Kosmochemia i geochemia jądra i płaszcza ziemskiego

fakultatywne

Zalecane odbycie i zaliczenie przedmiotu mineralogia, petrologia i geochemia dla studiów geologicznych I stopnia.

Wykład stanowi rozbudowany wstęp do zagadnień związanych ze ukształtowaniem się i rozwojem składu chemicznego Kosmosu, ze szczególnym uwzględnieniem Układu Słonecznego. Prezentowane tematy obejmują syntezę pierwiastków w gwiazdach, materiał presolarny, procesy rozdziału pierwiastków pomiędzy fazy tworzące mgławicę, z której utworzył się Układ Słoneczny, systematyczny przegląd składu chemicznego obiektów pozaziemskich (Słońce, meteoryty, asteroidy, Księżyc, Mars), wykorzystanie narzędzi geochemicznych do badań procesów zachodzących na wczesnych etapach istnienia Układu Słonecznego. Omawiany jest skład chemiczny całej Ziemi, jądra, płaszcza i skorupy ziemskiej. Przedstawiane są hipotezy wyjaśniające obecnie obserwowane zróżnicowanie składu chemicznego wewnętrznych geosfer, a także współczesne poglądy na powstanie i rozwój skorupy ziemskiej.

1. Zagadnienia wstępne:

atom, promień jonowy, elektroujemność, potencjał jonowy, podział pierwiastków, układ okresowy, klasyfikacja geochemiczna pierwiastków, izotopy i nuklidy, rozpad promieniotwórczy, procesy rozpadu jądrowego (rozpad alfa, beta, wychwyt elektronu, procesy syntezy jądrowej), zakres i obszar zainteresowań kosmochemii.

2. Procesy powstawania pierwiastków:

Model Wielkiego Wybuchu, nukleosynteza w gwiazdach mało- i średniomasywnych, nukleosynteza w gwiazdach masywnych, chemiczny rozwój Galaktyki.

3. Częstości pierwiastków w Kosmosie i w Układzie Słonecznym:

oszacowanie składu chemicznego Słońca, skład chemiczny meteorytów i znaczenie meteorytów typu CI, częstości pierwiastków i izotopów w Układzie Słonecznym, zróżnicowanie chemiczne pomiędzy Słońcem i Kosmosem.

4. Ziarna presolarne.

5. Meteoryty:

podział meteorytów, meteoryty prymitywne i zdyferencjowane, budowa i skład meteorytów chondrytowych, klasyfikacja chondrytów, meteoryty niechondrytowe (achondryty pierwotne i magmowe, meteoryty żelazne i kamienno-żelazne), chondryty księżycowe i marsjańskie.

6. Planetezymale bezwodne i uwodnione:

Asteroidy i meteoryty, skład chemiczny i termiczna ewolucja bezwodnych asteroid, struktura pasa asteroid, obiekty zawierające lód, skład chemiczny komet, zmienione meteoryty.

6. Chronologia i kosmochemiczne modele powstania i rozwoju wczesnego Układu Słonecznego:

Środowisko tworzenia się Słońca, wiek i chronologia wczesnego Układu Słonecznego, akrecja obiektów macierzystych dla meteorytów, struktura i procesy zachodzące w dysku akrecyjnym, akrecja i skład chemiczny planet, powstanie planet typu ziemskiego oraz planet zewnętrznych.

7. Księżyc i Mars:

Przebieg badań kosmicznych Księżyca, skład chemiczny płaszcza i jądra Księżyca, geochemiczny rozwój Marsa, znaczenie i wpływ badań Księżyca i Marsa na rozwój badań Ziemi.

8. Jądro ziemskie

Struktura jądra ziemskiego, strefa D”, badania jądra ziemskiego (dane bezpośrednie, pośrednie, założenia teoretyczne), skład chemiczny jądra wewnętrznego i zewnętrznego (pierwiastki główne, obecność pierwiastków lekkich i radioaktywnych), szacowanie i ustalanie składu chemicznego jądra (dane meteorytowe, modele powstania Ziemi, planetarna krzywa lotności), czas powstania jądra, jądro i granica jądro-płaszcz.

9. Płaszcz ziemski

Struktura i skład mineralogiczny płaszcza ziemskiego, przejścia fazowe w płaszczu, modele obiegu materii w płaszczu, znaczenie bazaltów wysp oceanicznych i stref subdukcji dla heterogenicznej natury płaszcza, skład pierwiastkowy i izotopowy płaszcza (pierwiastki niedopasowane, izotopy Pb, Nd, Sr i He), obecność i rola pióropuszy płaszcza w ustaleniu się obecnego składu chemicznego płaszcza).

10. Skorupa ziemska (zarys)

Struktura skorupy ziemskiej, skład chemiczny skorupy oceanicznej i kontynentalnej, utworzenie się i wzrost skorupy kontynentalnej, procesy wietrzenia minerałów skałotwórczych i ich znaczenie w obiegu pierwiastków.

wykład 30 godzin

samodzielna praca studenta ok. 20 godzin

razem ok. 50 godzin

D. L. Anderson: New Theory of the Earth. Cambridge University Press.

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

H.Y. McSween, G.R. Huss. Cosmochemistry. Cambridge University Press.

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

Meteorites, Comets and Planets. Treatise on Geochemistry, vol. 1.

Core and mantle. Treatise on Geochemistry, vol. 2.

Crust. Treatise on Geochemistry, vol. 3.

W. M. White. Geochemistry. Willey- Blackwell

Student rozumie złożone zjawiska i procesy związane z formowaniem się i chemicznym rozwojem Kosmosu i Układu Słonecznego. Posiada wiedzę na temat aktualnych poglądów dotyczących materiału presolarnego, z którego uformowała się mgławica planetarna Układu Słonecznego, a także powstania planet i ciał macierzystych dla meteorytów. Zapoznał się z podziałem i budową meteorytów i potrafi powiązać ich cechy chemiczne i petrograficzne z procesami fizykochemicznymi zachodzącymi we wczesnym Układzie Słonecznym. Zna i rozumie związki pomiędzy, kosmochemią, a geochemią petrologią i mineralogią. Umie wykorzystać dane kosmochemiczne do scharakteryzowania i opisania materiału pochodzenia ziemskiego. Rozumie znaczenie badań chemicznych Księżyca i Marsa dla lepszego zrozumienia rozwoju Układu Słonecznego i Ziemi. Zna skład chemiczny jądra, płaszcza i skorupy ziemskiej, zapoznał się z najważniejszymi poglądami na temat ukształtowania się ich obecnego składu chemicznego, potrafi wskazać i scharakteryzować powiązania chemiczne pomiędzy nimi. Jest przygotowany do samodzielnego studiowania i interpretowania zaawansowanej literatury geochemicznej i kosmochemicznej.

Egzamin końcowy przeprowadzany w formie odpowiedzi ustnej.

brak