Геохимия магматических горных пород и соответственно – высокотемпературных процессов в силикатных расплавах (процессов магмогенеза).

Структура геохимического знания.

В 80-х годах ушедшего столетия в нашем институте доктором наук Я.Э.Юдовичем была разработана систематика, в которой с точки зрения практического удобства и теоретического обоснования были учтены основные компоненты геохимического знания.

Геохимия магматических горных пород и соответственно – высокотемпературных процессов в силикатных расплавах (процессов магмогенеза).

Бурное развитие геохимии в послевоенные годы началось именно с того, что стали в массовом порядке определять содержания редких элементов в магматических горных породах, например, в гранитах. В настоящее время этот блок – область безраздельного господства физхимии. Появилась даже специальная дисциплина «Физическая геохимия». С точки зрения многих петрологов это вовсе не геохимия, а петрология. Об этом можно спорить, но вне всякого сомнения, геохимическим подходам (именно в смысле истории атомов) здесь принадлежит огромное место. Назовем три исключительно плодотворных геохимических подхода, каждый из которых породил уже крупные самостоятельные разделы геохимии с соответствующей литературой.

1.1. Изучение так называемых коэффициентов распределения элементов-примесей между кристаллами и расплавом (или твердой породой) и между сосуществующими минералами. В русской геохимии наиболее известны в этой области работы академика И.Д.Рябчикова. Такой подход позволяет получать важнейшую информацию о термодинамических параметрах магматических процессов. Например, с помощью изучения коэф. распределения литофильных элементов между клинопироксенами и вмещающей их ультраосновной породой – перидотитом, был сделан важный вывод о том, что «степень накопления отдельных литофильных элементов [Rb, K, Sr, Ti, U, La, Ce, Nd, Sm, Gd, Yb] в коре относительно мантии в целом соответствует различию коэффициентов распределения этих элементов в клинопироксенах» [Балашов, 1985, с.58].

1.2. Изучение распределения элементов–примесей (а также и некоторых породообразующих элементов, таких как калий, фосфор, титан) в дифференцированных магматических сериях в различных геоструктурных обстановках. Так, использование диаграмм в координатах содержаний какой–либо пары элементов, например, Ba–Sr, Rb–Sr, K–Rb, Ti–K, La–Eu, P–K, Zr–Ti, Cr–V, Co–Ni позволил выделить отчетливые рои точек – тренды составов, соответствующие магматитам различных геоструктурных обстановок, а в пределах этих трендов – ряды дифференциации магмы. В русской геохимии впечатляющим примером эффективности такого подхода можно считать работу Б.Г.Лутца [1980].

1.3. Изучение распределения редкоземельных элементов. Например, использование содержаний европия позволило почти однозначно ответить на важный вопрос петрологии: являются ли гранитоиды продуктом преимущественной дифференциации мантийного материала, или же в основном продуктом палингенеза (переплавления) корового материала, то-есть преимущественно осадочно-метаморфического. Правильным оказалось именно последнее [Балашов, 1985, с.53].

2. Геохимия биосферы или что то же самое – геохимия гипергенеза.Понятие об оболочке Земли, проникнутой жизнью – биосфере – важнейший вклад Вернадского в современную науку. Здесь биосфера понимается широко: и как современная оболочка, где есть живое вещество (необиосфера или собственно биосфера в смысле Вернадского), и как продукты былых, ныне мертвых биосфер Земли – палеобиосфера, овеществленная в осадочной оболочке Земли – стратисфере. Ведь как впервые ясно показал Вернадский – все без исключения осадки на Земле образуются только в пределах биосферы, поэтому стратисфера порождена биосферой. На планетах, где не было жизни (напр., на Луне, на Марсе) по существу нет и стратисферы. Таким образом, в этот крупный блок попадают, с одной стороны, геохимия осадочных пород – седиментитов, а с другой – геохимия современной биосферы, составной частью которой являются ландшафты.

Это направление молодо и энергично развивается на стыке физической географии, седиментологии, лимнологии и др. дисциплин скорее географического профиля (а не геологического), осуществляя широкую экспансию в смежные области, т.е. поглощая и перерабатывая их. В этом блоке обособляются несколько направлений:

2.1 – геохимия почв, осадков-седиментов и молодых кор выветривания;

2.2 – геохимия живого вещества – созданная Вернадским биогеохимия;

2.3 – геохимическая экология, важной частью которой является геохимический мониторинг, т.е. непрерывное слежение за геохимическими параметрами окружающей среды.

В то же время биосфера является областью существования биокосных систем (опять термин Вернадского) – т.е. совместного бытия неживого (косного) и живого вещества, находящихся в тесной взаимосвязи – пространственной и генетической. А поскольку важнейшим типом биокосных систем являются ландшафты – то видное место в этом блоке принадлежит геохимии ландшафтов.

Через концепцию геохимических барьеров данный блок естественным образом пересекается с блоком Прикладной геохимии. Кроме того, в пределы блока входит и раздел Геохимии природных вод (без воды нет и биосферы), и конечно, Геохимия осадочных пород-седиментитов.

В геохимии природных вод можно выделить направления:

2.4 – геохимия поверхностных вод континентов – это «гидрохимия»;

2.5 – геохимия подземных вод континентов – это «гидрогеохимия»;

2.6 – геохимия Океана;

2.7 – геохимия термальных вод

Вполне очевидны связи геохимии природных вод с геохимией ландшафта и геохимией седиментитов (например – солей-эвапоритов, источников вещества для подземных рассолов), а также с геохимией магматитов и гидротермалитов. Например, в областях современого вулканизма, изучая термальные воды, мы одновременно изучаем и геохимию гидротермальных минеральных систем (гидротермалитов).

Что касается геохимии палеобиосферы-стратисферы, то это обширное направление современной геохимии. Этот раздел тесно связан с коренными геологическими дисциплинами: стратиграфией, палеонтологией, литологией, а также с фациальным анализом, а в последние годы – и с формационным анализом. Здесь без труда выделяются автономные направления просто по типам осадочных горных пород и руд:

2.8 – геохимия терригенных пород;

2.9 – геохимия карбонатных пород; 2.9 – геохимия кремнистых (кремнёвых, по В.Т.Фролову!) пород (сильно пересекается с геохимией черных сланцев);

2.10 – геохимия осадочных руд, например, фосфоритов, баритов, железных и марганцевых руд, бокситов, руд урана и пр.;

2.11 – органическая геохимия, в том числе геохимия так называемых каустобиолитов (горючих биолитов), к которым относят уголь и горючие сланцы. Можно вычленить как самостоятельные направления геохимию углей, геохимию черных сланцев, геохимию нефтей и их производных – нафтидов.