Geochemie

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Geochemie (altgriechisch ?? ge'Erde', ???- geo-'die Erde betreffend' and ??? chemische Chemie') beschäftigt sich mit der Struktur, Verbreitung, Beständigkeit und Zirkulation von Chemikalien und ihren isotopischen Bestandteilen in Mineralien, Gestein, Böden, Wasser, Erdatmosphären und Biosphären. Es ist die wissenschaftliche Disziplin, die geologische und chemische Aspekte miteinander kombiniert.

Sie hat mit der Erdgeschichte den Gegenstand der Untersuchung und mit der chemischen Forschung die Methoden der Untersuchung gemeinsam.

Die Werke von Karl Gustav Bischof (1846), Justus Roth (1818-1892; 1859) und James David Forbes (1868) waren bedeutende Stationen auf dem Weg zu einem neuzeitlichen Geochemismus. Die moderne Geochemie zeigt eine Teilung des Themas. Zum einen die Erforschung von metamorphen und magmatischen Gesteinen mit Schwerpunkt auf deren Spurenelementgehalt und (meist radiogenen) Isotopen-Verhältnissen, mit dem Zweck, Angaben über die Alters- (Geochronologie) und Entstehungsbedingungen (Geothermobarometrie) machen zu können.

Andererseits spielen die Untersuchungen von Ablagerungen, Wasser, Boden, lebenden Tieren und Luftmassen eine wichtige Rolle, insbesondere bei der Erforschung von stabilen Isotopen und der Speziation von Einzelelementen. Am Ende des geochemischen Spektrum steht die biogeochemische Forschung, d.h. die Erforschung des Einflußes des Organismus auf die Erdchemie, die den Wechsel zur biochemischen und biologischen Forschung vollzieht.

Ionenaustausch-Chromatographie wird häufig zur Ermittlung der wichtigsten Elemente in flüssigen Medien, zur optischen Emissionsspektroskopie mit induktivem gekoppeltes Blutplasma (ICP-OES) für Spurelemente und zur Massenspektroskopie mit indikativ gekoppeltes Blutplasma (ICP-MS) für Ultra-Spurelemente eingesetzt. Mit dem ICP-MS können durch Ankopplung an einen Faserlaser auch Feststoffproben geprüft werden, wodurch der Faserlaser Materialien von der Oberfläche der Probe entfernt.

Die Elektronenstrahl-Mikroanalyse ist eine weitere Methode zur direkten Messung der chemischen Beschaffenheit von festen Stoffen. Häufig werden auch Feststoffproben aufgeschlossen und entweder geschmolzen oder gelöst. Das verfestigte Schmelztablett kann dann mittels Fluoreszenzanalyse überprüft werden, wobei das ganze Spektrum der oben beschriebenen Verfahren für die Lösung zur Auswahl steht.

Zusätzlich zu diesen Standardverfahren gibt es weitere Methoden für spezielle Fragestellungen: Mößbauer-Spektroskopie zur Differenzierung von divalentem und trivalentem Gusseisen, Elektronenspin-Resonanz zum Detektieren niedriger Konzentration von paramagnetischen lonen in Mineralien, Röntgenabsorptions- und Atomkraftmikroskopie zur chemisch-analytischen Analyse von Grenzflächen, Raman- und Infrarot-Spektroskopie zum Detektieren von bestimmten Verbindungen und den daran gebundenen Elementen, sowie Neutronenaktivierungsanalysen für geringstmögliche Gesamtkonzentrationen.

Der Gehalt und die Verbreitung der Elemente in einem Gestein liefern Informationen über die Geschichte der Entstehung des Gebirges einschließlich der Druck- und Temperaturbedingungen zum Zeitpunkt der Entstehung (Geothermobarometrie). Zahlreiche Gesteinsklassifikationen basieren auf Geochemie. Häufig werden die Lanthanidenkonzentrationen zur Ermittlung der Formationsbedingungen und zur Klassifizierung von Gestein eingesetzt.

Mit Hilfe der Wassergeochemie werden die Qualität des Oberflächen- und Grundwassers, der Kreislauf und die Wechselwirkung von Mineralien mit dem Mineralwasser analysiert. Stabilisotope liefern Informationen über Entstehungsgebiete, Verwitterungs- und Transportvorgänge von Gestein, Erz und Gewässern; radioaktive Isolate erlauben die Bestimmung des Alters von Mineralien und Gestein (Geochronologie). Das Studium der Meteorite liefert Informationen über die Bildung des Weltalls, des Solarsystems und der Welt.

G. D: G. (1998): Principes und Anwendungen der Geochemie.