Історія геохімії

Геоміхія в якості самостійного наукового напряму остаточно сформувалася на початку XX сторіччя. Найважливішими передумовами, що обумовили появу геохімії як самостійного наукового напряму стали найвидатніші відкриття в хімії і фізиці на рубежі XIX-XX та на початку XX сторіччя, а саме:

· поява високоточних методів спектрального і рентгеноспектрального аналізу, які дозволили виявити і визначити хімічні елементи, присутні навіть в мізерно малих кількостях (в т.ч., в мінералах, гірничих породах, природних водах, атмосферному повітрі та «живій речовині»);

· розшифрування складної структури атомів;

· поява рентгеноструктурного аналізу, який здійснив справжній переворот в області знань про структури кристалічних речовин і рідин.

Франк Уїглсуорт Кларк (1847-1931), починаючи з кінця XIX сторіччя, вивчав розподіл хімічних елементів в літосфері і горних породах, що складають її. Відібравши 880 найбільш точних хімічних аналізів гірничих порід, Кларк в 1889 році вперше вирахував в них середній уміст 10 хімічних елементів. В зв’язку з цим саме Кларка американці вважать засновником геохімії. Але він розумів геохімію дуже вузько, тільки як науку про хімічний склад земної кори, націлену на вивчення сучасного стану, в першу чергу, результату тих або інших процесів, а не самих процесів як таких.

Більш цілісний і різнобічний підхід існував у іншого засновника цієї науки, В.І. Вернадського, який прийшов до неї від мінералогії через генетичну мінералогію. Вернадський був учнем Докучаєва, який очолював до нього кафедру мінералогії в Санкт-Петербурзькому університеті. Важливо, що саме Вернадському належить визначення геохімії як «історії хімічних елементів», тобто науки, яка вивчає процеси їх міграції. Таким чином, акцент виявився зміщеним з результату на сам процес, так як і сам результат кожної хімічної реакції та їх сукупностей - це лише стан на якийсь момент часу, тільки один миттєвий зріз з бескінцевого процесу колообігу хімічних елементів. Вражає широта поглядів і різнобічні знання цієї людини, яка стала засновником гідрогеохімії, радіогеохімії, біогеохімії, вчення про біосферу і концепції ноосферогенеза. Він в багатьом випередив свій час, залишився не зрозумілим багатьма сучасниками, і його величезний вкладень в науку виявивилися здатними оцінити (і те ще далеко не до кінця) лише нащадки. Філософський склад розуму, чудове вміння бачити в одиничних фактах проявлення загальних закономірностей природи, дозволили вченому створити уявлення про «немінеральну» або розсіяну форму надходження хімічних елементів в природі і дійти до висновку про те, що «всі елементи є всюди».

О.Є. Ферсман – учень і найближчий послідовник Вернадського, вперше прочитав в 1912 році курс геохімії для студентів Народного університету ім. А.Л. Шанявського в Москві. Ним внесено величезний вкладень у вивчення геохімії глибинних процесів, регіональної геохімії СРСР, в розробку геохімічних методів пошуку корисних копалин. Є авторому фундаментального чотирьохтомника «Геохімія» (1933 – 1939), виходом якого фактично підведено підсумок першого етапу становлення нової наукової дисципліни. В 20-ті роки минулого століття О.Є. Ферсман вперше розпочав займатися геохімією техногенезу, але тоді цей напрям не пригорнув увагу інших вчених. Кого ж слід вважати більш видатним геохіміком – В.І. Вернадського або О.Є. Ферсмана? Обидва ці видатні вчені не тільки були засновниками нового наукового напряму, але і внесли величезний вкладень в подальший розвиток геохімії. Так сталося, що за життя значно більше лаврів і пошани дісталося О.Є. Ферсману. Глибину вчення Вернадського сучасники не до кінця зрозуміли, та і влада з підозрою віднеслася до його «ідеалістичних ідей». Але з часом значущість фігури В.І. Вернадського стає все очевиднішою.

В. М. Гольдшмідт в 1910 – 30-ті роки минулого сторіччя проводив фундаментальні дослідження в області геохімії мінеральної речовини земної кори. Вивчав закономірності формування хімічних параметрів середовища. Він вніс величезний вкладень в кристалохімічні дослідження, створення таблиці розмірів атомних та іонних радіусів, вивчення явищ ізоморфізму. В.М. Гольдшмідту і В.І. Вернадському належать перші геохімічні класифікації елементів, які зберегли своє значення до настоящого часу.

З другої половини XX сторіччя відбувається бурхливий розвиток окремих напрямів в геохімії. Для нас важливіше за все геохімія гіпергенних (поверхневих) процесів і геохімічних процесів в біосфері.

Б.Б. Полинов (40-50-ті роки) сформульював основні ідеї геології та геохімії ландшафту. Осередком поливанівської наукової школи був Інститут Грунтів ім. В.В. Докучаєва в Москві.

«Нариси геохімії ландшафту» О.І. Перельмана (1955) стали першим монографічним викладенням основ цієї науки. В МДУ ним, сумісно з М.А. Глазовською була створена кафедра Геохімії ландшафту.

В останні роки інтенсивно розвивалася біогеохімія. Самостійними напрямами стали органічна геохімія (геохімія розсіяної органічної речовини, геохімія вугілля, нафти і газу), палеобіохімія. Великий вкладень в розвиток різних напрямів геохімія біосфери внесли В.В. Добровольский, Д.С. Орлов, О.С. Безуглова та інші.

Виникає митання: нащо геохімія біосфери необхідно екологам?

По-перше, ні один організм, ні одне товариство організмів не можуть існувати поза зв’язків з зовнішнім середовищем. А однією з найважливіших особливостей середовища є її хімізм. Знання хімізму середовища – необхідна умова для розуміння закономірностей існування любого товариства організмів. Зміна вмісту любого з хімічних елементів та їх сполук може проходити в широкому діапазоні – від оптимального до вкрай несприятливого і навіть згубного.

По-друге, що особливо важливе для екологів, недостатньо просто вміти визначати уміст хімічних елементів в тих або інших компонентах середовища і правильно опрацьовувати та інтерпретувати результати аналізів. Адже Вам належить мати справу з вельми динамічними природними системами. Хімічні елементи на Землі безперервно переходять з однієї форми до іншої, активно мігрують (переносяться різними способами) з однієї території на іншу, тобто звідкись виносяться і десь концентруються. Істотну роль в міграції перерозподілі хімічних елементів на нашій планеті відіграють живі організми. Всі ці процеси підкоряються визначеним закономірностям, які необхідно розуміти. Це – основне в дисципліні «Геохімія біосфери». З іншого боку – без розуміння закономірностей процесів міграції хімічних елементів в природних і технологічних ландшафтах неможливо розібратися у впливі хімізму середовища на організми та їх спільноти.

Підкреслюючи особливе значення геохімії, вже майже 100 років тому В.І. Вернадський писав: «Знання досягнень геохімії однаково необхідне для хіміка, мінералога, біолога, геолога і географа. Її пошуки стикаються з областю, охопленою фізикою, і підходить до самих загальних проблем природознавства. З ними невідворотно повинна рахуватися філософська думка. Її положення відіграють все більшу і більшу роль в розумінні вчення про корисні копалини і починають входити в область землеробства і лікування». З тих пір значення геохімії для спеціалістів різного профілю, що займаються вивченням геосистем різного рангу, ще більш зросло.

Для майбутніх екологів особливо важливо навчитися розбиратися також і в складному механізмі впливу людської діяльності на крихкий організм біосфери, щоб навчитися передбачати не тільки безспосередні, а і віддалені наслідки тих або інших дій.

Тому найважливішим завданням, яке ставало при введені в програму для студентів екологічних спеціалістів курсу «Біогеохімія» - щоб зі стін ВУЗу не виходили «спеціалісти», не здатні розуміти процеси розробки екосистем на геохімічному рівні, прогнозувати їх розвиток. За сучасних масштабів розвитку техногенезу це загрожує надто серйозними екологічними наслідками. В нашому лекційному курсі основна увага буде приділена найбільш загальним, фундаментальним закономірностям, які визначають хід хімічних процесів в біосфері. Прийдеться припам’ятати і деякі найбільш важливіші миті з хімії, фізики та загальної геології. А на лабораторних заняттях Вам належить познайомитися з основними методами, які мають найбільш важливе значення для виконання геохімічних, біогеохімічних і еколого-геохімічних досліджень, а також оволодіти методикою збирання і обробки геохімічної інформації.