных способностей элементов. Роль радиусов ионов, гравитационных и радиоактивных свойств элементов в миграции. Внешние факторы миграции: термодинамические функции состояния (внутренняя энергия, энтропия, изобарно-изотермический потенциала, геохимическая интерпретация некоторых законов термодинамики: закона Гесса, Оствальда, принципа Ле-Шателье, правила фаз Гиббса). Роль водородного и кислородного потенциала в миграции химических элементов. Еh и рH природных сред. Коллоидная форма миграции химических элементов. Гидрозоли и гидрогели. Коагуляция коллоидов и ее причины. Адсорбция и абсорбция химических элементов коллоидами. Метаколлоиды. Геохимическая роль коллоидов. Формы и механизм переноса химических элементов в процессах их миграции. Диффузия и конвекция (инфильтрация) Ведущие, второстепенные, инертные и вполне подвижные элементы геохимических систем. Роль отношений химических элементов в анализе интенсивности их миграции.

5. Геохимические барьеры. Типы геохимических барьеров: механические, физико-химические, биогенные, техногенные. Классификация физико-химических и техногенных геохимических барьеров по А.И.Перельману. Условия отложения минералов на геохимических барьерах. Сорбционные барьеры. Катионный обмен. Геохимические барьеры в гипогенных и гипергенных геохимических системах (примеры).

6. Химический состав земной коры. Химический состав вещества солнечной системы, Солнца, Земли. Химический состав основных оболочек Земли. Понятие об «окружающей среде», «геохимических системах», «геохимическом фоне», «геохимических природных и антропогенных аномалиях». Источники энергии геохимических процессов. Породы верхней мантии, Полиморфизм силикатов и строение нижней мантии, ядра. Средний химический состав земной коры. Методы ее оценки. Работы Ф.Кларка, В.М.Гольдшмидта, В.И.Вернадского, А.Е.Ферсмана, А.П.Виноградаова, А.Б.Ронова и др. по определению среднего состава земной коры. Кларки и кларки концентраций химических элементов. Зависимость величин кларков химических элементов от их положения в периодической системе. Атмосфера. Строение, состав и происхождение. Главные, второстепенные микрокомпоненты атмосферы. История и геохимическая роль кислорода, азота, углекислоты и других компонентов. Ксенокомпоненты, в том числе и антропогенные
загрязнители атмосферы. Геохимическая роль атмосферы в современной геологической эпохе.

7. Геохимия магматических процессов. Причина и глубина зарождения магматических расплавов. Состав магмы. Условия ее кристаллизации. Механизм перераспределения вещества. Кристаллизационная, гравитационная дифференциация, ликвация. Роль летучих в магме. Магмафильные и магмафобные летучие компоненты, трансмагматические флюиды и флюидное расслоение расплавов. Кислотно-щелочные и окислительно-восстановительные условия в магме, методы их установления. Химические элементы, характерные для протокристаллизации и для конечных стадий магматического процесса. Когерентные и некогерентные элементы. Пегматиты, условия их образования. Классификация, стадии процесса. Химические элементы, характерные для пегматитового процесса.

8. Геохимия гидротермальных процессов. Определение понятия гидротерм. Современные гидротермы, их классификация, роль в петрогенезисе. Источники воды и вещества гидротерм. Форма присутствия химических элементов в гидротермальных растворах. Способы отложения вещества, механизм массопереноса: диффузия и инфильтрация. Эволюция кислотности-щелочности гидротерм. Геохимические барьеры гидротермальных систем. Роль методов термобарогеохимии в установлении условий образования гидротермалитов. Особенности формирования гидротермальных метасоматитов в областях наземного вулканизма и в тафрогенных областях.

9. Геохимия метаморфических процессов. Различия процессов метаморфизма и катагенеза. Роль давления и температуры в процессах метаморфизма. Масштабы и механизм массопереноса при метаморфизме. Матасоматизм: ранняя щелочная, кислотная и поздняя щелочная стадии, метасоматиты, связанные по условиям образования с этими стадиями. Инертность и подвижность элементов при метаморфизме.

10. Геохимия гидросферы. Распределение воды на Земле. Виды вод: океанические, поверхностные, подземные и др. Образование гидросферы. Вода как среда миграции химических элементов. Химический
состав природных вод и факторы его формирования. Антропогенные изменения химического состава природных вод и его последствия. Современный океан. Состав его вод. Эволюция химического состава вод океана в геологической истории. Источники растворенного вещества океанических вод. Кислотно-щелочные и окислительно-восстановительные условия в океане. Взаимодействие океана с атмосферой, растворенные газы в океанической воде, их роль в процессах седиментогенеза. Сравнение состава океанических вод и вод континента. Геохимические барьеры в различных участках акваторий морских бассейнов.

11. Геохимия гипергенных процессов. Классификация процессов гипергенеза. Факторы миграции химических элементов при гипергенезе. Миграционные ряды химических элементов при гипергенезе по Б.Б.Полынову и А.И.Перельману. Потенциалзадающие компоненты гипергенеза. Зависимость минеральных парагенезисов химических осадков от соотношения кислородного и водородного потенциалов среды. Геохимические фации седиментогенеза. Коры выветривания окислительного, глеевого и сульфидного ряда. Геохимические процессы в зоне окисления месторождений. Геохимические процессы в водоносных горизонтах окислительного, глеевого и сероводородного ряда.

12. Геохимия галогенеза. Геохимические процессы в осолоняющихся бассейнах. Морской и континентальный галогенез. Возможности реконструкции галогенеза по результатам изучения включений в минералах. Эволюция галогенеза в истории Земли. Роль галогенных толщ в геохимической истории осадочнопородных бассейнов.

13. Геохимия диагенеза и катагенеза. Геохимия диагенетических процессов без участия и при участии органического вещества. Потенциалзадающие компоненты диагенеза. Геохимия катагенетических процессов. Факторы и индикаторы катагенеза, закономерности перераспределения химических элементов при катагенезе.

14. Миграция и накопление элементов в биосфере. Общие особенности биогенной миграции. Биогенное минералообразование и породообразование. Геохимическая история кислорода в атмосфере. Геохимические классификации химических элементов по условиям их миграции в биосфере. Учение о «биосфере» В.И. Вернадского. Особенности биологического круговорота химических элементов. Функции биосферы. Развитие понятия о «биосфере». Техническая деятельность человека и ее геохимические последствия. Почвы и их геохимическая роль. Факторы почвообразования. Составные части
почвы и их роль в функционировании почвы, изменение ее химического состава. Формы нахождения химических элементов в почвах, осадках и породах, их влияние на миграционную способность элементов, доступность их растениям. Геохимические аномалии в почвах.

15.Геохимия ландшафта. Краткая история возникновения и развития «геохимии ландшафта». Работы В.В. Докучаева, В.И. Вернадского, А.Е. Ферсмана, Б.Б. Полынова. Сферы приложения «геохимии ландшафта». Понятие об «элементарном» и «местном геохимическом» ландшафтах, границах и структуре (структурные элементы и ярусы) «элементарного ландшафта», «доландшафтных» и «надландшафтных» уровнях, особенностях биологического и физико-химического круговоротов химических элементов. Понятие о направленности изменения химического состава и свойств ландшафта во времени. «Закон биологического круговорота элементов» А.И. Перельмана. Роль рН и Eh в миграционной способности элементов ландшафта. Классификация природных вод по рН и обстановок по Eh.

16. Прикладная геохимия. Региональная геохимия. Геохимические эпохи. Геохимические провинции. Главные эпохи накопления отдельных элементов в истории Земли (железо, соли, карбонаты, кремнистые отложения). Элементы прикладной геохимии. Роль геохимических методов при поисках рудных и нерудных месторождений полезных ископаемых Методы литогеохимии, термобарогеохимии. Использование аддитивных, мультипликативных геохимических показателей. Человечество как геохимический фактор. Техногенная геохимия.

По разделу «Геохимия окружающей среды» предусмотрены практические занятия. Основную часть занятий составляет знакомство с методами получения и обработки первичной геохимической информации, полученной при работе групп исследователей геологического факультета СГУ:

1.Расчет и сравнение с кларком средних содержаний некоторых микроэлементов в кайнозойских отложениях Саратовского Заволжья и породах Хинганского района (Амурская область).

2.Расчет и сравнение кларков концентраций некоторых микроэлементов в кайнозойских отложениях Саратовского Заволжья и породах Хинганского района (Амурская область) и оценка металлогенической специализации регионов.

3.Расчет баланса вещества при образовании кор выветривания по основным породам на Южном Урале с учетом объемного веса и химического анализа.

4.Установление рядов миграции химических элементов при образовании мезозойских кор выветривания (Южный Урал).

4.Расчет коэффициента биологического накопления некоторых микроэлементов по результатам спектрального анализа почв в районах нефтегазовых месторождений Саратовского Заволжья.

5.Расчет баланса вещества при образовании кальций-магниевых метасоматитов на Слюдянском месторождении флогопита.

6.Отображение на генетических диаграммах типа 2K+-Mg2+-SO42- состава рапы солеродного бассейна (по результатам ультрамикроанализа включений в седиментационном галите галогенных пород Прикаспийской впадины).

7.Анализ поведения некоторых микроэлементов в поверхностных отложениях при использовании методов геоэлектрохимии в районах нефтегазовых месторождений.

 

Образовательные технологии

При реализации программы дисциплины «Геохимия окружающей среды» используются различные образовательные технологии. Во время аудиторных занятий (56 часов) они проводятся с использований ПК и компьютерного проектора. Самостоятельная работа студентов подразумевает работу под руководством преподавателей и индивидуальную работу студентов в Зональной научной библиотеке СГУ (52 часа).

 

Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.

Предусматривается углубленная самостоятельная проработка студентами отдельных проблемных вопросов литологии и геохимии. Учебно-методическому обеспечению самостоятельной работы предназначено учебное пособие по геохимии, изданное сотрудниками кафедры в 2010 г., а также прилагаемый ниже список рефератов, по геохимии, которые будут представляться как итог самостоятельной работы, Возможны также отчёты в виде тестирования (тесты по литологии и геохимии привелены ниже) а также выступления перед студентами группы и на студенческой научной конференции.

 

Темы рефератов по разделу «Геохимия»:

Геохимия магматических систем

Геохимия гидротермальных систем

Геохимия океанических вод

Геохимия метаморфогенного рудообразования

Геохимия морского и континентального галогенеза

Основные черты геохимии элементов семейства железа в магматических процессах

Основные черты геохимии элементов (по выбору) в гидротермальных процессах

Основные черты геохимии кремния и алюминия в гипергенных процессах

Условия формирования кор выветривания и их типы.

Основные черты геохимии элементов (по выбору) в метаморфических процессах

Механизм массопереноса и причины отложения химических элементов в гидротермальных системах.

Геохимия каустобиолитов

Геохимия ландшафта.

Миграция химических элементов в биосфереБиогеохимия элементов.

Человечество как геохимический фактор

 

Тестовые вопросы к самостоятельным работам по разделу «Геохимия»

Тест 1.

1.Какие химические элементы более всего характерны для ультраосновных пород? Подчеркнуть правильный ответ.

Уран, литий, рубидий, цезий, медь, цинк, свинец, кадмий, хром никель, ванадий, платина

2.В каких пределах значений водородного потенциала алюминий не мигрирует в форме иона при гипергенезе?

1-4

5-7

4-9

3.В каких пределах значений водородного потенциала тот же алюминий мигрирует в ионной форме при гипергенезе?

4-9

меньше 4 и больше 9

больше 4, но меньше 9

Тест 2.

1.Какие из указанных ниже элементов являются литофильными?

рубидий, цезий, кальций, железо, ванадий, хром, медь, золото, кадмий (правильное – подчеркнуть)

2.Какие из тех групп элементов являются халькофильными?

рубидий, цезий, кальций, железо, ванадий, хром, медь, золото, кадмий

3.Чем определяется водородный потенциал морских вод?

Избыточным содержанием натрия

Содержанием кальция

Избытком катионов по сравнению с содержанием хлора и сульфат-иона

3.Какие минералы указывают на слабо восстановительные условия в осадке?

Пирит

Сидерит

Лимонит

Тест 3.

1.Какие минералы указывают на окислительные условия в осадке?

Пирит

Сидерит

Лимонит

2.Являются ли коры выветривания

абиогенными

биогенными

биокосными геохимическими системами?

3.Как определять величину кислородного потенциала в магме?

По составу породы

По валентности химических элементов в минералах?

По составу включений в минералах

Тест 4

1.Какова талласофильность хлора?

Более 100

Более 10

Более 1

2. Что такое биофильность химического элемента?

Среднее содержание элемента в золе растений

Отношение среднего содержания элемента в биосфере к Кларку

Отношение содержания химического элемента в золе растений к его количеству в почве

3.На каких геохимических барьерах зоны гипергенеза идет отложение малахита и азурита

на кислом

на щелочном

на восстановительном

Тест 5

1.Какой элемент имеет наибольшую биофильность?

сера

фосфор

углерод

2.К какому химическому типу относятся современные океанические воды?

Хлоридно-кальциевому

Сульфатно-магниевому

Гидрокарбонатному

3.На каком геохимическом барьере четырехвалентный уран будет переходит в шестивалентную форму и мигрировать

кислом
окислительном

восстановительном

Тест 6.

1.В чем заключается процесс прямой метаморфизации морской воды?

В изменении ее солености

В увеличении содержаний иона сульфата

В потере морской водой ионов сульфата

2.Какие компоненты из указанных определяют глеевые условия среды в гипергенезе?

Сероводород

Соединения железа

Органическое вещество

3. Какие из этих элементов являются сидерофильными

алюминий, кремний, кальций, медь, кадмий, цинк, ванадий, никель, хром (правильное подчеркнуть).

 

Вопросы к экзамену по курсу «Геохимия окружающей среды

1. Задачи геохимии окружающей среды. Геохимические процессы и системы. История развития геохимии.

2. Геохимические классификации химических элементов. Сродство химических элементов к кислороду и сере. Семейства химических элементов.

3. Использование распределения стабильных изотопов в геохимии. Фракционирование изотопов в геохимических процессах.

4. Изоморфизм химических элементов. Типы изоморфизма. Примеры изоморфизма элементов. Изоморфные ряды элементов.

5. Миграция химических элементов. Формы нахождения химических элементов в геохимических системах. Типы и виды миграции (по В.А. Алексеенко и А.И.Перельману). Внутренние факторы миграции химических элементов.

6. Внешние факторы миграции химических элементов. Роль температуры и давления. Кислотно-щелочные и окислительно-восстановительные потенциалы и их роль в миграции химических элементов.

7. Eh и pH природных сред. Потенциалзадающие компоненты геохимических систем. Правило Д.С Коржинского о последовательности замещений химических элементов в зависимости от изменения кислотности-щелочности среды.

8. Коллоидная форма миграции химических элементов. Роль коллоидов в геохимии.

9. Механизм массопереноса химических элементов при их миграции. Диффузия, инфильтрация. Метасоматоз.

10. Геохимические барьеры. Типы геохимических барьеров. Классификация физико-химических геохимических барьеров. Примеры.

11. Химический состав земной коры. Кларк и Кларк концентрации, коэффициент водной миграции элементов.

12. Геохимия магматических систем. Геохимия пегматитов. Характерные элементы для основных и кислых пород.

13. Геохимия гидротермальных систем. Типы гидротермальных систем. Строение гидротермальных систем. Классификация современных гидротерм по А.И.Перельману. Гидротермальный метасоматоз. Опережающая волна кислотности и фильтрационный эффект.

14. Геохимия океанических вод. Солевой состав. Талласофильные элементы. Роль растворенного кислорода и углекислоты в океанических водах. Щелочной резерв и pH в морской воде.

15. Галогенез морской и континентальный. Последовательность отложения солей в морском галогенезе. Роль галогенных толщ в геохимии надсолевых и подсолевых осадочных комплексов в Прикаспии.

16. Геохимия гипергенеза. Миграционные ряды химических элементов по Б.Б.Полынову и А.И.Перельману.

17. Eh и pH гипергенных систем. Геохимические фации по Теодоровичу. Зависимость минеральных парагенезисов химических осадков от величин кислородного и водородного потенциала. Потенциалзадающие компоненты в гипергенных системах.

18. Геохимия восстановительного диагенеза в терригенных осадках.

19. Поведение химических элементов в зоне окисления сульфидных месторождений.

20. Геохимические процессы в водоносных горизонтах окислительного и глеевого ряда.

21. Роль организмов в миграции и накоплении химических элементов. Биофильность элементов, ряды накопления и захвата химических элементов.

Составил профессор Г.А.Московский

 

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-04-26 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: