Geokjemi

Den geokjemi bruke verktøy og konsepter for kjemi til studiet av Jorden og mer generelt planeter . Til en viss grad er prøver tilgjengelige for kjemisk undersøkelse (spesielt ved studium av meteoritter ) eller tilstedeværelsen av kjemiske elementer bestemmes av indirekte metoder, som gjør at denne vitenskapelige disiplinen kan studere den relative overflod og absolutt av disse elementene , deres fordeling og deres vandringer under planetarisk differensiering . Disse studiene tillater til sluttå søke generelle lover om materiens oppførsel i planetarisk skala, som knytter denne disiplinen til kosmokjemi i den grad den er interessert i planetariske og intraplanetære dannelsesprosesser. Når det gjelder Jorden, tar denne disiplinen sikte på å kjenne syklusene som de fleste kjemiske grunnstoffer ledes vekselvis på overflaten og i dybden på planeten. Når det gjelder sedimentet, studerer geokjemi de kjemiske fenomenene som foregår fra vann-sedimentgrensesnittet til selve sedimentets dybde.

Historiske elementer

Russiske Mikhail Lomonosov er tradisjonelt regnet som far til denne vitenskapelige disiplin (i) , forskeren studere mineralforekomster i XVIII th århundre. Et århundre senere la kjemikere og mineraloger som Martin Heinrich Klaproth , Lavoisier , Berthollet eller Fourcroy grunnlaget for uorganisk kjemi, som kommer under geologi og geokjemi.

Oppfinnelsen av begrepet "geokjemi" tilskrives den tyske kjemikeren Christian Schönbein i 1838. Imidlertid, i nesten et århundre, var begrepet som ofte ble brukt om denne disiplinen, "kjemisk geologi", og det er liten kontakt mellom geologer. og kjemikere.

Russiske Vladimir Vernadsky og hans tysk-norske kolleger Victor Moritz Goldschmidt og amerikaneren Frank Wigglesworth Clarke regnes som grunnleggerne av moderne geokjemi på 1920-tallet .

Først med utvidelsen av kjemi gjennom overflatemineralogi, fikk geokjemi status som en disiplin i seg selv etter andre verdenskrig , på tidspunktet for utviklingen av isotopisk geologi (absolutt geokronologi). Ved sin tverrfaglige tilnærming er geokjemi et godt eksempel på sammenslåing mellom flere felt med forskjellige mål, som fysikk , biologi , paleontologi (også en tverrfaglig disiplin) osv.

Bruksområder

Fra et applikasjonssynspunkt er målene for geokjemi blant annet:

å bestemme sammensetningen av de forskjellige terrestriske konvoluttene, deres utvikling, fra de øvre lagene i atmosfæren til frøet ;
kvantifisering av overføring av materie og energi i jorden; identifisering og kvantifisering av interaksjonen mellom dens forskjellige konvolutter eller reservoarer ;
identifisering og karakterisering av kjemiske, mekaniske, mineralogiske eller andre prosesser som modifiserer de kjemiske sammensetningene av geomaterialer, forårsaker deres differensiering ;
å bestemme alderen på bergarter og hendelser som har påvirket jorden, gjennom geokronologi ;
studiet av tidligere miljøforhold ( paleoenvironments ).

I sin teoretiske og anvendte forgrening dekker geokjemi både endogene og eksogene prosesser , på organisk eller uorganisk materiale . Dermed fødte anvendelsen av geokjemiske metoder til studiet av levende vesener biogeokjemi . De to største feltene forblir imidlertid geokronologi , og studiet av "varme" (på dybden) eller "kalde" (på overflaten) bergarter, på jorden eller i andre planetariske systemer.

Hovedprinsipper

For en type materiale og / eller geologisk enhet som er vurdert, er målingene og studiene av de forskjellige kjemiske elementene, og informasjonen de kan gi, sterkt knyttet til deres relative overflod, som kalles materialets kjemiske sammensetning.

De mest utbredte elementene, som vanligvis utgjør rundt 95-99% av materialet, blir referert til, i den spesifikke konteksten av studien, som hovedelementer . Denne studien blir deretter oftest utført ved grensesnittet med mineralogi , på grunn av tendensen til disse elementene til å organisere seg i mer eller mindre definerte faser , mineralene .
De mindre rike kjemiske elementene, i størrelsesorden en prosent og kalles, alltid kontekstuelt, mindre grunnstoffer , avhengig av de fysisk-kjemiske forholdene, danner faser , i form av tilbehørsmineraler.
Til slutt resten av de kjemiske elementene som er til stede i meget liten for små mengder, er sagt å være i spor eller også kalt sporelementer . Deres oppførsel under differensieringsprosesser forklares oftest via en anvendelse av den termokjemiske likevektsteorien i fortynnede medier, som involverer en forestilling om deling av disse elementene under virkningen av loven om massehandling .
Siden omtrent den første tredjedel av den XX th -tallet, utvikling av massespektrometri har gjort det mulig å utvide kjemiske målinger til de målinger isotopseparatorer . Dette aspektet, ikke strengt tatt "kjemisk", er imidlertid fullstendig forstått og integrert i geokjemi, selv om det noen ganger er spesifisert under begrepet isotopisk geokjemi i tillegg til elementær geokjemi (i betydningen geokjemi av kjemiske elementer ). På et praktisk nivå er det to typer variasjoner i isotopforhold , de mellom stabile isotoper og de mellom radioaktive eller radiogene isotoper :
- To stabile isotoper av samme kjemiske element delt mellom to faser på grunn av kvanteeffekter, så lenge temperaturen ikke er for høy (begrepet fraksjonering betyr at overflodforholdet ikke er det samme mellom de to fasene). En av de mest beryktede applikasjonene er oksygenpaleotermometeret for å dechiffrere endringene i gjennomsnittstemperaturen til jordens atmosfære de siste fire hundre tusen årene.
- Den radioaktivitet som er transmutering av en overordnet isotop radioaktiv isotop i en sønn, sa radiogen. Enkelheten i loven om radioaktivt forfall , og dens immateriellitet, er grunnlaget for geokronologi , vitenskapen om absolutt datering.

Selv om disse teoretiske prinsippene ofte er lånt fra en termodynamisk likevektshypotese, er viktigheten av mineralmetastabiliteter som står overfor de lange periodene av geologisk tid som gjør at kjemiske diffusjonsprosesser noen ganger kan spille en rolle i den kinetiske utviklingen av materialer, og gjør geokjemi til et unikt felt sammenlignet med tradisjonell termokjemi.

Metoder for analyse

Analysen av bergarter, mineraler og andre geomaterialer involverer mange typer fysisk-kjemiske analyser. Her er noen få:

den mikrografi : fremstilling av et tynt blad av rock og observasjon optisk mikroskop , særlig i forhold til polarisert lys ;
den kjemiske analysen Elemental: Bestemmelse av den grunnleggende sammensetningen av en bergart ( massekonsentrasjon av forskjellige grunnstoffer, vanligvis oversatt i form av oksider til hovedelementene); opprinnelig utført med kjemiske reaksjoner (analyser) element for element, blir disse analysene nå utført med globale fysiske metoder som gir konsentrasjonen av alle elementene som massespektrometri med en plasmakilde eller røntgenfluorescensspektrometri ;
fase analyse ved røntgen-diffraksjon : vi har tilgang til den krystallinske struktur av komponentene, og vi kan derfor bestemme beskaffenheten av fasene, for eksempel for å gjenkjenne de forskjellige formene av krystallisering av silisiumdioksyd eller for å vite om det kalsium er til stede så CaO eller CaCO 3 .

Se også

Bibliografi

(en) Frank Wigglesworth Clarke , The data of geochemistry , United States Geological Survey Bulletins No. 330 (1908), No. 491 (1911), No. 616 (1916), No. 695 (1920), No. 770 (1924 )
Alex Fersman , Recreational geokjemi , Fremmedspråk utgaver,1958, 437 s.
Albert Jambon, Alain Thomas, geokjemi. Geodynamikk og sykluser , Dunod,2009, 416 s. ( les online )

Relaterte artikler

Isotopgeologi :
- Radiochronology ;
Paleoklimatologi ;
Blekemiljø ;
Geokjemisk bakgrunn
Disipliner:
- Biogeokjemi ;
- Kosmokjemi ;
- Geologi ;
- Mineralogi ;
Forskere:
- Victor Goldschmidt , medstifter av Vladimir Vernadsky innen moderne geokjemi og krystallografi ;
- Claude Allègre , hovedarrangør for utviklingen av geokjemi i Frankrike, ved CNRS og ved IPGP .

Merknader og referanser

René Taton , generell vitenskapshistorie , Presses Universitaires de France,1957, s. 360
(in) Helge Kragh, "Fra geokjemi til kosmokjemi: Opprinnelsen til en vitenskapelig disiplin, 1915-1955" i Carsten Reinhardt, kjemisk vitenskap i det 20. århundre: Bridging Boundaries , John Wiley & Sons,2008( les online ) , s. 160–192
Gennadi Aksenov, Vernadsky. Frankrike og Europa , Maison des Sciences de l'Homme d'Aquitaine,2019( les online ) , s. 195
Se: For a history of geochemistry , av René Létolle (1996)
De påfølgende kontroversene om global oppvarming forringer ikke verdien til manager Claude Allègre i denne tidligere perioden av karrieren. Se om dette emnet: [1] Etableringen av et nasjonalt institutt innenfor CNRS, INAG av Gérard Darmon.
Da Claude Allègre var direktør for IPGP , var dette organet en av hovedkomponentene til National Institute of Astronomy and Geophysics (INAG), selv knyttet til CNRS (INAG eksisterte fra 1967 og ble INSU i 1985).