Изворни код странице Геохемија

Под називом '''геохемија''' подразумева се изучавање састава [[Земља|Земље]] и других планета, хемијских процеса и реакција које су одговорне за састав стена и тла, као и кружење (миграција) материје и енергије које транспортују Земљине хемијске компоненте у времену и простору, и њихову интеракцију са хидросфером и атмосфером.<ref name="Albarede"/>{{rp|1}} У оквиру [[географија|географије]], ''геохемија'' се проучава као гранична дисциплина, на међи са [[хемија|хемијом]]. Област геохемије се протеже изван [[Earth|Земље]], обухватајући читав [[Solar System|Сунчев систем]],<ref name="cosmo"/> и дала је важан допринос разумевању низа процеса, укључујући [[mantle convection|конвекцију плашта]], формирање [[планета]] и порекло [[гранит]]а и [[базалт]]а.<ref name="Albarede"/>{{rp|1}} То је интегрисано поље хемије и [[geology|геологије]].

Најважнија поља геохемије су:
# Геохемија изотопа: Одређивање релативних и апсолутних концентрација [[хемијски елемент|хемијских елемената]] и њихових [[изотоп]]а у земљи и на њој.
# Проучавање дистрибуције и кретања елемената у различитим деловима земље (у кори, мантлу, хидросфери итд.) и у минералима са циљем да се утврди скривени систем дистрибуције и кретања.
# Космохемија: Анализа дистрибуције елемената и њихових изотопа у свемиру.
# Органска геохемија: Наука о улози процеса и састава који су настали од живих организама или оних који су некада живели.
# Примена у студијама заштите животне средине, хидролошким и и минералошким проучавањима.

Сматра се да је да је Виктор Годшмит отац модерне геохемије, основне идеје је развио у серији публикација од 1922-ге под називом -{„Geochemische Verteilungsgesetze der Elemente“}-.

== Историја ==
[[File:Victorgoldschmidt0006MA8633570-0001.jpg|thumb|[[Виктор Голдшмит]] (1909)]]

Израз геохемија први пут је употребио швајцарско-немачки хемичар [[Christian Friedrich Schönbein|Кристијан Фридрих Шјонбејн]] 1838: „требало би покренути компаративну геохемију, пре него што геохемија постане геологија, и пре него што се открије мистерија постанка наших планета и њихове неорганске материје.”<ref name="Buildingbridges">{{cite book |last=Kragh|first=Helge|chapter=From geochemistry to cosmochemistry: The origin of a scientific discipline, 1915–1955 |title= Chemical Sciences in the 20th Century: Bridging Boundaries|editor-last= Reinhardt|editor-first= Carsten|date= 2008|publisher= John Wiley & Sons|isbn= 978-3-527-30271-0|pages= 160–192 |url=https://books.google.com/books?id=gIOK5EUm5ysC}}</ref> Међутим, током остатка века уобичајенији израз је био „хемијска геологија”, и није било много контаката између [[геолог]]а и [[chemist|хемичара]].<ref name="Buildingbridges"/>

Геохемија се појавила као посебна дисциплина након што су основане велике лабораторије, почевши од [[United States Geological Survey|Геолошког завода Сједињених Држава]] (-{USGS}-) 1884. године, који је започео систематска истраживања хемије стена и минерала. Главни хемичар -{USGS}--а, [[Frank Wigglesworth Clarke|Франк Виглсворт Кларк]], приметио је да се елементи генерално смањују у количинској заступљености са повећањем њихове атомске тежине, и сумирао је свој рад на заступљености елемената у публикацији с насловом ''Геохемијски подаци''.<ref name="Buildingbridges"/><ref name="McSween">{{cite book|last1=McSween, Jr.|first1=Harry Y.|last2=Richardson|first2=Steven M.|last3=Uhle|first3=Maria E.|title=Geochemistry pathways and processes|date=2003|publisher=Columbia University|location=New York|isbn=9780231509039|edition=2nd|pages=2}}</ref>

Састав [[метеорит]]а је истраживан и упоређиван са земаљским стенама већ 1850. Године 1901. [[Oliver C. Farrington|Оливер К. Фарингтон]] је поставио хипотезу да би, иако постоје разлике, релативне заступљености ипак требале бити исте.<ref name="Buildingbridges"/> Ово је био почетак поља [[cosmochemistry|космохемије]], које је у многоме допринело ономе што се зна о формирању Земље и Сунчевог система.<ref name="Cornell">{{cite book |title= Geochemistry (Unpublished)|last= White|first= William M.|page= 1|url= http://www.geo.cornell.edu/geology/classes/geo455/Chapters.HTML|access-date=14 March 2012}}</ref>

Почетком 20. века, [[Макс фон Лауе]] и [[Вилијам Лоренс Браг]] показали су да се распршивање рендгенских зрака може користити за одређивање структуре кристала. Током 1920-их и 1930-их, [[Виктор Голдшмит]] и сарадници са [[University of Oslo|Универзитета у Ослу]] применили су ове методе на многе уобичајене минерале и формулисали скуп правила за груписање елемената. Голдшмит је ово дело објавио у серији -{''Geochemische Verteilungsgesetze der Elemente''}- („Геохемијски закони расподеле елемената”).<ref name="McSween"/>{{rp|2}}<ref>{{cite book|last1=Mason|first1=Brian|title=Victor Moritz Goldschmidt : father of modern geochemistry|date=1992|publisher=Geochemical Society|location=San Antonio, Tex.|isbn=0-941809-03-X}}</ref>

== Потпоља ==

Нека потподручја геохемије су:<ref>{{cite web|title=Welcome to GPS Geochemistry|url=http://web.gps.caltech.edu/options/geochemistry/|website=GPS Research Program|publisher=California Institute of Technology|access-date=2 October 2017|archive-date=21. 09. 2017|archive-url=https://web.archive.org/web/20170921225209/http://web.gps.caltech.edu/options/geochemistry/|url-status=}}</ref>
* [[Aqueous geochemistry|Водена геохемија]] проучава улогу различитих елемената у сливовима, укључујући [[бакар]], [[сумпор]], [[жива|живу]], и како се елементарни токови размењују кроз атмосферско-копнено-водене интеракције.<ref>{{cite book|last1=Langmuir|first1=Donald|title=Aqueous environmental geochemistry|url=https://archive.org/details/aqueousenvironme0000lang|date=1997|publisher=Prentice Hall|location=Upper Saddle River, N.J.|isbn=9780023674129}}</ref>
* [[Biogeochemistry|Биогеохемија]] је поље истраживања које се фокусира на утицај живота на хемију Земље.<ref>{{cite book|last1=Schlesinger|first1=William H.|last2=Bernhardt|first2=Emily S.|title=Biogeochemistry : an analysis of global change|date=2013|publisher=Academic Press|isbn=9780123858740|edition=Third|pages=3}}</ref>
* [[Cosmochemistry|Космохемија]] укључује анализу дистрибуције елемената и њихових изотопа у [[космос]]у.<ref name="cosmo">{{cite book|last1=McSween, Jr|first1=Harry Y.|last2=Huss|first2=Gary R.|title=Cosmochemistry|date=2010|publisher=Cambridge University Press|isbn=9781139489461|pages=1}}</ref>
* [[Геохемија изотопа|Изотопска геохемија]] укључује одређивање релативних и апсолутних концентрација [[chemical element|елемената]] и њихових [[изотоп]]а у Земљи и на површини Земље.<ref>{{cite book|last1=Kendall|first1=Carol|author-link1=Carol Kendall (scientist)|last2=Caldwell|first2=Eric A.|chapter=Chapter 2: Fundamentals of Isotope Geochemistry|title=Isotope Tracers in Catchment Hydrology |editor-last1=Kendall|editor-first1=C.|editor-link1=Carol Kendall (scientist)|editor-last2=McDonnell|editor-first2=J. J.|date=1998|publisher=Elsevier Science|location=Amsterdam|pages=51–86|chapter-url=https://wwwrcamnl.wr.usgs.gov/isoig/isopubs/itchch2.html|access-date=3 October 2017}}</ref>
* [[Organic geochemistry|Органска геохемија]], проучавање улоге процеса и једињења која потичу од живих или некада живих организама.<ref>{{cite book|last1=Killops|first1=Stephen D.|last2=Killops|first2=Vanessa J.|title=Introduction to Organic Geochemistry|date=2013|publisher=John Wiley & Sons|isbn=9781118697207}}</ref>
* [[Photogeochemistry|Фотогеохемија]] је проучавање хемијских реакција изазваних светлошћу које се дешавају или могу настати међу природним компонентама Земљине површине.<ref>{{cite journal |title=A survey of photogeochemistry |pmc = 5307419 | pmid=28246525 | doi=10.1186/s12932-017-0039-y | volume=18 | | journal=Geochem Trans | page=1 | last1 = Doane | first1 = TA|date=2017 }}</ref>
* [[Regional geochemistry|Регионална геохемија]] укључује апликације у истраживању животне средине, хидролошким и минералним истраживањима.<ref>{{cite journal|last1=Garrett|first1=R.G.|last2=Reimann|first2=C.|last3=Smith|first3=D.B.|last4=Xie|first4=X.|title=From geochemical prospecting to international geochemical mapping: a historical overview: Table 1|journal=Geochemistry: Exploration, Environment, Analysis|date=November 2008|volume=8|issue=3–4|pages=205–217|doi=10.1144/1467-7873/08-174|s2cid=130836294}}</ref>

== Хемијски елементи ==

Градивни блокови материјала су [[хемијски елементи]]. Они се могу идентификовати по њиховом [[atomic number|атомском броју]] Z, који је број [[протон]]а у [[Atomic nucleus|језгру]]. Елемент може имати више вредности за N, [[neutron number|број неутрона]] у језгру. Збир ових бројева је [[mass number|масени број]], који је отприлике једнак [[atomic mass|атомској маси]]. Атоми са истим атомским бројем, али различитим неутронским бројевима називају се [[изотоп]]и. Дати изотоп је идентификован словом за елемент којем претходи наднатпис за масени број. На пример, два уобичајена изотопа [[хлор]]а су <sup>35</sup>-{Cl}- и <sup>37</sup>-{Cl}-. Постоји око 1700 познатих комбинација -{Z}- и -{N}-, од којих је само око 260 стабилних. Међутим, већина нестабилних изотопа се не јавља у природи. У геохемији се стабилни изотопи користе за праћење хемијских путева и реакција, док се радиоактивни изотопи првенствено користе за датирање узорака.<ref name="McSween"/>{{rp|13–17}}

Хемијско понашање атома - његов [[Chemical affinity|афинитет]] према другим елементима и тип [[chemical bond|веза]] које формира - одређен је распоредом електрона у [[Atomic orbital|орбиталама]], нарочито најудаљенијим ([[valence electron|валентним]]) електронима. Ови аранжмани се одражавају на положај елемената у [[periodic table|периодном систему]].<ref name="McSween"/>{{rp|13–17}} На основу положаја, елементи спадају у широке групе [[alkali metal|алкалних метала]], [[alkaline earth metal|земноалкалних метала]], [[transition metal|прелазних метала]], полуметала (такође познати као [[металоиди]]), [[халоген]]и, [[noble gas|племенити гасови]], [[лантаноид]]и и [[актиноид]]и.<ref name="McSween"/>{{rp|20–23}}

Још једна корисна шема класификације за геохемију је [[Goldschmidt classification|Голдшмитова класификација]], која елементе сврстава у четири главне групе. ''Литофили'' се лако комбинују са кисеоником. Ови елементи, који укључују [[sodium|-{Na}-]], [[potassium|-{K}-]], [[silicon|-{Si}-]], [[aluminum|-{Al}-]], [[titanium|-{Ti}-]], [[magnesium|-{Mg}-]] и [[calcium|-{Ca}-]], доминирају у [[Земљина кора|Земљиној кори]], формирајући [[silicate|силикате]] и друге оксиде. ''Сидерофилни'' елементи ([[iron|-{Fe}-]], [[cobalt|-{Co}-]], [[nickel|-{Ni}-]], [[platinum|-{Pt}-]], [[rhenium|-{Re}-]], [[osmium|-{Os}-]]) имају афинитет према [[гвожђе|гвожђу]] и имају тенденцију да се концентришу у [[Грађа Земље|језгру]]. ''Халкофилни'' елементи ([[copper|-{Cu}-]], [[silver|-{Ag}-]], [[zinc|-{Zn}-]], [[lead|-{Pb}-]], [[sulfur|-{S}-]]) формирају [[сулфид]]е; а ''атмосферски'' елементи ([[oxygen|-{O}-]], [[nitrogen|-{N}-]], [[hydrogen|-{H}-]] и племенити гасови) доминирају атмосфером. Унутар сваке групе, неки елементи су [[refractory|ватростални]], остају стабилни на високим температурама, док су други испарљиви, лакше испаравају, те их загревање може одвојити.<ref name="Albarede">{{cite book|last1=Albarède|first1=Francis|title=Geochemistry : an introduction|date=2007|publisher=Cambridge University Press|location=Cambridge|isbn=9780521891486|edition=5th|others=Translated from the French.|pages=17}}</ref><ref name="McSween"/>{{rp|23}}

== Диференцирање и мешање ==

Хемијски састав Земље и других тела одређују два супротна процеса: диференцијација и мешање. У Земљином [[mantle (geology)|омотачу]] долази до диференцијације на [[mid-ocean ridge|средњеокеанским гребенима]] океана [[Парцијално стапање|делимичним топљењем]], при чему више ватросталних материјала остаје у подножју [[lithosphere|литосфере]], док се остатак диже да би формирао [[базалт]]. Након што се океанска плоча спусти у плашт, [[convection|конвекција]] на крају меша два дела заједно. [[Ерозија]] диференцира [[гранит]], одвајајући га у [[глина|глину]] на дну океана, [[пешчар]] на ивици континента и растворене минерале у океанским водама. [[Метаморфизам]] и [[anatexis|анатекса]] (делимично топљење камених кора) могу поново помешати ове елементе. У океану биолошки организми могу изазвати хемијску диференцијацију, док се растварањем организама и њиховог отпада може поново мешати материјал.<ref name="Albarede"/>{{rp|23–24}}

=== Фракционисање ===
{{See also|магматска диференцијација}}

Главни извор диференцијације је [[fractionation|фракционисање]], неједнака расподела елемената и изотопа. Ово може бити резултат хемијских реакција, [[Фазна трансформација|фазних трансформација]], кинетичких ефеката или [[радиоактивност]]и.<ref name="Albarede"/>{{rp|2–3}} У највећој мери, ''[[planetary differentiation|планетарна диференцијација]]'' је физичко и хемијско раздвајање планете на хемијски различите регионе. На пример, земаљске планете су формирале језгра богата гвожђем и омотаче и коре богате силикатима.<ref>{{cite book|last1=McSween, Jr.|first1=Harry Y.|last2=Huss|first2=Gary R.|title=Cosmochemistry|date=2010|publisher=Cambridge University Press|isbn=9781139489461|pages=218}}</ref> У Земљином омотачу, примарни извор хемијске диференцијације је [[partial melting|делимично топљење]], нарочито близу средњеокеанског гребена.<ref>{{cite book|last1=Olson|first1=Gerald Schubert ; Donald L. Turcotte ; Peter|title=Mantle convection in the earth and planets|date=2001|publisher=Cambridge University Press|location=Cambridge|isbn=9780521798365}}</ref>{{rp|68,153}} То се може догодити када је чврста супстанца хетерогена или у [[solid solution|чврсти раствор]], и део растопа се одвоји од чврсте материје. Процес је познат као ''равнотежно'' или ''шаржно'' топљење, ако чврста супстанца и растоп остану у равнотежи до тренутка уклањања растопа, и ''фракционо'' или ''Рејлијеово'' топљење ако се растоп континуирано уклања.<ref>{{cite book|last1=Wilson|first1=Marjorie|title=Igneous petrogenesis|date=2007|publisher=Springer|location=Dordrecht|isbn=9789401093880}}</ref> 

[[Isotope fractionation|Изотопско фракционисање]] може имати форме зависне и независне од масе. Молекули са тежим изотопима имају ниже [[Енергија нулте тачке|енергије основног стања]] и стога су стабилнији. Као резултат тога, хемијске реакције показују малу зависност од изотопа, при чему тежи изотопи преферирају врсте или једињења са вишим оксидационим стањем; а у фазним променама тежи изотопи се концентришу у тежим фазама.<ref name="Kendall">{{cite book|last1=Kendall|first1=Carol|author-link1=Carol Kendall (scientist)|last2=Caldwell|first2=Eric A.|chapter=Chapter 2: Fundamentals of Isotope Geochemistry|editor-last1=Kendall|editor-first1=Carol|editor-last2=McDonnell|editor-first2=J. J.|title=Isotope tracers in catchment hydrology|date=2000|publisher=Elsevier|location=Amsterdam|isbn=9780444501554|pages=51–86|chapter-url=http://wwwrcamnl.wr.usgs.gov/isoig/isopubs/itchch2.html|access-date=24 October 2017|archive-date=14. 03. 2008|archive-url=https://web.archive.org/web/20080314192517/http://wwwrcamnl.wr.usgs.gov/isoig/isopubs/itchch2.html|url-status=}}</ref> Фракционисање зависно од масе највеће је у лаким елементима, јер је разлика у масама већи део укупне масе.<ref name="Hoefs">{{cite journal|last1=Hoefs|first1=Jochen|title=Isotope fractionation processes of selected elements|journal=Stable Isotope Geochemistry|date=2015|pages=47–134|doi=10.1007/978-3-319-19716-6_2|isbn=978-3-319-19715-9|pages=47}}</ref>

Односи између изотопа се генерално упоређују са стандардом. На пример, сумпор има четири стабилна изотопа, од којих су два најчешћа <sup>32</sup>-{S}- и <sup>34</sup>-{S}-.<ref name="Hoefs"/>{{rp|98}} Однос њихових концентрација, {{math|''R''{{=}}<sup>34</sup>S/<sup>32</sup>S}}, приказан је као
: <math>\delta{}^{34}\mathrm{S} = 1000\left(\frac{R}{R_\mathrm{s}}-1\right),</math>

где је {{math|''R''<sub>s</sub>}} исти однос за стандард. Пошто су разлике мале, однос се множи са 1000 да би се добили делови по хиљади (називају се делови по мил). Ово је представљено симболом {{math|‰}}.<ref name="Kendall"/>{{rp|55}}

==== Равнотежа ====

''[[Equilibrium fractionation|Равнотежно фракционисање]]'' се јавља између хемикалија или фаза које су у равнотежи једна са другом. У равнотежном фракционисању између фаза, теже фазе преферирају теже изотопе. За две фазе -{A}- и -{B}-, ефекат се може представити фактором
:<math> a_\mathrm{A-B} = \frac{R_\mathrm{A}}{R_\mathrm{B}}. </math>

У фазном прелазу течност-пара за воду, {{math|''a''<sub>l-v</sub>}} на 20&nbsp;°C је 1,0098 за <sup>18</sup>-{O}- и 1,084 за <sup>2</sup>-{H}-. Генерално, фракционисање је веће на нижим температурама. На 0&nbsp;°C, фактори су 1,0117 и 1,111.<ref name="Kendall"/>{{rp|59}}

==== Кинетика ====

Када не постоји равнотежа између фаза или хемијских једињења, може доћи до ''[[kinetic fractionation|кинетичког фракционисања]]''. На пример, на интерфејсу између течне воде и ваздуха, напредна реакција је појачана ако је влажност ваздуха мања од 100% или се водена пара помера ветром. Кинетичко фракционисање је генерално побољшано у поређењу са равнотежним фракционисањем и зависи од фактора као што су брзина реакције, реакциони пут и енергија везе. С обзиром да лакши изотопи углавном имају слабије везе, они теже брже реагују и обогаћују продукте реакције.<ref name="Kendall"/>{{rp|60}}

Биолошко фракционисање је облик кинетичког фракционисања, јер реакције имају тенденцију да се одвијају у једном смеру. Биолошки организми преферирају лакше изотопе, јер су нижи трошкови енергије при прекидању енергетских веза. Поред претходно наведених фактора, околина и врсте организма могу имати велики утицај на фракционисање.<ref name="Kendall"/>{{rp|70}}

== Види још ==
* [[Петрологија]]

== Референце ==
{{reflist|}} 

== Литература ==
{{Литература|}} 
* {{cite book|author=Marshall, C., & Fairbridge, R. |title=Encyclopedia of Geochemistry|url= |location=|publisher=|year=2006|isbn=978-1-4020-4496-0}}. Berlin: Springer.
* Bernard Gunn: [http://www.Geokem.com ''The Geochemistry of Igneous Rocks'']
* {{cite book|author=Gunter Faure |title=Principles of Isotope Geology |url=https://archive.org/details/principlesofisot0000faur_b3f0 |location= |publisher=John Wiley & Sons |year=1986 |isbn=978-0-471-86412-7}}
* {{cite book|last1=Faure|first1=Gunter|author1-link=Gunter Faure|last2=Mensing|first2=Teresa M.|title=Isotopes : principles and applications|url=https://archive.org/details/isotopesprincipl0000faur|date=2005|publisher=Wiley|location=New Jersey|isbn=0471384372|edition=3rd}}
* {{cite book|editor-last1=Holland|editor-first1=H.D.|editor-last2=Turekian|editor-first2=K.K.|title=Treatise on geochemistry|date=2003|publisher=Elsevier Science|location=Oxford|isbn=978-0-08-043751-4|edition=1st}}
* {{cite book|editor-last1=Marshall|editor-first1=C.P.|editor-last2=Fairbridge|editor-first2=R.W.|title=Geochemistry|date=2006|publisher=SpringerLink|location=Berlin|isbn=1-4020-4496-8}}
* {{cite web|last1=Natural Environment Research Council|title=Geochemistry data model|url=http://www.earthdatamodels.org/designs/geochemistry_BGS.html|website=EarthDataModels.org|access-date=9 October 2017|archive-date=23. 12. 2014|archive-url=https://web.archive.org/web/20141223170825/http://www.earthdatamodels.org/designs/geochemistry_BGS.html|url-status=dead}}
* {{cite book|last1=Rollinson|first1=Hugh R.|title=Using geochemical data : evaluation, presentation, interpretation|date=1996|publisher=Longman|location=Harlow|isbn=978-0-582-06701-1|edition=Repr.}}
* {{cite book |title= Geochemistry (Unpublished)|last= White|first= William M.|page= 1|url= http://www.geo.cornell.edu/geology/classes/geo455/Chapters.HTML|access-date=14 March 2012}}

{{Литература крај}}

== Спољашње везе ==
* [http://www.usgs.gov/science/science.php?term=437 -{Geochemistry}-]
* [http://www.Geokem.com ''The Geochemistry of Igneous Rocks''] (Gunn Interactive Ltd.)

{{Гране хемије}}
{{Географске науке}}
{{Геологија}}
{{подножје|Географија|Физичка хемија}}

[[Категорија:Геохемија|*]]