地球化学绪论

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1、绪论何为地球化学，初次接触这门学科的学生常常会提出这样的问题。从字面上看地球化学是关于地球的化学，是研究地球中物质的化学运动形式的科学。然而，这样解释是远远不够的，这门科学有其明确的研究任务，特定的研究方法和独立的研究历史。为了学好这门科学，我们应该对地球化学的发展过程和研究现状有一较为详细的了解。第一节地球化学的定义和任务一.地球化学的定义地球化学这一名词是在1838年由瑞士化学家许拜恩（SchonbeinCF）首先提出的，70年后产生了关于地球化学的第一项系统的研究成果－美国地质调查所总化学师克拉克发表的专著“地球化学资料”（Clarke，1908）。如果把这本巨著的问

2、世看成为地球化学成型的标志，那么这门学科已经有了将近100年的独立发展历史。当地球化学成为一门独立的学科以后，不同时期的研究者都曾根据当时的认识水平，对其下过各种不同的定义。俄罗斯著名地球化学家维尔纳茨基VI（1922）给地球化学下的定义是：“地球化学科学地研究化学元素，即研究地壳的原子，在可能的范围内也研究整个地球的原子。它研究原子的历史‘原子在空间及时间上分配与运动的情形，以及他们在地球上的相互成因关系”。俄罗斯另一位著名的地球化学家费尔斯曼AE（1922）提出了类似的定义“地球化学研究地壳中化学元素—原子的历史，及其在自然界的各种不同的热力学与物理化学条件下的行为”。

3、欧洲杰出的地球化学家戈尔德斯密特VM（1933）给出的地球化学定义是“地球化学是根据原子和离子的性质，研究化学元素在矿物、矿石、岩石、土壤、水及大气圈中的分布和含量以及这些元素在自然界中的迁移”。从这些经典地球化学家给出的定义可以看出，20世纪初是地球化学打基础的时期，处在积累资料的阶段。这个时期大量的工作是关于地壳和地壳不同部位，不同地质体中各种元素含量和分布的研究，在理论上则采用了晶体化学的成就和热力学原理来探讨矿物中元素的分配与结合规律（涂光炽等，1984）。因此这个时期地球化学的研究范围基本局限在人类可以直接观察的地壳内，而研究任务主要侧重于地壳中的原子和元素的化学

4、行为。第二次世界大战以后，地球科学得到突飞猛进的发展。随着登月计划的实施，人们对地球以外的星体化学的研究工作不断结累；随着深海钻探计划的进行，一批高新技术得到了迅速发展，尤其是高温高压实验技术，微区微量测试技术和同位素分析技术的开发大大的提高了地球化学的研究能力，使得地球化学家可以把研究范围扩大到地球深部和地球以外的星体。地球化学的这一显著发展可以从20世纪中叶以后发表的关于地球化学定义中看出端倪。1969年魏得波尔KH发表了当时最完整的地球化学资料书籍“地球化学手册”，在书中他提出地球化学应研究整个地球中化学元素及其同位素分布的规律性（Wedepohl，1969）。197

5、3年美国全国地球化学委员会地球化学发展方向小组委员会提出“地球化学是关于地球与太阳系的化学成分及化学演化的一门科学，它包括了与它有关的一切科学的化学方面”。1982年美国地球化学家马逊指出“地球化学是研究地球整体及其各组成部分的化学的科学”，同时他强调“地球化学阐述在地球范围内元素在空间和时间上的分配和迁移问题”（Mason，1982）。1984年我国著名地球化学家涂光炽提出了关于地球化学的更加完整和简洁的定义：“地球化学是研1究地球（包括部分天体）的化学组成、化学作用和化学演化的科学”。这个定义便于理解，易于记忆，是本书推荐的关于地球化学的定义。上述定义表明，现代地球化学

6、已经从早期偏重于地壳化学组成和某些化学作用的研究跨进到对地球以及与地球有成因联系的陨石、行星、太阳和其它星体进行化学组成、化学作用和化学演化的全面研究时期，地球化学的研究目的已经发展为寻求地球上以及宇宙间原子的分布及其运动的一般规律性。从这一意义上说，地球化学可以看成是宇宙化学的一部分。应该说明的是，尽管现代地球化学的研究范围有了明显的扩大，然而现阶段地球化学的研究对象主要还是人类赖以生存的地球，尤其是人类可以直接观察的地壳。一方面这是由人类现阶段的研究条件和研究能力决定的，另一方面地球化学也可以通过对地壳（或地球）中元素和同位素的分布分配、共生组合、集中分散规律的研究，探

7、讨整个地球乃至宇宙的演化历史。二.地球化学的研究任务从定义上可以看出，地球化学的研究对象主要是地球各个层圈特别是地壳中的元素和同位素。我们知道在元素周期表中排列有105种元素，其中有些是属于原子核不稳定的放射性元素，在自然界中不能稳定存在。因此自然界实际上是由90种元素组成的，这些元素以原子，离子和分子等各种形态运动着。地球化学的主要任务就是研究自然界中这些元素及其同位素的化学运动，并以此来恢复各种地质体和天体的形成历史，其研究内容主要包括以下几个方面：（1）自然界中元素和同位素的组成与分布。研究元素和同位素在可观