OBIEG TYTANU W PRZYRODZIE.

Grupa IV b - tytanowce (Ti, Zr, Hf) TYTAN - Ti

METEORYTY

• W większości meteorytów Ti jest pierwiastkiem litofilnym (głównie rozprasza się w piroksenach, zwłaszcza jednoskośnych. Zwierają dziesiąte części procentu Ti.)

• Część Ti obecna jest we własnych minerałach meteorytów: ILMENIT FeTiO₃-żelaziak tytanowy, RUTYL TiO₂, PEROWSKIT CaTiO₃ i nieznane ze skał ziemskich: osbornit TiN i heideit (Fe,Cr)_1+x(Ti,Fe)₂S₄

• meteoryty kamienne i kamienno-metaliczne: Ti jest podrzędnym składnikiem (w ilości rzędu setnych części procentu)

• achondryty bogate w wapń: udział Ti jest kilkakrotnie wyższy niż w pozostałych grupach meteorytów kamiennych

• meteoryty żelazne: praktycznie pozbawione Ti (< 5 ppm Ti)

• chondryty enstatytowe: Ti jest wyraźnie chalkofilny (wchodząc w skład troilitu-Troilit jest najczystszą postacią siarczku żelaza FeS i występuje tylko w meteorytach)

KSIĘŻYC

• bazalty księżyca wykazują duże zróżnicowanie zawartości Ti, dzieląc się na dwie grupy:

1. bogate w tytan (skały pochodzące z miejsc lądowania misji Apollo 11 i Apollo 17). Wysoki udział tytanu jest wynikiem znacznej zawartości ilmenitu w tych skałach.

2. znacznie uboższe w tytan (pochodzące z pozostałych rejonów)

• skały księżycowe: obok ilmenitu stwierdzono obecność rutylu, ulwospinelu, oraz znanych tylko ze skał księżycowych - armacolitu i tranquillityitu.

• część tytanu obecna jest też jako domieszka w piroksenach

SKORUPA ZIEMSKA

• W skorupie ziemskiej tytan jest podrzędnym, lecz ilościowo liczącym się oksyfilnym pierwiastkiem, o wyższej zawartości w stosunku do płaszcza ziemskiego. Występuje w postaci Ti⁴⁺, oraz Ti³⁺. Pierwszy jest diadochowi z Fe³⁺, natomiast Ti³⁺ z Al³⁺. Występuje we własnych minerałach, jest też geochemicznie rozproszony. Obok TiO₂ występuje w trzech polimorficznych odmianach: RUTYL TiO₂, ANATAZ TiO₂, BROOKIT TiO₂.

• Znane są tlenki tytanu i żelaza (ilmenit i ulwospinel), które odgrywają ważną rolę jako nośniki tytanu w wielu skałach skorupy ziemskiej.

• Ważnym minerałem pobocznym jest TYTANIT-sfen CaTiSiO₅, który tworzy się wtórnie z przeobrażeń pierwotnych minerałów magmowych zawierających tytan. Jest to główny minerał tytanu w skałach leukokratycznych. Pewną rolę jako minerał tytanowy w skałach ubogich w krzemionkę, a bogatych w wapń i tytan, odgrywa PEROWSKIT CaTiO₃.

• W geochemicznym rozproszeniu tytan wchodzi jako domieszka do różnych krzemianów skałotwórczych, zwłaszcza ciemnych, głownie jako podstawnik Mg i Fe, głównie w postaci Ti⁴⁺, ale też po części jako Ti³⁺.

• Główne koncentracje tytanu przypadają na skały maficzne, szczególnie bazalty (nośnikami Ti są: ilmenit, tytanomagnetyt, ciemne krzemiany skałotwórcze). Natomiast w skałach leukokratycznych (granity, syenity) udział tytanu maleje. Tutaj nośnikiem Ti jest tytanit, nieraz jako produkt wtórny po ilmenicie.

• W alkalicznych skałach magmowych niedosyconych krzemionką, plutonicznych (fojaity, ijolity), jak też wulkanicznych (fonolity, nefelinity, leucyty) występują granaty wapniowo-tytanowe reprezentujące krzemiany, w których tytan częściowo może zastępować krzem. Najpospolitszym granatem wapniowo-tytanowym jest MELANIT Ca₃Fe₂(SiO₄)₃ zawierający do 3% Ti. Dalsze ogniwa tego szeregu to rzadszy od melanitu SZORLONIT (zawiera 9% Ti) oraz bardzo rzadki IIWAARYT, w którym udział Ti osiąga 12%.

• W pegmatytach udział tytanu jest niewielki.

• W gabrach, norytach, anortozytach dochodzi niekiedy do lokalnych nagromadzeń ilmenitu i tytanomagnetytu, dających pokaźne złoża, które są największymi koncentracjami w skorupie ziemskiej (do 27% wag. Ti).

STREFA HIPERGENICZNA

W procesach hipergenicznych tytan jest mało ruchliwy. Jego minerały własne (ilmenit, inne tlenki lub krzemiany) są odporne na wietrzenie. Tytan obecny jako domieszka w skałotwórczych krzemianach ulega początkowo uwolnieniu przy ich rozkładzie, lecz szybko przechodzi w postać uwodnionych tlenków, które z kolei przeobrażają się w anataz lub rutyl. Pewna część tytanu może podczas wietrzenia wejść w skład powstających wtedy minerałów ilastych, takich jak kaolinit. Lokalna wędrówka tytanu w profilach wietrzeniowych możliwa jest przy obecności substancji organicznej i odbywa się pod wpływem zawartych w niej kwasów organicznych.

Tytan nie ulega bioakumulacji, a jego nagromadzenie w niektórych pokładach węgli jest związane głównie z wkładkami ilastymi.

GLEBY

- zawartość Ti często osiąga dziesiąte części procentu, a niekiedy 1,5% Ti

- pewna część tytanu może podczas wietrzenia wejść w skład powstających wtedy minerałów ilastych (kaolinit).

ŚRODOWISKA SEDYMENTACYJNE

Tytan jest tutaj transportowany biernie, w postaci pierwotnych nie rozłożonych minerałów lub we wtórnych produktach wietrzenia. Odporne na wietrzenie i jego ciężkie pierwotne minerały (ilmenit, tytanomagnetyt, rutyl) mogą przy tym ulec koncentracji w piaskach (czarne piaski), przy czym wysoki nieraz jej stopień czyni z takich nagromadzeń wartościowe złoża tytanu.

WSPÓŁCZESNE OSADY MORSKIE

Pewne podwyższenie zawartości Ti zauważono w rejonach bliskich wyspom wulkanicznym. Należy to przypisać wpływowi materiału wulkanicznego. W skałach ilastych tytan jest obecny w postaci bardzo drobnych kryształków (igiełek) tlenków tytanu (rutyl, anataz).

ŚRODOWISKA METAMORFICZNE

Tytan jest mało ruchliwy, przeważnie wydziela się we własnych minerałach. Część tytanu skał metamorficznych rozprasza się w piroksenach, amfibolach, biotycie i granatach.

HYDROSFERA

Mała ruchliwość tytanu w środowiskach ziemskich jest przyczyna niewielkich zawartości tytanu w hydrosferze. Jest on jednak powszechnym składnikiem wód.

ŚRODOWISKA HYDROTERMALNE

Pojawiają się tutaj minerały branneryt i davidyt, mające znaczenie jako rudy uranu.

*******************************

Tytan występuje w przyrodzie w postaci Ti⁴⁺ i przypuszczalnie Ti³⁺. Pierwszy jest diadochowi z Fe³⁺, natomiast Ti³⁺ z Al³⁺. Największe koncentracje tytanu w postaci ilmenitu Fe²⁺TiO₃ rejestruje się w bazaltach. W niewielkich ilościach pierwiastek ten jest też obecny w augitach tytanowych i biotycie. W granitach, syenitach i fojaitach tytan wchodzi w skład tytanitu. Na etapie pneumatolitycznym dochodzi niekiedy do krystalizacji rutylu TiO₂. minerał ten i jego dwie modyfikacje - anataz i brookit - mogą tworzyć się też w wyniku przeobrażeń hydrotermalnych i metamorficznych.

Nie jest dokładnie znany hipergeniczny odcinek obiegu geochemicznego tytanu. Wiadomo tylko, że wchodzi on w skład rezystatów.

REZYSTATY-materiały klastyczne, przeważnie kwarc SiO₂ (główny pierwiastek Si). /jedna z 5 grup osadów, według ich podziału na genezę

„Podstawy geochemii środowiska.” Zdzisław M.Migaszewski, Agnieszka Gałuszka. Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 2007.

*******************************

Geochemia tytanu jest złożona, a jego losy w strefie hipergenicznej są mało poznane. Nie podlega migracji, ponieważ rozpuszczalność związków w roztworach wodnych jest bardzo mała. Do środowisk sedymentacyjnych tytan transportowany jest biernie, w postaci pierwotnych nie rozłożonych minerałów lub we wtórnych produktach wietrzenia. Odporne na wietrzenie ciężkie jego pierwotne minerały (ilmenit, tytanomagnetyt, rutyl) mogą ulec koncentracji w piaskach. W środowiskach redukcyjnych i kwaśnych oraz przy obecności substancji organicznej tytan jest częściowo uruchamiany i może wchodzić w strukturę minerałów ilastych. Podlega on szczególnej koncentracji (do 40%) w konkrecjach Fe-Mn, które powstają w warunkach redukcyjnych (np. gleby bagienne).

Tytan nie ulega bioakumulacji, a jego nagromadzenie w niektórych pokładach węgli jest związane głównie z wkładkami ilastymi.

GLEBY

Pomimo słabej mobilności tytanu w glebach, jego cześć ulega uruchomieniu i występuje w roztworach, w średnim stężeniu 30μg/l. Dzięki stabilności w poszczególnych poziomach gleb, wykorzystywana jest zawartość tytanu (podobnie jak cyrkonu) do badań ich genezy.

WODY

Mała ruchliwość tytanu w środowiskach ziemskich jest przyczyna niewielkich zawartości w hydrosferze. Jest on jednak powszechnym składnikiem wód, w rzekach i wodach gruntowych występuje średnio w stężeniu 10μg/l, a wodach morskich w dziesięciokrotnie mniejszej ilości .

ATMOSFERA

Występowanie tytanu w powietrzu atmosferycznym pochodzi w dużym stopniu z naturalnego zapylenia.

„Biogeochemia pierwiastków śladowych.” Alina Kabata-Pendias, Henryk Pendias. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1999.

*******************************

W warunkach hipergenicznych minerały tytanu wykazują odporność na wietrzenie i mogą gromadzić się w złożach okruchowych.

„Mineralogia i petrografia kopalin metalicznych i chemicznych.” Lidia Chodynicka, Lubomira Zawiślak. Skrypt 1768, Gliwice 1993.

*******************************

Tytan jest pierwiastkiem oksyfilnym, nagromadzającym się w wyższym stopniu w skorupie ziemskiej, niż w jej wnętrzu. W grupie skał magmowych bogatsze w tytan są skały zasadowe, przy czym w niektórych z nich ilość jego może wynosić 1,5% (bazalty), a nawet osiągać około 3%. Natomiast w skałach kwaśnych zawartość jego wyraźnie maleje.

W środowiskach hipergenicznych tytan pozostaje w nierozpuszczalnych produktach wietrzenia, stąd też skały ilaste zawierają go więcej niż pozostałe skały osadowe. Rutyl, ilmenit i tytanomagnetyt mogą się lokalnie koncentrować w żwirach lub piaskach aluwialnych.

MOJA z „ALLEGRO”

*******************************

1