БСЭ - Большая Советская энциклопедия (ГЕ)

Древняя газовая оболочка Земли была маломощной и состояла из CO 2, H 2O , возможно CH 4и др. газов. Современная атмосфера возникла вторично, с появлением на Земле свободного кислорода в результате фотосинтетической деятельности растений. После этого продукты вулканической эксгаляций S, H 2S, NH 3, H 2, CH 4и др. были окислены, выбыли из атмосферы и осталась современная азотно-кислородная оболочка Земли (см. Атмосфера ).

Из пород Земли в атмосферу при действии вулканов выделяются лёгкие газы He 4, He 3, Н, D («гелиевое дыхание»), которые не удерживаются гравитационным полем Земли и диссипируют (рассеиваются) в космическое пространство. Источником CO 2(а также следов HF, HCl и др.) являются тоже вулканы. На содержание в атмосфере CO 2оказывает влияние океан, поглощающий CO 2в холодных широтах и освобождающий CO 2на экваторе. Поэтому на экваторе парциальное давление CO 2в атмосфере несколько выше. Изотоп аргона 40Ar накапливается в атмосфере в результате ядерного превращения 40K ® 40Ar (К-захват). Др. инертные газы — Ne, Kr, Xe — первичного происхождения. Атмосфера играет огромную роль в качестве транспортёра многих легколетучих соединений, галогенидов, органических веществ и т. п. Газы атмосферы участвуют в геохимическом выветривании горных пород, например O 2, CO 2. Азот фиксируется синезелёными водорослями и некоторыми др. растениями. После их гибели в результате метаморфизма их остатков образуется калийная селитра.

Подземные атмосферы, заполняющие пористые породы, имеют разнообразный состав и образуются различными путями. Атмосферные газы могут быть захвачены осадочными породами. В этом случае для них характерно содержание 40Ar по отношению к N 2около 1%. Азотные струи без 40Ar — результат метаморфизма органического вещества (биогенные газы). Известны подземные атмосферы из CO 2, а также струи CO в районах вулканической деятельности, нефтяные газы CH 4, C 2H 6, C 3H 8и др. углеводороды в нефтеносных областях, сероводород, радиогенные газы — Не, Rn и др.

Биосфера — область на границе твёрдой, жидкой и газовой оболочек Земли, занятая живым веществом — совокупностью организмов. Биосфера возникла около 3,5 .10 9лет тому назад. Благодаря маломощной первичной атмосфере космическое излучение проникало на Землю. Под влиянием этого облучения из вулканических дымов и газов H 2O, СО, CO 2, HF, HC1, CH 4, S, H 2S, S 2, NH 3, H 3BO 3и др. происходил абиогенный синтез многих сложных соединений углерода с симметричными молекулами, оптически неактивными. На этом фоне возник биогенный синтез асимметричных оптически активных молекул живого вещества. После возникновения в результате фотосинтеза азотно-кислородной атмосферы над ней образовался озоновый экран. Вследствие этого космические лучи практически перестали проникать к поверхности Земли и абиогенный синтез органических соединений прекратился. Организмы не только изменили состав атмосферы, но прямо или косвенно участвуют в многочисленных геохимических процессах (см. Биогеохимия ).

История отдельных элементов в земной коре.Г. отдельных элементов, поведение их в разных природных процессах составляют специальную часть общей Г. и часто представляют значительный экономический интерес. Закономерные парагенезисы (ассоциации элементов) встречаются в разных природных процессах, но затем может происходить и разделение элементов. Например, все галогениды в виде HF, HCl, HBr, HI поступают на поверхность Земли с вулканическими эманациями. В дальнейшем соединения I —под влиянием окислительно-восстановительных реакций (и солнечной радиации) легче других галогенидов окисляются, т. е. переходят в I 2, который транспортируется через атмосферу и на поверхности Земли совершает свой круговорот ( рис. 3 ). HF вулканических газов немедленно фиксируется материковыми породами, особенно молекулой P 2O 5, образуя прочную молекулу, лежащую в основе фторапатита. Соли HCl и HBr переходят в водные растворы и мигрируют вместе. Разделительным процессом для них является главным образом процесс садки солей при испарении растворов в изолированных бассейнах. NaCl поступает в осадок, а соли Br остаются в рапе озёр. Отношение Cl/Br в океане близко к 300, то же примерно в озёрах, реках и т. д. Но в отложениях галита отношение C1/Br около 10000 и больше, а в рапе (или в Мёртвом море) около 50. Т. о., по этому отношению Cl/Br можно устанавливать происхождение минеральных растворов.

Другой пример: S, Se, Те выбрасываются вулканами. В гидротермальных рудных отложениях и сульфидах тяжёлых металлов они находятся вместе, но на поверхности Земли разделяются: S легко окисляется в SO 4 2—и сбрасывается в море; при испарении морской воды образуются осадки сернокислого кальция — гипсы, ангидриты. Se трудно окисляется и в виде нерастворимых водных солей (Fe и др.) селенистой кислоты образует скопления. Те рассеивается при окислении. Миграция Са, Sr, Ba, Ra имеет много общих этапов. Однако Ba, встречаясь с SO 4 2—, даёт нерастворимые соединения BaSO 4. Одновременно тут же накапливается и RaSO 4. Бикарбонаты Ca и Sr сбрасываются в виде водных растворов в океаны. При этом, в силу большой растворимости солей Sr 2+, он не уходит в карбонатные осадки, а накапливается в растворах. Ещё более сложные разделительные процессы идут при образовании сульфидных гидротермальных отложений и во многих др. случаях. Миграция отдельных элементов из одной термодинамической системы в другую является частью общего круговорота или цикла миграции вещества на Земле.

Связь геохимии с другими науками. Исторический очерк.Г. стоит на стыке геологических, физических и химических наук и через биогеохимию связывается с биологических науками. Наиболее тесно Г. связана с геологическими науками — минералогией и петрографией, особенно в вопросах генезиса минералов, горных пород и геологических процессов. Регионально-геохимические исследования проводятся в тесном сочетании с геотектоническими построениями. В Г. применяются современные физические и химические методы исследования вещества и процессов в широком диапазоне температур и давлений — спектральные, масс-спектральные, резонансные, ядерные и др.; используются математические методы. Изучение поведения вещества при высоких температурах и давлениях связывает Г. с геофизикой. Оценка абсолютного времени, которая лежит в основе исторической геологии, и ряд др. проблем истории Земли решаются только точными методами геохимических и радиохимических исследований (см. Геохронология ). В палеонтологии при решении вопросов образования твёрдых скелетных частей организмов и их эволюции важно знать геохимические условия, в которых жили организмы. Изучение ископаемого органического вещества раскрывает процессы образования каустобиолитов . Геохимические идеи играют очень большую роль в развитии почвоведения; они направлены на решение ряда важных вопросов агрохимии и агрономии. Геохимическое изучение почвенного покрова очень важно для геохимических поисков полезных ископаемых. В географии также развивается геохимическое направление — геохимия ландшафта . Изучение геохимических процессов, связанных с флорой и фауной, имеет большое значение для сельского хозяйства и медицины (см. Биогеохимия ).