Что изучает геохимия кратко
Обновлено: 08.07.2024
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).
Связанные понятия
Петрология (от греч. πέτρος — камень, рус. устар. камневедение) — комплекс геологических наук o горных породах, процессах их формирования и преобразования. Включает науки: петрография, петрохимия, петрофизика, петротектоника, а также экспериментальную (петрургия), теоретическую, техническую и космическую петрологию.
Геофи́зика (от др.-греч. γῆ — Земля + φύσις — природа) или физика Земли — комплекс научных дисциплин, исследующих физическими методами строение Земли процессы, происходящие в геосфере, а также о специфические методы исследования упомянутых объектов и процессов.
Геодина́мика — раздел геологии, изучающий природу глубинных сил и процессов, возникающих в результате планетарной эволюции Земли, и обуславливающих движение вещества внутри планеты.
Упоминания в литературе
Вместе с тем разные дисциплины развивают свою картину изучаемой реальности и свой язык описаний, что часто затрудняет коммуникацию между представителями разных дисциплин. Дисциплинарное поле может не иметь четко очерченных границ; часто наблюдается их перекрытие или трансгрессия. Возникающие пограничные области являются плодотворным объектом для междисциплинарных исследований и открытия новых научных фактов и явлений. Так, достижения в области физики влияют на прогресс химии, геологии, астрономии, а физические и химические знания стимулируют развитие биологии, психологии и медицины. Пограничные области знания с течением времени превращаются в самостоятельные дисциплины, а затем они вновь дифференцируются в новые субдисциплины. Таким путем появились астрофизика, астробиология, социобиология, биофизика, биохимия, геохимия , глобальная экология и др.
Вещественный состав земной коры изучают следующие науки: минералогия – наука о происхождении и свойствах минералов; петрография – наука о происхождении и свойствах преимущественно магматических и метаморфических горных пород; литология, посвящённая изучению осадочных горных пород. Пограничной с химией является геохимия – наука о распространении и перемещении химических элементов в земной коре и других оболочках Земли.
Естественные – науки о Вселенной, ее строении, развитии (астрономия, космология, космогония, астрофизика, космохимия и другие), о Земле (геология, геофизика, геохимия и другие; о физических, химических и биологических системах и процессах, о формах бытия и движения материи), о человеке как социобиологическом виде, его происхождении и эволюции (цикл антропологических наук, медицина и другие).
Интеграция науки – появление новых наук на стыках старых, проявление процессов объединения научного знания. Примером такого рода наук являются физическая химия, химическая физика, биофизика, биохимия, геохимия , биогеохимия, астробиология и др.
Связанные понятия (продолжение)
Биогеохимия — раздел геохимии, изучает химический состав живого вещества и геохимические процессы, протекающие в биосфере Земли при участии живых организмов.
Геотектоника — раздел геологии, наука о строении, движениях и деформациях литосферы, о её развитии в связи с развитием Земли в целом. Геотектоника составляет теоретическую сердцевину всей геологии.
Металлогени́я (от фр. Métallogénie, образован от лат. metallum — рудник (или греч. μέταλλο — металл) и греч. γενητως — порождающий) — наука о закономерностях образования и размещения месторождений полезных ископаемых в пространстве и времени.
Геоэкология — междисциплинарное научное направление, объединяющее исследования состава, строения, свойств, процессов, физических и геохимических полей геосфер Земли как среды обитания человека и других организмов. В некоторых случаях геоэкологию определяют как комплексную прикладную дисциплину, которая отличается от биологических и соответствует географическим или геологическим дисциплинам. Основной задачей геоэкологии является изучение изменений жизнеобеспечивающих ресурсов геосферных оболочек под.
Инженерная геология — наука геологического цикла, ветвь геологии, изучающая морфологию, динамику и региональные особенности верхних горизонтов земной коры (литосферы) и их взаимодействие с инженерными сооружениями (элементами техносферы) в связи с осуществленной, текущей или планируемой хозяйственной, прежде всего инженерно-строительной деятельностью человека.
Четвертичная геология (или четвертичная наука) — раздел геологии и палеогеографии, изучающий четвертичную систему и соответствующий ей период истории Земли, который начался примерно 2,6 млн лет назад и продолжается до сих пор. Современное развитие науки началось в конце 1920-х годов.
Палеогеография (от др.-греч. παλαιός — древний + география) — наука, изучающая физико-географические обстановки, их динамику, источники (факторы) этой динамики — изменения климата, тектонические движения — на поверхности Земли в геологическом прошлом.
Геохроноло́гия (от др.-греч. γῆ — земля + χρόνος — время + λόγος — слово, учение) — комплекс методов определения абсолютного и относительного возраста горных пород или минералов. В число задач этой науки входит и определение возраста Земли как целого. С этих позиций геохронологию можно рассматривать как часть общей планетологии.
Гляциоло́гия (от лат. glacies — лёд, греч. λόγος — слово, учение) — наука о природных льдах во всех их разновидностях на поверхности земли, в атмосфере, гидросфере и литосфере. Единым природным объектом изучения гляциологии являются гляциосфера и составляющие её нивально-гляциальные системы.
Физи́ческая геогра́фия — система наук, изучающих структуру, динамику и функционирование географической оболочки и её структурных частей — природно-территориальных комплексов и их компонентов, для целей научного обоснования территориального размещения общества, рационального природопользования и географического прогноза. Физическая география является частью географии и естествознания.
Климатоло́гия (от др.-греч. κλίμα (род. п. κλίματος) — наклон и др.-греч. λόγος — учение, наука) — наука, раздел метеорологии, изучающая климат — совокупность погодных характеристик за многолетний период, свойственных определённому месту или Земному шару в целом. Климатология рассматривает закономерности климатообразования, их распределение по территории Земли, их предшествующую историю и предстоящие изменения.
История геологии — самостоятельная наука изучающая процесс становления, логику и закономерности развития наук геологического цикла. Это раздел геологии изучающий историю геологических знаний и горного дела.
Кристаллохи́мия — наука о кристаллических структурах и их связи с природой вещества. Кристаллохимия изучает пространственное расположение и химическую связь атомов в кристаллах, а также зависимость физических и химических свойств кристаллических веществ от их строения. Будучи разделом химии, кристаллохимия тесно связана с кристаллографией. Источником экспериментальных данных о кристаллических структурах являются главным образом рентгеноструктурный анализ, структурная электронография и нейтронография.
Стратигра́фия (от лат. stratum — настил, слой + др.-греч. γράφω — пишу, черчу, рисую) — наука, раздел геологии, об определении относительного геологического возраста слоистых осадочных и вулканогенных горных пород, расчленении толщ пород и корреляции различных геологических образований. Один из основных источников данных для стратиграфии — палеонтологические определения.
Разведочная (прикладная) геофизика — направление геофизики, основанное на изучении внутреннего строения Земли, в основном для поиска и уточнения строения залежей полезных ископаемых, а также выявления предпосылок для их образования. Разведочная геофизика проводится на суше, акваториях, в скважинах и горных выработках, с воздуха и из космоса. Разведочная геофизика является важной составляющей геологоразведочного процесса благодаря высокой эффективности, надёжности, дешевизне и скорости проведения.
Науки о Земле (геонауки или геономия) — науки, изучающие планету Земля (литосферу, гидросферу и атмосферу), а также космическое пространство вокруг Земли. Изучение Земли служит моделью для исследования других планет земной группы.
Гидрохи́мия — наука, раздел гидрологии, изучающая химический состав природных вод и закономерности его изменения под влиянием физических, химических и биологических воздействий.
Земна́я кора́ — внешняя твёрдая оболочка (кора) Земли, верхняя часть литосферы. С внешней стороны большая часть коры покрыта гидросферой, а меньшая находится под воздействием атмосферы.
Океаноло́гия (от океан и др.-греч. λόγος — суждение, слово.) или океаногра́фия (от океан и др.-греч. γραφειν — пишу, описываю) изучает крупномасштабное взаимодействие океана и атмосферы и его длиннопериодную изменчивость, химический обмен океана с материками, атмосферой и дном, биоту и её экологические взаимодействия, геологическое строение дна, устанавливает местные или локальные процессы, происходящие за счет обмена энергией и веществом между различными районами океана.
Гидроло́гия су́ши, — раздел гидрологии, изучающий поверхностные воды суши: реки, озёра, водохранилища, болота и ледники.
Ге́незис (греч. Γένεσις, Γένεση — происхождение, возникновение, (за)рождение) — в геологии происхождение каких-либо геологических образований: горных пород, месторождений полезных ископаемых и др., возникших в определённых условиях при воздействии геологических процессов. Выявление генезиса имеет основное значение для понимания природы геологических образований, для правильного направления поисков полезных ископаемых, для разработки общих теорий геологических процессов, например процессов рудообразования.
Геокриология (мерзлотоведение) — раздел геологии и криологии, изучающий криолитозону (мёрзлую зону литосферы).
Сейсмология (от др.-греч. σεισμός — землетрясение и λόγος — учение) — наука о распространении сейсмических волн в недрах Земли, землетрясениях и связанных с ними явлениях. Находится на стыке многих наук — геологии, геофизики, физики, химии, биологии, истории и других.
Физи́ческая хи́мия (часто в литературе сокращённо — физхимия) — раздел химии, наука об общих законах строения, структуры и превращения химических веществ. Исследует химические явления с помощью теоретических и экспериментальных методов физики. Наиболее обширный раздел химии.
Ландшафтоведение — наука, изучающая строение, происхождение, функционирование и трансформацию земных ландшафтов.
География почв — наука о закономерностях распространения почв на поверхности Земли в целях почвенно-географического районирования.
Геология нефти и газа (геология углеводородов, нефтегазовая геология) — прикладной раздел геологии, изучающий образования и скопления углеводородов в недрах земли, с целью научно обоснованного прогноза нахождения залежей нефти и газа, выбора рационального комплекса методов их поиска, разведки, подсчета запасов и оптимального режима разработки.
Тектоническая карта — разновидность геологической карты, отображающая историю тектонических движений и строение земной коры.
Метеори́тика (метеорная астрономия) — наука о метеоритах и космической пыли, попадающей на Землю. Раздел астрономии, изучающий движение метеорных тел, их взаимодействие с атмосферой при падении на Землю. Раздел геологии, изучающий состав, происхождение и свойства метеоритов.
ГЕОХИ́МИЯ, наука о распространённости химич. элементов и их изотопов в природе, процессах, определяющих формы их нахождения, разделения и миграции в пространстве и времени. В. И. Вернадский дал определение Г. как истории атомов Земли. Г. изучает твёрдую Землю (кору, мантию, ядро), её внешние оболочки (атмосферу, гидросферу, биосферу) и космос (планеты, звёзды, метеориты). Учение Вернадского о геологич. роли живого вещества привело к становлению Г. биосферы и её ответвлений: биогеохимии, органич. Г. В качестве самостоят. разделов выделяют: Г. изотопов (в т. ч. изотопную геохронологию), космохимию, Г. твёрдой Земли, Г. атмосферы, Г. гидросферы и Г. окружающей среды. С накоплением данных сформировались направления, посвящённые детальному изучению отд. объектов (напр., нефтегазовая Г., Г. алмаза) и элементов (напр., Г.: углерода, серы, благородных газов, радиоактивных элементов).
ГЕОХИМИЯ — наука о распределении (концентрации и рассеянии) и процессах миграции хим. элементов в земной коре и насколько возможно в Земле в целом. Цель Г., используя достижения всего естествознания, вскрыть основные закономерности, управляющие этими явлениями, и поставить полученные знания на службу человеку. Так как в земной коре элементы или атомы образуют гл. обр. соединения, в подавляющей массе находящиеся в кристаллическом состоянии, то Г. опирается, прежде всего, на строение и свойства атома, на строение и свойства кристаллического вещества, изучаемые кристаллохимией, а также на сведения о термодинамических условиях, характеризующих отдельные оболочки или часть земной коры и общие закономерности, формируемые термодинамикой. Г. широко использует сведения, полученные др. геол. науками и, прежде всего, собственно геологией, минералогией, учением о полезных ископаемых и др.
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.
Геологический словарь: в 2-х томах. — М.: Недра . Под редакцией К. Н. Паффенгольца и др. . 1978 .
(от греч. ge - Земля и химия * a. geochemistry; н. Geochemie; ф. geochimie; и. geoquimica ) - наука о распространённости и распределении, сочетании и миграции хим. элементов в геосферах Земли. По определению В. И. Вернадского, Г. - наука, изучающая "историю химических элементов планеты". Многочисл. сведения о хим. составе природных объектов были накоплены в кон. 19 в. в результате исследований Л. Эли де Бомона (Франция), К. Г. Бишофа и И. Брейтгаупта (Германия), Р. Бойля (Великобритания), Й. Я. Берцелиуса (Швеция). Отчётливое понимание роли хим. процессов в геологии отмечается в трудах М. В. Ломоносова и Д. И. Менделеева. Первые геохим. данные были обобщены в работах Ф. У. Кларка (США) в 1889-1924. Разработка проблематики и методологии Г. как самостоят. науки, объектом к-рой являются атомы хим. элементов в природе стала возможной только в 20 в. благодаря основополагающим работам В. И. Вернадского, В. М. Гольдшмидта (Норвегия), А. Е. Ферсмана, Ф. У. Кларка на базе совр. представлений о строении атома.
Задачи Г.: исследование Распространённости химических элементов, а также Распределения химических элементов и их изотопов в Земле в целом, в разл. её геосферах, конкретных г. п., рудах, минералах, почвах, живых организмах, техногенных системах; изучение закономерностей поведения (Миграции элементов) хим. элементов в геол. и техногенных процессах, ведущих к концентрации или рассеянию элементов, формированию г. п. и минералов, м-ний п. и.
Фактич. основанием Г. служат количеств. данные о содержании и распределении хим. элементов и их изотопов в разл. объектах (минералах, рудах, г. п., водах и газах, живых организмах, структурных зонах земной коры, земной коре, мантии и Земле в целом, в разнообразных космич. объектах и т.п.), о формах нахождения и состояния элементов в природном веществе (собственно минералы, примеси в минералах, разл. формы рассеянного состояния; сведения о степени ионизации, характере хим. связей элементов в фазах и т.п.). Получение этих данных опирается на геол. характеристику объектов, совр. физ. и физ.-хим. методы определения содержания и состояния элементов в минеральном, жидком, газообразном и живом веществе (хим., спектральные, рентгено- спектральные, массспектральные, радиографии., активац. методы анализа, локальные, резонансные, спектроскопич. методы определения состояния элементов в минералах, г. п., жидкостях и т.п.), матем. методы обработки данных.
Теоретич. база Г. - физ. и хим. законы поведения вещества в разл. термодинамич. условиях (законы механики, термодинамики, физ. химии, химии водных растворов и газов, кристаллохимии, физики твёрдого тела и т.п.). Для совр. Г. характерен комплексный, системный и эволюц. подход к стоящим перед нею проблемам. В их решении Г. тесно связана с минералогией, кристаллохимией, петрологией, учением о п. и., геофизикой и др. разделами геологии.
Общими методологич. принципами разработки теории Г. являются создание матем. и физ. моделей природных процессов, экспериментальное воспроизведение разделения хим. элементов в разл. условиях и определение фазовых равновесий и термодинамич. свойств минералов и соединений элементов в расплавах и растворах, необходимых для расчёта равновесий в природных системах. Г. выработала собств. методы исследования: метод глобальных и локальных геохим. констант - Кларков элементов (Кларк, Ферсман); изучение механизма формирования и хим. эволюции земной коры на основе представлений о едином круговороте вещества (Геохимическом цикле) при учёте принципиальной роли живого вещества биосферы (Вернадский, Гольдшмидт и др.); геохим. картирование и районирование (Ферсман), датирование - абс. геохронология (П. Кюри (Франция), А. Холмс (Великобритания), Э. К. Герлинг (СССР)); методы физ.-хим. анализа парагенезисов минералов (Д. С. Коржинский, В. А. Жариков).
Миграция хим. элементов и их разделение (концентрация и рассеяние) в геол. процессах приводят к сложной картине распределения хим. элементов в земной коре. Свойства атомов элементов, определяющие их поведение в этих процессах, зависят от строения электронных оболочек и особенностей хим. связи и в первом приближении - от их положения в периодич. системе элементов (рис.).
система элементов в геохимии. Радиусы ионов и атомов даны по Н. В. Белову и Г. В. Бокию, 1960. В цифрах атомных (массовых) чисел изотопов жирный шрифт использован для изотопов, преобладающих в естественной смеси (относительная распространённость больше 20%), красный - для радиоактивных изотопов, представляющих интерес в геохимии, синий - для стабильных радиогенных изотопов, цифры в скобках относятся к радиоактивным изотопам, не встречающимся ныне на Земле и в метеоритах или содержащимся в очень малых количествах в естественных радиоактивных рядах. ">
Периодическая система элементов в геохимии. Радиусы ионов и атомов даны по Н. В. Белову и Г. В. Бокию, 1960. В цифрах атомных (массовых) чисел изотопов жирный шрифт использован для изотопов, преобладающих в естественной смеси (относительная распространённость больше 20%), красный - для радиоактивных изотопов, представляющих интерес в геохимии, синий - для стабильных радиогенных изотопов, цифры в скобках относятся к радиоактивным изотопам, не встречающимся ныне на Земле и в метеоритах или содержащимся в очень малых количествах в естественных радиоактивных рядах.
В условиях земной коры подавляющая масса элементов присутствует в форме свободных или связанных в комплексы ионов. Устойчивость разных форм ионов, а также разл. типов кристаллич. структур зависит от размеров ионов (эффективных радиусов), эффективных зарядов и особенностей строения электронных оболочек (образование ненаправленных или направленных связей, степень ионности и т.п.). Хим. свойства элементов коррелируют с этими параметрами ионов и эти корреляции широко используются для объяснения и предсказания геохим. истории элементов. Фундаментальные свойства атомов - размеры и заряды - определяют закономерности распределения элементов в минеральном веществе земной коры: поля устойчивости минералов, находящиеся в зависимости от термодинамич. условий геол. процессов, и закономерности изоморфного рассеяния элементов в гл. породообразующих минералах.
В пределах земной коры выделяют Геохимические провинции планетарного и регионального масштаба, в к-рых устойчиво в течение геол. времени проявляются те или иные типы минерализации или ассоциации элементов, накапливающихся в геол. процессах. Сами процессы шли во времени неравномерно, и в истории Земли выделяются Геохимические эпохи (металлогенические), для к-рых было характерно формирование определ. типов м-ний хим. элементов.
Общие принципы распределения элементов в природных фазах - минералах - положены в основу наиболее широко используемой в Г. Геохимической классификации элементов Гольдшмидта. Любой геол. процесс сопровождается накоплением одних элементов и изотопов и рассеянием др., т.е., с точки зрения Г., является процессом их разделения. Наблюдаемые эмпирич. закономерности распределения элементов и изотопов в том или ином геол. процессе несут непосредств. информацию о физ.-хим. факторах и механизмах геол. процессов (см. Геохимические процессы). Причина разделения элементов и изотопов в геол. процессах - различие их свойств. В Г. широко используется метод анализа изменений в геол. процессах соотношений содержания близких элементов и особенно изотопов, небольшие различия миграц. свойств к-рых ведут к их фракционированию. В Г. обычно исследуются и интерпретируются отклонения состава от среднего соотношения, например отношения K/Rb, Sr/B, Y/Ce, Zr/Hf, Nb/Ta, U/Th, 12 C/ 13 C, 18 О/ 16 О и т.п., свидетельствующие о длительности, сложности, интенсивности, физико-хим. параметрах геол. процесса или источнике рудного вещества (Гольдшмидт (Норвегия), Ферсман, А. П. Виноградов, В. В. Щербина, В. И. Герасимовский, Л. В. Таусон, В. А. Гриненко, Э. М. Галимов (СССР), Д. Шоу (Канада), Г. Юри, С. Эпстайн, X. Тейлор (США)). Благодаря широкому диапазону вариаций спектра 14 лантаноидов и их повсеместному распространению Г. редкоземельных элементов - наиболее крупного семейства элементов в периодич. системе - успешно исследует эволюцию хим. условий природных процессов: окисление - восстановление, кислотность - щёлочность и др. (Гольдшмидт (Норвегия), Л. Хаскин, Дж. Филпотс (США), Ю. А. Балашов, Д. А. Минеев (СССР)).
Изучение космич. объектов (планет, их спутников, астероидов, метеоритов, космич. пыли и др.) геохим. методами составляет предмет Г. космоса, успехи к-рой связаны с именами Вернадского, Ферсмана, Виноградова (СССР), Юри (США), А. Э. Рингвуда (Австралия) и др.
В тесном взаимодействии с веществом земной коры находятся подвижные оболочки Земли - Атмосфера и Гидросфера, к-рые являются объектами изучения спец. разделов Г. - атмогеохимии и гидрохимии. Исследованием геол. и геохим. деятельности живых организмов занимается биогеохимия, созданная трудами Вернадского; историю, условия накопления и геохим. роль неживого органич. вещества изучает органич.Г.; геохим. влияние техногенных процессов, связанных с деятельностью пром. предприятий и техники, - предмет Г. техногенеза. Значит. вклад в разработку этих направлений Г. сделан сов. учёными Вернадским, Я. В. Самойловым, Ферсманом, Виноградовым, Б. Б. Полыновым, А. И. Перельманом. Осн. проблемы Г. радиоактивных элементов и изотопов (радиогеология): изучение поведения радиоактивных элементов в геол. процессах, поиск м-ний радиоактивных руд, исследование энергетич. процессов в земной коре, связанных с радиоактивностью (Вернадский, В. Г. Хлопин (СССР), Дж. Джоли (Великобритания)); определение абс. возраста г. п. и минералов по накоплению продуктов распада радиоактивных изотопов, идущего с постоянной скоростью (Холмс (Великобритания), А. Нир, Г. Вассербург (США), Герлинг, Виноградов, И. Е. Старик, А. И. Тугаринов (СССР), Ф. Хаутерманс (Швейцария)). Г. изотопов исследует закономерности разделения изотопов элементов в геол. процессах и разрабатывает критерии использования этих данных для решения теоретич. и прикладных задач геологии; основы этого раздела Г. заложены трудами Вернадского, Виноградова; Юри, Эпстайна (США), X. Тодта (Канада) и др. В качестве самостоят. направлений оформились физическая Г. - наука о физ.-хим. процессах формирования минералов, г. п. и руд, земной коры и мантии, атмосферы, гидросферы, основы к-рой были заложены трудами Гольдшмидта, развиты работами Коржинского и его школы, и термобарогеохимия - комплекс методов изучения физ.-хим. условий процессов минералообразования по особенностям состава газово-жидких и твёрдых включений в минералах, предложенный сов. учёным Н. П. Ермаковым и др.
Г. природных процессов подразделяют на Г. эндогенных - магматических, гидротермальных, метаморфических (зарубежные исследователи Гольдшмидт, Н. Боуэн, Ф. Тёрнер, У. Файф и мн. сов. учёные - Коржинский, Н. И. Хитаров, Жариков, Таусон и др.) и экзогенных процессов - Г. осадко- и корообразования (Самойлов, Полынов, H. M. Страхов, А. Б. Ронов, И. И. Гинзбург), хим. седиментации, галогенеза, эпигенеза осадков (Н. С. Курнаков, М. Г. Валяшко, Перельман). В связи с особой актуальностью наибольшее внимание уделяется геохим. процессам рудообразования (Ферсман, Щербина, А. А. Сауков, Тугаринов, Л. Н. Овчинников, В. Л. Барсуков, Г. Б. Наумов, В. И. Рехарский, Д. В. Рундквист и др.). Использование геохим. данных для поисков, разведки, комплексной оценки и разработки м-ний, охраны окружающей среды составляет содержание прикладной Г. В связи с особой актуальностью сырьевых проблем всё большую роль приобретает изучение Г. отд. элементов, прослеживающей историю каждого из элементов и их изотопов, особенно редких, рассеянных и радиоактивных.
Установленные в Г. закономерности распределения и концентрирования хим. элементов в геол. процессах являются основой прогнозной оценки территории того или иного типа п. и. Эта оценка опирается на устойчивые связи концентраций элементов с определ. типом г. п. и геол. процессов, на региональные (провинциальные) отличия ср. распространённости того или иного элемента (геохимич. провинции), на признаки повыш. концентрации элемента в определ. формации пород данного региона (региональная Г.), на конкретные, выявленные спец. исследователями геохим. аномалии в распределении элементов на исследуемой территории. Знание законов возникновения и распределения ассоциаций элементов в геол. процессах и разных типах рудных м-ний и минералов позволяет оценивать масштабы оруденения (Барсуков), глубину эрозионного среза рудных тел (С. В. Григорян), планировать комплексное изучение и использование минерального сырья (Ферсман), попутное извлечение мн. редких (Минеев) и рассеянных (В. В. Иванов) элементов. Понимание принципов и механизма формирования первичных и вторичных ореолов и потоков рассеяния элементов вокруг рудных тел является теоретич. базой Геохимических поисков и разведки, а также борьбы с потерями и разубоживанием руд, охраны недр. Особое значение приобретают геохим. исследования биосферы, только на основе к-рых могут быть разработаны прогнозы её эволюции и рациональные меры охраны окружающей среды от загрязнения.
Ведущие геохим. центры СССР: Ин-т геохимии и аналитич. химии им. В. И. Вернадского АН СССР (Москва), Ин-т геохимии им. А. П. Виноградова АН СССР (Иркутск), Ин-т минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов АН СССР и Мин-ва геологии СССР, Ин-т геологии рудных м-ний, петрографии, минералогии и геохимии АН СССР (оба - Москва), Ин-т геохимии и физики минералов АН УССР (Киев) и др. Во мн. ун-тах и Моск. геол.-разведочном ин-те им. С. Орджоникидзе имеются кафедры геохимии. С 1950 издаётся междунар. журн. "Geochimica et Cosmochimica Acta", с 1956 - журн. "Геохимия", др. издания.
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.
Горная энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . Под редакцией Е. А. Козловского . 1984—1991 .
Шенбейн ошибся только в одном: время его идей пришло лишь в ХХ веке. В XIX веке научные умы занимал многовековой спор плутонистов и нептунистов. Последние считали, что земля получила свой вид благодаря воде. Плутонисты полагали, что окружающую природу создает расплавленная горячая магма, находящиеся внутри планеты, а значит, главное в геологии — это вулканы, гейзеры, землетрясения, термы. Именно благодаря внутренним силам земли образуются горы, горные породы и ландшафты.
Было два основных направления ее развития, которые долгое время почти не пересекались. Одно из них родилось из кристаллохимии, и его родоначальниками можно считать Минералогический институт в Гёттингене и Университет в Осло. Усовершенствовавшиеся к тому времени рентгенометрические методы позволили наконец связать свойства кристаллических веществ с их атомной структурой и положением в Периодической системе элементов. Норвежский химик и кристаллограф Виктор Гольдшмидт (1888–1947) ввел понятия об атомных и ионных радиусах, сформулировал закон изоморфизма (этот закон носит его имя), применил термодинамическое правило фаз к геологическим объектам и построил геохимическую классификацию элементов. Но самое главное — был найден инструмент исследований: им стали представления о размерах атомов и о связях между ними.
Огромную роль в формировании геохимии сыграла также Фенноскандия (географическая область, включающая Скандинавию, Кольский полуостров, Финляндию и Карелию). Ее географические и геологические особенности нацелили ученых на исследование минералов, магматических и метаморфических горных пород и тех процессов, которые происходят в более глубоких геосферах Земли, — в частности на изучение того, как перемещаются элементы в условиях градиентных значений температур и давлений. Геохимия минеральных веществ быстро вошла в геологию, а затем сделалась самостоятельной наукой. Объектами ее исследований стали минералы и все, что состоит из минералов.
Второе направление геохимии связано с именем Владимира Ивановича Вернадского, оставившего богатый архив дневников и рабочих записей, писем родным и друзьям, по которым можно проследить все этапы развития его мировоззрения. Он сформулировал идеи, к которым только сейчас подходит научная мысль. А формирование его уникального мышления началось еще в детстве.
Ощущение единства человека и природы, идею целостности мира и одновременно бренности всех его живых и неживых (косных) объектов Вернадский усвоил с детства и воспринимал как аксиому. Понимание взаимосвязи между самыми разными объектами природы и стремление найти эти связи стало характерной чертой всей его научной деятельности.
Рис. 1. Фото после сдачи экзамена Д. И. Менделееву. Слева направо: A. Краснов, B. Вернадский, Е. Ремизов
Элементный химический состав природных тел настолько показателен, что его, как выяснилось, можно использовать как один из видовых признаков, и не только для минералов и горных пород, но даже для всех живых организмов. Это оказалось единой мерой измерения, центральным ядром синтетического подхода к косным и живым объектам природы, с помощью которого можно понять, как они влияют друг на друга. А также как они влияют на процессы, происходящие в земной коре, гидросфере и атмосфере.
Получилась единая система уровней организации косного и живого на планете. В минеральном веществе это минерал — порода — комплекс и т. д. В живых организмах это биологический вид — биоценоз — биотоп (участок пространства, занятый определенным биоценозом) и т. д. Но эти линии не изолированы друг от друга, между ними есть непрерывная связь. Единая мера позволяет сопоставлять химию живого и косного, исследовать круговорот элементов между ними. Это было не так важно в начале ХХ века, но становится особенно ценным сейчас, в современных экологических исследованиях.
За последние два десятка лет геохимия помогла получить ответы на самые разные принципиальные вопросы. Заметим, что сегодня эта наука исследует распределение не только элементов, но также отдельных изотопов.
Когда на Земле появилась жизнь?
Древнейшие палеонтологические остатки имеют возраст 2,8 млрд. лет. Еще более древними (3,2 млрд. лет) считают некоторые образования, по форме напоминающие микроорганизмы. Но и в еще более древних породах находят углеродистые соединения — какого они происхождения? Может быть, это остатки микропланктона? Соотношение изотопов углерода 12 С/ 13 С позволяет отличить углеродистые соединения органического происхождения от минеральных. Сегодня возраст следов, которые ученые расценивают как биологические, достигает 3,8 млрд. лет. В таком случае жизнь примерно на 0,8 млрд. лет моложе самой нашей планеты.
Когда на Земле появилась вода?
Изотопные соотношения кислорода в цирконах, которые показывают, что вода на Земле была с самого ее образования
Но возраст самой Земли оценивается в 4,5 млрд. лет, когда она возникла путем аккреции (слипания) частиц протопланетного диска. Результаты исследования австралийских цирконов подтверждают, что гидросфера и атмосфера Земли возникли в фазу аккреции, почти одновременно с самой Землей. Кстати, ученик В. И. Вернадского геохимик К. П. Флоренский обосновал это еще в 1965 году.
Как образовались рудные месторождения?
Много лет ученые спорят о том, какова роль мантии Земли в формировании рудных месторождений. Существовало предположение, что потоки флюидов (в геологии флюид — это жидкие и газообразные легкоподвижные компоненты магмы или растворы, циркулирующие в земных глубинах) прорываются из мантии на поверхность и именно из них образуются полезные ископаемые. В 2012 году были опубликованы собранные в Институте геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского данные статистического анализа многих тысяч определений, по которым можно судить о том, сколько воды во флюидных включениях магматических пород. Эти цифры, полученные в различных лабораториях мира, говорят о том, что мантия — сухая: содержание воды в мантийных породах менее одного процента. Иными словами, вода, равно как и соединения хлора, — это вещества, содержащиеся преимущественно в земной коре, но не в мантии. А значит и те флюиды, из которых потом образуются рудные месторождения, — не мантийного, а более поверхностного происхождения.
Причина потепления
Исследование льдов Антарктиды позволило восстановить температуру и содержание СО2 в атмосфере Земли за последние 800 тысяч лет. Корреляция этих двух параметров очень хорошая — чем теплее, тем больше в атмосфере СО2. Никаких техногенных выбросов тогда, естественно, не было. Тем не менее на Земле случались периоды и более теплые, и более холодные, чем сейчас, и содержание СО2 в атмосфере поднималось выше современного и опускалось ниже. Все эти колебания, очевидно, не связаны с человеческой деятельностью. Но что из этих двух параметров причина, а что следствие?
Если рассмотреть начала подъема кривых, то можно заметить, что содержание углекислоты в атмосфере следует за подъемом средней температуры. Это говорит о том, что сначала происходит потепление и только потом растет концентрация углекислого газа. Дело в том, что в Мировом океане углекислоты растворено в 60 раз больше, чем во всей атмосфере, и повышение температуры океана уменьшает его буферную емкость. Поэтому, возможно, причина нынешнего потепления не парниковый эффект, а возросшая активность Солнца — споры ученых на эту тему продолжаются.
Но это еще не все. Постоянная сменяемость любых природных объектов (организмы рождаются и умирают, минералы и горные породы зарождаются, растут и разрушаются) привела Вернадского к идее геохимических циклов. В вечный круговорот включены все элементы земной коры, только скорость этих круговоротов различна. У каких-то элементов циклы могут исчисляться годами, у других сотнями, миллионами и даже миллиардами лет. Элементами обмениваются не только твердые, жидкие и газовые оболочки земной коры, но и живые и неживые (косные, по терминологии Вернадского) природные тела.
Свои идеи Вернадский сформулировал и опубликовал в то время, когда происходила дифференциация науки — возникали все новые и новые научные дисциплины: физическая химия, химическая физика, электрохимия и прочие. Поэтому в начале ХХ века синтетическое мышление Вернадского, объединяющее все, было просто непонятно.
Сейчас уже нет сомнения, что живое вещество оказывало кардинальное влияние на формирование и развитие всей земной коры. Достаточно напомнить, что все карбонатные породы (толщи известняков, мрамора) имеют биогенное происхождение, то есть в основе — кальциевые скелеты биоты. Практически весь свободный кислород атмосферы возник в результате фотосинтеза, то есть результат действия живого вещества. Например, сегодня кислород образуется с такой скоростью, что его количество в атмосфере может удвоиться всего за 4000 лет (если бы он не расходовался на окисление). В некоторые предыдущие эпохи эта скорость могла быть еще больше.
В процессах фотосинтеза растения ежегодно используют 430 млрд. тонн воды, причем выделяющийся кислород берется именно из воды (а углекислый газ превращается в органические вещества). Поэтому вся вода современной гидросферы могла бы пройти через биосферу за 3,2 млн лет. Следовательно, с начала кембрийского периода (около 542 млн лет), вся гидросфера могла пройти через фотосинтез 180 раз. Залежи углей, нефти и газа, массы углеродистых сланцев теснейшим образом связаны с накоплением умерших живых организмов (рис. 2).
Итак, в развитии геохимии хорошо прослеживаются два направления, которые в конце концов сливаются в один общий поток. Первое направление, его можно назвать гёттингенским, родилось из кристаллографии. Основным его инструментом стало представление об атоме, его геометрии и структуре, а также пространственном взаимодействии атомов, из которых состоит кристаллическое тело. Основной объект — минерал и все тела, состоящие из минералов.
В основе второго направления, созданного В. И. Вернадским, лежит другой подход, позволяющий измерять и описывать абсолютно все природные объекты. Это распределение составляющих их элементов, в котором отображается специфика самого объекта и история его образования. Здесь объектом исследования может быть любое природное тело: косное и живое, земное и космическое.
Настало время объединения разных направлений геохимии. Оно идет очень медленно, поскольку процесс этот еще не вполне осознан. Как только все поймут, что это объединение носит не исключительный, а общий характер, процесс ускорится. Ведь механика Эйнштейна не исключает механику Ньютона, а геометрия Лобачевского — Эвклидову геометрию. Просто для решения разных вопросов нужны разные подходы и разные инструменты. Сейчас, когда перед человечеством встают проблемы устойчивого развития цивилизации, геохимия и биогеохимия становятся важнейшими дисциплинами, которые могут помочь отдельным территориям выжить.
Человечество далее не может стихийно строить свою
историю, а должно согласовывать ее с законами
биосферы, от которой человек неотделим.
В. И. Вернадский
Так кто же такой Владимир Вернадский? Минералог? Геолог? Естествоиспытатель? Историк науки? Минералог, геолог, естествоиспытатель, историк науки, но, может быть, главное — мыслитель, идеи которого намного опередили свое время. Только сейчас они становятся востребованными и помогают нащупать пути гармоничного существования человека и природы.
Уже один перечень опубликованных им работ показывает широту интересов Вернадского. Но это не интерес дилетанта. В каждое из направлений он внес новое. Именно их совокупность создает ту неповторимую целостность и новизну, что были свойственны его идеям.
Читайте также: