Что изучает геохимия кратко
Геохимия
Совр. Г. представляет собой комплекс дисциплин, в том числе Г. изотопов, биогеохимию, региональную Г., геохим. методы поисков м-ний полезных ископаемых. Г. является основой более широкой науки космохимии. Слово Г. введено в науку Шенбойном (1838). Формулировка основных задач и принципов Г. и выдающиеся обобщения принадлежат акад. Вернадскому. Успешное развитие геохим. идеи получили в работах акад. Ферсмана, сформулировавшего в частности геоэнергетическую теорию. Совр. развитие Г. происходит под плодотворным влиянием, особенно в обл. биогеохимии, акад. Виноградова, обосновавшего бурно развивающийся раздел Г. — геохимию изотопов. Среди зарубежных исследователей выдающийся вклад в развитие учения о распространенности элементов внес Кларк, ряд крупных идей принадлежит В. М. Гольдшмидту, связавшему Г. с кристаллохимией, и т. д. Г., используя достижения минералогии, петрографии, учения о полезных ископаемых и др. геол. наук, в свою очередь оказывает глубокое влияние на их развитие. Напр., целые разделы этих наук в настоящее время по сути развиваются геохимией. Так, учение об изоморфизме, составлявшее одну из проблем минералогии, вопрос о порядке кристаллизации м-лов при образовании г. п., являвшийся важнейшим в теоретической петрографии, вошли в проблемные вопросы Г. и целиком развиваются под влиянием ее идей. Практическая задача геол. наук — обнаружение м-ний полезных ископаемых — решается и при участии Г., которая создала комплекс методов их поисков. См. Методы поисков геохимические, Типы геохимические. В. И. Лебедев.
Литература : Вернадский В. И., Избр. соч., т. 1-5, М., 1954-60,· Ферсман А. Е., Избр. труды, т. 1-7, М., 1952-62; Виноградов А. П., Химическая эволюция Земли, М., 1959; его же, Введение в геохимию океана, М., 1967; Щербина В. В., Основы геохимии, М., 1972; Тугаринов А. И., Общая геохимия, М., 1973; Сауков A. A., Геохимия, М., 1975; Перельман А. И., Геохимия, М., 1979.
Д. А. Минеев, А. А. Ярошевский.
Геохимия
Категории Геохимия | Под редакцией сообщества: Науки о Земле
Геохимия — наука о химическом составе Земли и планет (космохимия), законах распределения и поведения химических элементов и изотопов в процессах формирования планет. горных пород, почв, природных вод и других объектов среды, в которой живет человек.
Геохимия как наука о естественной истории атомов химических элементов (В.И.Вернадский) зародилась в начале прошлого века на стыке классических наук – химии, физики, геологии и биологии и по настоящее время имеет с ними тесную связь.
Содержание
↑История становления геохимии
Геохимия, как и другие фундаментальные науки геологического цикла, имеет глубокие корни, уходящие далеко в античные времена, однако многие из открытий, лежащих в основе науки и положившие ее становление, были сделаны в конце XIX – начале XX века. Развитию геохимии способствовали несколько открытий. В 1859 году Г. Кирхгоф и Р. Бунзен открыли спектральный анализ, при помощи которого стало возможно определять концентрации элементов земных образцов и Солнца. В 1869 году Д.И. Менделеевым был открыт Периодический закон элементов. Явление дифракции рентгеновских лучей на кристаллах открыто М. фон Лауэ в 1912 году. Новые результаты позволили раскрыть внутреннее строение вещества и выявить формы нахождения элементов в природе.
Разработка проблематики и методологии геохимии как самостоятельной науки, объектом которой являются атомы химических элементов в природе, стала возможной только в 20 веке благодаря основополагающим работам В.М. Гольдшмидта, В.И. Вернадского, А.Е. Ферсмана, А.П. Виноградова, Д.С. Коржинского на базе современных представлений о строении атома и физической химии.
В течение первой половины двадцатого века учёные использовали разнообразные методы для определения состава земной коры; геохимия многих редких элементов была изучена с использованием метода эмиссионной спектроскопии (В.И. Вернадский) и нового метода рентгеноспектрального анализа (В.М. Гольдшмидт и др.). Расшифровка кристаллических структур минералов методом рентгеновской дифракции позволила сформулировать законы распределения химических элементов по фазам природных систем (В.М. Гольдшмидт, А.Е. Ферсман). Родилась изотопная геохимия (Г. Юри, А.П. Виноградов). Принципиальная роль живого вещества в поведении химических элементов в биосфере была показана Вернадским.
Огромный прогресс науки и технологий после Второй мировой войны привёл к появлению новых методов, преимущественно физических методов исследований – рентгено-флюоресцентного, нейтронно-активационного, масс-спектрального с индукционно связанной плазмой, целой группы локальных методов, позволивших исследовать горные породы и минералы с высочайшей чувствительностью и точностью, используя при этом нанограммовые количества вещества.
В 1960-х годах начался расцвет геохимии, продолжающийся до сих пор. За это время в науке произошёл существенный прогресс. С одной стороны, накоплен огромный фактический материал, который, не изменив основополагающих идей, сформулированных в первой половине 20 века, стал эмпирической базой геохимии в 21-ом веке. Практически не осталось объектов, доступных для исследования, которые не были бы охарактеризованными современными данными. С другой стороны, существенно расширились области исследования – стало доступным дно океана, первые же результаты изучения которого привели к перевороту во взглядах на геологическую эволюцию Земли как планеты. Появление и прогресс космических исследований впервые в истории науки доставили в геохимические лаборатории грунт Луны, а автоматические аппараты передали (и передают) исключительно важную информацию о составах поверхностей теперь уже практически всех тел Солнечной системы. Комплексные исследования всех аспектов геохимии земной коры, гидросферы, атмосферы, привлечение данных биогеохимии и возможность сравнительного анализа истории внеземных объектов позволила начать изучение Земли как единой системы, тесно связанной с Космосом (В.И.Вернадский).
Существенный прогресс в понимании геохимических процессов, протекающих в биосфере, обусловлен результатами изучения мирового океана. Количественная оценка речного стока, выяснение биогеохимической структуры океана и механизмов и роли живого вещества в формировании осадков, открытие и оценка масштабов глубоководных гидротермальных источников, открытие ранее неизвестных экосистем – все это открыло глаза на главные факторы, которые управляют составом морской воды и ее эволюцией.
Прогресс современной теоретической геохимии в значительной степени связан с экспериментальными исследованиями состояния вещества при высоких температурах и давлениях и последовательным привлечением к исследованию состояния геохимических систем и процессов, в них протекающих методов ЭВМ-моделирования.
Геохимия или, лучше сказать, биогеохимия является научной основой современной экологии. К настоящему времени разработаны количественные модели биогеохимических циклов многих биофильных элементов, поведение которых в биосфере непосредственно и количественно значимо связано с деятельностью живых организмов, в том числе, человкеа. Увеличение содержания СО2 в атмосфере вследствие сжигания ископаемого топлива и уничтожения лесов было и будет предметом основных дискуссий о глобальных антропогенных изменениях климата. Накопление в обменных резервуарах биосферы (атмосфере, океане, почвах континентов и илах океана) элементов, повышенные концентрации которых оказываются критическими для нормального функционирования экосистем, стало глобальной экологической проблемой так называемого «устойчивого развития».
Современная геохимия, которая изучает глобальные перемещения химических элементов и энергии в геологическом пространстве-времени, заняла одно из ведущих мест среди наук о Земле.
↑Связь гехимии с другими науками
Связь геохимии с физикой и химией имеет особый характер. С одной стороны, геохимия широко использует экспериментальные методы физики и химии при решении задач изучения состояния и распределение элементов в различных земных и внеземных объектах. С другой стороны, геохимия для объяснения распространенности элементов в природе, их происхождения, состояния и распределения широко использует основные законы физики и химии и привлекает при построении моделей фундаметальные параметры атомов и физико-химическим свойствам элементов. Для решения ряда геохимических задач неизбежно участие экспериментаторов – физиков и химиков. Особая роль принадлежит физике и химии при моделировании геохимических процессов, протекающих в условиях глубоких недр Земли. Многие крупные открытия в области физики впоследствии приобретали выдающееся значение в науках о Земле.
Образование осадочных пород связано с кардинальным перераспределением химических элементов между жидкими и твердыми фазами, коллоидными системами, протекающим при низких температурах и давлениях в биосфере. Поэтому литология включает ряд непосредственно геохимических вопросов. Известно, что многие породы являются результатом химического осаждения элементов из концентрированных растворов, и здесь геохимический процесс выступает в «чистом» виде. Широко распространены в осадочной оболочке пород, образование которых непосредственно или косвенно связано с биогеохимическими процессами.
Прогресс геохимии в значительной мере способствует развитию геологии и географии. Геохимический подход к изучению геологических явлений становится неизбежным при изучении процессов магматизма в связи с закономерностями тектоники плит, рудообразования в различных геодинамических зонах и провинциях, геологической истории континентов и выяснении древних геодинамических обстановок. Без геохимии невозможно разобраться в процессах выветривания, формирования ландшафтных зон суши и биохимических зон моря. Географы изучают геохимию ландшафтов как результат вещественного обмена между подстилающими породами, почвами, водами, газами и живым веществом биосферы. Возникающие в атмосфере за счет взаимодействия газов с космической радиацией тритий и радиоуглерод ( 3 Н, 14 С и др.) позволяют количественно оценить газовый баланс и динамику атмосферы и глубинную циркуляцию вод мирового океана.
Особую роль в геохимических процессах играет живое вещество - планетарная совокупность массы животных и растений. Газовый баланс планеты и круговорот большинства химических элементов происходят при прямом и косвенном участии организмов оболочки жизни Земли. Отсюда очевидной становится связь геохимии с биологией, конкретно выразившаяся в возникновении биогеохимии, начало которой положено трудами В.И. Вернадского. Питание, дыхание, рост и размножение организмов, усваивающих энергию солнечной радиации, определяют существование живого вещества в состоянии крайней напряженности и агрессивности по отношению к пространству. Все это своеобразно преломляется в истории химических элементов. Живое и косное вещества взаимно переплетаются в процессе непрерывного геохимического круговорота элементов, охватывающего атмосферу, растения, почву, природные воды и поверхность литосферы. Поэтому геохимия приобретает все более тесные связи с агрохимией и почвоведением, которые способствуют развитию сельского хозяйства. Большое значение имеют представления о геохимической неоднородности биосферы и существование биогеохимических провинций.
↑Современная геохимия
В различной степени практически все труды исследователей в области геологии и минералогии XX и тем более XXI века связаны с геохимией. В России действуют целые институты и научные лаборатории, занимающиеся проблемами геохимии и ее направлений. Среди важнейших отметим Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН, Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН, Геологический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, Геологический факультет СПбГУ, Институт геохимии им. А.П.Виноградова Сибирского отделения РАН, Инстит геологии и минералогии Сибирского отделения РАН и др.; много геохимических центров находится в специализированных институтах и университетах США, Германии, Японии, Франции и др. странах.
К важнейшим задачам современной геохимии относятся:
Фактическим основанием геохимии служат количественные данные о содержании и распределении химических элементов и их изотопов в различных объектах (минералах, рудах, горных породах, водах и газах, живых организмах, структурных зонах земной коры, земной коре, мантии и Земле в целом, в разнообразных космических объектах и т.п.), а также данные о формах нахождения и состояния элементов в природном веществе (собственно минералы, примеси в минералах, различные формы рассеянного состояния; сведения о степени ионизации, характере химических связей элементов в фазах и т.п.). Получение этих данных опирается на геологическую характеристику объектов, современные физические и физико-химические методы определения содержания и состояния элементов в минеральном, жидком, газообразном и живом веществе (химические, спектральные, рентгено- спектральные, масс-спектральные, радиографии, активационные методы анализа, локальные, резонансные, спектроскопические методы определения состояния элементов в минералах, горных пород, жидкостях и т.п.), математические методы обработки данных.
Общими методологическими принципами разработки теории геохимии являются создание математических и физических моделей природных процессов, экспериментальное воспроизведение разделения химических элементов в различных условиях и определение фазовых равновесий и термодинамических свойств минералов и соединений элементов в расплавах и растворах, необходимых для расчёта равновесий в природных системах. Геохимия выработала собственные методы исследования: метод глобальных и локальных геохимических констант (кларков) элементов; изучение механизма формирования и химической эволюции земной коры на основе представлений о едином круговороте вещества (геохимическом цикле) при учёте принципиальной роли живого вещества биосферы; геохимическое картирование и районирование, датирование абсолютной геохронологии; методы физико-химического анализа парагенезисов минералов.
В пределах земной коры выделяют «Геохимические провинции» планетарного и регионального масштаба, в которых устойчиво в течение геологического времени проявляются те или иные типы минерализации или ассоциации элементов, накапливающихся в геологических процессах. Сами процессы шли во времени неравномерно, и в истории Земли выделяются геохимические эпохи (металлогенические), для которых было характерно формирование определенных типов месторождений химических элементов.
↑Важнейшие разделы геохимии
Изучение космических объектов (планет, их спутников, астероидов, метеоритов, космической пыли и др.) геохимическими методами составляет предмет космохимии.
Геохимия изотопов исследует закономерности разделения изотопов элементов в геологических процессах и разрабатывает критерии использования этих данных для решения теоретических и прикладных задач геологии.
Установленные в геохимии закономерности распределения и концентрирования химических элементов в геологических процессах являются основой прогнозной оценки территории того или иного типа полезных ископаемых. Эта оценка опирается на устойчивые связи концентраций элементов с определенным типом горных пород и геологических процессов, на региональные отличия сравнительной распространённости того или иного элемента (геохимические провинции), на признаки повышения концентрации элементов в определенной формации пород данного региона (региональная геохимия), на конкретные, выявленные геохимические аномалии в распределении элементов на исследуемой территории. Знание законов возникновения и распределения ассоциаций элементов в геологических процессах и разных типах рудных месторождений и минералов позволяет оценивать масштабы оруденения, глубину эрозионного среза рудных тел, планировать комплексное изучение и использование минерального сырья, попутное извлечение редких и рассеянных элементов. Понимание принципов и механизма формирования первичных и вторичных ореолов и потоков рассеяния элементов вокруг рудных тел является теоретической базой геохимических поисков и разведки, а также борьбы с потерями и разубоживанием руд, охраны недр. Особое значение приобретают геохимические исследования биосферы, только на основе которых могут быть разработаны прогнозы её эволюции и рациональные меры охраны окружающей среды от загрязнения.
↑Рекомендуемая литература
Вернадский В.И. Очерки геохимии. 5-е изд. в серии «Библиотека трудов академика В.И. Вернадского. Труды по геохимии.» М.: Наука, 1994, стр.159-468.
Вернадский В.И. Биосфера. В кн.: Биосфера и ноосфера. М.: Наука, 1989, стр.6-150.
Вернадский В.И. Химическое строение биосферы Земли и ее окружения. 3-е изд.в серии “Библиотека трудов академика В.И.Вернадского”. М.: Наука, 2001, 370 стр.
Ферсман А.Е. Геохимия, т.I-IV. В кн.: А.Е.Ферсман. Избранные труды, т.III, стр.9-792, т.IV, стр.3-581, т.V, стр.3-414. М.: АН СССР, 1955-1959.
Clarke F.W. The Data of Geochemistry. Fifth ed. U.S.Geol.Surv.Bull.770, 1924, 841 pp.
Goldschmidt V.M. Geochemistry. L.: Oxford Univ.Press, 1954, 730 pp.
Гаррелс Р.М., Крайст Ч.Л. Растворы, минералы, равновесия. М., Мир, 1968, 367 стр.
Крайнов С.Р., Швец В.М. Гидрогеохимия. М., Недра, 1992, 458 стр.
Перельман А.И. Геохимия. 2-е изд. М., Высшая школа, 1989, 524 стр.
Cауков А.А. Геохимия. 4-е изд. М.: Наука, 1975, 477 стр.
Ярошевский А.А. Проблемы современной геохимии. Новосибирск: НГУ, 2004, 194 стр.
Эта статья еще не написана, но вы можете сделать это.