Geokemi

Den geokemi anvende de redskaber og begreber i kemi til studiet af Jorden og mere generelt planeter . I et vist omfang er prøver tilgængelige til kemisk undersøgelse (især ved undersøgelse af meteoritter ), eller tilstedeværelsen af kemiske grundstoffer bestemmes ved indirekte metoder, som gør det muligt for denne videnskabelige disciplin at studere den relative overflod og absolutte af disse grundstoffer , deres fordeling og deres vandringer under planetarisk differentiering . Disse undersøgelser gør det i sidste ende muligt at søge efter generelle love om materiens opførsel i planetarisk skala, der forbinder denne disciplin med kosmokemi, for så vidt som den er interesseret i planetariske og intraplanetære dannelsesprocesser. Med hensyn til jorden har denne disciplin til formål at kende de cyklusser, hvormed de fleste af de kemiske grundstoffer udføres skiftevis på overfladen og i dybden på planeten. Med hensyn til sedimentet undersøger geokemi de kemiske fænomener, der finder sted fra grænsefladen vand-sediment til selve sedimentets dybde.

Historiske elementer

Russisk Mikhail Lomonosov er traditionelt betragtes som faderen til denne videnskabelige disciplin  (i) , forskeren studere mineralforekomster i XVIII th  århundrede. Et århundrede senere lægger kemikere og mineraloger som Martin Heinrich Klaproth , Lavoisier , Berthollet eller Fourcroy grundlaget for uorganisk kemi, der kommer under geologi og geokemi.

Opfindelsen af ​​udtrykket "geokemi" tilskrives den tyske kemiker Christian Schönbein i 1838. Imidlertid er udtrykket mest brugt til at henvise til denne disciplin i næsten et århundrede "kemisk geologi", og der er ringe kontakt mellem geologer. og kemikere.

Russiske Vladimir Vernadsky og hans tysk-norske kolleger Victor Moritz Goldschmidt og amerikaneren Frank Wigglesworth Clarke betragtes som grundlæggerne af moderne geokemi i 1920'erne .

Først med udvidelsen af ​​kemi gennem overflademineralogi erhvervede geokemi status som en disciplin i sig selv efter Anden Verdenskrig på tidspunktet for udviklingen af isotopisk geologi (absolut geokronologi). Ved sin tværfaglige tilgang er geokemi et godt eksempel på fusion mellem flere områder med forskellige mål, såsom fysik , biologi , paleontologi (også tværfaglig disciplin) osv.

Anvendelsesområder

Fra et anvendelsesmæssigt synspunkt er målene for geokemi blandt andet:

• bestemmelse af sammensætningen af ​​de forskellige jordbaserede konvolutter, deres udvikling, fra de øverste lag af atmosfæren til frøet  ;
• kvantificering af overførsler af stof og energi inden for Jorden; identifikation og kvantificering af samspillet mellem dens forskellige konvolutter eller reservoirer  ;
• identifikation og karakterisering af kemiske, mekaniske, mineralogiske eller andre processer, som modificerer de kemiske sammensætninger af geomaterials, forårsager deres differentiering  ;
• bestemmelse af alderen for klipper og begivenheder, der har påvirket Jorden gennem geokronologi  ;
• undersøgelse af tidligere miljøforhold ( paleo-miljøer ).

I sine teoretiske og anvendte forgreninger dækker geokemi både endogene og eksogene processer på organisk eller uorganisk materiale . Anvendelsen af ​​geokemiske metoder til studiet af levende væsener fødte således biogeokemi . De to største felter forbliver dog geokronologi og undersøgelsen af ​​"varme" (i dybden) eller "kolde" (ved overfladen) klipper, på jorden eller i andre planetariske systemer.

Hovedprincipper

For en type materiale og / eller geologisk enhed, er målingerne og undersøgelserne af de forskellige kemiske grundstoffer og de oplysninger, de kan give, stærkt knyttet til deres relative overflod, der kaldes materialets kemiske sammensætning.

• De mest almindelige elementer, der generelt udgør ca. 95-99% af materialet, betegnes i den specifikke sammenhæng med undersøgelsen som hovedelementer . Denne undersøgelse udføres derefter oftest ved grænsefladen med mineralogi på grund af disse elementers tendens til at organisere sig i mere eller mindre definerede faser , mineralerne .
• De mindre rigelige kemiske grundstoffer i størrelsesordenen en procent og kaldes altid sammenhængende mindre grundstoffer , afhængigt af de fysisk-kemiske forhold, danner faser i form af tilbehørsmineraler.
• Endelig resten af de kemiske grundstoffer, der er til stede i meget små til meget små mængder, siges at være i spor eller også kaldet spor elementer . Deres opførsel under differentieringsprocesser forklares oftest via en anvendelse af den termokemiske teori om ligevægt i fortyndede medier, der involverer en forestilling om deling af disse elementer under virkningen af loven om masseaktion .
• Siden omtrent den første tredjedel af det XX th  århundrede, udvikling af massespektrometri har muliggjort en udvidelse af kemiske målinger til målingerne isotop . Dette aspekt er ikke strengt taget ”kemisk” forstået og integreret i geokemi, selvom det undertiden er specificeret under betegnelsen isotopisk geokemi ud over elementær geokemi (i betydningen geokemi af kemiske grundstoffer ). På et praktisk niveau er der to typer variationer i isotopforhold , dem mellem stabile isotoper og dem mellem radioaktive eller radiogene isotoper :
  • To stabile isotoper af det samme kemiske element delt mellem to faser på grund af kvanteeffekter, så længe temperaturen ikke er for høj (udtrykket fraktionering betyder, at deres overflodforhold ikke er det samme mellem de to faser). En af de mest berygtede applikationer er iltpaleotermometeret til at dechiffrere ændringer i den gennemsnitlige temperatur i Jordens atmosfære gennem de sidste fire hundrede tusind år.
  • Den radioaktivitet er transmutation af en forælder isotop radioaktiv isotop i en søn, sagde radiogen. Enkelheden af loven om radioaktivt henfald og dens immaterielle egenskaber er grundlaget for geokronologi , videnskaben om absolut datering.

Selvom disse teoretiske principper ofte er lånt fra en termodynamisk ligevægtshypotese, er vigtigheden af ​​mineralmetastabiliteter, der konfronteres med de lange perioder med geologisk tid, der gør det muligt for kemiske diffusionsprocesser undertiden at spille en rolle i den kinetiske udvikling af materialer, hvilket gør geokemi til et unikt felt sammenlignet med traditionel termokemi.

Metoder til analyse

Analysen af ​​klipper, mineraler og andre geomaterialer involverer mange typer fysisk-kemisk analyse. Her er et par:

• den mikrograf  : fremstilling af en tyndt blad af rock og observation optisk mikroskop , især til polariseret lys  ;
• den kemiske analyse Elemental: bestemmelse af den grundlæggende sammensætning af en klippe ( massekoncentration af forskellige grundstoffer, generelt oversat i form af oxider til hovedelementerne); oprindeligt udført med kemiske reaktioner (assays) element for element, disse analyser udføres nu med globale fysiske metoder, der giver koncentrationen af ​​alle elementerne såsom massespektrometri med en plasmakilde eller røntgenfluorescensspektrometri  ;
• fase analyse ved røntgendiffraktion  : vi har adgang til komponenternes krystallinske struktur , og vi kan derfor bestemme fasernes natur, for eksempel for at genkende de forskellige former for krystallisation af silica eller for at vide, om calcium er til stede som CaO eller CaCO 3 .

Se også

Bibliografi

• (da) Frank Wigglesworth Clarke , Dataene fra geokemi , United States Geological Survey Bulletins No. 330 (1908), No. 491 (1911), No. 616 (1916), No. 695 (1920), No. 770 (1924 )
• Alexandre Fersman , rekreativ geokemi , fremmedsprogsudgaver,1958, 437  s.
• Albert Jambon, Alain Thomas, geokemi. Geodynamik og cyklusser , Dunod,2009, 416  s. ( læs online )

Relaterede artikler

• Isotopgeologi  :
  • Radiokronologi  ;
• Paleoklimatologi  ;
• Blekemiljø  ;
• Geokemisk baggrund
• Discipliner:
  • Biogeokemi  ;
  • Kosmokemi  ;
  • Geologi  ;
  • Mineralogi  ;
• Forskere:
  • Victor Goldschmidt , medstifter af Vladimir Vernadsky inden for moderne geokemi og krystallografi  ;
  • Claude Allègre , hovedarrangør for udviklingen af ​​geokemi i Frankrig, ved CNRS og IPGP .

Noter og referencer

1. René Taton , generel videnskabshistorie , Presses Universitaires de France,1957, s.  360
2. (in) Helge Kragh, "Fra geokemi til kosmokemi: Oprindelsen af ​​en videnskabelig disciplin, 1915-1955" i Carsten Reinhardt, kemisk videnskab i det 20. århundrede: Bridging Boundaries , John Wiley & Sons,2008( læs online ) , s.  160–192
3. Gennadi Aksenov, Vernadsky. Frankrig og Europa , Maison des Sciences de l'Homme d'Aquitaine,2019( læs online ) , s.  195
4. Se: For en historie med geokemi , af René Létolle (1996)
5. De efterfølgende kontroverser om global opvarmning forringer ikke manager Claude Allègre's fortjeneste i denne tidligere periode af hans karriere. Se om dette emne: [1] Oprettelse af et nationalt institut inden for CNRS, INAG af Gérard Darmon.
6. Da Claude Allègre var direktør for IPGP , var dette organ en af ​​hovedkomponenterne i National Institute of Astronomy and Geophysics (INAG), selv knyttet til CNRS (INAG eksisterede fra 1967 og blev INSU i 1985).