ژئوشیمی چیست

در مطلب قبلی در رابطه با تاثیر ورزش بر متابولیسم بدن صحبت کردیم و در این مطلب از شرکت دایا اکسیر خرید مواد شیمیایی، می خواهیم به بررسی ژئوشیمی بپردازیم.

ژئوشیمی

ژئوشیمی به بهره برداری از منابع زمین مانند فلزات و نفت می پردازد. همچنین به درک برخی از مهم ترین مشکلات زیست محیطی امروزی، مانند گرم شدن کره زمین، تخریب لایه اوزون، و آلودگی خاک و آب کمک کرده است. ژئوشیمی نشان داده است که زمین دارای ساختار جامد لایه ای است. پوسته بیرونی نازک به همراه آب و جو گازی آن منجر به ادامه حیات میشود.

زمین اساساً توده بزرگی از جامدات کریستالی است که دائماً در معرض فعل و انفعالات فیزیکی و شیمیایی با انواع محلول ها (مثلاً آب) و مواد هستند. این فعل و انفعالات امکان بسیاری از واکنش های شیمیایی را فراهم می کند.

ژئوشیمی به طور کلی به مطالعه توزیع و چرخه عناصر در پوسته زمین می پردازد. همانطور که بیوشیمی حیات، بر روی خواص و واکنش های کربن و ژئوشیمی پوسته زمین، بر سیلیکون متمرکز است. همچنین در علم ژئوشیمی اکسیژن بسیار حائز اهمیت میباشد زیرا اکسیژن فراوان ترین عنصر روی زمین است. اکسیژن و سیلیکون با هم ۷۴ درصد از پوسته زمین را تشکیل می دهند.

اگرچه هیدروژن و هلیوم ۹۹.۹ درصد از اتم های جهان را تشکیل می دهند اما گرانش زمین به حدی است که این عناصر به راحتی از جو زمین فرار می کنند. در نتیجه، هیدروژن موجود در زمین به اتم های دیگر در مولکول ها متصل می شود.

 

پیشینه تاریخی و مبانی علمی

ژئوشیمی مطالعه ساختار و ترکیب زمین است. پایه های آن توسط کانی شناس سوئیسی ویکتور گلدشمیت در اوایل قرن بیستم پایه گذاری شد و پیشرفت مهمی در این زمینه در دهه ۱۹۶۰ رخ داد، زمانی که زمین شناسی دلیل اصلی رانش قاره ها را حرکت آهسته صفحات زمین، که بلوک های بزرگی از پوسته زمین هستند و توسط نیروهایی در اعماق زمین هدایت می شوند، دانست.

بخش جامد زمین ساختاری سه لایه دارد. هسته مرکزی که از آهن و نیکل تشکیل شده است. قسمت داخلی هسته مایع است. هسته توسط لایه ای به نام گوشته احاطه شده است که بیشتر جرم زمین را تشکیل می دهد و حدود ۲۰۰۰ مایل (۳۲۲۰ کیلومتر) ضخامت دارد. بیرونی ترین ناحیه، منطقه ای که مردم بیشتر با آن به عنوان زمین آشنا هستند، پوسته است که تنها نیم درصد از جرم زمین را تشکیل می دهد. پوسته زمین بسیار نازک‌تر از دو لایه دیگر است و در حداکثر عمق آن تنها ۶۰ مایل (۹۶ کیلومتر) میباشد.

عناصر اصلی در گوشته و پوسته زمین به ترتیب فراوانی عبارتند از: اکسیژن (۴۴%)، منیزیم (۲۳%)، سیلیکون (۲۱%)، آهن (۸%)، کلسیم (۲.۵%) و آلومینیوم (۲.۴%).
آهن و آلومینیوم از نظر اقتصادی اهمیت زیادی دارند. گوشته و پوسته از مواد معدنی تشکیل شده است که ترکیبات کریستالی غیر آلی هستند که ماده سختی به نام سنگ را می سازند. سیلیکات های آلومینیوم و منیزیم رایج ترین گروه های معدنی هستند که در سنگ یافت می شوند، اما کربنات ها، سولفات ها، سولفیدها و اکسیدها نیز وجود دارند. بیش از ۳۵۰۰ کانی مختلف بر روی زمین یافت شده است که با تجزیه و تحلیل شیمیایی و تکنیک های ساختاری مانند کریستالوگرافی اشعه ایکس مشخص می شوند.

سنگ ها طی یک دوره زمانی توسط فرآیندی به نام هوازدگی شکسته می شوند. هوازدگی مکانیکی تجزیه فیزیکی سنگ ها به ذرات کوچکتر توسط امواج، یخچال های طبیعی، باران و باد است. هوازدگی شیمیایی در واقع ترکیب شیمیایی سنگ را با قرار دادن آن در معرض واکنش های شیمیایی تغییر می دهد. اشکال متداول هوازدگی شیمیایی عبارتند از اکسیداسیون که واکنشی با اکسیژن در جو و هیدرولیز است که واکنشی با رطوبت است.

 

آشنایی با بخش های مختلف زمین

هسته

ناحیه مرکزی یک ستاره، جایی که واکنش های همجوشی هسته ای برای تولید انرژی لازم برای ستاره برای حمایت از خود در برابر گرانش خود رخ می دهد.

پوسته

پوسته سخت و بیرونی زمین که بر روی گوشته نرم تر و متراکم تر شناور است.

مانتو

لایه ضخیم و متراکم سنگی که زیر پوسته زمین و بر روی هسته قرار دارد.

صفحات تکتونیکی

بلوک‌های پوسته‌ای ضخیم که نسبت به یکدیگر در سطح بیرونی زمین حرکت می‌کنند و باعث جابه‌جایی قاره‌ها می‌شوند.

لایه اوزون

لایه اوزون که تقریباً از ۱۵ کیلومتری زمین شروع می شود و در حدود ۵۰ کیلومتری به مقدار تقریباً ناچیز نازک می شود و از زمین در برابر تشعشعات مضر فرابنفش خورشید محافظت می کند. بالاترین غلظت طبیعی اوزون در استراتوسفر در ارتفاع تقریباً ۲۵ کیلومتری زمین رخ می دهد. رویدادهای طبیعی مانند فوران های آتشفشان و شعله های خورشیدی می توانند تغییراتی در غلظت اوزون ایجاد کنند، اما تغییرات به وجود آمده توسط انسان بزرگترین نگرانی برای لایه اوزون میباشد.

 

علاوه بر بخش جامد زمین، ژئوشیمی هیدروسفر را نیز پوشش می‌دهد که آب اقیانوس‌ها، دریاها، دریاچه‌ها و جو میباشد. پوسته زمین، هیدروسفر و اتمسفر پایینی با هم، زیست کره را تشکیل می دهند، منطقه ای در سطح زمین که توسط گیاهان، حیوانات و حیات میکروبی اشغال شده است. لایه نازک خاک در بالای پوسته زمین مخلوطی از مواد معدنی و مواد آلی است که از حیات گیاهان و بی مهرگان حمایت می کند.

 

در واقع زمین یک سیستم پویا است. انرژی خورشیدی گردش اقیانوس و اتمسفر و چرخه هیدرولوژیکی را هدایت می کند. نیروهای درون زمین که از اجزای مایع آن به وجود می آیند باعث حرکت صفحات تکتونیکی می شوند که نه تنها قاره ها و اقیانوس ها را در مقیاس زمانی زمین شناسی حرکت می دهند، بلکه باعث فجایع طبیعی مانند فوران های آتشفشانی و زلزله می شوند.

کاربرد های ژئوشیمی

از ژئوشیمی برای مطالعه و تجزیه و تحلیل واکنش های شیمیایی که منجر به دگرگونی کانی ها می شود استفاده می کنند. روش های طیف سنجی جرمی ژئوشیمی برای تجزیه و تحلیل، شناسایی و شناخت خصوصیات کانی ها استفاده می شود.

ژئوشیمی، فلزات را در زنجیره های غذایی، خاک و آب ردیابی می کند. به عنوان مثال مس و کبالت یک ضرورت در گیاهان علوفه ای هستند، در صورت کمبود آنها، منجر به بیماری در حیوانات می شود و به نوبه خود می تواند بر سلامت انسان تأثیر بگذارند.

ژئوشیمی به اکتشاف ذخایر معدنی کمک می کند. هدف آن بررسی فرآیندهای (دگرگونی، هیدروترمال، هیدرولیک و غیره) است که منجر به تولید مواد معدنی می شود.

ژئوشیمی به شناخت و پیش بینی بلایای زیست محیطی مثل فوران های آتشفشانی کمک می کند.

همچنین میتوان به کاربرد ژئوشیمی در باستان شناسی نیز اشاره کرد.

 

تاثیرات و مسائل

پوسته زمین حاوی بسیاری از مواد با ارزش اقتصادی مانند فلزات، زغال سنگ و نفت است. مهمترین فلزات عبارتند از آلومینیوم، نیکل، آهن، مس، روی، جیوه، قلع و سرب. طلا، نقره و الماس که ارزش بالایی دارند. از دیگر منابع معدنی مهم می توان به ماسه، شن، سنگ آهک و خاک رس اشاره کرد که در کارهای ساختمانی استفاده می شود. سنگ نمک برای استفاده در آشپزی و برای نرم شدن آب مهم است. همچنین گوگرد برای ساخت اسید سولفوریک که یکی از مهم ترین مواد اولیه صنایع شیمیایی است، مورد استفاده قرار میگیرد.

استخراج این مواد با ارزش، می تواند عواقب زیست محیطی داشته باشد. استخراج معادن اکوسیستم را به شکلی کاملاً آشکار مخدوش می کند و اغلب یک شغل پر خطر نیز محسوب میشود. همچنین آلاینده ها را در هوا و منابع آب آزاد می کند. به همین دلیل است که بازیافت و کاهش مصرف منابع معدنی، زغال سنگ و نفت بسیار مهم است.

 

ژئوشیمی همچنین نقش مهمی در کمک به درک و کنترل مشکلات زیست محیطی ایفا می کند. تجزیه و تحلیل سطوح اتمسفر بر روی قطب جنوب در اوایل دهه ۱۹۸۰ منجر به کشف یک سوراخ غیرمنتظره در لایه اوزون استراتوسفر و ارتباط آن با انتشار کلروفلوئوروکربن ها (CFC) شد. این یافته ها به شکل گیری اولین معاهده زیست محیطی جهان، پروتکل مونترال، در سال ۱۹۸۷ کمک کرد، که به حذف تدریجی CFC ها نیاز دارد تا تخریب لایه اوزون را کند کرده و در نهایت متوقف کنیم. اندازه‌گیری‌های ژئوشیمیایی در جو و اقیانوس‌ها نیز اثرات گرمایش جهانی را زیر نظر دارند.

ژئوشیمی برای آینده

هدف کلیه پژوهش های مهم که توسط ژئوشیمیدان ها تا به امروز انجام شده است، بهبود درک انسان و حفظ و نگهداری اکوسیستم طبیعی زمین میباشد. ژئوشیمی‌دان ها با تسلط خود بر چرخه‌های عناصر، می‌توانند چرخه‌های دیگری در بخش‌هایی از زمین (در خشکی، آب و هوا) که حیات در آن شکوفا می‌شود را تجزیه و تحلیل کنند. پیشرفت‌ها و درک جدید، به آگاهی عمومی در نگهداری جو و اقیانوس‌ها برای حفظ حیات کمک میکند.

در این مطلب از  شرکت دایا اکسیر  مرکز فروش مواد شیمیایی در تهران در مورد ژئوشیمی و تاثیرات آن به تفصیل صحبت کردیم.