|
|
|
Circuitul materialelor (circuitul oxigenului)
Crusta terestra(litosfera), partea externa a Terrei este constituita din placa continentala de grosime circa 30 km(de origine vulcanica) si din placa oceanica de grosime de 5-10 km.
Elementele prezente in cantitati importante in crusta terestra sunt :O, Si, Al si Fe care se gasesc sub forma :SiO2 57, 6%, Al2O3 15, 3% , Fe2O3 si FeO 6, 8 %.
Rocile constituente ale litosferei au suferit de-a lungul erelor geologice procese morfologice ciclice de transformare care sunt exogene(externe) si endogene(interne).
Transformarile exogene reprezinta procesele de eroziune, transport si depunere care au loc la suprafata Pamantului, iar transformarile endogene sunt procesele ce au loc in interiorul scoartei terestre si se refera la procesele de topire, cristalizare, metamorfism.
In circuitul exogen, dupa alterare, depozitele de roci alterate din straturi profunde sunt transportate in depozite noi(sedimentare). Asa cum depunerea rocilor sedimentare se realizeaza in masura covarsitoare din apa (oceane. lacuri si ape curgatoare) si transportul materialelor respective se realizeaza tot de catre ape:
-89% transportate de apele curgatoare(17% in stare dizolvata si restul de 72% in suspensie)
-2% transportate in stare dizolvata in apele subterane
-7% transportate de catre ghetarii Antarcticii si Groenlandei, sub forma de blocuri mai mari sau mai mici. Ulterior sedimentele se compacteaza, sub actiunea presiunii straturilor si a apei.
Termenul diageneza se refera la procesele responsabile de alterarea sedimentelor urmata de depunere. Aceste procese decurg in straturile superioare ale solului si au influenta asupra apei continute de acestea. In acelasi timp cu depunerea, sedimentele incorporate in fluidul inconjurator conduc la aparitia apei interstitiale(de exemplu solutia ce apoasa ce ocupa cavitatile dintre particulele sedimentare). De interes particular in diageneza sedimentelor sunt modificarile temporale ale compozitiei apei interstitiale rezultate din activitatea bacteriana, din procesele ce au loc intre sedimente si apa interstitiala sau din interactiile apa interstitiala-apa de mare.
Procesele diagenetice pot fi fizice, chimice sau biologice. Un proces fizic important il reprezinta compactarea, ce are loc prin evaporarea apei si suprapunerea sedimentelor noi peste alte sedimente vechi.
Procesele chimice include cimentarea, segregarea mineralelor(de exemplu formarea straturilor)si procesele de schimb ionic. Cimentarea implica precipitarea chimica a fazei minerale care ocupa cavitatile dintre particule sedimentare. Segregarea mineralelor conduce la formarea straturilor rezultate din atingerea anumitor echilibre la adancimi diferite. Echilibrele ce se stabilesc la anumite adancimi in coloana sedimentara sunt influentate de activitatea microbiana. In particular, procesele biologice au influenta asupra pH-ului apei interstitiale.
In procesul de depunere are loc incorporarea materiei organice in componentele sedimentare. In apele fluviilor si zonele de coasta marine, productivitatea biologica mare din apa legata de acumularea rapida a sedimentelor conduce la obtinerea unui flux mare de materii organice in sedimente. Acest fenomen actioneaza ca o sursa importanta de hrana pentru organismele bentice(inclusiv pentru bacterii).
Bentosul reprezinta flora si fauna de pe fundul marilor si lacurilor. Organismele bentice se tarasc, isi sapa adaposturi sau sunt atasate de un substrat.
Oxidarea biochimica a materiilor organice micsoreaza concentratia oxigenului dizolvat in apa interstitiala, rezultand o stabilire a conditiilor anoxice in sedimente. Limita de separatie oxic/anoxic are loc in cazul in care difuzia oxigenului in straturile inferioare echilibreaza consumarea acestuia in procesele de respiratie. In timp ce materia organica este utilizata ca un oxidant pentru respiratie, in apa interstitiala din zona anoxica creste concentratia metanului.
Dupa un timp geologic indelungat stratul de sedimente dens si greu se depune si participa la circuitul endogen. Toate aceste transformari la scara mare au loc sub actiunea presiunii si temperaturilor mari.
Rocile sunt supuse transformarilor de tip metamorfic, topirii si apoi solidificarii(cristalizarii) in circuitul endogen.
Prin racirea lenta a magmei se formeaza roci cristaline cu compozitie omogena(minerale), cum ar fi se exemplu granitul, iar prin racirea rapida se formeaza roci fara structura cristalina(amorfe), cum ar fi de exemplu bazaltul.
Daca rocile magmatice sunt supuse unor presiuni si temperaturi inalte se obtin rocile metamorfice(circa 20% din scoarta terestra).
Dupa alterare si metamorfism se formeaza argile di- sau tristratificate, saruri si hidroxizi minerali.
Alterarea rocilor se datoreaza unor fenomene fizice, chimice si biologice.
Alterarea fizica se refera la divizarea rocilor in particule mici sub actiunea factorilor fizici(variatie de temperatura, vant, apa).
Alterarea chimica se poate realiza prin reactii de hidratare, de carbonatare(rocile carbonatice si silicatice)sau oxidare (minerale sulfuoroase, feroase).
Alterarea biologica are loc sub actiunea microorganismelor.
Apele subterane au un continut de saruri foarte variat ce depinde de tipul mineralelor cu care vin in contact. Sarurile minerale provin din procesele de dizolvare sau procesele de alterare.
1. 2. 1. Alterarea rocilor prin carbonatare
Alterarea rocilor carbonatice prin reactii de carbonatare se realizeaza prin intermediul dioxidului de carbon dizolvat in apele de precipitatie care vin in contact cu straturile de carbonati.
Alterarea rocilor silicatice prin carbonatare este un proces complex putin cunoscut. Continutul in compusi solubili al apelor subterane din terenuri silicatice depinde de concentratia dioxidului de carbon si de acizi organici formati in pricesul de "respiratie " a plantelor. Practic intreaga cantitate de dioxid de carbon dizolvat se transforma prin reactie cu mineralele silicatice in HCO3. In cele mai multe cazuri silicatii se transforma prin alterare in alte tipuri de minerale asa cum feldspatii se transforma in argile. Prin acest proces de alterare incompleta raportul cationic/SiO2 nu este cel din roca de provenienta , SiO2 provenit din alterare fiind retinut in zona de alterare sub alte forme de silicate.
Reactiile de carbonatare importante sunt:
-alterarea feldspatului potasic la caolin
-alterarea feldspatului sodic la caolin
-alterarea feldspatului sodic la montmorilonit
-alterarea caolinitului la gibsit.
Rocile metamorfice se comporta in timpul alterarii asemanator rocilor magmatice echivalente, iar cele sedimentare similar rocilor magmatice partial alterate.
1. 2. 2 Alterarea prin oxidare
Este importanta calitativ in special pentru patru elemente din sistemul aer-apa-roca si anume:carbonul, sulful, fierul si oxigenul.
Alterarea prin oxidare a carbonului se refera in special la procesul de oxidare a carbonului sub forma organica din rocile sedimentare de catre microorganismele din sol si este sursa unei mari parti a dioxidului de carbon dizolvat in apele subterane.
Alterarea prin oxidare a sulfurilor este un proces de oxidare a fierului divalent din pirite la fier trivalent si a ionului sulfura la suflat. Din zona de alterare anionul sulfat este spalat de apele subterane uneori precipitand sub forma de gips mai ales in regiuni calcaroase si aride.
Alterarea prin oxidare a fierului divalent se produce relative usor in cazul sulfurilor simultan cu oxidarea sulfului;in schimb, unele minerale ca magnetitul sunt extreme de rezistente la oxidare. Ionii ferosi sunt pusi in libertate prin atacul dioxidului de carbon sau acidului sulfuric asupra rocilor si oxidati la fier trivalent precipitand ulterior sub forma de hidroxid ferric(geothit, hematite, montmorilonit). In conditii reducatoare fierul bivalent nu se oxideaza si este preluat de apele subterane. Fierul este prezent in toate apele subterane de la concentratii sub 1 mg/l pana la 50 mg/l in apele feruginoase.
