ભૂરસાયણશાસ્ત્ર (Geochemistry) : પૃથ્વીના બંધારણમાં રહેલાં રાસાયણિક તત્વો સાથે તથા આ તત્વોનું પરિવર્તન કરતી રહેતી રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ સાથે સંકળાયેલી વિજ્ઞાનશાખા. ભૂરસાયણશાસ્ત્રનો મુખ્ય હેતુ પૃથ્વીના ત્રણ વિભાગો – ખંડીય પોપડાનું, સમુદ્રીય પોપડાનું અને ભૂમધ્યાવરણનું તેમજ ભૂગર્ભજળ, સપાટીજળ અને વાતાવરણનું રાસાયણિક બંધારણ નક્કી કરવાનો હોય છે. ખડકો, ખનિજો અને જળનાં બંધારણ નક્કી કરી આપવાથી આ હેતુ સિદ્ધ થાય છે. આમ, આ વિજ્ઞાનશાખાનું ર્દષ્ટિબિંદુ જે તે દ્રવ્યનું વિશ્લેષણ કરવાનું રહે છે. તેમાં પ્રત્યેક ખનિજના સૂક્ષ્માતિસૂક્ષ્મ કણનું પૃથક્કરણ, તે માટે અપનાવાતી પદ્ધતિઓ અને તક્નીકોનો પણ સમાવેશ થઈ જાય છે. આ ઉપરાંત અવકાશી તેમજ અન્ય અભિયાનો દ્વારા લવાયેલા નમૂનાઓનો અને ક્યારેક પૃથ્વી પર પડતી ઉલ્કાઓના નમૂનાઓનો પણ ભૂરાસાયણિક અભ્યાસ કરવામાં આવે છે.
પૃથ્વીમાં રહેલાં તત્વોનું વિદ્યમાન વિતરણ જ્યારે તે બન્યાં હશે ત્યારના થોડા ગાળાના ભૂસ્તરીય કાળનો ઉલ્લેખ કરતું હોય છે, કારણ કે તત્વો બનતાં રહે છે અને બદલાતાં રહે છે. મૅગ્માની ઉત્પત્તિ, તેમાંથી સ્થાનભેદે થતું સ્ફટિકીકરણ, તેમાંથી બનતાં ખનિજો, તેમનું સ્થાનીકરણ, તેમની વિવિધ પ્રકારની ખવાણક્રિયા, જળકૃત ખડકો અને નિક્ષેપો રચાવા માટેની કણજમાવટ-પ્રક્રિયા, વિકૃતીકરણ વગેરેમાં તત્ત્વોની ફેરબદલી સ્વરૂપભેદે થતી રહે છે.
ભૂરસાયણશાસ્ત્રની અગત્યની સંકલ્પના એ તેનું આ ભૂરાસાયણિક ચક્ર છે. તેમાં જે તે તત્વ મૅગ્માથી શરૂ થઈને જુદા જુદા ભૂરાસાયણિક પર્યાવરણ હેઠળ શ્રેણીબદ્ધ રીતે ફરતું રહે છે. પ્રાયોગિક ભૂરસાયણશાસ્ત્ર આ બાબતમાં ઉષ્માગતિવિદ્યાનો ઉપયોગ કરે છે, પૃથ્વીમાં થતી રહેતી ઘટનાઓને રાસાયણિક પ્રક્રિયામાં ફેરવીને મૂલવે છે અને તેમાં રસાયણગતિકીનો વિષય પણ સહાયક બની રહે છે.
ભૂરાસાયણિક ચક્ર
પૃથ્વીનું રાસાયણિક બંધારણ નક્કી કરવાનું કાર્યક્ષેત્ર એ ભૂરસાયણશાસ્ત્રનું પ્રધાન લક્ષ્ય રહ્યું છે. ખડકો, ખનિજો, જમીનો, ઉલ્કાઓ વગેરેનાં અસંખ્ય પૃથક્કરણો પરથી તત્વોની જાણકારી મેળવી શકાઈ છે. ભૂકેન્દ્રીય વિભાગ શેનો બનેલો હોઈ શકે એટલું જ નહિ, પરંતુ અવકાશી પિંડોનાં બંધારણની સંકલ્પના પણ પરોક્ષ રીતે સમજી શકાયાં છે.
પૃથ્વીમાં તત્વવિતરણ તદ્દન અનિયમિત રીતે થયેલું છે. પોપડાનું બંધારણ, વજનની ટકાવારીની ર્દષ્ટિએ જોતાં 99 % ભાગ, માત્ર આઠ જ તત્વો(ઑક્સિજન, સિલિકોન, ઍલ્યુમિનિયમ, લોહ, મૅગ્નેશિયમ, કૅલ્શિયમ, સોડિયમ અને પોટૅશિયમ)થી બનેલું છે. જ્યારે અન્ય ઘણાં તત્વોનું પ્રમાણ ટકાના માત્ર દશ લાખમા ભાગથી રજૂ થાય છે. ભૂમધ્યાવરણ (mantle) લોહ-મૅગ્નેશિયમ સિલિકેટથી અને ભૂકેન્દ્રીય (core) વિભાગ ‘સિડેરોફાઇલ’ જેવી ધાતુઓથી બનેલા હોવાનું મનાય છે. સીસા જેવાં અમુક તત્વોની સરેરાશ જોતાં, તે અલ્પ હોવા છતાં ધાતુખનિજો સ્વરૂપે સંકેન્દ્રિત થયેલાં મળે છે, જ્યારે ગૅલિયમ જેવાં અન્ય તત્વો વેરવિખેર સ્થિતિમાં મળે છે. તે પ્રાથમિક સ્વરૂપનાં ખનિજો બનાવતાં નથી. આમ અનેક રાસાયણિક પૃથક્કરણોમાંથી બે સમસ્યાઓ ઊપસી આવે છે : એક તો, તત્વોની ઉત્પત્તિ, સૂર્યમંડળ અને ગ્રહીય ઉત્ક્રાંતિ કેવી રીતે થઈ ?; બીજું, પાર્થિવ ખડકોમાં કેટલાંક તત્વોનું વધુપડતું સંકેન્દ્રણ અને અન્ય ઘણાં તત્વોનું મર્યાદિત વિતરણ શા માટે થયું ? આધુનિક વિશ્લેષણાત્મક રસાયયણશાસ્ત્રની સુધારેલી તક્નીકોની સાથે સાથે તત્વવિતરણનો તલસ્પર્શી અભ્યાસ થઈ શકે છે, પૃથ્વીના જુદા જુદા વિભાગોમાં તેમજ ખડકપ્રકારોમાં તત્વોનું વિતરણ કઈ રીતે થયેલું છે તેનો આ શાખા દ્વારા ખ્યાલ મેળવી શકાય છે. સ્ફટિકીય રસાયણશાસ્ત્ર દ્વારા સિલિકેટ જેવાં ખનિજોમાંનાં તત્વોની અણુગૂંથણી(lattice)ની સમજ મેળવી શકાય છે, આ ઉપરાંત તત્વોના પ્રત્યેક સમસ્થાનિકની સાપેક્ષ વિપુલતા પણ સ્થાપિત કરી આપવાની શક્યતા ઊભી કરી આપે છે. ટૂંકમાં, ભૂરસાયણશાસ્ત્ર પાર્થિવ વિજ્ઞાનશાખાઓ (ભૂવિદ્યાઓ) સાથે તો સંકળાયેલું છે જ, તદુપરાંત તાજેતરનાં વર્ષોમાં તે વધુ માત્રાત્મક બન્યું છે અને તેથી આંકડાશાસ્ત્ર, ઉષ્માગતિવિદ્યા અને ક્વૉન્ટમ યાંત્રિકી (quantum mechanics). સાથે પણ સંકળાયેલું છે.
તત્વોની જાણકારી પરથી નીચેનાં તારણો કાઢી શકાય છે : (1) ભારે તત્વો : Niના પરમાણુભારથી વધુ હોય એવાં તત્વોની વિપુલતા હલકાં તત્વો કરતાં ઓછી છે. એમ કહી શકાય કે સામાન્યત: મળતાં 11 એવાં વૈશ્વિક તત્વો છે, જેમના પરમાણુભાર નિકલ કરતાં ઓછા છે. (2) સામાન્યત: બેકી સંખ્યાવાળા પરમાણુભારાંક ધરાવતાં તત્વો એકી સંખ્યાના પરમાણુભારાંક ધરાવતાં તત્વો કરતાં વધુ છે; જેમ કે, Mn25 કે Co27 કરતાં Fe26 વિપુલ પ્રમાણમાં મળે છે. (3) વિશ્વમાં મળતા કોઈ પણ અન્ય તત્વ કરતાં હાઇડ્રોજન એક હજારગણાથી એક સોગણા વચ્ચેની વિપુલતા ધરાવે છે.
સૂક્ષ્મ માત્રિક તત્વો (trace elements) : એક્સ-કિરણોની પરિશોધ દ્વારા સ્ફટિકશાસ્ત્રીઓએ ભૂરસાયણશાસ્ત્રીઓને સ્પષ્ટ કરી આપ્યું છે કે કોઈ પણ તત્વની આયનત્રિજ્યા તે તત્ત્વની ભૂરાસાયણિક લાક્ષણિકતાઓ સમજવા માટે ઘણી જ અગત્યની બની રહે છે : આંશિક તત્વો ત્રણ પ્રકારે કાર્યાન્વિત બની રહેતાં હોય છે :
(1) કૅમોફ્લાઝ : જેમાં સામાન્ય તત્વ અને તેની સાથેના સૂક્ષ્મ માત્રિક તત્વના વીજભાર (charge) સરખા હોય; દા.ત., Ga3+ ↔ Al3+ (2) પ્રગ્રહણ : જેમાં સૂક્ષ્મ માત્રિક તત્વ ઓછા વીજભારવાળા સામાન્ય તત્વની અવેજીમાં હોય; દા.ત., Ba2+ ↔ K1+, Pb2+ ↔ K1+ (3) પ્રવેશ્યતા : જેમાં સૂક્ષ્મ માત્રિક તત્વ વધુ વીજભારવાળા સામાન્ય તત્વનું વિસ્થાપન કરે; દા.ત., Li1+ ↔ Mg2+.
ભૂરાસાયણિક વર્ગીકરણ : ખડકો, ખનિજો, સમુદ્ર-જળ કે અન્ય જળ તેમજ વાતાવરણના બંધારણમાળખાના અભ્યાસ પરથી તત્વોને તેમના અન્યોન્ય સમન્વયને આધારે નીચેના સમૂહોમાં વહેંચી શકાય છે : (1) કૅલ્કોફાઇલ (chalcofile) : ગંધક માટે તીવ્ર આકર્ષણ ધરાવતાં તત્વો ગંધકારક ધાતુખનિજો આ લાક્ષણિક સમૂહ રચે છે. (2) લિથોફાઇલ (lithofile) : ઑક્સિજન માટે તીવ્ર આકર્ષણ ધરાવતાં તત્વો-સિલિકેટધારક ખનિજો. (3) સિડેરોફાઇલ (siderofile) : ગંધક અને ઑક્સિજન બંને માટે ઓછું આકર્ષણ ધરાવતાં તત્વો; પરંતુ દ્રવિત લોહમાં દ્રાવ્ય થઈ શકે એવાં તત્વો. આ તત્વો ભૂકેન્દ્રીય વિભાગમાં સંકેન્દ્રિત થયેલાં છે તેમજ ઉલ્કાઓમાં ધાતુસ્વરૂપે મળે છે. (4) ઍટમોફાઇલ (atmofile) : વાતાવરણમાં રહેલાં તત્વો (નાઇટ્રોજન અને નિષ્ક્રિય વાયુઓ). (5) બાયોફાઇલ (biofile) : જીવંત કોષોમાં સંકેન્દ્રિત તત્વો (કાર્બન અને ફૉસ્ફરસ).
કોઈ પણ તત્વ ઉપરના એક કરતાં વધુ સમૂહમાં રહેલું હોઈ શકે. ભૂરાસાયણિક પર્યાવરણ સમજવામાં શિલાવરણ, જલાવરણ, વાતાવરણ, જીવાવરણ ઉપયોગી થઈ પડે; જેમ કે, જળકૃત ખડકોમાં થતું ભૂરાસાયણિક સ્વભેદન. ક્લોરીન, બ્રોમીન કે આયોડીન જેવાં અમુક તત્વો સમુદ્રજળમાં સંકેન્દ્રિત સ્થિતિમાં મળે છે, જ્યારે ફ્લોરીન કે લોહ જેવાં તત્વો તેમાંથી મુક્ત રહે છે.
ગિરીશભાઈ પંડ્યા