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geochìmica

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Definizione

sf. [sec. XX; geo-+chimica]. Ramo delle scienze della Terra che studia la distribuzione degli elementi chimici nella crosta terrestre, nelle rocce e nei minerali, e il loro comportamento al variare delle condizioni chimico-fisiche naturali. Si distingue dalla mineralogia e dalla petrografia che studiano invece le combinazioni dei vari elementi, appunto i minerali e le rocce.

Cenni storici

La geochimica, nata come settore della chimica, si è da questa distaccata quando, seguendo l'indirizzo tracciato da F. W. Clarke, V. I. Vernandsky, H. S. Washington, V. M. Goldschmidt e pochi altri (1920-35), non si è più limitata ad analisi chimiche qualitative e quantitative della crosta terrestre, ma ha cercato di stabilire le leggi e i processi che determinano la frequenza e la ripartizione degli elementi chimici presenti in natura. Per risolvere questi problemi, la geochimica considera soprattutto ogni dato che si può ricavare dallo studio dei materiali terrestri (rocce, minerali, sedimenti, ecc.), ma utilizza anche l'analisi delle meteoriti e i dati geofisici sulla natura e struttura dell'interno della Terra: in base a ciò è stato possibile definire sfere e cicli geochimici. Nella Terra ancora allo stato fluido e durante l'inizio della consolidazione ebbero luogo processi chimico-fisici che condussero alla separazione, entro la massa planetaria, di parti grosso modo concentriche a diversa composizione chimica (sfere geochimiche): un nucleo metallico, uno strato (mantello) composto da silicati pesanti e una crosta superiore composta da silicati più leggeri. All'interno di ciascuna sfera principale si possono, inoltre, distinguere altre parti caratteristiche; così la crosta terrestre può essere divisa in diverse sfere geochimiche: la litosfera, l'idrosfera, l'atmosfera, la biosfera. A solidificazione avvenuta ogni sfera principale si comportò come un sistema chimico-fisico chiuso. La parte più superficiale della crosta non è in realtà ben isolata poiché piccole quantità di gas (idrogeno ed elio) sfuggono nello spazio e dallo spazio vi è un continuo apporto di materiali meteorici; così pure si ritiene che vi sia uno scambio di materia tra crosta e mantello. Tuttavia la crosta terrestre può essere considerata, almeno in prima approssimazione, come un sistema isolato entro cui si verificano movimenti di materia. Le migrazioni di elementi entro una sfera o tra sfere diverse della crosta terrestre possono essere provocate da fenomeni meccanici (orogenesi, azione della forza di gravità, ecc.) o da processi magmatici, sedimentari e metamorfici, cioè dai processi petrogenetici. In questi tre processi fondamentali, ogni elemento chimico si distribuisce in rapporto alla sua abbondanza assoluta e alle sue caratteristiche cristallochimiche, entrando nei reticoli cristallini nei quali trova condizioni di stabilità, e migrando invece quando, al variare delle condizioni ambientali, le combinazioni di cui fa parte diventano instabili.

Ciclo geochimico

Ogni elemento chimico può, quindi, attraverso una serie di migrazioni, ritornare nelle condizioni di partenza realizzando in questo modo un ciclo geochimico. Nella litosfera si può identificare un ciclo geochimico principale che inizia con la solidificazione magmatica, prosegue con i processi di alterazione, di sedimentazione e di metamorfismo e si conclude con il riformarsi del magma per fenomeni di anatessi. Si tratta naturalmente di un ciclo ideale, poiché l'elemento che partecipa al ciclo può essere bloccato a un determinato punto di questo o subire cicli secondari; ciò accade spesso nel processo sedimentario dove si alternano fenomeni di alterazione, trasporto, risedimentazione per un tempo indeterminato. Alcuni elementi subiscono poi processi ciclici estremamente complessi, come nel caso del carbonio e dell'azoto che entrano a far parte di diverse sfere geochimiche partecipando anche a processi biochimici.