ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.09.2020
Просмотров: 3896
Скачиваний: 7
Н.К. Чертко
ГЕОХИМИЯ
Учебное пособие
для студентов геологических специальностей вузов
Минск
Издательство «ТЕТРА СИСТЕМС»
2007
2
УДК 550.4 (075.83)
ББК
Ч
Рецензенты:
Утверждено
Чертко Н.К.
Ч Геохимия: Учебное пособие для студентов геологических специально-
стей вузов / Н.К. Чертко. – Мн.: Издательство «ТЕТРА СИСТЕМС»
2007. – с.
ISBN
В учебном пособии рассматриваются закономерности миграции, кон-
центрации и рассеивания химических элементов на Земле; геохимические
факторы, процессы и условия формирования месторождений полезных ис-
копаемых и методы их поисков; геохимия и экология элементов. Региональ-
ная часть посвящена геохимии кристаллического фундамента и осадочного
чехла Беларуси.
УДК 540.4 (075.83)
ББК
ISBN
© Чертко Н.К., 2007
3
ВВЕДЕНИЕ
История миграции атомов на Земле и в космосе представляет одну из наи-
важнейших задач в XXI столетии, когда научные школы естественных наук внед-
ряют новые приборы, разрабатывают новые методы исследований микромира с
целью реконструкции прошлой жизни природы и прогнозирования состояния
микро- и макросистем при изменении условий и процессов. Атомы химических
элементов создают невероятное множество соединений, объединяющихся в гар-
моничную систему мироздания. В нем мы находим все, что необходимо живым
организмам и человеку.
Среди разнообразных соединений природы геолог по определению должен
находить в концентрированном виде все химические элементы, которые имеют
широкое практическое применение в практике народного хозяйства. Для этого
необходимо знать природные и техногенные факторы и условия, геохимические
процессы, которые приводят к концентрации, миграции и рассеянию химических
элементов. Решение этих вопросов возможно при реализации теоретических про-
блем и практических задач научного направления – геохимии.
Геохимия создана на базе знаний, систематизированных химией, и практи-
ческих запросов геологии для поисков месторождений полезных ископаемых. Она
связана с десятками естественных дисциплин, которые обогащаются путем вза-
имного использования информации. Наиболее тесная связь геохимии с минерало-
гией и петрографией, так как в этих курсах ведущее место занимает изучение хи-
мического состава минералов и горных пород. Термин ―
геохимия
‖ впервые упо-
требил в 1838 г. швейцарский химик Шѐнбейн относительно содержания химиче-
ских элементов на Земле.
Ф. Кларк (1924) впервые в своей работе ―Данные геохимии‖ определил
предмет геохимии следующим образом: ―Каждую породу … можно рассматри-
вать как химическую систему, в которой под действием различных агентов могут
происходить химические изменения. Каждое такое изменение означает наруше-
ние равновесия с образованием в конце концов новой системы, которая, находясь
в новых условиях, будет в свою очередь стабильной. Исследование этих измене-
ний является предметом геохимии. Определить, какие изменения возможны, как и
где они происходят, наблюдать явления, которые сопровождают их, и отметить их
окончательный результат – вот задача геохимика‖.
В.М. Гольдшмидт (1954) считал, что ―основной задачей геохимии является
… количественное определение состава Земли и ее частей, … установление зако-
нов, которые контролируют распределение определенных элементов‖.
В ―Очерках геохимии‖ В.И. Вернадский (1954) писал: ―Геохимия научно
изучает химические элементы, т.е. атомы земной коры и, насколько возможно,
всей планеты. Она изучает их историю, их распределение и движение в простран-
стве-времени, их генетические на нашей планете соотношения‖.
А.Е. Ферсман (1956) считал, что: ―Геохимия изучает историю химических
элементов-атомов в земной коре и их поведение при различных термодинамиче-
ских физико-химических условиях природы‖.
4
В современном учебнике А.И. Перельмана ―Геохимия‖ (1989) дано опреде-
ление дисциплины: «Геохимия изучает историю атомов Земли и других планет
земной группы» (с. 6).
Таким образом, подводя итоги определения научного направления геохимии
можно сказать:
геохимия изучает миграцию, концентрацию и рассеяние химиче-
ских элементов в геологических структурах под влиянием факторов и процессов
при различных термодинамических физико-химических условиях
.
Миграцию химических элементов изучают по проявлению биологического и
геологического круговоротов, геохимическим циклам. Температура, давление,
концентрация, климат, орография влияют на особенности перемещения химиче-
ских элементов, а геохимические процессы приводят к их концентрации или рас-
сеянию.
Геохимический цикл
– термин введенный А.Е. Ферсманом в 1922 г. и перера-
ботан В.И. Вернадским (1926-1930) – совокупность процессов, в котором элемент
после целого ряда миграций возвращается в старое состояние и соединения, что-
бы сызнова начать процесс. Одни круговые процессы протекают в пределах одной
геосферы, другие связаны с миграцией вещества в различных оболочках и разных
термодинамических условиях. Однако цикл не всегда замыкается и поэтому часть
атомов не возвращается в исходные состояния.
Следует вспомнить предложение А.Е. Ферсмана о выделении
геохимических
систем
– такого рода природного сочетания элементов, которые вызываются ос-
новными геотектоническими циклами земной коры или климатических режимом
определенных широтных зон.
Исходя из определений геохимии можно сформулировать следующие теоре-
тические и практические вопросы, рассматриваемые этим научным направлением.
Прежде всего необходимо представлять происхождение химических элемен-
тов во Вселенной. Широкое использование изотопов в геологии привело к разви-
тию нового направления –
изотопной геохимии
. Изучение закономерностей в хи-
мическом составе Вселенной, Земли и ее геосферах позволяет оценивать и про-
гнозировать различные геологические, геохимические и экологические ситуации.
Для оценки результатов миграции элементов широко используется
кларк
– сред-
нее содержание химических элементов в земной коре (термин введен
А.Е. Ферсманом в честь Ф. Кларка, впервые рассчитавшего средние величины для
пород земной коры).
Для того, чтобы представить поведение элементов, геохимия изучает связь
строения атомов с их свойствами и геохимической классификацией при учете
воздействия факторов и процессов.
В геосферах Земли изменяется соотношение между основными термодина-
мическими показателями (
Т
– температура,
Р
– давление,
С
– концентрация), по-
этому на миграцию и концентрацию элементов влияют различные геохимические
процессы, которые в обобщенной форме выделены в зонах действия магматизма,
метасоматоза, метаморфизма, гидротерм и гипергенеза.
Зона гипергенеза изучена лучше, поэтому самостоятельно рассматривается
геохимия гидросферы, осадкообразования, глин, газовой оболочки, биосферы. В
геологии широко используются аналитические методы геохимии, необходима
5
информация об особенности их применения, оценка производительности и точ-
ности.
Для поисков месторождений полезных ископаемых применяют геохимиче-
ские методы. Проводится геохимическое картографирование и районирование как
завершающая фаза исследований.
На основе общих представлений в области геохимии необходимо обязатель-
ное изучение частных региональных вопросов (геохимия Беларуси), анализ усло-
вий миграции, концентрации и индикации каждого элемента, их экологии.
Методология, предмет и задачи геохимии
Геохимия является необходимым направлением в цикле геолого-
минералогических наук и тесно связана с минералогией и петрографией. Методо-
логия геохимии базируется на общих законах диалектики и, в частности, на изу-
чении закономерностей миграции химических элементов в геологических систе-
мах. Предметом изучения геохимии являются атомы химических элементов Земли
и космоса, их распределение и миграция в магматических, метаморфических и
гипергенных системах под воздействием физико-химических процессов.
Научные задачи геохимии:
1. Изучение форм нахождения элементов, их миграции и концентрации в
геосферах Земли и космоса.
2. Выявление законов и закономерностей распространения и концентрации
химических элементов в геологических системах.
3. Термодинамика и геохимия магматических, метаморфических и гиперген-
ных процессов.
4. Разработка эффективных геохимических методов поисков полезных иско-
паемых, элементов-индикаторов генезиса горных пород и месторождений полез-
ных ископаемых.
5. Региональная геохимия.
6. Геохимия изотопов и их применение в геологических исследованиях.
Практические задачи геохимии:
1. Использование методов геохимии для поисков полезных ископаемых.
2. Применение геохимической информации об элементах для индикации не-
которых процессов, генезиса пород и минералов.
3. Решение экологических проблем, выявление техногенных геохимических
аномалий.
История геохимии, ее состояние и пути развития
До появления в печати термина ―геохимия‖ (Х.Ф. Шѐнбейн, 1838) ее корни
уходят во времена средневековья. Алхимики и их последователи в Европе пыта-
лись познать химический состав природных тел (Т. Парацельс, 1493-1541;
Г. Агрикола, 1494-1555). Английский врач и химик Роберт Бойль (1627-1691) ин-
тересовался химией океана и атмосферы. В 1676 г. Х. Гюйгенс высказал идею о
единстве химического состава космоса. Э. Галлею (1656-1742) принадлежит пер-
вая попытка определения возраста океана по накоплению в нем солей, приноси-
мых реками с поверхности суши.