Л1 Вводная

Л1 Вводная

Общая информация

1)  Перекличка

2)  Формы контроля: экзамен, 1-2 контрольные точки, курсовая работа

3)  По курсовой будут розданы темы

4)  Лекции в электронном виде – только после прочтения

5)  По лабораторным есть методичка в библиотеке, у меня есть в электр виде

Предмет, объект, цели и задачи геохимии.

Геохимия, как самостоятельная отрасль науки оформилась в первом десятилетии ХХ века в России; ее основателем был . Однако сам термин «геохимия» был предложен швейцарским химиком Ф. Шёнбейном в 1838 г. для обозначения науки о химических процессах в земной коре, но термин широко не использовался, поскольку химизм земной коры был предметом изучения минералогии, петрография и других наук.

Ф. Кларк (1924) впервые в своей работе “Данные геохимии” определил предмет геохимии следующим образом: “Каждую породу … можно рассматривать как химическую систему, в которой под действием различных агентов могут происходить химические изменения. Каждое такое изменение означает нарушение равновесия с образованием в конце концов новой системы…. Исследование этих изменений является предметом геохимии.»

(1954) считал, что “основной задачей геохимии является … количественное определение состава Земли и ее частей, … установление законов, которые контролируют распределение определенных элементов”.

(1954) термин «геохимия» был использован для обозначения новой науки – истории атомов Земли: “Геохимия научно изучает химические элементы, т. е. атомы земной коры и, насколько возможно, всей планеты. Она изучает их историю, их распределение и движение в пространстве-времени, их генетические на нашей планете соотношения”.

Таким образом, научное направление геохимии: геохимия изучает миграцию, концентрацию и рассеяние химических элементов в геологических структурах под влиянием факторов и процессов при различных термодинамических физико-химических условиях.

Геолог должен знать природные т техногенные факторы, геохимические процессы, которые приводят к концентрированию или рассеянию химических элементов в пространстве и во времени. С помощью этого знания он долен находить в концентрированном виде все химические элементы, которые имеют практическое применение в народном хозяйстве.

Поэтому получение информации о химическом составе горных пород и закономерностях перераспределения химических элементов в конкретных геологических комплексах является необходимой стадией современного геологического исследования.

Геохимия создана на базе знаний, систематизированных химией, и практических запросов геологии для поисков месторождений полезных ископаемых.

Объектом геохимии является химический элемент или органическое вещество, его распределение (т. е. содержание в различных точках пространства) и миграция в различных геологических системах.

Отсюда выявляется предмет и задачи геохимии:

Предметом или целями геохимии является: 1) Разработка основ теории формирования состава земной коры, образования и разрушения месторождений неорганических и органических полезных ископаемых С другой стороны, нельзя забывать, все что делает человек в этом мире имеет в конечном итоге чисто прагматический интерес (выгоду). Поэтому существует и практический аспект предмета геохимии: 2) Прикладное использование геохимических знаний в области поиска и разведки и разработки месторождений.

теоретический аспект практический аспект

Отсюда вытекают задачи геохимии:

1)  Изучение происхождения элементов во вселенной (этот раздел знаний зародился в геохимии, но сейчас им все больше занимаются физики, (астрофизики, физики теоретики и др)

2)  Изучение закономерностей в химическом составе Вселенной, Земли и ее геосферах для оценки и прогнозирования различные геологических, геохимических и экологических ситуаций

3)  определение среднего содержания химических элементов в земной коре (проблема кларков),

4)  изучение всеобщего рассеяния химических элементов, и органического вещества (почему вводим понятие ОВ?),

5)  изучение форм нахождения и миграции элементов и органического вещества в литосфере и др.

Особенностью геохимии как науки является то, что это междисциплинарная, интеграционная область знаний. Обычно интеграционные направления возникают при необходимости практического применения научных достижений одной отрасли знаний для решения целей и задач – другой. Родителями геохимии являются минералогия и петрография, так как в этих курсах ведущее место занимает изучение химического состава минералов и горных пород.

- Дифференциация наук –прогрессивный процесс углубления научных знаний - Интеграция наук – междисциплинарное, всестороннее осмысление научных знаний, позволяющее посредством зарождения новой парадигмы «подтягивать» родственные научные направления

Учитывая специфику процессов, и действующих факторов в различных геологических системах, выделяют различные направления в геохимии:

1)  Геохимия зоны магматизма

2)  Метосоматоза и метаморфизма

3)  Гидротерм

4)  Гипергенеза (геохимия атмосферы, океанов, биогеохимия)

5)  Органическая геохимия (изучает кругообороты органических веществ (органический, то есть связанный с организмами) мключая горючие полезные ископаемые)

На основе общих представлений необходимо обязательное изучение частных вопросов геохимии, рассмотрение условий миграции, концентрации и индикации каждого элемента. Для этого необходимо разбираться в геохимических методах исследований (методы орг геохимии рассмотрим на лабораторных) и знания геохимических барьеров.

Таким образом, современная геохимия – это система наук, и часть еще более крупной системы - геологической науки.

История науки.

Самые отдаленные теоретические корни геохимии уходят в XVII - XIX вв., когда на основе опытных данных о химических процессах в земной коре и началось их осмысливание с геохимических позиций.

В XVII столетии англичанин Р. Бойль изучал химию атмосферы и природных вод, а голландец Х. Гюйгенс подошел к пониманию жизни как космического явления (ему принадлежит предположение о единстве химического состава космоса).

В XVIII столетии обосновал значение химии для геологии, с химических позиций давал объяснение процессам образования угля, нефти, торфа, рассмотрел ряд других геохимических проблем в своих знаменитых книгах «О слоях земных» и «Слово о рождении металлов от трясения Земли».

Лавуазье продолжил за Р. Бойлем закладывать фундамент геохимии газов атмосферы и природных вод.

В первой половине XIX в. большое значение имел труд шведского химика И. Берцелиуса (1779-1848) в области химического анализа горных пород, руд, минералов и вод «Минералогия есть химия земной коры”. Он открыл торий, церий, селен, впервые получил в свободном состоянии кремний, титан, цирконий.

В этот же период немецкий натуралист А. Гумбольдт много внимания уделял влиянию жизни на окружающую среду, а его соотечественники — химики К. Шпренгель и Ю. Либих и французы Ж. Дюма и Ж. Буссенго установили геохимическую роль растений - основа будущей биогеохимии.

В 1802 г. В. Говардом в Англии и в 1804 г. в России выполнены первые химические анализы метеоритов. Обнаружено их минералогическое отличие от горных пород Земли, хотя по химическим элементам отличий не отмечено (А. Стойкович, 1807).

В 1815 г. английский минеролог В. Филлипс (1773-1828) сделал попытку выяснить средний химический элементарный состав земной коры, правильно определил порядок распространения десяти ведущих, указал преобладание O, Si, Al, Fe, а в живых организмах – O, H, C, N.

Наконец в 1838 г. появился Шёнбейн, со своими идеями: “Уже несколько лет тому назад я публично высказал свое убеждение, что мы должны иметь геохимию, прежде чем может идти речь о настоящей геологической науке, которая, ясно, должна обращать внимание на химическую природу масс, составляющих наш земной шар, и на их происхождение… и на относительную древность этих образований и в них погребенных остатков допотопных растений и животных” (цит. по , , 1976, с. 13).

Фундамент геохимии стало возможным заложить:

С разработкой и Р. Бунзеном спектрального анализа в 1859г. появилась возможность определения в горных породах следов химических элементов. Этот метод сыграл исключительную роль в геохимии.

Огромное значение имело открытие в 1869г. периодического закона. В трудах великого химика содержится и ряд собственно геохимических построений.

В 80-е годы (1847 1931) - руководитель химической лаборатории американского геологического комитета в Вашингтоне начал заниматься определением среднего состава земной коры. Отобрав 880 наиболее точных анализов горных пород, Кларк в 1889 г. вычислил среднее содержание в них 10 химических элементов.

Также им использованы данные экспедиции судна “Челленджер” (В 1873-1876 г) исследования проб морских грунтов и воды в Мировом океане, что позволило определить средний химический состав гидросферы, установить постоянство соотношений главных компонентов морской воды на всех географических широтах. Он считал, что анализы дают представление о гидросфере и твердой земной коре мощностью 16 км.

Первая сводная таблица среднего химического состава земной коры была издана в 1889 г., первая капитальная сводка по геохимии “Data of Geochemistry” вышла в 1908 г. В ней суммированы результаты работ всех исследователей по составу горных пород, почв, вод, приведен баланс основных элементов в коре выветривания. В 1924 г. совместно с геологом Г. Вашингтоном он публикует последнюю уточненную таблицу средних величин распространения элементов в верхнем шестнадцатикилометровом слое Земли. Эти величины мало изменились и используются в настоящее время. Значение этой работы оказалось настолько велико, что Кларк наряду с Вернадским, ферсманом и гольдшмидтом стал заслуженно включаться в число основоположников геохимии.

Собственно становление геохимии относиться к первой половине ХХ столетия.

Особенно сильна была геохимическая школа в Норвегии, возглавляемая Дж. Х.Л. Фогтом и . Она получила мировую известность, благодаря работам (1888 - 1947). Его докторская диссертация “Контактный метаморфизм в районе Христиании” стала основополагающей в геохимии. При анализе минеральных превращений в зоне контактного метаморфизма он использовал правило фаз, сформулированное Б. Розенбумом, и показал, что эти изменения можно интерпретировать с позиций принципов химических равновесий. Им впервые экспериментально определены размеры атомов и ионов, на основе чего установлены кристаллохимические закономерности изоморфизма. предложена геохимическая классификация элементов с выделением сидерофильных, халькофильных, литофильных и атмофильных групп, разработана теория распределения элементов по оболочкам нашей планеты.

И основы геохимии как науки в России в 1908 – 1911 были заложены на кафедре минералогии Московского университета (хотя у меня есть подозрение, что на Западе и в Америке считают по-другому), которой с 1891 г. руководил .

(1863-1945). Минералогию ученый трактовал как химию соединений земной коры и поэтому большое значение придавал точному химическому анализу минералов в зависимости от их генезиса. Он был очень разносторонний и «наследил» почти во всех разделах геохимии: изучал историю минералов земной коры, их генезис. Он предложил детальнейшую химическую классификацию природных вод. Показал важную роль живого вещества в миграции элементов. является основателем новой науки биогеохимии и создателем биогеохимической лаборатории и одним из основоположников радиогеологии. Его «Очерки геохимии» (1926, 1934) являются ценнейшим трудом по геохимии.

(1883 – 1945) является автором капитального четырехтомного труда «Геохимия» (1933, 1939), «Геохимические методы поисков» (1940), ценнейшей монографии «Пегматиты» (1931, 1940) и др. Он выделил факторы миграции элементов, дал классификации геохимических процессов, выявил последовательность выделения минералов из растворов и расплавов при понижении температуры в зависимости от величины энергии кристаллической решетки, основал геохимические методы поисков полезных ископаемых.

Таким образом, основоположниками современной геохимии являются , , и .

В развитии геохимии в России большую роль сыграли - Лессинг, , в. с. Соболев, А. И Перельман, . Из ведущих зарубежных геохимиков ХХ века могут быть названы К. Ведиполь (ФРГ), П. Бартон (США), Р. Бойль (Канада), известными зарубежными классиками органической геохимии являются Дж. Хант, Тиссо и Вельте и др.

В ХХ веке широкое развитие получили традиционные направления литогеохимии - геохимия магматических, гидротермальных и гипергенных процессов. Энергично развивалаются космохимия, атмогеохимия, гидрогеохимия, биогеохимию, биогеохимия, возникла палеобиохимия. Запросы практики привели к широким исследованиям по геохимии редких элементов. Геохимической наукой стала гидрохимия. Выделилась геохимия океана. На одно из первых мест выдвинулась геохимия изотопов (радиогенных и нерадиогенных). На стыке ландшафтоведения и геохимии возникла геохимия ландшафта. Быстро развиваются все разделы прикладной геохимии (в том числе связанные с проблемами загрязнения окружающей среды).

По (1989) с геохимией связаны две проблемы нашей эпохи: поиски сырьевых ресурсов и экологии окружающей среды. Поэтому важнейшими приоритетными направлениями исследований являются исследование миграции и концентрации элементов в земной коре, уточнение кларков, геохимия процессов, систем и элементов.

Стоит остановиться еще на одном самостоятельном направлении – на органической геохимии.

Главными целями органической геохимии, также как и традиционной рудной геохимии, являются:

1) разработка теории образования залежей нефти и газа, определение факторов контролирующих их состав и размещение,

2) прикладного использования геохимических знаний при поиске и разведке, разработке месторождений; сборе и подготовки, транспорта и переработке нефти.

В курсе будут подробно раскрыты:

- механизм и причинно-следственная связь процессов накопления и преобразования органического вещества в нефть и газ с последующей аккумуляцией в ловушках в виде залежей.

- принципы, условия формирования месторождений, их виды, специфические особенности, свойства.

Сейчас экономика любого государства зависит от нефти больше, чем от любого другого продукта. 80-90 % нефти в мире перерабатывают в различного вида топлива и смазочных материалов. Около 8 % добываемой нефти (в основном в виде бензина и газов нефтепереработки) идет на химические цели: полимерные материалы, каучук, синтетические волокна, ПАВы и моющие средства, удобрения, лекарства, ядохимикаты.

Структура мировой добычи энергоресурсов, в пересчете на условное топливо теплотворной способностью 29,5 МегаДж/т, в млрд. т.

Энергоресурс	1900	1940	1960	1980	2000
Уголь Нефть Природн газ Гидроэлектроэнергия Ядерная энергия Прочее	0,72 0,03 0,01 0,02 - 0,50	1,88 0,45 0,12 0,07 - 0,70	2,09 1,37 0,63 0,28 - 0,70	2,45 3,8 2,7 0,60 0,65 0,60	3,3 4,1 3,0 0,6 3,7 0,6

К достоинствам нефти и газа как минеральных ресурсов относится невысокая стоимость добычи, возможность безотходной переработки с получением многообразных видов топлива и химического сырья. Однако ресурсы нефти и газа ограничены. Они гораздо меньше запасов угля, горючих сланцев и битуминозных песков.

Россия полностью обеспечивает свою потребность в нефти и является экспортером нефти и нефтепродуктов.

С распадом СССР добыча нефти в России сократилась

По оценочным данным промышленные запасы составляют:

	Уголь	Гор. Сланцы, битуминозн. пески	Нефть	Газ
Пром. запасы, млрд. т.	1700	1200	90	400

Это разведанные запасы. Прогнозные по нефти составляют 250-270 млрд т.

Месторождения находятся в различных районах мира, но распределение их по странам и регионам очень неравномерно.

Должна быть карта мира

Наиболее крупные нефтяные месторождения расположены в странах Ближнего и Среднего Востока (Саудовская Аравия, Кувейт, Ирак), Северной Африки (Ливия, Алжир), в Иране, Индонезии, некоторых районах Северной и Южной Америки.

5 % месторождений – это месторождения гиганты. На них добывают 85 % нефти.

На Территории России крупные нефтяные месторождения находятся в районах Поволжья и Урала, Западной Сибири и республики Коми.

Первоначально добыча нефти на территории России развивалась на Апшеронском полуострове (Бакинский нефтяной район). В 40-х гг ХХ века начата разработка месторождений Волго-Уральской нефтегазоносной области (второе Баку). В 60-х годах был открыт ряд месторождений в западной Туркмении, Ставрополье, Казахстане (п-ов Мангышлак), на Украине и Белоруссии.

В настоящее время исключительно важную роль в снабжении России нефтью играет Западная Сибирь. Первое месторождение нефти в Западной Сибири было открыто в 1959 г на р. Конда вблизи п. Шаим. В дальнейшем на территории Тюменской, Томской, Омской, Курганской областей были разведаны и введены в эксплуатацию десятки месторождений.

Запасы природного газа мировые разведанные – 60 трлн м3, прогнозные – 200 трлн м3.

Существуют месторождения чистого природного газа и газоконденсатные месторождения, где в газе растворены жидкие углеводороды.

Крупнейшие месторождения находятся в США, Нидерландах, Алжире, Иране. В России важнейшие месторождения природного газа находятся в Западной Сибири (Уренгойское, Харасавейское, Ямбургское, Медвежье и др). К крупнейшим газоконденсатным месторождениям относятся Оренбургское, Астраханское, Уренгойское, Заполярное в Западной Сибири, Вуктыльское в респ. Коми и Парс и Канган в Иране.

Алексеенко методы поисков месторождений полезных ископаемых. М.: Логос, 2000 – 354 с.

Справочник по геохимическим поискам полезных ископаемых / , А. Я Архипов и др. – М.: Недра, 1990. – 335 с.

Беус литосферы (породообразующие элементы).М.: Недра, 1972.–296с.

, Григорян методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых. М.: Недра, I975.

Вернадский геохимии. М.: Наука, 1983. – 422 с.

, , и др. Краткий справочник по геохимии. М.: Недра, I970. – 280 с.

, Бессонов эволюция Земли. М.: Недра, 1986. – 212 с.

Перельман . М.: Высшая школа, I983. – 528 с.

Химия нефти и газа: Учеб. Пособие для вузов / , , и др.; Под ред , . – СПб: Химия, 1995. – 448 с

Исидоров, химия. Учебное пособие для вузов. – СПб: Химиздат, 2001. – 304 с.

Баженова, и геохимия нефти и газа: Учебник / , , ; Под ред. . – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Изд-во МГУ, 2004. – 415 с.

Тиссо, Б. Образование и распространение нефти. Фундаментальные труды зарубежных ученых по геологии, геофизике и геохимии / Б. Тиссо, Д. Вельте. – М.: Мир, 1981.- 503 с.

Справочник по геохимии нефти и газа / Под ред. . – СПб.: ОАО «Издательство «Недра», 1998. – 576 с.

На практических и лабораторных занятиях будут изучаться методы исследования состава нефтей, газов и конденсатов приборы и оборудование для определения химического состава, а также приобретаться навыки расчета и оформления результатов основных геохимических параметров.

Вопросы:

1. Раньше геохимию определяли как науку, изучающую историю атомов Земли и других планет. Почему сейчас мы добавляем в это определение термин «органическое вещество»?