Лекция 1. ГЕОХИМИЯ И ЕЕ МЕСТО СРЕДИ ДРУГИХ НАУК 1.1
реклама
Лекция 1. ГЕОХИМИЯ И ЕЕ МЕСТО СРЕДИ ДРУГИХ НАУК 1.1. Геохимия и ее место среди родственных дисциплин Термин "геохимия" введен К. Ф. Шенбейном в 1838 г. Согласно определению выдающегося русского ученого В. И. Вернадского, который по праву считается одним из основателей современной геохимии, "геохимия научно изучает химические элементы, т.е. атомы земной коры и, насколько возможно, всей планеты. Она изучает их историю, их распределение и движение в пространстве-времени, их генетические на нашей планете соотношения" (1927 г.). К этой формулировке довольно близко определение А.Е. Ферсмана: "Геохимия изучает историю химических элементов-атомов в земной коре и их поведение при различных термодинамических и физико-химических условиях природы". Геохимия – наука о распространенности, распределении (концентрации и рассеянии) и процессах миграции химических элементов и их стабильных изотопов в геосферах Земли Основные проблемы геохимии, вытекающие из этого определения, А.А. Сауков определил так: 1. Выявление закономерностей распределения отдельных химических элементов в различных оболочках Земли, выяснение качественного и количественного состава геосфер и причин, определяющих различную распространенность элементов. 2. Выяснение закономерностей миграции химических элементов в земной коре и причин неравномерного распределения их в различных участках земной коры. 3. Геохимия отдельных областей. Выяснение закономерностей в распределении элементов между отдельными геологическими системами в связи с их возрастом, тектоникой, составом и др. 4. Геохимия отдельных элементов. Изучение поведения того или иного атома при различных термодинамических условиях и на различных стадиях ее космической и геологической истории. Геохимия тесно связана с науками геологического профиля: минералогией, петрографией, литологией, учением о полезных ископаемых, а также с рядом других дисциплин – химией, физикой, астрофизикой, экологией и др. (рис. 1.1). Астрофизика Космохимия Эксперименталь ная физика Астрономия Учение о полезных ископаемых Физика твердого тела Минералогия ГЕОХИМИЯ Кристаллография Кристаллохимия Физика Химия Термодинамика Физическая химия Математика Геология Математическая статистика Геофизика Петрография Литология Биология Почвоведение География Рис. 1.1. Место геохимии среди естественных дисциплин ГЕОХИМИЯ Геохимия литосферы Региональная геохимия Геохимия ландшафтов Геохимия литогенеза Биогеохимия Органическая геохимия Гидрогеохимия Геохимия процессов Аналитическая геохимия Физическая геохимия Изотопная геохимия Радиогеохимия Рис. 1.2. Отраслевая структура геохимии В зависимости от решаемых задач, геохимия носит многоотраслевой характер (рис. 1.2) и подразделяется на: геохимию аналитическую, физическую, геохимию литосферы, геохимию процессов, региональную геохимию, гидрогеохимию, радиогеохимию, изотопную геохимию, радиогеохронологию, биогеохимию, органическую геохимию, геохимию ландшафта, геохимию литогенеза. 1.2. Геохимия литогенеза Для нефтяника одним из основных разделов геохимии является геохимия литогенеза. Геохимия литогенеза – раздел, изучающий химический состав и физико-химические условия формирования осадочных горных пород и руд, их эволюцию в ходе геологической истории, распространенность химических элементов в осадочных породах и гидросфере Геохимия литогенеза тесно связана общим объектом исследования с литологией. При реконструкции геохимических процессов используются данные стратиграфии, геотектоники, палеогеографии и океанологии, а также наблюдения над современными процессами выветривания, осадконакопления и данные экспериментального воспроизведения равновесных систем (карбонатных, фосфатных, солевых и др.) в качестве моделей процессов и реакций геологического прошлого, с внесением в них необходимых поправок на эволюционные изменения физико-химических условий осадочного породообразования. Геохимия литогенеза изучает процессы, протекающие при относительно низких температурах и давлениях, ограниченных интервалом в пределах между значениями, характерными для земной поверхности и верхней границы области регионального метаморфизма. Геохимия литогенеза охватывает изучением все стадии осадочного породообразования (литогенез), включая выветривание и мобилизацию исходных веществ в области денудации, их перенос реками в конечные водоёмы стока (внутриматериковые, морские и океанические), накопление в толще формирующихся осадков и последующее изменение и перераспределение вещества в процессах диагенеза, катагенеза и эпигенеза. Геохимия литогенеза ставит своей целью установление количественных соотношений различных форм переноса элементов в виде истинных и коллоидных растворов, комплексных соединений, механических взвесей, сорбций на глинистых и др. минералах, равно как и выявление количественных закономерностей пространственного распределения элементов в водной среде и в толще осадков. Ведущее значение в геохимии литогенеза имеют представления о равновесиях между газами атмосферы, ионным составом вод океана и донными осадками (алюмосиликатные и карбонат-бикарбонатные равновесия), учение об осадочной дифференциации элементов и о зональном их распределении на площади бассейнов. В этой связи рассматривается проблема соотношения кларкового (рассеяние) и рудного (концентрация) процессов, решение которой представляет большой практический интерес при поисках скрытых рудных залежей. Значение различных типов химических реакций в образовании осадочных рудных месторождений неодинаково на разных стадиях литогенеза. При формировании месторождений кор выветривания (бокситы, железные и никелевые руды) ведущая роль принадлежит реакциям окисления и гидролиза; в образовании месторождений солей – реакциям осаждения (кристаллизации) из истинных растворов (галогенез); в образовании месторождений фосфоритов, самородной серы, железных, марганцевых и урановых руд – химико-биологическим процессам, сопровождаемым реакциями восстановления и диффузионного перераспределения веществ в поровых растворах. Осадочное породо- и рудообразование и типы обусловливавших их химических реакций в значительной степени предопределялись физикогеографическими условиями, существовавшими на земной поверхности в тот или иной период геологического времени, режимом тектонических движений в пределах данного региона, интенсивностью вулканической деятельности и многими другими факторами. Геохимия литогенеза использует геохимические индикаторы при реконструкции фациальных и климатических условий седиментации, в частности солёности вод древних бассейнов, их газового режима, глубины и температуры. Ими являются соотношения химически близких пар элементов и изотопные отношения кислорода, серы, углерода и др. Особое внимание уделяется изучению органического вещества, которое является не только источником горючих газов и нефтей, но и фактором, определяющим процессы восстановления и миграции поливалентных элементов, образования подвижных элементоорганических соединений и комплексов. Геохимия литогенеза имеет непосредственное отношение к проблеме геохимического баланса химических элементов во внешних оболочках Земли. Фундаментальной особенностью осадочных пород является отчётливо выраженное различие между их составом и средним составом пород "гранитной" оболочки, представлявшей собой главный источник осадочного материала в течение последних 2–3 млрд лет земной истории. Различие заключается, прежде всего, в повышенном, против баланса, содержании в породах осадочной оболочки воды, углекислоты и органического углерода, а также S, Cl, F, В и др. "избыточных летучих". Другой важной особенностью осадочных пород является высокое содержание в них кальция, сдвиг отношения K/Na в пользу калия, более высокое отношение окисного железа к закисному, повышенное содержание сульфатной серы по сравнению с кристаллическими породами "гранитной" оболочки. Эти свойства наиболее отчётливо выражены в платформенных осадках, т. к. они представляют собой продукты наиболее глубокого выветривания и резко выраженной поверхностной дифференциации. Геосинклинальные осадки испытывали менее интенсивные изменения (особенно пески) и их состав приближается к составу материнских пород. Малой дифференцированности состава осадков противостоят в геосинклинальных областях глубокие их преобразования, связанные с погружением реакционноспособных минералов в области повышенных температур и давлений. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Что такое геохимия? Исходя из формулировок разными авторами понятия «геохимия», составьте перечень задач, которые решает эта наука. 2. Какие проблемы решает геохимия, согласно представлениям А.А. Саукова? 3. На основе анализа рис. 1.1 поясните место геохимии среди естественных наук, обоснуйте связь геохимии с другими естественными науками. 4. На основе анализа рис. 1.2 докажите многоотраслевой характер геохимии; сформулируйте задачи, решаемые каждой отраслью. 5. Дайте определение понятию «геохимия литогенеза». Исходя из определения, установите, какие задачи решает геохимия литогенеза. 6. Какова цель геохимии литогенеза? Охарактеризуйте роль и особенности геохимии литогенеза. 7. В чем заключается проблема геохимического баланса химических элементов во внешних оболочках Земли? СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Барабанов В. Ф. Геохимия. – Л: Недра, 1985. – 423 с. 2. Браунлоу А. Х. Геохимия: пер. с англ. – М: Недра, 1984. – 463 с. 3. Сауков А. А. Геохимия. – М: Наука, 1975. – 480 с. 4. Справочник по литологии / Под ред. Н.Б. Вассоевича, В.Л. Либровича, Н.В. Логвиненко, В.И. Марченко. – М.: Недра, 1983. – 509 с.
