Предмет и история развития геохимии

Определение из Википедии:

Геохимия — наука о химическом составе Земли и планет (космохимия), законах распределения и движения элементов и изотопов в различных геологических средах, процессах формирования горных пород, почв и природных вод.

Биогеохимия

Определение, близкое к Вернадскому

Научная дисциплина [отрасль геохимии / наука на стыке биологии и геохимии], которая занимается изучениемхимическогосостава живых организмовиучастия живого вещества [и продуктов его разложения]в геохимических процессах, [происходящих в биосфере] [а именно — в процессах миграции, распределения, рассеивания и накопления химических элементов].

Определение Ковальского

Наука о ^a. системной организованности биосферы и о ^b. биогенных циклах химических элементов [в основе которых лежит эволюционное единство жизни, живого вещества и среды [каковое единство и определяет закономерности биогенной миграции атомов и форм их биогенных соединений]].

Определение Богатырёва

Биогеохимия — это научная дисциплина, в основе которой лежит концепция о том, что живое вещество играет ведущую роль в геохимических процессах [происходящих в пределах Земли] [как в современный период, так и в прошлые геологические эпохи].

Поэтому, говоря о геохимии и биогеохимии, Л. Г. иногда делает эти понятия в значительной степени взаимозаменяемыми. Дело в том, что роли живого вещества придается очень большое значение, так как оно в текущую геологическую эпоху действительно вносит большой вклад в геохимические процессы (аккумуляции, переноса и пр.). Биогенная миграция многообразнее, чем любая другая. Кроме того, нас, как представителей этого самого живого вещества, больше всего интересуют именно процессы, связанные с ним.

Определение из Википедии:

Биогеохимия — раздел геохимии, изучает химический состав живого вещества и геохимические процессы, протекающие в биосфере Земли при участии живых организмов.

Биогеохимия включает также органическую геохимию.

Поскольку многие элементы (например, тяжёлые металлы и мышьяк) обладают токсичностью, то вопросы накопления этих металлов в организмах важны для экотоксикологии. Таким образом, биогеохимия связана с экотоксикологией и вопросами химического загрязнения среды элементами, проявляющими токсичность.

История

Геохимия имеет глубокие корни. Её основы могут быть прослежены в античности, но многие из открытий, лежащих в основе науки, были сделаны между 1800 и 1910 годами. Была составлена периодическая система элементов (Д. И. Менделеев в 1869—1871), открыта радиоактивность (1896, А. Беккерель) и разработана термодинамика гетерогенных систем. Солнечный спектр был использован для определения состава Солнца. Эта информация, совместно с химическими анализами метеоритов, открыла возможности для нового понимания Вселенной.

В течение первой половины двадцатого века множество учёных использовали разнообразные методы для определения состава земной коры. После появления метода эмиссионной спектроскопии была изучена геохимия многих редких элементов.

В. И. Вернадский основал биогеохимию. Под его руководством была создана первая биогеохимическая лаборатория (1928) (ныне Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН).

Метод рентгеновской дифракции[2] позволил определить кристаллические структуры большинства минералов. Появилась изотопная геохимия. Огромный прогресс науки и технологий во время Второй мировой войны привёл к появлению новых приборов. Но геохимия в это время ещё развивалась сравнительно медленно. В 1950-х годах всего нескольких журналов было достаточно для публикации всех важных достижений в геохимии.

Однако в 1960-х годах начался расцвет геохимии, продолжающийся до сих пор. За это время в науке произошёл существенный прогресс. Атмосферная и морская геохимия интегрировались в геохимию твёрдой Земли; космохимия и биогеохимия внесли огромный вклад в наше понимание истории нашей планеты. Началось изучение Земли как единой системы.

Масштабные морские экспедиции показали, как и насколько быстро смешиваются воды океанов, они продемонстрировали связь между морской биологией, физической океанологией и морским осадконакоплением. Открытие гидротермальных источников показало, как формируются рудные месторождения. Были открыты прежде неизвестные экосистемы, и были выяснены факторы, которые управляют составом морской воды.

Теория тектоники плит (1960-е годы)[3] преобразила геохимию. Геохимики, наконец, поняли поведение осадков и океанической коры в зонах субдукции[4], их погружение и эксгумацию. Новые эксперименты при температурах и давлениях глубин Земли позволили выяснить, какова трехмерная структура мантии и как происходит генерация магм. Доставка на Землю лунных пород, исследование с помощью космических аппаратов планет и их спутников и успешный поиск планет в других звёздных системах вообще произвели революцию в нашем понимании Вселенной.

Геохимия также начала тесно взаимодействовать с экологией. Открытие озоновых дыр (1985)[5] поспособствовало формированию новых фундаментальных взглядов в фотохимии и динамике атмосферы. Увеличение содержания СО₂ в атмосфере вследствие сжигания ископаемого топлива и уничтожения лесов было и остается предметом основных дискуссий о глобальных антропогенных изменениях климата. Исследование этих явлений служит источником новой информации о взаимодействии атмосферы с биосферой, земной корой и океанами.

На сегодня геохимия заняла ведущее место среди наук о Земле. Она изучает глобальные перемещения вещества и энергии во времени и пространстве. Сбылось предсказание Вернадского о центральной роли геохимии среди наук о веществе.

Имена

Шёнбейн, Кристиан Фридрих (1799—1868).

Немецко-швейцарский химик. В 1838 г. ввёл Термин геохимия. Работал в Швейцарии, профессор Базельского университета (с 1828), открыл озон (1839), пироксилин (1845).

Кларк, Франк Уиглсуорт (1847—1931).

Американский геохимик, член Академии искусств и наук. Основные труды посвящены определению состава различных неорганических природных образований и земной коры в целом. Кларк первым рассчитал средний состав земной коры.

Средние концентрации элементов в геохимических системах (литосфера, гидросфера, педосфера и пр.) по инициативе академика А. Е. Ферсмана названы в его честь кларками.

В честь Кларка назван также урансодержащий минерал кларкеит.

Вернадский, Владимир Иванович (1863—1945).

Русский и советский учёный-естествоиспытатель, мыслитель и общественный деятель конца XIX века и первой половины XX века. Академик Санкт-Петербургской академии наук, Российской академии наук, Академии наук СССР, один из основателей и первый президент Украинской академии наук. Создатель научных школ. Один из представителей русского космизма; создатель науки биогеохимии.

Ферсман, Александр Евгеньевич (1883—1945).

российский и советский минералог, один из основоположников геохимии, «поэт камня» (по определению Алексея Толстого). Действительный член (1919) и вице-президент (1926—1929) Академии наук. Лауреат Премии имени В. И. Ленина (1929). Член Императорского православного палестинского общества.

Направления:

1. Топо-минералогическое, то есть отмечающее закономерности пространственного распределения минералов и химических элементов.

2. Исследование пегматитового процесса. Александр Евгеньевич начал изучать пегматитовые жилы ещё в самом начале карьеры.

3. Геохимия. Именно геохимические исследования выдвинули Ферсмана в ряды передовых учёных своего времени.

Для характеристики распространённости элементов в земной коре Ферсман ввёл понятие об атомных процентах, то есть о процентном содержании в земной коре атомов элементов. Атомные проценты и проценты по массе [массовые проценты] для одного и того же элемента различны. Так, водород по числу его атомов в земной коре занимает третье место (17 %), а по массе — девятое (1 %).

Гольдшмидт, Виктор Мориц (1888—1947).

Химик и геофизик, один из основоположников геохимии и кристаллохимии. Разработал геохимическую классификацию элементов, предложил закон изоморфизма, названный его именем. Выдвинул одну из первых теорий относительно состава и строения глубин Земли, причем предсказания Гольдшмидта подтвердились в наибольшей степени. Одним из первых рассчитал состав верхней континентальной коры.

Виноградов, Александр Павлович (1895—1975).

Советский геохимик, организатор и директор Института геохимии и аналитической химии (ГЕОХИ) АН СССР, основатель и руководитель первой отечественной кафедры геохимии (в МГУ), вице-президент, академик Академии наук СССР (1953).

Заварицкий, Александр Николаевич (1884—1952).

Советский учёный в области геологии и петрографии, академик Академии наук СССР (1939). Основоположник новой ветви науки о горных породах — петрохимии. Автор ряда фундаментальных исследований, касающихся региональной и теоретической петрографии, изучения рудных месторождений и вулканизма различных областей бывшего Советского Союза. Лауреат Ленинской премии.

Базилевич, Наталья Ивановна (1910―1997).

Советский и российский географ-почвовед, мелиоратор, специалист в области биологии почв и биопродуктивности, доктор сельскохозяйственных наук. Лауреат Премии имени В. Л. Комарова (1966).

В многочисленных экспедициях (Чувашия, 1941—1943; Западная Сибирь; Туркмения, 1950; Алтайский край, 1954) проектировала лесные полосы, исследовала процессы осолодения, засоления, такырообразования, содонакопления.

В сотрудничестве с А. А. Ляпуновым создала функциональные модели обменных процессов, связывающие в единую систему биотические и абиотические почвенные процессы. Создала балансовые модели круговорота веществ в природных и антропогенных экосистемах разных природных зон: тундры, болот, лугов, лесов, степей, пустынь.

Полынов, Борис Борисович (1877—1952).

Русский и советский учёный, специалист в области почвоведения, геохимии и географии, профессор, академик АН СССР (с 1946, член-корреспондент с 1933).

Основные работы посвящены вопросам происхождения почв и формирования коры выветривания. Выветривание он рассматривал как единый, охватывающий сушу и Мировой океан процесс, отдельные стадии которого представлены определенными типами коры выветривания. Развивая идеи В. И. Вернадского в изучении закономерностей миграции элементов в коре выветривания, показал значение организмов для процессов почвообразования и выветривания. Ему принадлежит разработка ряда оригинальных методов исследования почв: метод солевых профилей, предусматривающий совместное изучение почв и грунтовых вод (широко используется в целях мелиорации засоленных почв); метод сопряженного химического и минералогического анализа почвы и развивающейся на ней растительности, что позволяет изучать обмен веществ между ними и др. Одним из первых дал научно обоснованный критерий для выделения и классификации географических ландшафтов и предложил метод их геохимической характеристики.

Перельман, Александр Ильич (1916—1998).

Советский учёный, почвовед и геохимик, доктор геолого-минералогических наук (1954). А. И. Перельман подчеркивает, значение биологического круговорота в геохимии ландшафтов. Предлагает группировку биогенных ландшафтов, основываясь на характеристиках продукционного процесса.

Ковальский, Виктор Владиславович (1899―1984).

Русский советский выдающийся учёный — биогеохимик, биохимик, эколог. Профессор (1933), доктор биологических наук (1937), член — корреспондент. ВАСХНИЛ (1956). Лауреат Ленинской премии (1964). Основатель научной школы по геохимической экологии и континентальной биогеохимии. Один из создателей учения о микроэлементах. Создал новое направление — геохимическая экология организмов. Разработал учение о биогеохимическом районировании биосферы, учение о пороговых концентрациях химических элементов, биогеохимический метод определения потребности животного организма в микроэлементах. Заложил теоретические и практические основы применения микроэлементов в сельском хозяйстве, медицине и питании человека, составил карты биогеохимических провинций и биогеохимического районирования, описал ряд эндемических заболеваний животных и человека.

Журналы и организации

― «Geochimica et Cosmochimica Acta» — первый выпуск журнала появился в июле 1950.

― «Геохимическое общество» (Geochemical Society) было создано в 1955 году и приняло журнал в качестве официального издания в 1957.

― «Международная ассоциация геохимии и космохимии» (International Association of Geochemistry and Cosmochemistry) была образована в 1966 году, её журнал «Прикладная геохимия» («Applied Geochemistry») начал издаваться с 1986 года.

― «Chemical Geology» стал официальным журналом «Европейской Геохимической ассоциации» (European Association for Geochemistry).

― Гольдшмидтовская конференция, впервые проведённая в 1991 году, является одной из крупнейших ежегодных международных конференций геохимиков.

― в геофизическом обществе Америки и Американском Геофизическом объединении (American Geophisical Union) геохимия стала основным направлением.

― Крупные достижения в геохимии в ряде научных обществ сейчас отмечаются медалями и другими наградами.

Крупнейшие институты в России:

― Институт геологии и геохимии им. А. Н. Заварицкого Урал. Отд. РАН (Екатеринбург).

― Институт земной коры Сиб. Отд. РАН (Иркутск).

― Институт геохимии им. А. П. Виноградова СО РАН (Иркутск).

― Институт минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов (ИМГРЭ) (Москва).

― Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН (Москва).

― Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского (Москва).

― Институт минералогии и петрографии в составе Объединённого института геологии, геофизики и минералогии им. А. А. Трофимука (Новосибирск).

― Институт геологии Коми научного центра УрО РАН (Сыктывкар).

― Дальневосточный геологический институт Далнев. Отд. РАН (Владивосток).

― Институт геологии Карельского научного центра РАН (Петрозаводск).

Взаимодействие со смежными дисциплинами

Почвоведение.

А. Е. Ферсман подчеркивал, что из всех наук именно почвоведение играет важную роль для геохимии, обогащая ее методами, идеями и фактами. Подчеркивая непосредственную роль В. В. Докучаева, В. И. Вернадский писал о том, что В. В. Докучаев определил весь ход его мыслей и направление работы его лаборатории.

Почва, которая по образному выражению А. Е. Ферсмана, является пленкой на поверхности Земли, в наиболее яркой форме отражает особенности биогеохимических процессов, происходящих в биосфере.

Геология.

С геологией ее связывает в первую очередь характер пород, которые определяют минералогический и вещественный состав в условиях ландшафтов. В частности, одна из классификаций элементов по Ферсману построена на составе пород. Устойчивость пород в зоне гипергенеза[6] изначально связана с их происхождением.

Химия.

С химией связано два аспекта

1. Система методов исследования.

2. Свойства элементов, определяющие их поведение в зоне гипрегенеза.

В зоне гипергенеза означает, что ГЛ — это наука о совокупности процессов вне зоны метаморфизма. Это процессы, характерные для обычных давлений и температур.

Основные характеристики, которые могут иметь для геохимика те или иные объекты — это атомный вес, ионный потенциал, электроотрицательность, заряд атома, энергия кристаллической решетки и др. Элементы могут быть близки в химическом отношении, но в рамках геохимии иметь совершенно разное значение. Пример — цезий и натрий.

Биология.

С биологией связь следующая.

Во-первых, биогенная миграция, связанная с живым веществом, гораздо многообразнее, чем любая другая.

Во-вторых, одним из основополагающих законов геохимии ландшафта является закон биологического круговорота[7], что на современном уровне развития науки отражается в виде принципа квантованности ландшафтов[8]. Отсюда пристальное внимание к составу живого вещества.

География.

С географией геохимию роднит типология литогенеза[9]: аридный, гумидный, ледовый, каковые типы описывают процессы, от процесса выветривания — до процессов катагенеза в различных условиях. Исключение представляет эффузионно-осадочный тип литогенеза, происходящий в условиях вулканической деятельности.

Четыре константы биогеохимии по Вернадскому

Обратите внимание, что в формулировках из разработок Л. Г. Богатырева, которыми все пользуются, содержатся смысловые опечатки.

1. Среднее число атомов[каждого элемента]в средней неделимой единице того или иного вида.Эти числа получаются точным химическим количественным анализом. Можно выразить их и в процентах числа атомов, и в процентах их веса. Количество атомов (или их вес) должно относиться к среднему организму.

2. Средний вес неделимого живого организма для данного вида. Получается в результате взвешивания достаточного количества неделимых организмов.

3. Средняя скорость заселения биосферы организмами данного вида в процессе его размножения. Эта константа может быть выражена или в числе неделимых особей, или в весе создаваемого в единицу времени нового нарождающегося потомства. Эта константа отвечает биогеохимической энергии[10].

4. Явления правизны-левизны. Вернадский: «Есть еще одно основное явление, мало охваченное научной работой и научной мыслью, для которого в данный момент нет простого и удобного числового выражения (...)».

Эти характеристики по В. И. Вернадскому имеют исключительное значение с точки зрения фундаментального отличия косной материи и живого вещества.

Нужно понимать, что значения этих параметров являются константами только для данного биологического вида. У разных видов — разные значения констант.

Еще несколько параметров, которые Л. Г. Богатырев иногда перечисляет в качестве констант:

5. Кларк того или иного элемента — среднее содержание в земной коре, литосфере. Кларк может быть также рассчитан для отдельных природных тел.

6. Фоновое содержание элемента в природных телах — почвах, коре выветривания, природных водах.

7. Геохимическое пространство по Трусову[11].

Разделы (био)геохимии

1. Иерархические разделы — по уровням организации живой материи.

1. Глобальная биогеохимия. Это направление касается характера взаимодействия земных оболочек на уровне Земли и вопросов их эволюционного взаимодействия.

2. Уровень геологических сфер. В рамках биогеохимии это означает изучение геологических сфер и их структурных компонентов, а также характера их взаимодействия.

3. Биогеохимия континентов. Нужно отметить, что современная биогеохимия континентов самым тесным образом связана и с их происхождением.

4. Биогеохимия регионов. В геологии под регионами понимаются крупные территории, имеющие общие черты геологического строения. А. Е. Ферсман подчеркивал, что геохимию данной местности определяют два основных фактора: ее геологическое прошлое и климатическое настоящее. Климат в свою очередь определяет характер растительности, а соответственно и тип круговорота.

5. Биогеохимия биомов[12]. В этом направлении есть разработанная Н. И. Базилевич классификация биологического круговорота.

6. Биогеохимия геохимических ландшафтов.

Основа этого направления — учение о геохимических ландшафтах по Б. Б. Полынову.

― А. И. Перельман подчеркивает значение биологического круговорота в геохимии ландшафтов. Предлагает группировку биогенных ландшафтов, основываясь на характеристиках продукционного процесса.

― М. А. Глазовская создает классификацию геохимических ландшафтов, в основе которой —характеристики растительного покрова.

7. Биогеохимия биогеоценозов.Реализация исследования биогеохимических процессов на этом уровне, основана на систематике биогеоценозов по В. Н. Сукачеву. Многочисленные модели разработаны для разных типов биогеоценозов. (Чем отличается БГЦ от экосистемы?)

8. Биогеохимия отдельных блоков биогеоценозов. На этом уровне речь может идти о биогеохимии почв, природных вод, живых организмов. При дальнейшей детализации речь может идти, например, о биогеохимии лесных подстилок, почвенно-грунтовых вод, определенных видах растений и т.д. А. Л. Ковалевский предлагает целый комплекс показателей, характеризующих область биогеохимии видов растений.

2. Смысловые разделы

9. Биогеохимия изотопов. В этом отношении в почвоведении используют метод радиоуглеродного датирования — соотношение ¹²С/¹⁴С.

Академик И. П. Герасимов в свое время сформулировал положение о двух формах углерода. Первая форма — это та, которая активно вращается в круговороте и другая часть, которая вышла из круговорота и относительно накапливается в почве. В настоящее время большой интерес представляет биогеохимия загрязняющих элементов, например, цезия-137 и других.

10. Историческая биогеохимия. Здесь выделяется два уровня исследований.

Первый — это весь период существования Земли.

Второй уровень — уровень голоцена, интересный в том отношении, что дает возможность оценить изменения, обусловленные сменой биоклиматических условий. Сейчас предполагают, что наиболее интенсивное почвообразование, а значит и активные биогеохимические циклы, были приурочены к субатлантическому и атлантическому периоду. В плейстоцене разнообразие природных зон было гораздо ниже. Их всего было 4 по сравнению с 12 биомами в настоящий период.

11. Биогеохимия техногенных ландшафтов. Хотя термин техногенез давно бытует в геохимии, в последние годы актуальность исследований в этой области резко возросло. Довольно часто проблемы в техногенных зонах чрезвычайно специфичны и обусловлены спецификой загрязнения и их источниками. Широко известны техногенные зоны около заводов, свалок, шахт и так далее, загрязнение нефтью и т. д. Признано чрезвычайно эффективным использование живых организмов в качестве индикаторов.

12. Биогеохимия специфических районов. Их выделение основано на природных аномалиях — недостатком или избытком элементов. Фундаментальные идеи были заложены еще В.В.Ковальским и реализованы в виде так называемых биогеохимических провинций.

13. Экспериментальная биогеохимия. Фактически, эксперимент проводится на всей планете, начиная от первого акта воздействия человека на природу. Распашка территорий, внесение удобрений, смена одних ценозов на другие, Масштабные осушения и орошения громадных территорий — это все примеры изменения изначальных циклов органического вещества и элементов. Чернобыльская катастрофа привела к внесению в естественные циклы элементов радиоактивных изотопов, причем на различных по своей географии природных регионах.

14. Биогеохимические методы образуют своеобразный раздел биогеохимии и имеют практическое применение.

Одним из направлений биогеохимии стало изучение изменчивости обмена веществ у животных под влиянием геохимических факторов среды, поэтому биогеохимия тесно связана и с биохимией.

Поскольку многие элементы (например, тяжёлые металлы и мышьяк) обладают токсичностью, то вопросы накопления этих металлов в организмах интересны для экотоксикологии. Таким образом, биогеохимия связана с экотоксикологией и вопросами химического загрязнения среды элементами, проявляющими токсичность.

Достижения.

Одним из достижений биогеохимии было развитие учения о биогеохимических провинциях. В конкретных биогеохимических провинциях может наблюдаться нехватка или избыток тех или иных элементов. Например, в пределах нечерноземной зоны России распространены биогеохимические провинции с нехваткой кобальта. На основе представлений о биогеохимических провинциях В. В. Ковальский создал систему биогеохимического районирования территории СССР (1958—1964). При изучении биогеохимических провинций были открыты новые эндемические болезни животных и растений. Так, открыты новые эндемии, вызванные избытком бора (энтериты), молибдена (подагра), свинца (невралгии), никеля (заболевания эктодермальных образований, нехваткой кобальта (гиповитаминоз и авитаминоз В12). Были выяснены причины так называемой уровской эндемии (недостаток кальция при избытке стронция), краевого эндемического зоба (недостаток иода при одновременном недостатке кобальта).

Одним из направлений биогеохимии стало изучение изменчивости обмена веществ у животных под влиянием геохимических факторов среды, поэтому биогеохимия тесно связана и с биохимией.

Исследования биогеохимии стали теоретической основой применения микроэлементов в животноводстве и растениеводстве. Интересное направление исследований — установление роли органических веществ в миграции химических элементов. Установлено, что германий связывается углем, ванадий — нефтью, бром и иод — торфом, медь, кобальт, никель, уран — гумусом.

Исследования глобальных циклов элементов продолжают оставаться важной темой биогеохимических исследований.

Всё это не исключает и другие подходы к изучению биогеохимии процессов и явлений. В их числе, например, исследование биогеохимии отдельных элементов. При таком подходе по главу угла ставятся свойства элемента, которые определяют его поведение в пределах биосферы. Это не означает, что характеристики элементов остаются без внимания при других подходах, но при этом подходе они являются определяющими.

Задачи биогеохимии (по Вернадскому)

В самом общем виде задачи биогеохимии сводятся к детальному изучению роли живых организмов в геохимических процессах, что, собственно, проистекает их определения БГХ.

В рамках определения В. В. Ковальского обращается внимание на биосферу, как объект биогеохимии. То обстоятельство, что биосфера системно организованна, заставляет исследовать эту организацию. Это сильно расширяет сферу исследований и включает в них, помимо изучения живых организмов, изучение и других компонентов биосферы, а также смежных с биосферой оболочек, активно с ней взаимодействующих.

1. Изучение путей миграции химических элементов, анализ биогеохимических циклов миграции.

2. Исследование географических закономерностей распределения химических элементов, используемых живыми организмами.

3. Изучение биосферы как единой системы живого вещества и минеральных соединений.

4. Изучение влияния жизни на историю земных химических элементов, их миграцию и накопление, её участие в геохимических процессах зоны гипергенеза и почвообразования.

5. Изучение химического обмена в системе человек — организмы — окружающая среда.

6. Изучение химического состава живых организмов и роли химических элементов в развитии организмов. Установление оптимальных потребностей живых организмов в различных химических элементах.

7. Изучение влияния технического прогресса на процессы в биосфере.

Методы

― Рентгенофлуоресцентный анализ (РФА, XRF) В настоящее время наиболее широко используемый метод для определения главных и редких элементов в породах. Можно определить до 80 элементов при широком ряде концентраций от 100 % до первых г/т.

― Атомно-абсорбционная спектрометрия (ААС). Высокая чувствительность, но невысокая производительность, не может сравниться с РФА и ІСР-MS.

― Нейтронно-активационный анализ.

i. инструментальный нейтронно-активационный анализ (ИНАА)

ii. радиохимический нейтронно-активационный анализ (НАА)

― Гамма-спектрометрия. Измерение естественной радиоактивности трех элементов U, Th, K. С помощью детектора измеряется характерное излучение каждого элемента.

― Эмиссионная спектрометрия с индуктивносвязанной плазмой. Относительно новый вид анализа, в принципе могут быть определены все элементы ПС.

― Масс-спектрометрия. В различной форме это наиболее эффективный метод определения изотопных отношений.

i. Масс-спектрометрия с изотопным разбавлением

ii. Масс-спектрометрия с индуктивносвязанной плазмой ІСР-MS

― Электронно-микропробный (микрозондовый) анализ. Определение петрогенных элементов в единичных малых зернах минералов. По принципу аналогичен рентгенофлуоресцентному методу, но образец возбуждается потоком электронов.

― Ион-микропробный анализ (ионный зонд). Применяется для определения редких элементов и изотопов.

[1] Геохимический ландшафт — термин, введенный Б. Б. Полыновым (1956) для обозначения участка земной поверхности, выделяемого на основе единства состава и количества химических элементов и соединений. Каждому геохимическому ландшафту присущ определенный тип миграции элементов и соединений, обмена веществ и энергии между автономными и подчиненными ландшафтами.

[2] Рентгеноструктурный анализ (рентгенодифракционный анализ) — один из дифракционных методов исследования структуры вещества. Явление дифракции открыл Лауэ, теоретическое обоснование — Вульф и Брэгг. Метод — Дебай и Шеррер. Самый распространённый метод определения структуры вещества.

[3] В 1960-х годах, когда были получены новые ключевые данные по исследованиям океанического дна, с новой силой разгорелась вялотекущая борьба фиксистов, как назвали сторонников отсутствия значительных горизонтальных перемещений, и мобилистов, утверждавших, что континенты всё-таки двигаются.

К началу 1960-х годов была составлена карта рельефа дна Мирового океана, которая показала, что в центре океанов расположены срединно-океанические хребты, которые возвышаются на 1,5—2 км над абиссальными равнинами, покрытыми осадками. Эти данные позволили Р. Дитцу и Г. Хессу в 1962—1963 годах выдвинуть гипотезу спрединга. Согласно этой гипотезе, в мантии происходит конвекция со скоростью около 1 см/год. Восходящие ветви конвекционных ячеек выносят под срединно-океаническими хребтами мантийный материал, который обновляет океаническое дно в осевой части хребта каждые 300—400 лет. Континенты не плывут по океанической коре, а перемещаются по мантии, будучи пассивно «впаяны» в литосферные плиты. Согласно концепции спрединга, океанические бассейны структуры непостоянные, неустойчивые, континенты же — устойчивые.

[4] Зона субдукции — линейно протяжённая зона, вдоль которой происходит погружение одних блоков земной коры под другие. Чаще всего в них океаническая кора пододвигается под островную дугу или активную континентальную окраину и погружается в мантию. В составе зоны субдукции выделяются ведущий (верхний, висячий) край плиты (leading upper edge) и погружающийся край плиты (sinking edge). Результатом взаимодействия этих блоков земной коры являются активный вулканизм и повышенная сейсмичность в этой зоне.

[5] Озоновая дыра — это локальное падение концентрации озона в озоновом слое Земли. По общепринятой в научной среде теории, во второй половине XX века всё возрастающее воздействие антропогенного фактора в виде выделения хлор- и фторсодержащих фреонов привело к значительному утончению озонового слоя. Согласно другой гипотезе, процесс образования «озоновых дыр» может быть в значительной мере естественным и не связан исключительно с вредным воздействием человеческой цивилизации. Наибольшая концентрация озона наблюдается на высоте от 20 до 25 км (в тропических широтах 25—30 км, в умеренных 20—25, в полярных 15—20) и составляет от 2 до 8 частей на миллион. Толщина озонового слоя в 3 мм является гипотетической, как если бы весь озон находился на уровне моря при соответствующем давлении.

[6] Предложенный в 20-е годы ХХ в. академиком А. Е. Ферсманом термин «гипергенный» для экзогенных образований, генетически связанных с процессами выветривания, то есть сформировавшихся в обстановке низких температур (+25° С) и давлений (1 атм.) при активном участии воды, насыщенной атмосферными газами, прежде всего с кислородом.

[7] Закон биологического круговорота хим. элементов сводится к следующему: миграция большинства химических элементов в элементарном ландшафте представляет собой круговорот, в ходе которого элемент многократно поступает в живые организмы («организуется») и выходит из них («минерализуется»). Следует подчеркнуть, что в биологический круговорот в момент времени запускается малая часть биомассы 5—10%.

[8] Принцип квантованности ландшафтов — представление, научный подход, согласно которому высшие таксономические единицы геохимической классификации ландшафтов выделяются на основе параметров биологического круговорота.

[9] ТИПЫ ЛИТОГЕНЕЗА — формы различного своеобразного течения литологического процесса на седиментационной и диагенетической стадиях, приводящего к возникновению существенно различных совокупностей горных пород (Страхов, 1960). Различают 4 типа литогенеза: ледовый, гумидный, аридный и вулканогенно-осадочный. Первые три обусловлены климатическими факторами: сочетанием температуры и влажности.

[10] Биогеохимическая энергия живого вещества определяется, прежде всего, размножением организмов, обусловливаемым энергетикой планеты, и подчиняется основным законам термодинамики, что обеспечивает существование и устойчивость такой системы, как биосфера. Живое вещество является носителем биогеохимической энергии и создателем ее в таком масштабе, в каком она не существует ни в одной земной оболочке. Эта энергия охватывает всю биосферу и определяет в основном всю ее историю существования.

[11] Геохимическое пространство — специфическая форма представления Земного макропространства, каждой точке которого поставлены в соответствие концентрации нескольких элементов.

В. И. Вернадский, интуитивно подходя к понятию "геологическое пространство", создаёт представления о физико-химическом пространстве планеты. Представления В. И. Вернадского были развиты Ю. П. Трусовым, который физико-химическое пространство В. И. Вернадского именует геохимическим пространством, «точками» которого являются земные атомы. «Геохимическое пространство, — пишет он, — есть не что иное как пространство планеты и прежде всего ее коры, рассматриваемое на уровне атомов». Можно рассматривать пространство планеты на уровне более мелких единиц — элементарных частиц.

[12] Биом — совокупность экосистем одной природно-климатической зоны. (Или:) Биом — более крупная, чем биоценоз, биосистема, включающая множество тесно связанных биоценозов. В опр. Юджина Одума, биом — «крупная региональная или субконтинентальная биосистема, характеризующаяся каким-либо основным типом растительности или другой характерной особенностью ландшафта».

Существует несколько классификаций биомов, включающих от 10 до 32 типов. Распределение биомов происходит по принципу широтной и вертикальной зональностей, а также секторности.

На территории России и сопредельных стран выделяют 13 наземных биомов.

Примеры крупных биомов:

Сухие субтропики: Южный берег Крыма (ЮБК) — средиземноморский климат.

Влажные субтропики на причерноморском участке Туапсе-Трабзон.