Слайд 1Общая геохимия
проф. Сергей Геннадьевич Скублов
Лекция 1
Введение. История геохимии.
Слайд 2Курс геохимии состоит из:
1. Лекций (файлы будут розданы, но лекции
рекомендуется посещать: около 5 тестовых вопросов каждую лекцию, всего 100)
2.
Семинаров (лабораторных работ) – методичка есть в электронном виде:
2.1. Распространенность х/э
2.2. Графическое представление геохимических данных – 2 работы
2.3. Изотопная геохимия (геохронология)
2.4. Прикладная геохимия
2.5. Реферат (текст+презентация к декабрю)
Слайд 3Реферат на тему:
«Геохимия элемента»
История открытия и область применения.
Основные физические характеристики
и химические свойства.
Распространенность элемента, основные минералы – носители элемента.
Поведение в
геологических процессах.
Основные типы месторождений.
Экологическая геохимия элемента.
Слайд 4Источники информации для реферата:
Интернет
Солодов Н.А., Семенов Е.И., Бурков В.В.
Геологический справочник по тяжелым литофильным редким металлам. М.: Недра, 1987.
438 с.
Авдонин В.В. и др. Месторождения металлических полезных ископаемых. М.: Академический проект, Трикста, 2005. 720 с.
Гавриленко В.В., Сахоненок В.В. Основы геохимии редких литофильных металлов. Л.: Изд-во ЛГУ, 1986. 172 с.
Лазаренков В.Г., Марченко А.Г., Таловина И.В. Геохимия платиновых элементов. СПб.: СПГГИ, 1996. 93 с.
Иванов В.В. Экологическая геохимия элементов: Справочник: В 6 кн. М.: Недра, 1994-1997 гг.
Макрыгина В.А. Геохимия отдельных элементов. Новосибирск: Академическое изд-во «Гео», 2011. 195 с.
Слайд 5Учебники:
1. Перельман А.И. Геохимия. М.: Высшая школа, 1979, 1988, 2015.
2.
Барабанов В.Ф. Геохимия. Л.: Недра, 1985. 423 с.
Учебные пособия (есть
в оцифрованном виде):
3. Интерпретация геохимических данных / Скляров Е.В. и др. М.: Инт. Инж., 2001. 288 с.
4. Справочник по геохимии / Г.В. Войткевич и др. М.: Недра, 1990. 480 с.
Учебники по конкретным разделам (изотопная геохимия, геохимические методы поисков полезных ископаемых, экологическая геохимия и др.)
Слайд 6Первые учебники:
1927
в 4-х томах
1933-
Слайд 7Учебники, изданные в СССР (60-70 гг.):
1950
1966
1975
1968
Слайд 8Щербина В.В. Основы геохимии.1972.
1973
1976
Слайд 10Справочник по геохимии
1970
1977
1990
Слайд 11Зарубежные учебники, переведенные в СССР (достаточно оперативно):
1969
1969
Слайд 14Современные зарубежные учебники,
рекомендуемые (их) лекторами
2013
2012
Слайд 17Зарубежная литература:
Энциклопедия геохимии. 1999. 684 с.
Трактат геохимии.
10 томов. 2003.
16
томов. 2014. 815 с. (7500 $)
Слайд 18Современные отечественные учебники
Э.Ф. Емлин
Основы геохимии.
Екатеринбург, 2007
М.Г. Добровольская
Геохимия земной коры.
Москва, 2007
2006
Трудно купить,
много компиляции
из сильно устаревших
учебников
Слайд 21Интернет: развернутые программы курсов геохимии, файлы с презентациями лекций (как
правило, американских университетов)
Слайд 22Требования к студентам на лекциях
Слайд 23Термин «геохимия» впервые употребил профессор химии Университета г. Базель в
Швейцарии Х. Шенбейн в 1838 г.,
утверждавший, что необходимо прежде,
чем может идти речь о настоящей геологической науке, надо создать геохимию, которая должна обращать внимание на химическую природу и происхождение масс, образующих земной шар.
Термин «геохимия» был забыт до 1908 г. – публикация Ф. Кларком «The Data of Geochemistry»
Слайд 24Что представляет собой геохимия?
ГЕОХИМИЯ =
ГЕОЛОГИЯ + ХИМИЯ?
ГЕОХИМИЯ =
ХИМИЯ ЗЕМЛИ?
Слайд 25Геохимия использует приемы (методы, теоретические и практические подходы) химии для
решения геологических проблем
«Геохимик должен обладать геологическим мышлением» Д. Шоу
«Нельзя изучить
природу, глядя в тигель» Дж. Хеттон
Слайд 26«Геохимия изучает химические элементы земной коры и, насколько возможно, всей
планеты.
Она изучает их историю, их распределение во времени и пространстве.
Она
резко отличается от минералогии, которая в том же пространстве и в том же времени изучает историю соединений атомов – кристаллов и молекул.» В.И.Вернадский
Слайд 27«Геохимию можно назвать естественной историей химических элементов»
Gibson, 1949
«Геохимия - наука
о химическом составе Земли и законах распространения, распределения, миграции химических
элементов» А.П. Виноградов
Слайд 28Основная проблема геохимии - выяснение характера распределения химических элементов в
земной материи и причин этого распределения (В.М. Гольдшмидт)
В настоящее время
объекты исследования геохимии расширены до планет земной группы (Меркурий, Венера, Земля и Марс), Луны, астероидов и др. «каменных» объектов.
Не путать с более общей наукой космохимией, которая синтезирует данные химии, геохимии, физики и астрономии.
Слайд 29Различие химического и геохимического мышления:
1. Крайняя неравномерность распределения элементов в
земной коре. Разница в концентрациях. Формы нахождения элементов могут быть
различны.
2. Внешние факторы воздействия на геосистему в земной коре ограничены сравнительно узкими рамками.
3. Химические элементы присутствуют в виде солей, растворов, расплавов в разных системах, в которых элемент не может проявить своих свойств. До того, пока эта система не разрушится, элемент зависит от нее.
Слайд 30Взаимосвязь геохимии с другими науками и разделами геологии
Барабанов, 1985
Слайд 32Взаимоотношение геологических дисциплин и иерархия объектов их исследования
Костов, 1971
Геохимия «выросла»
из генетической минералогии
Слайд 35Объекты исследования геохимии
Геохимия элементов и групп элементов.
Геохимия пород
и др. (напр., углеводородов).
Геохимия минералов.
Геохимия процессов.
Геохимия систем:
абиогенные – процессы механической и ф/х миграции элементов;
биокосные – взаимопроникновение живых организмов и неорганической материи;
техногенные системы – ведущее значение техногенной миграции элементов.
6. Прикладная геохимия (геохимия МПИ).
Слайд 36В настоящее время в геохимии существует тенденция детализации исследуемых элементов
в пределах конкретных ограниченных систем и объектов
2006
2011
2011
Слайд 37ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ГЕОХИМИИ
Как самостоятельная научная дисциплина геохимия могла возникнуть только
после полного формирования двух наук:
геологии и химии.
Слайд 381. Этап накопления фактов («аморфная фаза» по Д.М. Шоу) –
до конца 19 века.
а) Открытие новых элементов (67) и минералов.
б) Создание Периодической системы элементов (Таблица Д.И. Менделеева).
в) Появление оптического спектрографа в 1859г.
г) Вычисление средних содержаний элементов в горных породах Ф.В. Кларком (1889).
Слайд 392. Этап систематизации полученных данных («фаза кристаллизации» геохимии как науки)
В.И.
Вернадский (1863-1945) будучи заведующим кафедры минералогии МГУ (1908-1911) установил безминеральное
существование элементов (рассеянные формы) в земной коре. Согласно закону Вернадского-Кларка, все элементы есть везде, но в разных концентрациях. Вернадский также занимался изучением содержания элементов в биосфере.
А. Е. Ферсман (1883-1945) впервые в 1911 г. прочел курс лекций по геохимии. Он является автором “Геохимии” в 4х т.
Активная эксплуатация сырьевых ресурсов способствовало развитию геохимии руд.
В. М. Гольдшмидт (1887-1947) занимался геохимией минералов, кристаллохимией. Он впервые стал объяснять геохимические процессы различными ионными радиусами элементов (для живого вещества это не верно).
Слайд 40Вернадский Владимир Иванович
(1863-1945), естествоиспытатель, мыслитель и общественный деятель; основоположник
геохимии, биогеохимии, радиогеологии, гидрогеологии; создатель ряда научных школ;
Академик Петербургской
Академии наук (1912), РАН (1917), АН СССР (1925), первый президент АН Украины (с 1919).
Профессор Московского университета (1898—1911), ушёл в отставку в знак протеста против притеснений студенчества. Организатор и директор Радиевого института (1922—39), биогеохимической лаборатории (с 1928; ныне ГЕОХИ РАН).
Идеи Вернадского сыграли выдающуюся роль в становлении современной научной картины мира: разработка целостного учения о биосфере, живом веществе (организующем земную оболочку) и эволюции биосферы в ноосферу, в которой человеческий разум и деятельность, научная мысль становятся определяющим фактором развития, мощной силой, сравнимой по своему воздействию на природу с геологическими процессами.
Учение Вернадского о взаимоотношении природы и общества оказало сильное влияние на формирование современного экологического сознания. Развивал традиции русского космизма, опирающегося на идею внутреннего единства человечества и космоса.
Слайд 41Ферсман Александр Евгеньевич
(1883-1945) - известный геолог, выдающийся минералог и
геохимик. Ученик В.И. Вернадского.
В 1918-1919 гг. А.Е. Ферсман - профессор
Петроградского университета, где читал курс «Геохимия России». С 1919 г. академик РАН. Один из основателей военной геологии. Организатор новых научных направлений и популяризатор минералогии и геохимии. Один из основоположников геохимии. Большое внимание уделил проблеме кларков и миграции элементов. Предложил геоэнергетическую теорию энергий кристаллических решёток.
Особо важное прикладное значение имели исследования Хибинских тундр (с 1920) и Мончетундры (с 1930), где при его участии были открыты месторождения апатита и медно-никелевых руд. Один из первых обосновал необходимость применения геохимических методов при поисках месторождений полезных ископаемых. Много внимания уделял проблемам региональной геохимии и ещё в 1926 наметил впервые Монголо-Охотский геохимический пояс.
Важный цикл его исследований посвящен изучению гранитных пегматитов («Пегматиты», 1931). Ферсман был крупнейшим знатоком драгоценных и поделочных камней. Вице-президент (1927–29) АН СССР. Директор Радиевого института АН СССР (1922–26), председатель Уральского филиала АН СССР (1932–1938), Кольской базы им. С. М. Кирова при АН СССР (1930–45), директор института кристаллографии, минералогии и геохимии им. М. В. Ломоносова (1930–1939) и института геологических наук АН СССР (1942–45).
Слайд 42Виктор Мориц Гольдшмидт
(Victor Moritz Goldschmidt нем., 1888-1947)
Родился в
Цюрихе, потом переехал в Осло.
Химик и геолог, один из основоположников
геохимии и кристаллохимии. Придумал геохимическую классификации элементов, предложил закон изоморфизма, названый его именем.
Выдвинул одну из первых теорий относительно состава и строения глубин Земли, причем предсказания Гольдшмидта подтвердились в наибольшей степени.
Серия его работ под названием «Геохимия элементов» считается началом геохимии. Работы Гольдшмидта о атомных и ионных радиусах оказали большое влияние на кристаллохимию. Одним из первых рассчитал состав верхней континентальной коры.
Во время немецкой оккупации Гольдшмидт был арестован, но незадолго до запланированной отправки в концентрационный лагерь был похищен Норвежским Сопротивлением, и переправлен в Швецию. Затем он перебрался в Англию, где жили его родственники.
После войны он вернулся в Осло, и умер там в возрасте 59 лет. Его главный труд «Геохимия» был отредактирован и издан посмертно в Англии в 1954 году.
Слайд 43Современное название величин, характеризующих распространенность элементов, - кларки. Ф. Кларк
проделал титаническую работу. Он проанализировал данные по химическому составу большого
количества минералов и горных пород; этих данных было более 5000. В 1889 г. Кларк опубликовал первую сводную таблицу среднего химического состава земной коры. Спустя 20 лет появился гораздо более весомый труд, в котором Кларк обобщил работы почти 1000 исследователей (Data of Geochemistry, 1908). В этом справочнике можно было найти данные о составе горных пород, почв и вод. Вскоре Кларк с помощью геолога Г. Вашингтона произвел классический расчет среднего содержания химических элементов в условном слое земной коры толщиной 16 км. Данные Кларка и Вашингтона для наиболее распространенных элементов с тех пор изменялись в незначительной степени.
Френк Кларк
(Frank Wigglesworth Clark, 1847-1931)
Руководитель химической лаборатории Геологической службы США.
«Отец Геохимии». Заново ввел в обращение название этой науки.
Слайд 443. «Статистический этап» - дальнейшее накопление и обработка геохимической информации
на принципиально новом уровне.
Бурное послевоенное развитие геохимии и космохимии
в связи с непрерывным совершенствованием аналитических методов и технических возможностей, растущими потребностями промышленности в редких элементах.
Слайд 45Достижения отечественной геохимии (прикладной геохимии)
Faure, 1998
Россия и США лидеры по
открытию минералов 60 элементов
Слайд 47The Association of Applied Geochemists
Слайд 48Ежегодные
геохимические
конференции
имени
В.Гольдшмидта
Слайд 49 * Theme 1:Nebular Processes, Planet Formation and Comparative Planetology
* Theme 2:Earth, The Early Years: Building a Habitable
Planet
* Theme 3:The Deep Earth: Formation, Evolution and Dynamics
* Theme 4:Mantle to Crust: Ocean Ridge and Intraplate Volcanism
* Theme 5:Continental Crust Formation, Tectonics and Orogeny
* Theme 6:Recycling: Subduction, The Mantle Wedge and Arc Volcanism
* Theme 7:Evolution of Earth's Surface Environment
* Theme 8:Interfaces and Interfacial Processes from the Nano- to Continental Scale
* Theme 9:Earth's Resources I: Origin and Sustainable Exploitation of Oil/Water/Gas systems
* Theme 10:Earth's Resources II: Origin and Sustainable Exploitation of Fluids and Ore Deposits
* Theme 11:Climate Change: Processes and Records
* Theme 12:Sources, Sinks and Impact of Atmospheric Aerosols
* Theme 13:Global Geochemical Challenges: Past Record and Future Impact
* Theme 14:Ocean Chemistry Past and Present
* Theme 15:Human Activities: Environmental Impact, Consequence and Remediation
* Theme 16:Life at the Edge: Extreme Environments
* Theme 17:Microbes Rock: Biogeochemical Activity and Biosignatures
* Theme 18:Frontiers in Analytical Techniques
* Theme 19:Frontiers in Computational Geochemistry
* Theme 20:General sessions
* Theme 21:Extraction and Environmental Industries
Слайд 50Половина направлений современной геохимии связано с глобальными проблемами существования человечества
(ноосферы по В.И. Вернадскому):
экология;
изменение климата:
биогеохимия;
геохимия атмосферы и гидросферы;
проблемы энергоресурсов
и др.