Геохимия — наука о химическом составе Земли и планет (космохимия), законах распределения и движения элементов и изотопов в различных геологических средах, процессах формирования горных пород, почв и природных вод.
Содержание |
Большой вклад в геохимию сделали русские учёные Вернадский, Ферсман и др.
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.
Геохимия имеет глубокие корни. Её основы могут быть прослежены в античности, но многие из открытий, лежащих в основе науки, были сделаны между 1800 и 1910 годами. Была составлена периодическая система элементов, открыта радиоактивность и разработана термодинамика гетерогенных систем. Солнечный спектр был использован для определения состава Солнца. Эта информация, совместно с химическими анализами метеоритов, открыла дверь для нового понимания Вселенной.
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 структуры большинства минералов были определены методом рентгеновской дифракции. Родилась изотопная геохимия. Огромный прогресс науки и технологий во время Второй мировой войны привёл к появлению новых приборов. 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 геохимических сессий было несколько, большинство из них было посвящено локальным проблемам и не выходили за рамки геохимии.
Однако в 1960-х годах начался расцвет геохимии, продолжающийся до сих пор. За это время в науке произошёл существенный прогресс. 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. Сбылось предсказание Вернадского о центральной роли геохимии среди наук о веществе.
Геохимия как самостоятельная наука была создана: В. И. Вернадским, Ф. У. Кларком, А. Е. Ферсманом, В.М. Гольдшмидтом и А.П. Виноградовым.
Журнал "Геохимия"
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 при широком ряде концентраций от 100 % до первых г/т.
2. Атомно-абсорбционная спектрометрия (ААС). Высокая чувствительность, но не высокая производительность, не может сравнится 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.
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.
Первый выпуск журнала «Geochimica et Cosmochimica Acta» появился в июле Geochemical Society) было создано в International Association of Geochemistry and Cosmochemistry) была образованна в Applied Geochemistry») начал издаваться с 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.
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 и кристаллохимии 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 в составе Объединённого института геологии, геофизики и минералогии им. А. А. Трофимука
Институт геологии Коми научного центра УрО РАН
Дальневосточный геологический институт ДВО РАН
Во второй половине 20-го века было издано огромное количество обзоров о различных аспектах геохимии. Из них только три пытались обозреть науку целиком. Широкоизвестная «Геохимия» К. Ранкама и Т. Г. Сахама (K. Rankam, Th. G. Saham) была опубликована в Treatise on geochemistry»)под редакцией Холанда и Турукиана. Этот обзор составлен несколько иным образом, чем предыдущие. Он составляет 10 томов, каждый из которых посвящён одной из геосфер или разделу геохимии. Последний том представляет собой глоссарий.
Все эти издания, за исключением последнего, устарели и не соответствуют современному состоянию науки. Книга «Интерпретация геохимических данных» затрагивает лишь прикладной аспект геохимии — методы определения происхождения горных пород по геохимическим данным. Таким образом, создание больших обзоров по геохимии на русском языке крайне актуально.
В этом тексте совершенно отсутствует такая важная тема, как Геохимия осадочных пород. Между тем, в этой области на русском языке сделано уже немало - и в некоторых аспектах (Геохимия углей, Геохимия металлоносных черных сланцев, Литохимия (геохимия породообразующих химических элементов осадочных пород) - больше, чем на Западе.
К числу существенных обобщений следовало бы добавить ряд монографий:
Другие учебники по геохимии:
Аблесимов Н.Е. Синопсис химии: Справочно-учебное пособие по общей химии – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2005. – 84 с. – http://www.neablesimov.narod.ru/pub04c.html Аблесимов Н.Е. Сколько химий на свете? ч. 1. // Химия и жизнь - XXI век. – 2009. – № 5. – С. 49-52.
| Геология | |
|---|---|
| Состав и строение |
Геохимия • Кристаллография • Минералогия • Петрография • Петрология • Литология • Геоэкология |
| Историческая | |
| Движение | |
| Гидрогеология | |
| Геофизика | |
| Полезные ископаемые | |
Геохимия.