Геохімія

Геохимия

Есть що виник у глибині століть вислів: «Перш ніж вважати зірки, подивися серед кімнати». По-науковому може бути перефразувати так: «Вивчаючи зірки й галактики, не менше уваги стоїть приділяти земним надрам», Причому лише з тим метою, щоб знайти у них нові корисні копалини. До того ж і далі, щоб детально з’ясувати, як вони, ті ж земні надра, формувалися протягом мільярдів років і які закономірності управляли та керують їх проведення. Нашу планету часто називають гігантської хімічної лабораторією. Ми уточнили: фізико-хімічної, оскільки бачимо нині розподіл і склад тисяч гірських порід і мінералів — це результат дії багатьох і фізичних, і хімічних процесів. Вони повинні бути об'єктом дослідження кількох наукових дисциплін. Серед таких дисциплін місце, безумовно, належить геохимии.

Что йому це за наука? Якщо ми напишемо таке «рівняння»: «геохімія = геологія + хімія», воно, звісно, буде справедливим, але почасти. Геохімію часто розглядають як деяку гибридную наукову область, що виникла за українсько-словацьким кордоном геології і химии.

Но це, мабуть, занадто приблизне уявлення, хоч і що було загальноприйнятим. Можна навіть висловити злегка крамольну думку, що сама термін «геохімія», можливо, виник, зокрема, оскільки у арсеналі наукових понять не знайшлося більш підхожого. Він виник останньої чверті в XIX ст., і швидше всього, його запустив у вжиток з перших професійних геохимиков-американский учений — Ф. Кларк.

Кларк розмірковував так: кожна гірська порода, будь-який минерал-своеобразная хімічна система. Під. дією різних агентів у ній відбуваються різноманітні хімічні зміни. У результаті виходить система, більш стійка. Предмет геохімії полягає у вивченні цих изменений.

Выдающийся росіянин і радянський учений У. І. Вернадський з права вважається однією з засновників сучасної геохімії. У 1927 р. він розшифрував неї давав: «Геохімія науково вивчає хімічні елементи, тобто. атоми земної кори і, наскільки можна, всієї планети. Вона вивчає історію, їх розподіл і спрямування просторі-часі, їх генетичні на, планеті соотношения».

Вот тут доречно помітити, що ми зовсім не від гаразд знаємо планету Земля. Мабуть, зоряні світи та інші астрономічні об'єкти чи будову та властивості атомних ядер є менш загадковими. Інший найбільший радянський геохімік — А. Є. Ферсман якось дуже тонко зауважив, якби земну кулю був завбільшки з кавун, та наша насичення глиб його вимірювалося б десятими частками міліметра. Нещодавно сверхглубокая свердловина на Кольському півострові в Росії досягла одиннадцатикилометровой глибини, і що глибше проникає свердло бура, тим паче несподіваними виявляються результати дослідження. Земне кора має товщину близько тридцяти км під континентами і майже 5 км під океаном. Нижче кордону земної кори розташовується багато в чому загадковий шар Мохо, під назвою це у честь сербського геохимика Мохоровичича. Нижче шару Мохо до глибини 2900 км розташовується мантія. І, насамкінець, у середині, у центрі планети Земля, перебуває ядро. Але приводу будівлі мантії і більше ядра, і навіть їх химического складу існують у тій чи іншій мері обгрунтовані припущення. Саме тому експериментальна геохімія поки виявляється досить «поверхневою» наукой.

Остановимся на визначенні У. І. Вернадського, сучасна геохімія вивчає історію атомів хімічних елементів Землі, точніше, земної кори. Сфера земної кори дуже невелика, їхньому частку яких припадає всього 0,5% загальної маси планети (на частку мантии-68,1%, частку ядра- 31,4%).

Когда говорять про значенні періодичного закону Д. І. Менделєєва, обов’язково згадують, що він мав і зараз має важливого значення у розвиток геохімії. У самому* справі, сучасна геохімія, якщо вже покликана вивчення історії атомів хімічних елементів, немислима без періодичної системи та «теоретичних поглядів на будову атомов.

Еще у середині 20-х найбільший геохімік з Норвегії У. Гольдшмидт запропонував геохімічну класифікацію: елементів, обперту на менделеевскую таблицю. Він пов’язав її і з закономірностями побудови зовнішніх електронних оболонок атомів і іонів. У основних рисах ця класифікація збереглася й в наші дни.

В відповідність із нею все хімічні елементи розбиваються чотирма геохімічні группы.

Самая численна їх — перша, куди входять 54 елемента, тобто. понад половина елементів, що у природі. Вони називаються литофилъными, тобто. дослівно в перекладі із грецької яетра. означає «камнелюбивые». Вони становлять основу більшості гірських порід і легко утворюють кисневовмісні мінерали. З точки зору будівлі атомів литофильные елементи мають характерний загальний ознака: на зовнішньої електронної оболонці їх іонів міститься 8 електронів. Ці елементи в вільному стані земної корі існувати що неспроможні. Близько 95% земної кори складається з сполук литофильных елементів. Які ж, нарешті, це елементи? Лужні і щелочноземельные метали, галогены, алюміній, кремній, вуглець, титан, рідкісноземельні елементи, торій, уран і др.

Следующая по численности-группа халькофильных елементів («меднолюбивых» у перекладі грецького). Їх дев’ятнадцять, і свій назва вони у зв’язки Польщі з певні властивості міді, яку схожі у своїй геохимическом поведінці. Ці елементи чітко виявляють схильність утворювати природні з'єднання з сірою економікою та її аналогами за групою періодичної таблиці Д.І. Менделєєва — селен і телуром. На зовнішньої оболонці катионів халькофильных елементів міститься 18 електронів. До халькофилам належать такі елементи, як мідь, срібло, золото, цинк, ртуть, германій, свинець, сірка; що з них зустрічаються у природі у вільному виде.

Сидерофилъных (чи «железолюбивых») елементів одинадцять. Чимало їх ми зустрічаються в самородном стані. Це елементи VIII групи періодичної системи Д. І. Менделєєва: сімейство заліза і сімейство платинових металів, і навіть молібден і реній. На зовнішньої оболонці їх іонів міститься від 9 до 17 электронов.

Всего 8 простих речовин, складових земну атмосферу, належить до атмофильным. елементам (водень, азот, кисень та робити шляхетні гази). Їх атоми чи іони містять на зовнішньої оболонці 2 чи 8 электронов.

Эта геохимическая класифікація елементів чинить велике допомогу в вивченні найскладніших процесів хімічної диференціації різних речовин і сполук, у товщі земної кори й у метеоритах. Вона пояснює розподіл окремих елементів різноманітні верствам Землі. Можна навести аналогію з плавкою шихти в доменної печі. При доменної плавленні вгору видаляються гази, згори розплаву спливає шлак, під шлаком накопичуються сульфидные сполуки, а нижньої частини домни утворюється металеве залізо. Ми, що відбувається хіба що чітке поділ елементів па чотири геохімічні групи. Нагорі - газова фаза (атмофилы), нижче — шлаки, скупчення різних оксидів (литофилы), нижчі - сульфіди (халькофилы) і, нарешті, у самому споді - металеве залізо (сидерофилы).

Ученые вважають, що у світанку своєї освіти планета Земля була холодної та лише згодом що становить її речовина розплавилося під впливом гравітаційного стискування і теплоти розпаду радіоактивних елементів. Земля стала являти собою щось на кшталт гігантської доменної печі. Для її «дні» — у центрі планетиосідали розплавлені залізо, кобальт і нікель, типові сидерофильные елементи. Від центру до розташовувалися «сульфіди» і «шлаки», складові мантію і земну кору. До складу земної атмосфери ввійшли що виділялися під час цієї гігантської плавки гази — атмофилы. Потім як уже почалися остигання, виникла «земна твердь», з’явилися водойми. Мабуть, життя в Землі могла виникнути буде лише тоді, коли утворилася земна кора і з’явилася гідросфера — водна оболонка Земли.

В процесі «доменної плавки» утворювалися численні мінерали і руди, вивчення і розподілу і складу яких входить у завдання геохімії. Вона тісно пов’язані з геологією. У XX столітті виникла одна наукову дисципліну з кінця наук — біогеохімія. Засновником її було У. І. Вернадський. Вона вивчає геохімічні процеси, пов’язані з живою речовиною. Живі організми грають величезну роль міграції атомів. Результатом діяльності живих організмів є освіту ще з однією оболонки Земли-биосферы. І, насамкінець, назвемо ще гидрохимию — хімію гідросфери: вона також адже складова частина геохімії. Кожна з цих геохімічних «гілок» своїми методами вивчає історію атомів хімічних елементів. Існуюча модель земної кулі «земна кора — мантія — ядро» нині загальноприйнята. Більш-менш встановилися уявлення щодо складу цих сфер Землі. Щоправда, досягнення експериментальної геохімії в останнім часом кілька похитали сформовані уявлення. При бурінні свердловини на Кольському півострові з’ясувалося, що температура земних надр зростає з глибиною швидше, чому це передбачалося; трохи іншим виявилися склад парламенту й будова порід, залягаючих великих глубинах.

А що саме очікує учених далі за мері проникнення ще більші земні глубины?

По мері видалення від Землі збільшується стиснення, якому піддається речовина. Розрахунки вчених показують, що у земній ядрі тиск має сягати 3 млн. атм. За такої колосальному постійно чинному тиску дуже багато речовини хіба що металлизируются, переходить до металеве стан. З’являлася навіть гіпотеза, що ядро нашої планети складається з… металевого водню. (До речі, нещодавно США вченим вдалося одержати водень в металевому стані.) Усе це дуже проблематичним, якщо вважати, що Земля має железоникелькобальтовое ядро, то властивості цих металів за умов колосальних тисків повинні прагнути бути незвичними. При таких сжатиях можуть спостерігатися і ще більш надзвичайні явища: може змінюватися електронна структура атомів хімічних елементів, передусім зовнішні електронні оболочки.

Каждый хто легко зобразить будова атома калію. В нього 19 електронів: два на К-оболочке, вісім на L-оболочке, і навіть вісім на М-оболочке і тільки електрон зовнішньому N-оболочке. Але, як відомо, М-оболочка ще не заповненою і має десятьма «вакантними» місцями. Теоретики припускають, що з надвисоких тисках єдиний електрон із зовнішнього оболонки атома калію то, можливо переміщений одне з вільних місць у попередньої недобудованій оболонці. Утворюється незвичний атом: вона має заряд ядра той самий, як в калію, ядро атома залишається незмінною, але електронна конфігурація перебудовується. У ній замість чотирьох оболонок виявляється три, розподіл електронів у якій 2−8-9. Якби такий «неокалий» вдалося якимось чином приготувати в лабораторії і зберегти їх у такому незвичному стані, то, очевидно, властивості його були б дуже своєрідними. Адже хімічні особливості елементів залежать передовсім від будівлі зовнішніх електронних оболонок їх атомів. Цілком припустимо і підтверджується розрахунками, що у великих глибинах що така електронні перебудови реальні де він таки існувати атоми різних хімічних елементів із досить незвичними електронними конфігураціями. Тому сьогодні вже можна казати про нової області геохимической науки — геохімії високих давлений.

Многие завдання вирішує сучасна геохімія. Особливо велика її роль пошуках корисних копалин. Проте важливо і з її теоретичних значень — створення найважливіших узагальнень щодо еволюції речовини Землі у зв’язку з еволюцією атомів у космосі. Адже хімічний склад нашої планетице своєрідний відбиток давно протекавших космічних процесів, зокрема освіти хімічних елементів в зірках. Геохимическая історія атомів Землі тісно пов’язана з їхнім історією космічної, яку вивчає наука космохимия.

Список литературы

Для підготовки даної роботи було використані матеріали із російського сайту internet.