地球化学1

地球化学Geochemistry说明Comments本讲稿以韩吟文等（2003）和南京大学地质系（1987）所编制的«地球化学»教材为主干内容并结合其它参考资料制作而成。未含盖«地球化学»教材的全部内容，部分章节内容的删减是出于教学课时60学时而定，不完善之处将在教学过程中逐渐改进。欢迎大家提出改进意见。所有文字和图表仅限于教学使用。二、主要参考书《元素地球化学》刘英俊等，科学出版社，1984《金的地球化学》刘英俊，马东升，科学出版社，1991《钨的地球化学》刘英俊，马东升，科学出版社，1987Geochemistry》V.M.Goldschmidt,OxfordattheClarendonPress,1954(《地球化学》V.M.戈尔德施密特著，沈永直，郑康乐译，科学出版社，1959）《元素化学》N.N.Greenwood,A.Earnshaw著，李学同等译，高等教育出版社1996。戚长谋编《地球化学通论》赵伦山等编《地球化学》刘本立编《地球化学基础》《微量元素地球化学原理》赵振华，科学出版社，1997《RareEarthElementGeochemistry》P.HendersonElsevier,1984;王中刚等，科学出版社)地球化学网站和Google网站《微量元素地理学》B.B.多布罗沃利斯基著（1983），朱颜明译，科学出版社，1987《Geochemistry》.White,W.M.,JohnHopkinsUniversityPress,2001.第一章绪论Preface一、地球化学的定义和研究内容二、地球化学学科特点及与其它学科的关系三、地球化学发展简史四、地球化学的研究方法五、地球化学的发展趋势六、过去十多年年中地球化学的成就一、地球化学的定义和研究内容1.地球化学定义DefinitionB.И.韦尔纳茨基（1922）：地球化学科学地研究地壳中的化学元素(chemicalelements)，即地壳的原子，在可能的范围内也研究整个地球的原子。地球化学研究原子的历史、它们在时间和空间上的运动(movement)和分配(partitioning)，以及它们在整个地球上的成因(origin)关系。V.M.费尔斯曼（1922）：地球化学研究地壳中化学元素---原子的历史及其在自然界各种不同的热力学(thermodynamical)与物理化学条件(physical-chemicalconditions)下的行为。V.M.哥尔德施密特（1933）：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。地球化学的主要目的，一方面是要定量地确定地球及其各部分的成分，另一方面是要发现控制各种元素分配的规律(lawsgoverningelementdistributionandpartitioning)。WedpohlK.H.etal(1969):地球化学是研究整个地球中化学元素及其同位素的分布规律性。（HandbookofGeochemistry)V.V.谢尔宾娜(1972):研究地球的化学作用的科学---化学元素的迁移、它们的集中和分散，地球及其层圈的化学成分、分布、分配和化学元素在地壳中的结合。（地球化学基础）涂光炽（1985）：地球化学是研究地球（包括部分天体celestialbodies）的化学组成(chemicalcomposition)、化学作用（chemicalprocess）和化学演化（chemicalevolution)的科学。刘英俊等（1987）：地球化学研究地壳（尽可能整个地球）中的化学成分和化学元素及其同位素在地壳中的分布、分配、共生组合associations、集中分散enrichment-dispersion及迁移循徊migrationcycles规律、运动形式formsofmovement和全部运动历史的科学。地球化学—是研究地球的化学成分以及元素在其中的分布(distribution)、分配(partitioning)、集中(enrichment)、分散(dispersion)、共生组合(association)与迁移规律(migration)、演化历史(evolutionhistory)的科学。2.研究内容(Substanceofstudy)（1）研究对象(ObjectsStudied)：地球（minerals、rocks、atomsphere、waterbodies、crust、mantle、core太阳系solarsystem—celestialbodiesWhytostudythem???2.研究内容(Substanceofstudy)（2）研究内容targetofstudy：①元素的分布distribution、分配partitioning体系组成自然决定naturallycomposed.为什么要研究这些？与化学学科的区别。2.研究内容(SubstanceStudied)②元素集中、分散、共生组合、迁移规律地球化学基本理论basictheories（矿物岩石形成过程机理formationmechanism及其环境条件的指示作用indicator）。为什么要研究这些？核心：元素的化学作用和变化。二、地球化学学科特点及与其它学科的关系1.学科特点Properties（1）对象objectofstudy：地球、地壳等及地质作用用地球化学方法研究以认识自然作用与其它学科比较二、地球化学学科特点及与其它学科的关系（2）以化学等为基础，着重于化学作用。矿物岩石学：由结构构造了解成因构造地质学：由物理运动mechanicalmovement了解过程process古生物学：由形态(morphology)获得信息information与其它学科比较二、地球化学学科特点及与其它学科的关系（3）理论性与应用性理论性theoretical：从化学角度查明过程、原因应用性uses：生态环境及治理、农业矿产资源勘探、开发与地质学各分支学科比较二、地球化学学科特点及与其它学科的关系2.与其它学科的关系Relationswithotherdisciplines---相互渗透integration/combination。2.与其它学科的关系---相互渗透（1）矿物岩石学mineralogy-petrology（物源sources、条件condition、时代？time）（2）矿床学studyofmineraldeposit（物源、条件、时代？）（3）大地构造geotectonics（分区、板块plate、时代、俯冲subduction/underthrust等）2.与其它学科的关系---相互渗透（4）古生物地史学biochronology/biostratigraphy（无化石？生存环境）（5）古气候学palaeo-climatology（例：冰川包裹体CO2glacialinclusions）（6）灾害学calamityscience（天体碰撞celestialcollision、火山、地震）2.与其它学科的关系---相互渗透（7）天文astronomy（天体，陨石）（8）环境与农业（必需、非必需元素）（9）工业（核废料处理nuclearwastedisposal）三、地球化学发展简史history1.国外发展史R.Boyle(17世纪）--大气圈与水圈的关系→物质由化学元素组成而不是由性质组成。18世纪—化学、物理学、地质学、采矿业（工业革命）→地球化学的经验规律。C.F.Schönbein(1838）--第一次提出“地球化学”概念→“一定要有了地球化学，才能有真正的地质科学（1942）”三、地球化学发展简史history光谱分析法（G.Kirchhoff,R.Bunsen;1858)、化学结构理论的建立(A.M.Butnelov布特列洛夫,1861)、元素周期表（Д.И.Мендлеев门捷列夫；1868）→对地球化学学科形成产生重要影响。三、地球化学发展简史history20世纪初至今（四阶段)：①20年代前——重点研究地壳及其各部分的化学元素组成—经验统计方向（或学派）（F.W.Clarke—DataofGeochemistry,1908);②30-40年代——应用晶体化学理论和方法研究岩石、矿物中元素的分配和结合规律---晶体化学方向（或学派）（V.M.Goldschemidt)；三、地球化学发展简史history③40-50年代——主要着重原子的迁移，即研究地壳中原子的演化历史---原子历史方向(代表人物--В.И.Вернадский;А.Е.Ферсман)；④60年代至今——现代地球化学。三、地球化学发展简史history2.我国地球化学发展史:系统的地球化学工作始于20世纪50年代—地球化学研究室或所；高校建立地球化学专业。80年代开始至今逐渐走向成熟。侯德封（1900-1980）：提出地层地球化学、化学地史、化学地理的概念，创立了“核子地质学李璞（1911-1968）：1950年获剑桥大学博士学位，1958-1962年建立我国第一个同位素地球化学实验室，并完成第一批同位素年龄数据。我国部分著名地球化学家涂光炽（中国科学院院士）：1949年获得明尼苏达大学博士学位，在中国最早讲授地球化学课程，曾任中国科学院地质研究所和地球化学研究所所长，组织和参与了“中国层控矿床地球化学”等课题的研究。欧阳自远（中国科学院院士）：天体化学家《天体化学》我国部分著名地球化学家司幼东（1920-1968）：中国实验地球化学的奠基人张本仁（中国科学院院士）：区域地球化学《地球化学》於崇文（中国科学院院士）我国部分著名地球化学家1.野外工作方法、（Fieldinvestigationmethods)2.室内研究方法（In-doororLaboratorymethods)四、地球化学的研究方法GeochemicalMethodology1.野外工作方法(1).现场宏观观察on-the-spotobservation：①地质现象的时空结构，②查明区内各种地质体的岩石-矿物组成及相关作用关系，③由此提供有关地球化学作用（geochemicalprocesses）的空间展布（spatialdistribution）、时间顺序（temporalsequence）和相互关系（space-timecorrelations）。1.野外工作方法(2)地球化学取样（geochemicalsamplings）①代表性representative②系统性Systematic(空间、时间、成因)③统计性Statistic.2.室内工作方法（1）精确灵敏的测试方法sensitive&accuratemeasurements（2）研究元素的结合形式和赋存状态Speciation（3）作用过程物理化学条件的测定Physical-chemicalconditions(e.g.pH、Eh、ƒo2、salinity、concentration、ionizationstrength)2.室内工作方法(4)自然作用的时间参数timeparameter(5)实验室模拟自然过程processmodelling(6)多元统计计算和建立数学模型mathematicalmodel五、地球化学的发展趋势EvolutionTendencyofGeochemistry1.经验性(empiric)→理论化(theoretical)2.定性(qualitative)→定量(quantitative)3.单学科研究(disciplinarystudy)→多学科结合研究(multidisciplinarystudy)4.理论和方法的发展使其参与和解决重大科学问题(majorscientificissues)的能力不断增强。六、过去十多年地球化学的成就MajorProgressesinthePastDecade1