Геохимия — Википедия

Наука
Геохимия
англ. Geochemistry
Тема геология, химия
Предмет изучения Земля и планеты
Период зарождения XIX век
Основные направления биогеохимия, космохимия, геохимия изотопов, региональная геохимия и пр.
Логотип Викисклада Медиафайлы на Викискладе

Геохимия (Химия Земли, от др.-греч. γῆ «Земля» + химия) — наука о химическом составе Земли и планет, законах распределения и движения элементов и изотопов в различных геологических средах, процессах формирования горных пород, почв и природных вод.

В задачи геохимии входят:

  • Определение относительной и абсолютной распространённости элементов и изотопов в Земле и на её поверхности.
  • Изучение распределения и перемещения элементов в различных частях Земли (коре, мантии, гидросфере и т. д.) для выяснения законов и причин неравномерного распределения элементов.
  • Анализ распределения элементов и изотопов в космосе и на планетах Солнечной системы (космохимия).
  • Изучение геологических процессов и веществ, производимых живыми или вымершими организмами (биогеохимия).

История[править | править код]

Термин геохимия в 1838 году был введён Кристианом Шёнбейном[1], который сказал: «Сравнительная геохимия должна быть запущена до того, как геохимия может стать геологией, и до того, как тайна бытия наших планет и их неорганических веществ могут быть раскрыты»[2], впервые опубликован в 1844 году.

Распространенным термином был также «химическая геология»[2].

Большой вклад в создание Геохимии как самостоятельной науки внесли В. М. Гольдшмидт, Ф. У. Кларк[3], В. И. Вернадский, А. Е. Ферсман, А. П. Виноградов и другие учёные.

Геохимия исторически сформировалась как химия элементов в геосферах и во многом продолжает оставаться такой. Это было оправдано во времена Ферсмана и Вернадского. Но свойства веществ — это свойства фаз. Один и тот же элемент может находиться в составе различных фаз и сам образовывать много фаз с очень разными свойствами (пример — несколько фаз углерода). В XX веке появились методы анализа фаз, например рентгено-фазовый анализ. Поэтому дальнейшее развитие геохимии представляется, как химия фаз в геосферах. Общий элементный анализ геологических проб должен подкрепляться фазовым анализом. Иначе при рассмотрении свойств геологических пород происходит резкий переход через структурный уровень организации вещества: от химического элемента, минуя минеральную фазу, к породе и геологическому телу.

В течение первой половины XX века множество учёных использовали разнообразные методы для определения состава земной коры, и геохимия многих редких элементов была изучена с использованием появившегося метода эмиссионной спектроскопии. Кристаллические структуры большинства минералов были определены методом рентгеновской дифракции. В. И. Вернадский разработал основы биогеохимии.

Резкий прогресс в области науки и технологий во время Второй мировой войны привёл к появлению новых приборов[источник не указан 1286 дней]. Но геохимия в это время ещё развивалась сравнительно медленно. В 1950-х годах всего нескольких журналов было достаточно для публикации всех важных достижений в геохимии. На собрании Американского геофизического общества было несколько геохимических сессий, большинство из которых было посвящено локальным проблемам и не выходили за рамки геохимии.

В середине 1950-х годов академик АН СССР Александр Павлович Виноградов основал новое направление в геохимии — изотопную геохимию — фракционирование в природных процессах изотопов лёгких элементов (кислород, сера, углерод, калий и свинец). Результатом работ Виноградова стало определение абсолютного возраста Земли, щитов — Балтийского, Украинского, Алданского и других, а также пород Индии, Африки и других регионов; изучен состав метеоритов (разные формы углерода, газов и других веществ)[4]. Его исследования дали старт новому этапу развития геохимии[5].

В 1960-х годах атмосферная и морская геохимия интегрировались с геохимией литосферы; космохимия и биогеохимия внесли огромный вклад в наше понимание истории нашей планеты. Началось изучение Земли как единой системы.

Масштабные морские экспедиции показали, как и насколько быстро смешиваются воды океанов, они продемонстрировали связь между морской биологией, физической океанологией и морским осадконакоплением. Открытие гидротермальных источников показало, как формируются рудные месторождения. Были открыты прежде неизвестные экосистемы, и были выяснены факторы, которые управляют составом морской воды.

Теория тектоники плит преобразила геохимию. Геохимики, наконец, поняли пррироду поведение осадков и океанической коры в зонах субдукции, их погружение и эксгумацию. Новые эксперименты при температурах и давлениях глубин Земли позволили выяснить, какова трехмерная структура мантии и как происходит генерация магм. Доставка на Землю лунных пород, исследование с помощью космических аппаратов планет и их спутников и успешный поиск планет в других звёздных системах произвели революцию в нашем понимании Вселенной.

Геохимия имеет ряд смежных вопросов с экологией. Открытие озоновых дыр [6] послужило недвусмысленным тревожным экологическим признаком и источником новых фундаментальных взглядов в фотохимии и динамике атмосферы. Увеличение содержания СО2 в атмосфере вследствие сжигания ископаемого топлива и уничтожения лесов было и будет предметом основных дискуссий о глобальных антропогенных изменениях климата. Исследование этих явлений служит источником новой информации о взаимодействии атмосферы с биосферой, земной корой и океанами.

Разделы геохимии[править | править код]

Некоторые подразделы геохимии[7]:

  • Водная геохимия[en] изучает роль различных элементов в водосборных бассейнах, в том числе меди, серы, ртути, и взаимный обмен веществ гидросферы с атмосферой и литосферой[8]
  • Биогеохимия — это область исследований, изучающая влияние жизни на химию Земли[9].
  • Космохимия включает в себя анализ распределения химических элементов и их изотопов в космосе[10].
  • Изотопная геохимия[en] включает определение относительных и абсолютных концентраций элементов и их изотопов в оболочках Земли[11].
  • Органическая геохимия[en] изучает процесы образования соединений, продуцируемых живыми организмами или образующихся из некогда живых организмов[12].
  • Фотогеохимия[en] проводит исследования химических реакций, протекающих под действием света или с выделением света, которые происходят среди природных компонентов земной поверхности[13].
  • Региональная геохимия[en] изучает практические вопросы геохимии, связанные с экологическими, гидрологическими и минеральными исследованиями для отдельных регионов или континентов Земли[14].

Методы[править | править код]

  1. Рентгено-флуоресцентный анализ (РФА, XRF) . В настоящее время наиболее широко используемый метод для определения главных и редких элементов в породах. Можно определить до 80 элементов в широком диапазоне концентраций, до г/т.
  2. Атомно-абсорбционная спектрометрия (ААС). Высокая чувствительность, но невысокая производительность, не может сравниться с РФА и ІСР-MS.
  3. Нейтронно-активационный анализ.
    • инструментальный нейтронно-активационный анализ (ИНАА)
    • радиохимический нейтронно-активационный анализ (НАА)
  4. Гамма-спектрометрия. Измерение естественной радиоактивности трех элементов U, Th, K. С помощью детектора измеряется характерное излучение каждого элемента.
  5. Эмиссионная спектрометрия с индуктивносвязанной плазмой. Относительно новый вид анализа, в принципе могут быть определены все элементы ПС.
  6. Масс-спектрометрия. В различной форме это наиболее эффективный метод определения изотопных отношений.
    • Масс-спектрометрия с изотопным разбавлением
    • Масс-спектрометрия с индуктивносвязанной плазмой ІСР-MS
  7. Электронно-микропробный (микрозондовый анализ). Определение петрогенных элементов в единичных малых зернах минералов. По принципу аналогичен рентгено-флуоресцентному методу, но образец возбуждается потоком электронов.
  8. Ион-микропробный анализ (ионный зонд). Применяется для определения редких элементов и изотопов.

Интерпретация геохимических данных:

Основная статья: Геохимические карты

Редкоземельные элементы (РЗЭ) нормируются по хондриту С1 и по примитивной мантии. Полученные нормированные данные строятся на логарифмической шкале. Полученный тренд, выявленные максимумы и минимумы элементов указывают в каких условиях образовалась порода.

Геохимические организации и общества[править | править код]

Организации и лаборатории в России:

Дальневосточный геологический институт ДВО РАН

Институт геологии и геохимии им. А. Н. Заварицкого УрО РАН

Институт земной коры СО РАН

Институт геохимии им. А. П. Виноградова СО РАН

Институт минералогии, геохимии, кристаллохимии и редких элементов (ИМГРЭ)

Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН

Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского

Институт минералогии и петрографии[15] в составе

Объединённого института геологии, геофизики и минералогии им. А. А. Трофимука

Институт геологии Карельского научного центра РАН

Институт геологии Коми научного центра УрО РАН

Съезды геохимиков[править | править код]

Геохимическая литература[править | править код]

Серийные издания[править | править код]

Российским изданием по геохимии является журнал «Геохимия».

Обзоры, монографии и учебники[править | править код]

К основополагающим монографиям по геохимии можно отнести следующие издания:

Советские и российские учебники
  • А. Е. Ферсман. Геохимия. — тома 1—4, 1933—1939.
  • В. И. Вернадский. Химическое строение биосферы Земли и её окружения. — М.: Наука, 1965. — 348 с.
  • А. И. Перельман. Геохимия. — М.: Высшая школа, 1988. — 527 с.
  • А. И. Перельман, Н. С. Касимов. Геохимия ландшафта. — М.: Астрея-2000, 1999. — 762 с.
  • В. А. Алексеенко. Экологическая геохимия. — М.: Логос, 2000. — 627 с.
  • Ю. Е. Сает и др. Геохимия окружающей среды. — М.: Недра, 1990. — 335 с.
  • Экогеохимия ландшафтов / Н. С. Касимов. — М.: ИП Филимонов М. В., 2013—208 с.
  • В. А. Алексеенко. Геоэкология. Экологическая геохимия. — Ростов- н/Д.: Феникс, 2016. — 688 с.

Другие учебники по геохимии:

  • А. А. Ярошевский. Проблемы современной геохимии Конспект лекций, прочитанных в ГЕОХИ РАН в зимнем семестре 2003—2004 г.
  • В. Ф. Барабанов. Геохимия. — Л.: Недра, 1985. — 423 с.
  • А. И. Тугаринов «Общая геохимия». — Атомиздат, 1978.
  • «Интерпретация геохимических данных». Под редакцией Е. В. Склярова. — Интермет Инжиниринг, 2001.

В области такой важной темы, как Геохимия осадочных пород, на русском языке сделано уже немало. В некоторых аспектах (Геохимия углей, Геохимия металлоносных черных сланцев, Литохимия — геохимия породообразующих химических элементов осадочных пород) — больше, чем на Западе.

Монографии
Прочая литература

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. ↑ Шёнбейн // Хвойка — Шервинский. — М. : Большая российская энциклопедия, 2017. — С. 793. — (Большая российская энциклопедия : [в 35 т.] / гл. ред. Ю. С. Осипов ; 2004—2017, т. 34). — ISBN 978-5-85270-372-9.
  2. ↑ 1 2 Kragh, Helge. From geochemistry to cosmochemistry: The origin of a scientific discipline, 1915–1955 // Chemical Sciences in the 20th Century: Bridging Boundaries (англ.) / Reinhardt, Carsten. — John Wiley & Sons, 2008. — P. 160—192. — ISBN 978-3-527-30271-0.. — «a comparative geochemistry ought to be launched, before geochemistry can become geology, and before the mystery of the genesis of our planets and their inorganic matter may be revealed».
  3. ↑ John A. C. Fortescue. Outline of Historical Development of Geochemistry // Environmental Geochemistry / W. D. Billings, F. Golley, O. L. Lange, J. S. Olson. — New York, NY: Springer New York, 1980. — Т. 35. — С. 7–17. — ISBN 978-1-4612-6047-9, 978-1-4612-6045-5. — doi:10.1007/978-1-4612-6045-5_2.
  4. ↑ Александр Павлович Виноградов. Творческий портрет в воспоминаниях учеников и соратников. К 110-летию со дня рождения / Ответственный редактор академик Э. М. Галимов.. — Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН.. — Москва: Наука, 2005. — 382 с. — ISBN 5-02-033736-6.
  5. ↑ Виноградов Александр Павлович, выдающийся ученый, создатель нового направления в науке геохимии изотопов — СССР — Наука/изобретения — Статьи — Славные имена. slavnyeimena.ru. Дата обращения: 16 февраля 2019. Архивировано 17 февраля 2019 года.
  6. ↑ Озоновая дыра / А. М. Звягинцев // Большая российская энциклопедия : [в 35 т.] / гл. ред. Ю. С. Осипов. — М. : Большая российская энциклопедия, 2004—2017.
  7. ↑ Welcome to GPS Geochemistry. GPS Research Program. California Institute of Technology. Дата обращения: 2 октября 2017. Архивировано 21 сентября 2017 года.
  8. ↑ Langmuir, Donald. Aqueous environmental geochemistry. — Upper Saddle River, N.J.: Prentice Hall, 1997. — ISBN 9780023674129.
  9. ↑ Schlesinger, William H.; Bernhardt, Emily S. Biogeochemistry : an analysis of global change (англ.). — Third. — Academic Press, 2013. — ISBN 9780123858740.
  10. ↑ McSween, Jr, Harry Y.; Huss, Gary R. Cosmochemistry. — Cambridge University Press, 2010. — ISBN 9781139489461.
  11. ↑ Kendall, Carol; Caldwell, Eric A. Chapter 2: Fundamentals of Isotope Geochemistry // Isotope Tracers in Catchment Hydrology / Kendall, C.; McDonnell, J. J.. — Amsterdam: Elsevier Science, 1998. — С. 51—86.
  12. ↑ Killops, Stephen D.; Killops, Vanessa J. Introduction to Organic Geochemistry. — John Wiley & Sons, 2013. — ISBN 9781118697207.
  13. ↑ Doane, T. A. A survey of photogeochemistry // Geochem Trans. — 2017. — Т. 18. — С. 1. — doi:10.1186/s12932-017-0039-y. — PMID 28246525. — PMC 5307419.
  14. ↑ Garrett, R.G.; Reimann, C.; Smith, D.B.; Xie, X. From geochemical prospecting to international geochemical mapping: a historical overview: Table 1 (англ.) // Geochemistry: Exploration, Environment, Analysis : journal. — 2008. — November (vol. 8, no. 3—4). — P. 205—217. — doi:10.1144/1467-7873/08-174.
  15. ↑ Институт минералогии и петрографии. web.archive.org (4 апреля 2005). Дата обращения: 6 января 2022. Архивировано 4 апреля 2005 года.
  16. ↑ 1 Международный геохимический конгресс: Москва, 1971. М.: ГЕОХИ АН СССР, 1972.

Ссылки[править | править код]

Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Геохимия&oldid=136323464