Géochimie
Définition
La géochimie est l'étude des processus qui contrôlent l'abondance, la composition et la distribution des composés chimiques et des isotopes dans les environnements géologiques. La biogéochimie est une sous-discipline associée à la biologie.
La géochimie est l'étude de la chimie des matériaux terrestres naturels et des processus chimiques opérant à l'intérieur et sur la Terre, à la fois maintenant et dans le passé. Les analyses géochimiques sont effectuées sur tout échantillon naturel tel que l'air, les gaz volcaniques, l'eau, la poussière, le sol, la roche ou les tissus durs biologiques (en particulier les tissus biologiques anciens) et également sur les matériaux anthropiques tels que les effluents industriels et les boues d'épuration.
Des études de la géochimie :
En général, la géochimie peut être définie comme l'étude de la composition chimique et des changements de la terre et des autres corps célestes. Nous définissons en outre le sujet en fonction de l'environnement géologique global, de la pression ou de la température....
Explications
La géochimie est un sujet vaste et passionnant tant par les sujets qu'il aborde que par les techniques employées. La géochimie des systèmes terrestres et sciences de l'environnement (SVT) contient de nombreux articles traitant de l'état de l'art sur les techniques et les innovations techniques disponibles pour le géochimiste moderne et la manière dont les outils et les principes de la chimie ont été mis à contribution.
Victor Goldschmidt (1888–1947) est souvent considéré comme le "père de la géochimie". L'une des réalisations de Goldschmidt a été de commencer à systématiser le comportement des éléments chimiques dans un contexte des sciences de la Terre via sa classification de ceux-ci selon leurs phases hôtes préférées sur la Terre silicatée (lithophile, sidérophile, chalcophile et atmophile). C'est encore aujourd'hui l'une des classifications géochimiques des éléments les plus répandues et c'était une étape importante en termes d'application des principes de la chimie à l'étude de la Terre.
Un domaine aussi vaste que la géochimie a naturellement évolué pour se subdiviser, à différents niveaux, en sous-disciplines. Ces sous-disciplines se distinguent les unes des autres de plusieurs manières différentes et il existe un chevauchement considérable entre elles dans de nombreux cas. Les critères de division comprennent : la géochimie analytique par opposition aux études théoriques, la technique employée ou les types de mesures qui concernent une zone (par exemple, la géochimie isotopique); le type d'échantillon (par exemple, géochimie ignée et géochimie organique et pétrolière); la classe de questions scientifiques abordées (par exemple, la cosmochimie); le régime pression-température avec lequel un certain sous-ensemble de géochimistes est engagé (par exemple, la géochimie à basse température).
Les analyses géochimiques impliquent donc une large gamme de matériaux et d'analytes d'intérêt et peuvent être réalisées pour des raisons industrielles, environnementales ou académiques. Tous les éléments naturels du tableau périodique sont importants pour une enquête géochimique ou une autre. Les concentrations d'éléments peuvent aller de constituants majeurs ou mineurs (> 0,1 %) dans un matériau à des traces (généralement exprimées en μg/g -parties par million- ou μg/kg -parties par milliard-) dans un autre. Les traceurs géochimiques sont couramment utilisés pour étudier les processus géologiques qui sont nécessairement inaccessibles à l'observation directe. De tels traceurs exigent fréquemment une analyse de haute précision de l'abondance ou du rapport isotopique des éléments traces, et les exigences des géochimistes inorganiques ont joué un rôle important dans le développement de techniques analytiques multi-éléments de haute précision. Les matériaux géologiques sont généralement des substances réfractaires et peuvent nécessiter une préparation chimique agressive avant les analyses.
Rôles avec la géothermie
La géochimie joue un rôle majeur dans l'exploration des ressources géothermiques, à la fois pendant l'exploration de surface et après le forage et le déchargement des puits d'exploration. Les principales tâches du géochimiste lors de l'exploration de surface sont la sélection des emplacements d'échantillonnage, la collecte des échantillons, l'analyse chimique des échantillons et l'interprétation des résultats analytiques. Ce chapitre présente une revue de l'ensemble du processus.
L'application de la géochimie dans le processus d'exploration géothermique vise à estimer la composition des fluides géothermiques souterrains et à extraire de cette composition des informations sur la température du réservoir, l'origine et la recharge du fluide, les processus physiques tels que l'ébullition ou la condensation, et les propriétés de production du fluide telles que comme son potentiel d'entartrage, sa teneur en gaz et sa concentration en éléments écologiquement sensibles. Ces dernières années, les méthodes de gaz du sol sont devenues plus couramment utilisées lors de l'exploration géothermique, en particulier pour la détection et la délimitation de structures perméables.
Importance pour le manteau terrestre
La géochimie étudie, par exemple, l'effet des changements séculaires sur la température du manteau terrestre (croûte terrestre). La géochimie et la géophysique fournissent des images assez cohérentes des conditions de fonte dans le système volcanique actif le plus volumineux de la Terre, les dorsales médio-océaniques.
Déterminer si ces conditions ont été maintenues au cours de l'histoire de la Terre est un travail de géochimie. La plupart des xénolithes du manteau continental sont des résidus d'extraction partielle à l'état fondu. Le système isotopique Re-Os suit ce type d'événement de différenciation, datant des événements d'épuisement de la fonte subis par le manteau sous-continental. La longévité du manteau sous les continents fournit des exemples d'env. 3 Ga pour le manteau sous-jacent à des sections crustales archéennes d'Afrique australe, de Sibérie et d'Amérique du Nord.
Étant donné que le degré d'épuisement de la fonte subi par l'ancien manteau lithosphérique confère une flottabilité compositionnelle, ces épaisses quilles lithosphériques continentales jouent un rôle important dans la capacité de survie de l'ancienne croûte continentale. Les xénolithes du manteau échantillonnent des événements de fusion qui se sont produits à divers moments de l'histoire de la Terre; par conséquent, leurs compositions peuvent être utilisées pour examiner les changements dans les conditions de fusion avec le temps. Il est montré que les xénolithes du manteau indiquent une diminution séculaire du degré d'extraction de la fonte avec le temps. Les régions de fusion modernes, par exemple, telles qu'échantillonnées dans les péridotites abyssales, ont des compositions suggérant entre 5 % et 25 % d'extraction partielle à l'état fondu à des pressions comprises entre 1 GPa et 2 GPa.
En revanche, des échantillons de manteau Archéen indiquent des degrés moyens beaucoup plus élevés (environ 45 %) et des pressions plus élevées (4,5 GPa) d'extraction à l'état fondu. S'il est expliqué uniquement comme la conséquence d'un refroidissement du manteau plutôt que d'une déshydratation, ce changement dans l'étendue moyenne de la fusion suggère que le manteau s'est refroidi d'environ 350 °C depuis l'Archéen. Bien que la différence d'étendue moyenne de la fusion entre les échantillons du manteau archéen et moderne soit significative, les deux ensembles de données indiquent que l'extraction partielle de la fonte affectant la plupart des échantillons du manteau s'est produite à des profondeurs inférieures à 150 km au moins au cours des 3,5 derniers Gyr de l'histoire de la Terre.
Couplé avec la preuve du recyclage des matériaux de la croûte pour servir de sources "enrichies" pour certains types de volcanisme dérivé du manteau, cela suggère que le principal processus causant la variation chimique à l'intérieur de la Terre est la fusion peu profonde et le recyclage de la croûte typique du cycle tectonique des plaques.
Modélisation du transport réactif du stockage géologique du carbone
La géochimie et le transport réactif jouent un rôle essentiel dans la séquestration du carbone, car la dissolution et le piégeage des minéraux fournissent un stockage stable à long terme du CO2, et le caractère corrosif du CO2 pourrait également affecter la fonction des formations d'étanchéité et augmenter les risques pour les eaux souterraines sus-jacentes. qualité. Un aperçu des études de modélisation géochimique liées à la séquestration du carbone est présenté dans ce chapitre, y compris les interactions CO2 -saumure-roche dans les réservoirs à séquestration géologique du carbone, l'intégrité de la formation d'étanchéité et les impacts sur les eaux souterraines peu profondes dus aux fuites de CO2.
Plus précisément, le comportement du CO2 dans le réservoir à l'échelle du noyau et du champ, la couverture et l'intégrité du puits près du puits d'injection, ainsi que les impacts du CO2 sur les eaux souterraines peu profondes sont étudiés en combinant des données expérimentales, des observations sur le terrain et des simulations de transport réactif. La migration du CO2 des réservoirs de séquestration vers les aquifères peu profonds d'eau potable par les voies de fuite. Cela pourrait entraîner une défaillance du système avec des traces de métaux toxiques libérés qui dépassent les normes nationales de l'EPA sur l'eau potable primaire. Étant donné que la plupart des paramètres de transport réactif et les schémas de réaction avec le CO2 sont spécifiques au site, les facteurs d'incertitude tels que la cinétique de réaction et l'hétérogénéité de la formation doivent être soigneusement pris en compte pour effectuer une évaluation appropriée de l'incertitude afin de quantifier la séquestration du CO2 et les risques de fuite de CO2.
Géochimie aqueuse
La géochimie aqueuse à basse température est devenue une science bien développée au cours des dernières décennies.
Certains minéraux se dissolvent simplement dans l'eau, se dissociant en leurs ions composants. D'autres minéraux réagissent chimiquement avec l'eau, formant souvent des ions solubles et des résidus insolubles. Pour ceux qui se dissolvent par dissociation ionique, la gamme de solubilités s'étend sur plusieurs ordres de grandeur.
Pour chacun de ces minéraux, il existe une certaine concentration d'équilibre, définie thermodynamiquement par la concentration à laquelle les énergies libres des espèces des deux côtés de la réaction de dissolution s'équilibrent exactement ou cinétiquement où la vitesse de dissolution est égale à la vitesse de précipitation. Dans le monde réel, les concentrations d'espèces dissoutes ne sont souvent pas en équilibre avec les minéraux de la roche hôte. Cela est particulièrement vrai dans les roches carbonatées, où le non-équilibre est un outil d'interprétation utile.
Cependant, les calculs des solubilités minérales fournissent une référence utile pour l'interprétation de la chimie de l'eau de source. La chimie de l'eau prédite à partir des calculs d'équilibre peut être comparée à la chimie de l'eau réelle déterminée par analyse chimique. En raison du grand nombre d'interactions, de tels calculs sont mieux effectués par des programmes informatiques avec des supercalculateurs.
Synonymes, antonymes
1 synonyme (sens proche) de "géochimie" :
0 antonyme (sens contraire).
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