Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Geochemistry of geological processes
Course of study:
2015/2016
Code:
BGG-2-208-MS-s
Faculty of:
Geology, Geophysics and Environmental Protection
Study level:
Second-cycle studies
Specialty:
Applied Mineralogy and Gemmology
Field of study:
Mining and Geology
Semester:
2
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
dr hab. inż. Majka Jarosław (jaroslaw.majka@geo.uu.se)
Academic teachers:
dr hab. inż. Manecki Maciej (gpmmanec@cyf-kr.edu.pl)
Module summary

Description of learning outcomes for module
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Connections with FLO Method of learning outcomes verification (form of completion)
Social competence
M_K001 Potrafi myśleć i działać w sposób kreatywny i przedsiębiorczy GG2A_K01 Participation in a discussion
Skills
M_U001 Potrafi interpretować równowagowe struktury w szlifach petrograficznych. GG2A_U03, GG2A_W05, GG2A_U10 Report,
Test,
Activity during classes
M_U002 Rozumie zastosowania obliczeń geochemicznych w aplikacjach złożowych i gemmologicznych. GG2A_U19, GG2A_U17, GG2A_U09 Report,
Examination,
Activity during classes
M_U003 Potrafi interpretować diagramy trwałości minerałów w świetle procesów krystalizacji,i rozpuszczania i przemian fazowych. GG2A_U18, GG2A_U09 Examination
M_U004 Potrafi interpretować dane izotopowe i geochronologiczne. GG2A_U03, GG2A_U01, GG2A_W11 Test
Knowledge
M_W001 Potrafi interpretować diagramy trwałości minerałów w świetle procesów krystalizacji,i rozpuszczania i przemian fazowych. GG2A_W11, GG2A_W01 Examination
M_W002 Dostrzega procesy geologiczne kontrolowane przez kinetykę reakcji. GG2A_W01, GG2A_U10 Examination
M_W003 Potrafi interpretować diagramy trwałości minerałów w świetle procesów krystalizacji,i rozpuszczania i przemian fazowych. GG2A_W11, GG2A_W01 Examination
M_W004 Rozumie rolę i przebieg procesów sorpcji i desorpcji w geologii GG2A_U01, GG2A_W01 Examination
M_W005 Potrafi interpretować diagramy trwałości minerałów w świetle procesów krystalizacji, rozpuszczania i przemian fazowych. GG2A_W11, GG2A_W01 Examination
M_W006 Zna rolę i mechanizmy procesów utleniania i redukcji w procesach geologicznych GG2A_W01 Examination
M_W007 Zna rolę i mechanizmy procesów utleniania i redukcji w procesach geologicznych GG2A_W01 Examination
M_W008 Dostrzega procesy geologiczne kontrolowane przez kinetykę reakcji. GG2A_W01, GG2A_U10 Examination
M_W009 Potrafi zastosować modelowanie komputerowe dla odtworzenia geochemicznych mechanizmów procesów geologicznych GG2A_W03, GG2A_W11 Report,
Test
M_W010 Potrafi wyznaczyć i zinterpretować temperatury i ciśnienia procesów geologicznych na podstawie obserwacji petrologicznych i analiz geochemicznych. GG2A_W11, GG2A_W02 Report,
Test,
Activity during classes
M_W011 Zna zasady konstrukcji diagramów fazowych dla odtworzenia procesów krystalizacji magm. GG2A_U03, GG2A_W04 Report,
Test
M_W012 Rozumie rolę i przebieg procesów sorpcji i desorpcji w geologii GG2A_U01, GG2A_W01 Examination
M_W013 Rozumie zasadę i zastosowania metod geochronologicznych. GG2A_W02 Examination
M_W014 Zna zasady interpretacji geologicznej znaczenia wyników datowania różnymi metodami. GG2A_W05, GG2A_W02 Examination,
Activity during classes
FLO matrix in relation to forms of classes
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Form of classes
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Others
E-learning
Social competence
M_K001 Potrafi myśleć i działać w sposób kreatywny i przedsiębiorczy - + - - - - - - - - -
Skills
M_U001 Potrafi interpretować równowagowe struktury w szlifach petrograficznych. - + - - - - - - - - -
M_U002 Rozumie zastosowania obliczeń geochemicznych w aplikacjach złożowych i gemmologicznych. + + - - - - - - - - -
M_U003 Potrafi interpretować diagramy trwałości minerałów w świetle procesów krystalizacji,i rozpuszczania i przemian fazowych. - + - - - - - - - - -
M_U004 Potrafi interpretować dane izotopowe i geochronologiczne. - + - - - - - - - - -
Knowledge
M_W001 Potrafi interpretować diagramy trwałości minerałów w świetle procesów krystalizacji,i rozpuszczania i przemian fazowych. + - - - - - - - - - -
M_W002 Dostrzega procesy geologiczne kontrolowane przez kinetykę reakcji. + - - - - - - - - - -
M_W003 Potrafi interpretować diagramy trwałości minerałów w świetle procesów krystalizacji,i rozpuszczania i przemian fazowych. + - - - - - - - - - -
M_W004 Rozumie rolę i przebieg procesów sorpcji i desorpcji w geologii + - - - - - - - - - -
M_W005 Potrafi interpretować diagramy trwałości minerałów w świetle procesów krystalizacji, rozpuszczania i przemian fazowych. + - - - - - - - - - -
M_W006 Zna rolę i mechanizmy procesów utleniania i redukcji w procesach geologicznych + - - - - - - - - - -
M_W007 Zna rolę i mechanizmy procesów utleniania i redukcji w procesach geologicznych + - - - - - - - - - -
M_W008 Dostrzega procesy geologiczne kontrolowane przez kinetykę reakcji. + - - - - - - - - - -
M_W009 Potrafi zastosować modelowanie komputerowe dla odtworzenia geochemicznych mechanizmów procesów geologicznych + + - - - - - - - - -
M_W010 Potrafi wyznaczyć i zinterpretować temperatury i ciśnienia procesów geologicznych na podstawie obserwacji petrologicznych i analiz geochemicznych. + + - - - - - - - - -
M_W011 Zna zasady konstrukcji diagramów fazowych dla odtworzenia procesów krystalizacji magm. + + - - - - - - - - -
M_W012 Rozumie rolę i przebieg procesów sorpcji i desorpcji w geologii + - - - - - - - - - -
M_W013 Rozumie zasadę i zastosowania metod geochronologicznych. + - - - - - - - - - -
M_W014 Zna zasady interpretacji geologicznej znaczenia wyników datowania różnymi metodami. - + - - - - - - - - -
Module content
Lectures:

Wprowadzenie do udziału procesów przemian chemicznych w procesach globalnych w świetle modelu tektoniki kier i w geologicznej skali czasu. Systemy otwarte i zamknięte. Pojęcia, definicje, aparat matematyczny.
Warunki trwałości minerałów i równowagi wielofazowe, pola trwałości na wykresach PT. Odczytywanie reakcji między minerałami ze struktur obserwowanych w mikroskopie optycznym. Zastosowanie funkcji termodynamicznych w petrologii, energia swobodna Gibbsa, równanie Clapeyrona. Diagramy PT i TX dla skał metamorficznych. Wyprowadzanie i uzgadnianie reakcji chemicznych dla procesów metamorficznych. Zawartość a aktywność, lotność, rzeczywiste wzory minerałów w obliczeniach geochemicznych. Założenia, ograniczenia i przykłady zastosowań klasycznej geotermobarometrii skał magmowych i metamorficznych, zasady kalibracji eksperymentalnej. Pseudosekcje. Komputerowe programy geochemiczne w modelowaniu geochemii procesów metamorficznych na przykładzie PERPLEX. Ścieżki P-T-t.
Podstawowe metody geochronologiczne. Wstęp do geochemii izotopów trwałych.

Procesy i reakcje metasomatyczne. Zastępowanie.
Geotermometry stosowane dla skał osadowych. Oznaczanie warunków paleośrodowiskowych z użyciem narzędzi geochemicznych.

Geochemia procesów minerało- i skałotwórczych w systemach magmowych. Reguła faz. Diagramy fazowe układów podwójnych i potrójnych w systemach magmowych.

Reakcje minerałów w środowisku wodnym na przykładzie minerałów fosforanowych i ilastych. Komputerowe programy geochemiczne w studiach procesów minerało- i skałotwórczych strefy hipergenicznej na przykładzie równowagi w roztworach wodnych na przykładzie PHREEQC.

Geochemia procesów utleniania-redukcji, termodynamika procesów nieodwracalnych.
Geochemia węglanów. Przyczyny i znaczenie specyfiki obiegu minerałów i skał węglanowych w skali globalnej tektoniki płyt litosfery.
Podstawy kinetyki chemicznej. Kinetyka procesów geologicznych. Procesy częściowo kontrolowane kinetycznie. Dyfuzja i adwekcja w procesach diagenezy, w aktywności hydrotermalnej i w metamorfizmie. Powstawanie konkrecji, cementacja, migracja. Wybrane struktury i tekstury skał magmowych i metamorficznych wynikające z konkurencyjności reakcji. Tempo wietrzenia i denudacji chemicznej.
Przykłady zastosowań termodynamiki i kinetyki w interpretacji procesów złożotwórczych.
Geochemia procesów powstawania wybranych minerałów o znaczeniu gemmologicznym.

Auditorium classes:

Identyfikacja układów równowagowych w obrazach mikroskopowych skał magmowych i metamorficznych. Uzgadnianie równań chemicznych, wyznaczanie aktywności pierwiastków we wzorach rzeczywistych. Wyznaczanie temperatur i ciśnień z użyciem analiz mikrosondowych. Zastosowanie programu komputerowego PerpleX.
Obliczenia termodynamiczne. Konstrukcja i interpretacja diagramów fazowych dla modeli równowagowej i frakcjonalnej krystalizacji magmy. Systemy eutektyczne i perytektyczne.
Ćwiczenia z rekonstrukcji wieloetapowej historii geologicznej na podstawie przedstawionych wyników analiz izotopowych, geochronologii i termochronometrii.
Zastosowanie programu PHREEQC do modelowania równowag mineralnych w roztworach.

Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 126 h
Module ECTS credits 5 ECTS
Participation in lectures 28 h
Participation in auditorium classes 28 h
Realization of independently performed tasks 33 h
Preparation for classes 15 h
Preparation of a report, presentation, written work, etc. 20 h
Examination or Final test 2 h
Additional information
Method of calculating the final grade:

Warunkiem uzyskania zaliczenia jest wykonanie wszystkich ćwiczeń laboratoryjnych, złożenie wszystkich sprawozdań z wykonanych ćwiczeń laboratoryjnych oraz uzyskanie pozytywnej oceny z zaliczenia. Ocena z zaliczenia wystawiana jest na podstawie średniej z ocen z kolokwiów i ze sprawozdań z ćwiczeń oraz aktywności:
Ocena z zaliczenia = 0,4 * ocena z kolokwiów + 0,4 * ocena ze sprawozdań z ćwiczeń + 0,2 * aktywność na zajęciach
Ocena końcowa = 0,6 * ocena z egzaminu + 0,4 * ocena z zaliczenia

Prerequisites and additional requirements:

• Znajomość podstaw chemii i geochemii
• Znajomość podstaw mineralogii
• Znajomość podstaw petrografii

Recommended literature and teaching resources:

K. B. Krauskopf, D. K. Bird 1995. Introduction To Geochemistry – 3rd Edition, McGraw-Hill
A.C. Lasaga 1998. Kinetic theory in the earth sciences. Princeton University Press.
H. Y. McSween, S. M. Richardson, and M. E. Uhle. 2003. Geochemistry: pathways and processes, 2nd ed. Columbia University Press
D.A. Wyman (Ed.) 1996. Trace element geochemistry of volcanic rocks. Geological Association of Canada.
D.R. Lentz (Ed.) 2003. Geochemistry of sediments and sedimentary rocks. Geological Association of Canada.
L. Robb. 2005. Introduction to ore-forming processes. Blackwell Publishing.
Spear, F.S. (1994) Metamorphic Phase Equilibria and Pressure-Temperature-Time Paths. Monograph of the Mineralogical Society of America. 799 p.
Cemic, L. (2005) Thermodynamics in Mineral Sciences: An Introduction. Springer. 386 p.
Anderson G. M.(2007) Thermodynamics of Natural Systems, Cambridge University Press
Materiały dodatkowe do podręcznika: http://www.cambridge.org/catalogue/catalogue.asp?isbn=0521847729&ss=res
Nordstrom, D.K., Munoz, J.L. (2006) Geochemical Thermodynamics. Blackburn Press. 504 p.
Greenwood, H. J. (ed) (1977) Short Course In Application of Thermodynamics to Petrology and Ore Deposits. Mineralogical Association of Canada, 230 p.
Fraser, D. (1977) Thermodynamics in Geology. NATO Science Series: C. Kluwer Academic Publishers. 424 p.
Faure G., Mensing T.M., 2005. ISOTOPES. Principles and applications. Wiley & Sons
Z. Sharp, 2006. Principles of Stable Isotope Geochemistry
http://www.geo.cornell.edu/geology/classes/Geo656/656notes03.html

Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:

Gee D.G., Andréasson P.-G., Lorenz H., Frei D., Majka J. 2015. Detrital zircon signatures of the Baltoscandian margin along the ArcticCircle Caledonides in Sweden: The Sveconorwegian connection. Precambrian Research, v. 265, 40-56, doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.precamres.2015.05.012
Majka J., Rosén Å, Janák M., Froitzheim N., Klonowska I., Manecki M., Sasinková V., Yoshida K. 2014. Microdiamond discovered in the Seve Nappe (Scandinavian Caledonides) and its exhumation by the “vacuum-cleaner” mechanism. Geology, v. 42, 1107-1110, doi: 10.1130/G36108.1.
Kośmińska K., Majka J., Mazur S., Krumbholz M., Klonowska I., Manecki M., Czerny J., Dwornik M. 2014. Blueschist facies metamorphism in Nordenskiöld Land of west-central Svalbard. Terra Nova, vol. 26, 377-386, doi: 10.1111/ter.12110.
Majka J., Be’eri-Shlevin Y., Gee D.G., Czerny J., Frei D., Ladenberger A. 2014. Torellian (c. 640Ma) metamorphic overprint of the Tonian (c. 950Ma) basement in the Caledonides of southwestern Svalbard. Geological Magazine, vol. 151, 732-748, doi:10.1017/S0016756813000794.
Majka J., Janák M., Andersson B., Klonowska I., Gee D.G., Rosén Å., Kośmińska K. 2014. Pressure-temperature estimates on the Tjeliken eclogite: new insights into (ultra)-high pressure evolution of the Seve Nappe Complex in the Scandinavian Caledonides. In: Corfu, F., Gasser, D. & Chew, D. M. (eds) 2014. New Perspectives on the Caledonides of Scandinavia and Related Areas. Geological Society, London, Special Publications, vol. 390, 369-384, doi: http://dx.doi.org/10.1144/SP390.14.
Klonowska I., Majka J., Janák M., Gee D.G., Ladenberger A. 2014. Pressure-temperature evolution of a kyanite-garnet pelitic gneiss from Åreskutan: implications for (U)HP metamorphism of the Seve Nappe Complex, west-central Jämtland, Swedish Caledonides. In: Corfu, F., Gasser, D. & Chew, D. M. (eds) 2014. New Perspectives on the Caledonides of Scandinavia and Related Areas. Geological Society, London, Special Publications, vol. 390, 321-336, doi: http://dx.doi.org/10.1144/SP390.7.
Janák M., van Roermund H., Majka J., Gee. D.G. 2013. UHP metamorphism recorded by kyanite-bearing eclogite in the Seve Nappe Complex of northern Jämtland, Swedish Caledonides. Gondwana Research, vol. 23, 865–879, doi: 10.1016/j.gr.2012.06.012.
Broska I., Petrík I., Be’eri-Shlevin Y., Majka J., Bezák V. 2013. Devonian/Mississipian I-type granitoids in the Western Carpathians: A subduction-related hybrid magmatism. Lithos, vol. 162-163, 27-36, doi: 10.1016/j.lithos.2012.12.014.
Lorenz H., Gee D.G., Larionov A.N., Majka J. 2012. The Grenville-Sweconorwegian orogeny in the high Arctic. Geological Magazine, vol. 149 (5), 875–891, doi: 10.1017/S0016756811001130.
Majka J., Be’eri-Shlevin Y., Gee D.G., Ladenberger A., Claesson S., Konečny P., Klonowska I. 2012. Multiple monazite growth in the Åreskutan migmatite: evidence for a polymetamorphic Caledonian evolution of the Seve Nappe Complex in west-central Jämtland, Sweden. Journal of Geosciences, vol. 56, 3-23, doi: 10.3190/jgeosci.112.
Majka J., Czerny J., Mazur S., Holm D.K., Manecki M. 2010. Neoproterozoic metamorphic evolution of the Isbjørnhamna Group rocks from south-western Svalbard. Polar Research, vol. 29, 250-264, doi: 10.1111/j.1751-8369.2010.00186.×.
Majka J., Mazur S., Czerny J., Manecki M., Holm D.K. 2008. Late Neoproterozoic amphibolite facies metamorphism of a pre-Caledonian basement block in southwest Wedel Jarlsberg Land, Spitsbergen: new evidence from U-Th-Pb dating of monazite. Geological Magazine, vol. 145, 822-830, doi: 10.1017/S001675680800530X.

Additional information:

Instrukcje do ćwiczeń dostępne na stronie internetowej przedmiotu udostępnianej przez prowadzącego w trakcie semestru
www.geol.agh.edu.pl/~mmanecki