Geochemie

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Schematische Darstellung eines geochemischen Kreislaufs

DieGeochemie(griechischγεω-geo-‚die Erde betreffend‘ [zuγῆge‚Erde‘] und-chemie) ist ein Teilgebiet der Chemie, die sich mit dem stofflichen Aufbau, der Verteilung, der Stabilität und dem Kreislauf vonchemischen Elementensowie derenIsotopeninMineralen,Gesteinen,imBoden,Wasserund in derErdatmosphäresowie derBiosphärebefasst. Sie ist die naturwissenschaftliche Fachrichtung, dieGeologieund Chemie verbindet. Dabei hat sie mit der Geologie denUntersuchungsgegenstandund mit der Chemie die Untersuchungsmethoden gemein.

Geschichte

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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 GründernVictor Moritz Goldschmidt,Wladimir Iwanowitsch Wernadski,Frank Wigglesworth ClarkeundAlfred Treibsam Anfang bis Mitte des 20. Jahrhunderts gehörten, ist dadurch eng mit jener derGeologieundMineralogieverknüpft. Der Begriff selbst geht auf den Schweizer ChemikerChristian Friedrich Schönbein(1838) zurück. Wichtige Etappen auf dem Weg zum modernen Verständnis der Geochemie stellten die Arbeiten vonKarl Gustav Bischof(1846),Justus Roth(1818–1892; 1859) undJames David Forbes(1868) dar.

Untersuchungsgegenstand

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In der modernen Geochemie ist eine Zweiteilung des Faches zu beobachten. Auf der einen Seite steht die Untersuchung metamorpher und magmatischer Gesteine, wobei das Hauptaugenmerk auf deren Spurenelementgehalten und (meist radiogenen) Isotopenverhältnissen liegt. Erklärtes Ziel hierbei ist es, Aussagen über Alter (Geochronologie) und Bildungsbedingungen (Geothermobarometrie) machen zu können. Überschneidungen gibt es hier im Bereich der Rekonstruktion der frühesten Erdgeschichte mit derPlanetologieund derKosmochemie.Auf der anderen Seite steht die Untersuchung von Sedimenten, Wässern, Böden, Lebewesen, der Luft und erdinneren Gasen (Gasgeochemie)[1]wobei die Untersuchung stabiler Isotope und der Speziierung von Elementen eine herausragende Rolle spielt. An diesem Ende des Spektrums der Geochemie bildet dieBiogeochemie,also die Untersuchung des Einflusses von Organismen auf die Chemie der Erde, den Übergang zurBiochemieund zurBiologie.

Untersuchungsmethoden

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Für die Untersuchung flüssiger Proben wird für die Bestimmung der Hauptelemente oft dieIonenaustauschchromatographie,für die Spurenelemente dieOptische Emissionsspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma(ICP-OES) und für Ultraspurenelemente dieMassenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma(ICP-MS) verwendet. Mit letzterer kann auch dieHäufigkeit verschiedener Isotopein einer Probe gemessen werden. Durch die Kopplung mit einem Laser können mit der ICP-MS zudem feste Proben untersucht werden, wobei der Laser Material von der Probenoberfläche abträgt. Eine weitere Möglichkeit, die chemische Zusammensetzung fester Proben direkt zu messen, ist dieElektronenstrahlmikroanalyse.Oft werden feste Proben auch einemAufschlussunterzogen und entweder aufgeschmolzen oder aufgelöst. Die erstarrte Schmelztablette kann dann mit derRöntgenfluoreszenzanalyseuntersucht werden, während für Lösungen die gesamte Bandbreite der oben genannten Methoden zur Verfügung steht.

Neben diese Standardmethoden existieren weitere Verfahren für besondere Fragestellungen: dieMößbauerspektroskopiezur Unterscheidung von zweiwertigem und dreiwertigemEisen,dieElektronenspinresonanzzum Nachweis geringer Konzentrationen paramagnetischer Ionen in Mineralen, dieRöntgenabsorptionsspektroskopieund dieRasterkraftmikroskopiezur chemischen Untersuchung von Oberflächen, dieRaman-Spektroskopieund dieInfrarotspektroskopiezum Nachweis bestimmter Bindungen und der an ihnen beteiligten Elemente sowie dieNeutronenaktivierungsanalysefür extrem geringe Konzentrationen.

Anwendungen

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Studiengänge

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Grundlagen der Geochemie werden in vielen geowissenschaftlichenBachelor-Studiengängen (z. B. „Geowissenschaften “, „Geologie/Mineralogie “) vermittelt. Vertiefende Kenntnisse können imMaster-Studiengang „Geomaterialien und Geochemie “oder in geochemischen Vertiefungen meist mineralogisch orientierter Studiengänge erworben werden. In der deutschen Hochschulpolitik ist die Geochemie alsKleines Facheingestuft; sie wird von der „Arbeitsstelle Kleine Fächer “gemeinsam mit der Mineralogie, der Petrologie und ähnlichen Fachgebieten erfasst.[2]

Literatur

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  • C. J. Allègre, G. Michard, R. N. Varney:Introduction to Geochemistry.ISBN 90-277-0497-X.
  • G. Faure:Principles and applications of geochemistry.2. Auflage. Prentice Hall, New Jersey 1998,ISBN 0-02-336450-5.
  • A. A. Levinson:Introduction to Exploration Geochemistry.2. Auflage. Applied Publishing, 1980,ISBN 0-915834-04-9.
  • C. P. Marshall, R. W. Fairbridge:Encyclopedia of geochemistry.(=Encyclopedia of Earth Sciences Series). Springer-Verlag, 1999,ISBN 0-412-75500-9.
  • B. Mason, C. Moore:Grundzüge der Geochemie.2. Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, 1985,ISBN 3-432-94611-2.
  • J. Matschullat, H. J. Tobschall, H.-J. Voigt:Geochemie und Umwelt.Springer-Verlag, Berlin 1997,ISBN 3-540-61866-X.
  • W. H. Schlesinger:Biogeochemistry.(=Treatise on Geochemistry.Vol. 8). Elsevier Science, 2005,ISBN 0-08-044642-6.
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Wiktionary: Geochemiker– Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise

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  1. ↑Vorlesung an der TU Berlin
  2. ↑Geochemie.Arbeitsstelle Kleine Fächer,abgerufen am 7. Februar 2021.
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