Изучение травертинов

Курсовая работа на тему :

«Изучение травертинов»

Исполнитель: Громов Г. А. ученик 9 класса лицея № 1553

Науч. Руководитель : Гурвич Е. М. канд. геол-минерал. Наук

Москва 2008

Цель работы: изучить травертины

  Задачи: 1) прочитать литературу по этой теме

                    2)посмотреть шлифы под микроскопами  МБС-      10 и МБС-8

                    3) сделать ренгенофлуоресцентный анализ

                              4) проверить воду на щелочность жесткость

Под землей вода может находится в трех состояниях: твердое (сезонная или многолетняя мерзлота и льды пещер) в жидком и газообразном состоянии.

Горные породы делятся на водопроницаемые – песок, гравий (пористость 20%,песок 30-35%) и известняки.

Слабопроницаемые породы – это супеси , легкие суглинки и лессы

Водоупорные - это глины , тяжелый суглинки пористость 50-60%)                                    

Типы подземных вод:

Подземные воды могут различаться по положению в разрезе и напорности:

1)верховодка - временное скопление воды в пределах зоны аэрации на локальном водоупоре, роль которого может играть небольшая линза глин.

2)грунтовые воды – верхний постоянный водоносный горизонт, расположенных на первом региональном водоупоре..  Грунтовые воды питаются из области водосбора  в пределах этого же водопроницаемого горизонта .

3)межпластовые воды – это воды водоносных горизонтов, заключенных между водоупорными горизонтами.

Межпластовые воды могут быть напорными или артезианскими (от провинции Артуа во Франции, которая в Римское время называлась Артезией) или безнапорными. Это зависит от геологического строения территории. Напорные воды обычно характерны для территорий с синклинальным  строением или с моноклинальным падением пород, упирающихся в водоупорные породы – в интрузии магматических пород или в водоупоры, смещенные по разломам.

Подземные воды различаются по типу проницаемости.

1. Поровые воды – это воды которые движутся по поровому пространству песков и др. обломочных пород. Движение медленное – до 2 -3 м в сутки при небольших уклонах и мелких порах, а если уклоны или поры увеличиваются, то скорость может достигать десятков метров в сутки..

2. Трещинные (трещино-жильные воды) – которые перемещаются по трещинам в магматических и метаморфических породах.

3.Карстовые воды – движутся по полостям в карстующихся – растворимых природными водами породах : известняках, доломитах, мраморах, гипсах , ангидритах, солях.

Подземные воды в том числе и гидротермальные могут быть разного генезиса. Они по происхождению и питанию подразделяются на

1. Атмосферного питания (вадозные воды – вадозос – мелкий неглубокий).

2 Реликтовые или седиментационные воды, те воды которые захоронились вместе с осадком и не были удалены под давлением вышележащих пластов.

3. Метаморфогенные воды возникают при дегидратации минералов, содержащих в кристаллической решетке воду или ОН-

4. Магматические воды – возникающие при кристаллизации магмы, насыщенной флюидом (газово-водной смесью).

5.Ювенильные воды (юные) – воды, которые возникают при дыхании мантии по разломам – воды, которые никогда не участвовали в круговороте.

Большая часть подземных вод имеет атмосферное питание , хотя в глубоких горизонтах наблюдается замедленный водообмен. Меньше всего роль последних двух типов, характерных для активных областей. Воды глубинных горизонтов смешанные – кроме атмосферных присутствуют седиментационные и метаморфогенные воды.

Подземные воды классифицируются по температуре.

Таблица 3.     ……

Гидротермы имеют различное происхождение.

1. Гидротермы в океане  В зонах срединно-океанических хребтов происходит излияние базальтовой лавы, застывают подушечные базальты. По трещинам в базальтах глубоко в еще горячие базальты проникает океаническая вода, нагревается, обогащается различными элементами и по другой системе трещин выходит в виде гидротермальных источников на дне океана .

2. Гидротермы связанные с интрузиями магмы. При кристаллизации магмы, обычно, гранитной, насыщенной флюидом происходит отделение флюида, конденсация водяного пара и образуются магматогенные горячие воды.

3. Воды атмосферного питания и седиментационные воды, которые попадают на большие глубины или в соприкосновение с очагами магматическими. С погружением на 33 м в среднем температура повышается на 1о. В активных вулканических зонах геотермальная ступень меньше – 10-12 м

Подземные воды классифицируются по химизму вод.

Выделяются: По уровню минерализации:

1. пресные и ультрапресные воды 0.2 – 1.0 г/л

2. Соленые и горько-соленые 3.0 – 35 г/л

3. Рассолы 50 – 400 г/л

По анионной части – гидрокарбонатные, сульфатные, хлоридные и смешанного состава, по катионной части выделяют Na, Ca, Mg и др. К основным компонентам могут добавляться повышенные количества железа. По газовой фазе O2, CO2, H2S и радиоактивные – радий и радон.

• Кислые (рН<4,5)

                 Хлоридные (сероводородно-углекислые, водородно-углекислые, азотно-углекислые, углекислые, азотные, метановые)

                 Сульфатные (сероводородно-углекислые, азотно-углекислые, углекислые)

                 Кремневокислые (водородно-углекислые)

• Щелочные (и слабокислые) (рН>4,5)

                  Хлоридные (сероводородно-углекислые, водородно-углекислые, азотно-углекислые, углекислые, азотные, метановые)

                  Сульфатные (сероводородно-углекислые, водородно-углекислые, азотно-углекислые, углекислые, азотные, метановые)

                  Гидрокарбонатные и карбонатные (сероводородно-углекислые, азотно-углекислые, углекислые, азотные, метановые)

                  Кремневокислые (водородно-углекислые, сероводородно-углекислые, азотные)

Б)подземные воды могут отличаться по температуре вода может быть как в виде льда и следовательно температура будет не выше +4 , также может быть в жидком состояние следовательно температура будет не ниже 0 градусов

В)классификация подземных вод по происхождению:

Результаты рентгенофлуоресцентного анализа

Принцип рентгенофлюоресцентного анализа состоит в том, что под действием рентгеновского излучения выбиваются электроны с какой-то орбитали, на это вакантное место встает электрон с другой орбитали. В это время происходит излучение в рентгеновском диапазоне. Это излучение индивидуально для каждого элемента (характеристическое излучение определенной длины волны – рентгеновское излучение это спектр от 10-8 до 10-12 м), а интенсивность зависит от содержания данного элемента в препарате. Излучение анализируется детектором и специальная компьютерная программа распознает состав элементов и осуществляет расчет содержания выявленных элементов. Анализ проводился в ГИН РАН на рентгенофлюоресцентном анализаторе TEFA-3 фирмы ORTEC. Рентгеновскими лучами высвечивается круг диаметром 15 мм

Исследовались два образца травертинов: один из Памуккале и один из Карахайита. В обоих образцах содержание MgO одинаково и не превышает 1%, а доля SiO2 в 2 раза, а Fe2O3 почти в 20 раз больше в образце из Карахайита, где несколько выше и содержание Al2O3 и K2O. В обоих образцах обнаружен Cl и SO3, содержание последнего значительно выше в травертине Памуккале. Эти компоненты обычно находятся в составе газово-жидких включений в кристаллах минералов. Содержание Sr заметно выше в травертине Карахайита, так как стронционит – минерал изоморфный с арагонитом, то возможно что первично в этом травертине было больше арагонита, который метастабилен и превратился в кальцит. Содержание Sr в обоих образцах на порядок выше кларка для карбонатных пород.

Pb, обнаружен только в травертине из Памуккале, где в 2 раза больше Zn (и в 2 раза выше кларка для карбонатных пород), в то время как Ni встречен только в Карахайите.  Интересно, что смитсонит (ZnCO3) и никелевый карбонат изоморфны с кальцитом, а церуссит (PbCO3)– с арагонитом. Очевидно арагонит принимал участие в формировании  травертинов в обоих местах. Только в Карахайите обнаружен As,содержание которого в 10 раз превышает кларк для карбонатных пород. Содержание меди в обоих травертинах в 3 раза выше Кларка для карбонатных пород и в травертине из Памуккале  выше, чем из Карахайита. Повышенные содержания Zn, Cu, As говорят о связи этих источников с затухающим вулканизмом.

Результаты рентгеноструктурного анализа

Это анализ, позволяющий определить кристаллическую структуру минерала.

Порошок минерала помещают в специальной камере на штативе и с помощью рентгеновской трубки его облучают рентгеновскими лучами. Они проходят через минерал как через дифракционную решетку. Кристаллическую структуру можно рассматривать как систему, состоящую из элементарных ячеек разной геометрической формы. При этом, в определенных точках этой ячейки (узлах) находятся атомы, молекулы, ионы. Частицы, из которых состоит минерал, служат препятствием и вызывают рассеивание (дифрагирование) лучей.

Каждую структуру можно представить как систему параллельных плоскостей, на которых эти частицы находятся. Плоскости находятся на определенных расстояниях друг от друга (расстояния d).

Взаимодействие рентгеновских лучей с кристаллической структурой (дифракцию) можно рассматривать как  систему отражений от этих плоскостей. Интенсивность ( I ) отражений зависит от количества частиц на этой плоскости (от ее плотности) и от их порядкового номера в таблице Менделеева. Если анализируется не мономинеральная проба, то интенсивность зависит еще и от доли этого минерала в пробе.

Плоскости дают отражение не всегда, оно  возникает тогда, когда есть определенное соотношение между углом падения рентгеновских лучей и длиной волны. Поэтому порошок минерала помещают на вращающийся столик, чтобы обеспечить отражение от максимального количества плоскостей. Все данные преобразуются и попадают в компьютер. Компьютерная программа вычисляет межплоскостные расстояния и выдает на дисплее график, с подписанными межплоскостными расстояниями при данном угле для каждого пика отражений, а интенсивность выражается высотой пика. Полученные данные (d и I) сравниваются с эталонными для минералов, и определяется изученный минерал.

Анализ производился в лаборатории РГГУ на приборе ДРОН-10.

Рентгеноструктурный анализ был проведен для 3 образцов: двух разновидностей травертина Памукале и одного из Карахайита. Так как травертин Карахайита был четко охристого цвета мы предположили,что возможно это железистый карбонат, однако, сопоставление определенных для него межплоскостных расстояний с эталонными для кальцита, арагонита и железистого карбоната показало, что мы имеем дело с кальцитом, как и в травертиновой  корке из Памуккале. В слоистом травертине из Памуккале обнаружены линии двух карбонатов – кальцита и арагонита. Это подтверждает наши предположения по результатам рентгенофлуоресцентного анализа, что в составе карбонатов имеются следы (по малым элементам) наличия арагонита или его прежнего существования в травертине.

     Нами не было найдено не каких сведений насчёт вод Карахайита , поэтому мы сами проводили все исследования .Мы проверили воду на щелочность , общую жесткость и на хлориды и железо . Хлорид-ионы по некоторым формулам способ ,метод по которому  мы всё измеряли называется метод Мора. Реакция проходит так сначала выпадает белый осадок  менее растворимого хлорида серебра: Ag+ + Cl- = AgCl. Раствор продолжает оставаться желтым от ионов CrO42-.

2. Красноватый осадок  хромата серебра (более растворимого, чем хлорид): 2Ag++ CrO42-= Ag2CrO4  - образуется после осаждения всех  Cl- ионов. В точке эквивалентности   раствор приобретает оранжевую окраску.

Всё считается  по формуле Х = 1.773 × Q × 10/5

Определение общей жесткости

Общая жесткость – в основном определяется содержанием  Mg2+ и Cа2+, обычно в воде находятся гидрокарбонаты этих металлов.

Порядок выполнения:

1.      К пробе добавляем аммиачный буфер для того, чтобы среда была щелочной с рН – 8

2.      добавляем индикатор – эриохром (черный Т). Этот индикатор при разном уровне щелочности среды показывает присутствие разных металлов – при рН = 10-12 – Са

а при рН 8 – и кальций и магний. Он образует непрочные цветные соединения с этими металлами. Цвет- раствора  в их присутствии -  малиновый.

3.      Добавляем по капле титрант - ЭДТА (трилонБ – этилендиаминатетраацетат Na). Это вещество образует прочные комплексы с металлами (хелаты – металл в середине органического соединения). По мере связывания металлов титрантом индикатор синеет.

Зная количество потраченного титранта, мы можем рассчитать содержание Са и Mg Определение проводилось с разбавленной и неразбавленной водой пробы.

Было отобрано 5 мл воды из пробы, и для приготовления разбавленной пробы произведено разбавление 1:10

Определение кальция.

Для определения использовался как индикатор эриохром  , так и мурексит , добавляли NaOH, чтобы повысить щелочность до рН 10-12.Oпределялось содержание кальция в разбавленной (1:10) пробе. Объём пробы 5 мл.

Определение содержания железа

Создание эталонного раствора.  Взяли 0.241г  соли FeCl3 H2O и развели в 500 мл дистиллированной воды. Получили раствор    0.1 мг/мл Fe3+.

1.      Из нашего эталонного раствора отобрали 10мл и, добавив дистиллированной воды, последовательно уменьшили концентрацию в 2 раза и снова в 2 раза, получив 3 раствора с известной концентрацией.

2.      Отобрали пробу воды 10 мл (трижды обмыв склянку водой пробы)

3.      Отобрали 10 мл  дистиллированной воды.

4.      Во всех  пробах, в пробе из дистиллированной воды и в калибровочных растворах довели щелочность до рН до 4-5

5.      Пипеткой капельницей добавили несколько капель солянокислого гидроксиламина и закрыв пробкой пузырек взболтали- для лучшего размешивания. Солянокислый гидроксиламин восстанавливает Fe3+ до Fe2+.