Geochemie
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Die Geochemie (altgriechisch γη ge = Erde, γεω- geo- = Erde betreffend, χημεία chemeia = Chemie) befasst sich mit dem stofflichen Aufbau, der Verteilung, der Stabilität und dem Kreislauf von chemischen Elementen und deren Isotopen in Mineralen, Gesteinen, Boden, Wasser, Atmosphäre und Biosphäre. Sie ist die naturwissenschaftliche Fachrichtung, die Geologie und Chemie verbindet. Dabei hat sie mit der Geologie den Untersuchungsgegenstand und mit der Chemie die Untersuchungsmethoden gemein. Die Geochemie ist zudem eng mit der Planetologie und Kosmochemie verknüpft, beschäftigt sich also auch mit dem Verständnis des Chemismus erdfremder Körper. Heute gehört die Biogeochemie, also die Untersuchung des Einflusses von Organismen auf die Chemie der Erde, zu den wichtigen Forschungsgebieten der Geochemie.
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[Bearbeiten] Geschichte
Bis in das späte 19. Jahrhundert hinein wurde in den Geowissenschaften ein beschreibender Ansatz verfolgt, der die Gesteine und Minerale nach ihren äußeren Eigenschaften zu verstehen suchte, hingegen jedoch nicht oder kaum die stoffliche Basis und deren chemische Dynamik mit einschloss. Ein Verständnis dieser Dynamik ist jedoch unerlässlich, denn viele Fragen lassen sich nur durch geochemische Ansätze beantworten.
Die Geschichte der modernen Geochemie, zu deren Gründern Victor Moritz Goldschmidt, Wladimir Iwanowitsch Wernadski, Frank Wigglesworth Clarke und Alfred Treibs am Anfang bis Mitte des 20. Jahrhunderts gehörten, ist dadurch eng mit jener der Geologie und Mineralogie verknüpft. Der Begriff selbst geht auf den schweizer Chemiker Christian Friedrich Schönbein (1838) zurück. Wichtige Etappen auf dem Weg zum modernen Verständnis der Geochemie stellten die Arbeiten von Carl Gustav Bischof (1846), Justus Roth (1818-1892; 1859) und James David Forbes (1868) dar.
[Bearbeiten] Untersuchungsmethoden
Die Geochemie untersucht die chemische Zusammensetzung von Gesteinen und Mineralen auf Haupt- und Spurenelemente. Dazu werden klassische chemische Methoden benutzt, und Methoden, mit denen äußerst geringe Nachweisgrenzen erreicht werden können, z.B.:
Die Elektronenstrahlmikroanalyse dient dazu, die Elementverteilung in koexistierenden Mineralen zu messen, um Aussagen über Gleichgewichte und Entstehungsbedingungen (Druck, Temperatur) zu gewinnen.
In der Isotopengeochemie bedient man sich besonders der Massenspektrometrie.
In der Biogeochemie kommen vielfältige Untersuchungsmethoden der molekularen Biologie zum Einsatz.
[Bearbeiten] Anwendungen
- Geochemie der Lithosphäre
Die Gehalte und die Verteilung von Elementen in einem Mineral gibt Aufschluss über die Entstehungsgeschichte des Gesteins einschließlich der Druck- und Temperaturverhältnisse zur Zeit der Bildung (Geothermobarometrie). Viele Klassifikationen von Gesteinen beruhen auf geochemischen Daten. Beispiele hierfür sind das TAS-Diagramm (Total Alkali Silica) für glasige Vulkanite und die Unterteilung der Granite in S-Typ-Granite und I-Typ-Granite. Sehr oft werden die Konzentrationen der Lanthanide zur Bestimmung der Entstehungsbedingungen und zur Klassifikation von Gesteinen verwendet.
- Geochemie der Hydrosphäre
Die Hydrogeochemie untersucht die Wasserqualität von Oberflächen- und Grundwasser, den Wasserkreislauf und die Wechselwirkungen von Wasser mit Mineralen.
- Geochemie der Atmosphäre
Wichtige Themen der Atmosphärenchemie sind der Treibhauseffekt, die Luftverschmutzung durch Feinstaub und der saure Regen.
- Isotopengeochemie
Stabile Isotope geben Auskunft über Bildungsbereiche, Verwitterungsprozesse und Transportprozesse von Gesteinen, Erzen und Wässern, radiogene Isotope ermöglichen eine Altersbestimmung von Mineralen und Gesteinen (Geochronologie).
Die Untersuchung von Meteoriten gibt Aufschluss über die Entstehung des Universums, des Sonnensystems und der Erde.
[Bearbeiten] Literatur
- Allègre, C. J.; Michard G.; Varney, R.N.: Introduction to Geochemistry. ISBN 90-277-0497-X
- Faure, G. (1998): Principles and applications of geochemistry. 2. Auflage. Prentice Hall, New Jersey.
- Marshall, C. P.; Fairbridge, R. W. (1999): Encyclopedia of geochemistry. Encyclopedia of Earth Sciences Series. Springer-Verlag, ISBN 0-412-75500-9
- Mason, B. & Moore, C. (1985): Grundzüge der Geochemie. 2. Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, ISBN 978-3827412621
- Matschullat, J.; Tobschall, H. J.; Voigt, H.-J. (1997): Geochemie und Umwelt. Springer-Verlag, Berlin, ISBN 3-540-61866-X
- Schlesinger, W.H. (2005): Biogeochemistry. Vol. 8 in: Treatise on Geochemistry. Elsevier Science, ISBN 0080446426
