Geochimie

Geochimia este o ramură a chimiei și o disciplină a științelor Pământului care studiază unitățile geologice și componentele lor, observând evoluția lor în spațiu și timp, prin investigații privind distribuția și comportamentul elementelor chimice, diferiții lor izotopi și a combinațiilor lor în molecule.

Termenul „geochimie” a fost folosit pentru prima dată în 1838 de către Schönbein , ^[1] descoperitorul ozonului . La începutul secolului trecut, lucrările lui Goldschmidt și Vernadskij au dezvoltat, printre alții, cei doi cercetători care au contribuit cel mai mult la consolidarea acestei discipline.

Branche

Geochimia hidrosferei, sau hidrogeochimie , este o zonă specifică a geochimiei care se ocupă cu procesele de alterare chimică a rocilor , cum ar fi hidratarea , hidroliza , oxidarea și interacțiunea lor cu mediul și cu apa și sistemele atmosferice ; se ocupă, de asemenea, de aspectele chimice ale apelor de suprafață și subterane, precum salinitatea lor, clorinitatea , timpul de ședere al elementelor etc. În timp ce hidrogeochimia acordă o atenție deosebită apelor subterane sau apelor lacurilor, oceanografia chimică se ocupă în schimb de studierea aspectelor și proceselor chimice care afectează apele oceanelor .

Un anumit sector al geochimiei este geochimia izotopică , dedicată studiului diferitelor relații pe care izotopii le pot avea în compoziția rocilor, a sărurilor dizolvate și a apei .

Geochimia de mediu tratează implicațiile ecologice ale ciclurilor geochimice și impactul antropic asupra acestor cicluri, cu poluarea apelor naturale, a solului și a strategiilor de contrast aferente, acordând o atenție deosebită riscului geochimic.

Geochimia organică este o ramură care se ocupă în special de studiul proceselor organice și al compușilor care provin din organisme vii sau moarte anterior și impactul lor geologic; geochimia petrolieră se referă în special la studiul detaliat al surselor naturale de lichide și gaze hidrocarbonate . Biogeochimia , pe de altă parte, în abordarea sa interdisciplinară, tinde să se gândească mai mult la aspectele legate de procesele biologice de schimb de materie și energie și de consecințele acestora.

Geochimia nu numai că privește rezolvarea problemelor izotopice, ci oferă o imagine completă a situației cosmosului , a Pământului , a apelor terestre și a proceselor magmatice ale tuturor elementelor pe care le cunoaștem. Sarcina cosmochimiei este studierea distribuției elementelor și a izotopilor acestora în cosmos. Conceptul de volatilitate geochimică este unul dintre principalii factori care explică distribuția diferită a elementelor chimice pe Pământ în raport cu universul.

Metode și aplicații

Dezvoltarea temporală a Pământului poate fi studiată prin aplicarea metodelor de geochimie. Pe baza analizei izotopilor oligoelementelor, care sunt folosiți ca indicatori izotopici, este posibilă reconstituirea proceselor de transport care au avut loc de-a lungul anilor. Studiul izotopilor instabili și a produselor lor de dezintegrare radioactivă permite, de asemenea, datarea rocilor prin geocronologie .

Geneza mineralelor și a rocilor este strâns legată de caracteristicile lor termodinamice , care, dacă nu sunt înțelese, fac imposibilă înțelegerea proceselor magmatice și metamorfice. Alături de procesele geochimice, geneza materialului, cum ar fi sedimentele și fosilele , care poate fi datată, joacă, de asemenea, un rol foarte important. Alți factori sunt reprezentați de stabilitatea mineralelor și a rocilor împotriva intemperiilor și, nu în ultimul rând, de distribuția și frecvența materialelor atât în mediul terestru, cât și în sistemul solar .

Metode de analiză

Recunoașterea rocii se bazează pe trei metode principale de analiză:

micrografie : observarea microscopului optic a unui strat subțire de rocă, în special folosind lumina polarizată ;
analiza chimică elementară : pentru a determina compoziția elementară a unei roci ( concentrația de masă a diferitelor elemente, exprimată în general în termeni de oxizi ). Inițial, a implicat utilizarea reacțiilor chimice specifice necesare pentru dozarea fiecărui element, în timp ce în zilele noastre sunt utilizate tehnici instrumentale foarte sensibile și precise, cum ar fi spectrometria de masă a plasmei sau spectrofotometria XRF ;
analiza fazelor prin difracție cu raze X : este posibil să se determine structura cristalină a componentelor și, prin urmare, fazele relative, distingând de exemplu diferitele forme de cristalizare a silicei sau formele polimorfe ale mineralelor de calciu .

Distribuția elementelor pe Pământ

Distribuția elementelor pe scoarța terestră vede prevalența oxigenului legat prezent în raport de 61,1%, urmat de siliciu cu 20,4%, aluminiu cu 6,3%, hidrogen cu 2,9%, din calciu și sodiu cu 2,1%, magneziu cu 2%, fier cu 1,5%, potasiu cu 1,1% și titan cu 0,2%. Compoziția procentuală în greutate rămasă este determinată de alte elemente caracterizate printr-o abundență mai mică de 0,2%.

Având în vedere întreaga distribuție pe Pământ, inclusiv nucleul Pământului , situația este destul de diferită. Cele mai abundente elemente sunt fierul cu 35,4%, oxigenul cu 27,8%, magneziul cu 17%, siliciu cu 12,6%, sulf și nichel cu 2,7%, calciu cu 0,6% și aluminiu cu 0,4%.

Diferența de compoziție găsită și abundența mai mare sau mai mică a unui element dat într-un strat terestru bine definit sunt explicate în conformitate cu clasificarea Goldschmidt a elementelor chimice. ^[2]

Notă

^ (EN) KH Wedepohl, Manual de geochimie, vol. 1, Springer , 1978.
^ Abundență relativă de elemente ( PDF ), pe dcci.unipi.it , Departamentul de Chimie și Chimie Industrială, Universitatea din Pisa . . Documentul nu mai este disponibil online

Bibliografie

G. Ottonello, Principiile geochimiei , Zanichelli , 1991.
( EN ) AA Levinson, Introducere în explorarea geochimiei , Calgary, Applied Publishing Ltd., 1974.
( EN ) WM White, Geochimie .