ГЕОХИМИЯ, новая научная дисциплина из области наук о земле, к-рая должна рассматриваться как история химич. элементов земли. Г. имеет целью изучение законов распределения и перемещения (миграции) хим. элементов в нашей планете и, в частности, в земной коре. Тесно связанная исторически с минералогией, Г. только в последние 10 лет начала выделяться в самостоятельную дисциплину из цикла др. геологических (в широком смысле слова) наук. Г.—наука 20 в., и ее будущие пути, с одной стороны, широко охватывают самые глубокие проблемы научного понимания космоса, с другой—весьма близко соприкасаются с практическими задачами горного дела.
История геохимических идей. Если не считать восходящих еще к 16 и 17 векам отдельн. указаний об условиях образования тех или иных минералов, их совместного нахождения в земной коре, и т.д., то почва для создания Г. как самостоятельной дисциплины была создана в конце 19 в. развитием идей генетической минералогии. Это течение, сформировавшееся в середине 19 века (Брейтгаупт, 1849, и особенно Бишоф, 1846), заставило изучать минерал не только сам по себе, но и как продукт определенного природного процесса, к-рый, в результате ряда хим. реакций, приводит к накоплению одних минеральных тел и к разрушению других. Изучение хим. процессов образования минералов поставило минералогию в связь с физической химией и влило новое, более точное содержание в понимание тех перегруппировок хим. атомов, к-рые идут в земной коре при изменчивых термодинамических условиях ее геологического и космического прошлого. Таким образом, наметились с конца прошлого столетия две геохимических школы, к-рые постепенно создали современную Г. и продолжают и сейчас свою плодотворную работу. Первая школа создалась в Америке в среде химиков и геологов; среди них Клерк (F. Clarke) первый наметил новые пути в области геохимических подсчетов. Второе течение создалось в России в начале 20 столетия в лице школы акад. Вернадского и его учеников—Ферсмана и Самойлова. Это течение сблизило Г. с минералогией и кристаллографией, дало значительный экспериментальный и наблюдательный материал и положило начало геохимическому изучению отдельных территорий (геохимическая география) и установлению связи между Г. и процессами жизни (биогеохимия). Под влиянием этих основных геохимических школ началась научная работа в указанных новых направлениях и в других странах.
Взаимоотношение с другими дисциплинами. Геохимия близко соприкасается с вопросами распределения и перегруппировок атомов вне земли, на других космических телах, т. е. с проблемами современной астрофизики. В противоположность Г., минералогия изучает природные молекулы и кристаллы, их свойства, образование и историю только в рамках доступной хим. изучению земной коры. При этом внимание минералогии сосредоточено на отдельных соединениях (минералах); Г. же занимается преимущественно общими вопросами распределения хим. атомов.
И Г. и минералогия—науки химические: первая непосредственно связывается с проблемами изучения строения атома; вторая—исторически тесно сплетается с кристаллографией, т. е. с наукой, изучающей те структуры, к-рые образуются из молекул и атомов под влиянием кристаллических сил, ныне отожествляемых с силами химическими. Связь Г. и астрофизики с изучением структуры атома крепнет все более по мере того, как выясняется, что законы распределения и распространения элементов не только в общем построении космоса, но и в явлениях земных, находятся в теснейшей зависимости от законов строения отдельных видов атомов. Необходимо отметить также очень близкое отношение минералогии и Г. к проблемам горного дела. Особенное значение в этом направлении приобретают идеи Г., которые устанавливают законы распределения полезных химич. элементов и те признаки, по которым должны итти их поиски и разведки.
Г. в своем современном развитии наметила еще два течения: одно выдвинуло необходимость внести геохимическое освещение в географический ландшафт и подвергать определенные участки земной коры детальной геохимической проработке,—отсюда возникли топоминералогические и топогеохимические описания, рисующие на фоне геологической истории отдельных районов историю хим. элементов в их пространственных и хронологических соотношениях. Именно этот геохимический подход дал много нового для изучения законов распределения полезных ископаемых. Второе течение, выдвинутое акад. Вернадским, имеет целью установление связи геохимических явлений с явлениями органической жизни, учет, роль и характер отдельных хим. элементов в живых организмах и выяснение миграции этих элементов в связи с жизнедеятельностью, размножением и гибелью живых существ.
Методы геохимических исследований. В основе геохимической методики лежат обычные методы хим. анализа. Если, однако, для минералогии достаточны обычные, но точные анализы минералов и пород, то для Г. имеют значение даже те вещества, к-рые входят в состав соединений в ничтожнейших количествах, измеряемых малыми долями процента. В виду этого является необходимым применение самых точных методов анализа, например, для учета распространения иода, редких земель или платины в различных породах и минералах земной коры. Особое значение приобрели в последи, время методы спектроскопического (В. И. Вернадский), рентгеноспектроскопического (В М. Гольдшмидт) и электроскопического (для элементов группы урана и тория) анализа. Сочетание этих методов, дающих возможность работать в областях миллионных долей процента, дает огромный наблюдательный материал, еще далеко не достаточно проработанный экспериментально, но уже указывающий на широкое рассеяние в природе ряда хим. элементов.
Современные достижения Г. Первым основным вопросом Г. является попытка количественного учета хим. элементов в отдельных частях земли и космоса, т. е. выяснение количественного распределения тех 92 хим. элементов, которые нам известны, и среднего состава земной коры, земли в целом и др. космических тел. Эта задача была осторожно поставлена свыше 30 лет тому назад америк. геологом Клерком и сейчас после ряда подсчетов привела к довольно точным цифрам среднего состава земной коры глубиной до 20 км (приблизительно). Эти данные носят название клерковских чисел и для первых 10 наиболее распространенных элементов дают следующие значения (в весовых процентах): кислорода—49,72; кремния—26,0; алюминия—7,45; железа— 4,20; кальция—3,25; натрия—2,40; калия— 2,25; магния—2,35; водорода—1,0; титана— 0,5. Основные выводы из этих данных таковы: 1) хим. элементы входят в состав земной коры в количествах чрезвычайно различных; количества одних элементов могут превышать количества других в , т. е. в миллиард раз; 2) преобладающее значение имеют только немногие из известных нам элементов, причем можно подсчитать, что первые три элемента составляют 86,84% (по весу) земной коры, первые девять—98,85%, первые 12—99,63%; 3) преобладающее значение имеют в земной коре элементы легкие, с низкими атомными весами и малыми порядковыми числами; 4) наши обычные представления о редкости или распространенности элементов не отвечают подсчетам, ибо среднее содержание элемента не определяет еще форм его рассеяния; 5) любопытно преобладание в земной коре элементов четных порядковых чисел и четных атомных весов.—При исследовании распределения этих элементов в различных областях земной поверхности выяснилось, что оно носит не случайный характер, а следует некоторым законам, при чем нередко наблюдается совместное нахождение некоторых из них; такие часто встречаемые сочетания получили название геохимических ассоциаций, и установление их имеет большое научное и практическое значение.
Клерковские числа дают возможность распространить метод средних чисел состава и на др. части нашей планеты. При этом анализ среднего состава отдельных зон—оболочек земли—позволил Вашингтону и Ферсману построить весьма вероятный средний состав земли в целом; этот анализ привел их к следующим основным цифрам (в весовых процентах): железа—39,7; кислорода—27,7; кремния—14,5; магния—8,7; никеля—3,2; кальция—2,5; алюминия—1,8; серы—0,6; натрия—0,4; кобальта—0,2, и т. д.Такая же детальная геохимическая работа была проделана над метеоритами, и подсчеты среднего состава последних привели к цифрам, весьма сходным со средним составом земли в целом. Для них характерно преобладание элементов средних атомных весов и почти полное отсутствие элементов, характерных для наших гранитов, т. е. самых наружных частей земли (лития, бериллия, ниобия, тантала и др.); с этим находится в связи очень слабая радиоактивность метеоритов.
Из космических тел сравнительно мало изучены луна и планеты; некоторые разрозненные данные есть для комет. Более подробные астрофизические данные имеются для звезд и особенно для солнца. Для последнего намечается такая последовательность относительной роли элементов: железо, магний, кальций, никель, водород, титан, натрий, алюминий, кремний, хром, стронций. Общие результаты этих астрофизических работ таковы: 1) солнце и звезды состоят из тех же элементарных тел, из которых составлена земля и метеориты; 2) спектральный анализ обнаруживает на солнце и звездах присутствие по преимуществу элементов легких, что вполне совпадает со средним составом земной коры и метеоритов; 3) атомы элементов являются сильно ионизированными, чем и объясняется ряд отличий спектров и отсутствие линий ряда элементов; 4) казавшиеся раньше резкими различия в хим. составе звезд ныне объясняются различием физической обстановки их поверхностных зон.
Таким обр., сравнение земной коры, земли в целом, метеоритов и космических тел приводит к установлению единства хим. элементов вселенной и к ряду основных положений Г. Эти основные положения таковы: современное распределение элементов является лишь временною фазою постоянного сложного космического процесса перераспределения вещества; перераспределение элементов идет как в первичных стадиях зарождения и созидания космических тел, так и во всей их дальнейшей истории; главною силою, определяющею распределение элементов в мировом пространстве, является мировое тяготение, обусловливающее распределение элементов по атомным весам, отделяющее друг от друга твердые, жидкие и газообразные вещества и распределяющее хим. вещество; второю силою космического перемещения элементов является давление света, противодействующее силам тяготения; третьего силою, еще мало изученною с интересующей нас точки зрения, являются излучение в электрическом поле и излучение распадающихся радиоактивных веществ; четвертою—являются силы молекулярного теплового движения (Броуновское движение, см.), обусловливающие рассеяние элементов в мироздании, явления диффузии и различные явления, связанные с преодолением мирового тяготения; пятой—являются те чисто хим. силы, которые связаны с внешними электронами каждого атома и которые играют столь большую роль в образовании хим. соединений. Под влиянием этих пяти основных мировых сил происходят различные процессы миграции хим. элементов как космического, так и геологического или минералогического характера. Несомненно, что в основе всех этих явлений лежат внутренние силы атома, рассматриваемого как электромагнитная система.
Таковы главнейшие достижения общей Г. Задачей специальной части Г. является детальное и систематическое изучение истории распространения и миграции отдельных хим. элементов. Для каждого элемента ведется детальное исследование его распределения, количественный учет его в различн. условиях земной коры, выявление закона естественной ассоциации с другими элементами, связь с определенными породами, частями земли, роль в метеоритах и космических телах, законы рассеяния и концентрации, и т. д. В основе этих явлений для большинства элементов намечается сейчас влияние двух основных факторов: внутреннего строения атома и положения его в Менделеевской таблице; первое влияет на основные законы распределения хим. элементов и их хим. свойства, со вторым связана его позднейшая история, особенно в условиях земной коры. До сих пор эта схема полностью ни для одного элемента не проработана, но уже для многих, благодаря работам В. М. Гольдшмидта и акад. Вернадского, намечаются основные черты их геохимического распространения; таковы: редкие земли, радиоактивные элементы, марганец, отчасти иод и платиновые металлы. Любопытно отметить, что мы до сих пор не имеем еще полных геохимических сводок для таких промышленно важных металлов, как свинец, ртуть, никель, тогда как для менее известных металлов, как ванадий или молибден, мы имеем ценные геохимические данные. Очень большой пробел создавался вследствие полной неизвестности судьбы отдельных элементов в живых организмах: он сейчас пополняется работами школы Клерка в Вашингтоне и Вернадского в Ленинграде.
Лит.: Ферсман А., Геохимия России,П., 1922; его же, Химические элементы земли и космоса, П., 1923 (указана литература); Vernadsky W., La Géochimie, Р., 1925; Вернадский В. И., Очерки геохимии, М.—Л., 1927; Bohrend F. und Веrg G., Chemische Geologie, Stuttgart, 1927. Популярное изложение проблем геохимии: Ферсман А., Химия мироздания, Петроград, 1923; его же, Занимательная минералогия, т. I—II. Ленинград, 1928.