É o ramo da ciência geológica que estuda a química do planeta. A geoquímica utiliza as leis da química para entender os processos que governam a abundância e distribuição dos elementos nas diversas partes da Terra e nos corpos celestes (cosmoquímica), assim como nos diversos materiais que compõem o interior e a superfície da Terra: magmas, rochas, minerais, minérios, água, ar, etc.
Não há consenso entre os diversos autores quanto ao período da história que se pode designar como o início da geoquímica. Alguns sugerem que os trabalhos de George Bauer (Agrícola), conhecido como pai da Mineralogia, no século 16, podem ser considerados como o início desse ramo da geologia. Bauer nasceu na cidade mineira de Freiberg (Saxônia), na Alemanha. Trabalhou como químico no laboratório da mina. Observando as minas, sugeriu que as rochas eram decompostas na superfície da Terra pela água da chuva. Posteriormente, a circulação da água subterrânea formava novas rochas em grandes cavernas subterrâneas. Bauer não tentou quantificar as reações químicas envolvidas, mas observou que a solução e deposição por fluidos circulantes tinham um papel fundamental na formação do minério. Seus trabalhos estão documentados no primeiro livro-texto de geologia e mineração: De Re Metallica.
Os trabalhos de James Hutton (1726-1797), pai da Geologia, e Abraham Werner (1750-1817) baseavam-se fortemente no conhecimento de química que ambos possuíam. Hutton defendia a tese da formação de todas as rochas por processos magmáticos – cristalização, a partir de um fundido seco (plutonismo), enquanto Werner acreditava que todas as rochas eram formadas pela precipitação de material dissolvido na água do mar (netunismo).
Na primeira metade do século 20, entretanto, é que a geoquímica ganha destaque como um ramo da geologia, principalmente com os trabalhos de N. L. Bowen, V. M. Goldschmidt e S. S. Goldich. Bowen era um cientista respeitado e trabalhou no Carnegie Geophysical Laboratory, em Washington, D. C. (1910-1930). Apesar do nome, boa parte dos trabalhos realizados no laboratório tratava da geoquímica de altas temperaturas. Bowen realizou o primeiro experimento sistemático de laboratório sobre a cristalização das rochas ígneas e desenvolveu importantes diagramas de fase geológica. Goldschmidt é lembrado como o pai da Geoquímica Quantitativa. Ele publicou o primeiro estudo geoquímico dos elementos e o primeiro livro-texto abrangente de geoquímica quantitativa (1920-1945). Goldich, (1930-1940), publicou numerosos artigos sobre a geoquímica das reações de intemperismo e estudos sobre equilíbrio mineral em baixa temperatura.
Na segunda metade do século 20 importantes trabalhos de diversos cientistas alargaram o campo da geoquímica, valendo citar, entre os principais: H.L. Barnes - Geoquímica dos Depósitos Hidrotermais; H.C. Helgeson - Geoquímica das Soluções Aquosas de Baixa Temperatura; H. D. Holland -- Geoquímica da Água do Mar; F.D. Bloss - Cristaloquímica; Konrad Krauskopf - Termodinâmica Geoquímica; Brian Mason -- Cristaloquímica; e R.M. Garrels and C. Christ – Geoquímica das Soluções Aquosas.
Nascida como um ramo da geologia, a partir do casamento desta com a química, a geoquímica hoje pode, por sua vez, ser dividida em diversas subdisciplinas: Cristaloquímica, Geoquímica de Alta Temperatura, Geoquímica de Baixa Temperatura (geoquímica dos processos exógenos), Geoquímica Oceânica, Geoquímica Orgânica, Geoquímica dos Isótopos, Geoquímica Ambiental e Geoquímica de Exploração Mineral ou Prospecção Geoquímica (1).
A Geoquímica de Exploração Mineral, ou Prospecção Geoquímica, utiliza os princípios da distribuição dos elementos na natureza na busca de indicações para a localização de depósitos minerais de valor econômico. Seu uso intensificou-se na década de 1940, com o emprego de técnicas crescentemente sofisticadas nos trabalhos de exploração mineral. A descoberta, em 1955, por Sir Alan Walsh, da Austrália, da possibilidade de se usar o fenômeno da absorção atômica para a medição do teor de elementos químicos nos materiais analisados, levou à criação do espectrômetro de absorção atômica, permitindo a realização de análises químicas de minerais e rochas a baixo custo e com grande rapidez. O desenvolvimento de modelos portáteis, para uso no campo, levou a um incremento muito rápido da prospecção geoquímica, principalmente na Austrália, Estados Unidos, Canadá, na antiga União Soviética, Países Escandinavos e África do Sul.
No Brasil, na década de 1970, ocorreu um intenso movimento de exploração mineral com a criação de uma empresa federal de pesquisa mineral, a CPRM, diversas empresas estaduais, entre elas a CBPM, e a chegada de diversas empresas multinacionais. Todas as regiões do país foram palco de trabalhos de exploração mineral que envolvia mapeamento geológico, prospecção geofísica e prospecção geoquímica.
A grande diversificação e ampliação do espectro de abrangência da geoquímica nos dias atuais fizeram desta disciplina uma ferramenta de escolha não só nos vários campos da pesquisa científica, como também na solução de problemas em diversas áreas das atividades humanas.
No campo da pesquisa científica básica a geoquímica é fundamental nos estudo da gênese e evolução das rochas ígneas, metamórficas e sedimentares; no estudo da distribuição e migração dos elementos e seus isótopos entre as diversas partes que compõem o planeta, assim como na gênese e distribuição dos depósitos minerais na crosta terrestre.
No âmbito das aplicações da geoquímica como disciplina auxiliar no atendimento das diferentes necessidades da sociedade contemporânea destacam-se a prospecção geoquímica e a geoquímica ambiental.
A prospecção geoquímica, utilizada principalmente na busca de recursos minerais, tem desempenhado um grande papel na descoberta de importantes jazidas minerais nos últimos 50 anos, em todo o mundo. Nesse aspecto, seus grandes usuários têm sido os serviços geológicos nacionais e estaduais em diversos países do mundo, assim como as grandes empresas de mineração multinacionais. Além da exploração mineral voltada para os depósitos de minérios metálicos, a prospecção geoquímica também tem sido utilizada na procura por minerais radioativos e combustíveis fósseis. Dados geoquímicos são úteis no estudo dos ambientes deposicionais, e a geoquímica de superfície pode ajudar a determinar a probabilidade de se encontrar óleo ou gás em profundidade.
A geoquímica ambiental tem uma história mais recente, porém de grande desenvolvimento nas últimas décadas. Seu campo é vasto, abrangendo o estudo da química dos oceanos, desde o fluxo de poluentes nas zonas costeiras, aos efeitos hidrotermais nas zonas profundas; o estudo da distribuição do dióxido de carbono e outras substâncias na atmosfera, como, por exemplo, as emissões industriais que provocam as chuvas ácidas; o estudo das águas superficiais de lagos e rios e das águas subterrâneas, importante na determinação da qualidade das águas para consumo humano; e o estudo dos efeitos nocivos à saúde humana dos resíduos urbanos e dos defensivos agrícolas. Técnicas geoquímicas de amostragem, análise e estatística de águas e sedimentos superficiais permitem separar anomalias geoquímicas naturais de anomalias oriundas de atividades humanas e assim auxiliar na prevenção ou remediação de danos ecológicos.
Como um instrumento de diagnóstico e monitoramento do meio ambiente, a geoquímica também inclui entre seus grandes usuários os governos nacionais, estaduais e municipais, as organizações não-governamentais com preocupações ecológicas e empresas privadas com grandes projetos industriais, que necessitam avaliar os impactos negativos que suas atividades podem causar ao meio ambiente.
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