Geochemie

Geochemistry aplikovat nástroje a koncepce chemie ke studiu na Zemi a obecněji planet . Do určité míry jsou vzorky přístupné pro chemický výzkum (zejména studiem meteoritů ) nebo přítomnost chemických prvků je stanovována nepřímými metodami, což umožňuje této vědní disciplíně studovat relativní množství a absolutnost těchto prvků , jejich distribuci a jejich migrace během planetární diferenciace . Tyto studie nakonec umožňujíhledat obecné zákony chování hmoty v planetárním měřítku, které spojují tuto disciplínu s kosmochemií, pokud se zajímají o planetární a intraplanetární procesy formování. Pokud jde o Zemi, cílem této disciplíny je znát cykly, kterými je většina chemických prvků vedena střídavě na povrchu a do hloubky na planetě. Pokud jde o sediment, geochemie studuje chemické jevy, které probíhají od rozhraní voda-sediment do hloubky samotného sedimentu.

Historické prvky

Rus Michail Lomonosov je tradičně považován za otce této vědní disciplíny  (v) , vědec studovat ložisek nerostných surovin v XVIII -tého  století. O století později položili chemici a mineralogové jako Martin Heinrich Klaproth , Lavoisier , Berthollet nebo Fourcroy základy anorganické chemie, která spadá pod geologii a geochemii.

Vynález termínu „geochemie“ je přičítán německému chemikovi Christianovi Schönbeinovi v roce 1838. Téměř celé století se však k označení této disciplíny nejčastěji používal termín „chemická geologie“ a mezi geology je malý kontakt a chemici.

Rus Vladimir Vernadsky a jeho německo-norští kolegové Victor Moritz Goldschmidt a Američan Frank Wigglesworth Clarke jsou považováni za zakladatele moderní geochemie ve 20. letech 20. století .

Nejprve s rozšířením chemie prostřednictvím povrchové mineralogie získala geochemie po druhé světové válce , v době rozvoje izotopové geologie (absolutní geochronologie) , samostatný status disciplíny . Svým transdisciplinárním přístupem je geochemie dobrým příkladem fúze mezi několika obory s odlišnými cíli, jako je fyzika , biologie , paleontologie (také multidisciplinární disciplína) atd.

Oblasti použití

Z aplikačního hlediska jsou cíle geochemie mimo jiné:

• stanovení složení různých pozemských obalů, jejich vývoje, od vyšších vrstev atmosféry po semeno  ;
• kvantifikace přenosů hmoty a energie na Zemi; identifikace a kvantifikace interakcí mezi různými obálkami nebo zásobníky  ;
• identifikace a charakterizace chemických, mechanických, mineralogických nebo jiných procesů, které mění chemické složení geomateriálů a způsobují jejich diferenciaci  ;
• určování stáří hornin a událostí, které ovlivnily Zemi, pomocí geochronologie  ;
• studium minulých podmínek prostředí ( paleoenvironmentments ).

Ve svých teoretických a aplikovaných důsledcích pokrývá geochemie endogenní i exogenní procesy na organickém nebo anorganickém materiálu . Aplikace geochemických metod ke studiu živých bytostí tak dala vzniknout biogeochemii . Dvě největší pole však zůstávají geochronologií a studiem „horkých“ (v hloubce) nebo „studených“ (na povrchu) hornin na Zemi nebo v jiných planetárních systémech.

Hlavní principy

U uvažovaného typu materiálu a / nebo geologické jednotky jsou měření a studie různých chemických prvků a informace, které mohou poskytnout, silně spojeny s jejich relativním množstvím, které se nazývá chemické složení materiálu.

• Nejhojnější prvky, které obvykle tvoří přibližně 95–99% materiálu, jsou v konkrétním kontextu studie označovány jako hlavní prvky . Tato studie se pak nejčastěji provádí na rozhraní s mineralogií , vzhledem k tendenci těchto prvků organizovat se do více či méně definovaných fází , minerálů .
• Méně hojné chemické prvky, řádově jedno procento a nazývané vždy kontextově vedlejší prvky , v závislosti na fyzikálně-chemických podmínkách, tvoří fáze , ve formě pomocných minerálů.
• Nakonec se o zbytku chemických prvků, přítomných ve velmi malém až nepatrném množství, říká, že jsou stopové nebo také nazývané stopové prvky . Jejich chování během diferenciačních procesů je nejčastěji vysvětleno použitím termochemické teorie rovnováhy ve zředěném médiu, zahrnující představu sdílení těchto prvků pod účinkem zákona hromadné akce .
• Vzhledem k tomu, hrubě první třetině XX -tého  století, vývoj hmotnostní spektrometrie umožnila rozšíření chemických měření, aby se měření izotopu . Tento aspekt, který není striktně řečeno „chemický“, je však zcela pochopen a integrován do geochemie, i když je někdy kromě elementární geochemie (ve smyslu geochemie chemických prvků ) specifikován také pod pojmem izotopová geochemie . Na praktické úrovni existují dva typy variací v poměrech izotopů , mezi stabilními izotopy a mezi radioaktivními nebo radiogenními izotopy :
  • Dva stabilní izotopy stejného chemického prvku se rozdělily mezi dvě fáze kvůli kvantovým účinkům, pokud teplota není příliš vysoká (termín frakcionace znamená, že jejich poměr hojnosti není mezi dvěma fázemi stejný). Jednou z nejznámějších aplikací je kyslíkový paleotermetr k dešifrování změn průměrné teploty zemské atmosféry za posledních čtyři sta tisíc let.
  • Radioaktivita je transmutace mateřské izotopu radioaktivního izotopu ve syna, řekl radiogenic. Jednoduchost zákona radioaktivního rozpadu a jeho nehmotnost jsou základem geochronologie , vědy o absolutním datování.

Ačkoli jsou tyto teoretické principy často převzaty z hypotézy termodynamické rovnováhy, význam minerálních metastabilit konfrontovaných s dlouhými geologickými dobami, které umožňují chemickým difúzním procesům někdy hrát roli v kinetickém vývoji materiálů, činí z geochemie jedinečné pole ve srovnání s tradiční termochemie.

Metody analýzy

Analýza hornin, minerálů a dalších geomateriálů zahrnuje mnoho druhů fyzikálně-chemické analýzy. Zde je několik:

• mikrofotografie  : přípravu tenké ostří hornin a pozorování optickým mikroskopem , zejména na polarizované světlo  ;
• chemická analýza Elementární analýza: stanovení elementární složení hornin ( hmotnostní koncentrace různých prvků, obvykle přeložených ve formě oxidů na hlavních složek); zpočátku prováděné chemickými reakcemi (testy) prvek po prvku, tyto analýzy jsou nyní prováděny pomocí globálních fyzikálních metod poskytujících koncentraci všech prvků, jako je hmotnostní spektrometrie se zdrojem plazmy nebo rentgenová fluorescenční spektrometrie  ;
• fáze analýza pomocí X-ray difrakce  : máme přístup do krystalické struktury složek, a proto lze určit povahu fází, například rozpoznat různé formy krystalizace křemičitého nebo zjistit, v případě, že vápník je ve formě CaO nebo CaCO 3 .

Podívejte se také

Bibliografie

• (en) Frank Wigglesworth Clarke , The data of geochemistry , United States Geological Survey Bulletins č. 330 (1908), č. 491 (1911), č. 616 (1916), č. 695 (1920), č. 770 (1924) )
• Alexandre Fersman , Rekreační geochemie , Cizojazyčné vydání,1958, 437  s.
• Albert Jambon, Alain Thomas, geochemie. Geodynamika a cykly , Dunod,2009, 416  s. ( číst online )

Související články

• Geologie izotopů  :
  • Radiochronologie  ;
• Paleoklimatologie  ;
• Paleoenvironment  ;
• Geochemické pozadí
• Disciplíny:
  • Biogeochemie  ;
  • Kosmochemie  ;
  • Geologie  ;
  • Mineralogie  ;
• Vědci:
  • Victor Goldschmidt , spoluzakladatel moderní geochemie a krystalografie s Vladimírem Vernadským  ;
  • Claude Allègre , hlavní organizátor rozvoje geochemie ve Francii, na CNRS a na IPGP .

Poznámky a odkazy

1. René Taton , Obecné dějiny vědy , Presses Universitaires de France,1957, str.  360
2. (in) Helge Kragh, „Od geochemie ke kosmochemii: vznik vědecké disciplíny, 1915-1955“ v Carsten Reinhardt, chemická věda ve 20. století: Překlenovací hranice , John Wiley & Sons,2008( číst online ) , s.  160–192
3. Gennadi Aksenov, Vernadsky. Francie a Evropa , Maison des Sciences de l'Homme d'Aquitaine,2019( číst online ) , s.  195
4. Viz: K historii geochemie , René Létolle (1996)
5. Následné spory o globální oteplování nezhoršují zásluhy manažera Clauda Allègreho v tomto dřívějším období jeho kariéry. Viz toto téma: [1] Zřízení národního institutu v rámci CNRS, INAG , Gérard Darmon.
6. Když byl Claude Allègre ředitelem IPGP , byl tento orgán jednou z hlavních složek Národního ústavu pro astronomii a geofyziku (INAG), který byl sám připojen k CNRS (INAG existoval od roku 1967 a stal se INSU v roce 1985).