Termodynamika petrogenetyczna

obowiązkowe

Znajomość podstaw fizyki i chemii na poziomie szkoły średniej, ukończony kurs matematyki dla studentów geologii (dla kierunków niematematycznych).

Praktikum zapoznaje studenta z zagadnieniami termodynamiki równowagowej w ujęciu chemicznym jako najbliższym dla opisu zjawisk geologicznych. Zarówno podstawy przedmiotu, jak i jego bardziej złożone treści są omawiane w kontekście geologicznym, a zadania i ćwiczenia w miarę możliwości pochodzą z obszaru mineralogii i petrologii skał magmowych i metamorficznych. W zakres realizowanych zadań interaktywnych wchodzą m.in. metody konstruowania i interpretacji diagramów fazowych stosowanych powszechnie w mineralogii i petrologii dla rekonstrukcji przebiegu procesów geologicznych. Termodynamika w proponowanym ujęciu przedstawiana jest jako skuteczne narzędzie do rozwiązywania problemów petrogenetycznych oraz do odtwarzania warunków trwałości i przemian zachodzących pomiędzy minerałami.

Praktikum zapoznaje studenta z zagadnieniami termodynamiki równowagowej w ujęciu chemicznym jako najbliższym dla opisu zjawisk geologicznych. Zarówno podstawy przedmiotu, jak i złożone jego treści omawiane są w kontekście geologicznym i w miarę możliwości ilustrowane przykładem z obszaru mineralogii i petrologii skał magmowych i metamorficznych.

W pierwszej części wprowadzane są pojęcia układu (otwartego, zamkniętego, izolowanego, etc.), składnika i fazy, równowagi i procesu odwracalnego, energii wewnętrznej, pracy (w tym pracy maksymalnej), ciepła i temperatury, entalpii, entropii, energii swobodnej Gibbsa i potencjału chemicznego, kryteria równowagi i spontaniczności procesu. Pierwsza część podsumowana jest prostymi diagramami fazowymi ilustrującymi warunki równowagi oraz przewidywane reakcje chemiczne (np. diagramy cyjanit-sillimanit-andaluzyt, kalcyt-aragonit, równowagi i reakcje pomiędzy minerałami w układzie MgO–CaO–H2O, itp.).

Druga część praktikum – ze względu na rozpowszechnienie w przyrodzie (np. gazy wulkaniczne, wody oceaniczne, magmy, minerały itp.) – przedstawia roztwory w ujęciu termodynamicznym. Wychodząc od podstawowych praw (prawo Raoulta, prawo Henry’ego) omawiane są własności i funkcje termodynamiczne, pojęcie stanu standardowego i aktywności dla roztworów doskonałych i roztworów rzeczywistych. Następnym zagadnieniem jest równowaga mineralna ze szczególnym uwzględnieniem stałej równowagi reakcji i implikacji dla badań skał magmowych i metamorficznych.

Zwieńczeniem kursu są diagramy fazowe dla układów dwu- i trójskładnikowych i ich znaczenie w odtwarzaniu procesów krystalizacji magm zasadowych i kwaśnych. Każdy element rozważań teoretycznych jest przybliżany w formie interaktywnych zadań realizowanych w formie bądź graficznej, bądź obliczeniowej. Zadania te, o ile to tylko możliwe, odwołują się do przykładów geologicznych i procesów przyrodniczych. Dzięki temu podejściu termodynamika przybliżana jest jako jedno ze skutecznych narzędzi do rozwiązywania problemów petrogenetycznych oraz do odtwarzania warunków trwałości i przemian zachodzących pomiędzy minerałami.

Anderson G. 2017. Thermodynamics of natural systems. Cambridge University Press

Nordstrom D. K., Munoz J. L. 2006. Geochemical thermodynamics. Blackwell Scientific Publications.

Smith E.B. 1990. Podstawy termodynamiki chemicznej. PWN.

Atkins P., de Paula J. 2014. Physical chemistry. Freeman and Co.

Powell R. 1978. Equilibrium thermodynamics in petrology: an introduction. Harper &Row.

K_W01 – ma wiedzę na temat procesów i czynników kształtujących Ziemię w zakresie geologii czwartorzędu, geomorfologii, stratygrafii, sedymentologii, paleontologii, geochemii, mineralogii, petrologii, geologii złóż

K_W02 – zna metody pozyskiwania i opracowywania materiałów geologicznych do celów zawodowych z wykorzystaniem technik komputerowych, poznaje metody i narzędzia do tworzenia różnorodnych modeli geologicznych w oparciu o bazy danych

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

K_W08 – ma wiedzę w zakresie specjalistycznych programów komputerowych, zna zasady metodyczne modelowania geologicznego, ma wiedzę w zakresie planowania badań w celach modelowych, zna zasady schematyzacji warunków geologicznych dla potrzeb modelowych

K_U02 – korzysta z zasobów internetowych danych geologicznych, potrafi dokonać ich weryfikacji, wykorzystuje do obliczeń geologicznych proste oraz zaawansowane programy komputerowe, interpretuje wyniki obliczeń w sposób opisowy lub graficzny

K_U04 – umie samodzielnie zanalizować zgromadzony materiał naukowy, zinterpretować otrzymane wyniki badań i wyciągnąć stosowne wnioski w oparciu o własne doświadczenia i najnowsze dane literaturowe

K_U07 – umie opisać budowę wewnętrzną skały, zanalizować procesy prowadzące do jej powstania, środowisko geotektoniczne i procesy przeobrażeń, umie określić termodynamiczne warunki konieczne do powstawania określonych typów skał

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

Wynik sprawdzianu pisemnego na ocenę odbywanego na zakończenie zajęć; zaliczenie obejmuje zagadnienia teoretyczne oraz praktyczne (opracowanie diagramów fazowych, zadania o charakterze rachunkowym).

Kontrola obecności na zajęciach (warunek zaliczenia przedmiotu)

Zaliczenie może odbywać się w formie ustnej lub pisemnej - w zależności od liczebności grupy; forma pisemna (sprawdzian pisemny/egzamin) składa się z pytań wielokrotnego wyboru lub pytań otwartych; test jest przeprowadzany zdalnie lub stacjonarnie za pośrednictwem platformy cyfrowej Kampus lub Google Classroom

brak