Геохимия

Геохимия (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

Термин геохимия в 1838 г. ввёл К. Ф. Шёнбейн.

Геохимия как самостоятельная наука была создана: В. И. Вернадским, Ф. У. Кларком, А. Е. Ферсманом,В. М. Гольдшмидтом и А. П. Виноградовым.

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. Поэтому дальнейшее развитие геохимии — это химия фаз в геосферах. Валовой элементный анализ геологических проб должен подкрепляться фазовым анализом. Иначе наблюдается ничем сейчас не оправданный перескок через структурный уровень организации вещества: от химического элемента, минуя минеральную фазу, к породе и геологическому телу.

В течение первой половины двадцатого века множество учёных использовали разнообразные методы для определения состава земной коры, и геохимия многих редких элементов была изучена с использованием появившегося метода эмиссионной спектроскопии. Вернадский основал биогеохимию. Кристаллические структурыбольшинства минералов были определены методом рентгеновской дифракции. Родилась изотопная геохимия. В 1950-х годах всего нескольких журналов было достаточно для публикации всех важных достижений в геохимии. На собрании Американского геофизического общества геохимических сессий было несколько, большинство из них было посвящено локальным проблемам и не выходили за рамки геохимии.

В 1960-х годах атмосферная и морская геохимия интегрировались в геохимию твёрдой Земли; 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 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 также тесно срослась с экологией. Открытие озоновых дыр прозвучало как недвусмысленный тревожный признак и источник 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, корой и океанами.

На сегодня геохимия заняла ведущее место среди наук о Земле. Она изучает глобальные перемещения вещества и энергии во времени и пространстве.

Методы

  1. Рентгено-флуоресцентный анализ (РФА, XRF) . Широко используется для определения главных и редких элементов в породах. Можно определить до 80 элементов при широком ряде концентраций от 100 % до первых г/т.
  2. Атомно-абсорбционная спектрометрия (ААС). Высокая чувствительность, но не высокая 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

Редкоземельные элементы (РЗЭ) нормируются по хондриту С1 [Boynton, 1984] и по примитивной мантии (РМ) [Sun & McDonough, 1989]. Полученные нормированные данные строятся на логарифмической шкале. Полученный тренд, выявленные максимумы и минимумы элементов указывают в каких условиях образовалась порода.

Организации

Первый выпуск журнала «Geochimica et Cosmochimica Acta» появился в июле 1950. «Геохимическое общество» (Geochemical Society) было создано в 1955 году и приняло журнал в качестве официального издания в 1957. «Международная ассоциация геохимии и космохимии» (International Association of Geochemistry and Cosmochemistry) была образована в 1966 году, её журнал «Прикладная геохимия» («Applied Geochemistry») начал издаваться с 1986 года. «Chemical Geology» стал официальным журналом «Европейской Геохимической ассоциации» (European Association for Geochemistry).

Одной из крупнейших ежегодных международных конференций геохимиков является Гольдшмидтовская конференция, впервые проведённая в 1991 году. Геохимия стала основным направлением в геофизическом обществе Америки и Американском Геофизическом объединении (American Geophisical Union). Необходимо отметить медали и другие награды, которыми сейчас отмечаются крупные достижения в геохимии в ряде научных обществ.

В России статьи по геохимии печатаются в журнале «Геохимия».

Организации в России

Екатеринбург

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

Иркутск

  • Институт земной коры СО РАН
  • Институт геохимии им. А. П. Виноградова СО РАН

Москва

  • Институт минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов (ИМГРЭ)
  • Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН
  • Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского

Новосибирск

  • Институт минералогии и петрографии в составе
  • Объединённого института геологии, геофизики и минералогии им. А. А. Трофимука

Сыктывкар

  • Институт геологии Коми научного центра УрО РАН

Владивосток

  • Дальневосточный геологический институт ДВО РАН

Петрозаводск

  • Институт геологии Карельского научного центра РАН

Discovery-vision.ru Powered 2015

Яндекс.Метрика