Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Уфимский государственный нефтяной технический университет

Филиал ФГБОУ ВПО УГНТУ в г.Стерлитамаке

Кафедра экологии и рационального природопользования

Курсовая работа

по дисциплине «Химия окружающей среды»

на тему «Миграция химических элементов в литосфере»

Выполнил: студент гр. БОС-11-31 Рафикова А.Р.

Проверил: доцент, канд. техн. наук Бахонина Е.И.

Стерлитамак 2013

Содержание

Введение 3

1. Состав литосферы. Формы нахождения химических элементов

в земной коре 4

2. Факторы миграции химических элементов 9

2.1 Виды миграции 11

2.2 Миграция углерода 19

3. Миграция токсичных элементов в литосфере 21

3.1 Миграция ртути 22

3.2 Миграция алюминия 23

4. Мероприятия по защите окружающей среды

от токсичных металлов 24

Заключение 25

Список использованной литературы 26

Введение

Три наружные оболочки Земли, различающиеся фазовым состоянием, — твердая земная кора, жидкая гидросфера и газовая атмосфера — тесно связаны между собой, а вещество каждой из них проникает в пределы других. Подземные воды пронизывают верхнюю часть земной коры, значительный объем газов находится не в атмосфере, а растворен в гидросфере и заполняет пустоты в почве и горных породах. В свою очередь, вода и мелкие твердые минеральные частицы насыщают нижние слои атмосферы.

В земной коре находится основной резерв химических элементов, которые вовлекаются в миграционные процессы под воздействием живого вещества. Концентрации и распределение химических элементов в земной коре оказывают сильное влияние на состав живых организмов суши и всего живого вещества Земли [9].

1 Состав литосферы. Формы нахождения химических элементов в земной коре

В состав земной коры входят все известные химические элементы. Но распределены они в ней неравномерно. Наиболее распространены 8 элементов (кислород, кремний, алюминий, железо, кальций, натрий, калий, магний), которые составляют 99,03% от общего веса земной коры; на долю остальных элементов (их большинство) приходится всего 0,97%, т. е. менее 1%. В природе, благодаря геохимическим процессам нередко образуются значительные скопления какого-либо химического элемента и возникают его месторождения, а другие элементы находятся в рассеянном состоянии [7].

Из щелочных элементов наиболее широко распространены в природе натрий (2,27 мас.%) и калий (1,84 мас.%), причем благодаря высокой химической активности они встречаются исключительно в виде соединений. Основными источниками натрия и калия являются каменная соль, глауберова соль или мирабилит Na₂SO₄10H₂O, сильвин KCl, сильвинит KClNaCl, карналлит KClMgCl₂6H₂O и др. В отличие от натрия и калия соединения лития (мас.%), рубидия ( мас.%) и цезия ( мас.%) в природе встречаются значительно реже, поэтому эти элементы относят к числу редких и рассеянных. Хотя по содержанию в земной коре рубидий несколько опережает литий и цезий, он не образует самостоятельных минералов, а сопутствует калию, что объясняется сходством их ионных радиусов. Литий и цезий входят в состав различных силикатов и алюмосиликатов. Важнейшим минералом лития является сподумен LiAl(SiO₃)₂.

Из элементов второй группы в природе наиболее распространены магний и кальций (1,4 и 1,5 мас.% соответственно). Содержание стронция (мас.%) и бария ( мас.%) в земной коре на два порядка ниже. Бериллий (мас.%) относят к редким элементам. Низкое содержание этого элемента в земной коре объясняется тем, что основные процессы образования химических элементов в звездах приводит к синтезу лишь нуклида⁸Be, который быстро распадается на две α-частицы.

Бор сравнительно мало распространен в земной коре (9*10^-4мас.%), где он встречается в виде кислородных соединений: боратов и боросиликатов.

Содержание кремния в земной коре составляет по разным данным 27,6—29,5 % по массе. Чаще всего в природе кремний встречается в виде кремнезёма — соединений на основе диоксида кремния (IV) SiO₂ (около 12 % массы земной коры). Основные минералы и горные породы, образуемые диоксидом кремния — это песок (речной и кварцевый), кварц и кварциты, кремень, полевые шпаты.

Алюминий по содержанию в земной коре (8,3 мас.%) занимает третье место, уступая только кислороду (45,5 мас.%) и кремнию (25,7 мас.%). Алюминий – наиболее распространенный металл, его важнейшими рудами и минералами являются бокситы Al₂O₃2H₂O, корунд Al₂O₃ и нефелин Na₃K[AlSiO₄]₄, также он входит в состав полевых шпатов, слюд, глин и др.

Галлий (4,6*10^-4мас.%), индий ( мас.%) и таллий ( мас.%) относятся к редким элементам. Вследствие близости ионных радиусов галлий сопутствует алюминию в бокситах, а таллий – калию в алюмосиликатах.

Углерод находится в природе в виде стабильных изотопов ¹²C (99,89 %) и ¹³С (1,11 %) и радиоактивного изотопа ¹⁴С, образующегося в верхних слоях атмосферы при взаимодействии атомов азота с нейтронами космического излучения. В природе углерод встречается в виде простых веществ (графит, алмаз, фуллерены), оксидов CO₂ и СО, карбонатов СаСО₃ (мрамор), MgCO₃ (магнезит), FeCO₃ (сидерит), ископаемого топлива (уголь, нефть, газ). Хотя по содержанию в земной коре углерод занимает 17-е место (0,048 мас.%), его доля в живых организмах значительно выше, чем в среднем в неживой природе.

Германий и олово близки по распространенности в земной коре – они занимаю 48-е и 53-е место (имас.%, соответственно). Однако если олово встречается главным образом в виде минерала касситеритаSnO₂, то германий преимущественно рассеян, сопутствует сульфидным рудам, силикатам. Довольно много германия (до 1 %) содержится в некоторых сортах каменного и бурого углей.

Значительно большая распространенность свинца (1,310^-4 мас.%) по сравнению с германием и оловом связана тем, что три (,) из четырех его стабильных изотопов образовались как конечные продукты радиоактивного распада природных урана и тория. Только изотоп(1,4 мас.%) имеет нерадиогенное происхождение. Основная свинцовая руда – галенитPbS.

Содержание азота в земной коре составляет мас.%

Фосфор содержится в земной коре в виде фосфатов, на его долю приходится 0,04 % от общего числа атомов земной коры (0,1 мас.%). Мышьяк (мас. %), а сурьмамас. %), висмут (мас.%) встречаются в природе в основном в виде сульфидов: аурипигментаAs₂S₃, реальгара As₄S₄, мышьякового колчедана FeAsS, а также кислородных соединений, например скородита .

Кислород – самый распространенный элемент земной коры, на его долю приходится чуть меньше половины (49 %) от ее общей массы. Кислород входит в состав воды, кремнезема, силикатов и алюмосиликатов, известняков, мраморов, базальтов, бокситов, гематита и многих других минералов и горных пород, слагающих верхнюю оболочку Земли. Сера, селен, теллур в природе сконцентрированы в рудных месторождениях, где они связаны преимущественно с металлами. Значительная часть серы находится либо в самородном состоянии (вулканическая сера), либо в форме сульфидов и сульфитов (халькопирит CuFeS₂, сфалерит ZnS, гипс , мирабилит).

Содержание фтора, хлора, брома и иода в земной коре составляет 0,06, 0,02, мас. % соответственно.

Фтор встречается в природе в виде фторидов, например CaF₂. Хлор встречается в природе в основном в виде хлоридов.

Гелий – второй (после водорода) элемент по распространенности во Вселенной. В то же время масса «земного» гелия составляет лишь одну миллионную массы земной коры.

Из металлов четвертой группы в природе наиболее распространен титан (0,63 мас. %), он занимает девятое место среди всех элементов. Из минералов титана наибольшее значение имеют рутил TiO₂, ильменит FeTiO₃, из минералов циркония – балделеит ZrO₂ и циркон ZrSiO₄.

Элементы пятой группы относятся к числу распространенных. По содержанию в земной коре (0,014 мас. %) ванадий занимает пятое место среди переходных элементов, уступая лишь железу, титану, марганцу и цирконию. Количество присутствующих в земной коре ниобия (0,0020 %%) и тантала (0,0017 %) сопостовимо с содержанием азота.

Ванадий, ниобий и тантал – рассеянные элементы, т.е. встречающиеся преимущественно не в форме отдельных минералов, а в виде примесей к рудам других металлов.

Элементы шестой группы относятся к четным и поэтому чаще встречаются в земной коре, чем нечетные элементы пятой и седьмой групп. Наиболее распространен в природе хром. Его содержание в земной коре составляет 0,012 мас. %. Молибден (мас. %) и вольфрам (мас. %) относят к редким и рассеянным металлам. Важнейший промышленный минерал хрома – хромистый железнякFeCr₂O₄.Основная форма нахождения молибдена и вольфрама в природе – полевые шпаты, пироксены.

Металлы седьмой группы по распространенности резко отличаюся друг от друга. В то время как рений принадлежит к редким элементам (в земной коре его мас. %) и очень сильно рассеян, а технеций вообще не имеет стабильных изотопов, марганец, по содержанию в земной коре (0,106 мас. %) занимает двенадцатое место среди всех элементов и третье место среди переходных металлов, уступая только железу и титану. В первичных отложениях марганец встречается в силикатах и гранитах. Наиболее важны вторичные отложения, образованные пиролюзитомMnO₂, гаусманнитом Mn₃O₄. Рений собственных месторождений не образует. Он встречается в молибдените, халькопирите и других минералах в изоморфных примесей.

Среди элементов 8-10 групп по распространенности в природе безусловным лидером является железо, точнее – его изотоп ⁵⁶Fe. По содержанию в земной коре железо стоит на четвертом месте (4,1 %), уступая лишь кислороду, кремнию и алюминию; никель (%) входит во вторую десятку, кобальт (%) – в третью, а платиновые металлы относят к числу редких (Ru 10^-7 %, Pt 10^-7 %, Pd %,Rh %,Os 10^-8 %, Ir %). В земной коре железо представлено главным образом гематитомFe₂O₃ (красный железняк), магнетитом Fe₃O₄ (магнитный железняк) и др. Земная мантия содержит значительное количество железа в форме шпинелей, силикатов, оксидов.

В природе медь (мас. %), серебро (мас. %) и золото (мас. %) встречаются как в самородном виде, так и в виде соединений. Значительная часть меди и серебра находится в земной коре в форме сульфидов («медный блеск», или халькозинCu₂S, «серебряный блеск», или аргентит AgS, халькопирит CuFeS₂). Медь также входит в состав некоторых кислородных соединений – оксидов (куприт Cu₂O) и карбонатов. Золото распространено преимущественно в самородном состоянии (95 %), хотя известны и природные минералы, представляющие собой химические соединения, например калаверит AuTe₂, ауростибит AuSb₂.

Цинк, кадмий, ртуть благодаря высокому сродству к сере встречаются в земной коре преимущественно в форме сульфидов. По распространенности цинк (%) близок к рубидию и меди. Содержание кадмия почти на три порядка ниже, чем цинка, но в два раза превышает содержание ртути.

Среди цинкосодержащих минералов наибольшее значение имеют сфалерит ZnS, а также вюрцит.

Кадмий – типичный редкий и рассеянный элемент. Важнейшим источником кадмия служит цинковые руды, в которых часть атомов цинка изоморфно замещена на кадмий.

Уран принадлежит к числу редких и рассеянных элементов. В земной коре его содержится около %, т.е. больше, чем кадмия, серебра, ртути и висмута. Общие запасы урана на Земле исчисляется миллионами тонн [5].