geochemia

geochemia

[gr. gḗ ‘ziemia’, chēmeía ‘magia’],

nauka z grupy nauk geologicznych zajmująca się występowaniem i krążeniem na Ziemi pierwiastków chemicznych oraz ich rolą w różnorodnych procesach geologicznych;

jest ściśle związana z chemią, także z mineralogią i petrologią. Do głównych zadań geochemii należy: 1) ustalenie składu chemicznego Ziemi jako całości oraz składu chemicznego poszczególnych jej stref; 2) poznanie sposobów występowania pierwiastków chemicznych w środowiskach naturalnych oraz uchwycenie form ich obiegu podczas różnorodnych procesów geologicznych i skłonności do wzajemnego łączenia się i współwystępowania; 3) ustalenie praw kierujących rozmieszczeniem pierwiastków chemicznych w poszczególnych środowiskach ziemskich oraz wędrówką pierwiastków między tymi środowiskami; 4) uchwycenie zależności między procesami geologicznymi, zwłaszcza procesami powstawania minerałów i skał, a zawartością w tych minerałach czy skałach różnych pierwiastków chemicznych oraz poznanie warunków, w których dojść może do szczególnie wysokiej koncentracji pewnych pierwiastków chemicznych, a więc do powstania złóż.

Udział poszczególnych pierwiastków w składzie chemicznym Ziemi, jej stref geochemicznych i składających się na nie środowisk, jest bardzo różnorodny; pierwiastki, których udział w składzie chemicznym Ziemi wyraża się co najmniej w procentach, są zwane pierwiastkami głównymi, pierwiastki zaś obecne w dziesiątych, setnych czy nawet milionowych częściach procentu noszą nazwę pierwiastków podrzędnych i śladowych. Różne pierwiastki chemiczne wykazują odmienne skłonności do nagromadzania się w poszczególnych strefach lub środowiskach geochemicznych; metaliczne jądro Ziemi jest głównym miejscem koncentracji żelaza i niklu, którym jako charakterystyczne pierwiastki podrzędne i śladowe towarzyszą: kobalt, siarka, fosfor, węgiel, platynowce, złoto. Otaczający jądro krzemianowy płaszcz Ziemi zawiera jako pierwiastki główne tlen, krzem, magnez, żelazo i mniejsze ilości glinu, a z pierwiastków podrzędnych i śladowych do najważniejszych należą: sód, potas, tytan, nikiel, chrom. W skorupie ziemskiej, rozpościerającej się na płaszczu Ziemi, rozróżnić można skorupę oceaniczną, której przeciętny skład odpowiada składowi bazaltów (duża zawartość żelaza, magnezu, wapnia i glinu, średnia — krzemu, mała — sodu i potasu), oraz skorupę kontynentalną o składzie podobnym do składu granitów (duża zawartość krzemu, średnia — glinu, wapnia, sodu i potasu, mała — żelaza i magnezu; jako pierwiastki śladowe występują: lit, rubid, pierwiastki ziem rzadkich, tor, uran i in.). W skład hydrosfery wchodzą głównie tlen i wodór (do jej zasolenia przyczyniają się głównie sód i chlor), a atmosfery — głównie azot i tlen.

Osobny dział geochemii stanowi geochemia izotopów, zajmująca się różnicowaniem się składu izotopowego pierwiastków chemicznych podczas ich obiegu geochemicznego. Wyraźne zróżnicowanie składu izotopowego obserwuje się przede wszystkim dla pierwiastków lekkich o szczególnie intensywnym i szybkim obiegu geochemicznym, w którym aktywnie uczestniczy biosfera; przede wszystkim dotyczy to stosunków między izotopami węgla (¹²C/¹³C) i siarki (³²S/³⁴S). Przedmiotem badań geochemii izotopów jest również zmienność stosunków izotopowych wywołana przemianami promieniotwórczymi; ulegające tym przemianom izotopy promieniotwórcze przeobrażają się w trwałe izotopy innych pierwiastków. W ten sposób powstają izotopy ołowiu, strontu, argonu (²³⁵U → ²⁰⁷Pb, ²³⁸U → ²⁰⁸Pb, ²³²Th → ²⁰⁸Pb, ⁸⁷Rb → ⁸⁷Sr, ⁴⁰K → ⁴⁰Ar); prawidłowość tych przemian została wykorzystana w datowaniu izotopowym. Działem geochemii jest też biogeochemia, obejmująca badania krążenia w przyrodzie pierwiastków chemicznych pod wpływem organizmów żywych. Z biogeochemią wiąże się geochemia organiczna, badająca skład utworów pochodzenia organicznego (węgli, ropy naftowej, gazu ziemnego).