HCO 3. CaCO 3. Geologický obrat na Zemském povrchu. Kyseliny [z vulkanických plynů, emisí (CO 2, SO 2, NO x ) reakcí s H 2 O] kyslík, rostliny

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "HCO 3. CaCO 3. Geologický obrat na Zemském povrchu. Kyseliny [z vulkanických plynů, emisí (CO 2, SO 2, NO x ) reakcí s H 2 O] kyslík, rostliny"

Rudolf Matoušek
před 7 lety
Počet zobrazení:

1 Litosféra

2 Geologický obrat na Zemském povrchu Kyseliny [z vulkanických plynů, emisí (CO 2, SO 2, NO x ) reakcí s H 2 O] kyslík, rostliny HCO 3 - Silikátové minerály (křemičitany) CaCO 3 - Vyvřeliny + kyseliny SEDIMENTY sedimentární horniny + slané oceány

Vztah mezi křemičitanovými a uhličitanovými cykly na povrchu Země Dlouhodobé řízení atmosférického CO 2 je dosaženo rozpouštěním CO 2 v povrchových vodách a podílem na zvětrávání hornin.

3 Vztah mezi křemičitanovými a uhličitanovými cykly na povrchu Země Dlouhodobé řízení atmosférického CO 2 je dosaženo rozpouštěním CO 2 v povrchových vodách a podílem na zvětrávání hornin. C se dostává do oceánů jako HCO - 3 a je zahrabán jako část uhličitanových usazenin v oceánské kůře. CO 2 je uvolněno zpět do atmosféry, když jsou tyto horniny metamorfovány (přeměněny) při vysokých teplotách a tlaku v hlubinách Země. 1 cyklus = mil. let

4 Celkový cyklus hornin Zvětrávání a eroze vyzdvižení Usazování v oceánech sedimenty Vyvřelé horniny Tlak & teplota vyzdvižení vyzdvižení sedimenty Převrstvování a cementace tuhnutí Magma tání Metamorf. horniny Tlak & teplota

5 Posloupnost vzniku,snižování teploty - + stabilita zvětratelnost + + Posloupnost vzniku vyvřelých minerálů v průběhu ochlazování a krystalizace magmatické taveniny (lávy) Bowenova reakční řada tmavé světlé olivín pyroxen amfibol biotit K živec muskovit křemen Ca plagioklas Na plagioklas Otázky: Čím se vyznačují snadno zvětratelné minerály? Proč hrají HCO - 3 ionty nejdůležitější roli ve zvětrávání? Ultrabazické magmatity bazické magmatity Neutrální magmatity Kyselé magmatity Granity = žuly (obsah draselných živců, kyselých plagioklasů a křemene)

6 Zvětrávání hornin - vznik půdotvorného substrátu a půdy mechanické - mechanické změny, rozpad, změny velikosti, ale ne ve složení (vede k erozi) zvýšení specifického povrchu zvětší se reaktivita částic vzniknou cesty pro vodu chemické působením vody a kyselin se uvolňují ionty, které jsou dostupné pro rostliny nebo jsou odnášeny vodou biologické Rychlost zvětrávání závisí na chemickém složení hornin, teplotě, srážkách Typy zvětrávání většinou probíhají společně, jejich podíl záleží na oblasti polární - chybí cirkulující voda hlavně mechanické tropické - intenzivní chemický rozklad hornin (až 200 m)

7 vliv mechanického zvětrávání

9 vliv biologického zvětrávání Source: Runk/Schoenberger/Grant Heilman

11 Chemické zvětrávání = rozpouštění minerálů obsažených původní hornině a tvorba nových minerálů nebo vyplavování, postupně vzniká půda

12 základní reakce chemického zvětrávání Rozpouštění CO 2 ve vodě H 2 CO 3 H 2 CO 3 H + + HCO 3 - Zvětrávání karbonátových hornin (např. vápenců), CaCO 3 + H 2 O + CO 2 ===> Ca(HCO 3 ) 2 Oxidace Chemické reakce při kterých látky ztrácejí elektrony Důležité při rozkladu mafických minerálů (= tmavé minerály bohaté Fe a Mg; slídy, amfiboly, pyroxeny, olivín)

13 Oxidace silikátů (Rezavé zabarvení bazických magmatitů)

oxidace sulfidických rud (pyrit na hnědel) 2FeS 2 + 7O 2 + 2H 2 O ===> 2FeSO 4 + 2H 2 SO 4 4FeSO 4 + O 2 + 10H 2 O ===>

14 oxidace sulfidických rud (pyrit na hnědel) 2FeS 2 + 7O 2 + 2H 2 O ===> 2FeSO 4 + 2H 2 SO 4 4FeSO 4 + O H 2 O ===> 4Fe(OH) 3 + 4H 2 SO 4 Obr: oxidace pyritu (FeS 2 ) na hnědel (limonity, Fe 2 O 3. xh 2 O; směs oxidů a hydroxidů železa)

15 Karbonatizace křemičitanových hornin Feldspar= živec Limestone = vápenec

16 Hydrolýza H + a OH - Reakce látek s vodou Ionty vody zamění různé ionty v minerálu Př. Křemičité horniny se mění na jílové minerály Hydrolýza silikátů H+ + Na[AlSi 3 O 8 ] + 7H 2 O ===> Al(OH) 3 + Na+ + 3H 4 SiO 4 Mineralizace organických sedimentů CH 2 O + O 2 CO 2 + H 2 O Chemická sedimentace Ukládání minerálů z roztoků, které obsahují převážně produkty zvětrávání. Ca(HCO 3 ) 2 ===> CaCO 3 + CO 2 + H 2 O

17 vápenec Biotransformace organismy produkují tzv. biogenní minerály, které se stávají součástí jejich organismu. karbonáty vápníku (kalcit, aragonit), fosforečnany vápníku (apatit, francolit) vodnatý oxid křemičitý (opál). Biogenní magnetit (redukcí Fe) nebo sulfidy Fe stromatolity Biogenní magnetit Fosforečnan vápenatý a oxalat vapenatý

Zvětrávání hornin obsahujících fosfor Ca 5 (PO 4 ) 3 OH + 4 H 2 CO 3 ===> 5 Ca 2+ + 3HPO 4 2- + 4HCO 3 - + H 2 O Primární fosforečnany (apatit) Vazba

18 Zvětrávání hornin obsahujících fosfor Ca 5 (PO 4 ) 3 OH + 4 H 2 CO 3 ===> 5 Ca HPO HCO H 2 O Primární fosforečnany (apatit) Vazba do organismů Sekundární fosforečnany Otázka: Jak si rostliny zpřístupňují P?

21 Zvětráváním se uvolňují živiny do roztoku a vznikají sekundární minerály 1. Zvětrávání a uvolňování prvků do povrchových vod v ekosystémech na silikátových horninách: Ca>Na>Mg>K>Si>Fe>Al Snižující se koncentrace 2. Pohylivost iontů: Na +1 a K +1 > Mg +2 a Ca +2 > Al +3 a Fe +3 Otázka k samostudiu: Co je to chelatizace a jakou roli hraje při zvětrávání (str. 95)?

22 Vznik jílových (sekundárních) minerálů ze silikátových minerálů Vznik z primárních křemičitanů Kyselé zvětrávání (sialitické) Primární křemičitany (muskovit, 2:1) Suché a studené podnebí malé ztráty K Neutrální nebo alkalické zvětr. (feralitické) Illit Montmorilonit kyselé zvětr. Kaolinit Teplé a vlhké podnebí sesquioxid Podnebí mírného pásu ztráty Si 4+

23 montmorilonit, illit 20µm kaolinit chlorit 100µm 100µm

24 Botnání (smršťování) jílu

Kationtová výměnná kapacita (KVK, CEC) Jílové minerály - negativní náboj přitahují kationty, podobnou roli i organická hmota celkový negativní náboj půdy

25 Kationtová výměnná kapacita (KVK, CEC) Jílové minerály - negativní náboj přitahují kationty, podobnou roli i organická hmota celkový negativní náboj půdy vyjadřován v meq/100g =CEC) Obecné pravidlo výměny kationtů: Al 3+ > H + > Ca 2+ >Mg 2+ > K + > NH 4 + > Na + Snižující se pevnost vazby Otázka: co jsou to bazické kationty?

26 Sesquioxidy & organická hmota střídavý náboj podle ph nízké ph kladný náboj Vysoké ph záporný náboj Schopnost vázat anionty (aniontová výměnná kapacita) Obecné pravidlo výměny aniontů: PO 4 3- > SO 4 2- > Cl - > NO 3 - Snižující se pevnost vazby

27 Vliv klimatu na zvětrávání

28 Hlavní faktory ovlivňující zvětrávání Rychlost zvětrávání pomalé rychlé vlastnosti matečné horniny rozpusnost minerálů ve vodě malá střední velká struktura horniny neporušená malé trhliny rozdrobená podnebí srážky nízké střední vysoké teplota nízká střední vysoká přítomnost/nepřítomnost půdy a vegetace mocnost půdy hornina malá velká obsah organické hmoty nízký střední vysoký doba expozice krátká střední dlouhá

29 Chemické zvětrávání vede k: Destrukci primárních hornin a minerálů Tvorbě křemičitanového písku, který se hromadí v půdě Tvorbě sekundárních minerálů jílů/sesquioxidů (obsah hlavně Al a Fe, ale také Si 4+, Ca 2+,Mg 2+, někdy i K +, Na + v závislosti na zvětrávání) Ochuzování o Si 4+, Ca 2+, Mg 2+, někdy i K +, Na + v závislosti na zvětrávání Vymývání HCO 3 - do spodních vod tvorbě vápenatých konkrecí v suchém podnebí Tvorba roztoku H 2 SO 4 a oxidů Fe při zvětrávání pyritu

Půdní profil O horizont organický horizont složený hlavně z rostlinného opadu v různých stupních rozkladu, je dobře rozeznatelná struktura jednotlivých úlomků organické hmoty.

30 Půdní profil O horizont organický horizont složený hlavně z rostlinného opadu v různých stupních rozkladu, je dobře rozeznatelná struktura jednotlivých úlomků organické hmoty. A horizont povrchový složený z rozloženého, amorfního organického materiálu, který je promíchán s minerálními částicemi, má tmavé zabarvení. Z tohoto horizontu bývají organické látky vymývány do spodních vrstev. B horizont - minerální horizont, chudší na organickou hmotu, světlejší než A horizont. V podzolech se mezi A horizontem a B horizontem tvoří eluviální E horizont, ze kterého dochází k vymývání organické hmoty a kationtů, které se pak hromadí ve svrchní části B horizontu. E horizont je světle šedý. C horizont- částečně zvětralá hornina, skeletovitý. matečná hornina Matečná hornina ovlivňuje půdní texturu (na horninách s vysokým obsahem křemene vznikají písčité půdy), a chemické složení půdního roztoku.

31 atmosféra biosféra PEDOSFÉRA litosféra hydrosféra Složení půdy

32 Vývoj půdy v čase Věk (roky) Matečná hornina

33 Vliv topografie na rozvoj půd

rovník Roční srážky Teplota Rovníkové a tropické deštné lesy savany Poště a polopouště louky (stepi) Temperátní zóna, smíšené a jehličnaté lesy Arktická oblast a tundra 1800 mm 40ºC 30ºC srážky

34 rovník Roční srážky Teplota Rovníkové a tropické deštné lesy savany Poště a polopouště louky (stepi) Temperátní zóna, smíšené a jehličnaté lesy Arktická oblast a tundra 1800 mm 40ºC 30ºC srážky Teplota 30 zem. šířky Evaporace 20ºC 600 mm 10ºC Deštný les Hornina na/ nebo blízko povrchu poušť Evropa a USA Zvětšující se hloubka zvětrávání Málo živin, tenká org.vrstva Zvětrávání do hloubky (~40-50 m hluboký profil) půda půda Matečná hornina Význam vlivu klimatických faktorů, rovník póly

35 laterite pedocal pedalfer Vlhké tropy Stepi a savany Mírný pás, půda neopadavého lesa

36 Světové půdní typy podle klasifikace FAO

37 Ohrožení půd lidskou činností

39 Arktické půdy SOC in arctic tundra soils: 400 Gt do 1 m 747 Gt do 3 m C pool in atmosphere: Gt

40 Předpověď odtávání permafrostu Rozloha permafrostu (-30%) Průměrná roční T Koven CD (2011) PNAS 108, Hloubka aktivní vrstvy (v létě roztává)

41 Rusko, Kolyma - tající permafrost

42 Ohrožení půd = srovnání

Podobné dokumenty

Litosféra a zemská kůra

Litosféra a zemská kůra http://geologie.vsb.cz/jelinek/tc-lit-desky.htm Zemská kůra je pouze částí litosféry!!! Pohyb konvekčních proudů v zemském plášti Pohyb litosféry http://geologie.vsb.cz/jelinek/tc-lit-desky.htm