R o z d z i a ł  X I 

K R Ą Ż E N I E  M A S  S K A L N Y C H 

I  P I E R W I A S T K Ó W W  P R Z Y R O D Z I E 

Z rozdziałów poprzednich poznaliśmy, że masy skalne są wprawione 

w ruch w rozmaity sposób. Ruchy górotwórcze i lądotwórcze, plutonizm 

i wulkanizm przemieszczają masy skalne w różnym stanie z głębszych 

części skorupy w wyższe; na powierzchni erozja przy współudziale wie­

trzenia, krążenia wód, ruchów masowych oraz zdolności transportowych 

wody, wiatru i fal morskich przenosi rozdrobnione masy skalne z wyż­

szych części w niższe obszary, gdzie w pewnych strefach, jak w geosyn-

klinach, mogą znowu dostać się w znaczne głębokości. Gdy geosynklina 

zostanie sfałdowana, masy te z powrotem dostaną się na powierzchnię, 

nieraz zmienione przez metamorfizm i plutonizm. Na powierzchni znowu 

ulegają wietrzeniu, erozji i transportowi w baseny morskie i geosyn-

kliny. Przebieg tych procesów przedstawić można w postaci następu­

jącej: 

Kompletny przebieg cykliczny dotyczy obszarów górskich i geosynkli-

nalnych. Obszary kratoniczne, wykonujące stosunkowo nieznaczne ru­

chy pionowe, nie doznają tak znacznych przemieszczeń mas, jakie od­

bywają się w strefach geosynklinalnych; przebieg procesów w tych ob­

szarach można przedstawić następująco: 

626 

W ten sposób każda skała przechodzi przez cykl przeobrażeń a z nią 

minerały i pierwiastki chemiczne, w minerałach zawarte. Pierwiastki 

wprawione są więc w krążenie dzięki procesom geologicznym, do któ­

rych dla niektórych pierwiastków dołączają się procesy biologiczne. 

G e o c h e m i a , gałąź nauki o chemicznej budowie Ziemi, ma na celu 

przedstawienie ilościowego składu chemicznego Ziemi i wykrycie, jak 

doszło do tego składu i jaki jest bieg i kierunek zmian w przeszłości 

i obecnie. 

Z wielkiej liczby pierwiastków tylko 8 wchodzi w skład minerałów 

skałotwórczych i stanowi przeszło 98% (wagowo) składu litosfery (ta­

bela 42), mianowicie: tlen, krzem, glin, żelazo, wapń, sód, potas i ma­

gnez. Jeśli pod uwagę weźmiemy też atmosferę i hydrosferę, otrzymamy 

także te same pierwiastki ze stosunkowo małymi zmianami ich udziału 

procentowego. Dopiero, jeśli spróbujemy na podstawie składu meteory­

tów i naszych wiadomości o wnętrzu Ziemi przedstawić przeciętny skład 

chemiczny całej Ziemi, otrzymamy inny udział procentowy wymienio­

nych pierwiastków, ale w dalszym ciągu są to główne pierwiastki składu 

chemicznego Ziemi. 

T a b e l a 42 

Najważniejsze pierwiastki chemiczne w % luagou ych 

Litosfera 

Litosfera z atmosferą 

Cała ziemia 

Litosfera z atmosferą 

Cała ziemia 

według Berga,  według CIarke'a  i hydrosferą według  według W. A. 

1927 

1924 

Berga, 1927 

Anderssena 

0 

46,71 

46,46 

49,42 

27,5 

Si 

27,96 

27,61 

27,75 

14,5 

Al 

8,07 

8,07 

7,51 

1,8 

Fe 

5,05 

5,06 

4,70 

40,0 

Ca 

3,65 

3,64 

3,39 

2,1 

Na 

2,75 

2,75 

2,64 

0,4 

K 

2,58 

2,58 

2,40 

0,14 

Mg 

2,08 

2,07 

1,94 

9,0 

Ni 

2,07 

3,2 

S 

0,7 

Rozmieszczenie pierwiastków w globie ziemskim zostało zapewne 

wywołane już przy krzepnięciu globu, kiedy był on w stanie gazowo-

ciekłym. Zależnie od ciężaru cięższe pierwiastki skupiły się we wnę­

trzu ziemi, lżejsze bliżej powierzchni, pierwiastki i połączenia lotne 

skupiły się w praatmosferze. Obok ciężkości działało także pokrewień­

stwo chemiczne pierwiastków; pierwiastki  s y d e r o f i l n e („żelazo-

62? 

lubne") skupiły się wraz z żelazem w jądrze (Ni, Co, P, Pt, C, itd.); c h a 1-

k o f i 1 n e łączące się z siarką zgromadziły się w mezosferze, która czę­

ściowo składa się z siarczków; tutaj należą As, Au, Cu, Zn, Pb, Sn, Ag. 

Pierwiastki łączące się łatwo z tlenem zgromadziły się w wierzchniej 

części globu; są to pierwiastki  l i t o f i l n e , jak Si, Al, K, Na, Ca, Mg. 

Wreszcie następna grupa pierwiastków  a t m o f i l n a (H, N, C jako 

CO., itd.) zgromadziła się w atmosferze. 

Pierwotny rozdział pierwiastków nie został dokonany całkowicie 

i w obrębie wierzchniej części (litofilnej i chalkofilnej) pozostało dużo 

pierwiastków syderofilnych, wiele pierwiastków chalkofilnych zostało 

włączonych w strefę litofilną. Ponadto procesy geologiczne w skorupie 

i jej podłożu prowadzą do dalszych przemieszczeń pierwiastków, które 

częściowo przebiegają zgodnie z ich tendencją uwarunkowaną ciężarem 

i powinowactwem chemicznym, częściowo zaś wbrew tej tendencji. Wę­

drówki pierwiastków w dużej mierze zależą od promieni jonowych. Mia­

nowicie te pierwiastki, które mają promienie zbliżonych wymiarów, jak 

pierwiastki litofilne, mogą być łatwiej włączone w minerały złożone 

z tych pierwiastków. W wędrówce pierwiastków niektóre zwane b i o-

f i 1 n y m i, jak C, O, H, N, P i S wchodzą w budowę materii organicz­

nej i ich krążenie łączy się z procesami zachodzącymi między biosferą 

a litosferą i atmo- oraz hydrosferą. 

Procesy magmowe, wulkaniczne, wietrzenie, transport, sedymenta­

cja i działalność organizmów wywołują nie tylko wędrówkę pierwiast­

ków, ale też mogą doprowadzić albo do większego rozproszenia pier­

wiastków, albo do ich koncentracji. Porównując przeciętną ilość pro­

centową pierwiastka w jakiejś skale lub złożu mineralnym z przeciętną 

ilością procentową tego pierwiastka w litosferze, można określić sto­

pień koncentracji pierwiastka. F e r s m a n nazwał przeciętną ilość ja­

kiegoś pierwiastka w litosferze  k l a r k i e m (od nazwiska geochemika 

C l a r k e ' a), który może być wyrażony wagowo, atomowo lub objęto­

ściowo. Np. klark wagowy Fe w litosferze wynosi 5,06, koncentracja Fe 

w rudach osadowych wynosi 30, a w niektórych rudach pochodzenia 

magmowego jeszcze więcej; klark wagowy Si wynosi 27,6, koncentra­

cja jego w rogowcach może osiągnąć 80; klark C wynosi 0,05, a w pokła­

dach- węgla koncentracja może osiągnąć 80. 

Krążenie najważniejszych pierwiastków spowodowane procesami 

geologicznymi można w skróceniu przedstawić następująco: 

T l e n jest najpospolitszym pierwiastkiem w wierzchnich częściach 

ziemi. Gdyby ilość jego przedstawić w procentach objętościowych, 

udział jego w budowie skorupy ziemskiej wynosiłby około 90%. Niski 

udział tlenu w składzie atmosfery tłumaczy się tym, że wszystkie lekkie 

metale i większość niemetali ma duże powinowactwo z tlenem, wsku­

tek czego wielkie jego ilości zostały uwięzione w litosferze, a także 

w podłożu skorupy, co już musiało zajść przy krzepnięciu najlżejszej 

powłoki ziemskiej, gdy Si, Al, Mg, K, Na i Ca łączyły się z tlenem dla 

utworzenia krzemianów. Do tego została zużyta olbrzymia ilość tlenu. 

Tlen obecny w atmosferze jest nadal, chociaż na niewielką skalę, zu­

żywany przy procesach wietrzenia głównie przy utlenianiu siarczków 

i substancji organicznych oraz połączeń żelaza dwuwartościowego. 

Atmosfera traci też tlen wskutek oddychania zwierząt. Redukcyjne 

628 

działanie świata roślinnego wraca atmosferze wolny tlen; ekshalacje 

wulkaniczne prawdopodobnie nie dostarczają atmosferze żadnych po­

ważniejszych ilości tlenu, ale za to dużo dwutlenku węgla, z którego 

tlen może być wyzwolony przez rośliny. Prawdopodobnie tlen atmo­

sfery w ten sposób powstał. 

K r z e m jest drugim co do ilości pierwiastkiem litosfery. Jest on 

zawsze związany z tlenem, a krążenie jego odbywa się tylko w postaci 

krzemionki. Wielkie ilości krzemu skupiły się przy grawitacyjnym ukła­

daniu się pierwiastków w najwyższej części skorupy ziemskiej, gdzie 

Si wszedł głównie w skład krzemianów, a w mniejszej części utworzył 

wolną krzemionkę SiO

2

. Krzem stanowi ważny składnik minerałów skał 

ogniowych oraz ługów pokrystalizacyjnych i ichorów; podczas ruchów 

wypiętrzających duże ilości krzemu dostają się w strefy bliżej po­

wierzchni, gdzie mogą dostać się do strefy wietrzenia. W strefie wie­

trzenia krzem pod postacią minerałów iłowych oraz jako koloidalne 

i molekularne roztwory krzemionki może zostać usunięty z krzemianów 

skał ogniowych i przechodzi do osadów. Część jego w postaci krzemionki 

jest zużyta przez organizmy przy budowie skorupek (okrzemki, radio­

larie, gąbki). Krzem, jako kwarc lub w połączeniach iłowych, wreszcie 

jako opal, pozostaje w skałach osadowych. Dzięki odporności kwarcu 

na procesy chemiczne i abrazję w czasie transportu oraz dzięki proce­

som biologicznym zachodzi w skałach osadowych koncentracja krze­

mionki (piaskowce, kwarcyty, rogowce). Przy zanurzaniu się skał osa­

dowych w głąb część krzemu może przy metamorfizmie z powrotem 

wejść w skład krzemianów, z których w dalszym biegu jeszcze raz może 

być w postaci krzemionki uwolniony. 

G l i n , podobnie jak krzem, został uwięziony w krzemianach 

w wierzchniej części litosfery. Przy procesach wietrzenia glin wchodzi 

w skład minerałów iłowych, znacznie rzadziej powstają z nich tlenki 

glinu. Poważniejsza koncentracja glinu zachodzi tylko przy wietrzeniu 

laterytowym. Związki glinu zawarte w skałach osadowych mogą do­

stać się w strefę metamorfizmu i z powrotem w dużej mierze wejść 

w skład krzemianów. Do koncentracji glinu przychodzi bardzo trudno. 

S ó d skupił się głównie w litosferze. Procesy granityzacyjne, migma-

lytyzacja i albityzacja powodują jego dalsze przemieszczanie z głęb­

szych części litosfery i jej podłoża ku górze, toteż górna część skorupy 

jest w sód wzbogacona. Przy wietrzeniu sód jest łatwo ługowany z krze­

mianów i znaczna jego część dochodzi do morza, gdzie w pewnych wa­

runkach, jak również w jeziorach pustyniowych może ulec koncentra­

cji i wejść w skład złóż solnych. Większa część soli kamiennej zawar­

tej w morzu pochcdzi z wietrzenia, przy czym jednak chlor jest, zdaje 

się, pochodzenia wulkanicznego. 

P o t a s jeszcze bardziej niż sód jest ograniczony do górnej części 

litosfery, gdyż brak go w skałach zasadowych, w których sód może być 

jeszcze obecny. Granityzacja i pokrewne procesy również przenoszą go 

stale ku górze. Duża koncentracja potasu występuje w pegmatytach 

(skalenie i miki potasowe). Przy wietrzeniu zostaje częściowo zatrzy­

many (np. w serycycie), częściowo wyługowany, ale w wędrówce roz­

tworów po powierzchni ziemi zostaje przeważnie zaadsorbowany przez 

minerały iłowe, z których zostaje wykorzystany przez świat roślinny. 

629 

Zjawiska te powodują, że do morza dostaje się stosunkowo niewiele 

potasu i, chociaż w skałach krzemianowych stosunek Na:K wynosi 

2,75:2,58, w wodzie morskiej stosunek ten jest 57:2. W wodzie morskiej 

potas w bardzo małej mierze zużywany jest przy powstawaniu glauko-

nitu; do koncentracji jego soli dochodzi bardzo trudno. 

W a p ń został związany w krzemianach i ma głębsze rozprzestrzenie­

nie pionowe niż potas i sód. Wyługowany łatwo z krzemianów wędruje 

pod postacią kwaśnych węglanów do mórz, gdzie zużywany jest głównie 

do budowy szkieletów organicznych, a w małej mierze może być wytrą­

cony chemicznie jako węglan lub siarczan. Procesy biologiczne powo­

dują powstawanie koncentracji wapnia w skałach wapiennych, które 

w cyklach geologicznych dość łatwo mogą ulec powtórnemu rozpusz­

czeniu, transportowi i ponownemu zużyciu przez świat organiczny. Po­

cząwszy od górnej kredy, tzn. od momentu pojawienia się planktonicz-

nych organizmów wapiennych, wielkie ilości wapnia przenoszone są 

do wielkich głębi oceanicznych. Przy dostaniu się osadów wapiennych 

w duże głębokości lub w kontakcie z magmą wapienie częściowo mogą 

ulec przeobrażeniom w skały wapienno-krzemianowe, ale mogą też za­

chować się jako skały wapienne (marmury), przy czym część wapnia 

wiąże się przy tym z powrotem w krzemiany. 

M a g n e z krąży w podobny sposób, jak wapń. Wyługowany z krze­

mianów, zawartych zarówno w skałach kwaśnych, jak głównie zasado­

wych, jest przenoszony do morza, gdzie bądź przez dolomityzację wcho­

dzi w skład skał osadowych, bądź też, aczkolwiek znacznie rzadziej, zo­

staje strącony wskutek parowania. Tworząc połączenia łatwo rozpusz­

czalne, utrzymuje się w roztworze znacznie dłużej w morzu niż wapń. 

Przy pogrążaniu część jego może wrócić w krzemiany. 

Ż e l a z o należy do ośmiu ważnych składników litosfery, a jest naj­

liczniejszym składnikiem kuli ziemskiej jako całości. Wraz z magnezem 

stanowi ono składnik krzemianów w głębszej części litosfery i w jej pod­

łożu, a ilość jego z głębokością wzrasta. Przez segregacje magmowe, 

pneumatolizę, źródła i ekshalacje wulkaniczne pewne jego ilości do­

stają się w płytsze części litosfery i na powierzchnię. Przy wietrzeniu 

jest łatwo uwalniane, ale wskutek skłonności do utleniania i tworzenia 

koloidalnych połączeń daleka jego wędrówka jest utrudniona i żelazo 

zostaje zatrzymywane w produktach wietrzenia. Jeśli nawet dostanie 

się do morza, ulega prędko strąceniu przez elektrolity. 

W pewnych okolicznościach mogą do morza być zniesione duże ilo­

ści połączeń żelaza i nastąpić może jego koncentracja na drodze osa­

dowej. Część żelaza w morzu zużyta jest przy powstawaniu glaukonitu. 

Oprócz powyżej omówionych ośmiu pierwiastków, będących głów­

nymi składnikami litosfery, trzeba kilka słów poświęcić krążeniu tych 

pierwiastków, które uczestniczą w procesach biologicznych. Do nich 

należą przede wszystkim węgiel, fosfor, azot i siarka. 

W ę g i e l znajduje się w roztworach magmowych jako CO

2

 w dro­

dze ekshalacji i źródeł wydobywa się na powierzchnię i wchodzi w skład 

atmosfery. Część jego zostaje zużyta w procesach wietrzenia na two-

Tzenie węglanów i wraca z nimi przeważnie poprzez skorupy organiz­

mów z powrotem do litosfery głównie w postaci osadów wapiennych 

i dolomitów, część zostaje zużyta przez świat roślinny na budowę wę-

630 

glowodanów (celulozy itd.). Przy rozkładzie materii organicznych węgiel 

jako  C 0

2

 wraca ponownie do atmosfery, a część jego jest zużywana 

przez świat zwierzęcy jako pożywienie i tą drogą też (przez oddycha­

nie) wraca do atmosfery. W szczególnych okolicznościach materia orga­

niczna (przede wszystkim roślinna) ulega niezupełnemu rozkładowi, 

wtedy węgiel koncentruje się w osadach jako węgle i bituminy. 

Węgiel utrwalony w skałach osadowych w strefie metamorfizmu 

i plutonizmu może być znów wyzwolony jako  C 0

2

 i w drodze ekshala-

cji i krążenia wód może wydostać się na powierzchnię. Dzieje się to przy 

przeobrażeniu skał wapiennych, gdy wapń i magnez łączą się z krze­

mionką na krzemiany, a  C 0

2

 zostaje uwolniony. 

F o s f o r jest w globie ziemskim zapewne skoncentrowany w jądrze 

ziemi, gdyż meteoryty zawierają stosunkowo dużo (do 0,22%) fosforu. 

Natomiast w litosferze jest on stosunkowo rzadki (0,08%.) Występuje 

głównie w apatycie, który jest akcesorycznym składnikiem skał ognio­

wych i może przez segregację lub pneumatolizę skoncentrować się 

w tych skałach. Apatyt ulega łatwo rozpuszczeniu; z roztworów fosfor 

jest przyjmowany przez rośliny, a następnie wchodzi w skład ciał zwie­

rząt, w których może nastąpić koncentracja fosforu (kości, skorupy, 

rogi); również w odchodach zwierząt gromadzi się pewna ilość fosforu. 

W morzu przez masowe wymarcie zwierząt bądź przez przesycenie może 

nastąpić koncentracja fosforu w postaci fosfatów. 

A z o t może być pominięty, gdyż rzadko wchodzi w skład połączeń 

nieorganicznych, ale zaznaczyć trzeba, że pewna ilość tego gazu wy­

dobywa się przy ekshalacjach wulkanicznych. 

S i a r k a zapewne znajduje się we wnętrzu ziemi, gdyż jest obecna 

w meteorytach (do 4%, przeciętnie 0,16%). Połączenia siarczkowe od­

dzielają się od magmy tworząc segregacje, ponadto w skałach magmo­

wych akcesorycznie występują piryt i pirotyn. W drodze hydrotermal-

nej lub pneumatolitycznej połączenia siarki dostają się do wyższych czę­

ści litosfery; w wyziewach wulkanicznych występują też połączenia 

siarki. 

Podczas wietrzenia siarczki przechodzą w rozpuszczalne siarczany, 

które przez reakcję z innymi siarczkami w strefie cementacji mogą być 

przeobrażone znowu w siarczki; siarczany mogą być też redukowane 

przez materię organiczną oraz bakterie z powrotem w siarczki, a nawet 

może powstać siarka rodzima. W morzu siarczan wapnia, jako trudno 

rozpuszczalny, może być względnie łatwo wytrącony, toteż złoża gipsów 

lub anhydrytów są dość częste.