در ساده ترین شکل ژئوشیمی را می توان به عنوان علمی تعریف کرد که با شیمی کل زمینی و اجزای تشکیل دهنده آن سرو کار دارد. علم ژئوشیمی به تعبیری هم محدود تر و هم گسترده تر از زمین شناسی می باشد. این علم با توزیع و مهاجرت عناصر شیمیایی در درون زمین و در ابعاد زمان و مکان سرو کار دارد. علم رخداد و توزیع عناصر در جهان ، بطور کلی شیمی فضایی نامیده می شود. جهت درک درست شیمی زمین حائز اهمیت است که تا حد امکان از شیمی و تاریخ خورشید و سایر اجسام سیاره ای منظومه شمسی و همچنین شیمی ستارگان و فضای بین سیاره ای و میان ستاره ای مطلع باشیم. بطور کلی وظایف اصلی ژئوشیمی را می توان به صورت زیر خلاصه کرد :

تعیین فراوانی نسبی و مطلق عناصر و انواع اتمها ( ایزوتوپها ) در زمین.

مطالعه توزیع و مهاجرت هر یک از عناصر در بخشهای مختلف زمین ( اتمسفر ، هیدروسفر ، پوسته و غیره ) و همچنین در کانیها و سنگها به منظور کشف اصول اداره کننده این توزیع و مهاجرت.

● تاریخچه ژئوشیمی

علم ژئوشیمی عمدتا در طی قرن اخیر توسعه یافته است. با این وجود ، مفهوم نظامی مستقل که با شیمی زمین سر و کار داشته باشد، مفهوم کهن است و واژه ژئوشیمی نیز برای اولین بار توسط شیمیدان سوئیسی به نام شون بین (کاشف اوزون) ، در سال ۱۸۳۸ معرفی گردید.

مفهوم جدید یک عنصر را می توان به زمان لاووازیه و کتاب معروف وی در مورد عناصر شیمیایی ( ۱۷۸۹ ) نسبت داد.

در سال ۱۸۶۰ بنزن و کیرشف) چگونگی کاربرد طیف سنج در تشخیص و شناسایی عناصر را به نمایش گذاشتند، پس از آن عناصر Cs ، Rb و Tl به سرعت و پی در پی به وسیله این دستگاه جدید کشف شدند. با بر پا شدن سازمان زمین شناسی آمریکا در سال ۱۸۸۴ و انتخاب کلارک به عنوان شیمیدان اصلی ، سازمانی مرکزی برای تحقیقات شیمیایی زمین ، در قاره آمریکا بنا نهاده شد.

تاسیس آزمایشگاه ژئوفیزیکی بوسیله موسسه کارنگی واشنگتن در ۱۹۰۴ ، موجب پیدایش پیشرفتهای بزرگی در ژئوشیمی گردید. گلدشمیت که در سال ۱۹۱۱ از دانشگاه آسلو ، فارغ التحصیل گردید، رساله دکترای وی کمکی اساسی به ژئوشیمی بود.

سال ۱۹۱۲ ، از بسیاری جهات می تواند تاریخی حیاتی برای توسعه و پیشرفت علم ژئوشیمی به حساب آید. در این سال فون لو نشان داد که ترتیب قرار گرفتن منظم اتمها در بلورها می تواند به صورت شبکه انکساری در مقابل اشعه های ایکس عمل کند و بنابراین به اکتشافی دست یافت که می توانست ساختار اتمی اجسام جامد را تعیین کند.

یک مرکز مهم ژئوشیمی نیز در سال ۱۹۱۷ در اتحاد جماهیر شوروی تاسیس شد. بزرگان نامی این مرکز را ورنادسکی و همکاران جوانتر وی ، فرسمن و وینوگرادف تشکیل می دادند. بازدهی علمی این مرکز بسیار زیاد بوده است. ژئوشیمی در اتحاد جماهیر شوروی بخصوص در راستای جستجو و استخراج مواد معدنی خام قرار داشته، و ظاهرا موفقیت قابل ملاحظه ای در این زمینه کسب کرده است.

در اختیار داشتن نمونه های کره ماه ، داده های کاوش از راه دور اتمسفرها و سطوح سیارات و پذیرش مفهوم تکتونیک صفحه ای در سالهای ۱۹۶۰ و ۱۹۷۰ ، دیدگاهی نوین برای نمونه برداری و نظریه ژئوشیمی فراهم آورد. افزوده شدن داده های گسترده ای از ماه و داده های زمین و شخانه ها ، این امکان را بوجود آورد که بسیاری از نظریه های ارائه شده در مورد سیاره شناسی و شیمی فضایی آزمایش شوند.

● فراوانی عناصر در فضا

گلدشیمت در سال ۱۹۳۷ بر مبنای داده های حاصل از ترکیب شخانه ها و مواد خورشیدی و ستاره ای ، اولین جدول رضایت بخش از فراوانی عناصر و ایزوتوپها در فضا را گردآوری کرد. داده های مربوط به هیدروژن و هلیوم و سایر مواد فرار عمدتا از بررسی خورشدی و ستاره ها بدست آمده است و اعداد مربوط به سایر عناصر نیز بر مبنای فراوای نسبی مواد شخانه ای استوار است. فراوانی نسبی یک عنصر مکن است که صد یا هزاربار از عنصر مجاور خود در جدول تناوبی بیشتر یا کمتر باشد. با این وجود هنگامی که داده ها به دقت بررسی می شوند. نظم بندیهای بیشماری به چشم می خورد. این نظمها را می توان به صورت زیر جمع بندی کرد:

فراوانی عناصر کاهش نمایی و سریع برای عناصر دارای اعداد اتمی پایین ( تا حدود عدد اتمی ۴۰ ) را نشان می دهد، این کاهش نمایی ، مقادیر تقریبا ثابتی از عناصر سنگین تر را به دنبال دارد.

عناصر دارای عدد اتمی زوج فراوانتر از عناصر دارای عدد اتمی فرد واقع در دو طرف خود می باشند، وجود این نظم در فراوانی نسبی عناصر برای اولین در سال ۱۹۱۴ بطور مستقل توسط اودو و در سال ۱۹۱۷ توسط هارکینز تشخیص داده شد و به همین دلیل گاهی اوقات آن را قانون اودو ـ هارکینز می گویند.

تغییر فراوانی نسبی عناصری که عدد اتمی آنها بیشتر از نیکل است، کمتر از عناصری است که عدد اتمی آنها کوچکتر از عدد اتمی نیکل می باشد.

تنها ده عنصر که عدد اتمی همه آنها کوچکتر از ۲۷ است فراوانی قابل ملاحظه ای دارند، و از این میان هیدروژن و هلیوم از هشت عنصر دیگر بسیار فراوانتر می باشد.

در محل عدد اتمی ۲۶ یک قله فراوانی بسیار مشخص دیده می شود، و قله های کوچکتری نیز در محل چندین عدد اتمی سنگین تر قابل مشاهده است.

● ساختار منطقه ای زمین

▪ اتمسفر

اگر چه اتمسفر فقط جزء کوچکی از کل جرم زمین را تشکیل می دهد، اما تاثیر آن روی شیمی سطح زمین قابل ملاحظه است. اتمسفر به عنوان محیط انتقال همنه های بسیاری از واکنش های ژئوشیمیایی سطح زمین عمل می کند، مانند انتقال اکسیژن ، دی اکسید کربن و آب ؛ که در فرآیندهای هوازدگی شیمیایی اجزای اصلی را تشکیل می دهند.

ـ ترکیبات اتمسفر : ترکیب ساده بوده و تقریبا تماما از سه عنصر نیتروژن ، اکسیژن و آرگون تشکیل شده است. و گازهای دیگری هم که به مقدار بسیار کم اتمسفر وجود دارند شامل دی اکسید کربن ، نئون ، هلیوم، کریپتون ، گزنون ، هیدروژن و اکسید نیتروژن می باشند. این دسته اجزای اتمسفر در نمونه ای مختلف هوا نسبتا ثابت بوده و در جاهای مختلف و یا زمانهای مختلف تفاوتی نمی کند. ولی بعضی از اجزای سازنده ی اتمسفر مقدارشان متغییر است و شامل گازهای می باشند.

▪ هیدروسفر

قشری ناپیوسته از آب شیرین ، شور و جامد در سطح زمین است. هیدروسفر از اقیانوسها همراه با دریاها و خلیج های پیوسته به آنها ، دریاچه ها ، آب رودها و رودخانه ها ، آبهای زیرزمینی و برف و یخ تشکیل شده است.

▪ بیوسفر

واژه بیوسفر برای اولین بار توسط لامارک به کار برده شد. این واژه کاربردی دوگانه دارد؛ یکی برای مشخص کردن آن بخش از زمین که توانایی حفظ حیات را دارا می باشد و دیگری برای نشان دادن مقدار کل ماده زنده موجود شامل گیاهان ، جانوران و موجودات ذره بینی.

ـ ترکیبات بیوسفر : دانش ما از مقدار نسبی جانوران مختلف بیوسفر از حدس و گمان هوشیارانه فراتر نمی رود. آب جز اصلی تمام مواد آبی است. چوب حدود ۵۰% آب دارد و مهره داران حدود ۶۶ % ، در حالیکه مقدار آب بی مهرگان دریایی بیش از ۹۰% است. عناصر موجود در بیونسفر عبارتند از: انرژی عناصر تغذیه ای بزرگ و عناصر اغذیه ای کوچک برای گیاهان و جانوران فقط برای گیاهان و Co و I فقط برای جانوران)

▪ پوسته زمین

پوسته زمین ، ضخامتی از زمین است که از سطح شروع می شود و تا ناپیوستگی موهو ادامه می یابد.

ـ ترکیبات شیمیایی پوسته زمین : ترکیب میانگین پوسته در اصل همان ترکیب سنگهای آذرین است، زیرا مقدار کل سنگهای رسوبی و دگرگونی پوسته در مقام مقایسه با توده سنگهای آذرین موجود فاقد اهمیت است.

▪ گوشته زمین

گوشته زمین از قاعده پوسته شروع می شود و تا عمق ۲۹۰۰ کیومتری که ناپیوستگی گوتنبرگ ویچرت قرار دارد، ادامه می یابد.

ـ ترکیب شیمیایی گوشته : ترکیب شیمیایی گوشته از کانیهای سیلیکاتی ، احتمالا بیشتر الیوین و پیروکسن ها یا معادلهای فشار بالای آنها تبعیت می کند.

▪ هسته زمین

هسته زمین از ناپیوستگی گوتنبرگ ویچرت در عمق ۲۹۰۰ کیلومتر شروع می شود، تا مرکز زمین ادامه می یابد. از نظر شیمیایی هسته از آهن و نیکل تشکیل شده است.

ـ هسته خارجی زمین : هسته خارجی از عمق ۲۹۰۰ کیلومتری شروع می شود و تا عمق تقریبا ۵۰۰۰ کیلومتر ادامه می یابد این قسمت از هسته بصورت مایع می باشد.

ـ هسته داخلی زمین : هسته داخلی از عمق ۵۰۰۰ شروع و تا مرکز زمین ادامه می یابد، این قسمت از هسته به صورت جامد می باشد