Geokemia

Geokemia soveltaa välineitä ja käsitteitä kemian tutkimuksen ja maapallon ja yleisemmin planeettoja . Näytteet ovat jossain määrin kemiallisia tutkimuksia varten (etenkin meteoriittien tutkimuksella ) tai kemiallisten alkuaineiden läsnäolo määritetään epäsuorilla menetelmillä, mikä antaa tämän tieteellisen tieteenalan tutkia näiden alkuaineiden suhteellista määrää ja absoluuttisuutta , niiden jakautumista ja heidän siirtymisensä planeettojen erilaistumisen aikana . Nämä tutkimukset lopulta sallivatetsiä yleisiä aineen käyttäytymisen lakeja planeettamittakaavassa, joka yhdistää tämän tieteenalan kosmokemiaan siltä osin kuin se on kiinnostunut planeettojen ja planeettojen sisäisistä muodostumisprosesseista. Maapallon osalta tämän tieteenalan tarkoituksena on tietää syklit, joilla suurin osa kemiallisista alkuaineista tapahtuu vuorotellen planeetan pinnalla ja syvyydessä. Sedimentin osalta geokemia tutkii kemiallisia ilmiöitä, jotka tapahtuvat veden ja sedimentin rajapinnasta itse sedimentin syvyyteen.

Historialliset elementit

Venäjän Mihail Lomonosov on perinteisesti pidetään isä tämän tieteenala  (in) , tiedemies tutkii mineraaliesiintymiä XVIII th  luvulla. Sata vuotta myöhemmin kemistit ja mineralogit, kuten Martin Heinrich Klaproth , Lavoisier , Berthollet tai Fourcroy, asettavat geologian ja geokemian alaan kuuluvan epäorgaanisen kemian perustan .

Termin "geokemia" keksintö johtuu saksalaisesta kemististä Christian Schönbeinistä vuonna 1838. Kuitenkin lähes vuosisadan ajan yleisin termi tälle tieteenalalle on "kemiallinen geologia", ja geologien ja kemistien välillä on vähän yhteyksiä.

Venäläisen Vladimir Vernadskyn ja hänen saksalais-norjalaisten kollegoidensa Victor Moritz Goldschmidtin ja amerikkalaisen Frank Wigglesworth Clarken katsotaan olevan modernin geokemian perustajia 1920-luvulla .

Ensinnäkin kemian laajentumisen kautta pinta-mineralogian avulla geokemia sai itselleen tieteenalan aseman toisen maailmansodan jälkeen , isotooppageologian (absoluuttisen geokronologian) kehityksen aikaan. Geokemia on monitieteisen lähestymistavansa ansiosta hyvä esimerkki useiden eri tavoitteiden omaavien fuusioiden, kuten fysiikan , biologian , paleontologian (myös monialaisen kurinalaisuuden), välillä.

Käyttöalueet

Sovelluksen kannalta geokemian tavoitteet ovat muun muassa:

• koostumuksen määrittämiseksi eri maanpäällisten kirjekuoret, niiden kehitystä, ylemmistä kerroksista ilmapiiri on siemen  ;
• aineen ja energian siirtymien kvantifiointi maan sisällä; sen eri vaippojen tai säiliöiden välisen vuorovaikutuksen tunnistaminen ja kvantifiointi  ;
• kemiallisten, mekaanisten, mineralogisten tai muiden prosessien tunnistaminen ja karakterisointi, jotka muuttavat geomateriaalien kemiallisia koostumuksia aiheuttaen niiden erilaistumisen  ;
• maapalloon vaikuttaneiden kivien ja tapahtumien iän määrittäminen geokronologian avulla  ;
• aiempien ympäristöolosuhteiden ( paleoympäristöt ) tutkimus.

Sen teoreettisen ja soveltavan seurauksia, geokemiaa kattaa sekä endogeenisen ja eksogeenisen prosesseja , on orgaanista tai epäorgaanista materiaalia . Siten geokemiallisten menetelmien soveltaminen elävien olentojen tutkimiseen synnytti biogeokemian . Kaksi suurinta kenttää ovat kuitenkin geokronologia ja "kuumien" (syvyydessä) tai "kylmien" (pinnalla) kivien, maapallon tai muiden planeettajärjestelmien tutkiminen.

Tärkeimmät periaatteet

Tarkastellun materiaalityypin ja / tai geologisen yksikön osalta eri kemiallisten alkuaineiden mittaukset ja tutkimukset sekä niiden tarjoamat tiedot ovat vahvasti sidoksissa niiden suhteelliseen runsauteen, jota kutsutaan materiaalin kemialliseksi koostumukseksi.

• Runsaimpia elementtejä, jotka yleensä muodostavat noin 95-99% materiaalista, kutsutaan tutkimuksen erityisessä yhteydessä tärkeimmiksi elementeiksi . Tämä tutkimus suoritetaan sitten useimmiten mineralogian rajapinnalla , johtuen näiden elementtien taipumuksesta organisoitua enemmän tai vähemmän määriteltyihin vaiheisiin , mineraaleihin .
• Vähemmän runsaat kemialliset alkuaineet, suuruusluokkaa yksi prosentti ja joita kutsutaan aina kontekstiltaan fysikaalis-kemiallisista olosuhteista riippuen pieniksi alkuaineiksi , muodostavat vaiheita lisämineraalien muodossa.
• Lopuksi, loput alkuaineita, läsnä hyvin pieniä hyvin pieniä määriä, sanotaan olevan jäljittää tai kutsutaan myös jäljittää elementtejä . Niiden käyttäytymisestä erilaistumisprosesseja useimmiten selitetään kautta soveltaminen lämpökemialliset teorian tasapainotilaan laimeassa tiedotusvälineissä, joihin sisältyy ajatus jakaa näiden elementtien alle vaikutuksesta massavaikutuslain toimia .
• Koska suunnilleen ensimmäisen kolmanneksen XX : nnen  luvulla, kehitys massaspektrometrialla on mahdollistanut laajentamisen kemiallisten mittausten mittausten isotoopin . Tämä näkökohta, ei tarkalleen ottaen "kemiallinen", ymmärretään kuitenkin täysin ja integroidaan geokemiaan, vaikka se määritetään toisinaan isotooppigeokemian alkeisgeokemian lisäksi ( kemiallisten alkuaineiden geokemian merkityksessä ). Käytännössä isotooppisuhteissa on kahden tyyppisiä vaihteluita: stabiilien ja radioaktiivisten tai radiogeenisten isotooppien välillä :
  • Kaksi saman kemiallisen elementin stabiilia isotooppia jakautuu kahden faasin välillä kvanttivaikutusten vuoksi, kunhan lämpötila ei ole liian korkea (termi fraktiointi tarkoittaa, että niiden runsaussuhde ei ole sama näiden kahden vaiheen välillä). Yksi tunnetuimmista sovelluksista on happipaleotermometri, jolla
  tulkitaan maapallon ilmakehän keskilämpötilan muutokset viimeisten neljän sadan tuhannen vuoden aikana.
• Radioaktiivisuus on transmutaatioon vanhemman isotoopin radioaktiivinen isotooppi poika, mainitun radiogeenisen. Radioaktiivisen hajoamisen lain yksinkertaisuus ja sen aineettomuus ovat geokronologian , absoluuttisen dating-tieteen perusta .

Vaikka nämä teoreettiset periaatteet ovat usein lainattu termodynaamisesta tasapainohypoteesista, mineraalien metastabiilisuuden merkitys pitkien geologisen ajanjaksojen edessä, jotka antavat kemiallisille diffuusioprosesseille joskus merkityksen materiaalien kineettisessä evoluutiossa, tekevät geokemiasta ainutlaatuisen kentän verrattuna perinteinen lämpökemia.

Analyysimenetelmät

Kivien, mineraalien ja muiden geomateriaalien analyysiin liittyy monenlaisia ​​fysikaalis-kemiallisia analyysejä. Tässä on muutama:

• mikroskooppikuva  : valmistetaan ohut terä kiven ja havainto optisella mikroskoopilla , erityisesti polarisoidun valon  ;
• kemiallinen analyysi Alkuaineanalyysi: määritetään alkuainekoostumus rock ( massapitoisuus eri elementtien, yleensä käännetty muodossa oksidien suurten elementtien); alun perin suoritetaan kemiallisilla reaktioilla (määrityksillä) elementtittäin, nämä analyysit suoritetaan nyt globaaleilla fysikaalisilla menetelmillä, jotka antavat kaikkien alkuaineiden konsentraation, kuten massaspektrometria plasmalähteellä tai röntgenfluoresenssispektrometria  ;
• vaihe analyysi mukaan röntgendiffraktiolla  : meillä on pääsy kiderakenne komponenttien, ja sen vuoksi me voimme määrittää luonteen vaiheet, esimerkiksi tunnistaa eri kiteytyminen piidioksidin tai tietää, jos kalsium on läsnä CaO tai CaCO 3 .

Katso myös

Bibliografia

• (en) Frank Wigglesworth Clarke , geokemian tiedot , Yhdysvaltain geologisen tutkimuskeskuksen tiedote nro 330 (1908), nro 491 (1911), nro 616 (1916), nro 695 (1920), nro 770 (1924) )
• Alexandre Fersman , virkistysgeokemia , vieraan kielen painokset,1958, 437  Sivumäärä
• Albert Jambon, Alain Thomas, geokemia. Geodynamiikka ja syklit , Dunod,2009, 416  Sivumäärä ( lue verkossa )

Aiheeseen liittyvät artikkelit

• Isotooppigeologia  :
  • Radiokronologia  ;
• Paleoklimatologia  ;
• Paleoympäristö  ;
• Geokemiallinen tausta
• Tieteenalat:
  • Biogeokemia  ;
  • Kosmokemia  ;
  • Geologia  ;
  • Mineralogia  ;
• Tutkijat:
  • Victor Goldschmidt , Vladimir Vernadskyn perustaja modernin geokemian ja kristallografian alalla  ;
  • Claude Allègre , Ranskan geokemian kehityksen pääjärjestäjä CNRS: ssä ja IPGP: ssä .

Huomautuksia ja viitteitä

1. René Taton , yleinen tieteenhistoria , Presses Universitaires de France,1957, s.  360
2. (in) Helge Kragh, "From geokemia on astrokemia: alkuperä tieteenalalla, 1915-1955" on Carsten Reinhardt, kemiallinen tiede 1900-luvulla: Bridging rajat , John Wiley & Sons,2008( lue verkossa ) , s.  160–192
3. Gennadi Aksenov, Vernadsky. Ranska ja Eurooppa , Maison des Sciences de l'Homme d'Aquitaine,2019( lue verkossa ) , s.  195
4. Katso: Geokemian historia , kirjoittanut René Létolle (1996)
5. Myöhemmät kiistat ilmaston lämpenemisestä eivät vähennä johtaja Claude Allègren ansioita tällä aikaisemmalla urakaudellaan. Ks. Tästä aiheesta: [1] Kansallisen instituutin perustaminen CNRS: ään, INAG , Gérard Darmon.
6. Kun Claude Allègre oli johtaja IPGP , tämä ruumis oli yksi tärkeimmistä osista National Institute of Astronomy ja geofysiikan (INAG), itse kiinnitetty CNRS (INAG olemassa vuodesta 1967 ja tuli insu vuonna 1985).