0地球化學(xué)學(xué)科學(xué)簡介省公開課一等獎全國示范課微課金獎?wù)n件

地球化學(xué)

Geochemistry1第1頁緒論一.地球化學(xué)定義二.地球化學(xué)學(xué)科發(fā)展2第2頁什么是地球化學(xué)？地球+化學(xué)？地學(xué)地球化學(xué)化學(xué)3第3頁1842年，首次提出了“地球化學(xué)”這個名詞瑞士化學(xué)家Sch?nbein(申拜因，1838年)就預(yù)言：“一定要有了地球化學(xué)，才能有真正地質(zhì)科學(xué)。”地球化學(xué)學(xué)科由來4第4頁DifferencebetweenGeology&Geochemistry1.Geologyisdirectobservationandinterpretationoffieldrelationstoinferhistoryandpresentstate(e.g.hazardsandresources)ofthesolidEarthanditsregions.2.GeochemistryistheapplicationofprinciplesofchemistrytounderstandtheEarth(solid,ocean,andatmosphere).5第5頁3.Likewise,geophysicsandgeobiologybringthereductionistrigorofphysicsandbiologytotheinterpretationofgeologicalobservationandinference4.Theothersciencesareneededtolimitthespeculationofgeologiststoplausibleideas,butgeologyistheanchorofEarthscience:itprovidestheproblemstobesolved,andtherecordofactualevents.6第6頁地球化學(xué)幾個經(jīng)典定義地球化學(xué)科學(xué)地研究地殼中化學(xué)元素，即地殼原子，在可能范圍內(nèi)也研究整個地球原子。地球化學(xué)研究原子歷史、它們在空間上和時間上分配和運(yùn)動，以及它們在地球上成因關(guān)系?！S爾納斯基（1922）7第7頁地球化學(xué)研究地殼中化學(xué)元素——原子歷史及其在自然界各種不一樣熱力學(xué)與物理化學(xué)條件下行為?！M(fèi)爾斯曼（1922）8第8頁研究地球及相關(guān)天體化學(xué)組成、化學(xué)作用及化學(xué)演化學(xué)科與地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)及大地測量學(xué)，組成固體地球科學(xué)4個支柱

——涂光熾（1982）9第9頁是地學(xué)和化學(xué)交叉學(xué)科著重研究化學(xué)元素及其同位素在地球演化歷史過程中分布、遷移規(guī)律，并利用這些規(guī)律來處理相關(guān)理論和實(shí)際問題——陳道公，支霞臣（1994）10第10頁Ingeochemistry,weusethetoolsofchemistrytosolvegeologicalproblems;thatis,weusechemistrytounderstandtheEarthandhowitworks.

11第11頁深入了解地球化學(xué)定義從研究對象來看：是地球及其子系統(tǒng)（地殼、地幔及其自然作用體系（巖漿作用、沉積作用、變質(zhì)作用、成礦作用、表生作用、生態(tài)環(huán)境……），當(dāng)前正在向宇宙天體拓展；從研究形式來看：主要是元素（同位素）在自然界化學(xué)運(yùn)動形式；從研究時間來看：包涵了整個地球、地殼演化和全部地質(zhì)作用時期；對單個元素（同位素）來講，是研究它們發(fā)生、不停發(fā)展及螺旋式演化全部歷史。12第12頁一、學(xué)科性質(zhì)是地質(zhì)學(xué)和化學(xué)類學(xué)科相互結(jié)合一門邊緣科學(xué)是地球科學(xué)中一門分支學(xué)科，當(dāng)前已成為支撐地球科學(xué)二級學(xué)科是研究自然體系中物質(zhì)化學(xué)運(yùn)動形式一門科學(xué)13第13頁二.地球化學(xué)學(xué)科發(fā)展地球化學(xué)大致成型于20世紀(jì)30年代，第二次世界大戰(zhàn)后早期成為一門獨(dú)立學(xué)科作為獨(dú)立學(xué)科主要標(biāo)志：——在一些大專院校開設(shè)《地球化學(xué)》——地球化學(xué)研究所、地球化學(xué)教研室等科研和教學(xué)單位開始出現(xiàn)——以學(xué)科命名學(xué)術(shù)刊物問世等?！禛eochimicaetCosmochimicaActa》20世紀(jì)60年代后地球化學(xué)學(xué)科取得了主要而快速發(fā)展14第14頁地球化學(xué)發(fā)展大致經(jīng)歷兩個主要階段經(jīng)典地球化學(xué)階段——20世紀(jì)代-50年代近當(dāng)代地球化學(xué)階段——20世紀(jì)60年代以來15第15頁經(jīng)典地球化學(xué)階段著重研究元素豐度、分布和遷移；——元素地殼豐度：O,Si,Al,Fe,Ca,Na,etc——元素地球豐度：Fe,Ni,etc——元素宇宙豐度:H,He研究伎倆主要是無機(jī)化學(xué)、晶體化學(xué)和分析化學(xué)方法；三個主要代表性人物：——克拉克(F.W.Clarke)——維爾納茨基(B.И．Bepнaдскиǔ)——戈(爾)德斯密特(V.M.Goldsmidt)4/13/202416第16頁克拉克(F.W.Clarke,1847-1931)美國化學(xué)家，地球化學(xué)奠基者他研究了化學(xué)元素在地殼中分布和豐度——克拉克值他和他同事華盛頓(H.S.Washington)屢次發(fā)表《地殼平均化學(xué)成份》和《地球化學(xué)資料》是最早地球化學(xué)著作17第17頁FrankWigglesworthClarke

(1847-1931)F.W.Clarke(1847-1931),wasachemistwhodeterminedthecompositionoftheEarth'scrust.HehasbeencalledtheFatherofGeochemistry.18第18頁維爾納茨基

(B.И．Bepнaдскиǔ，1863-1945)

俄羅斯礦物學(xué)家首先提出了地球化學(xué)旋回概念，并用它來闡述化學(xué)元素在前后相繼地球化學(xué)作用中演變歷史開創(chuàng)了生物地球化學(xué)(Biogeochemistry)和同位素地球化學(xué)(IsotopeGeochemistry)研究出版了《地球化學(xué)概論》一書在莫斯科，設(shè)有維爾納茨基地球化學(xué)和分析化學(xué)研究所，隸屬于俄羅斯科學(xué)院19第19頁費(fèi)爾斯曼維爾納茨基學(xué)生，俄羅斯地球化學(xué)家提出了共生序數(shù)和晶格能等概念開創(chuàng)了區(qū)域地球化學(xué)(RegionalGeochemistry)和地球化學(xué)找礦方法——化探：《俄羅斯地球化學(xué)》——經(jīng)典地球化學(xué)著作20第20頁戈爾德斯密特(V.M.Goldsmidt,1887-1947)挪威地質(zhì)學(xué)家礦物晶體化學(xué)（crystalchemistry）研究，開創(chuàng)了微量元素地球化學(xué)研究。提出礦物共生組合戈氏相律首次將元素進(jìn)行地球化學(xué)分類21第21頁戈爾德斯密特有遠(yuǎn)見地指出：——地球化學(xué)不但要研究元素分布和豐度，而且要研究同位素分布和豐度；——不但要研究地球物質(zhì)成份，而且要研究宇宙物質(zhì)成份他十分強(qiáng)調(diào)要研究那些支配元素和同位素分布規(guī)律戈爾德斯密特上述觀點(diǎn)，對當(dāng)代地球化學(xué)發(fā)展產(chǎn)生了重大影響他發(fā)表了一系列著作，遺著《地球化學(xué)》(1954)是一本經(jīng)典元素地球化學(xué)著作戈爾德斯密特曾在德國哥廷根大學(xué)工作多年，現(xiàn)在該大學(xué)設(shè)有戈爾德斯密特地球化學(xué)研究所22第22頁國際地球化學(xué)獎20世紀(jì)70年代起，美國地球化學(xué)協(xié)會為了表彰對地球化學(xué)發(fā)展做出貢獻(xiàn)各國科學(xué)家，設(shè)置了戈爾德斯密特獎和克拉克獎：戈爾德斯密特獎——獎勵有重大貢獻(xiàn)地球化學(xué)家克拉克獎——獎勵有成就年青地球化學(xué)工作者23第23頁近當(dāng)代地球化學(xué)階段伴隨各項技術(shù)發(fā)展(高溫高壓試驗技術(shù)、宇航技術(shù)、核物理探測技術(shù)等)，地球化學(xué)研究領(lǐng)域不停擴(kuò)展，朝著地球內(nèi)部和宇宙空間發(fā)展：——形成了以研究地幔為對象深部地球化學(xué)；——形成了研究隕石、月球、宇宙塵等宇宙化學(xué)發(fā)展了同位素研究，建立了同位素地球化學(xué)愈加注意了物理化學(xué)、熱力學(xué)和動力學(xué)理論和方法，發(fā)展了各種地球化學(xué)模式研究，形成了地球化學(xué)全方面發(fā)展新時期24第24頁近當(dāng)代地球化學(xué)特點(diǎn)研究領(lǐng)域不停擴(kuò)大當(dāng)代地球化學(xué)把其研究領(lǐng)域從地上轉(zhuǎn)向天上、從地表轉(zhuǎn)入地下、從大陸轉(zhuǎn)向海洋，有些人形象地稱為上天、入地、下海。這是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展對地球化學(xué)要求，也是地球化學(xué)發(fā)展必定結(jié)果。25第25頁2.研究內(nèi)容不停深化在不一樣領(lǐng)域內(nèi)，當(dāng)代地球化學(xué)都得到了不一樣程度深入發(fā)展：—建立了元素豐度體系，提出了更實(shí)用和有效元素地球化學(xué)分類；—提出了微量元素定量分配理論模型；—在同位素分餾作用中廣泛應(yīng)用了熱力學(xué)理論和方法26第26頁3.人才、機(jī)構(gòu)不停增加經(jīng)典地球化學(xué)研究工作主要集中在美國、俄羅斯和德國等少數(shù)幾個國家。當(dāng)代地球化學(xué)不論是在發(fā)達(dá)國家或是發(fā)展中國家都得到了快速發(fā)展，各個國家相繼建立了地球化學(xué)研究機(jī)構(gòu)、成立地球化學(xué)協(xié)會、出版地球化學(xué)專門刊物，主動培養(yǎng)地球化學(xué)專業(yè)人材。有許多國家合作開展全球性研究計劃促進(jìn)了各國相關(guān)地球化學(xué)學(xué)科發(fā)展和研究水平提升27第27頁

4.地球化學(xué)分支學(xué)科不停涌現(xiàn)和建立伴隨地球化學(xué)理論體系逐步建立及其和相鄰學(xué)科相互結(jié)合和滲透，一些專門研究領(lǐng)域地球化學(xué)分支學(xué)科快速發(fā)展起來。地球化學(xué)分支學(xué)科有許多劃分方法?！囱芯靠臻g范圍劃分：地幔地球化學(xué)、區(qū)域地球化學(xué)、水圈地球化學(xué)等；—按研究觀察對象劃分：同位素地球化學(xué)、微量元素地球化學(xué)、有機(jī)地球化學(xué)、生物地球化學(xué)等；28第28頁國際上主要地球化學(xué)學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)—國際地質(zhì)科學(xué)聯(lián)合會(IUGS)和國際純粹和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(IUPAC)都成立了地球化學(xué)專門組織。—1965年在巴黎成立了國際地球化學(xué)和宇宙化學(xué)學(xué)會(IUGC)。美國地球化學(xué)研究隊伍如：加州理工學(xué)院(Caltech)，麻省理工學(xué)院(MIT)，加州柏克利大學(xué)，斯坦福大學(xué)，聯(lián)邦政府美國地質(zhì)調(diào)查所(USGS)，私立卡內(nèi)基研究院(CarnegielnstitutionofWashington)29第29頁—法國巴黎第六、第七大學(xué)；—堪培拉國立澳大利亞大學(xué)；—英國劍橋大學(xué)；俄羅斯莫斯科大學(xué)等都是世界一流地球化學(xué)研究中心。30第30頁國際上主要學(xué)術(shù)刊物GeochimicaetCosmochimicaActaEarthandPlanetaryScienceLettersGlobalBiogeochemicalCyclesJournalofGeophysicalResearchJournalofGeochemicalExplorationGeophysicalResearchLetters31第31頁國內(nèi)主要學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)和刊物中國礦物巖石地球化學(xué)學(xué)會中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所（貴陽）中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所南京大學(xué)地球科學(xué)系礦物巖石地球化學(xué)專業(yè)地球化學(xué)GeochimicaSinica地質(zhì)地球化學(xué)巖石學(xué)報32第32頁二、地球化學(xué)研究內(nèi)容概括起來地球化學(xué)是研究地球以至宇宙（自然體系）化學(xué)組成、化學(xué)作用和化學(xué)演化33第33頁三、地球化學(xué)擔(dān)負(fù)重?fù)?dān)1、地球化學(xué)與其它基礎(chǔ)學(xué)科一起，擔(dān)負(fù)著處理地球科學(xué)面臨五大基本理論問題：太陽系、地球、生命、人類和元素起源和演化重大使命34第34頁2、地球化學(xué)作為地球科學(xué)一門支柱學(xué)科，擔(dān)負(fù)著豐富地球科學(xué)理論和發(fā)展地球科學(xué)理論重?fù)?dān)。地球化學(xué)為地球科學(xué)發(fā)展作出了重大貢獻(xiàn)。比如：35第35頁1）地球形成與演化同位素地質(zhì)年代學(xué)研究表明，地球年紀(jì)為45億年，在西澳大利亞測得年紀(jì)為42億年太古宙沉積巖中碎屑鋯石年紀(jì)，說明花崗巖是地球歷史早期活動參加者。氣體地球化學(xué)研究表明，原始地球沒有大氣，大氣層是經(jīng)過地球本身排氣作用產(chǎn)生，大約在18.5億年左右。36第36頁2）地球化學(xué)為板塊結(jié)構(gòu)理論建立過程立下不可磨滅功勛板塊結(jié)構(gòu)簡單說來，就是地球冷外殼即巖石圈分裂成數(shù)目有限彼此相對運(yùn)動大板塊，新巖石圈在洋中脊板塊離散處產(chǎn)生，并伴隨時間和準(zhǔn)卻程度增加而加厚。在板塊匯聚處，即在島弧和年輕山系所在處，老大洋巖石圈又回返到地幔中去。板塊這種運(yùn)動模式已為地球化學(xué)所證實(shí)。37第37頁洋中脊海底擴(kuò)張海底擴(kuò)張t=0102030Ma30201038第38頁39第39頁3)地球化學(xué)為地外物質(zhì)撞擊地球引發(fā)生物大規(guī)模死亡事件提供了有力證據(jù)。西班牙BarrancodelGrederoK/E剖面Ir（銥）含量改變40第40頁4）地球化學(xué)在研究全球環(huán)境改變中也有著不可替換地位，經(jīng)過海底沉積物、湖泊沉積物、古土壤、樹木年輪和冰心同位素和微量元素研究，能夠恢復(fù)古氣候。了解古冰期和近萬年來氣候和環(huán)境改變，并可探討地質(zhì)地球化學(xué)作用和人類活動對環(huán)境影響，預(yù)測未來環(huán)境改變。41第41頁“骨痛病”元兇是誰？

在十九世紀(jì)末，歐洲有一個礦業(yè)主，開鉛、鋅礦暴發(fā)后，轉(zhuǎn)入了金融界，他在廢棄礦場附近風(fēng)景優(yōu)美處，蓋起了一幢豪華別墅，把他雙親及仆人接進(jìn)別墅享晚年。然而沒有過幾年，別墅中主人、仆人都得了一個奇怪病，滿身上下骨骼疼痛難忍，到了后期骨骼極為疏松，手腳稍用力，彎腰略一閃，骨骼就