Общая геохимия

 
 
 
 
ОБЩАЯ ГЕОХИМИЯ 
 
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ 
 
Второе издание, переработанное и дополненное 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2021 

УДК 550.4(075.8)  
ББК 26.30я73 
О-28 
 
 
Р е ц е н з е н т ы :  
доктор геолого-минералогических наук, 
ведущий научный сотрудник ИГМ СО РАН О. М. Туркина; 
доктор геолого-минералогических наук, 
главный научный сотрудник ИГХ СО РАН В. С. Антипин; 
доктор геолого-минералогических наук, профессор ИГУ А. Т. Корольков 
 
А в т о р ы :  
Д. А. Яковлев, Т. А. Радомская, А. А. Воронцов,  
А. М. Федоров, А. Е. Будяк 
 
 
 
 
О-28   
Общая геохимия : учебное пособие / [Д. А. Яковлев и др.]. –  
2-е изд., перераб. и доп. – Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2021. – 
304 с. : ил., табл.  
ISBN 978-5-9729-0775-5 
 
Приведены сведения по геохимии как самостоятельному направлению геологии. Дано краткое описание современных методов изучения состава горных 
пород и радиоизотопной геохронологии. Рассмотрены вопросы геохимической 
классификации, миграции химических элементов, факторы и формы их рассеяния и концентрирования. Изложены современные актуальные представления по 
геохимии оболочек Земли и геологических процессов. Освещены вопросы геохимии ноосферы и техногенеза, практического применения геохимии.  
Для преподавателей, аспирантов, студентов геохимической и геологической специализации, а также для широкого круга читателей-специалистов, изучающих проблемы общей геохимии. 
 
УДК 550.4(075.8)  
ББК 26.30я73 
 
 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-0775-5 
© Издательство «Инфра-Инженерия», 2021 
 
© Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2021 
 

ПДМБГМЖОЙЖ 
ВВЕДЕНИЕ  ...................................................................................................... 
6 
Глава 1. ГЕОХИМИЯ КАК САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ НАУКА  ................. 10 
1.1. Определение и история возникновения геохимии  
.............................. 10 
1.2. Разделы и методология геохимии  ......................................................... 15 
1.3. Методы изучения вещества в геохимии  
............................................... 17 
1.4. Основные метрологические параметры  ............................................... 22 
1.5. Практическое применение геохимии  ................................................... 23 
1.6. Геохимические методы поисков месторождений полезных  
ископаемых  ............................................................................................. 24 
Глава 2. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕМЕНТОВ  
И ИХ ГЕОХИМИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ   .................................... 27 
2.1. Строение атомов. Характеристики атомов и ионов,  
определяющие свойства их соединений  .............................................. 27 
2.2. Классификация В. М. Гольдшмидта  
..................................................... 36 
2.3. Элементы петрогенные, редкие, рассеянные, когерентные,  
некогерентные, HSFE, LILE, REE+Y  ................................................... 39 
Глава 3. ИЗОМОРФИЗМ – ОПРЕДЕЛЯЮЩИЙ ФАКТОР  
ПОВЕДЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ  ....................................................................... 42 
3.1. Определение и типы изоморфизма. Эмпирические правила  
изоморфизма В. М. Гольдшмидта  ........................................................ 42 
3.2. Изоморфные ряды элементов. Влияние температуры 
и давления на изоморфизм  .................................................................... 45 
Глава 4. МИГРАЦИЯ И ФОРМЫ РАССЕЯНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ  ............. 48 
4.1. Миграция элементов, факторы миграции, геохимические барьеры  . 48 
4.2. Формы рассеяния элементов. Закон Вернадского.  
Геохимические аномалии  ...................................................................... 53 
4.3. Факторы концентрации элементов. Первичные и вторичные ореолы  
и потоки рассеяния месторождений полезных ископаемых  
.............. 54 
4.4. Геохимические индикаторы. Ассоциации элементов  
индикаторов. Поисковые критерии и признаки  .................................. 57 
4.5. Региональная геохимия и геохимические эпохи  ................................. 58 
4.6. Ландшафтно-геохимические исследования при проведении  
поисков геохимическими методами  ..................................................... 59 
Глава 5. СОСТАВ ПЛАНЕТ, МЕТЕОРИТОВ И КОСМИЧЕСКАЯ 
РАСПРОСТРАНЕННОСТЬ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ  
................... 62 
5.1. Планеты Солнечной системы: состав, модели образования  .............. 62 
3 

5.2. Классификация и состав метеоритов  
.................................................... 71 
5.3. Космическая распространенность элементов, нуклеосинтез  
............. 73 
Глава 6. ИЗОТОПНАЯ ГЕОХИМИЯ  
........................................................... 76 
6.1. Радиоактивность и ее виды, закон и уравнение  
радиоактивного распада  
......................................................................... 76 
6.2. Диаграмма нуклидов  .............................................................................. 78 
6.3. Rb-Sr, K-Ar, 40Аr/39Аr, U-Th-Pb методы определения возраста  
геологических объектов  
......................................................................... 80 
6.4. Стабильные изотопы Н, O, S, C  ............................................................ 89 
Глава 7. ГЕОХИМИЯ ОБОЛОЧЕК ЗЕМЛИ  ............................................... 95 
7.1. Ядро, мантия и земная кора  ................................................................... 95 
7.1.1. Внутреннее строение Земли  ........................................................ 95 
7.1.2. Строение и состав ядра  ................................................................ 99 
7.1.3. Строение мантии  ......................................................................... 
113 
7.1.4. Минералогия, петрология и модельный состав мантии  
.......... 
117 
7.1.5. Базальты как источник информации о составе мантии  
........... 
130 
7.1.6. Мантийные источники магм  ...................................................... 
135 
7.1.7. Дифференциация, неоднородность и конвекция  
   вещества в мантии. Гравитационные аномалии  ...................... 
138 
7.1.8. Плавление мантии  ....................................................................... 
145 
7.1.9. Строение, состав и зональность земной коры  
.......................... 
149 
7.1.10. Граниты: состав, петрогенетические группы, классификации  154 
7.2. Атмосфера и гидросфера Земли  ........................................................... 
158 
7.2.1. Строение и химический состав атмосферы  .............................. 
158 
7.2.2. Гидросфера Земли  ....................................................................... 
161 
7.2.3. Состав океанических вод. Гальмиролиз  ................................... 
163 
7.2.4. Материковые воды  ...................................................................... 
164 
7.2.5. О происхождении атмосферы и гидросферы  ........................... 
165 
7.3. Биосфера  ................................................................................................. 
167 
7.3.1. Границы и структура биосферы, живое и косное вещество.  
Типы, состав и количество живого вещества  
.............................. 
167 
7.3.2. Геохимические функции живого вещества. Особенности  
биогеохимических циклов углерода, кислорода и азота.  
Дефицитные и избыточные элементы  ......................................... 
172 
Глава 8. ГЕОХИМИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ  ...................... 
176 
8.1. Магматизм  .............................................................................................. 
176 
8.1.1. Общие сведения о магматизме и классификация  
магматических пород  .................................................................. 
176 
4 

8.1.2. Факторы, определяющие механизмы формирования  
и эволюции  магм полного спектра по кремнекислотности  ... 
180 
8.1.3. Магматические серии различных геодинамических  
обстановок ..................................................................................... 
183 
8.1.4. Внутриплитовый магматизм, плюмы и состав  
мантийных источников  ............................................................... 
184 
8.1.5. Субдукционный островодужный магматизм  
как механизм образования континентальной коры  ................. 
188 
8.1.6. Эволюция магматизма Центральной Азии: к проблеме  
связи геохимических и изотопных характеристик  
магматических пород с геодинамическими обстановками  ..... 
191 
8.1.7. Связь геохимии магматических процессов, эндогенной 
металлогении и геодинамики  ..................................................... 
198 
8.2. Метаморфизм и метасоматоз  
................................................................ 
206 
8.2.1. Общие сведения о метаморфизме и метасоматозе  .................. 
206 
8.2.2. Физико-химические факторы метаморфизма ........................... 
209 
8.2.3. Фации метаморфических пород  
................................................. 
212 
8.2.4. Формы миграции элементов при метаморфизме  .................... 
215 
8.2.5. Классы метаморфических пород и типы метаморфизма  ........ 
216 
8.2.6. Поведение элементов при метаморфизме  
................................. 
218 
8.2.7. Использование геохимических данных для реконструкции  
состава протолита и условий формирования  
метаморфических пород  ............................................................. 
224 
8.2.8. Метасоматическая зональность. Подвижность  
компонентов при метасоматозе  
.................................................. 
231 
8.3. Осадкообразование  
................................................................................ 
240 
8.3.1. Общая характеристика осадочного процесса  
........................... 
240 
8.3.2. Химический состав осадочных пород  
....................................... 
245 
8.3.3. Классификация продуктов седиментации и их  
геохимические особенности  ....................................................... 
251 
8.3.4. Углеродистая черносланцевая формация  ................................. 
263 
Глава 9. ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА  ..... 
274 
9.1. Техногенез и ноосфера  
.......................................................................... 
274 
9.2. Технофильность элементов, техногенные геохимические  
аномалии  
................................................................................................. 
276 
9.3. Свинец, ртуть, кадмий, цинк, медь: воздействие на живые  
организмы и источники поступления в окружающую среду  ........... 
278 
Заключение  .................................................................................................... 
281 
Вопросы для самостоятельной работы  
....................................................... 
283 
Рекомендуемая литература  .......................................................................... 
286 
Список использованной литературы  .......................................................... 
288 
5 

ГГЖЕЖОЙЖ 
В наши дни благодаря появлению новых инструментов и приборов для изучения вещества, совершенствованию геохимических 
методов определения концентрации и форм нахождения элементов, 
активно развиваются многие направления геохимии, например, 
изотопная геохимия, геохимия мантии, геохимия литосферы, геохимия магматических, метаморфических и осадочных пород, геохимия окружающей среды, экогеохимия и геохимия техногенеза.  
Научные достижения последнего столетия позволяют изучать 
Землю как единую систему. Появилось огромное количество новых 
данных о процессах формирования магматических расплавов в различных геодинамических обстановках и механизмах эволюции 
мантии и земной коры. Например, теория тектоники плит прояснила вопросы погружения и эксгумации осадков и океанической коры 
в зонах субдукции. Эксперименты при повышенных температурах 
и давлениях позволили выяснить, какова трехмерная структура 
мантии и как происходит генерация магм. Изучение фундаментальных проблем строения и состава ядра и его взаимодействия с нижней мантией указывает на ведущую роль слоя DƎ в мантийных процессах, которые оказывают самое непосредственное влияние на 
земную кору и поверхность земли. Масштабные морские экспедиции показали связь между морской биологией, физической океанологией и морским осадконакоплением, а исследования гидротермальных источников позволили по-новому взглянуть на процесс 
формирования рудных месторождений.  
Происходит бурное развитие космогеохимии, изучение метеоритов, пород планет Солнечной системы и их спутников, исследование состава атмосфер планет. В совокупности с данными об оболочках Земли и сведениями по космогеохимии формируется современное представление о процессах формирования и эволюции Земли на основе комплекса геологических, геофизических и геохимических данных.  
Биогеохимия внесла огромный вклад в наше понимание развития жизни на Земле. В последнее время большое внимание уделяется проблемам экологической геохимии и негативному воздействию человека на природные процессы в связи с его техногенной 
деятельностью. Изучение эмиссий парниковых газов в атмосфере 
вследствие сжигания ископаемого топлива и уничтожения лесов 
6 

стало предметом основных дискуссий о глобальном потеплении и 
антропогенном вкладе в изменение климата на Земле. Исследование этих явлений служит источником новой информации о взаимодействии атмосферы с биосферой, корой и океанами. Открытие 
озоновых дыр явилось источником новых фундаментальных взглядов в фотохимии, динамике атмосферы и геоэкологии.  
Таким образом, геохимия занимает ведущее место среди наук 
о Земле благодаря тесной взаимосвязи с науками геологического 
профиля – минералогией, кристаллографией, петрологией, литологией, геотектоникой, гидрогеологией, учением о полезных ископаемых, а также с рядом фундаментальных наук: химией, физикой, 
астрономией, экологией, биологией. 
В настоящем учебном пособии авторы попытались систематизировать эти направления, используя опубликованные ведущими 
специалистами работы последних лет, литературные материалы, 
изложенные в предшествующих учебниках, собственные представления, а также наработки В. С. Антипина и В. А. Макрыгиной [Антипин, Макрыгина, 2008; Макрыгина, 2011], долгое время читавших лекции по геохимии эндогенных процессов на кафедре геохимии в Иркутском государственном университете, В. Д. Козлова 
[2005], преподававшего предмет «Основы геохимии» на геологических факультетах Иркутского государственного технического университета и Иркутского государственного университета, О. М. Туркиной [Туркина, 2008, 2014] по курсу лекций по геохимии на кафедре минералогии и петрографии в Новосибирском государственном университете, В. В. Ярмолюка, В. И. Коваленко, М. И. Кузьмина [Ярмолюк, Коваленко, 1991, 2003; Ярмолюк, Коваленко, Кузьмин, 2000; Кузьмин, Ярмолюк, 2016] – авторов многочисленных 
публикаций по геохимии и геодинамике эндогенных процессов.  
Учебное пособие представляет расширенный курс лекций по 
общей геохимии и рассматривает большой спектр проблем и методов геохимических исследований в тесной взаимосвязи с геологическими дисциплинами разных направлений, а также с деятельностью 
человека и его влияния на природные объекты на основе современных представлений и достижений науки последних десятилетий. 
7 

 
Пвъжрсйоёуьж тплсбъжойё,  
йтрпмэифжньж г джпцйнйй 
Группы элементов 
LILE 
Large Ion Lithophile Elements 
Крупноионные литофильные элементы K, Rb, Cs, Ba, Sr, Li 
HFSE 
High Field Strength Elements Высокозарядные элементы Y, Sc, Th, 
U, Pb, Zr, Hf, Ti, Nb, Ta 
REE 
Rare Earth Elements 
Редкоземельные Элементы (РЗЭ) La, 
Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy,Ho, Er, 
Tm, Yb, Lu 
LREE 
Light Rare Earth Elements 
Лёгкие редкоземельные элементы La, 
Ce, Pr, Nd 
MREE 
Medium Rare Earth Elements Средние редкоземельные элементы 
Sm, Eu, Gd, Tb, Dy 
HREE 
Heavy Rare Earth Elements 
Тяжёлые редкоземельные элементы 
Ho, Er, Tm, Yb, Lu 
PGE 
Platinum Group Elements 
Элементы Платиновой Группы 
(ЭПГ) Os, Ir, Ru (иридиевая группа); 
Rh, Pt, Pd (палладиевая группа) 
Породы различных геодинамических обстановок 
MORB 
Mid-Ocean Ridge Basalts 
Базальты срединно-океанических 
хребтов (БСОХ) 
N-MORB 
Normal Mid-Ocean Ridge 
Basalts 
Базальты срединно-океанических 
хребтов нормального состава 
E-MORB 
Enriched Mid-Ocean Ridge 
Basalts 
Обогащённые базальты срединноокеанических хребтов 
OFB 
Ocean Floor Basalts 
Базальты океанического дна 
OIB 
Ocean Island Basalts 
Базальты океанических островов 
IAB 
Island-Arc Basalts 
Островодужные базальты 
IAT 
Island-ArcTholeiites 
Островодужные толеиты 
VAB 
Volcanic Arc Basalts 
Базальты вулканических дуг 
OIA 
Ocean Island Andesites 
Андезиты океанических островов 
OIT 
Ocean Island Tholeiites 
Толеиты океанических островов 
BABB 
Back-Arc Basin Basalts 
Базальты задуговых бассейнов 
WPB 
Within-Plate Basalts 
Внутриплитные базальты 
WPT 
Within-Plate Tholeiites 
Внутриплитные толеиты 
LKT 
Low Potassium Tholeiites 
Низко-калиевые толеиты 
CAB 
Calc-Alkaline Basalts 
Известково-щелочные базальты 
S-граниты Sedimentary (осадочные) 
Граниты S-типа формируются в результате переплавления осадочного 
материала, прошедшего цикл выветривания на поверхности Земли 
8 

I-граниты Igneous (изверженные) 
Источником гранитоидов I-типа являются магматические (или метамагматические) породы 
Мграниты 
Mantle (мантийные) 
Граниты М-типа формируются непосредственно при плавлении субдуцируемой океанической коры или выше 
расположенного мантийного клина 
А-граниты 
Anorogenis (анорогенный) 
Anhydrous (безводный) 
±Alkaline (щелочной) 
Граниты А-типа, в отличие от имеющих 
исключительно 
орогенную 
природу гранитов S-, I- и М-типов, 
могут проявляться также и в анорогенной обстановке 
ORG 
Ocean-Ridge Granites 
Граниты океанических хребтов 
WPG 
Within-Plate Granites 
Внутриплитные граниты 
VAG 
Volcanic Arc Granites 
Граниты вулканических дуг 
syn-COLG syn-Collisional Granites 
Синколлизионные граниты 
postCOLG 
post-Collisional Granites 
Постколлизионные граниты 
IAG 
Island-Arc Granites 
Гранитоиды островных дуг 
Мантийные резервуары 
DM 
Depleted Mantle 
Обеднённая несовместимыми элементами мантия (деплетированная). 
Низкие 206Pb/204Pb, 87Sr/86Sr и высокое 
143Nd/144Nd отношения 
HIMU 
High ȝ mantle (ȝ=238U/204Pb) 
Мантия с высоким 238U/204Pb отношением. Высокое 206Pb/204Pb, низкое 
87Sr/86Sr и промежуточное 143Nd/144Nd 
отношения 
EM-I 
Enriched Mantle I 
Обогащённая несовместимыми элементами мантия первого типа. Высокое 206Pb/204Pb, и низкие 143Nd/144Nd и 
87Sr/86Sr отношения 
EM-II 
Enriched Mantle II 
Обогащённая несовместимыми элементами мантия второго типа. Низкое 
206Pb/204Pb и высокие 143Nd/144Nd 
и87Sr/86Sr отношения 
CHUR 
CHondritic Uniform 
Reservoir 
Хондритовый однородный резервуар
PM 
Primitive Mantle 
Примитивная мантия 
BSE 
Bulk Silicate Earth 
Валовый химический состав силикатной оболочки Земли 
PREMA 
PREvalent MAntle 
Превалирующая мантия 
9 

ДМБГБ 1. ДЖПЦЙНЙа  
ЛБЛ ТБНПТУПаУЖМЭОБа ОБФЛБ 
1.1. Прсжежмжойж й йтупсйё гпиойлопгжойё джпцйнйй 
Геохимия – это наука, которая изучает поведение химических 
элементов в различных геологических процессах, механизмы их 
рассеяния и концентрации, формы их переноса и нахождения в горных породах и минералах. Геохимия возникла из тесной взаимосвязи физики и химии с минералогией, петрографией и геологией. 
Связь геохимии – минералогии – петрологии отражает существующее в природе единство атома – минерала – горной породы (рис. 1). 
Непосредственным объектом геохимии является химический элемент – совокупность атомов с одинаковым зарядом ядер. Поэтому 
возникновение геохимии стало возможно, когда исследования в 
естественных науках проникли на атомарный уровень. 
 
а 
б 
в 
г 
Рис. 1. Единство атома–минерала – горной породы:  
а ௅ атом кремния; б ௅ кристаллическая решётка кварца, состоящая из ионов кремния и 
кислорода; в ௅ кристалл горного хрусталя (разновидность кварца); г ௅ порода гранит, 
состоящая из минералов: кварца (серого цвета), микроклина (розового цвета), 
плагиоклаза (белого цвета), слюды (чёрного цвета) 
[https://www.halbleiter.org/en/waferfabrication/silicon/] 
Историю геохимии условно можно разделить на два периода. 
Ранний период охватил интервал от Средневековья до 
второй половины XIX в. В эпоху Средневековья познание химического состава природных тел происходило стихийно, и было связа10