Elemen kimia

Batuan sedimen

Dekomposisi batuan yang sudah ada sebelumnya oleh pelapukan, pengangkutan dan pengendapan produk pelapukan sebagai sedimen, dan akhirnya pembentukan batuan sedimen mungkin diharapkan untuk menghasilkan campuran material yang kasar, sehingga bekerja melawan diferensiasi geokimia lebih lanjut dari unsur-unsur. Ini bukan kasusnya; proses sedimen sering menghasilkan konsentrasi unsur-unsur yang luar biasa, yang mengarah ke endapan mineral tertentu yang hampir murni. Beberapa batupasir, misalnya, mengandung lebih dari 99 persen kuarsa dan beberapa batu gamping lebih dari 99 persen kalsium karbonat. Yang tertinggi dicapai dalam endapan garam, dengan lapisan anhidrit (CaSO ₄) yang luas, gipsum (CaSO ₄ · 2H ₂O), halit (NaCl), dan senyawa lainnya. Goldschmidt membandingkan proses sedimen dengan analisis kimia kuantitatif, yang melibatkan pemisahan berturut-turut elemen tertentu atau kelompok elemen.

Kuarsa (SiO ₂) sangat tahan terhadap pelapukan dan terakumulasi sebagai endapan pasir. Ketika terkonsolidasi, endapan ini membentuk batupasir, kelompok penting batuan sedimen. Dalam kondisi khusus, hampir semua mineral dapat disimpan dalam butiran seukuran pasir, tetapi sebagian besar mineral akhirnya terurai oleh pelapukan. Beberapa yang tahan mungkin bertahan dan cukup terkonsentrasi untuk membentuk simpanan ekonomi yang dikenal sebagai placers; yang paling dikenal mungkin adalah pasir yang mengandung emas, sumber penting elemen ini, tetapi endapan pasir mungkin memiliki konsentrasi ekonomi zirkonium (seperti zirkon mineral, ZrSiO ₄), titanium (seperti rutil, TiO ₂, dan ilmenite, FeTiO ₃), timah (seperti kasiterit, SnO ₂), dan lainnya.

Aluminosilikat batuan beku, terutama feldspar, (K, Na) AlSi ₃ O ₈ dan (Na, Ca) (Al, Si) ₄ O ₈, relatif mudah terurai oleh pelapukan. Unsur alkali dan kalsium sebagian besar terbawa dalam larutan, sedangkan aluminium dan silikon dengan cepat disimpan kembali sebagai mineral tanah liat yang tidak larut. Ketika terkonsolidasi, mineral-mineral ini membentuk serpih dan batu lumpur. Mineral feromagnetik mengalami dekomposisi yang lebih kompleks, kadang-kadang mengarah ke pengendapan sedimen kaya besi yang sebagian besar terdiri dari oksida besi terhidrasi; sedimen semacam itu adalah bijih besi yang berharga di banyak negara.

Kalsium terbawa dalam larutan terutama sebagai kalsium bikarbonat, Ca (HCO ₃) ₂. Sebagian besar akhirnya mencapai laut, di mana ia dimanfaatkan oleh berbagai macam organisme sebagai bahan kerangka dalam bentuk kalsit dan aragonit (polimorf — bentuk berbeda — dari CaCO ₃). Akumulasi bahan kerangka setelah kematian organisme telah membentuk endapan batu kapur yang luas sepanjang waktu geologis. Magnesium dalam air laut dapat bereaksi dengan kalsium karbonat untuk membentuk dolomit, CaMg (CO ₃) ₂, dan dengan cara ini beberapa magnesium dihilangkan dari larutan dan diendapkan dalam sedimen.

Namun, sebagian besar magnesium tetap berada di air laut, yang pada dasarnya merupakan larutan encer magnesium, kalsium, natrium, dan kalium klorida dan sulfat, dengan banyak unsur lain dalam jumlah kecil (lihat Tabel). Dalam keadaan geologis khusus, badan air laut dapat terputus dari laut terbuka, dan dalam kondisi kering air akan menguap dan tumpukan garam yang luas disimpan. Kondisi seperti itu telah terjadi di berbagai daerah sepanjang waktu geologis, dan endapan garam yang dihasilkan secara ekonomis penting sebagai sumber natrium, kalium, kalsium, magnesium, klorin, dan belerang.

Tiga kelompok utama batuan sedimen adalah batupasir, serpih, dan batuan karbonat (batu kapur dan dolomit). Penelitian geokimia jauh lebih sedikit telah dikhususkan untuk batuan sedimen daripada batuan beku, dan data untuk isinya elemen minor dan jejak karenanya kurang luas. Angka-angka dalam Tabel menunjukkan bahwa elemen minor dan jejak umumnya cenderung lebih terkonsentrasi di serpih daripada di batupasir dan batuan karbonat.

Masalah sampai pada komposisi rata-rata untuk semua batuan sedimen sebagian besar masih belum terselesaikan, sebagian besar karena ketidakpastian dalam jumlah relatif serpih, batupasir, dan batuan karbonat. Dari argumen geokimia, Clarke memperkirakan persentase relatif dari ketiga kelompok ini masing-masing 80: 15: 5. Pengukuran aktual dari batuan sedimen menunjukkan bahwa angka-angka ini melebih-lebihkan jumlah serpihan dan meremehkan jumlah batu kapur. Dengan demikian, kompilasi jumlah serpihan, batu pasir, dan batu kapur yang tercatat dalam formasi batuan sedimen lebih dari 213.000 meter (700.000 kaki) memberikan persentase relatif masing-masing 46:32:22. Identifikasi formasi sebagai batu kapur, batu pasir, atau serpihan, bagaimanapun, kemungkinan besar akan kotor; serpih biasanya mengandung banyak pasir, batupasir dapat membawa banyak tanah liat, dan istilah batu kapur diterapkan pada banyak batu dengan 50 persen atau kurang karbonat. Tampaknya batugamping lebih menonjol dalam catatan geologis daripada yang mungkin diharapkan dari perhitungan geokimia, namun; ini mungkin mencerminkan fakta bahwa lingkungan air dangkal adalah tempat yang bagus untuk pengendapan karbonat, sedangkan kedalaman lautan adalah tempat penyimpanan terutama dari sedimen yang kaya akan tanah liat.

Batuan metamorf

Relatif sedikit investigasi telah dilakukan dari komposisi unsur batuan metamorf. Banyak dari batuan ini yang mempertahankan fitur geokimia dari bahan induk atau material sedimen induknya, dan komposisi curahnya tidak banyak berubah meskipun rekristalisasi lengkap dan produksi mineral dan struktur baru dalam beberapa kasus. Namun, beberapa batuan metamorf telah dimodifikasi secara nyata dengan menghilangkan beberapa komponen dan penambahan lainnya.

Survei Geologi Kanada telah melakukan studi komprehensif tentang area besar Shield Kanada, wilayah geologi kompleks yang sebagian besar terdiri dari batuan metamorf. Dari koleksi lebih dari 8.000 sampel batuan dasar, kelimpahan rata-rata dari semua elemen utama dan sejumlah elemen minor dan trace ditentukan; angka-angka diberikan dalam Tabel. Seperti yang mungkin diantisipasi, komposisi rata-rata tidak jauh berbeda dari komposisi rata-rata batuan beku. Itu memang menunjukkan kandungan silikon yang agak lebih tinggi, mungkin mencerminkan dominan granit di atas batuan basaltik dan kelimpahan relatif batuan sedimen yang kaya kuarsa dalam susunan asli Canadian Shield. Validitas umum dari angka-angka kelimpahan ini untuk batuan metamorf telah dikonfirmasi oleh studi yang sama tentang komposisi rata-rata batuan metamorf di bekas Uni Soviet, yang telah memberikan hasil yang sebanding.