Bazy danych i numeryczne modelowanie procesów geologiczno-geochemicznych

fakultatywne

Ze względu na charakter przedmiotu (zrozumienie podstaw fizykochemicznych metod badawczych oraz rodzaj badanych substancji) zalecane jest posiadanie zarówno podstaw z chemii nieorganicznej i fizyki, jak również odbycie podstawowego kursu mineralogii i petrologii.

Praktikum dotyczy zagadnień związanych z zastosowaniem różnego typu programów i arkuszy kalkulacyjnych do odtwarzania procesów geochemicznych i minerałotwórczych, zachodzących w różnego typu środowiskach geologicznych.

1) Metody konwencjonalnej geotermometrii i geobarometrii

a. podstawy termodynamiczne metody geotermobarometrycznych;

b. podstawy obliczania wzorów krystalochemicznych wybranych minerałów;

c. przegląd rodzajów termometrów i barometrów geologicznych i ich kalibracji;

i. termometry oparte o reakcje wymiany

ii. termometry solvusowe

iii. termometry i barometry typu „net transfer equilibria”

iv. pozostałe geotermobarometry (fengitowy, hornblendowy, etc.)

d. kryteria wykorzystania i wyboru odpowiedniego zestawu geotermobarometrów;

e. dokładność i precyzja oznaczeń warunków P–T, źródła błędów;

f. zastosowania geotermobarometrii w naukach mineralogicznych;

g. inne sposoby oznaczania warunków krystalizacji minerałów (metody inkluzji ciekło-gaozowych, metody izotopowe, diagramy fazowe);

h. wykorzystanie wybranych metod geotermobarometrycznych do obliczenia warunków procesów magmowych i metamorficznych zapisanych w skałach Masywu Czeskiego.

2) Geodynamika chemiczna

a. pierwiastki śladowe: podział, własności geochemiczne;

b. ruchliwość podczas procesów hydrotermalnych, metamorficznych i hipergenicznych, rozpoznawanie skał o zmodyfikowanej charakterystyce geochemicznej;

c. wykorzystanie pierwiastków śladowych w studiach petrogenetycznych;

d. normalizacja danych geochemicznych do składu chondrytu, prymitywnego płaszcza, skał N-MORB i górnej skorupy kontynentalnej;

e. diagramy klasyfikacyjne, normy CIPW;

f. diagramy dyskryminacyjne wykorzystywane do rozpoznawania środowisk geotektonicznych dla skał magmowych i silikoklastycznych oraz ich metamorficznych odpowiedników;

g. wykorzystanie diagramów dyskryminacyjnych na przykładzie wybranych serii magmowych i metamorficznych pochodzących z Masywu Czeskiego.

3) Zastosowanie rozwiązań numerycznych do modelowania stanu równowagi w roztworach wodnych

a) wykorzystanie programu PHREEQC (USGS) do modelowania stabilności faz mineralnych w roztworach wodnych, konstrukcja diagramów stabilności w układzie Eh/pH na podstawie własnych algorytmów w arkuszu kalkulacyjnym, ograniczenia i możliwości rozwiązań numerycznych w modelowaniu równowag jonowych.

4) Obliczanie wzorów krystalochemicznych minerałów uwodnionych

a) Obliczanie zawartości wody obecnej w różnego typu pozycjach

b) Zastosowanie różnego typu założeń przy obliczaniu wzorów krystalochemicznych

c) Identyfikacja szeregów kryształów mieszanych na podstawie przeliczania analiz chemicznych w mikroobszarze

5) Modelowanie geochemiczne procesów prowadzących do generowania i ewolucji stopów magmowych

a) frakcyjna krystalizacja

b) parcjalne wytapianie

c) mieszanie się magm

d) zastosowanie arkuszy kalkulacyjnych oraz programów Minpet, Genesis i Isoplot.

Best M.G. (2003): Igneous and metamorphic petrology. Blackwell Science Ltd.

Powell R. (1978): Equilibrium thermodynamics in petrology: an introduction. Harper and Row.

Rollinson H. (1993): Using geochemical data: evaluation, presentation, interpretation. Longman Scientific &Technical.

Spear F.S. (1995): Metamorphic Phase Equilibria and pressure-temperature-time paths. MSA Monograph No 1.

Vernon H.R., Clarke G.L. (2008): Principles of metamorphic petrology. Cambridge.

Will T. (1998): Phase equilibria in metamorphic rocks. Springer.

Wilson M. (2007): Igneous petrogenesis. Springer.

Winter J.D. (2001): Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.

Po ukończeniu przedmiotu student:

jest zapoznany z podstawowymi sposobami oszacowania warunków krystalizacji paragenez mineralnych;

zna kryteria wykorzystania, a także zalety i wady poszczególnych typów i kalibracji poznanych geotermobarometrów; wyjaśnia możliwe źródła błędów uzyskanych obliczeń;

w oparciu o zdobytą wiedzę potrafi samodzielnie zaplanować optymalny tok działań do oszacowania warunków powstawania minerałów i ich zespołów;

na podstawie składu chemicznego skał (zawartości pierwiastków śladowych) potrafi określić środowiska geotektoniczne, w których był generowany stop magmowy (maficzny, felzytowy) lub z których pochodził detrytus dostarczany do miejsca depozycji (odtwarzanie obszarów alimentacyjnych);

znak kryteria wykorzystywania geochemicznych diagramów dyskryminacyjnych do odtwarzania pozycji geotektonicznej skał wulkanicznych i silikoklastycznych;

umie obliczyć normy CIPW i przygotować dane geochemiczne w normalizacji do wybranego źródła płaszczowego lub skorupowego.

potrafi poprawnie przeliczać wzory krystalochemiczne minerałów uwodnionych

umie dokonać niezbędnych założeń przy obliczaniu wzorów krystalochemicznych

potrafi wykonać proste obliczenia związane z równowagami fazowymi w obrębie niskotemperaturowych roztworów wodnych

nabywa umiejętności interpretacji diagramów opisujących równowagi jonowe w roztworach wodnych, poznaje możliwości oraz ograniczenia modelowania numerycznego procesów zachodzących w roztworach wodnych.

Umie przeprowadzić modelowania petrogenetyczne skał magmowych

KRK dla kierunku Geologia stosowana

K_W01 – ma wiedzę na temat procesów i czynników kształtujących Ziemię w zakresie geologii ogólnej ze szczególnym uwzględnieniem hydrogeologii, geologii inżynierskiej, tektoniki i kartografii geologicznej, gospodarki surowcami mineralnymi jak również ochrony środowiska

K_W02 – ma wiedzę na temat wielorakich związków między elementami środowiska, powiązaniami abiotyczno-biotycznymi oraz oddziaływaniami antropogenicznymi, zna podstawowe parametry i schematy opisujące te oddziaływania oraz metody ich zapisu matematycznego i analizy statystycznej

K_W05 – ma wiedzę na temat modeli środowiska geologicznego i geograficznego, baz geoprzestrzennych danych geologicznych i środowiskowych, posiada znajomość specjalistycznego oprogramowania, w tym ArcGIS, wprowadzania, przetwarzania i sposobów wizualizacji danych w programach opartych na bazach danych geologicznych i środowiskowych

K_W06 – ma wiedzę na temat modeli środowiska geologicznego, współoddziaływania pomiędzy środowiskiem geologicznym a obiektami budowlanymi, zasad dokumentowania środowiska geologicznego dla potrzeb dokumentacji kartograficznych, przemysłu wydobywczego, obiektów budownictwa powszechnego, przemysłowego, wodnego i gospodarki odpadami

K_W08 – ma wiedzę w zakresie specjalistycznych programów komputerowych, zna zasady metodyczne modelowania geologicznego, ma wiedzę w zakresie planowania badań w celach

K_W10 – ma wiedzę na temat doboru i wykonania specjalistycznych badań laboratoryjnych i dokumentacyjnych w badaniach różnych typów skał; ma wiedzę o procesach sedymentacyjnych, tektonicznych i diagenetycznych zachodzących w różnych typach skał

K_W12 – zna podstawy metod pozwalających na prezentację wyników badań w ujęciu statystycznym. Zna metody referowania wyników badań oraz referowania stanu wiedzy odnoszącej się do tych badań na podstawie istniejącej literatury krajowej i obcej; zna i prawidłowo stosuje terminy w języku obcym (j. angielskim) w zakresie geologii, ze szczególnym uwzględnieniem terminologii związanej z wdrażaniem europejskich norm

K_W13 – posiada wiedzę nt. zasad planowania badań z wykorzystaniem technik i narzędzi badawczych dostępnych w jednostce a także poza nią. zna również zasady bezpieczeństwa jakie obowiązują w trakcie prac w laboratorium oraz w trakcie pobytu w terenie

K_W14 – ma pogłębioną wiedzę o powiązaniach dziedzin nauki i dyscyplin naukowych, właściwych dla studiowanego kierunku studiów z innymi dziedzinami nauki i dyscyplinami naukowymi obszaru albo obszarów, z których został wyodrębniony studiowany kierunek studiów, pozwalającą na integrowanie perspektyw właściwych dla kilku dyscyplin naukowych

K_U02 – korzysta z zasobów internetowych danych geologicznych, potrafi dokonać ich weryfikacji, wykorzystuje do obliczeń geologicznych proste oraz zaawansowane programy komputerowe (np. Visual MODFLOW, AutoCAD czy Arc GIS), interpretuje wyniki obliczeń w sposób opisowy lub graficzny

K_U08 – potrafi samodzielnie interpretować wyniki badań i mieć własne zdanie temat różnic w poglądach; potrafi sprawnie korzystać z różnorodnej literatury fachowej polskiej i zagranicznej i krytycznie oceniać jej zawartość; potrafi referować wyniki badań oraz stan wiedzy odnoszącej się do tych badań na podstawie istniejącej literatury polskiej i obcej za pomocą technik multimedialnych; umie napisać pracę badawczą w języku polskim

K_U11 – ma umiejętność studiowania fachowej literatury polskiej i światowej oraz materiałów niepublikowanych, posiada umiejętności językowe na poziomie B2+, zdobyte poprzez korzystanie z anglojęzycznej literatury podczas przygotowywania się do seminariów oraz pisania pracy magisterskiej; ma umiejętność samodzielnego wyciągania wniosków i wykorzystania w pracy badawczej

K_U12 – wykazuje umiejętność wyboru specjalności i tematu pracy magisterskiej pod kątem przyszłej kariery zawodowej, umie opracować w formie tekstowej, graficznej i multimedialnej zadanie geologiczne, w tym pracę magisterską

K_K01 – rozumie konieczność ciągłego podnoszenia swoich zawodowych kompetencji oraz znajdowania nowych technologii w celu rozwiązywania problemów badawczych poprzez zapoznawanie się z literaturą fachową i aktami prawnymi

K_K02 – współdziała w grupach tematycznych na zajęciach terenowych oraz podczas grupowych zajęć kameralnych

K_K03 – potrafi odpowiednio określić harmonogram czynności oraz priorytety służące realizacji zadania badawczego

K_K04 – realizując geologiczne zadania badawcze umie zidentyfikować problemy i zaproponować właściwe sposoby ich rozwiązania

K_K05 – potrafi przedstawić i wyjaśnić społeczne i środowiskowe aspekty praktycznego stosowania zdobytej wiedzy i umiejętności, także w zakresie istniejącego ryzyka i możliwych zagrożeń środowiskowych

K_K06 – skutecznie komunikuje się ze specjalistami oraz społeczeństwem w mowie, na piśmie i poprzez prezentację multimedialną wyników badań

K_K09 – jest przygotowany do podjęcia pracy zawodowej związanej z wybraną specjalnością

Zaliczenie pisemne na ocenę na podstawie wykonanych zadań.