Geochemia środowiska przyrodniczego

obowiązkowe

Wykład składa się z trzech działów. Pierwszy z nich, poświęcony elementom geochemii ogólnej oraz kosmochemii, omawia m.in. zagadnienia powstawania pierwiastków w kosmosie, charakter i przyczyny zróżnicowania składu pierwiastkowego geosfer Ziemi. Drugi dział wykładu koncentruje się na związkach chemicznych geosfer zewnętrznych, a w szczególności litosfery. Omawiane są zjawiska powstawania minerałów pierwotnych i wtórnych, procesy wietrzenia minerałów skałotwórczych, itp. Trzeci dział prezentuje szczegółową charakterystykę geochemiczną ok. 12 wybranych pierwiastków, które stanowią poważne zagrożenie dla organizmów żywych (np. Cd, Al, As, Be, Tl). Na tym tle przedstawiane są anomalie geochemiczne obszaru Polski, procesy ekstrakcji pierwiastków, a także przykłady praktycznego wykorzystania badań geochemicznych (np. ochrona zabytków, prospekcja geochemiczna, zagrożenia azbestowe, geohazards).

CZĘŚĆ I

geochemia jako gałąź nauk o Ziemi,

elementy kosmochemii:

a)powstanie pierwiastków: gorąca fuzja, procesy termojądrowe zachodzące w gwiazdach, wychwyt neutronów

b)meteoryty - źródło informacji o powstaniu Ziemi i składzie chemicznym planety.

powstanie Ziemi, przepływ energii na Ziemi i jego dynamika, układ okresowy pierwiastków, klasyfikacja geochemiczna pierwiastków wg Goldschmidta i jej modyfikacje, kategorie i sposoby występowania pierwiastków, pojęcie diadochii, rozproszenie izomorficzne i geochemiczne, częstość atomowa w Układzie Słonecznym i w geosferach Ziemi, skład chemiczny geosfer i porównanie składu pomiędzy geosferami.

CZĘŚĆ II

utlenienie pierwiastków, potencjał utleniająco-redukcyjny (red-ox), typowe związki chemiczne biosfery, związki chemiczne atmosfery, biosfery i litosfery:

a)minerały, ich własności fizyczne

b)minerały pierwotne i wtórne

c)zachowanie Al2O3 i SiO2 w różnych środowiskach geochemicznych d)minerały ilaste i ich znaczenie w środowisku przyrodniczym.

procesy wietrzenia:

a)rodzaje wietrzenia i towarzyszące im procesy b)mechanizmy wietrzenia chemicznego głównych minerałów skałotwórczych (skalenie, łyszczyki, krzemiany Fe i Mg) c)produkty wietrzenia, ich skład chemiczny, transport i sedymentacja.

CZĘŚĆ III

zużycie pierwiastków - zarys historyczny i cywilizacyjny, zasoby i ekstrakcja pierwiastków, pierwiastki toksyczne i drogi zanieczyszczeń środowiska przyrodniczego,

charakterystyka geochemiczna wybranych pierwiastków (arsen, miedź, nikiel, beryl, tal, ołów, cynk, kadm, chrom, kobalt, fluor, glin, fosfor) wg następującego schematu:

a)występowanie (środowisko geologiczne, główne minerały pierwiastka) b)formy chemiczne występowania pierwiastka w środowisku naturalnym (strefa hipergeniczna)

c)mobilność i retencja pierwiastka w środowisku przyrodniczym (gleby, osady wodne i wody powierzchniowe, etc.)

d)główne zastosowania pierwiastka

e)znaczenie pierwiastka w procesach życiowych roślin i zwierząt f)toksyczność i szkodliwy wpływ pierwiastka na organizmy żywe g)naturalne i antropogeniczne anomalie pierwiastka w Polsce (gleby, osady wodne i wody powierzchniowe) i przyczyny ich powstania.

prospekcja geochemiczna:

a) pojęcie anomalii, aureoli geochemicznej i mineralogicznej

b) anomalie pierwotne i wtórne

c) metody biogeochemiczne i geobotaniczne.

azbesty i inne zagrożenia pochodzenia naturalnego (geohazards).

J. Lis, A. Pasieczna. Atlas geochemiczny Polski. Państwowy Instytut Geologiczny.

A. Kabata-Pendas, H. Pendias. Biogeochemia pierwiastków śladowych. PWN.

Z. Migaszewski, A. Gałuszka. Podstawy geochemii środowiska. WNT.

Atlasy geochemiczne Polski i ich opisy. Państwowy Instytut Geologiczny.

B.J. Alloway (red.): Heavy Metals in Soils. Blackie Academic & Professional.

P.A. Cox: The Elements on Earth. Inorganic Chemistry in the Environment. Oxford University Press.

M.B. McBride: Enviromental Chemistry of Soils. Oxford University Press.

S.M. Richardson, H.Y. McSween: Geochemistry. Pathways and Processes. Prentice Hall.

Environmental Geochemistry. Treatise on Geochemistry, vol. 9.

Cel:

Zrozumienie podstawowych procesów i mechanizmów rządzących w naturalnym środowisku przyrodniczym rozkładem, obiegiem, uruchomieniem i retencją pierwiastków, tworzeniem i rozpadem naturalnych związków chemicznych - ze szczególnym uwzględnieniem obszaru skorupy ziemskiej i strefy hipergenicznej. Nauczenie postrzegania środowiska przyrodniczego – w skali całej planety, a przede wszystkim geosfer bezpośrednio dostępnych dla człowieka – poprzez pryzmat procesów i zjawisk geochemicznych.

Efekty:

Student poprzez zaznajomienie się z procesami powstawania pierwotnych i wtórnych związków chemicznych litosfery (przede wszystkich główne minerały skałotwórcze) oraz poznanie szczegółowej charakterystyki geochemicznej wybranych pierwiastków rozumie i potrafi przewidzieć zachowanie się i drogi migracji pierwiastków chemicznych w określonym fragmencie środowiska przyrodniczego. W szczególności dotyczy to pierwiastków toksycznych lub stanowiących w pewnych warunkach zagrożenie dla zdrowia człowieka. Zna i rozumie mechanizmy powstawania na obszarze Polski anomalii geochemicznych pochodzenia naturalnego i antropogenicznego, a w konsekwencji może podjąć próbę oceny wpływu oraz zmiany charakterystyki geochemicznej danego fragmentu środowiska przyrodniczego wskutek prowadzonej na jego obszarze działalności gospodarczej. Umie przewidzieć konsekwencje dla charakterystyki geochemicznej danego obszaru wynikające ze zmian jego parametrów fizyko-chemicznych. Jest zaznajomiony i świadomy zagrożeń płynących ze strony substancji pochodzenia naturalnego (np. azbesty, pyły krzemionkowe i inne pyły mineralne, vog, etc.).

KRK dla kierunku Geologia stosowana

K_W01 - dostrzega wielorakie związki między składowymi środowiska przyrodniczego

K_W02 - zna problemy i metody badawcze z dziedziny nauk przyrodniczych

K_W03 – zna proste i zaawansowane instrumentalne metody analityczne stosowane w badaniach skał, minerałów i substancji pochodzenia organicznego, chemizmu i dynamiki wód i innych elementów środowiska przyrodniczego

K_W09 - sporządza proste raporty oraz wytyczne do ekspertyz na podstawie zebranych danych

K_W12 - zna modele opisujące środowisko geologiczne

K_W14 - zna zasady korzystania z zasobów naturalnych (złóż surowców mineralnych, wody, powietrza, biologicznych, itp.)

K_W19 - zna zasady bezpieczeństwa w pracy laboratoryjnej i terenowej

K_U01 – wykonuje i opisuje proste zadanie badawcze indywidualnie i zespołowo

K_U06 - wykorzystuje modele środowiskowe do interpretacji zmian zachodzących w przyrodzie ożywionej i nieożywionej

K_U08 - identyfikuje słabe i mocne strony standardowych działań podejmowanych dla rozwiązania problemów inżynierskich i środowiskowych

K_K02 - docenia rolę edukacji praktycznej, ekologicznej i zdrowotnej

K_K10 – rozwija świadomość ekologiczną u siebie i w otoczeniu i respektuje zasady bezpieczeństwa ekologicznego

K_K12 - dba o rzetelność i wiarygodność swojej pracy

Zaliczenie odbywa się na podstawie dwóch elementów:

1) pracy zaliczeniowej wykonanej samodzielnie lub w zespołach 2-osobowych obejmującej materiał przerabiany na ćwiczeniach - 33% oceny;

2) testu końcowego (przeprowadzany stacjonarnie za pośrednictwem platformy cyfrowej Kampus) zawierającego pytania otwarte, pytania do uzupełnienia i pytania wielokronego wyboru, czas pisania 45 minut - 67% oceny.

Warunkiem zaliczenia z oceną pozytywną jest uzyskanie minimum 50% wartości punktowej testu oraz minimum 50% oceny ogólnej łączącej w sobie oba oceniane elementy stosownie do ich wagi.