Geochimie

Geochimie aplică instrumentele și conceptele de chimie la studiul Pământului și în general planete . Într-o anumită măsură, eșantioanele sunt accesibile pentru investigații chimice (în special prin studiul meteoriților ) sau prezența elementelor chimice este determinată prin metode indirecte, ceea ce permite acestei discipline științifice să studieze abundența relativă și absolută a acestor elemente , distribuția și migrațiile lor în timpul diferențierii planetare . Aceste studii permit în cele din urmăsă caute legi generale ale comportamentului materiei la scară planetară, care leagă această disciplină de cosmochimie în măsura în care este interesată de procesele de formare planetară și intraplanetară. În ceea ce privește Pământul, această disciplină își propune să cunoască ciclurile prin care majoritatea elementelor chimice sunt conduse alternativ la suprafață și în profunzime în interiorul planetei. În ceea ce privește sedimentul, geochimia studiază fenomenele chimice care au loc de la interfața apă-sediment până la adâncimea sedimentului în sine.

Elemente istorice

Rusul Mihail Lomonosov este considerat în mod tradițional tatăl acestei discipline științifice  (în) , omul de știință care studiază zăcămintele minerale în secolul  al XVIII- lea. Un secol mai târziu, chimiști și mineralogi precum Martin Heinrich Klaproth , Lavoisier , Berthollet sau Fourcroy pun bazele chimiei anorganice, care intră sub geologie și geochimie.

Invenția termenului „geochimie” este atribuită chimistului german Christian Schönbein în 1838. Cu toate acestea, timp de aproape un secol, termenul cel mai frecvent folosit pentru a se referi la această disciplină a fost cel de „geologie chimică” și există un contact redus între geologi și chimiști.

Rusul Vladimir Vernadsky și colegii săi germano-norvegieni Victor Moritz Goldschmidt și americanul Frank Wigglesworth Clarke sunt considerați fondatorii geochimiei moderne în anii 1920 .

Mai întâi odată cu extinderea chimiei prin mineralogia de suprafață, geochimia a dobândit statutul de disciplină de la sine după cel de-al doilea război mondial , în momentul dezvoltării geologiei izotopice (geocronologie absolută). Prin abordarea sa transdisciplinară, geochimia este un bun exemplu de fuziune între mai multe domenii cu obiective distincte, cum ar fi fizica , biologia , paleontologia (de asemenea, disciplina multidisciplinară) etc.

Domenii de aplicare

Din punct de vedere al aplicației, obiectivele geochimiei sunt, printre altele:

• determinarea compoziției diferitelor anvelope terestre, evoluția acestora, de la straturile superioare ale atmosferei până la sămânță  ;
• cuantificarea transferurilor de materie și energie în Pământ; identificarea și cuantificarea interacțiunilor dintre diferitele sale plicuri sau rezervoare  ;
• identificarea și caracterizarea proceselor chimice, mecanice, mineralogice sau de altă natură care modifică compozițiile chimice ale geomaterialelor, determinând diferențierea acestora  ;
• determinarea vârstei rocilor și a evenimentelor care au afectat Pământul, prin geocronologie  ;
• studiul condițiilor de mediu din trecut ( paleomediile ).

În ramificațiile sale teoretice și aplicate, geochimia acoperă atât procesele endogene, cât și cele exogene , pe material organic sau anorganic . Astfel, aplicarea metodelor geochimice la studiul ființelor vii a dat naștere biogeochimiei . Cele mai mari două câmpuri rămân însă geocronologie și studiul rocilor „fierbinți” (la adâncime) sau „reci” (la suprafață), pe Pământ sau în alte sisteme planetare.

Principii principale

Pentru un tip de material și / sau unitate geologică luat în considerare, măsurătorile și studiile diverselor elemente chimice și informațiile pe care le pot furniza sunt strâns legate de abundența lor relativă, care se numește compoziția chimică a materialului.

• Cele mai abundente elemente, care reprezintă în general aproximativ 95-99% din material, sunt denumite, în contextul specific al studiului, ca elemente majore . Acest studiu este apoi cel mai des realizat la interfața cu mineralogia , datorită tendinței acestor elemente de a se organiza în faze mai mult sau mai puțin definite, mineralele .
• Elementele chimice mai puțin abundente, de ordinul unui procent și numite, întotdeauna contextual, elemente minore , în funcție de condițiile fizico-chimice, formează faze , sub formă de minerale accesorii.
• În final, restul elementelor chimice prezente în foarte mici la cantități infime, se spune că a fi urme sau , de asemenea , numite urme elemente . Comportamentul lor în timpul proceselor de diferențiere este cel mai adesea explicat printr-o aplicație a teoriei termochimice a echilibrului în medii diluate, implicând o noțiune de partajare a acestor elemente sub efectul legii acțiunii de masă .
• Deoarece aproximativ prima treime a XX - lea  secol, dezvoltarea de spectrometrie de masă a permis extinderea măsurătorilor chimice la măsurătorile izotop . Acest aspect, nu strict vorbind „chimic”, este totuși complet înțeles și integrat în geochimie, chiar dacă este specificat uneori sub termenul de geochimie izotopică pe lângă geochimie elementară (în sensul de geochimie a elementelor chimice ). La nivel practic, există două tipuri de variații ale raporturilor izotopice , cele dintre izotopii stabili și cele dintre izotopii radioactivi sau radiogeni:
  • Doi izotopi stabili ai aceluiași element chimic se împart între două faze, datorită efectelor cuantice, atâta timp cât temperatura nu este prea mare (termenul de fracționare înseamnă că raportul lor de abundență nu este același între cele două faze). Una dintre cele mai notorii aplicații este paleotermometrul de oxigen pentru a descifra modificările temperaturii medii ale atmosferei Pământului în ultimii patru sute de mii de ani.
  • Radioactivitatea este transmutația un izotop radioactiv izotop - mamă într - un fiu, a spus radiogenic. Simplitatea legii decăderii radioactive și intangibilitatea acesteia stau la baza geocronologiei , știința datării absolute.

Deși aceste principii teoretice sunt adesea împrumutate dintr-o ipoteză de echilibru termodinamic, importanța metastabilităților minerale confruntate cu perioadele lungi de timp geologic care permit proceselor de difuzie chimică să joace uneori un rol în evoluția cinetică a materialelor, fac din geochimie un câmp unic termochimie tradițională.

Metode de analiză

Analiza rocilor, mineralelor și a altor geomateriale implică multe tipuri de analize fizico-chimice. Iată câteva:

• microfotografiei  : pregătirea unei lame subțire de rocă și observare microscop optic , în special la lumina polarizată  ;
• analiza chimică elementară: determinarea compoziției elementare a unei roci ( concentrație în masă a diferitelor elemente, în general , traduse în formă de oxizi la elementele majore); inițial efectuate cu reacții chimice (teste) element cu element, aceste analize sunt acum efectuate cu metode fizice globale care dau concentrația tuturor elementelor, cum ar fi spectrometria de masă cu o sursă de plasmă sau spectrometria de fluorescență cu raze X  ;
• analiza fazelor prin difracție de raze X  : avem acces la structura cristalină a componentelor și, prin urmare, putem determina natura fazelor, de exemplu pentru a recunoaște diferitele forme de cristalizare a silicei sau pentru a ști dacă calciu este prezent ca CaO sau CaCO 3 .

Vezi și tu

Bibliografie

• (ro) 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) )
• Alexandre Fersman , Geochimie recreativă , ediții în limbi străine,1958, 437  p.
• Albert Jambon, Alain Thomas, Geochimie. Geodinamică și cicluri , Dunod,2009, 416  p. ( citește online )

Articole similare

• Geologia izotopului  :
  • Radiocronologie  ;
• Paleoclimatologie  ;
• Paleomediul  ;
• Fundal geochimic
• Disciplinele:
  • Biogeochimie  ;
  • Cosmochimie  ;
  • Geologie  ;
  • Mineralogie  ;
• Oamenii de știință:
  • Victor Goldschmidt , cofondator alături de Vladimir Vernadsky de geochimie modernă și cristalografie  ;
  • Claude Allègre , principal organizator al dezvoltării geochimiei în Franța, la CNRS și la IPGP .

Note și referințe

1. René Taton , Istoria generală a științei , Presses Universitaires de France,1957, p.  360
2. (în) Helge Kragh, „De la geochimie la cosmochimie: originea unei discipline științifice, 1915-1955” în Carsten Reinhardt, știința chimică în secolul 20: Bridging Boundaries , John Wiley & Sons,2008( citiți online ) , p.  160–192
3. Gennadi Aksenov, Vernadsky. Franța și Europa , Maison des Sciences de l'Homme d'Aquitaine,2019( citiți online ) , p.  195
4. A se vedea: Pentru o istorie a geochimiei , de René Létolle (1996)
5. Controversele ulterioare cu privire la încălzirea globală nu afectează meritul managerului Claude Allègre în această perioadă anterioară a carierei sale. Vezi pe această temă: [1] Înființarea unui institut național în cadrul CNRS, INAG de Gérard Darmon.
6. Când Claude Allègre era directorul IPGP , acest organism era una dintre componentele principale ale Institutului Național de Astronomie și Geofizică (INAG), el însuși atașat CNRS (INAG a existat din 1967 și a devenit INSU în 1985).