Skład pierwastkowy skorupy ziemskiej

Geologia jest to nauka zajmująca się występowaniem i obiegiem pierwiastków chemicznych w przyrodzie oraz ich rolę w procesach geologicznych. Geolodzy dzielą Ziemię na trzy strefy: skorupę, płaszcz i jądro. Tylko skorupa, czyli zewnętrzna cześć Ziemi o grubości kilku dziesięciu kilometrów, jest dostępna do badań bezpośrednich, czyli pobierania próbek w celu ustalenia ich składu chemicznego. Głębokość współczesnych odwiertów nie przekracza jednak kilkunastu kilometrów. O składzie chemicznym głębszej części skorupy oraz płaszcza i jądra można jedynie wnioskować.
Skład pierwiastkowy zewnętrznej warstwy skorupy Ziemskiej ma grubość 15 kilometrów. Tlen stanowi niemal połowę masy skorupy Ziemskiej, krzem-1/4a pozostałe pierwiastki tylko niewielkie ułamki. W praktyce można przyjąć, że skorupa Ziemska jest zbudowana z 8 pierwiastków: O,Si,Al.,Fe,Ca,Na,K,Mg. One bowiem stanowią łącznie aż 99,5%jej masy, a na 84 pozostałe przypada zaledwie 0,5%.
Krzemiany są to sole kwasów krzemowych. Do najważniejszych należy kwas trioksokrzemowy H2Si3 zwany kwasem krzemowym lub metakrzemowym oraz kwas tetraoksokrzemowy H4SiO4. Ich sole to trioksokrzemiany i tetraoksokrzemiany, np. :CaSiO3 – trioksokrzemian wapnia, Mg2SiO4 – tetraoksokrzemian magnezu.
Skorupa ziemska jest zbudowana prawie całkowicie z krzemianów i krzemionki, które stanowią przeważającą część skał i gleb, iłów i piasków – produktów rozpadu skał.
Związki chemiczne występujące w skorupie ziemskiej noszą nazwę minerałów. Jeżeli dany związek chemiczny tworzy kilka rodzajów kryształów, to każdy z nich jest innym minerałem. Np. : marmur, wapień, kreda – to trzy odmiany węglanu wapnia CaCO3. Krzemionka SiO2 tworzy kilka odmian. Odmiany krystaliczne różnią się właściwościami fizycznymi: barwą, twardością, gęstością, przezroczystością, połyskiem, natomiast ich właściwości chemiczne są takie same.
Minerały najczęściej występują w zespołach. Takie naturalne zespoły minerałów są nazywane skałami. Na przykład głównym składnikiem skał wapiennych jest wapień , a skał granitowych – kwarc.
Minerały mogą występować w znacznym rozproszeniu, stanowiąc zaledwie ułamki procentu danej skały lub w postaci na tyle skoncentrowanej, że ich zawartość wynosi kilkadziesiąt procent. Jeżeli udział procentowy minerału pozwala na jego opłacalną eksploatację, to skała jest nazywana złożem. Często stosowany termin - ruda – dotyczy złóż minerałów zawierających metale.
Ogólną cechą głównych składników skorupy ziemskiej – krzemionki i krzemianów – jest odporność chemiczna na działanie innych substancji z ich otoczenia. W przeciwnym przypadku już dawno uległyby różnym reakcjom. Krzemionka i naturalne krzemiany są praktycznie nierozpuszczalne w wodzie, nie reagują ani z tlenem, ani z innymi składnikami powietrza, i w konsekwencji są niepalne. Krzemionka jest odporna na działanie wszystkich kwasów, z wyjątkiem kwasu fluorowodorowego, ale ten w przyrodzie nie występuje.
Jednymi krzemianami dobrze rozpuszczalnymi w wodzie są krzemiany litowców, ale one nie występują w skorupie ziemskiej. Wodny roztwór krzemianu sodu Na2SiO3 zwany szkłem wodnym, jest używany do nasycenia drewna w celu ochrony przed spaleniem.
Wody krążące w strefie powierzchownej Ziemi, zwierające CO2, przepływając przez skały wapienne, rozpuszczają CaCO3, przeprowadzając go łatwiej rozpuszczalny wodorowęglan wapnia :

CaCO3 + H2O + CO2 Ca ( HCO3 )2

Rozpuszczony w wodzie Ca ( HCO3 )2 wędruje z nią w inny rejon. Gdy nastąpi wzrost temperatury lub obniżenie ciśnienia, wówczas maleje rozpuszczalność dwutlenku węgla i następuje proces odwrotny :
( CaHCO3 )2 CaCO3V+ CO2^+ H2O

Strącany CaCO3 tworzy w jaskiniach sople zwisające ze sklepiania. Spadające z tych sopli krople wody rozpryskują się na dnie jaskini tracą resztę CO2, wobec czego strąca się pozostała część węglanu wapnia. W ten sposób wyrasta oddolny sopel.