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地球化学

Geochemistry1第1页绪论一.地球化学定义二.地球化学学科发展2第2页什么是地球化学？地球+化学？地学地球化学化学3第3页1842年，首次提出了“地球化学”这个名词瑞士化学家Schönbein(申拜因，1838年)就预言：“一定要有了地球化学，才能有真正地质科学。”地球化学学科由来4第4页DifferencebetweenGeology&Geochemistry1.Geologyisdirectobservationandinterpretationoffieldrelationstoinferhistoryandpresentstate(e.g.hazardsandresources)ofthesolidEarthanditsregions.2.GeochemistryistheapplicationofprinciplesofchemistrytounderstandtheEarth(solid,ocean,andatmosphere).5第5页3.Likewise,geophysicsandgeobiologybringthereductionistrigorofphysicsandbiologytotheinterpretationofgeologicalobservationandinference4.Theothersciencesareneededtolimitthespeculationofgeologiststoplausibleideas,butgeologyistheanchorofEarthscience:itprovidestheproblemstobesolved,andtherecordofactualevents.6第6页地球化学几个经典定义地球化学科学地研究地壳中化学元素，即地壳原子，在可能范围内也研究整个地球原子。地球化学研究原子历史、它们在空间上和时间上分配和运动，以及它们在地球上成因关系。——维尔纳斯基（1922）7第7页地球化学研究地壳中化学元素——原子历史及其在自然界各种不一样热力学与物理化学条件下行为。——费尔斯曼（1922）8第8页研究地球及相关天体化学组成、化学作用及化学演化学科与地质学、地球物理学及大地测量学，组成固体地球科学4个支柱

——涂光炽（1982）9第9页是地学和化学交叉学科着重研究化学元素及其同位素在地球演化历史过程中分布、迁移规律，并利用这些规律来处理相关理论和实际问题——陈道公，支霞臣（1994）10第10页Ingeochemistry,weusethetoolsofchemistrytosolvegeologicalproblems;thatis,weusechemistrytounderstandtheEarthandhowitworks.

11第11页深入了解地球化学定义从研究对象来看：是地球及其子系统（地壳、地幔及其自然作用体系（岩浆作用、沉积作用、变质作用、成矿作用、表生作用、生态环境……），当前正在向宇宙天体拓展；从研究形式来看：主要是元素（同位素）在自然界化学运动形式；从研究时间来看：包涵了整个地球、地壳演化和全部地质作用时期；对单个元素（同位素）来讲，是研究它们发生、不停发展及螺旋式演化全部历史。12第12页一、学科性质是地质学和化学类学科相互结合一门边缘科学是地球科学中一门分支学科，当前已成为支撑地球科学二级学科是研究自然体系中物质化学运动形式一门科学13第13页二.地球化学学科发展地球化学大致成型于20世纪30年代，第二次世界大战后早期成为一门独立学科作为独立学科主要标志：——在一些大专院校开设《地球化学》——地球化学研究所、地球化学教研室等科研和教学单位开始出现——以学科命名学术刊物问世等。《GeochimicaetCosmochimicaActa》20世纪60年代后地球化学学科取得了主要而快速发展14第14页地球化学发展大致经历两个主要阶段经典地球化学阶段——20世纪代-50年代近当代地球化学阶段——20世纪60年代以来15第15页经典地球化学阶段着重研究元素丰度、分布和迁移；——元素地壳丰度：O,Si,Al,Fe,Ca,Na,etc——元素地球丰度：Fe,Ni,etc——元素宇宙丰度:H,He研究伎俩主要是无机化学、晶体化学和分析化学方法；三个主要代表性人物：——克拉克(F.W.Clarke)——维尔纳茨基(B.И．Bepнaдскиǔ)——戈(尔)德斯密特(V.M.Goldsmidt)4/13/202416第16页克拉克(F.W.Clarke,1847-1931)美国化学家，地球化学奠基者他研究了化学元素在地壳中分布和丰度——克拉克值他和他同事华盛顿(H.S.Washington)屡次发表《地壳平均化学成份》和《地球化学资料》是最早地球化学著作17第17页FrankWigglesworthClarke

(1847-1931)F.W.Clarke(1847-1931),wasachemistwhodeterminedthecompositionoftheEarth'scrust.HehasbeencalledtheFatherofGeochemistry.18第18页维尔纳茨基

(B.И．Bepнaдскиǔ，1863-1945)

俄罗斯矿物学家首先提出了地球化学旋回概念，并用它来阐述化学元素在前后相继地球化学作用中演变历史开创了生物地球化学(Biogeochemistry)和同位素地球化学(IsotopeGeochemistry)研究出版了《地球化学概论》一书在莫斯科，设有维尔纳茨基地球化学和分析化学研究所，隶属于俄罗斯科学院19第19页费尔斯曼维尔纳茨基学生，俄罗斯地球化学家提出了共生序数和晶格能等概念开创了区域地球化学(RegionalGeochemistry)和地球化学找矿方法——化探：《俄罗斯地球化学》——经典地球化学著作20第20页戈尔德斯密特(V.M.Goldsmidt,1887-1947)挪威地质学家矿物晶体化学（crystalchemistry）研究，开创了微量元素地球化学研究。提出矿物共生组合戈氏相律首次将元素进行地球化学分类21第21页戈尔德斯密特有远见地指出：——地球化学不但要研究元素分布和丰度，而且要研究同位素分布和丰度；——不但要研究地球物质成份，而且要研究宇宙物质成份他十分强调要研究那些支配元素和同位素分布规律戈尔德斯密特上述观点，对当代地球化学发展产生了重大影响他发表了一系列著作，遗著《地球化学》(1954)是一本经典元素地球化学著作戈尔德斯密特曾在德国哥廷根大学工作多年，现在该大学设有戈尔德斯密特地球化学研究所22第22页国际地球化学奖20世纪70年代起，美国地球化学协会为了表彰对地球化学发展做出贡献各国科学家，设置了戈尔德斯密特奖和克拉克奖：戈尔德斯密特奖——奖励有重大贡献地球化学家克拉克奖——奖励有成就年青地球化学工作者23第23页近当代地球化学阶段伴随各项技术发展(高温高压试验技术、宇航技术、核物理探测技术等)，地球化学研究领域不停扩展，朝着地球内部和宇宙空间发展：——形成了以研究地幔为对象深部地球化学；——形成了研究陨石、月球、宇宙尘等宇宙化学发展了同位素研究，建立了同位素地球化学愈加注意了物理化学、热力学和动力学理论和方法，发展了各种地球化学模式研究，形成了地球化学全方面发展新时期24第24页近当代地球化学特点研究领域不停扩大当代地球化学把其研究领域从地上转向天上、从地表转入地下、从大陆转向海洋，有些人形象地称为上天、入地、下海。这是当代科学技术发展对地球化学要求，也是地球化学发展必定结果。25第25页2.研究内容不停深化在不一样领域内，当代地球化学都得到了不一样程度深入发展：—建立了元素丰度体系，提出了更实用和有效元素地球化学分类；—提出了微量元素定量分配理论模型；—在同位素分馏作用中广泛应用了热力学理论和方法26第26页3.人才、机构不停增加经典地球化学研究工作主要集中在美国、俄罗斯和德国等少数几个国家。当代地球化学不论是在发达国家或是发展中国家都得到了快速发展，各个国家相继建立了地球化学研究机构、成立地球化学协会、出版地球化学专门刊物，主动培养地球化学专业人材。有许多国家合作开展全球性研究计划促进了各国相关地球化学学科发展和研究水平提升27第27页

4.地球化学分支学科不停涌现和建立伴随地球化学理论体系逐步建立及其和相邻学科相互结合和渗透，一些专门研究领域地球化学分支学科快速发展起来。地球化学分支学科有许多划分方法。—按研究空间范围划分：地幔地球化学、区域地球化学、水圈地球化学等；—按研究观察对象划分：同位素地球化学、微量元素地球化学、有机地球化学、生物地球化学等；28第28页国际上主要地球化学学术机构—国际地质科学联合会(IUGS)和国际纯粹和应用化学联合会(IUPAC)都成立了地球化学专门组织。—1965年在巴黎成立了国际地球化学和宇宙化学学会(IUGC)。美国地球化学研究队伍如：加州理工学院(Caltech)，麻省理工学院(MIT)，加州柏克利大学，斯坦福大学，联邦政府美国地质调查所(USGS)，私立卡内基研究院(CarnegielnstitutionofWashington)29第29页—法国巴黎第六、第七大学；—堪培拉国立澳大利亚大学；—英国剑桥大学；俄罗斯莫斯科大学等都是世界一流地球化学研究中心。30第30页国际上主要学术刊物GeochimicaetCosmochimicaActaEarthandPlanetaryScienceLettersGlobalBiogeochemicalCyclesJournalofGeophysicalResearchJournalofGeochemicalExplorationGeophysicalResearchLetters31第31页国内主要学术机构和刊物中国矿物岩石地球化学学会中国科学院地球化学研究所（贵阳）中国科学院广州地球化学研究所南京大学地球科学系矿物岩石地球化学专业地球化学GeochimicaSinica地质地球化学岩石学报32第32页二、地球化学研究内容概括起来地球化学是研究地球以至宇宙（自然体系）化学组成、化学作用和化学演化33第33页三、地球化学担负重担1、地球化学与其它基础学科一起，担负着处理地球科学面临五大基本理论问题：太阳系、地球、生命、人类和元素起源和演化重大使命34第34页2、地球化学作为地球科学一门支柱学科，担负着丰富地球科学理论和发展地球科学理论重担。地球化学为地球科学发展作出了重大贡献。比如：35第35页1）地球形成与演化同位素地质年代学研究表明，地球年纪为45亿年，在西澳大利亚测得年纪为42亿年太古宙沉积岩中碎屑锆石年纪，说明花岗岩是地球历史早期活动参加者。气体地球化学研究表明，原始地球没有大气，大气层是经过地球本身排气作用产生，大约在18.5亿年左右。36第36页2）地球化学为板块结构理论建立过程立下不可磨灭功勋板块结构简单说来，就是地球冷外壳即岩石圈分裂成数目有限彼此相对运动大板块，新岩石圈在洋中脊板块离散处产生，并伴随时间和准却程度增加而加厚。在板块汇聚处，即在岛弧和年轻山系所在处，老大洋岩石圈又回返到地幔中去。板块这种运动模式已为地球化学所证实。37第37页洋中脊海底扩张海底扩张t=0102030Ma30201038第38页39第39页3)地球化学为地外物质撞击地球引发生物大规模死亡事件提供了有力证据。西班牙BarrancodelGrederoK/E剖面Ir（铱）含量改变40第40页4）地球化学在研究全球环境改变中也有着不可替换地位，经过海底沉积物、湖泊沉积物、古土壤、树木年轮和冰心同位素和微量元素研究，能够恢复古气候。了解古冰期和近万年来气候和环境改变，并可探讨地质地球化学作用和人类活动对环境影响，预测未来环境改变。41第41页“骨痛病”元凶是谁？

在十九世纪末，欧洲有一个矿业主，开铅、锌矿暴发后，转入了金融界，他在废弃矿场附近风景优美处，盖起了一幢豪华别墅，把他双亲及仆人接进别墅享晚年。然而没有过几年，别墅中主人、仆人都得了一个奇怪病，满身上下骨骼疼痛难忍，到了后期骨骼极为疏松，手脚稍用力，弯腰略一闪，骨骼就