Лекція № 4

Методи досліджень геохімії. Практичне значення геохімії.

План

1. Методи еколого-геохімічних досліджень.

2. Практичне значення геохімії.

Зміст

1. Аналітичні методи досліджень. Роль аналітичних методів досліджень в геохімії. Основні методи аналізу гірських порід, грунтів, природних вод. Вибір методу в залежності від поставленого завдання. Оптичні методи аналізу. Емісійний спектральний аналіз. Атомно-абсорбційний метод. Метод індуктивної емісії. Рентгено-спектральний аналіз.

Електрохімічні методи аналізу. Хроматографія газова і рідинна.

Ядерно-фізичні методи аналізу. Активаційний метод. Нейтронний активаційний метод. Гамма активаційний метод. Нейтронно-абсорбційний метод. Радіохімічний метод, РФА, ЯМР, ЕПР, люмінесцентні й інш.

Масспектроскопія. Фізичні основи визначення ізотопного складу стабільних і радіоактивних елементів.

Мета еколого-геохімічних досліджень - кількісна оцінка макро- і мікро-компонентного складу природних і техногенних компонентів ГС -ґрунтів, гірських порід, донних осадів, води, виявлення й оцінка джерел забруднення довкілля, геохімічна оцінка стану сільськогосподарських угідь, прогнозна оцінка аварійних або екстремальних ситуацій з забруднення хімічними елементами. У процесі еколого-геохімічних досліджень виконують літохімічне опробування. Основою його є картування компонентів ГС, унаслідок якого з'ясовують просторові закономірності розподілу техногенної складової геохімічного поля і виявляють джерела забруднення. Сутність еколого-геохімічного картування полягає у відборі проб (з середовища, яке вивчають) по регулярній мережі пунктів спостережень з наступними аналітичними дослідженнями, порівнянням отриманих результатів з фоновим вмістом хімічних елементів і виділенням геохімічних аномалій.

Серед геохімічних методів, що використовуються у фоновому моніторингу довкілля, можна вирізнити три основних: 1.Метод кларків. 2.Вивчення геохімічної структури ландшафту. 3.Метод біогеохімічних циклів. Метод кларків – дослідження, пов’язані з оцінкою поширеності хімічних елементів у різних природних середо-вищах, – від глобальних геосфер до локального рівня ланд-шафтів або екосистем. Розрізняють глобальні, регіональні і локальні кларки елементів. Нині встановлено низку глобальних кларків літо-сфери і основних типів гірських порід. Вміст хімічних елементів у різних типах гірських по-рід, як правило, відрізняється від кларка літосфери. Кількісно цю відмінність Вернадський запропонував виражати кларком концентрації (КК), що є відношенням вагового вмісту певно-го елемента в природному об’єкті Сі до кларка літосфери К: >1. Ця величина завжди більше 0. Якщо КК = 1, то і вміст елемента в об’єкті дорівнює його вмісту в літосфері. У тому разі, коли Сі набагато менше К, для отримання цілих чисел і більшої контрастності показника доцільно розраховувати зво-ротні величини – кларки розсіювання (КР), що показують, у скільки разів кларк більше вмісту елемента в певному об’єкті.

2. Завдання і проблеми геохімії, які мають загальне значення для природознавства не могли бути не тільки дозволені, а й сформульовані іншими науками. Історію комплексів атомів (і окремих атомів) в природі - вивчають багато природничі науки (кристалографія, мінералогія, ґрунтознавство, фізіологія і біохімія організмів, хімія), але тільки на певному відрізку історії атомів, не ставлячи охопити всю історію атома в цілому.      Геохімія простежує всю історію поведінки і всі форми знаходження атомів на Землі і космосі. Геохімія допомагає встановити зв'язок між певними науками.      Геохімія синтезує в певному напрямку величезний фактичний матеріал і висновки цих наук.    Найвіддаленіші коріння геохімії йдуть до Теофрасту, Плинию та іншим ант. Вченим.    У XYII одним з перших був англієць Р.Бойль (1627-1691), який створив уявлення про океан як про середовище, розчинювальною велике число компонентів земних гірських порід і атмосфери, а більш виразно висловився на цю тему А.Лаувазье (XYIIIст. 1743 - 1794)    У XYIII в М.В. Ломоносов (1711-1765) обгрунтував значення хімії для геології, дав пояснення процесам освіти руд, вугілля, торфу та ін      Термін геохімія був запропонований швейцарцем Х.Шенбейном - 1838г., (Який висловив думку, «що геологи для розширення своєї науки, як тільки скам'янілості не зможуть служити їм, без сумніву введуть в геологію мінерал - хімічний - елемент».       XIX століття стало століттям накопичення величезного числа наукових фактів, що дозволив зробити ряд найбільших відкриттів.      Ще на початку XIX ст. ( 1802р ) Е.Хладкі і В.Говардом було встановлено схожість метеоритної і земної речовини.      У галузі хімії відбулася важлива подія в 1859р . Г.Р.Кірхгофом і Р.Бунзеном був створений метод спектрального аналізу , який дав можливість виявлення одних і тих же елементів в гірських породах, золі рослин і далеких зірках - (Єдність хімічного складу навколишнього світу).    У другій половині XIX в.бил відкритий Періодичний Закон Менделєєва Д.І.    У 1896р. А.Беккерель відкрив явище радіоактивності, досліджене і зрозуміле на початку XX століття подружжям Кюрі. 1911р. Резерфорд - атомне ядро. 97г - Томпсон - електрон.    Підсумком цих відкриттів з'явилася опублікована в 1908р. Ф.У.Кларком (1947 - 1931) таблиці поширеності елементів у земній корі , складену на основі всіх відомих гірських порід. Вона видавалася 5 раз ( поповнювалася і допрацьовувалася), але збереглися незмінними цифри поширеності 6 найбільш часто зустрічаються елементів. (видатний вчений)     Геохімія «стукала в двері» і був потрібний великий мислитель, який би зміг сформулювати предмет і методи науки.          Таким вченим став наш співвітчизник В. І. Вернадський (1863 - 1941г.г). Він вперше сформулював закони ізоморфізму , розселення елементів, він одним з перших глибоко зрозумів явище радіоактивності. Йому належать прекрасні роботи по біогеохімії.    Перші геохімічні закономірності були відкриті В.И.Вернадским, А.Є. Ферсманом (1883 - 1945), В.М.Гольдшмідтом.    Особливе місце - належить Вернадському, - по різнобічності знань можна порівняти з Леонардо.     Його праці не можна відносити тільки до основоположним, - він створював нові науки: радіогеологія, біогеохімію, вчення про біосферу він написав найважливіші роботи по гідрохімії, генетичної мінералогії, симетрії і дісіметріі.    У 1916р. відкрив перше родовище уранових руд, але вже в 1922р попереджає про небезпеку при освоєнні атомної енергії.    Вперше курс «Геохімії » був прочитаний А.Е.Ферсманом. Їм же в 1933 - 1939р. написані 4 томи «Геохімії» (про міграції та концентрації хім. Елементів з поясненням причин через зовнішні і внутрішні чинники міграції)    В.М.Гольдшмідт (1888 - 1947) створює початку 20 століття кристалохімії. Егро кращі роботи пов'язані з встановленням розмірів іонних радіусів і їх впливом на склад мінералів , він сформулював 1 -й закон кристалохімії. У 1929р. він переїжджає з Норвегії в Геттінген. Після приходу фашистів він емігрував до Швеції, потім Англію, де і помер. Під впливом Вернадського, Ферсмана в СРСР була створена видатна школа геохіміків (А.П. Виноградов, А.А. Сауков, А.Ф. Капустинський, Перельман)          У першій половині ХХ ст. Необхідно відзначити В.Є. Гольдшмідт (кристалохімія, баланс елементів).          А.Е.Ферсман створив (1907-1908) найбільший працю по кристалохімії алмазів, спільно з Гольдшмідтом.          Сьогодні, особливо у зв'язку із забрудненням навколишнього середовища, геохімія активно розвивається в багатьох країнах. Саме її методи здатні вирішити багато екологічних проблем. (Виникли поняття про техногенні геохімічних аномаліях, техногенних ореолах розсіювання , техногенних бар'єрах. Геохімія техногенного ландшафту, геохімія міста, геохімія і сільськогосподарське виробництво). Зв'язок з іншими науками.     Часто геохімію визначають як хімію Землі. Є частка істини, але й істотні відмінності.    Просте перенесення всіх хімічних закономірностей на поведінку хімічних елементів в землі не дозволить ні пояснити їх справжнє поведінка в різних оболонках, ні дати прогноз «хімічного» і «геохімічного» мислення. (Перельман)    1.Крайня нерівномірність розподілу. Не реалізовані багато хімічних властивостей.    2.Зовнішніфактори (t0, Р, світло). В умовах земної кори (особливо біосфери, окремих ділянках) обмежені вузькими рамками.     3.В окремої частини земної кори хімічні елементи знаходяться не тільки у вигляді солей, мінералів або розчинів, але утворюють різноманітні форми спільного перебування в системах. Поки система не зруйнована, вони не можуть проявляти свої власні властивості.

Рекомендована література

1. Справочник по геохимии, Г.В. Войткевич, А.В. Кокин, А.Е. Мирошников, В.Г. Прохоров, М., Недра, 1990

2. Основы геохимии, Я. Мияки, Л., Недра, 1969

3. Геохимия окружающей среды, А.А. Беус, Л.И. Грабовская, Н.В. Тихонова, М., Недра, 1976

4. Основы геохимии, Г.В. Войткевич, В.В. Закруткин, М., В.Школа,1976