Геохимия — наука о химическом составе Земли и планет (космохимия), законах распределения элементов и изотопов, процессах формирования горных пород, почв и природных вод.
Важнейшие задачи геохимии
Геохимия среди родственных ей наук.
- 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).
Вольшой вклад в геохимию сделали русские учёные Вернадский, Ферсман и др.
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 предскаазние Вернадского о центральной роли геохимии среди наук о веществе.
Геохимия в России и Советском Союзе
Геохимический метод
Основоположники науки
Геохимия как самостоятельная наука была создана тремя учёными: Ф. У. Кларком, В. И. Вернадским и Виктором Гольдшмидтом.
Основные геохимические издания
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.
Крупнейшие институты
Москва
ИГЕМ
Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского
Сыктывкар
Институт геологии Коми научного центра УрО РАН
Новосибирск
Институт минералогии и петрографии в составе
Объединённого института геологии, геофизики и минералогии им. А. А. Трофимука
Иркутск
Институт земной коры СО РАН
Институт геохимии им. А. П. Виноградова СО РАН
Учебники и обзоры по геохимии
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 оразом, чем предыдущие. Он составляет 10 томов, каждый из которых посвящён одной из геосфер или разделу геохимии. Последний том представляет собой глоссарий.
Отечественные учебники
- А. Е. Ферсман «Геохимия».
- А. И. Тугаринов «Общая геохимия». Атомиздат, 1978.
- «Интерпретация геохимических данных». Под редакцией Е. В. Слярова. Интермет Инжиниринг, 2001.
Все эти издания, за исключением последнего, устарели и не соответствуют современному состоянию науки. Книга «Интерпретация геохимических данных» затрагивает лишь прикладной апект геохимиии — методы определения происхождения горных пород по геохимическим данным. Таким образом, создание больших обзоров по геохимии на русском языке крайне актуально.
См. также
Геохимические классификации элементов
Мантия Земли
Абсолютная геохронология
Использованая литература
«Treatise on geochemistry» 2003, Elsevier.
А. Е. Ферсман «Занимательная геохимия», Ленинград, 1954.
Ссылки
Статья
Обсуждение