Geokémia (Harangi Szabolcs)
Geokémia
(Harangi Szabolcs)
(Harangi Szabolcs)
A változatos természeti folyamatok több milliárd év alatt alakították ki bolygónk jelenlegi arculatát. A geokémia tudományága, amely a régmúlt és a jelen eseményeit egyaránt nyomon követi, megismertet ezzel a bonyolult rendszerrel. Az ember megjelenésével, joggal mondhatjuk, újabb geológiai tényező lépett színre; tevékenysége gyors ütemben változtatja meg az évmilliárdok alatt kialakult természeti egyensúlyt. A geokémia a maga eszközeivel azt is vizsgálja, hogy merre vezetnek ezek a változások.
A természetben jelenleg 92 stabil kémiai elem fordul elő, amelyek hosszú évmilliárdok során alakultak ki. Mintegy 12–15 milliárd évvel ezelőtt – a „Nagy Bumm” után – mindössze a hidrogén és a hélium (meg alárendelten néhány könnyű elem) egyszerű atomjai alkották az Univerzumot. Nyolc milliárd évvel később, a Naprendszer és a Föld megszületésének idejére azonban a csillagok belsejében kialakult a többi kémiai elem is. Ezek az elemek differenciáltan oszlottak el a Föld különböző öveiben (lásd az ábrán). Az illékony elemek és vegyületei (pl. nitrogén, oxigén, hidrogén, szén-dioxid) a légkörben és a vízrendszerekben dúsultak fel, a vas és a nikkel a földmagban, a magnézium a földköpenyben, az alumínium, nátrium és kálium pedig a földkéregben koncentrálódott. Az utóbbi két földövben ezek az elemek főleg szilikátok formájában vannak jelen. Bár ez az alapvető elrendeződés már a Föld kialakulását követő néhány száz millió év alatt végbement, az elem-differenciáció folyamata, ha kisebb mértékben is, de még mindig tart. A vulkáni kitörések során például a magma a földköpeny anyagát szállítja a felszínre, ahol a mállási és szállítási folyamatok átrendezik a kémiai elemek eloszlását. Az óceánok mint hatalmas „vegykonyhák” oldják, szállítják, kötik meg és csapják ki a különböző vegyületeket.
A geokémia a Föld kémiájával foglalkozó tudományág. A természetes képződmények kémiai összetételét, az elemeloszlások törvényszerűségeit vizsgálja. Mára lehetővé vált, hogy matematikai képletek segítségével számszerűen is követni tudjuk, miként viselkednek az elemek a szilárd földköpeny megolvadásakor, hogyan változik koncentrációjuk a mállási folyamatok során, hogyan változnak az izotóparányok a kőzetekben keletkezésüket követően. Laboratóriumi kísérletekkel modellezni lehet az akár több száz vagy több ezer kilométer mélységben, a földköpenyben vagy a földmagban uralkodó nyomás- és hőmérsékletviszonyokat, továbbá az ilyen körülmények között lejátszódó kémiai folyamatokat. A bazaltos magmák egy része a földköpeny felső részének kisebb-nagyobb darabkáit hozza a felszínre (lásd A medencebelseji alkálibazalt-vulkánosság című részt). Vizsgálatukkal mind pontosabb képet alkothatunk a Föld belsejének összetételéről.
A Föld geokémiai-geodinamikai fejlődése, az elemek differenciációja
Bolygónk működésének, bonyolult kémiai rendszerének megismerése és megértése talán ahhoz is közelebb visz bennünket, hogy úgy szeressük és védjük, mint saját gyermekünket. Erre annál inkább szükség van, mert a Föld fejlődésének utóbbi néhány ezer évében új „geológiai” tényező lépett a színre: az ember. Eszközei előállítására és működtetésére felhasználja bolygónk anyagát, helyi szinten megváltoztatja a kémiai elemek természetes eloszlását, szennyező anyagokat juttat a légkörbe és a vizekbe. A Föld évmilliárdok alatt felépült rendszere egyelőre még elviseli ezeket az új behatásokat. De meddig? A geokémia tudománya bolygónk kémiai tulajdonságainak megismerésén, megismertetésén túl részt vesz a nyersanyagok felkutatásában is. Ezek, vagy átalakított formáik mindennapjaink létfontosságú anyagaivá váltak. Nem vonhatjuk kétségbe hasznosságukat, de el kell gondolkoznunk a kitermelésükkel járó súlyos hatásokról is. A bányászkodás során sokszor akkora mennyiségű anyag kerül a felszínre, mint egyes tűzhányók működése közben. A bányák, kőfejtők megváltoztatják a környezet geokémiai rendszerét, s ezáltal a biológiai kötődéseit is. Az utóbbi években azonban egyre izmosodik a geokémiának egy újabb területe, a környezet-geokémia, amely igyekszik feltárni az ember által okozott geokémiai változásokat és ennek kihatásait (lásd még a Környezetföldtan című részt is a 11. fejezetben).
E rövid ismertetőben nem vállalkozhatunk arra, hogy a geokémia tudományágáról a teljesség igényével szóljunk. Csupán arra törekszünk, hogy felvillantsunk egy-egy képet arról, milyen módon járul hozzá a geokémia a Föld megismeréséhez, és milyen erőfeszítéseket tesz az ember által gerjesztett kémiai folyamatok feltárására.
A geokémiai kutatások eszközei a különböző elem-, izotópmeghatározásokon alapuló diagramok.
Az ún. sokelemes diagramon (fent) a vízszintes tengelyen jobbról balra egyre erősebben inkompatibilis elemek sorakoznak. A minta koncentrációértékeit egy referencia-kőzettípus összetételéhez (MORB = az óceánközépi hátság bazaltja) viszonyítva tüntetjük fel a függőleges tengelyen. Az adatpontokat összekötő görbék lefutása fontos információkat ad a kőzet előéletéről. A radiogén neodímium- (Nd) és stroncium- (Sr) izotóparány diagramja (alatta) segítségével megfejthető, hogy a magmás kőzet milyen kémiai jellegű („kimerült” vagy „gazdagodott”) földköpenyből származik. Az εNd- és εSr a neodímium- és stroncium- izotóparányoknak (143Nd/144Nd, illetve 87Sr/86Sr) a Föld átlagos összetételéhez viszonyított értékeit jelentik
Elemek geokémiai csoportosítása
Amiről a kőzetek nyomelemei és izotópjai vallanak
A geokémia a környezetvédelem szolgálatában
