Badania
Działalność naukowo-badawcza Katedry koncentruje się na badaniach składu mineralnego, chemicznego różnego rodzaju skał magmowych, osadowych, metamorficznych oraz surowców mineralnych. Celem badań jest nie tylko identyfikacja składników, ale także poznanie mechanizmu zmian, jakie zachodzą podczas procesów wietrzenia, przemian fazowo-strukturalnych i chemicznych, transformacji minerałów, modyfikacji ich własności fizykochemicznych. Celem ostatecznym jest określenie możliwości praktycznego wykorzystania uzyskanych wyników w problematyce surowcowej, technologicznej i środowiskowej. Działalność naukowa i badawcza Katedry dotyczy problematyki mineralogicznej i złożowej, geochemicznej, oraz petrograficznej i petrologicznej. Obejmuje ona obszary podstawowe i stosowane.
Problematyka mineralogiczna
Obejmuje ona rozwiązywanie aktualnych problemów nauk mineralogicznych. Są to badania składu fazowego minerałów, skał, surowców mineralnych. Stały się one podstawą do wykreowania nowych kierunków badawczych – aeromineralogia (mineralogia zanieczyszczeń atmosfery), agromineralogia (mineralogia gleb), kosmomineralogia (mineralogia materii pochodzenia pochodzenia pozaziemskiego), biomineralogia (mineralogia organizmów żywych).
Badania podstawowe:
- Budowa wewnętrzna minerałów o skomplikowanych strukturach (głównie krzemianów i glinokrzemianów).
- Budowa wewnętrzna skrytokrystalicznych odmian tlenków i wodorotlenków żelaza.
- Budowa wewnętrzna rzadkich faz mineralnych, m.in. fosforanów, arsenianów, wanadanów.
- Minerały Polski.
- Systematyka minerałów.Krystalochemiczne badania związków organiczno-mineralnych pod kątem możliwości wykorzystania ich w technice i ochronie środowiska.
- Synteza i modyfikowanie właściwości minerałów ilastych w celu uzyskania nowego typu katalizatorów.
- Nanotechnika w syntezie modyfikowanych minerałów ilastych.
- Badania powierzchniowych właściwości minerałów ilastych i produktów ich modyfikacji.
- Minerały pochodzenia pozaziemskiego z nowych znalezisk materii meteorytowej.
- Mineralogia eksperymentalna dotycząca m.in. kinetyki i mechanizmów rozpuszczania oraz krystalizacji minerałów.
- Mineralogia organizmów żywych.
- Zastosowanie i wykorzystanie nowych metod analitycznych.
Wykonywane przez Katedrę mineralogiczne badania stosowane koncentrują się na zagadnieniach zmierzających do praktycznego wykorzystania surowców mineralnych (w tym także odpadowych), modyfikacji właściwości fizykochemicznych minerałów, syntezy polimerów mineralnych. Dotyczą one do wykazania możliwości stosowania ich w charakterze sorbentów mineralnych, nanokompozytów, katalizatorów. Prace tego typu można określić, jako: mineralogię surowcową, mineralogię środowiska, inżynierię mineralną. Część badań stosowanych ma charakter badań mineralogiczno-surowcowych II-giej generacji. Stara się bowiem wskazać nowe, nieznane dotąd możliwości ich aplikacji.
Przykłady badań stosowanych:
- Skład mineralny i chemiczny zróżnicowanych wiekowo oraz genetycznie skał ilastych Polski
- Wykorzystanie karpackich łupków ilastych zasobnych w zeolity w ochronie środowiska
- Surowce ilaste, jako nośniki mineralne dla biotechnologii
- Skład mineralny, właściwości fizykochemiczne i nowe kierunki wykorzystania osadów czwartorzędowych (ruda darniowa, kreda jeziorna, ochra)
- Skład mineralny surowców odpadowych i kopalin towarzyszących
- Konkrecje ze skał ilastych Polski
- Minerały ilaste z margli karpackich
- Gemmologia
- Biomineralogia
Problematyka petrograficzna i petrologiczna
Realizowane w Katedrze badania naukowe w zakresie petrologii dotyczą:
- petrogenezy skał zasobnych w minerały ilaste oraz utworów z nimi współwystępującymi, tj. (1) zastosowania metod petrologicznych do oceny surowcowej bentonitów; (2) ustalenie genezy margli karpackich; (3) zastosowanie połączonych metod petrologicznych i petrofizycznych do oceny potencjału ropo-gazonośnego paleozoicznych czarnych łupków; (4) petrogenetyczne badania skał krzemionkowych występujących w kompleksach węglanowych; oraz (5) proweniencja piaskowców w świetle badań petrologicznych.
- rozpoznania historii geologicznej dawnych stref subdukcji. Obiektem badań są skały (ultra)wysokiego stopnia metamorfizmu, będące markerami stref paleosubdukcji, występujące w obrębie Kaledonidów Skandynawskich (Seve Nappe Complex, Western Gneiss Region), kaledońskiego podłoża krystalicznego południowo-zachodniego Svalbardu (rejon Motalafjella oraz Ziemi Nordenskiӧlda) oraz w Sudetach (Góry Sowie, Kopuła Orlicko-Śnieżnicka, E osłona granitów Karkonoszy – jednostka Leszczyńca). Prace prowadzone są pod kątem: (1) rozpoznania warunków oraz wieku genezy tych skał, a także tempa ich ekshumacji, (2) zrozumienie dynamiki procesów jakie zachodziły w strefach subdukcji, w których kompleksy skalne zostały pogrążone do dużych, nawet przekraczających 100 km, głębokości, a następnie z nich wyniesione.
- rekonstrukcja ewolucji magmy alkalicznej na przykładzie wybranych masywów alkalicznych (Oktiabrski masyw na Ukrainie, Bang Phuc masyw w Wietnamie), a w szczególności: (1) odtworzenie warunków PT, w których tworzyły się poszczególne skały alkaliczne; (2) sukcesja krystalizacji poszczególnych faz krystalicznych; (3) odtworzenie epizodów metasomatycznych w warunkach subsolidusu; (4) zbadanie skał pod kątem wykorzystania ich jako źródła wielu cennych składników, pierwiastków strategicznych dla rozwoju ekonomicznego danego rejonu.
- skał wulkanicznych: (1) kenozoicznych bazaltów Dolnego Śląska na przykładzie pokryw wylewów bazaltowych z kamieniołomu Grabieszyce k. Lubania dla określenia ich pozycji geotektonicznej oraz relacji w stosunku do innych wystąpień kenozoicznych bazaltów w tej części Polski. Prowadzone są także prace dotyczące (2) bazaltoidów występujących na półwyspie Barahona w południowo-zachodniej części Hispanioli i związanej z nimi unikatowej mineralizacji pektolitowej.
- skał piroklastycznych , na przykładzie tufów popiołowych pochodzących z pasma górskiego Quagarta w rejonie Djebel Guettera, w północno-zachodniej części Algierii.
- skał metamorficznych, obiektem badań są (1) różne odmiany serpentynitów z terenu Polski i północnego Wietnamu, ze szczególnym uwzględnieniem produktów przeobrażeń skał serpentynitowych, powstałych w procesach hydrotermalnych i hipergenicznych. Ponadto prowadzone badania dotyczą (2) łupków talkowych i amfibolitów z granatami z regionu Jämtland (Szwecja) w celu odtworzenia warunków i przebiegu metamorfizmu kompleksu Seve (Kaledonidy), m.in. stwierdzenie ewentualnej zmienności warunków metamorfizmu skał z rejonu jeziora Kallsjon. Badania (3) łupków mikowo-kwarcowych ze staurolitem z dewońskich serii metamorficznych Masywu Hrubego Jesenika i Gór Opawskich są prowadzone dla uzyskania analiz staurolitu oraz innych minerałów wskaźnikowych metamorfizmu.
Podejmowana problematyka petrologiczna realizowana jest we współpracy zarówno z ośrodkami krajowymi (Instytut Nauk Geologicznych PAN, Państwowy Instytut Geologiczny, Uniwersytet Jagielloński, Uniwersytet Wrocławski) jak i wiodącymi zagranicznymi ośrodkami naukowymi (Uppsala University, Ottawa University, University of the West of Scotland, University of Iowa, Dartmouth College, Hanoi University of Mining and Geology, Slovak Academy of Sciences).
Problematyka geochemiczna
Problematyka geochemiczna podejmowana w Katedrze obejmuje szerokie spektrum zagadnień zarówno z zakresu badań podstawowych jak i aplikacyjnych z dziedziny geologii, inżynierii mineralnej i ochrony środowiska:
- Analizy petrochemiczne skał magmowych i metamorficznych przy zastosowaniu pierwiastków głównych i śladowych;
- Oznaczanie wieku procesów geologicznych na podstawie datowania monacytów, datowania separatów mineralnych metodą Ar/Ar oraz datowania cyrkonów metodą U-Th-Pb;
- Badania krystalochemiczne nad podstawieniami diadochowymi pierwiastków w minerałach nośnikach metali ciężkich i pierwiastków toksycznych (m.in. Pb, Zn, Cd, Cu, As);
- Eksperymentalne oznaczanie właściwości termodynamicznych minerałów trudno rozpuszczalnych (stałej rozpuszczalności Ksp, energii swobodnej Gibbsa ΔG, entalpii ΔH, entropii S);
- Kartowanie geochemiczne;
- Eksperymentalne i modelowe badania nad reaktywnością CO2 ze skałami zbiornikowymi i skałami nadkładu na użytek sekwestracji CO2 przez magazynowanie podziemne oraz badania nad mineralną sekwestracją z użyciem surowców odpadowych;
- Badania mechanizmów przemian minerałów w roztworach wodnych w strefie hipergenicznej przy udziale rozpuszczania, krystalizacji, utleniania i redukcji, oraz nad zjawiskami na granicy ciało stałe – roztwór (ang. mineral-water interface);
- Badania z zakresu geomikrobiologii m.in. nad bakteryjnie stymulowanymi procesami rozpuszczania minerałów trudno rozpuszczalnych oraz nad zjawiskami sorpcji metali na powierzchni ścian komórkowych bakterii;
- Geochemiczne studia technologii redukcji bioprzyswajalności i mobilności wybranych metali i metaloidów na drodze łączenia procesów sorpcji i wytrącania oraz przez stymulowanie strącania procesami desorpcji;
- Analizy geochemiczne naturalnych osadów, odpadów przemysłowych i pyłów atmosferycznych z zastosowaniem różnych procedur sekwencyjnej ekstrakcji chemicznej dla określenia specjacji pierwiastków i związków chemicznych;
- Badania nad zastosowaniem sorbentów naturalnych, sorbentów z użyciem materiałów odpadowych i sorbentów syntetycznych (m.in. zeolitów) a także modyfikowanych minerałów ilastych do unieruchomiania mobilnych pierwiastków w środowisku;
- Modyfikacja chemiczna (m.in. z użyciem związków organicznych) minerałów ilastych na użytek technologii chemicznej;
- Ocena stanu środowiska wybranych regionów na podstawie analiz chemicznych roślin i gleb oraz na podstawie analiz chemicznych i modelowania komputerowego składu wód i osadów w zbiornikach będących pod wpływem kwaśnych wód kopalnianych AMD;
- Analiza toksyczności odpadów związanych z górnictwem węglowym i przemysłem energetycznym;
