Лекция 1. Становление геохимии как науки, изучающей процессы концентрации и рассеяния химических элементов в земной коре. Формы нахождения элементов в земной коре

Геохимия – наука о химическом составе земной коры и процессах миграции, рассеяния и концентрации химических элементов. Зародилась впервые в нашей стране (СССР) в начале ХХ века.

В создании геохимии как науки исключительную роль сыграли работы В.Н.Вернадского, А.Е. Ферсмана и норвежского ученого В.Н. Гольдшмидта.

За короткий срок своего существования геохимия, развивающаяся на основе двух наук: геологии и химии, сделала гигантские успехи и заняла такое же положение в геологическом цикле наук, как минералогия и петрография.

Геохимия изучает процессы концентрации и рассеяния химических элементов в земной коре.

Как самостоятельная наука геохимия имеет свой предмет и задачи изучения, свои методы и методики исследования.

Объектом геохимических исследований, а следовательно, предметом изучения геохимии являются атомы химических элементов Земли в первую очередь. Кроме того, геохимия изучает атомы химических элементов и за пределами Земли – в космических телах и образованиях – космохимия.

Еще в 1924 г. В.И. Вернадский определил, что геохимия изучает:

1) химические элементы, т.е. атомы земной коры, их историю, их распределение и движение в пространстве – времени, их генетические соотношения;

2) количественное и качественное распространение отдельных элементов в земной коре и в отдельных ее оболочках;

3) законы перемещения (миграции), рассеяния или накопления элементов с образованием тех мест концентраций, которые мы называем месторождением;

4) законы сочетания элементов между собой в различных условиях земной коры;

5) законы участия элементов в построении почвы, горных пород, живого вещества.

Возникла геохимия на основе учения об атоме.

Понятия химический элемент, химический состав минералов и горных пород, признаки отыскания руд и полезных минералов существовали давно. Еще в 460-370 гг. до н.э. в работах Демокрита, Аристотеля и др., а также в работах Авиценны (985-1057), Бойля (1627-1691), Лавуазье (1743-1794) и др.

В работах М.В. Ломоносова (1711-1765 гг.) заложены глубокие геохимические идеи (главным в его работах было химическое направление и естественно исторический подход к явлениям природы), в основании всех воззрений М.В. Ломоносова лежит гипотеза об атомистическом строении вещества; он сформулировал закон «сохранения вещества и энергии», являющийся основным законом современного естествознания и имеющий огромное значение для геохимических явлений, особенно для понимания процессов миграции химических элементов в природе. В основе геохимических воззрений Ломоносова М.В. лежит идея об изменчивости мира, в котором мы живем.

М.В. Ломоносов высказал ряд важных и для современной науки геохимических идей: об условиях образования минералов; о парагенезисе минералов и элементов; о типоморфных свойствах минералов, как геохимических поисковых критериях; о миграции химических элементов; о роли организмов в образовании минералов и многое другое.

Геохимические идеи М.В. Ломоносова наследовали и развивали Севергин В.М., Вернадский В.И., Ферсман А.Е. и др. русские и современные ученые.

Современные представления об атомах химических элементов, основном объекте (предмете) изучения геохимии, стали возможны только после открытия Д.И. Менделеевым периодического закона, открытия радиоактивности и др. физических явлений и создания на основе этого современных моделей атомов, когда атом стал для нас такой же реальностью, как и химический элемент. Периодическая система Д.И. Менделеева положила начало современному учению об атомах химических элементов и сделала возможным систематическое изучение законов поведения и сочетания химических элементов в природных условиях.

В 1882 г. химик Американского геологического комитета Ф.У. Кларк дал точные количественные данные о распространенности главнейших 30-40 химических элементов в земной коре, на основе огромного фактического материала.

Возникновение геохимии в России не случайно, она выросла на основе химико-генетической минералогии, минералогии понимаемой как «химия земной коры».

Первый курс лекций по геохимии впервые был прочитан в Московском университете им. А.Л. Шенявского в 1912 году Ферсманом А.Е. и затем опубликован.

Большой вклад в развитие геохимии сделал норвежский ученый Гольдшмидт В.М., осветивший ряд общих вопросов геохимии, развивший кристаллохимическое направление (т.е. кристаллическое строение решетки минералов). М.Лауэ открыл применение рентгеновских лучей при изучении поведения атомов и ионов в кристаллических решетках, что раскрыло перед геохимией новые перспективы.

Но все это было бы невозможно, если бы не работы Е.С. Федорова, впервые выведшего математическим путем в 1890 г. все 230 реально возможных законов сочетания атомов и ионов в кристаллических решетках, что впоследствии подтвердилось экспериментальным путем.

Геохимия так бы и осталась только описательной наукой, если бы сначала В.И. Вернадский, а затем А.Е.Ферсман и В.М. Гольдшмидт в 1923 году не связали геохимические вопросы с вопросами строения атомов и не сформулировали очень важное для геохимии положение: что строение атомов химических элементов определяет их поведение в природе

Геохимия как наука требует широкой ориентации во многих сопредельных дисциплинах как геологического, так и физического, химического и математического циклов.

Геохимия является объединяющей наукой в геологическом цикле наук, т.к. в основе ее лежит атом химического элемента.

Геохимия наиболее тесно связана с минералогией, у них много общего, особенно в области минералогических и геохимических процессов. Но в тоже время, геохимия, объектом изучения которой являются атомы химических элементов земной коры, резко отличается от минералогии, которая объектом изучения имеет соединения атомов – молекул (минералы и кристаллы) в том же пространстве, в том же времени истории Земли, что и геохимия.

Земная кора – каменная оболочка Земли (литосфера) толщиной 15-70 км, ограниченная сверху атмосферой и гидросферой, а внизу, так называемым, сейсмическим разделом Мохоровичича, где скорость похождения сейсмических волн дает резкий скачок с 6-7ткм/сек. до 13-16ткм/сек. Нижняя граница земной коры имеет извилистую линию и точно неизвестна.