7.4 Геохимия

Геохимия это наука о химическом составе Земли и планет (космохимия), законах распределения элементов и изотопов, процессах формирования горных пород, почв и природных вод.

Важнейшие задачи геохимии:

- 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. Выяснения законов и причин неравномерного распределения элементов;

- анализ распределения элементов и изотопов в космосе и на планетах Солнечной системы;

- изучение геологических процессов и веществ, производимых живыми или вымершими организмами (биогеохимия).

Большой вклад в геохимию сделали русские учёные Владимир Вернадский (1863 – 1945), Александр Ферсман (1883 – 1945) и др.

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 XX века, многие учёные использовали разные методы для определения состава земной коры. 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 развивалась сравнительно медленно. В 50-х годах XX века всего нескольких журналов было достаточно для публикации важных достижений в геохимии. На собрании Американского геофизического общества геохимических сессий было несколько докладов и большинство из них было посвящено локальным проблемам, которые не выходили за рамки геохимии.

В 60-х годах XX века начался расцвет геохимии. 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 поняли поведение осадков и океанической коры в зонах субдукции, их погружение и эксгумацию. Новые эксперименты при температурах и давлениях глубин Земли позволили выяснить, какова трёхмерная 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 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 во времени и пространстве материи и энергии. Сбылось предсказание Владимира Вернадского о центральной роли геохимии среди наук о веществе.

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.

Во второй половине XX века было издано огромное количество обзоров о различных аспектах геохимии. Из них только три пытались обозреть науку целиком.

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 образом. Он составляет 10 томов, каждый из которых посвящён одной из геосфер или разделу геохимии. Последний том представляет собой глоссарий.

Все издания, за исключением последнего, устарели и не соответствуют современному состоянию науки.