Геохимия: различия между версиями
[непроверенная версия] | [непроверенная версия] |
м откат правок EngineerMining (обс.) к версии KrBot Метка: откат |
|||
Строка 136: | Строка 136: | ||
;Прочая литература |
;Прочая литература |
||
* Бычков С. В. Химические реакции в процессе землетрясений. Взрыв пород горного массива как источник толчков, внезапных выбросов и горных ударов. Вестник научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. № 4. 2016. Стр.36-46. https://cyberleninka.ru/article/n/himicheskie-reaktsii-v-protsesse-zemletryaseniy-vzryv-porod-gornogo-massiva-kak-istochnik-tolchkov-vnezapnyh-vybrosov-i-gornyh-udarov |
|||
* Ферсман А. Е. Занимательная геохимия. — Ленинград, 1954. |
* Ферсман А. Е. Занимательная геохимия. — Ленинград, 1954. |
||
* ''Фор Г. [http://web.ru/db/msg.html?mid=1179022 «Основы изотопной геологии»], 1989''. |
* ''Фор Г. [http://web.ru/db/msg.html?mid=1179022 «Основы изотопной геологии»], 1989''. |
Версия от 06:19, 8 ноября 2020
Наука | |
Геохимия | |
---|---|
англ. Geochemistry | |
Тема | Геология, Химия |
Предмет изучения | Земля и планеты |
Период зарождения | XIX век |
Основные направления | биогеохимия, космохимия, геохимия изотопов, региональная геохимия и пр. |
Медиафайлы на Викискладе |
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 году был введён Кристианом Шёнбейном[1], который сказал: «Сравнительная геохимия должна быть запущена до того, как геохимия может стать геологией, и до того, как тайна бытия наших планет и их неорганических веществ могут быть раскрыты»[2].
Распространенным термином был также «химическая геология»[2].
Большой вклад в создание Геохимии как самостоятельной науки внесли В. М. Гольдшмидт, Ф. У. Кларк, В. И. Вернадский, А. Е. Ферсман, А. П. Виноградов и другие учёные.
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 XX века множество учёных использовали разнообразные методы для определения состава земной коры, и геохимия многих редких элементов была изучена с использованием появившегося метода эмиссионной спектроскопии. Кристаллические структуры большинства минералов были определены методом рентгеновской дифракции. В. И. Вернадский разработал основы биогеохимии.
Огромный прогресс науки и технологий во время Второй мировой войны привёл к появлению новых приборов[источник не указан 1293 дня]. 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.
В середине 1950-х годов академик АН СССР Александр Павлович Виноградов[3] основал новое направление в геохимии — изотопную геохимию — фракционирование в природных процессах изотопов лёгких элементов (кислород, сера, углерод, калий и свинец). Результатом работ академика Виноградова стало определение абсолютного возраста Земли, щитов — Балтийского, Украинского, Алданского и других, а также пород Индии, Африки и других регионов; изучен состав метеоритов (разные формы углерода, газов и других).[4] Его исследования дали старт новому этапу развития геохимии.[5]
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[источник не указан 1293 дня]. 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, земной корой и океанами.
На сегодня геохимия заняла ведущее место среди наук о Земле[источник не указан 1293 дня]. Она изучает глобальные перемещения вещества и энергии во времени и пространстве[источник не указан 1293 дня]. Сбылось предсказание Вернадского о центральной роли геохимии среди наук о веществе[источник не указан 1293 дня].
Подразделы геохимии
Некоторые подразделы геохимии[6]:
- Водная геохимия изучает роль различных элементов в водосборных бассейнах, в том числе меди, серы, ртути, и то, как обменяются потоки элементарных частиц посредством взаимодействий атмосферы, земли и воды[7]
- Биогеохимия — это область исследований, изучающая влияние жизни на химию Земли[8].
- Космохимия включает в себя анализ распределения элементов и их изотопов в космосе[9].
- Изотопная геохимия включает определение относительных и абсолютных концентраций элементов и их изотопов на Земле и её поверхности[10].
- Органическая геохимия изучает роль процессов и соединений, происходящих из живых или некогда живых организмов[11].
- Фотогеохимия — это исследование вызванных светом химических реакций, которые происходят или могут происходить среди природных компонентов земной поверхности[12].
- Региональная геохимия включает приложения к экологическим, гидрологическим и минеральным исследованиям[13].
Методы
- 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.
- Атомно-абсорбционная спектрометрия (ААС). Высокая чувствительность, но не высокая производительность, не может сравниться с РФА и ІСР-MS.
- Нейтронно-активационный анализ.
- инструментальный нейтронно-активационный анализ (ИНАА)
- радиохимический нейтронно-активационный анализ (НАА)
- Гамма-спектрометрия. Измерение естественной радиоактивности трех элементов U, Th, K. С помощью детектора измеряется характерное излучение каждого элемента.
- Эмиссионная спектрометрия с индуктивносвязанной плазмой. Относительно новый вид анализа, в принципе могут быть определены все элементы ПС.
- Масс-спектрометрия. В различной форме это наиболее эффективный метод определения изотопных отношений.
- Масс-спектрометрия с изотопным разбавлением
- Масс-спектрометрия с индуктивносвязанной плазмой ІСР-MS
- Электронно-микропробный (микрозондовый анализ). Определение петрогенных элементов в единичных малых зернах минералов. По принципу аналогичен рентгено-флуоресцентному методу, но образец возбуждается потоком электронов.
- 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
- 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
Литература
Во второй половине XX 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 году. Гольдшмидт начал книгу с таким же названием в 1940-х. 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 «Elsevier» был издан новый суммарный обзор геохимии «Геохимический трактат» («Treatise on geochemistry») под редакцией Холанда и Турекяна. 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. В 2014 году трактат был переиздан в расширенной редакции. Новое издание состоит из 16 томов.
- Советские и российские учебники
- А. Е. Ферсман. Геохимия. — тома 1-4, 1933—1939.
- В. И. Вернадский. Химическое строение биосферы Земли и её окружения. — М.: Наука, 1965. — 348 с.
- А. И. Перельман. Геохимия. — М.: Высшая школа, 1988. — 527 с.
- А. И. Перельман, Н. С. Касимов. Геохимия ландшафта. — М.: Астрея-2000, 1999. — 762 с.
- В. А. Алексеенко. Экологическая геохимия. — М.: Логос, 2000. — 627 с.
- Ю. Е. Сает и др. Геохимия окружающей среды. — М.: Недра, 1990. — 335 с.
- Экогеохимия ландшафтов / Н. С. Касимов. — М.: ИП Филимонов М. В., 2013—208 с.
- В. А. Алексеенко. Геоэкология. Экологическая геохимия. — Ростов- н/Д.: Феникс, 2016. — 688 с.
Другие учебники по геохимии:
- А. А. Ярошевский. Проблемы современной геохимии Конспект лекций, прочитанных в ГЕОХИ РАН в зимнем семестре 2003—2004 г.
- В. Ф. Барабанов. Геохимия. — Л.: Недра, 1985. — 423 с.
- А. И. Тугаринов «Общая геохимия». — Атомиздат, 1978.
- «Интерпретация геохимических данных». Под редакцией Е. В. Склярова. — Интермет Инжиниринг, 2001.
В области такой важной темы, как Геохимия осадочных пород, на русском языке сделано уже немало. В некоторых аспектах (Геохимия углей, Геохимия металлоносных черных сланцев, Литохимия — геохимия породообразующих химических элементов осадочных пород) — больше, чем на Западе.
Монографии:
- 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.
- Прочая литература
- Ферсман А. Е. Занимательная геохимия. — Ленинград, 1954.
- Фор Г. «Основы изотопной геологии», 1989.
См. также
Примечания
- ↑ Шёнбейн // Хвойка — Шервинский. — М. : Большая российская энциклопедия, 2017. — С. 793. — (Большая российская энциклопедия : [в 35 т.] / гл. ред. Ю. С. Осипов ; 2004—2017, т. 34). — ISBN 978-5-85270-372-9.
- ↑ 1 2 Kragh, Helge. From geochemistry to cosmochemistry: The origin of a scientific discipline, 1915–1955 // Chemical Sciences in the 20th Century: Bridging Boundaries (англ.) / Reinhardt, Carsten. — John Wiley & Sons, 2008. — P. 160—192. — ISBN 978-3-527-30271-0.. — «a comparative geochemistry ought to be launched, before geochemistry can become geology, and before the mystery of the genesis of our planets and their inorganic matter may be revealed».
- ↑ Александр Павлович Виноградов, советский геохимик . spravochnick.ru. Дата обращения: 16 февраля 2019.
- ↑ Александр Павлович Виноградов. Творческий портрет в воспоминаниях учеников и соратников. К 110-летию со дня рождения / Ответственный редактор академик Э. М. Галимов.. — Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН.. — Москва: Наука, 2005. — 382 с. — ISBN 5-02-033736-6.
- ↑ Виноградов Александр Павлович, выдающийся ученый, создатель нового направления в науке геохимии изотопов - СССР - Наука/изобретения - Статьи - Славные имена . slavnyeimena.ru. Дата обращения: 16 февраля 2019.
- ↑ Welcome to GPS Geochemistry . GPS Research Program. California Institute of Technology. Дата обращения: 2 октября 2017.
- ↑ Langmuir, Donald. Aqueous environmental geochemistry. — Upper Saddle River, N.J.: Prentice Hall, 1997. — ISBN 9780023674129.
- ↑ Schlesinger, William H.; Bernhardt, Emily S. Biogeochemistry : an analysis of global change (англ.). — Third. — Academic Press, 2013. — ISBN 9780123858740.
- ↑ McSween, Jr, Harry Y.; Huss, Gary R. Cosmochemistry. — Cambridge University Press, 2010. — ISBN 9781139489461.
- ↑ Kendall, Carol; Caldwell, Eric A. Chapter 2: Fundamentals of Isotope Geochemistry // Isotope Tracers in Catchment Hydrology / Kendall, C.; McDonnell, J. J.. — Amsterdam: Elsevier Science, 1998. — С. 51—86.
- ↑ Killops, Stephen D.; Killops, Vanessa J. Introduction to Organic Geochemistry. — John Wiley & Sons, 2013. — ISBN 9781118697207.
- ↑ Doane, T. A. A survey of photogeochemistry // Geochem Trans. — 2017. — Т. 18. — С. 1. — doi:10.1186/s12932-017-0039-y. — PMID 28246525. — PMC 5307419.
- ↑ Garrett, R.G.; Reimann, C.; Smith, D.B.; Xie, X. From geochemical prospecting to international geochemical mapping: a historical overview: Table 1 (англ.) // Geochemistry: Exploration, Environment, Analysis : journal. — 2008. — November (vol. 8, no. 3—4). — P. 205—217. — doi:10.1144/1467-7873/08-174.
Для улучшения этой статьи желательно:
|
Ссылки
- Геохимия в каталоге минералов.
- Геохимия изотопов радиоактивных элементов (U, Th, Ra).
- Словарь геохимических терминов.
- Учебник Геохимии.