Журнал о Медицине
rss новости rss статьи rss все архив
Словарь научных терминов

Геохимия

ГЕОХИМИЯ (от греч. ge- Земля и химия), наука о распространенности и миграции хим. элементов в геосферах. Основы Г. разработаны в нач. 20 в. В. И. Вернадским, А. Е. Ферсманом, В. М. Гольдшмидтом и Ф. У. Кларком. Предмет Г. как отрасли знаний сформулировал В. И. Вернадский, назвав ее историей атомов Земли. Совр. Г.-комплекс наук, объединяемых единой методологией и конкретными методами исследований. С одной стороны, Г. широко использует достижения физики и химии, новейшие методы анализа и представления о строении в-ва, с другой-огромный материал, накопленный геол. науками, в частности минералогией, петрографией, наукой о рудных месторождениях.

Главная теоретич. проблема Г.-изучение распространенности и миграции хим. элементов в земной коре. Важнейший методологич. принцип Г.-историзм: изучение эволюции миграции элементов за период геол. истории, особенности состава атмосферы, гидросферы и литосферы прошлых геол. эпох (вплоть до архея-более 2,5 млрд. лет назад)

, геохим. факторы возникновения и развития жизни на Земле. Неодинаковая миграция элементов в земной коре отражена в их классификации в периодич. системе Менделеева (см. Геохимические классификации элементов).

Распространенность элементов Использование в Г. высокочувствит., точных и производит, методов анализа и статистики позволило установить диапазон вариаций и среднее содержание (кларк) большинства элементов в горных породах, гидросфере, живом в-ве (см. ниже) и земной коре в целом (см. Кларки химических элементов). Кларки - важные геохим. константы, широко используемые не только в теоретической, но и в прикладной Г., в учении о рудных месторождениях и др. науках о Земле. Установлена прямая зависимость между кларком элемента в земной коре, его содержанием, а также глобальными и провинциальными запасами в рудах. Согласно В. М. Гольдшмидту, абс. кол-ва элементов (кларки) зависят от строения атомного ядра, а их распределение, обусловленное миграцией,-от строения электронных оболочек (осн. геохим. закон).

Миграция элементов В соответствии с формами движения материи различают след. осн. виды миграции: мех., физ.-хим., биогенную, техногенную. Миграция элементов складывается из противоположных процессов-концентрации и рассеяния. С первыми связано образование минералов и месторождений полезных ископаемых, со вторыми-загрязнение окружающей среды и др. явления.

Механическая миграция. Этот процесс связан с речной эрозией, работой ветра (перенос по воздуху песка и пыли), ледников, морских течений и т. д. Так, при разделении в речных и морских водах взвесей песчаные частицы обогащаются преим. Si, Zr, Ti, РЗЭ, Th, глинистые - Fe, Al, Mn, Mg, K, V, Cr, Ni, Co, Сu и др. Мех. миграция почти всегда сопровождается физ.-хим., а часто и биогеохим. процессами. Однако мех. движение нередко определяет специфику миграции. Геохим. аспекты мех. миграции изучены мало.

Физико-химическая миграция. Этот процесс связан с перемещением хим. элементов в прир. водах, силикатных расплавах (магмах), атмосфере и подчиняется закономерностям разл. физ.-хим. процессов (диффузии, сорбции, растворения, осаждения и др.). В. М. Гольдшмидт и А. Е. Ферсман заложили начала ионной концепции в Г.-трактовки поведения элементов в р-рах и расплавах с учетом св-в их ионов (размеров радиусов, величин зарядов и т.д.). В. М. Гольдшмидт вычислил радиусы ионов большинства элементов в их соед. и на этой базе объяснил явление изоморфизма (замещение в кристаллич. решетке минералов одних ионов и атомов другими с близкими размерами). С данных позиций получили объяснение факты, совместного нахождения элементов в минералах (К, Ва и Pb; Mg, Fe2 + и Ni; Zr и Hf; Та и Nb; К и Т1; Са и Na; К и Ва; Sr, РЗЭ и др.).

Кроме ионов, во мн. прир. водах содержатся недиссоциированные молекулы разл. в-в, в т.ч. органических. Встречаются и в-ва в коллоидном состоянии. Установлено также, что в силикатных расплавах наряду с простыми ионами (К+ , Na+ и т.д.) широко распространены комплексные, напр. [Zn(OH)]+ или [Рb(ОН)3]-. В гидротермальных р-рах часто присутствуют и карбонатные комплексы металлов, напр. [UO2(CO3)3]4-. Весьма типичны комплексные ионы также для поверхностных и грунтовых вод.

В минералах открыты своб. радикалы, образующиеся под воздействием УФ- и радиоактивного излучений или др. физ. факторов. Обнаружены такие "необычные" ионы, как Zr3+ , Hf3+ CO3-, SO2-, SO3- и т.п. Напр., с ионом Рb+ , входящим в кристаллич. решетку полевых шпатов, связывают зеленую окраску амозонита, с наличием Ti3+, Fe4 + и SJ -фиолетовую и интенсивно синюю окраски соотв. кварца, аметиста и лазурита. Изучение своб. радикалов позволяет решать разл. геол. задачи.

Важную роль в земной коре играет ионный обмен, наиб. детально исследованный в почвах и глинах. В гидротермальных условиях к нему способны полевые шпаты, фельдшпатиды, слюды, нек-рые титано- и цирконосиликаты, танталониобаты, сульфиды и др. минералы.

При фильтрации вод через горные породы и почвы происходят электрохим. процессы. Так, на пов-сти сульфидных минералов возникает скачок потенциала, и сульфиды окисляются. С этими явлениями связаны мн. процессы образования богатых руд, особенности поисков сульфидных месторождений.

Г. магматических, гидротермальных и гипергенных процессов изучается преим. на базе представлений о св-вах ионов. Силикатные расплавы представляют собой ионно-электронные жидкости. Они содержат полимерные цепочки силикатных и алюмосиликатных анионов с упорядоченным строением. Геохим. специфика магм во многом определяется летучими компонентами - парами Н2О, СО2, Cl, F и др. Водяные пары и F способствуют деполимеризации кремнекислородных цепочек анионов. В пределах отдельных типов магматич. пород наблюдаются геохим. различия, особенно детально изученные в гранитах, среди к-рых встречаются разновидности с повыш. содержанием рудных элементов (редкометалльные, оловои вольфрамоносные и т.п.).

Г. гидротермальных процессов много внимания уделяет совр. гидротермам (горячим водам). Они используются в кач-ве источников тепловой и электрич. энергии, а также Li, Cs, Sr, В, Cl, Br, I и др. элементов. В артезианских бассейнах мн. районов найдены глубинные термальные рассолы. Мн. металлы образуют в этих водах хлоридные комплексы. Ценную информацию о гидротермах дало изучение подземных вод, поступающих во впадины морского дна (напр., металлоносные рассолы впадин Красного моря, обогащенные Mn, Fe, Zn, Pb, Cu, Co).

Из былых гидротерм рудные элементы осаждались в больших объемах горных пород, к-рые подразделяют на пром. залежь полезного ископаемого (рудное тело) и т. наз. первичный геохим. ореол рассеяния, в к-ром концентрация элементов не достигает кондиций. Запасы элементов-спутников в ореолах всегда больше, чем в рудных телах. Нередко и по запасам главных рудных элементов ореолы не уступают рудным телам. На изучении первичных ореолов основаны геохимические методы поисков полезных ископаемых.

Процессы, происходящие при т-pax и давлениях, близких к условиям земной пов-сти, наз. гипергенными. Для них также характерна ионная миграция.

Многие хим. элементы мигрируют в земной коре в газообразном состоянии. Разработаны геохим. классификации газов, исследованы процессы их образования и миграции. В зонах глубинных разломов и вулканах из земных недр к пов-сти мигрируют Не, Аr, пары Hg, CO2 и др. газы. На основе определения содержания этих газов созданы методы составления карт глубинных разломов, прогнозирования землетрясений, поисков рудных месторождений, залежей нефти и газа. Особенно детально изучена Г. СН4 и др. углеводородных газов.

Изучение Г. радиоактивных процессов в земной коре и изотопов привело к разработке абс. шкалы геол. времени. Установлены возраст Земли как планеты (ок. 4,5 млрд. лет), длительность отдельных геол. эр и периодов, отдельных событий ранней человеческой истории. Определение содержания радио- и нерадиоактивных изотопов в горных породах, рудах, минералах, водах, живых организмах, атмосфере позволило решить мн. задачи наук о Земле (генезис руд, почвоведение, морская геология и др.). Эти вопросы составляют содержание Г. изотопов. Радиационно-хим. явления наблюдаются во многих минералах. С воздействием гл. обр. излучений U и Th связывают частичную потерю кристаллич. структуры у циркона, торита, браннерита и др. радиоактивных минералов.

Биогенная миграция. В. И. Вернадский ввел понятие оживом веществе-совокупности живых организмов, выраженной в единицах массы и энергии. Изучение геохим. деятельности живого в-ва служит предметом биогеохимии. Область активной жизни на Земле наз. биосферой, где организмы преобразуют солнечную энергию в энергию геохим. процессов. Главный ее источник-биохим. процессы фотосинтеза и разложения орг. в-в, в ходе к-рых в окружающую среду выделяются О2, СО2 и др. химически активные соединения. Непрерывное поступление энергии определяет неравновесность биосферы и ее частей-почв, илов, подземных вод и др.

Наиб. велико влияние "хим. работы" живого в-ва на земной пов-сти в ландшафтах материков и верх. горизонтах океана. Доказано, что живое в-во представляет собой главную хим. силу на земной пов-сти - элементы в биосфере мигрируют при непосредств. участии живого в-ва или в среде, геохим. особенности к-рой обусловлены живым в-вом, населяющим в данный момент биосферу и действовавшим на Земле в течение всей геол. истории (закон Вернадского).

Огромная геохим. роль живого в-ва не исключает зависимости каждого конкретного организма от физ.-хим. условий среды обитания. Существуют области материков — биогеохим. провинции, где организмы страдают от недостатка или избытка в окружающей среде (почвах, водах, атмосфере, кормах) определенных элементов; это приводит к болезням растений, животных и человека (напр., кариес зубов при дефиците F в воде, эндемич. зоб при недостатке I в пище, подагра при избытке Мо в воде). По А. П. Виноградову, хим. особенности организмов закреплялись в процессе эволюции миллионов поколений, и хим. состав каждого организма хранит признаки своего происхождения.

Биогеохимия по-новому осветила мн. стороны эволюции жизни на Земле, наметила пути практич. решения ряда проблем в биологии, медицине, с. х-ве, геологии. Напр., на биогеохим. исследованиях основаны методы поисков рудных месторождений (определение микроэлементного состава золы растений). Из осадочных пород, почв и вод выделено св. 500 орг. соед.: углеводородов, фенолов, хинонов, гуминовых к-т, асфальтитов, аминокислот, углеводов и их производных, липидов, изопреноидов, гетероциклов и др. Раздел Г., исследующий орг. соединения горных пород и вод, наз. органической Г., к-рая дифференцировалась на самостоят. направления, имеющие прикладное значение: Г. нефти, Г. угля и т.д. Напр., из углей в пром. масштабах извлекают Ge, U и Ga, разработана технология извлечения Pb, Zn, Mo, изучается возможность извлечения Au, Ag и Hg. Перспективна также добыча Fe и А1 из золы углей.

Для биосферы характерны т. наз. биокосные системы, где живые организмы и неорг. материя тесно между собой связаны и взаимообусловлены. Геохим. своеобразие таких систем определяется сочетанием биогенной, физ.-хим. и мех. миграций. К низшему уровню организации биокосных систем относятся почвы, илы, коры выветривания, водоносные горизонты, к более высокому-ландшафты, к еще более высокому-артезианские бассейны, моря и океаны, к наивысшему-биосфера в целом. Все биокосные системы богаты энергией, в них осуществляется круговорот элементов, накапливается информация. Изучение Г. биокосных систем привело к оформлению научных направлений, нашедших практич. применение,-Г. почв, Г. кор выветривания, Г. осадочных пород, Г. подземных вод (гидрогеохимии), Г. ландшафта, Г. океана и др. Во всех этих науках видное место занимают вопросы биогенной миграции элементов - приложение биогеохим. идей Вернадского к изучению конкретных прир. систем.

Техногенная миграция (техногенез). Во 2-й пол. 20 в. техногенез оказался главным геохим. фактором на пов-сти Земли. Объектами исследований в Г. техногенеза стали техногенные процессы в городах, агроландшафтах, районах горнообогатит. комбинатов и рудников, реках и озерах, мировом океане.

В результате техногенеза образуются техногенные геохим. аномалии, к-рые разделяют на литохим. (в почвах, городах, строениях), гидрогеохим. (в водах), атмогеохим. (в атмосфере) и биогеохим. (в организмах). Для локализации загрязнения окружающей среды предложено создавать техногенные геохим. барьеры (участки концентрации элементов, связанные с резким изменением геохим. среды).

Одной из теоретич. основ решения проблем техногенеза, в частности борьбы с загрязнением окружающей среды, стала Г. ландшафта. Установлено, что в ландшафтах горнопром. районов изменяется режим подземных вод, развиваются заболачивание и засоление почв. В районах металлургич. комбинатов, перерабатывающих сульфидные руды, возникает техногенный сернокислый ландшафт. В дорожных ландшафтах за счет выхлопных газов автомашин и др. воздействий изменяется состав атмосферы, почв, растений и животных.

Важное значение приобрела Г. городов-изучение биол. круговорота атомов, водной и воздушной миграции элементов.

На реки и озера ложится огромная техногенная нагрузка. По данным ЮНЕСКО, реки ежегодно сбрасывают в океан миллионы тонн техногенных Fe, Pb, Mn, P и др. элементов. В результате ионный сток рек с каждым годом увеличивается, и к нач. 70-х гг. его техногенная составляющая колебалась в пределах 30-60% от общего выноса солей. Загрязнение сильно изменяет биол. круговорот, в реках и озерах исчезает рыба, вода становится непригодной для питья. В СССР проводится широкий комплекс мероприятий по предотвращению загрязнения и очистке речных и озерных вод.

Многообразны аспекты техногенной миграции в океане. Из морской воды добывают Mg, Na, К, С1, предполагают извлекать и др. элементы. Запасы их практически не ограничены, а технология извлечения часто проще, чем при обычной добыче. Так, бурением на шельфах получают ок. 20% мировой добычи нефти. Прибрежно-морские россыпи содержат алмазы, Аи, касситерит, ильменит, рутил, циркон, монацит и др. минералы. Изучается возможность добычи на шельфах фосфоритов и глауконитовых песков. Разработаны методы добычи железомарганцевых конкреций (Fe, Mn, Ni, Co, Си) океанич. дна. Открытие металлоносных рассолов во впадинах Красного моря поставило вопрос об извлечении из них разл. металлов. В океан поступает огромное кол-во техногенных отходов, нарушающих его биол. режим. Для борьбы с загрязнением океанич. вод осуществляются спец. исследования, разработаны международные соглашения.

Геохимия процессов образования и эксплуатации месторождений полезных ископаемых

Геохим. понятия и методы глубоко внедрились в науку о рудных месторождениях. Под Г. месторождения понимают совокупность процессов концентрации и рассеяния элементов в пространстве его рудного поля. Одна из важнейших задач Г. месторождений - выявление и количеств. характеристика ассоциации элементов в минералах и рудах, что позволяет обеспечить комплексное использование минер. сырья.

В результате эксплуатации месторождений создаются искусств. хим. среды, изучение к-рых позволяет организовать оптим. геохим. режим эксплуатации (в т.ч. подземное выщелачивание) и обеспечить охрану природы и здоровья людей-исключить из водоснабжения воды с повыш. содержанием металлов, не загрязнять атмосферу распылением отвалов разных руд и т.д.

При геохим. изучении месторождений важное значение приобрело исследование т. наз. вторичных геохим. ореолов рассеяния (с повыш. концентрацией элементов)-прямых поисковых признаков руд. Разнообразие месторождений поставило задачу их геохим. классификации. Для ее отдельных групп установлено среднее содержание элементов в рудах, элементов-примесей в минералах и т.п.

Региональная геохимия

Этот раздел изучает геохим. особенности разл. территорий-стран, областей, районов, провинций и т.д. Выделение в пределах определенного региона геохим. территориальных единиц (геохим. районирование) используют при прогнозировании и поисках рудных месторождений, решении проблем охраны окружающей среды, при медико-геохим. оценке территорий, решении др. прикладных задач. С целью прогнозирования отдельных видов полезных ископаемых большое значение приобрело геохим. картирование. Разновидности геохим. карт-биогеохим., гидро-хим., гидрогеохим., газогидрогеохим., ландшафтно-геохим. и иные карты.

Прикладная геохимия

Главное практич. применение Г. приобрела при поисках минер. сырья. Геохим. методы поисков полезных ископаемых оформились в самостоят. прикладную науку с хорошо развитой теорией и разнообразной методикой.

Важное и все возрастающее значение Г. приобретает при решении проблем охраны окружающей среды, особенно в борьбе с техногенным загрязнением. Методология таких работ, конкретные методы и методики близки к тем, к-рые применяют при геохим. поисках полезных ископаемых.

Анализ законов распределения хим. элементов в ландшафтах представляет медицине исходные данные для выяснения причин заболеваний, связанных с дефицитом или избытком элементов в почвах, водах, атмосфере, продуктах питания. Перспективно применение методов Г. в курортологии, геронтологии и при решении др. проблем медицины. Ведущую роль здесь играют учение о биогеохим. провинциях и Г. ландшафта.

Использование Г. в с. х-ве многообразно. Она помогает бороться с незаразными болезнями культурных растений и домашних животных, связанными с дефицитом или избытком элементов в почвах, водах и кормах. Геохим. подход важен при применении удобрений, мелиорации (особенно при вторичном засолении почв) и т.д.

Геохим. исследования существенны и для хим. технологии, т.к. они позволяют выявлять новые источники сырья (напр., извлечение Re из молибденовых руд, Hf из цирконов, Cd и In из полиметаллич. руд, Ge из золы углей, редких земель, Sr и F из апатита и др.) и намечать пути наиб. рациональной его переработки.

Лит.: Ферсман А.Е., Избр. труды, т. 1-7, М, 1952-62; Вернадский В.И., Избр. соч., т. 1-5, М., 1954-60; Виноградов А.П., Введение в геохимию океана, М., 1967; Сауков А.А., Геохимия, М., 1975; Жариков В.А., Основы физико-химической петрологии, М., 1976; Та у сон Л. В., Геологические типы и потенциальная рудоносность гранитоидов, М., 1977; Пере ль ман А. И., Геохимия, М., 1979; Барсуков В.Л., Григорян СВ., Овчинников Л.Н., Геохимические методы поисков рудных месторождений, М., 1981; Беус А. А., Геохимия литосферы, 2 изд., М., 1981; Коржииский Д. С, Теория метасоматической зональности, 2 изд., М., 1982; Clarke F. W., The Data of geochemistry, 5 ed., Wash., 1924; Goldschmidt V.M., Geochemistry, Oxf., 1954. A.M. Перельман.


1. www.pravda.ru: Какие тайны хранит Луна? – Смотрите прямой эфир "Правды.Ру"
10.10.2013
... этом в прямом эфире видеоканала "Правда.Ру" в 17:30 расскажет заведующий лабораторией сравнительной планетологии Института геохимии и аналитической химии имени В.И. Вернадского профессор Александр Базилевский.   ...
2. www.pravda.ru: Челябинский метеорит возник одновременно с Солнечной системой
04.10.2013
... к этим результатам, благодаря изотопному анализу свинца. Такое заявление сделал на конференции в честь Дня космической науки 4 октября завотделом планетных исследований и космохимии Института геохимии и аналитической химии имени Вернадского, академик РАН Михаил Маров. "Это значит, что в наши руки попал "материал творения", - заметил он. ...
3. www.pravda.ru: Жизнь прилетела на Землю с Марса
29.08.2013
... специалист по синтетической биологии Стивен Беннер сделал сенсационное заявление, в котором изложил весомые доводы в пользу того, что источником жизни на Земле стал Марс. Именно красная планета, по ...
4. www.pravda.ru: На Кунашире нашли больше 50 тонн золота
27.08.2013
... данным пресс-службы ОАО "Росгеология", которое специализируется на поиске полезных ископаемых, полевые работы по геохимическим поискам благородного металла закончились еще на прошлой неделе. ...
5. www.pravda.ru: Эксперт: Луна мало изучена, и надо на нее летать
10.07.2013
... это случилось. Долгие годы директор Института геохимии и аналитической химии им. В. И.Вернадского РАН академик Галимов доказывал, что Луна еще мало изучена и надо на нее летать. И что мы можем туда летать достаточно легко, для этого у нас есть техника и ...
6. www.pravda.ru: Вода на Луне есть! Доказано русскими
05.06.2012
... на поверхность спутника, зонд пробурил грунт на глубину около двух метров. Полученные образцы лунного грунта, общей массой около 300 граммов, были доставлены на Землю. В 1978 году в журнале "Геохимия" вышла статья руководителя исследовательской группы Майи Ахмановой, в которой говорилось о том, что доля воды в образцах составляет 0,1 процента. ...
7. www.pravda.ru: Карельские камни помнят юность Земли
28.02.2012
... геохимики выяснили, что предполагаемое столкновение Земли с небесной странницей Тейей, что произошло 4,5 миллиарда лет тому назад, не особенно сильно изменило структуру недр нашей планеты. Во всяком случае, в ...
8. www.pravda.ru: Чаепития в академии: Что делать с Плутонием?
01.12.2011
... в Академии" — постоянная рубрика "Правды.Ру". Писатель Владимир Губарев беседует с выдающимися учеными. Его сегодняшний гость — академик, зам. директора Института геохимии и аналитической химии им. Вернадского Борис Федорович Мясоедов. Он знает о плутонии все, но рассказывать может допустимое — и сегодня вокруг плутония еще много секретов. ...
9. www.pravda.ru: Россия установит на Луне два маяка
26.08.2011
... приводит слова директора Института аналитической и прикладной геохимии РАН академик Эрика Галимова: "Познание Луны - непременная часть геологического знания. Чтобы правильно оценивать земные ресурсы, перспективы развития биосферы, к которой мы принадлежим, надо знать ...
10. www.pravda.ru: Приморские ученые отправляются изучать курильские кулканы
02.09.2010
... лаборатории геохимии Дальневосточного отделения РАН, доктор наук Юрий Мартынов пояснил, что с учеными будут работать сахалинские специалисты по вулканологии. Главная цель экспедиции, рассчитанной на месяц, - понять ...
11. www.yoki.ru: "Машина времени": 12 марта в мировой истории
12.03.2007
... такой вот «бойкот»…В этот день в 1863 году родился Владимир Иванович Вернадский (1863 - 6.1.1945), знаменитый советский академик, выдающийся геохимик и основоположник учения о ноосфере.12 марта 1921 года родился Джованни Аньели (1921 - 24.1.2003), выдающийся сенатор Итальянской Республики, ...
12. www.yoki.ru: Новая экспедиция отправилась на место падения Витимского метеорита
03.08.2005
... из Института солнечно-земной физики и геохимии Сибирского отделения РАН отправились в четвертую экспедицию на место падения Витимского метеорита. В понедельник в Бодайбо вылетели два научных сотрудника, в среду к ним присоединятся еще пятеро. ...
Здоровье и профилактика Акушерство и гинекология Стоматология Красота Зрение Энциклопеди Адреса Реклама
Видео