Die Geochemie ( griechisch γεω- geo- ?die Erde betreffend‘ [zu γ? ge ?Erde‘] und -chemie ) ist ein Teilgebiet der Chemie, die sich mit dem stofflichen Aufbau, der Verteilung, der Stabilitat und dem Kreislauf von chemischen Elementen sowie deren Isotopen in Mineralen , Gesteinen , im Boden , Wasser und in der Erdatmosphare sowie der Biosphare befasst. Sie ist die naturwissenschaftliche Fachrichtung, die Geologie und Chemie verbindet. Dabei hat sie mit der Geologie den Untersuchungsgegenstand und mit der Chemie die Untersuchungsmethoden gemein.

Geschichte [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

Bis in das spate 19. Jahrhundert hinein wurde in den Geowissenschaften ein beschreibender Ansatz verfolgt, der die Gesteine und Minerale nach ihren außeren Eigenschaften zu verstehen suchte, hingegen jedoch nicht oder kaum die stoffliche Basis und deren chemische Dynamik mit einschloss. Ein Verstandnis dieser Dynamik ist jedoch unerlasslich, denn viele Fragen lassen sich nur durch geochemische Ansatze beantworten.

Die Geschichte der modernen Geochemie, zu deren Grundern Victor Moritz Goldschmidt , Wladimir Iwanowitsch Wernadski , Frank Wigglesworth Clarke und Alfred Treibs am Anfang bis Mitte des 20. Jahrhunderts gehorten, ist dadurch eng mit jener der Geologie und Mineralogie verknupft. Der Begriff selbst geht auf den Schweizer Chemiker Christian Friedrich Schonbein (1838) zuruck. Wichtige Etappen auf dem Weg zum modernen Verstandnis der Geochemie stellten die Arbeiten von Karl Gustav Bischof (1846), Justus Roth (1818?1892; 1859) und James David Forbes (1868) dar.

Untersuchungsgegenstand [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

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) Isotopenverhaltnissen liegt. Erklartes Ziel hierbei ist es, Aussagen uber Alter ( Geochronologie ) und Bildungsbedingungen ( Geothermobarometrie ) machen zu konnen. Uberschneidungen gibt es hier im Bereich der Rekonstruktion der fruhesten Erdgeschichte mit der Planetologie und der Kosmochemie . Auf der anderen Seite steht die Untersuchung von Sedimenten, Wassern, Boden, 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 die Biogeochemie , also die Untersuchung des Einflusses von Organismen auf die Chemie der Erde, den Ubergang zur Biochemie und zur Biologie .

Untersuchungsmethoden [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

Fur die Untersuchung flussiger Proben wird fur die Bestimmung der Hauptelemente oft die Ionenaustauschchromatographie , fur die Spurenelemente die Optische Emissionsspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-OES) und fur Ultraspurenelemente die Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-MS) verwendet. Mit letzterer kann auch die Haufigkeit verschiedener Isotope in einer Probe gemessen werden. Durch die Kopplung mit einem Laser konnen mit der ICP-MS zudem feste Proben untersucht werden, wobei der Laser Material von der Probenoberflache abtragt. Eine weitere Moglichkeit, die chemische Zusammensetzung fester Proben direkt zu messen, ist die Elektronenstrahlmikroanalyse . Oft werden feste Proben auch einem Aufschluss unterzogen und entweder aufgeschmolzen oder aufgelost. Die erstarrte Schmelztablette kann dann mit der Rontgenfluoreszenzanalyse untersucht werden, wahrend fur Losungen die gesamte Bandbreite der oben genannten Methoden zur Verfugung steht.

Neben diese Standardmethoden existieren weitere Verfahren fur besondere Fragestellungen: die Moßbauerspektroskopie zur Unterscheidung von zweiwertigem und dreiwertigem Eisen , die Elektronenspinresonanz zum Nachweis geringer Konzentrationen paramagnetischer Ionen in Mineralen, die Rontgenabsorptionsspektroskopie und die Rasterkraftmikroskopie zur chemischen Untersuchung von Oberflachen, die Raman-Spektroskopie und die Infrarotspektroskopie zum Nachweis bestimmter Bindungen und der an ihnen beteiligten Elemente sowie die Neutronenaktivierungsanalyse fur extrem geringe Konzentrationen.

Anwendungen [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

• Geochemie der Lithosphare
  Die Gehalte und die Verteilung von Elementen in einem Mineral geben Aufschluss uber die Entstehungsgeschichte des Gesteins einschließlich der Druck - und Temperaturverhaltnisse zur Zeit der Bildung ( Geothermobarometrie ). Viele Klassifikationen von Gesteinen beruhen auf geochemischen Daten. Beispiele hierfur sind das TAS-Diagramm (Total Alkali Silica) fur glasige Vulkanite und die Unterteilung der Granite in S-Typ-Granite und I-Typ-Granite . Sehr oft werden die Konzentrationen der Lanthanoide zur Bestimmung der Entstehungsbedingungen und zur Klassifikation von Gesteinen verwendet.
• Geochemie der Hydrosphare
  Die Hydrogeochemie untersucht die Wasserqualitat von Oberflachen - und Grundwasser , den Wasserkreislauf und die Wechselwirkungen von Wasser mit Mineralen.
• Geochemie der Erdatmosphare
  Wichtige Themen der Atmospharenchemie sind der Treibhauseffekt , die Luftverschmutzung durch Feinstaub und der saure Regen .
• Isotopengeochemie
  Stabile Isotope geben Auskunft uber Bildungsbereiche, Verwitterungsprozesse und Transportprozesse von Gesteinen, Erzen und Wassern, radiogene Isotope ermoglichen eine Altersbestimmung von Mineralen und Gesteinen ( Geochronologie ).
• Kosmochemie
  Die Untersuchung von Meteoriten gibt Aufschluss uber die Entstehung des Universums , des Sonnensystems und der Erde .

Studiengange [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

Grundlagen der Geochemie werden in vielen geowissenschaftlichen Bachelor -Studiengangen (z. B. ?Geowissenschaften“, ?Geologie/Mineralogie“) vermittelt. Vertiefende Kenntnisse konnen im Master -Studiengang ?Geomaterialien und Geochemie“ oder in geochemischen Vertiefungen meist mineralogisch orientierter Studiengange erworben werden. In der deutschen Hochschulpolitik ist die Geochemie als Kleines Fach eingestuft; sie wird von der ?Arbeitsstelle Kleine Facher“ gemeinsam mit der Mineralogie, der Petrologie und ahnlichen Fachgebieten erfasst. ^[2]

Literatur [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

• C. J. Allegre, 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: Grundzuge 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 .

Weblinks [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

Wiktionary: Geochemiker  ? Bedeutungserklarungen, Wortherkunft, Synonyme, Ubersetzungen

Einzelnachweise [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten ]

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