Geochemie

Die Geochemie (altgriechisch γη ge = Erde, γεω- geo- = Erde betreffend, χημεία chemeia = Chemie) befasst sich mit dem stofflichen Aufbau, der Verteilung, der Stabilität und dem Kreislauf von chemischen Elementen und deren Isotopen in Mineralen, Gesteinen, Boden, Wasser und Atmosphäre. Sie ist die naturwissenschaftliche Fachrichtung, die Geowissenschaften und Chemie verbindet. Dabei hat sie mit den Geowissenschaften den Untersuchungsgegenstand und mit der Chemie die Untersuchungsmethoden gemein. Die Geochemie ist zudem eng mit der Planetologie und Kosmochemie verknüpft, beschäftigt sich also auch mit dem Verständnis des Chemismus erdfremder Körper.

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Geschichte

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 Gründern Victor Moritz Goldschmidt, Wladimir Iwanowitsch Wernadski, Frank Wigglesworth Clarke und Alfred Treibs am Anfang bis Mitte des 20. Jahrhunderts gehörten, ist dadurch eng mit jener der Geologie und Mineralogie verknüpft. Der Begriff selbst geht auf den schweizer Chemiker Christian Friedrich Schönbein (1838) zurück. Wichtige Etappen auf dem Weg zum modernen Verständnis der Geochemie stellten die Arbeiten von Carl Gustav Bischof (1846), Justus Roth (1818-1892; 1859) und James David Forbes (1868) dar.

Untersuchungsmethoden

Die Geochemie untersucht stärker als die Chemie die Spurenelementgehalte chemischer Verbindungen. Daher spielen diejenigen Methoden, mit denen äußerst geringe Nachweisgrenzen erreicht werden können, eine besondere Rolle, z.B.:

• Elektronenstrahlmikroanalyse
• LA-ICP-MS

In der Isotopengeochemie bedient man sich besonders der Massenspektrometrie.

Anwendungen

• Geochemie der Lithosphäre

Die Gehalte und die Verteilung von Elementen in einem Mineral gibt Aufschluss über die Entstehungsgeschichte des Gesteins einschließlich der Druck- und Temperaturverhältnisse zur Zeit der Bildung (Geothermobarometrie). Viele Klassifikationen von Gesteinen beruhen auf geochemischen Daten. Beispiele hierfür sind das TAS-Diagramm (Total Alkali Silica) für glasige Vulkanite und die Unterteilung der Granite in S-Typ-Granite und I-Typ-Granite. Sehr oft werden die Konzentrationen der Lanthanide zur Bestimmung der Entstehungsbedingungen und zur Klassifikation von Gesteinen verwendet.

• Geochemie der Hydrosphäre

Die Hydrogeochemie untersucht die Wasserqualität von Oberflächen- und Grundwasser, den Wasserkreislauf und die Wechselwirkungen von Wasser mit Mineralen.

• Geochemie der Atmosphäre

Wichtige Themen der Atmosphärenchemie sind der Treibhauseffekt, die Luftverschmutzung durch Feinstaub und der saure Regen.

• Isotopengeochemie

Stabile Isotope geben Auskunft über Bildungsbereiche und Transportprozesse von Gesteinen, Erzen und Wässern, radiogene Isotope ermöglichen eine Altersbestimmung von Mineralen und Gesteinen (Geochronologie).

• Kosmochemie

Die Untersuchung von Meteroriten gibt Aufschluss über die Entstehung des Universums, des Sonnensystems und der Erde.

Teilbereiche

• Allgemeine Geochemie
• Spezielle Geochemie
  • Kosmochemie
  • Geochemie der Atmosphäre
  • Geochemie der Hydrosphäre (Hydrogeochemie)
  • Biogeochemie
  • Organische Geochemie
  • Geochemie der Lithosphäre
  • Geochemie des Erdmantels
  • Geochemie des Erdkerns
• Analytische Geochemie
• Angewandte Geochemie
  • Archäologische Geochemie (Teil der Archäometrie)
  • Prospektionsgeochemie
  • Umweltgeochemie
  • Urbane Geochemie
• Isotopengeochemie
• Theoretische Geochemie

Literatur

• Allègre, C. J.; Michard G.; Varney, R.N.: Introduction to Geochemistry. ISBN 90-277-0497-X
• Faure, G. (1998): Principles and applications of geochemistry. 2. Auflage. Prentice Hall, New Jersey.
• Marshall, C. P.; Fairbridge, R. W. (1999): Encyclopedia of geochemistry. Encyclopedia of Earth Sciences Series. Springer-Verlag. ISBN 0-412-75500-9
• Mason, B. & Moore, C. (1985): Grundzüge der Geochemie. 2. Auflage. Spektrum Akademischer Verlag. ISBN 978-3827412621
• Matschullat, J.; Tobschall, H. J.; Voigt, H.-J. (1997): Geochemie und Umwelt. Springer-Verlag, Berlin. ISBN 3-540-61866-X

Fachgesellschaften

• American Chemical Society (ACS), Geochemistry Division
• American Geophysical Union (AGU)
• Association of Exploration Geochemists (AAG)
• Association of Petroleum Geochemical Explorationists (APGE)
• European Association for Geochemistry (EAG)
• European Association of Organic Geochemists (EAOG)
• European Geosciences Union (EGU)
• International Association of Geochemistry and Cosmochemistry (IAGC)
• International Association of Volcanology and Chemistry of the Earth's Interior (IAVCEI)
• Mineralogical Society of America
• The Geochemical Society (GS)

Fachzeitschriften

(Auswahl)

• American Journal of Science
• Applied Geochemistry
• Aquatic Geochemistry
• Biogeochemistry
• Chemical Geology
• Chemie der Erde (Geochemistry)
• Earth and Planetary Science Letters
• Elements
• Environmental Geochemistry and Health
• Geochemical Transactions
• G³: Geochemistry, Geophysics, Geosystems
• Geochimica et Cosmochimica Acta
• Geofluids
• Geokhimiya (Geochemistry International)
• Geostandards Newsletter
• Journal of Exploration Geochemistry
• Journal of Contaminant Hydrology
• Journal of Geochemical Exploration
• Journal of Volcanology and Geothermal Research
• Marine Chemistry
• Organic Geochemistry
• Physics and Chemistry of the Earth
• The Geochemical News