Геохимия

Геохимия в 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

1 Важнейшие задачи геохимии
2 История науки
3 Основоположники науки
4 Геохимические методы
5 Интерпретация геохимических данных
6 Организации
- 6.1 Крупнейшие институты
7 Учебники и обзоры по геохимии
- 7.1 Зарубежные учебники
- 7.2 Советские и российские учебники
8 См. также
9 Библиография
10 Ссылки

[править] Важнейшие задачи геохимии

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).

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.

[править] История науки

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.

[править] Основоположники науки

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

Журнал "Геохимия"

[править] Геохимические методы

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.

[править] 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.

[править] 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 образованна 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.

[править] Крупнейшие институты

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

[править] Учебники и обзоры по геохимии

[править] Зарубежные учебники

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 1950. Гольдшмидт начал книгу с таким же названием в 1940-х. К сожалению, его здоровье было подорвано во время оккупации немцами его родной Норвегии, и он умер до того, как книга была завершена. Алекс Муир (Alex Muir) и несколько друзей Гольдшмидта написали недостающие главы этого классического труда, который был окончательно издан в 1954 году. Между 1969 и 1978 годами К. Г. Ведеполь (K. H. Wedepohl) совместно с группой редакторов (C. W. Correns и др.) и большим количеством авторов создали «Руководство по геохимии» (HandBook of Geochemistry). Все три обзора начинаются с обзорных глав, за которыми следуют главы, посвящённые геохимии одного или небольшой группы сходных элементов. Все они на сегодняшний день устарели, так как инновации в аналитических методах и увеличение числа исследователей в науке произвело значительный объём данных, которые породили множество новых взглядов на фундаментальные геохимические проблемы. В 2003 году издательством «Элзевиер» был издан новый суммарный обзор геохимии «Геохимический трактат» («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.

[править] Советские и российские учебники

А. Е. Ферсман «Геохимия».
А. И. Тугаринов «Общая геохимия». Атомиздат, 1978.
«Интерпретация геохимических данных». Под редакцией Е. В. Склярова. Интермет Инжиниринг, 2001.
А. А. Ярошевский. Проблемы современной геохимии Конспект лекций, прочитанных в ГЕОХИ РАН в зимнем семестре 2003в2004 г.

Все эти издания, за исключением последнего, устарели и не соответствуют современному состоянию науки. Книга «Интерпретация геохимических данных» затрагивает лишь прикладной аспект геохимии в методы определения происхождения горных пород по геохимическим данным. Таким образом, создание больших паллетных 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:

Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Геохимия черных сланцев. - Л: Наука, 1988, 272 с.
Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Элементы-примеси в черных сланцах. - Екатеринбург: УИФ Наука, 1994, 304 с.
Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Неорганическое вещество углей. - Екатеринбург: УрО РАН, 2002, 422 с.
Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Основы литохимии. - Л: Наука, 2000, 479 с.
Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Токсичные элементы-примеси в углях. - Екатеринбург: УрО РАН, 2005, 655 с.
Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Ценные элементы-примеси в углях. - Екатеринбург: УрО РАН, 2006, 538 с.

Другие учебники по геохимии:

А. И. Перельман. Геохимия. в М.:Высшая школа, 1988. в 527 с.
Ю. Е. Сает Геохимия окружающей среды. в М.:Недра, 1990в335с.
В. Ф. Барабанов. Геохимия. в Л.: Недра, 1985. в 423с.

[править] См. также

[править] Библиография

«Treatise on geochemistry» 2003, Elsevier.
Ферсман А.Е. «Занимательная геохимия», Ленинград, 1954.
Фор Г. "Основы изотопной геологии", 1989.
Поиск подходов к решению проблемы глобальных изменений: элементы теории биотическо-экосистемного механизма регуляции и стабилизации параметров биосферы, геохимической и геологической среды // Вестник Моск. ун-та. Серия 16. биология. 2005. в„– 1. С.24-33.
Геохимический аппарат водных экосистем: биокосная регуляция // Вестник Российск. академии наук (РАН). 2004. т. 74. в„– 9. C.785-791

[править] Ссылки

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. в„– 5. С. 49-52.

Разделы геологии
Состав и строение	Геохимия Кристаллография Минералогия Петрография Петрология Литология Геологическая формация
Историческая геология	Геохронология Стратиграфия Палеонтология Палеогеография Палеоклиматология Фациальный анализ Формационный анализ Четвертичная геология Региональная геология
Движение	Структурная геология Тектоника плит Геодинамика Глубинная геология Геоморфология Динамическая геология Новейшая тектоника
Гидрогеология	Инженерная геология Геоэкология Гляциология Криология
Геофизика	Сейсморазведка Гравиразведка-Гравиметрия Магниторазведка Электроразведка Георадиолокация Петрофизика
Полезные ископаемые	Геология полезных ископаемых Металлогения Учение о структурах рудных полей и месторождений
Прикладные	Геологическое картирование Геологическая съёмка Поиски месторождений полезных ископаемых Разведка месторождений полезных ископаемых Геология полезных ископаемых

Геохимия

Содержание

[править] Важнейшие задачи геохимии

[править] История науки

[править] Основоположники науки

[править] Геохимические методы

[править] Интерпретация геохимических данных

[править] Организации

[править] Крупнейшие институты

[править] Учебники и обзоры по геохимии

[править] Зарубежные учебники

[править] Советские и российские учебники

[править] См. также

[править] Библиография

[править] Ссылки

Личные инструменты

Пространства имён

Варианты

Просмотры

Действия

Поиск

Навигация

Участие

Печать/экспорт

Инструменты

На других языках