地球化學(xué)課件

地球化學(xué)

Geochemistry

主要參考書(shū)《元素地球化學(xué)》劉英俊等，科學(xué)出版社，1984《金的地球化學(xué)》劉英俊，馬東升，科學(xué)出版社，1991《鎢的地球化學(xué)》劉英俊，馬東升，科學(xué)出版社，1987Geochemistry》

V.M.Goldschmidt,OxfordattheClarendonPress,1954(《地球化學(xué)》V.M.戈?duì)柕率┟芴刂?，沈永直，鄭康?lè)譯，科學(xué)出版社，1959）《元素化學(xué)》N.N.Greenwood,A.Earnshaw著，李學(xué)同等譯，高等教育出版社1996。戚長(zhǎng)謀編《地球化學(xué)通論》趙倫山等編《地球化學(xué)》劉本立編《地球化學(xué)基礎(chǔ)》《微量元素地球化學(xué)原理》趙振華，科學(xué)出版社，1997《RareEarthElementGeochemistry》P.HendersonElsevier,1984;王中剛等，科學(xué)出版社)地球化學(xué)網(wǎng)站和Google網(wǎng)站《微量元素地理學(xué)》B.B.多布羅沃利斯基著（1983），朱顏明譯，科學(xué)出版社，1987《Geochemistry》.White,W.M.,JohnHopkinsUniversityPress,2001.第一章緒論P(yáng)reface一、地球化學(xué)的定義和研究?jī)?nèi)容二、地球化學(xué)學(xué)科特點(diǎn)及與其它學(xué)科的關(guān)系三、地球化學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史四、地球化學(xué)的研究方法五、地球化學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)六、過(guò)去十多年年中地球化學(xué)的成就一、地球化學(xué)的定義和研究?jī)?nèi)容

1.地球化學(xué)定義Definition

B.И.韋爾納茨基（1922）：地球化學(xué)科學(xué)地研究地殼中的化學(xué)元素(chemicalelements)，即地殼的原子，在可能的范圍內(nèi)也研究整個(gè)地球的原子。地球化學(xué)研究原子的歷史、它們?cè)跁r(shí)間和空間上的運(yùn)動(dòng)(movement)和分配(partitioning)，以及它們?cè)谡麄€(gè)地球上的成因(origin)關(guān)系。

V.M.費(fèi)爾斯曼（1922）：地球化學(xué)研究地殼中化學(xué)元素---原子的歷史及其在自然界各種不同的熱力學(xué)(thermodynamical)與物理化學(xué)條件(physical-chemicalconditions)下的行為。V.M.哥爾德施密特（1933）：地球化學(xué)是根據(jù)原子和離子的性質(zhì)，研究化學(xué)元素在礦物、礦石、巖石、土壤、水及大氣圈中的分布和含量以及這些元素在自然界中的遷移。地球化學(xué)的主要目的，一方面是要定量地確定地球及其各部分的成分，另一方面是要發(fā)現(xiàn)控制各種元素分配的規(guī)律(lawsgoverningelementdistributionandpartitioning)。Wedpohl

K.H.etal(1969):地球化學(xué)是研究整個(gè)地球中化學(xué)元素及其同位素的分布規(guī)律性。（HandbookofGeochemistry)V.V.謝爾賓娜(1972):研究地球的化學(xué)作用的科學(xué)---化學(xué)元素的遷移、它們的集中和分散，地球及其層圈的化學(xué)成分、分布、分配和化學(xué)元素在地殼中的結(jié)合。（地球化學(xué)基礎(chǔ)）涂光熾（1985）：地球化學(xué)是研究地球（包括部分天體celestialbodies）的化學(xué)組成(chemicalcomposition)、化學(xué)作用（chemicalprocess）和化學(xué)演化（chemicalevolution)的科學(xué)。劉英俊等（1987）：地球化學(xué)研究地殼（盡可能整個(gè)地球）中的化學(xué)成分和化學(xué)元素及其同位素在地殼中的分布、分配、共生組合associations、集中分散enrichment-dispersion及遷移循徊migrationcycles規(guī)律、運(yùn)動(dòng)形式formsofmovement和全部運(yùn)動(dòng)歷史的科學(xué)。地球化學(xué)—是研究地球的化學(xué)成分以及元素在其中的分布(distribution)、分配(partitioning)、集中(enrichment)、分散(dispersion)、共生組合(association)與遷移規(guī)律(migration)、演化歷史(evolutionhistory)的科學(xué)。2.研究?jī)?nèi)容(Substanceofstudy)（1）研究對(duì)象(ObjectsStudied)：

地球（minerals、rocks、atomsphere、waterbodies、crust、mantle、core太陽(yáng)系solarsystem—celestialbodiesWhytostudythem???2.研究?jī)?nèi)容(Substanceofstudy)（2）研究?jī)?nèi)容targetofstudy：

①元素的分布distribution、分配partitioning

體系組成自然決定naturallycomposed.為什么要研究這些？與化學(xué)學(xué)科的區(qū)別。2.研究?jī)?nèi)容(SubstanceStudied)

②元素集中、分散、共生組合、遷移規(guī)律地球化學(xué)基本理論basictheories（礦物巖石形成過(guò)程機(jī)理formationmechanism及其環(huán)境條件的指示作用indicator）。為什么要研究這些？核心：元素的化學(xué)作用和變化。二、地球化學(xué)學(xué)科特點(diǎn)及

與其它學(xué)科的關(guān)系1.學(xué)科特點(diǎn)Properties（1）對(duì)象objectofstudy：地球、地殼等及地質(zhì)作用用地球化學(xué)方法研究以認(rèn)識(shí)自然作用與其它學(xué)科比較二、地球化學(xué)學(xué)科特點(diǎn)及與其它學(xué)科的關(guān)系

（2）以化學(xué)等為基礎(chǔ)，著重于化學(xué)作用。礦物巖石學(xué)：由結(jié)構(gòu)構(gòu)造了解成因構(gòu)造地質(zhì)學(xué)：由物理運(yùn)動(dòng)mechanicalmovement了解過(guò)程process古生物學(xué)：由形態(tài)(morphology)獲得信息information與其它學(xué)科比較二、地球化學(xué)學(xué)科特點(diǎn)及與其它學(xué)科的關(guān)系

（3）理論性與應(yīng)用性理論性theoretical：從化學(xué)角度查明過(guò)程、原因應(yīng)用性u(píng)ses：生態(tài)環(huán)境及治理、農(nóng)業(yè)

礦產(chǎn)資源勘探、開(kāi)發(fā)與地質(zhì)學(xué)各分支學(xué)科比較二、地球化學(xué)學(xué)科特點(diǎn)及與其它學(xué)科的關(guān)系

2.與其它學(xué)科的關(guān)系Relationswithotherdisciplines---相互滲透integration/combination。2.與其它學(xué)科的關(guān)系---相互滲透（1）礦物巖石學(xué)mineralogy-petrology（物源sources、條件condition、時(shí)代？time）（2）礦床學(xué)studyofmineraldeposit（物源、條件、時(shí)代？）（3）大地構(gòu)造geotectonics（分區(qū)、板塊plate、時(shí)代、俯沖subduction/underthrust等）2.與其它學(xué)科的關(guān)系---相互滲透（4）古生物地史學(xué)biochronology/biostratigraphy（無(wú)化石？生存環(huán)境）（5）古氣候?qū)Wpalaeo-climatology（例：冰川包裹體CO2glacialinclusions）（6）災(zāi)害學(xué)calamityscience（天體碰撞celestialcollision、火山、地震）2.與其它學(xué)科的關(guān)系---相互滲透（7）天文astronomy（天體，隕石）（8）環(huán)境與農(nóng)業(yè)（必需、非必需元素）（9）工業(yè)（核廢料處理nuclearwastedisposal）三、地球化學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史history

1.國(guó)外發(fā)展史R.Boyle(17世紀(jì)）--大氣圈與水圈的關(guān)系→物質(zhì)由化學(xué)元素組成而不是由性質(zhì)組成。18世紀(jì)—化學(xué)、物理學(xué)、地質(zhì)學(xué)、采礦業(yè)（工業(yè)革命）→地球化學(xué)的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律。C.F.Sch?nbein(1838）--第一次提出“地球化學(xué)”概念→“一定要有了地球化學(xué)，才能有真正的地質(zhì)科學(xué)（1942）”三、地球化學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史history光譜分析法（G.Kirchhoff,R.Bunsen;1858)、化學(xué)結(jié)構(gòu)理論的建立(A.M.Butnelov布特列洛夫,1861)、

元素周期表（Д.И.Мендлеев門(mén)捷列夫；1868）

→

對(duì)地球化學(xué)學(xué)科形成產(chǎn)生重要影響。三、地球化學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史history20世紀(jì)初至今（四階段)：①20年代前——重點(diǎn)研究地殼及其各部分的化學(xué)元素組成—經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)方向（或?qū)W派）（F.W.Clarke—DataofGeochemistry,1908);

②30-40年代——應(yīng)用晶體化學(xué)理論和方法研究巖石、礦物中元素的分配和結(jié)合規(guī)律---晶體化學(xué)方向（或?qū)W派）（V.M.Goldschemidt)；三、地球化學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史history③40-50年代——主要著重原子的遷移，即研究地殼中原子的演化歷史---原子歷史方向(代表人物--В.И.Вернадский;А.Е.Ферсман)；④60年代至今——現(xiàn)代地球化學(xué)。三、地球化學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史history2.我國(guó)地球化學(xué)發(fā)展史:系統(tǒng)的地球化學(xué)工作始于20世紀(jì)50年代—地球化學(xué)研究室或所；高校建立地球化學(xué)專(zhuān)業(yè)。80年代開(kāi)始至今逐漸走向成熟。侯德封（1900-1980）：提出地層地球化學(xué)、化學(xué)地史、化學(xué)地理的概念，創(chuàng)立了“核子地質(zhì)學(xué)李璞（1911-1968）：

1950年獲劍橋大學(xué)博士學(xué)位，1958-1962年建立我國(guó)第一個(gè)同位素地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，并完成第一批同位素年齡數(shù)據(jù)。我國(guó)部分著名地球化學(xué)家涂光熾（中國(guó)科學(xué)院院士）：

1949年獲得明尼蘇達(dá)大學(xué)博士學(xué)位，在中國(guó)最早講授地球化學(xué)課程，曾任中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)研究所和地球化學(xué)研究所所長(zhǎng)，組織和參與了“中國(guó)層控礦床地球化學(xué)”等課題的研究。歐陽(yáng)自遠(yuǎn)（中國(guó)科學(xué)院院士）：

天體化學(xué)家《天體化學(xué)》我國(guó)部分著名地球化學(xué)家司幼東（1920-1968）：

中國(guó)實(shí)驗(yàn)地球化學(xué)的奠基人張本仁（中國(guó)科學(xué)院院士）：

區(qū)域地球化學(xué)《地球化學(xué)》於崇文（中國(guó)科學(xué)院院士）我國(guó)部分著名地球化學(xué)家1.野外工作方法、（Fieldinvestigationmethods)2.室內(nèi)研究方法（In-doororLaboratorymethods)四、地球化學(xué)的研究方法

GeochemicalMethodology1.野外工作方法

(1).現(xiàn)場(chǎng)宏觀觀察on-the-spotobservation：①地質(zhì)現(xiàn)象的時(shí)空結(jié)構(gòu)，②查明區(qū)內(nèi)各種地質(zhì)體的巖石-礦物組成及相關(guān)作用關(guān)系，③由此提供有關(guān)地球化學(xué)作用（geochemicalprocesses）的空間展布（spatialdistribution）、時(shí)間順序（temporalsequence）和相互關(guān)系

（space-timecorrelations）。1.野外工作方法

(2)地球化學(xué)取樣（geochemicalsamplings）

①代表性representative

②系統(tǒng)性Systematic(空間、時(shí)間、成因)③統(tǒng)計(jì)性Statistic.2.室內(nèi)工作方法（1）精確靈敏的測(cè)試方法

sensitive&accuratemeasurements（2）研究元素的結(jié)合形式和賦存狀態(tài)Speciation（3）作用過(guò)程物理化學(xué)條件的測(cè)定Physical-chemicalconditions(e.g.pH、Eh、?o2、salinity、concentration、ionizationstrength)2.室內(nèi)工作方法(4)自然作用的時(shí)間參數(shù)

timeparameter(5)實(shí)驗(yàn)室模擬自然過(guò)程

processmodelling(6)多元統(tǒng)計(jì)計(jì)算和建立數(shù)學(xué)模型mathematicalmodel五、地球化學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)

EvolutionTendencyofGeochemistry經(jīng)驗(yàn)性(empiric)→理論化(theoretical)定性(qualitative)→

定量(quantitative)單學(xué)科研究(disciplinarystudy)→多學(xué)科結(jié)合研究(multidisciplinarystudy)理論和方法的發(fā)展使其參與和解決重大科學(xué)問(wèn)題(majorscientificissues)的能力不斷增強(qiáng)。六、過(guò)去十多年地球化學(xué)的成就MajorProgressesinthePastDecade1.隕石沖擊坑的發(fā)現(xiàn)與研究(MeteoriteCrators)2.對(duì)地球深部(core-mantleanddeepcrust)物質(zhì)組成的了解的深化3.低溫地球化學(xué)(epithermalgeochemistry)4.