Geochimica chimismo

MOBILITA’ GEOCHIMICA

La mobilità geochimica rende conto della presenza degli ioni nei diversi serbatoi.

Ioni con p.i. inferiore a 2.5 (Cs, Rb, K, Na, Li) danno origine a sali facilmente solubili e pertanto tendono a rimanere a lungo in

soluzione e ad essere trasportati per grandi distanze (elevata mobilità geochimica); Es: Cs+, Rb+, K+, Na+, Li+

Ioni con p.i. compreso tra 2.5 e 10 (Fe, Zr, Mn, Al, Ti, U, Th, etc) danno origine ad idrossidi insolubili e tendono a precipitare

(bassa mobilità geochimica).Es: Fe2+, Fe3+, Mn2+

Ioni con p.i. > 10 (B, C, P, N, S) formano Sali molto solubili. I cui anioni complessi mostrano elevata mobilità geochimica

Es: SO42-, HCO3-

 CICLO DELL'ALLUMINIO

 3+

L'alluminio è un elemento litofilo, è un metalloide e l'unico stato di ossidazione è Al .

 Conseguentemente non è Eh dipendente.

 Il pool di riserva dell'alluminio è il magma.

 Dalle analisi geochimiche condotte su peridotiti, comatiti e piroliti. Al risulta tra gli elementi presenti in quantità

subordinata a quelli caratterizzanti, quali Si, O.

 Attraverso processi magmatici, Al si sposta da un serbatoio ad un altro.

 In particolare sulla crosta, lo troviamo nei minerali più abbondanti della crosta stessa, “ i fledspati”.

 Se consideriamo una granodiorite, roccia caratteristica della crosta superiore, questa presenta un forte tenore di k-

feldspato;

 Al figura dunque fra gli elementi più abbondanti delle crosta.

 Il k-feldspato è soggetto a fenomeni di alterazione (weathering), secondo la reazione di idrolisi:

+ -

KAlSi O +H O → K +Al(OH) + H SiO +OH

3 8 2 3 4 4

 La precipitazione di Al(OH) avviene a pH=4.5 e a 5.5 è già tutto precipitato.

3

 Quindi l'alluminio trova dunque la sua trappola geochimica nell'idrossido.

 Avendo un solo stato di ossidazione, non è Eh dipendente.

 In termini di potenziale ionico, Al rientra nel campo degli elementi immobili.

 Fe e Al hanno pH di precipitazione vicini tra loro e inferiori al pH delle acque meteoriche; ciò spiega perché questi due

elementi sono associati nelle rocce residuali.

 2+

Se è presente solo Al vuol dire che il Fe non si è ossidato per una particolare condizione ambientale e quindi non

precipita.

 Occorre precisare che Al(OH) ha solubilità più elevata rispetto ad SiO per pH<4.

3 2

 In queste condizioni si può avere l'asportazione dell'allumina è di un arricchimento in silice (si tratta di una condizione

rara in natura).

 Nelle condizioni naturali, la solubilità della silice è maggiore di quella dell'allumina, quindi la silice viene dilavata,

lasciando in situ Al(OH) (BAUXITE).

3

 Essendo immobile, poco Al arriva al serbatoio ultimo.

 Per processi di subduzione, può ritornare al mantello.

 CICLO DELLO ZOLFO

 Lo zolfo è un elemento calcofilo.

 Esso viene immesso nell'atmosfera soprattutto da attività antropiche, principalmente come SO , proveniente dalla

2

combustione del carbone e del gasolio.

 Lo zolfo di origine non antropica, viene immesso dell'atmosfera soprattutto come H S dai vulcani, dal decadimento

2

biologico del materiale organico e dalla riduzione dei solfati.

 Nell'atmosfera H S viene rapidamente ossidato in SO , attraverso un processo che globalmente è il seguente:

2 2

H S+ 3/2O → SO +H O

2 2 2 2

 Dall'attività antropica viene inoltre immesso nell'atmosfera H SO , il quale si mescola con il vapore acqueo , viene

2 4

trasportato tramite i venti e arriva nelle acque oceaniche attraverso le precipitazioni (piogge acide), arricchendole di

42-

SO .

 Sempre nell'atmosfera una reazione molto comune per i composti dello zolfo che porta alla formazione delle piogge

acide è la seguente: H O+SO → H SO → (OSSIDAZIONE) H SO

2 2 2 3 2 4

 42-

Le acque continentali arricchiscono quelle oceaniche di SO , derivante dall'alterazione della pirite:

2+ 42- +

FS +8H O → Fe + 2SO + 16H + 14 e-

2 2

 Occorre precisare, inoltre che lo zolfo figura tra i macronutrienti del suolo.

 Lo ione solfato è generalmente presente nel suolo sotto forma di minerali solfati immobilizzati insolubili o sotto forma

di sali solubili, che sono facilmente lisciviati dal suolo e persi tramite percolamento.

 +

A differenza del caso dei nutrienti cationici come il K , ben poco solfato è assorbito dal suolo ( cioè legato tramite

reazione di scambio ionico) dove resiste al percolamento rimanendo disponibile per l' assimilazione attraverso le radici

delle piante.

 Altri organismi lo assumono come H S restituendolo al suolo attraverso il fenomeno della demolizione metabolica.

2

 42-

Nel serbatoio ultimo, il mare, SO può essere seppellito nelle argille, e ridotto per la presenza di sostanza organica in

decomposizione sul fondo che sottrae ossigeno, dando luogo ad un ambiente riducente.

 7

Il tempo di residenza dello zolfo è di 10 anni.

 A questo punto, il ciclo può ricominciare o tramite subduzione delle argille di fondo oceanico o attraverso ritorno

nell'atmosfera tramite l'evaporazione delle acque oceaniche.

 CICLO DEL MAGNESIO

Molti geochimici ritengono che il chimismo del mantello sia ultrafemico ricco di olivina e costituito da: olivina, pirosseno e fasi

ricche di Al. Le analisi condotte mettono in evidenza che il mantello è costituito da elementi caratterizzanti quali Mg,Si,O, per

la presenza di olivina e pirosseno; sono presenti poi elementi in quantità subordinate quali Ca, Fe e Al. Poco presenti e non

caratterizzanti sono invece Cr,Ti,Na,K che hanno concentrazioni <10.5%.

 Il magnesio è un non metallo ed un elemento litofilo.

 Il magnesio essendo presente in tale serbatoio in % elevate può dar luogo ad una fase minerale.

Gli elementi che costituiscono il mantello risalgono in superficie grazie al vulcanismo e tra questi c'è il magnesio. Il chimismo

della crosta continentale è rappresentato dalla granodiorite che presenta come elementi più abbondanti O,Si,Al,Fe,Mg,Ca,Na.

 Sulla crosta il magnesio è presente in un certo numero di minerali ad esempio la fosterite. Tale minerale è soggetto al

processo di alterazione (weathering) secondo la seguente reazione:

2+ -

Mg SiO + 4H O→ 2Mg +H SiO + 4OH

2 4 2 4 4

 -

Da tale reazione si può comprendere che il processo avviene in un ambiente tipicamente basico(4OH ).

 Il Mg inoltre è un elemento che ha il valore di potenziale ionico <2.5 quindi si colloca tra gli ioni mobili.

 Altra caratteristica del Mg è che ha un solo stato di ossidazione (+2) quindi non è Eh dipendente;

 Ha un pH di precipitazione intorno a 14 quindi al di fuori di pH naturale(4-9) e quindi non si trova come idrossido.

 Poiché l'idratazione è inversamente proporzionale al raggio ionico, il Mg è un elemento in cui l'idratazione è

abbastanza efficace.

 Ciò gli permette di arrivare nel bacino ultimo in abbondanza.

 Nel suolo il magnesio rappresenta un macronutriente quindi è presente per quantità maggiori di 500 parti per milioni.

 Essendo un macronutriente, il Mg è essenziale per il ciclo vitale delle piante.

 Una volta arrivato nel bacino ultimo il magnesio risulta essere sia per le acque continentali che per le acque oceaniche

il 2°catione per abbondanza.

 Il Mg è presente in concentrazioni elevate in quanto gli apporti di questo sono superiori alle perdite.

 Essendo gli apporti superiori alle perdite ma essendo coinvolto nei processi biologici di alcuni organismi, il tempo di

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residenza del magnesio nelle acque è di 10 anni, inferiore rispetto a quello che caratterizza elementi come il sodio e il

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cloro, che non sono coinvolti in altri processi per 10 anni.

 In seguito l'elemento tramite processi di subduzione ritorna nel suo pool di riserva (mantello).

 CICLO DEL SODIO

Molti geochimici ritengono che il chimismo del mantello sia ultrafemico ricco di olivina e costituito da: olivina, pirosseno e fasi

ricche di Al. Le analisi condotte mettono in evidenza che il mantello è costituito da elementi caratterizzanti quali Mg,Si,O, per

la presenza di olivina e pirosseno; sono presenti poi elementi in quantità subordinate quali Ca, Fe e Al. Poco presenti e non

caratterizzanti sono invece Cr,Ti,Na,K che hanno concentrazioni <10.5%.

 Il sodio essendo presente in tale serbatoio in quantità esigua non può dare luogo a fasi minerali.

Quando il mantello forma fusi parziali, parte degli elementi risalgono in superficie grazie al vulcanismo, fra questi c'è il sodio. Il

chimismo della crosta continentale è rappresentato dalla granodiorite che presenta come elementi più abbondanti

O,Si,Al,Fe,Mg,Ca,Na.

 Il sodio bisogna inoltre ricordare che attraverso la classificazione di Goldschmidt è un elemento litofilo, e quindi

presenta sulla litosfera.

 In quest'ultima il Na, può essere presente in vari minerali ad esempio nell'albite.

 Questo minerale è soggetto a fenomeni di alterazione superficiale(weathering) secondo la reazione:

+ -

NaAlSi O + 8H O → Na +OH + Al(OH) + 3H SiO

3 8 2 3 4 4

 In questa reazione si ha la formazione di un acido debole rapprsentato da 3H SiO ; un colloide rappresentato da

4 4

Al(OH) 3 .

 Da tale processo di alterazione è inoltre possibile vedere che in termini di potenziale ionico, il sodio si colloca tra gli

ioni mobili poiché il suo p.i è <2.5, rimanendo dunque allo stato di ione.

 Avendo un solo stato di ossidazione, il Na non è neanche Eh dipendente.

 Collocandosi nelle fasi iniziali del I°gruppo (Z=11) ha anche una idratazione elevata e ciò fa sì che il Na arrivi nel bacino

ultimo in grandi %.

 Il Na, bisogna anche evidenziare che ha un pH di precipitazione circa di 10 e quindi in natura l'idrossido di Na non è

possibile trovarlo.

 In seguito ai processi di alterazione delle rocce il Na arriva nelle acque continentali e qui rappresenta per abbondanza

il 3°catione in assoluto;

 Nelle acque oceaniche invece, il Na è il I°catione ed inoltre è una specie conservativa (quindi non è soggetto a

variazioni di concentrazione al variare delle condizioni di TP, e del pH quando non è coinvolto in processi di

dissoluzione e di precipitazione).

 Inoltre il Na nelle acque oceaniche è un micronutriente indifferente quindi non è utilizzato in abbondanza e ciò

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permette di dire che il Na ha un tempo di residenza elevato (circa 10 anni).

 In seguito attraverso subduzione, il Na torna n