История развития геохимии

Содержание

Введение………………………………………………………………3

1. Первые геохимические исследования……………………………4

2. Геохимия наука XX века…………………………………………11

   3. Возникновение Российской школы геохимиков.

              Развитие геохимии зарубежом…………………………………...14

     4. Вклад отечественных ученых в геохимию ландшафта………...16

     5. Современный этап истории геохимии среды…………………...18

              Список литературы………………………………………………….21

Введение

Весь окружающий нас мир – это мир химических элементов и их соединений в самых разных формах и фазовых состояниях. Буквально слово геохимия означает химия Земли. На самом деле объекты геохимии более разнообразные от  атома до Вселенной. Мир един и лишь человек в силу своих ограниченных возможностей и поступательного характера развития знаний делит его на части, в зависимости под каким углом смотрит на этот мир. Геохимия одна из фундаментальных наук, она, прежде всего мировоззренческая. Эволюцию жизни на Земле нельзя отрицать, хотя есть и ортодоксы, кто упрямо твердит об одноактном ее творении. Развитие ее как показывают данные геохронологии идет по экспоненте т.е с ускорением, точно также как развитие самого человечества. Геохимия является  корневой фундаментальной наукой, имеющей свой конкретный предмет изучения - химические элементы, но имеются и различные ее ветви, имеющие определенную специализацию  и более прикладной характер: экологическая, поисковая, геохимия ландшафтов, геохимия рудных месторождений и др.

1.      Первые геохимические исследования

              Геохимия – одна из наиболее перспективных отраслей современной

геологической науки, ее по праву можно назвать наукой XXI века. Однако

корни геохимии уходят в далекое прошлое естествознания.

     Уже в античное время существовали некоторые представления об

естественной истории атомов, но они неизбежно носили натурфилософский

характер.

     Первые опытные данные по химии древние народы Вавилона, Египта,

Индии и Китая получали при производстве стекла, выплавлении металлов из

руд, изготовлении красителей и т. д. Сведения о химическом составе

природных соединений были унаследованы последующими поколениями

и дошли до эпохи средневековья.

     В Западной Европе в эпоху средневековья познание химического состава

природных тел происходило стихийно и было связано, в первую очередь,

с трудами алхимиков и их последователей. Наиболее яркая фигура конца этой эпохи – Теофраст Парацельс (1493–1541), утвердивший химию в медицине и высказавший ряд идей, близких к геохимии, о круговороте веществ в природе.

     Его современник Агрикола (1494–1555) изучал рудные месторождения

Центральной Европы и в своих работах дал первую для того времени сводку

знаний по металлургии, минералогии и горному делу. В его работах мы

встречаем некоторые геохимические идеи, связанные с генезисом минералов.

     Первостепенное значение в истории химии имело введение понятия

о химическом элементе как последней инстанции делимости вещества,

составной части всех природных образований. Понятие о химическом элементе было введено в науку английским врачом и химиком Робертом Бойлем (1627–1691). Бойль интересовался также химией океана и атмосферы. Он выполнил первые анализы морской воды и указал на сложный состав атмосферного воздуха. Исследования Р. Бойля совпали со значительными успехами горнорудного дела в Центральной Европе и развитием механики.

     В 1676 г. Христиан Гюйгенс (1629–1695) впервые выдвинул идею

о единстве химического состава космоса. В труде «Kosmotheoros» (1704),

который он завершил за несколько недель до смерти, Гюйгенс высказал

сокровенные мысли о строении мира. В нем отчетливо выражены два принципа огромной важности: тождество материального состава и физических сил в космосе и понятие о жизни, как о явлении космическом и принципиально отличном от косной материи.

     Вопросы химии Земли в планетарных масштабах были затронуты

в работах Э. Галлея (1656–1742) и Л. Бюффона (1707–1788). Э. Галлею

принадлежит первая попытка определения возраста океана по количеству

накопленных в нем солей, приносимых реками с поверхности суши. Л. Бюффон в «Эпохах природы» (1780) нарисовал первую картину истории Земли, начиная от ее огненно-жидкого состояния. Несколько ранее Г.В. Лейбниц (1646–1716) выступил с утверждением об огненно-жидком начале Земли, с которым, по его мнению, связана ее шаровидная форма.

     К середине XVII столетия было собрано и описано много минералов

и горных пород, значительно расширились сведения об их химическом составе. Появились предпосылки для возникновения научной минералогии,

кристаллографии и геологии. В Центральной Европе горнорудное дело

и металлургия достигают значительного развития в связи с возросшей

потребностью в металлах. В России расширяется эксплуатация минеральных

богатств. На этот период приходится деятельность выдающегося русского

ученого-энциклопедиста М.В. Ломоносова (1711–1765).

     Михаил Васильевич Ломоносов был убежденным атомистом. Он

рассматривал Землю как сферическое тело, подчиняющееся в своем развитии

законам физики, химии и механики, одним из первых выдвинул кинетическую теорию строения вещества, сформулировал и обосновал закон сохранения вещества – фундаментальный закон всего естествознания. Ломоносовым впервые были описаны некоторые геохимические свойства металлов. Происхождение рудных жил он связывал с процессом осаждения химических соединений из воды, проходящей по трещинам горных пород. В работах М. Ломоносова мы встречаем первые идеи о «сонахождении» минералов – парагенезисе, который окончательно утвердился в минералогии в середине XIX в. Геометрическую форму кристаллов М.В. Ломоносов рассматривал как отражение соответствующего правильного расположения шарообразных частиц, а не молекул, и таким образом предвосхитил учение об эффективных ионных радиусах современной кристаллохимии. Он допускал возможность органического происхождения угля путем обугливания растительных остатков без доступа воздуха при повышенных давлениях и температурах. Органическое происхождение приписывалось им также некоторым черным сланцам, асфальту и нефти.

     Из сказанного следует, что во многих вопросах М. Ломоносов намного

опередил науку своего времени. Однако по причине слабых научных связей

между странами и ограниченности научной информации в целом идеи

М.В. Ломоносова не нашли последователей за пределами России.       

     Во второй половине XVIII в. в дискуссиях между нептунистами

(А.Г. Вернер) и плутонистами (Дж. Хеттон) зарождается научная геология.

Возникает научная космогония благодаря трудам Э. Канта, а затем

П. Лапласа.

     Дж. Пристли (1733–1804) и А. Лавуазье (1743–1794) окончательно

устанавливают химический состав воздуха. Открываются новые химические

элементы. Г.Дэви (1778–1829) исследует рудничные газы, газы вулканов,

открывает с помощью электролиза щелочные металлы – натрий и калий.

В 1794 г. в Риге выходит книга Э.Ф. Хладного (1756-1827), члена-

корреспондента Российской Академии наук, в которой доказывается

космическое происхождение метеоритов. Ранее они считались земными

образованиями. В 1802 г. В. Говардом в Англии и в 1804 г. Т.Е. Ловицем

в России были выполнены первые химические анализы метеоритов, при этом

обнаружено их минералогическое отличие от горных пород Земли. Эти

открытия предопределили появленииние космохимии.

     В 1807 г. профессор Харьковского университета А. Стойкович

предположил, что метеориты – продукты распада одной из планет Солнечной

системы, поскольку в метеоритах были обнаружены те же химические

элементы, что и на Земле. Этот факт подтверждал идею единства химического состава мироздания.

     С точки зрения геохимии несомненный интерес представляет книга

горного деятеля и технолога академика И.Ф. Германна (1755–1815)

«Естественная история меди», изданная в Петербурге в 1789 г. В ней описана

технология извлечения отдельных химических элементов, основанная на

изучении химических и физических свойств элементов и их нахождения

в природе. Другой русский академик, В.М. Севергин (1765–1826), в книге

«Первые основания минералогии или естественной истории ископаемых тел»

в 1798 г. формулирует понятие о естественных ассоциациях минералов, об их

парагенезисе, обозначив это понятие термином «смежность минералов».

     В 1815 г. английский минералог В. Филлипс (1773–1828) впервые

предпринял попытку выяснить средний химический элементарный состав

земной коры. Он дал оценку распространенности десяти химическим

элементам и в общем правильно определил порядок их распространения,

выделив при этом количественное преобладание четырех элементов – О, Si, А1, Fе, подобное преобладанию четырех элементов в живых организмах – О, Н, С, N.

     В изучении химического состава отдельных минералов земной коры

большая заслуга принадлежит шведскому химику И.Я. Берцелиусу (1779-

1848), открывшему Ce, Se, Th, Та и получившему Si в чистом виде. Его

исследования подводили прочный фундамент под здание будущей геохимии.

Минералогию он определял как химию земной коры.

    Один из видных натуралистов XIX в. – Александр Гумбольдт (1769-1859)

чрезвычайно близко подходит к пониманию геохимической роли растений,

закладывает основы биогеографии. В ранних работах он отмечает влияние

организмов на окружающую среду. Совместно с французским химиком

Ж.Л. Гей-Люссаком Гумбольдт доказывает однородность химического состава атмосферы на разных высотах, определяет состав воды в единицах объема кислорода и водорода.

    Польский химик и врач А. Снядецкий (1768–1836) установил правило,

в соответствии с которым рост массы и геохимическое действие живого

вещества, обусловленные питанием и дыханием, при смене поколений

происходят обратно пропорционально массе организма. Он первый высказал

мысль о закономерном круговороте всех химических элементов земной коры.

    Ж.Б. Дюма (1800–1884) и Ж. Буссенго (1802–1887) во Франции,

К. Шпренгель (1787–1859) и Ю. Либих (1803–1873) в Германии и их

последователи закладывают основы агрохимии и устанавливают геохимическое значение зеленых растений как ведущего фактора в газовом балансе нашей планеты. Ю. Либих и К. Шпренгель выясняют роль «зольных элементов» в жизни растений, в повышении плодородия почвы.

    Карл Бишоф (1732–1870) в 1847 г. выпустил объемную монографию по

химической и физической геологии, в которой представил большое количество геохимических данных, обосновал ведущую роль воды в химических процессах поверхности Земли, ярко описал историю развития многих химических элементов, доказал, что их развитие представляет собой круговые процессы.

    Французский геолог Ж. Эли-де-Бомон (1798–1874), связывал историю

химических элементов с магматическими и вулканическими процессами.

В своих работах он описал ведущую роль воды в геохимических процессах,

ввел понятие о вулканических эманациях, развил идею о связи химических

элементов с геологическими процессами. Ж. Эли-де-Бомон впервые определил концентрацию элементов в горных породах и коре выветривания, указав, что наибольшее количество элементов концентрируется в гранитах, к которым приурочена концентрация Sn, W, Мо, Nb, Та, U, Th, редкоземельных элементов. Одновременно он отметил, что указанные элементы сосредоточиваются преимущественно в краевых частях гранитных интрузий. По Ж. Эли-де- Бомону, большинство химических элементов проникло в земную кору в первичные эпохи истории земного шара и в последующие геологические эпохи происходило лишь их перемещение.

     Применение палеонтологического метода позволило в 1830–1840 гг.

создать стратиграфическую колонку. В этот период в истории геологии

появляется термин «геохимия». Он был введен швейцарским химиком X.

Шенбейном (1791–1867) в 1838 г. В 1842 г. Шенбейн писал: «Уже несколько

лет тому назад я публично высказал свое убеждение, что мы должны иметь

геохимию, прежде чем речь может идти о настоящей геологической науке,

которая, ясно, должна обращать внимание на химическую природу масс,

составляющих наш земной шар, и на их происхождение, по крайней мере,

столько же, сколько и на относительную древность этих образований и в них

погребенных остатков допотопных растений и животных».

     Однако для возникновения геохимии понадобилось еще некоторое время.

Это время наступило после утверждения атомно-молекулярной теории

в физике и химии, после выяснения основных особенностей строения атома на основании периодического закона Д.И. Менделеева, после накопления

большого количества эмпирических данных по распространению химических

элементов в минералах и горных породах, после установления среднего

химического состава земной коры в целом.

     Как известно, идеи новой атомистики XIX столетия победили не сразу.

Английский врач Уильям Проут в 1815 г. допускал, что атомы всех элементов

сложены из протила, т. е. легчайшего атома водорода. Идеи о составе атомов из электрически заряженных частиц были выдвинуты примерно в то же время профессором минералогии и сельского хозяйства Московского университета М.Г. Павловым (1793–1840), правда, они носили умозрительный характер. Основателем научного атомизма следует считать Дж. Дальтона (1766–1844),

затем И. Берцелиуса (1779–1848).

     Можно заключить, что два выдающихся события во второй половине XIX

в. подготовили фундамент для возникновения геохимии. Это изобретение