GEOCHIMICA. - Da γῆ, «terra» e χυμική, «chimica». È la scienza che studia la composizione fisico-chimica della terra. Da quando in un tempo infinitesimato remoto un frammento di materia solare si staccò dalla massa ardentissima della stella del nostro sistema per formare la terra, una serie infinita di reazioni chimiche e chimico-fisiche hanno agiato gli elementi chimici presenti nella materia solare, composti svariati sono nati e sono scomparsi; masse immense da gassose sono diventate liquide, poi solide, e poi, in parte, sono state rifuse; i gas dell'atmosfera primordiale hanno reagito con solidi e con liquidi; le prime soluzioni hanno dilavato le masse solide e hanno attaccate; gli organismi vegetali ed animali, recentissimamente comparsi nel gioco delle reazioni, hanno poi contribuito alla formazione dell'attuale equilibrio. E le reazioni proseguono: anche adesso intere catene di montagne vengono lentamente distrutte dall'azione degli agenti geologici e nuovi sedimenti stanno formandosi in seno alle acque mentre masse laviche si raffreddano e prosegue la degassazione dei magmi.
Ebbene, la g. indaga su tutte queste reazioni chimiche e chimico-fisiche che costituiscono la vita presente e passata della nostra terra, reazioni che descrivono la genesi del nostro pianeta ed il suo attuale stato chimico-fisico e permettono, in parte, di prevedere lo sviluppo futuro dei processi chimici che su di esso si svolgeranno.
La g. è giustamente considerata una scienza del sec. XX: essa è nata dal ceppo delle dottrine geologiche al quale appartiene e lega indissolubilmente la mineralogia e la geologia alla chimica, riallacciando quei rapporti che nel periodo più spiccatamente naturalistico delle scienze geo-mineralogiche sembravano essersi affievoliti.
Le teorie che fino a questi ultimi anni avevano guidato le indagini dei geochimici ammettevano che durante il raffreddamento la materia primitiva si fosse differenziata per gravità lasciando cadere verso il centro una lega di ferro e nichelio, il nife (da Ni = nichelio e Fe = ferro), supposto costituente del nucleo terrestre o siderosfera e depositando sopra di esso, prima uno strato di solfuri o calosfera e poi lo strato superficiale o litosfera costituito prevalentemente da silicati. La litosfera di soli 30-80 km di spessore veniva divisa in due porzioni: il sima (da Si = silicio e Mg = magnesio) formato da rocce basiche, cioè ricche di silicati di ferro e magnesio, ed il sial (da Si e da Al = alluminio) più leggero con silicati di alluminio e silice libera, essenzialmente formato, cioè, di rocce del tipo dei graniti.
In conseguenza di questa divisione della terra in strati anche gli elementi si dividevano in atmosfili, litosfili, calcofili e siderofili a seconda che abbondavano nell'atmosfera ed in uno degli strati terrestri.
All'ipotesi sulla costituzione degli strati profondi si era giunti considerando la differenza fra la densità media della terra e quella delle rocce superficiali, la costituzione delle meteoriti e la propagazione delle onde sismiche.
Adesso i geochimici si stanno orientando verso una teoria nuova e più conforme alle attuali conoscenze; secondo essa la materia distaccata dal sole cominciò per raffreddamento a differenziarsi, perse subito grandi quantità di idrogeno, elio ed altri elementi leggeri e venne così ad arricchirsi superficialmente di elementi più penetranti mentre nuovi convogli di masse gassose arrivavano in superficie agitando la materia differenziata. L'ulteriore raffreddamento portò alla condensazione delle masse meno volatili ed alla formazione di un guscio liquido superficiale costituito da silicati ferro-magnesici ed avente, in complesso, le caratteristiche chimiche di un magma alcalinizzato. È da mettere in evidenza che, secondo questa teoria, il degassarsi ed appesantirsi delle masse superficiali le portò ad affondare, però solamente fino alla profondità compatibile con la viscosità della materia che, avvicinandosi al centro, era sempre più complessa e addensata e quindi più viscosa. Pertanto sotto al guscio liquido rimase un nucleo di materia solare vergine non degassata e supercompresa.
Nessuna differenziazione generale per gravità o per cristallizzazione frazionata è dunque avvenuta e quindi le masse granitiche attuali si sarebbero formate non per differenziazione del magma primitivo ma per rifusione di sedimenti.
Infatti, sopra il guscio liquido vi era l'atmosfera pregeologica costituita da vapor d'acqua, azoto, acido fluoridrico, cloridrico, carbonico e da cloruri e fluoruri alcalini, il tutto forse a 400 atmosfere di pressione. L'ulteriore abbassamento della temperatura portò alla consolidazione della massa magmatica, mentre per reazioni pneumatolitiche si formarono depositi con silicati acidi e quarzo; sotto il punto critico dell'acqua cominciarono ad agire le soluzioni ricche di acidi che, attaccando il guscio superficiale, determinarono la formazione di sedimenti argillosi e silicei, e sono queste masse ricche di silice formatesi in fase pneumatolitica e poi idrotermale che accumulate dalle acque nelle depressioni e venutesi poi a trovare per affondamento in zone a temperature più elevate sono state rifuse ed hanno dato origine a molti degli attuali graniti.
Dalle indagini sulla atmosfera solare risulta che in essa per ogni cento atomi di silicio vi sono: idrogeno 150.000-300.000 atomi, elio 9000, ossigeno 5000-10.000, carbonio 1500-3000, azoto 500-1000, fluorio 500-1000, magnesio 100-1000, ferro 84, sodio 82, potassio 24, manganese 7, nichelio 4.8, cobalto 2.9, cromo 2.2, boro 1, aluminitio 0.5-3, calcio 0.4-1.8, vanadio 0.5, zinco 0.3, rame 0.2, titanio 0.03-0.25, tutti gli altri elementi sono presenti in quantità molto piccola. I principali costituenti della materia solare, esclusi quelli gassosi nelle nostre condizioni di ambiente, si trovano tutti sulla terra, mentre in linea di massima gli elementi costituenti minori del sole lo sono anche sulla litosfera.
Le prime ricerche quantitative basate su numerose analisi di rocce superficiali hanno portato a constatare che solo otto elementi chimici (ossigeno, silicio, alluminio, ferro, calcio, sodio, potassio e magnesio) partecipano alla formazione della crosta superficiale con percentuali in peso superiori all'1% (fra essi l'ossigeno costituisce il 49.5% in peso della crosta ed il silicio il 25.3%); quattro elementi (idrogeno, titanio, cloro e fosforo) partecipano con percentuali comprese fra 0.1 e 0.9% e solamente altri tredici (manganese, carbonio, solfo, bario,
cromo, azoto, fluoro, zirconio, stronzio, nichelio, vanadio, zinco, rame) con percentuali fra 0.1 e 0.01%. L'enorme maggioranza degli elementi è presente solo in tracce sulla superficie, infatti la somma delle percentuali relative ai citati venticinque elementi porta a 99.96%. Se si tiene poi conto del volume che gli atomi (o gli ioni) occupano nei cristalli dei minerali delle rocce si arriva al non atteso risultato che il solo ossigeno occupa il 91.77% del volume della litosfera.
Lo studio particolareggiato della distribuzione sul nostro pianeta degli elementi può essere diviso in tre parti: il 10 processo di distribuzione è avvenuto durante la formazione della prima atmosfera ad alta pressione e della crosta fusa superficiale con imprimazione, nel centro della massa, di materia solare vergine supercompresa; esso essenzialmente ha portato alla separazione dalla materia superficiale di elio, idrogeno, carbonio e azoto ed alla fissazione di grandi quantità di ossigeno nei silicati e negli ossidi della massa liquida e nel vapor d'acqua.
Nel 20 processo di distribuzione geochimica degli elementi, avvenuto durante la consolidazione della massa fusa superficiale, si sono separati tutti i minerali (quasi sempre silicati) degli elementi costituiti fondamentali del magma (alluminio, ferro, calcio, sodio, potassio, e magnesio) ed i costituenti minori (gli altri elementi chimici della litosfera) si sono divisi approssimativamente in due categorie: quelli che per le loro dimensioni (raggio ionico o atomico) erano imboscabili nei minerali principali delle rocce in formazione (cioè potevano entrare nei loro cristalli quali sostituenti isomorfi dei costituenti fondamentali) che si diluirono nella massa solida durante la sua cristallizzazione e gli altri, gli elementi liberi, che non potevano entrare nei cristalli dei minerali comuni e che si accumulavano nei residui delle cristallizzazioni dando minerali propri in fase perge mitico-pneumatolitica o idrotermale.
Infine il 30 processo di distribuzione geochimica degli elementi avviene durante le trasformazioni che i minerali della litosfera hanno subito e stanno subendo durante i processi di attacco e di trasporto da parte degli agenti geologici oppure durante il metamorfismo.
Questi problemi della costituzione chimica della terra e della distribuzione degli elementi sono fondamentali della g. e qui possono essere soltanto menzionati. Ad essi sono legati molti altri problemi fra i quali sono quelli della bio-g., cioè le indagini sui cicli che percorrono gli elementi chimici quando entrano a far parte degli animali e delle piante e dei loro processi vitali, quelli della distribuzione e della trasformazione delle sostanze radioattive e quelli delle condizioni di genesi dei singoli minerali e poi delle rocce.
Vedi anche la serie dei lavori pubblicati da V. GOLDSCHIMID e collaboratori in Nachrichten der Gesellschaft der Wissenschaften zu Göttingen. Fachgruppe IV (Mineralogie und Geologie), 4 (1930), 6 (1930), 11 (1931), 12 (1931), 16 (1931), 18 (1932), 20 (1932), 25 (1932), 26 (1932), 27 (1932), 31 (1932), 33 (1933), 35 (1933), 36 (1933), 37 (1933), 40 (1933), 2 (1934), 4 (1934), 11 (1935), 15 (1936). F. W. Clarke, The data of Geochemistry, in United States Geological Survey Bulletin, 49 (1911).
A. Rittmann, Vulcani: attività e genesi, Napoli 1944; id., Über die Herkunft der vulkanischen Energie und die Entstehung des Sials, in Geol. Rundschau, 30 (1938), p. 52; W. Kuhn e A. Rittmann, Über den Zustand des Erdinnern und seine Entstehung aus einem homogenen Urzustand, ibid., 30 (1941), p. 215; W. Kuhn, Stoffliche Homogenität des Erdinnern, in Naturwissenschaften, 30 (1942), p. 689; H. Haberland, Die Bedeutung der Spurenelemente in der geochemischen Forschung, in Monatshefte für Chemie, 77 (1946), p. 293; G. Carobbi, Proposte per un sistema cristallochimico degli ioni, in Atti e memorie dell'Accademia di Scienze, lettere ed arti di Modena, 5° serie, 7 (1947); H. Haberland, Über die gesetzmässige Differentiation von Spurenelementen in Mineralien, in Tschernaks mineralogische und petrographische Mitteilungen, 1 (1948), p. 134. Guido Carobbi.