GEOHEMIJA Dr Dragan M orevi redovni profesor Geohemija

GEOHEMIJA Dr Dragan M. Đorđević, redovni profesor

Geohemija je u drugoj polovini dvadesetog veka uspela da postane najvaznija nauka o našoj planeti. Otkrila je u poslednjih 60 godina više korisnih informacija nego što je postojalo u celokupnoj prethodnoj istoriji.

Veliki deo onoga što znamo o Zemlji i Sunčevom sistemu je potekao iz hemijskih istraživanja meteorita što, takođe, spada u geohemiju. Preko geohemije kvantifikuju se geološka vremenska razdoblja. Omogućeno je merenje temperature i dubine magmatskih komora, otkrivene su perjanice omotača Zemlje, omogućeno određivanje brzine uzdizanja planinskih masiva kao i brzinu erozije. Geohemija je omogućila utvrđivanje načina nastajanja, evoluciju ozonskog omotača, kao i dužinu trajanja i uzroke nastajanja ledenih doba u istoriji naše planete, otkriveni su prvi tragovi života i još mnogo toga. Takođe, geohemija spada u centralne nauke koje se bave zaštitom životne sredine. Problemi kao što su kisele kiše, ozonske rupe, globalno zagrevanje, efekat staklene bašte, kao i zagađenja vode i zemljišta su problemi za čije je rešavanje potrebno i znanje iz geohemije. Neobnovljivi izvori goriva nastali su geohemijskim procesima.

Definicija geohemije i oblast proučavanja Pod nazivom geohemija podrazumeva se izučavanje sastava Zemlje i drugih planeta, hemijskih procesa i reakcija koje su odgovorne za sastav stena i tla, kao i kruženje (migracija) materije i energije koje transportuju Zemljine hemijske komponente u vremenu i prostoru, i njihovu interakciju sa hidrosferom i atmosferom. U okviru geografije, geohemija se proučava kao granična disciplina, na međi sa hemijom. Možda bi najbolje objašnjenje bilo da u geohemiji koristimo "alat" koji nam daje hemija za proučavanje geologije.

Zemlja je deo međusobno povezanih nebeskih tela koja čine Sunčev sistem, a koja su nastala simultano. Zato se oblast proučavanja geohemije ne zasniva samo na proučavanju Zemlje već je ona pročirena na čitav Sunčev sistem. Geohemičari se, prema tome, razlikuju od ostalih hemičara po predmetu istraživanja a od ljudi koji se bave proučavanjem Zemlje po pristupu tom proučavanju.

Najvažnija polja geohemije su: Geohemija izotopa: Određivanje relativnih i apsolitnih koncentracija hemijskih elemenata i njihovih izotopa u zemlji i na njoj. - Proučavanje distribucije i kretanja elemenata u različitim delovima zemlje (u kori, mantlu, hidrosferi itd. ) i u mineralima sa ciljem da se utvrdi skriveni sistem distribucije i kretanja.

- Kosmohemija: Analiza distribucije elemenata i njihovih izotopa u svemiru. - Organska geohemija: Nauka o ulozi procesa i sastava koji su nastali od živih organizama ili onih koji su nekada živeli. - Primena u studijama zaštite životne sredine, hidrološkim i i mineraloškim proučavanjima. [1]

Organska geohemija se bavi, kako proučavanjem organske supstance Zemljine kore koja je preteča energenata (nafte, uglja, gasa), tako i samih energenata i posledica njihove eksploatacije po životnu sredinu. U okviru ovih istraživanja, ispituju se promene organske supstance pri nastanku ležišta bituminoznih škriljaca i ugljeva, izučavaju se sedimentacioni procesi i sredina u kojima se sedimentacija odvija, razvijaju i koriste različiti metodi za karakterizaciju organske supstance Zemljine kore. Izučavaju se interakcije organske i neorganske supstance, procesi transformacije organskih jedinjenja u toku migracije kroz različite sredine, ali se, naravno, i direktno proučavaju bituminozni škriljci, nafta i ugljevi. Najvažnija praktična primena saznanja dobijenih u ovim istraživanjima se svakako nalazi u mogućem prognoziranju ležišta nafte, uglja i prirodnog gasa, kao i prognoza njihovog sastava i kvaliteta.

Planete našeg Sunčevog sistema nastale su iz oblaka u obliku diska sastavljenog od vrelih gasova koji je predstavljao ostatke zvezdane supernove. Kondenzovana para je gradila male, čvrste površine koje su se međusobno spajale i gradile unutrašnjost planeta. Tako su nastale planete od Merkura do Marsa. Veće, spoljne planete, pošto se nalaze na većoj udaljenosti od Sunca, sastavljene su iz gasova manje gustine koji se kondenzuju na mnogo nižim temperaturama.

Zemlja je nastala pre 4, 5 milijardi godina i tada dobila masu približnu sadašnjoj, a onda se zagrevala uglavnom zbog posledica raspada nestabilnih, radioaktivnih izotopa ali i zbog kinetičke energije nastale usled spajanja manjih tela u veća. Ovo povećanje temperature omogućilo je topljenje gvožđa (Fe) i nikla (Ni) pri čemu su njihove velike gustine omogućile da ovi elementi potonu do središta Zemlje i formiraju jezgro. Naknadno hlađenje je omogućilo očvršćavanje preostalog materijala u omotač Mg. Fe. Si. O 3 sastava.

Zemljina kora, hidrosfera i atmosfera nastale su uglavnom iz materijala koji je činio gornji omotač rane Zemlje. Danas se kora formira na grebenima u unutrašnjosti okeana, a ovaj proces je praćen oslobađanjem gasova i male količine vode. Slični procesi su verovatno doveli do formiranja omotača sastavljenog od stena koji čini manje od 0, 0001 % zapremine planete. Sastav ovog omotača koji čini tlo kontinenata i dno okeana je evoluirao tokom vremena. Razlog tih promena je u delimičnom topljenja tog omotača na oko 100 km dubine a taj proces je doveo do prelaska određenih elemenata u gornje slojeve.

Prosečan hemijski sastav tla danas pokazuje "naročito bogatstvo" kiseonikom, koji je na različite načine kombinovan sa silicijumom (Si), aluminijumom (Al) i drugim elementima pri formiranju silikatnih minerala. Isparljivi elementi su "pobegli" na površinu prilikom vulkanskih erupcija tokom nastanka Zemljinog omotača kakvog danas poznajemo. Neki od ovih gasova su formirali atmosferu kada je temperatura postala dovoljno niska a gravitacija dovoljno jaka. Prvobitna atmosfera je verovatno bila sastavljena iz ugljenik(IV)– oksida (CO 2) i azota (N 2), uz male količine vodonika i vodene pare. Evolucija do današnje atmosfere bogate kiseonikom počela je sa nastankom života.