Hàm lượng trung bình của các nguyên tố trong vỏ Trái đất

Ký hiệu	g/t	Ký hiệu	g/t	Ký hiệu	g/t
O	466.000	Y	40	Cs	1
Si	277.200	Li	30	Ho	1
Al	81.300	Nd	24	Eu	1
Fe	50.000	Nb	24	Tl	1
Ca	36.300	Co	23	Tb	0,9
Na	28.300	La	18	Lu	0,8
K	25.900	Pb	15	Hg	0,5
Mg	20.900	Ga	15	I	0,3
Ti	4.400	Th	10	Sb	0,2
H	1.400	Sm	7	Bi	0,2
P	1.180	Gd	6	Tm	0,2
Mn	1.000	Pr	6	Cd	0,2
F	700	Sc	5	Ag	0,1
S	520	Hf	5	In	0,1
Sr	450	Dy	5	Se	0,09
Ba	400	Sn	3	Ar	0,04
C	320	B	3	Pd	0,01
Cl	200	Yb	3	Pt	0,005
Cr	200	Er	3	Au	0,005
Zn	160	Br	3	He	0,003
Rb	120	Ge	2	Te	0,002
V	110	Be	2	Rh	0,001
Ni	80	As	2	Re	0,001
Zn	65	U	2	Ir	0,001
N	46	Ta	2	Os	0,001
Ce	46	W	1	Ru	0,001
Cu	45	Mo	1

Địa hoá học (tiếng Anh geochemistry) là một lĩnh vực bao gồm việc nghiên cứu thành phần hóa học của Trái đất, của các hành tinh khác, của hệ Mặt trời và của vũ trụ nói chung, kể cả các quá trình hóa học xảy ra trong các đối tượng này.

Khái niệm địa hoá học được C. F. Schӧnbein đưa ra vào năm 1838. Tuy nhiên mãi đến thế kỷ 20 địa hoá học mới được phát triển mạnh mẽ và trở thành một bộ môn của hóa học Trái đất theo nghĩa rộng. Theo V. I. Vernadsky (1924) thì địa hoá học nghiên cứu khoa học về các nguyên tố hóa học, tức là các nguyên tử của vỏ Trái đất và có thể của toàn bộ hành tinh. Địa hoá học nghiên cứu lịch sử, sự phân bố và sự vận động của Trái đất trong vũ trụ, trong thời gian cũng như mối tương quan di truyền trên hành tinh của chúng ta. Vấn đề cơ bản của địa hoá học là làm rõ tính quy luật trong sự phân bố từng nguyên tố trong các tầng khác nhau của Trái đất, đặc biệt của vỏ Trái đất, của tầng khí quyển bao quanh Trái đất và trong lòng Trái đất. Ngoài ra địa hoá học còn nghiên cứu những quy luật vận động của những nguyên tố hóa học trong các địa tầng khác nhau như các khoáng chất, đất đá và sự hình thành các nơi lưu trữ, các quá trình sống trong thực vật, động vật, v.v. Đối tượng nghiên cứu đặc biệt là địa hoá học của từng lĩnh vực riêng biệt, ví dụ từng vùng kim loại, hoặc từng nguyên tố dưới các điều kiện khác nhau và trong các trạng thái khác nhau của lịch sử địa chất (lịch sử vũ trụ).

Nhiệm vụ

Địa hoá học có các nhiệm vụ sau đây:

1. Tính toán thành phần hóa học trung bình của các địa tầng, trước hết là của vỏ Trái đất, trong đó là các loại đất đá quan trọng nhất, (ví dụ: hàm lượng trung bình). Trong mối tương quan này, W. D. Harkins năm 1917 đã thấy rằng các nguyên tố có số thứ tự chẵn tồn tại phổ biến hơn các nguyên tố có số thứ tự lẻ (quy tắc Harkins). Với tỷ trọng trung bình là 2,8 và chiều dày trung bình khoảng 17 km thì vỏ Trái đất chiếm 0,4% trọng lượng của cả Trái đất. B. Mason (1958), K. Rankama và Th. G. Sahama (1950) đã đưa ra hàm lượng trung bình trong đất đá của vỏ trái đất ở mức gram/tấn (1g/t = 0,0001%) như ở bảng bên. Theo ước lượng sơ bộ thì toàn bộ trái đất bao gồm tới trên 90% từ các nguyên tố sắt, oxy, silic và magnesi, hơn 1% là các nguyên tố nickel, calci, nhôm và lưu huỳnh (theo V. M. Goldschmidt, H. S. Washington, A. F. Budington, K. E. Bullen,…)
2. Làm rõ mối tương quan giữa cấu tạo nguyên tử và tính chất địa hóa học của các nguyên tố, trong đó có việc nghiên cứu các đồng vị, vấn đề biến đổi hạt nhân và tính phóng xạ tự nhiên, xác định độ tuổi. Nghiên cứu vật liệu vũ trụ là một đối tượng quan trọng của địa hoá học lý thuyết, ví dụ các thiên thạch, các ngôi sao không chuyển động. Địa hoá học lý thuyết cũng nghiên cứu sự phân bố độ bền hạt nhân và mức độ phổ biến của các nguyên tố trong vũ trụ. Từ đó có được các dữ liệu về tính chất năng lượng, lực hấp dẫn và tính chất phóng xạ của các ion hoặc nguyên tử.
3. Nghiên cứu sự tập hợp của các nguyên tố và sự phụ thuộc của nó vào các điều kiện hóa-lý khác nhau. Trong vỏ trái đất, phần lớn các nguyên tố tồn tại dưới dạng các hợp chất cụ thể. Nghiên cứu các hợp chất này là nhiệm vụ của hóa học tinh thể, khi đây là việc nghiên cứu các vật thể đồng nhất, bất đẳng hướng. Các nguyên tố hóa học có thể là thành phần chính của khoáng chất, nhưng cũng có thể là nguyên tố vết của chúng. Việc đưa các nguyên tố dạng vết vào khoáng chất tuân theo các quy luật nhất định.
4. Phát triển và ứng dụng các phương pháp nghiên cứu đặc thù. Đặc biệt để nghiên cứu các nguyên tố vết ta thường sử dụng các phương pháp quang phổ, cực phổ, quang hóa ngọn lửa, nhiệt lượng (calorimetric) và nhiều phương pháp khác với giới hạn phát hiện tới phần phân số rất nhỏ của g/t. Thời gian gần đây phương pháp phân tích kích hoạt neutron được ứng dụng ngày càng nhiều.
5. Đưa các kết quả nghiên cứu địa hoá học vào ứng dụng trong việc tìm kiếm các khu mỏ (geochemical prospection). Người ta phân biệt các phương pháp pedo-, bio-, hydro-geochemical prospection tùy thuộc vào đối tượng nghiên cứu là đất, thực vật hay nguồn nước. Các nguyên tố chỉ thị sẽ cho những gợi ý về các khu mỏ bị che lấp và khu mỏ trắng. Trong việc thăm dò dầu khí người ta sử dụng các phương pháp chuyên dụng, ví dụ “phương pháp đo khí”. Phương pháp nghiên cứu địa hoá học từ các mẫu khoan, mẫu đất đá để từ đó thu được các tín hiệu về các mỏ có vai trò to lớn.

Địa hoá học hữu cơ (organic geochemistry) làm việc với các hợp chất chứa carbon được tạo ra bởi các cơ thể sống. Các chất này phân tán rộng khắp ở vỏ Trái đất, ở đại dương, trong khí quyển, trong đất, trong trầm tích. Địa hoá học có tầm quan trọng để tìm hiểu nhiều chu trình trên Trái đất, với sinh học luôn đóng vai trò chính trên Trái đất.

Tài liệu tham khảo

1. Brockhaus ABC Chemie, VEB F. A. Brockhaus Verlag Leipzig 1966, 465.
2. McGraw - Hill Encyclopedia of Science Technology 8th Edition, 1997, Vol.8, p.8.