0-地球化學(xué)學(xué)科學(xué)簡介.ppt

地球化學(xué)Geochemistry 緒論 一 地球化學(xué)的定義二 地球化學(xué)學(xué)科的發(fā)展 什么是地球化學(xué) 地球 化學(xué) 地學(xué)地球化學(xué)化學(xué) 1842年 首次提出了 地球化學(xué) 這個(gè)名詞的瑞士化學(xué)家Sch nbein 申拜因 1838年 就預(yù)言 一定要有了地球化學(xué) 才能有真正的地質(zhì)科學(xué) 地球化學(xué)學(xué)科由來 DifferencebetweenGeology Geochemistry 1 Geologyisdirectobservationandinterpretationoffieldrelationstoinferhistoryandpresentstate e g hazardsandresources ofthesolidEarthanditsregions 2 GeochemistryistheapplicationofprinciplesofchemistrytounderstandtheEarth solid ocean andatmosphere 3 Likewise geophysicsandgeobiologybringthereductionistrigorofphysicsandbiologytotheinterpretationofgeologicalobservationandinference4 Theothersciencesareneededtolimitthespeculationofgeologiststoplausibleideas butgeologyistheanchorofEarthscience itprovidestheproblemstobesolved andtherecordofactualevents 地球化學(xué)的幾個(gè)經(jīng)典定義 地球化學(xué)科學(xué)地研究地殼中的化學(xué)元素 即地殼的原子 在可能范圍內(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)诳臻g上和時(shí)間上的分配和運(yùn)動(dòng) 以及它們?cè)诘厍蛏系某梢蜿P(guān)系 維爾納斯基 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的各種不同的熱力學(xué)與物理化學(xué)條件下的行為 費(fèi)爾斯曼 1922 研究地球及有關(guān)天體化學(xué)組成 化學(xué)作用及化學(xué)演化的學(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)的4個(gè)支柱 涂光熾 1982 是地學(xué)和化學(xué)的交叉學(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的分布 遷移規(guī)律 并運(yùn)用這些規(guī)律來解決有關(guān)的理論和實(shí)際問題 陳道公 支霞臣 1994 Ingeochemistry weusethetoolsofchemistrytosolvegeologicalproblems thatis weusechemistrytounderstandtheEarthandhowitworks 深入理解地球化學(xué)的定義 從研究對(duì)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 目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 在自然界的化學(xué)運(yùn)動(dòng)形式 從研究時(shí)間來看 包涵了整個(gè)地球 地殼演化和全部地質(zhì)作用時(shí)期 對(duì)單個(gè)元素 同位素 來講 是研究它們的發(fā)生 不斷發(fā)展及螺旋式演化的全部歷史 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)合的一門邊緣科學(xué)是地球科學(xué)中一門分支學(xué)科 目前已成為支撐地球科學(xué)的二級(jí)學(xué)科是研究自然體系中物質(zhì)化學(xué)運(yùn)動(dòng)形式的一門科學(xué) 二 地球化學(xué)學(xué)科的發(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)后的初期成為一門獨(dú)立學(xué)科作為獨(dú)立學(xué)科的重要標(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)科命名的學(xué)術(shù)刊物問世等 GeochimicaetCosmochimicaActa 20世紀(jì)60年代后地球化學(xué)學(xué)科獲得了重要而快速的發(fā)展 地球化學(xué)的發(fā)展大致經(jīng)歷兩個(gè)主要階段 經(jīng)典地球化學(xué)階段 20世紀(jì)20年代 50年代近現(xiàn)代地球化學(xué)階段 20世紀(jì)60年代以來 經(jīng)典地球化學(xué)階段 著重研究元素的豐度 分布和遷移 元素的地殼豐度 O Si Al Fe Ca Na etc 元素的地球豐度 Fe Ni etc 元素的宇宙豐度 H He研究的手段主要是無機(jī)化學(xué) 晶體化學(xué)和分析化學(xué)的方法 三個(gè)主要的代表性人物 克拉克 F W Clarke 維爾納茨基 B Bep a 戈 爾 德斯密特 V M Goldsmidt 克拉克 F W Clarke 1847 1931 美國化學(xué)家 地球化學(xué)的奠基者他研究了化學(xué)元素在地殼中的分布和豐度 克拉克值他和他的同事華盛頓 H S Washington 多次發(fā)表的 地殼的平均化學(xué)成分 和 地球化學(xué)資料 是最早的地球化學(xué)著作 FrankWigglesworthClarke 1847 1931 F W Clarke 1847 1931 wasachemistwhodeterminedthecompositionoftheEarth scrust HehasbeencalledtheFatherofGeochemistry 維爾納茨基 B Bep a 1863 1945 俄羅斯礦物學(xué)家首先提出了地球化學(xué)旋回的概念 并用它來闡述化學(xué)元素在前后相繼的地球化學(xué)作用中的演變歷史開創(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 費(fèi)爾斯曼 維爾納茨基的學(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 戈?duì)柕滤姑芴?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)的研究 提出礦物共生組合的戈氏相律首次將元素進(jìn)行地球化學(xué)分類 戈?duì)柕滤姑芴赜羞h(yuǎn)見地指出 地球化學(xué)不僅要研究元素的分布和豐度 而且要研究同位素的分布和豐度 不僅要研究地球的物質(zhì)成分 而且要研究宇宙的物質(zhì)成分他十分強(qiáng)調(diào)要研究那些支配元素和同位素分布的規(guī)律戈?duì)柕滤姑芴氐纳鲜鲇^點(diǎn) 對(duì)現(xiàn)代地球化學(xué)的發(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)典的元素地球化學(xué)著作戈?duì)柕滤姑芴卦诘聡缤⒏髮W(xué)工作多年 現(xiàn)在該大學(xué)設(shè)有戈?duì)柕滤姑芴氐厍蚧瘜W(xué)研究所 國際地球化學(xué)獎(jiǎng) 20世紀(jì)70年代起 美國地球化學(xué)協(xié)會(huì)為了表彰對(duì)地球化學(xué)發(fā)展做出貢獻(xiàn)的各國科學(xué)家 設(shè)立了戈?duì)柕滤姑芴鬲?jiǎng)和克拉克獎(jiǎng) 戈?duì)柕滤姑芴鬲?jiǎng) 獎(jiǎng)勵(lì)有重大貢獻(xiàn)的地球化學(xué)家克拉克獎(jiǎng) 獎(jiǎng)勵(lì)有成就的年青地球化學(xué)工作者 近現(xiàn)代地球化學(xué)階段 隨著各項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展 高溫高壓實(shí)驗(yàn)技術(shù) 宇航技術(shù) 核物理探測技術(shù)等 地球化學(xué)的研究領(lǐng)域不斷擴(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(duì)象的深部地球化學(xué) 形成了研究隕石 月球 宇宙塵等的宇宙化學(xué)發(fā)展了同位素研究 建立了同位素地球化學(xué)更加注意了物理化學(xué) 熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的理論和方法 發(fā)展了各種地球化學(xué)的模式研究 形成了地球化學(xué)全面發(fā)展的新時(shí)期 近現(xiàn)代地球化學(xué)的特點(diǎn) 研究領(lǐng)域不斷擴(kuò)大現(xiàn)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 有人形象地稱為上天 入地 下海 這是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對(duì)地球化學(xué)的要求 也是地球化學(xué)發(fā)展的必然結(jié)果 2 研究內(nèi)容不斷深化在不同的領(lǐng)域內(nèi) 現(xiàn)代地球化學(xué)都得到了不同程度的深入發(fā)展 建立了元素豐度體系 提出了更實(shí)用和有效的元素地球化學(xué)分類 提出了微量元素定量分配的理論模型 在同位素分餾作用中廣泛應(yīng)用了熱力學(xué)的理論和方法 3 人才 機(jī)構(gòu)不斷增加經(jīng)典的地球化學(xué)研究工作主要集中在美國 俄羅斯和德國等少數(shù)幾個(gè)國家 現(xiàn)代地球化學(xué)無論是在發(fā)達(dá)國家或是發(fā)展中國家都得到了迅速的發(fā)展 各個(gè)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(huì) 出版地球化學(xué)專門刊物 積極培養(yǎng)地球化學(xué)專業(yè)人材 有許多國家合作開展的全球性研究計(jì)劃促進(jìn)了各國有關(guān)地球化學(xué)學(xué)科的發(fā)展和研究水平的提高 4 地球化學(xué)的分支學(xué)科不斷涌現(xiàn)和建立隨著地球化學(xué)理論體系逐步建立及其和相鄰學(xué)科的互相結(jié)合和滲透 一些專門研究領(lǐng)域的地球化學(xué)分支學(xué)科迅速發(fā)展起來 地球化學(xué)的分支學(xué)科有許多劃分方法 按研究的空間范圍劃分 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(duì)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 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(huì) IUGS 和國際純粹和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì) IUPAC 都成立了地球化學(xué)的專門組織 1965年在巴黎成立了國際地球化學(xué)和宇宙化學(xué)學(xué)會(huì) IUGC 美國的地球化學(xué)研究隊(duì)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)邦政府的美國地質(zhì)調(diào)查所 USGS 私立的卡內(nèi)基研究院 CarnegielnstitutionofWashington 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) 俄羅斯的莫斯科大學(xué)等都是世界一流的地球化學(xué)研究中心 國際上主要學(xué)術(shù)刊物 GeochimicaetCosmochimicaActaEarthandPlanetaryScienceLettersGlobalBiogeochemicalCyclesJournalofGeophysicalResearchJournalofGeochemicalExplorationGeophysicalResearchLetters 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(huì)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(bào) 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 的化學(xué)組成 化學(xué)作用和化學(xué)演化 三 地球化學(xué)肩負(fù)的重任 1 地球化學(xué)與其他基礎(chǔ)學(xué)科一起 肩負(fù)著解決地球科學(xué)面臨的五大基本理論問題 太陽系 地球 生命 人類和元素的起源和演化的重大使命 2 地球化學(xué)作為地球科學(xué)的一門支柱學(xué)科 肩負(fù)著豐富地球科學(xué)理論和發(fā)展地球科學(xué)理論的重任 地球化學(xué)為地球科學(xué)的發(fā)展作出了重大貢獻(xiàn) 例如 1 地球的形成與演化同位素地質(zhì)年代學(xué)研究表明 地球的年齡為45億年 在西澳大利亞測得年齡為42億年的太古宙沉積巖中的碎屑鋯石年齡 說明花崗巖是地球歷史早期活動(dòng)的參與者 氣體地球化學(xué)研究表明 原始地球沒有大氣 大氣層是通過地球自身的排氣作用產(chǎn)生的 大約在18 5億年左右 2 地球化學(xué)為板塊構(gòu)造理論的建立過程立下不可磨滅的功勛板塊構(gòu)造簡單說來 就是地球的冷外殼即巖石圈分裂成數(shù)目有限的彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)的大板塊 新的巖石圈在洋中脊板塊離散處產(chǎn)生 并隨著時(shí)間和準(zhǔn)卻程度增加而加厚 在板塊匯聚處 即在島弧和年輕的山系所在處 老的大洋巖石圈又回返到地幔中去 板塊的這種運(yùn)動(dòng)模式已為地球化學(xué)所證實(shí) 洋中脊 海底擴(kuò)張 海底擴(kuò)張 t 0102030Ma 302010 3 地球化學(xué)為地外物質(zhì)撞擊地球引起生物大規(guī)模死亡事件提供了有力證據(jù) 西班牙BarrancodelGrederoK E剖面Ir 銥 含量的變化 4 地球化學(xué)在研究全球環(huán)境變化中也有著不可替代的地位 通過海底沉積物 湖泊沉積物 古土壤 樹木年輪和冰心的同位素和微量元素研究 可以恢復(fù)古氣候 了解古冰期和近萬年來的氣候和環(huán)境變化 并可探討地質(zhì)地球化學(xué)作用和人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響 預(yù)測未來的環(huán)境變化 骨痛病 的元兇是誰 在十九世紀(jì)末 歐洲有一個(gè)礦業(yè)主 開鉛 鋅礦暴發(fā)后 轉(zhuǎn)入了金融界 他在廢棄礦場附近的風(fēng)景優(yōu)美處 蓋起了一幢豪華別墅 把他的雙親及仆人接進(jìn)別墅享晚年 然而沒有過幾年 別墅中的主人 仆人都得了一種奇怪的病 渾身上下的骨骼疼痛難忍 到了后期骨骼極為疏松 手腳稍用力 彎腰略一閃 骨骼就斷裂 破碎 最后住在別墅中的人一個(gè)個(gè)在痛苦的呻吟中死去 克山病 Mo Se 5 大型 超大型礦床的形成 四 地球化學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀 一門蓬勃發(fā)展的年青學(xué)科理論體系不斷完善正向縱深和橫向發(fā)展 參與解決地球科學(xué)重大科學(xué)問題分析方法和實(shí)驗(yàn)技術(shù)不斷改進(jìn)已形成眾多的分支學(xué)科和新的增長點(diǎn) 地球化學(xué)主要分支學(xué)科 同位素地球化學(xué)微量元素地球化學(xué)巖石地球化學(xué)構(gòu)造地球化學(xué)勘查地球化學(xué)礦床地球化學(xué)宇宙化學(xué)實(shí)驗(yàn)地球化學(xué)區(qū)域地球化學(xué)環(huán)境地球化學(xué)生物地球化學(xué)海洋地球化學(xué)農(nóng)業(yè)地球化學(xué) 五 地球化學(xué)發(fā)展趨勢 1 從主要側(cè)重于地殼化學(xué)組成與某些化學(xué)作用 擴(kuò)展到地球深部及整個(gè)太陽系的化學(xué)作用和化學(xué)