地球化學(xué)第一章 總論

1、地球化學(xué) 陳遠(yuǎn)榮，陳遠(yuǎn)榮，桂林理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院桂林理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院20112011，秋季學(xué)期，秋季學(xué)期前前 言言一、主要講授內(nèi)容：1、總論（發(fā)展歷史、概念、方法論和主要任務(wù)）2、地球化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)地球化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí) 3、地球的化學(xué)組成4、元素的結(jié)合規(guī)律和賦存形式元素的結(jié)合規(guī)律和賦存形式 5、水水巖化學(xué)作用和水介質(zhì)中元素的遷移巖化學(xué)作用和水介質(zhì)中元素的遷移 6、地球化學(xué)熱力學(xué)和地球化學(xué)動(dòng)力學(xué)地球化學(xué)熱力學(xué)和地球化學(xué)動(dòng)力學(xué) 7、微量元素地球化學(xué)微量元素地球化學(xué) 8 8、同位素地球化學(xué)、同位素地球化學(xué) 二、主要參考書二、主要參考書1、個(gè)別元素地球化學(xué)：F元素地球化學(xué)劉英俊等，科學(xué)出版社，1984

2、F金的地球化學(xué)劉英俊，馬東升，科學(xué)出版社，1991F鎢的地球化學(xué)劉英俊，馬東升，科學(xué)出版社，1987FGeochemistryV. M. Goldschmidt, Oxford at the Clarendon Press, 1954 (地球化學(xué)V. M. 戈?duì)柕率┟芴?著， 沈永直，鄭康樂 譯，科學(xué)出版社，1959）F元素化學(xué)N. N. Greenwood, A. Earnshaw著，李學(xué)同等 譯，高等教育出版社1996。3、元素地球化學(xué)方法FUsing Geochemical Data: Evolution, Presenta- tion, InterpretationHugh R. Ro

3、llinson, Longman Scientific & Technical, 1993 (巖石地球化學(xué)Hugh R. Rollinson著, 楊明學(xué)等 譯，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2000：1、3、4、5章)F變質(zhì)巖原巖圖解判別法王仁民 等，地質(zhì)出版社1987（有關(guān)利用化學(xué)元素判別的部分）F勘查地球化學(xué)劉英俊，邱德同 等， 科學(xué)出版社，1987F礦物溫度計(jì)和礦物壓力計(jì)張儒媛，從柏林地質(zhì)出版社，1983F地球化學(xué)探礦阮天健，朱有光，地質(zhì)出版社，1982三、地球化學(xué)網(wǎng)站和三、地球化學(xué)網(wǎng)站和Google總 論F一、地球化學(xué)含義：F地球化學(xué)是研究自然界，主要是地球及其各組成部分的化學(xué)演化及

4、其機(jī)理的科學(xué)。它作為一門獨(dú)立學(xué)科形成于20世紀(jì)初，是化學(xué)與地質(zhì)學(xué)之間的交叉研究領(lǐng)域。二、地球化學(xué)的重要性地球化學(xué)的重要性F（1）作為地學(xué)的重要分支，從微觀角）作為地學(xué)的重要分支，從微觀角度審視各類自然地質(zhì)現(xiàn)象；度審視各類自然地質(zhì)現(xiàn)象；F（2）從地球化學(xué)解讀成礦體系；）從地球化學(xué)解讀成礦體系；F（3）是地學(xué)發(fā)展的需要、找礦勘查的）是地學(xué)發(fā)展的需要、找礦勘查的需要、國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。需要、國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。 一、回 溯 歷 史化學(xué)元素概念的發(fā)展化學(xué)元素概念的發(fā)展F公元前900年：易經(jīng)：世界萬物的根源是天、地、雷、火、風(fēng)澤、水、山。F戰(zhàn)國末年：尚書提出了“五行”的概念；在稍后的國語中認(rèn)為“土與金

5、、木、水、火雜以成百物”。F古希臘的哲學(xué)家亞里斯多德：世界由熱、冷、干、濕和以太五種“基本性質(zhì)”組成，前四種組合為火、氣、水、土火、氣、水、土四種元素，而以太組成與地球完全不同的天宇和星球。F春秋戰(zhàn)國時(shí)代春秋戰(zhàn)國時(shí)代管子管子的的“地?cái)?shù)篇地?cái)?shù)篇”記載：記載：“山山上有赭石者，其下有鐵；上有鉛者，其下有銀；上有赭石者，其下有鐵；上有鉛者，其下有銀；上有丹砂者，其下有黃金；上有磁石者，其下有上有丹砂者，其下有黃金；上有磁石者，其下有銅金銅金”，這里包含了利用礦物分帶和元素分帶找這里包含了利用礦物分帶和元素分帶找礦的思想。礦的思想。F唐代顏真卿曾記述：唐代顏真卿曾記述：“山上有蔥，地下有銀；山山上有蔥

6、，地下有銀；山上有韭，地下有金；山上有姜，下有銅錫上有韭，地下有金；山上有姜，下有銅錫”，這這里有植物找礦的思維。里有植物找礦的思維。 F北宋時(shí)期的沈括在北宋時(shí)期的沈括在“夢(mèng)溪筆談夢(mèng)溪筆談”中寫道：中寫道：“信州信州鉛山縣有苦泉，流以為澗。其水熬之，則成膽礬鉛山縣有苦泉，流以為澗。其水熬之，則成膽礬。烹膽礬則成銅，物之變化，固不可測。烹膽礬則成銅，物之變化，固不可測”，這里這里有銅可以隨天然水遷移的地球化學(xué)特征。有銅可以隨天然水遷移的地球化學(xué)特征。 F1316世紀(jì)：煉金術(shù)士和醫(yī)生們對(duì)亞里斯多德的四元素又補(bǔ)充了鹽、水銀和硫磺的性質(zhì)。F17世紀(jì)中葉認(rèn)為：元素是用化學(xué)方法不能再分的簡單物質(zhì)，但并不能

7、確定哪些物質(zhì)是這種“簡單物質(zhì)”。F18世紀(jì)后期：把“燃素”也看成化學(xué)元素。F19世紀(jì)初：英國道爾頓創(chuàng)立了原子學(xué)說，并著手測定物質(zhì)的原子量。開始將元素視為具有一定重量的同類原子，奠定了以原子量不同來確定不同化學(xué)元素的基礎(chǔ)。19世紀(jì)對(duì)化學(xué)元素認(rèn)識(shí)的飛躍世紀(jì)對(duì)化學(xué)元素認(rèn)識(shí)的飛躍1919世紀(jì)初世紀(jì)初：英國道爾頓創(chuàng)立了原子學(xué)說，并著手測定物質(zhì)的原子量。開始將元素視為具有一定重量的同類原子，奠定了以原子量不同來確定不同化學(xué)元素的基礎(chǔ)。1838：瑞士化學(xué)家舍恩拜因 (C. F.Schnbein, 1799 1868) 首次提出地球化學(xué)geochemistry這一術(shù)語1841：瑞典化學(xué)家貝齊里烏斯(J.J.

8、Berzelius, 17791848)據(jù)已發(fā)現(xiàn)的一些元素，如硫、磷等能以不同形式存在的事實(shí)，提出了“同素異性”的概念，由此而區(qū)分了化學(xué)元素與單質(zhì)的概念。19世紀(jì)對(duì)化學(xué)元素認(rèn)識(shí)的飛躍世紀(jì)對(duì)化學(xué)元素認(rèn)識(shí)的飛躍1862：法國礦物學(xué)家陳庫爾托斯(Alexandre-Emile Beguyer de Chancourtois, 18201866)對(duì)已知元素的系統(tǒng)組織提出了“圓柱螺旋”表，最早發(fā)現(xiàn)化學(xué)元素的周期性。1868：德國科爾契霍夫(G.R.Kirchhoff, 1824 1887)和本森(R.W. Bunsen, 18111899)發(fā)明光譜分析法。1868：俄羅斯門捷列夫創(chuàng)建周期律。1895：德

9、國倫琴（18451923）發(fā)現(xiàn)X-射線。1896：法國亨利（B.A. Henri，1852 1908）發(fā)現(xiàn)鈾鹽具有放射性。F各族中至下而上原子或離子的半徑減??；各族中至下而上原子或離子的半徑減??；F周期表中從左到右原子或離子的半徑減??；周期表中從左到右原子或離子的半徑減??；F對(duì)角線上下相鄰的兩離子半徑大致相同。對(duì)角線上下相鄰的兩離子半徑大致相同。1913年的重大突破年的重大突破英國科學(xué)家索迪(Frederick Soddy, 1877-1956)在研究放射性系列時(shí)發(fā)現(xiàn)，某些原子量相近的放射性元素之間不能用化學(xué)方法分離，也不能與某些原子量相近的天然非放射性元素分開，它們都落在元素周期表的同一個(gè)方

10、格中。為了說明該現(xiàn)象，他引入了同位素的概念。同年，英國科學(xué)家摩斯萊(Henry Gwyn Jeffries Moseley,1887-1915)系統(tǒng)研究了各種已知元素的X-射線的波長，提出原子的核電荷數(shù)是化學(xué)元素的特征。也在同一年，荷蘭業(yè)余理論物理學(xué)家布洛克（Anton van den Broek）提出，元素周期表應(yīng)以每種原子的核電荷數(shù)順序排列。 1923年國際原子量委員會(huì)決定：化學(xué)元素化學(xué)元素是指由具有相同核電是指由具有相同核電荷的同一類原子荷的同一類原子二、學(xué) 科 的 形成 和 發(fā) 展地球化學(xué)的誕生地球化學(xué)的誕生奠基階段（奠基階段（20世紀(jì)初世紀(jì)初30年代）年代） 地球化學(xué)作為一門獨(dú)立學(xué)科

11、形成于地球化學(xué)作為一門獨(dú)立學(xué)科形成于20世世紀(jì)初，主要奠基人為美國化學(xué)家紀(jì)初，主要奠基人為美國化學(xué)家克拉克克拉克(F.W. Clarke, 18471931)、挪威礦物學(xué)、挪威礦物學(xué)家和地球化學(xué)家家和地球化學(xué)家戈?duì)柕率访芴馗隊(duì)柕率访芴? V.M. Goldschmidt, 18881947)、俄羅斯礦物、俄羅斯礦物學(xué)家和地球化學(xué)家學(xué)家和地球化學(xué)家維爾納茨基維爾納茨基(18631945)及及費(fèi)爾斯曼費(fèi)爾斯曼(18831945)等。等。1908：F. W. Clarke出版了Date of Geochemistry發(fā)表了50個(gè)元素的地殼平均含量。2030年代期間年代期間：F挪威地球化學(xué)家V. M.

12、 Goldschmidt出版了Geochemistry。這是有關(guān)個(gè)別元素地球化學(xué)的第一本系統(tǒng)專著。F俄羅斯地球化學(xué)家維爾納茨基和費(fèi)爾斯曼等分別出版了地球化學(xué)概論和地球化學(xué)（共四卷），對(duì)生物地球化學(xué)、放射性元素地球化學(xué)、區(qū)域地球化學(xué)，以及偉晶巖和地球化學(xué)探礦（化探）進(jìn)行了論述。地球化學(xué)的發(fā)展地球化學(xué)的發(fā)展理論和學(xué)科發(fā)展階段（理論和學(xué)科發(fā)展階段（3060年代）年代） F二十世紀(jì)二十世紀(jì)30年代，前蘇聯(lián)的一些地球物理探礦學(xué)年代，前蘇聯(lián)的一些地球物理探礦學(xué)家首先運(yùn)用光譜分析結(jié)果評(píng)價(jià)物探異常是否屬于家首先運(yùn)用光譜分析結(jié)果評(píng)價(jià)物探異常是否屬于礦致異常。礦致異常。 F蘇聯(lián)取得成功后，挪威、瑞典、芬蘭紛紛仿效

13、。蘇聯(lián)取得成功后，挪威、瑞典、芬蘭紛紛仿效。于于40年代美國、加拿大等國家也開始做試驗(yàn)，并年代美國、加拿大等國家也開始做試驗(yàn)，并取得明顯效果。取得明顯效果。F50年代，英法等國也得到應(yīng)用，以后逐步推廣到年代，英法等國也得到應(yīng)用，以后逐步推廣到其他國家。其他國家。 F我國在50年代形成了獨(dú)立的地球化學(xué)學(xué)科，成立了有關(guān)的研究室、所和教研室，開展了針對(duì)找礦的地球化學(xué)勘察和填圖。地球化學(xué)的學(xué)科滲透地球化學(xué)的學(xué)科滲透深入發(fā)展和交叉擴(kuò)散階段（深入發(fā)展和交叉擴(kuò)散階段（60年代迄今）年代迄今） F新的儀器測試技術(shù)、研究方法和新的探測領(lǐng)域F對(duì)有關(guān)經(jīng)濟(jì)重要性和指示性元素及元素群認(rèn)識(shí)的深化F元素豐度和背景數(shù)據(jù)的補(bǔ)充

14、和更新F地質(zhì)流體的元素地球化學(xué)研究F向各個(gè)相關(guān)領(lǐng)域快速擴(kuò)散，針對(duì)不同研究領(lǐng)域而發(fā)展出大量分支學(xué)科，等等。 發(fā) 展 趨 勢(shì)（1） 在研究規(guī)模上, 從局部地區(qū)向全球?qū)Ρ劝l(fā)展；（2） 在成果性質(zhì)上, 從解釋性向預(yù)測性發(fā)展；（3） 在研究領(lǐng)域上, 從資源向環(huán)境發(fā)展；（4） 在研究形式上, 從靜態(tài)描述向動(dòng)態(tài)過程發(fā)展；（5） 在研究對(duì)象上, 從單體向其界面及相互作用發(fā)展；（6） 在物質(zhì)組分上, 從含量確定向通量研究發(fā)展；（7） 在自然作用上, 從研究顯性過程向隱性過程發(fā)展；（8） 在科研協(xié)作上, 從單一學(xué)科向大跨度學(xué)科滲透發(fā)展；（9） 在研究重點(diǎn)上, 從固體研究向流體作用發(fā)展。F元素種類元素種類 貴金屬元

15、素、稀缺元素和為不同研究目的尋找新的指示元素。F自然過程自然過程 深部作用，低溫過程，動(dòng)力學(xué)過程，地流體（Geofluid）及其作用，生物作用，以及不同地質(zhì)過程的相互作用。F應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域 農(nóng)業(yè)，養(yǎng)殖業(yè)，礦產(chǎn)資源綜合利用，環(huán)境中元素的生物效應(yīng)，環(huán)境和水污染及其監(jiān)測、治理和可持續(xù)發(fā)展。1、擴(kuò)展研究范圍、擴(kuò)展研究范圍 2、引進(jìn)先進(jìn)手段：在宏觀和微觀上發(fā)展和應(yīng)用更精確、更靈敏、更快速、更完整的觀察、測試手段和儀器設(shè)備，包括微區(qū)微量、遙測遙感和有關(guān)的數(shù)字化信息處理技術(shù)。3、研究組合關(guān)系：在對(duì)個(gè)別元素研究的基礎(chǔ)上，深入認(rèn)識(shí)和確定不同環(huán)境條件和自然過程及其相互作用的元素組合關(guān)系特征。4、重視區(qū)域研究：地

16、球化學(xué)省和金屬成礦省的分布與成因；元素背景值的精確和完善及其結(jié)構(gòu)研究，尤其是地流體的地球化學(xué)背景；自然過程的元素區(qū)域通量研究；建立區(qū)域地球化學(xué)數(shù)據(jù)庫。5、 發(fā)展基礎(chǔ)理論：元素的遷移形式、賦存狀態(tài)和活化與沉淀?xiàng)l件，尤其是溶液地球化學(xué)；補(bǔ)充完善元素的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)，尤其是在高溫高壓條件下的參數(shù)；發(fā)展有關(guān)元素活化遷移沉淀的實(shí)驗(yàn)地球化學(xué)和數(shù)值模擬技術(shù)和方法，并建立相關(guān)模型和發(fā)展新的理論或假說。6、 探索未知領(lǐng)域：發(fā)現(xiàn)新的元素存在形式和狀態(tài)；研究勘查自然新領(lǐng)域的化學(xué)特征、作用過程和演化歷史等。三、地球化學(xué)基本思想和任務(wù)的發(fā)展三、地球化學(xué)基本思想和任務(wù)的發(fā)展 任何學(xué)科在發(fā)展的不同階段都有它的特任何學(xué)科

17、在發(fā)展的不同階段都有它的特定研究對(duì)象和研究范圍。它們由所要了解和定研究對(duì)象和研究范圍。它們由所要了解和解決的問題決定。地球化學(xué)自解決的問題決定。地球化學(xué)自20世紀(jì)世紀(jì)60年代年代末發(fā)生了由發(fā)展的第一階段向發(fā)展的第二階末發(fā)生了由發(fā)展的第一階段向發(fā)展的第二階段的轉(zhuǎn)變，表現(xiàn)為地球化學(xué)基本思想、研究段的轉(zhuǎn)變，表現(xiàn)為地球化學(xué)基本思想、研究對(duì)象、研究層次和研究范圍均發(fā)生了重大突對(duì)象、研究層次和研究范圍均發(fā)生了重大突變，促使地球化學(xué)更迅猛地發(fā)展。然而，迄變，促使地球化學(xué)更迅猛地發(fā)展。然而，迄今在我國地學(xué)界甚至地球化學(xué)界，還有不少今在我國地學(xué)界甚至地球化學(xué)界，還有不少人對(duì)地球化學(xué)的基本認(rèn)識(shí)還處于滯后狀態(tài)，人對(duì)

18、地球化學(xué)的基本認(rèn)識(shí)還處于滯后狀態(tài)，或者尚未完全跟上新的發(fā)展形勢(shì)。這不利于或者尚未完全跟上新的發(fā)展形勢(shì)。這不利于我國地球化學(xué)跨越式地發(fā)展。我國地球化學(xué)跨越式地發(fā)展。（一）地球化學(xué)發(fā)展第一階段的基本思想（一）地球化學(xué)發(fā)展第一階段的基本思想和研究范圍和研究范圍F地球化學(xué)發(fā)展的第一階段是自地球化學(xué)發(fā)展的第一階段是自2020世紀(jì)初建立發(fā)展至世紀(jì)初建立發(fā)展至6060年代末的這一時(shí)期。年代末的這一時(shí)期。2020世紀(jì)初隨著大量巖層、巖石、世紀(jì)初隨著大量巖層、巖石、礦物以及隕石等化學(xué)分析數(shù)據(jù)的積累，揭示出化學(xué)元礦物以及隕石等化學(xué)分析數(shù)據(jù)的積累，揭示出化學(xué)元素在地殼、不同巖石和礦物及不同類型隕石等中是有素在地殼、

19、不同巖石和礦物及不同類型隕石等中是有規(guī)律地分布和分配的，地球化學(xué)就應(yīng)闡明元素在地殼規(guī)律地分布和分配的，地球化學(xué)就應(yīng)闡明元素在地殼及其組成巖石和礦物中的分布和分配規(guī)律的需要，而及其組成巖石和礦物中的分布和分配規(guī)律的需要，而發(fā)芽成長了。隨之，人類對(duì)礦產(chǎn)資源日益增長的需求發(fā)芽成長了。隨之，人類對(duì)礦產(chǎn)資源日益增長的需求，又促進(jìn)地球化學(xué)發(fā)展了地殼中元素集中、分散和遷，又促進(jìn)地球化學(xué)發(fā)展了地殼中元素集中、分散和遷移理論，以便更深入地研究礦產(chǎn)和巖石等形成規(guī)律，移理論，以便更深入地研究礦產(chǎn)和巖石等形成規(guī)律，提供更有效的找礦方法。提供更有效的找礦方法。因此這一階段的地球化學(xué)就因此這一階段的地球化學(xué)就以以“元素原

20、子自然歷史元素原子自然歷史”的基本思想為特征，地球化的基本思想為特征，地球化學(xué)的研究范圍也主要就是元素在地殼中的分布、分配學(xué)的研究范圍也主要就是元素在地殼中的分布、分配、集中、分散及遷移歷史，對(duì)象基本是地殼中的元素、集中、分散及遷移歷史，對(duì)象基本是地殼中的元素原子。原子。（二）現(xiàn)階段地球化學(xué)的基本思想、研究（二）現(xiàn)階段地球化學(xué)的基本思想、研究對(duì)象和研究層次對(duì)象和研究層次1. 地球化學(xué)進(jìn)入新發(fā)展階段的背景：地球化學(xué)進(jìn)入新發(fā)展階段的背景：F上世紀(jì)上世紀(jì)60年代中現(xiàn)代板塊構(gòu)造學(xué)說興起，引起了地年代中現(xiàn)代板塊構(gòu)造學(xué)說興起，引起了地學(xué)界的思想革命，使之首次真正能從全球甚至太陽學(xué)界的思想革命，使之首次真正

21、能從全球甚至太陽系和宇宙的視野來思考研究地學(xué)問題。板塊學(xué)說本系和宇宙的視野來思考研究地學(xué)問題。板塊學(xué)說本身的深入研究和論證，就涉及殼身的深入研究和論證，就涉及殼/幔相互作用、洋幔相互作用、洋/陸陸相互作用、地幔對(duì)流和動(dòng)力學(xué)等層次的問題。此外相互作用、地幔對(duì)流和動(dòng)力學(xué)等層次的問題。此外，工業(yè)發(fā)展帶來的環(huán)境惡化問題，如全球變暖，也，工業(yè)發(fā)展帶來的環(huán)境惡化問題，如全球變暖，也涉及大氣圈、水圈、生物圈和巖石圈相互作用和物涉及大氣圈、水圈、生物圈和巖石圈相互作用和物質(zhì)循環(huán)問題。這些問題都要求地球化學(xué)參與研究。質(zhì)循環(huán)問題。這些問題都要求地球化學(xué)參與研究。F地球化學(xué)本身發(fā)展了微量元素和同位素示蹤等研究地球化

22、學(xué)本身發(fā)展了微量元素和同位素示蹤等研究地球深部組成和過程以及地球?qū)尤ρ莼睦碚摵头降厍蛏畈拷M成和過程以及地球?qū)尤ρ莼睦碚摵头椒ǎ簿邆淞藚⑴c地球及其層圈這一層次問題研究法，也具備了參與地球及其層圈這一層次問題研究的可能。的可能。2.現(xiàn)階段地球化學(xué)的基本思想與研究對(duì)象F1973年，美國國家科學(xué)院地球化學(xué)定位小組在“地球化學(xué)定位”（Orientations In Geochemistry)一書中關(guān)于地球化學(xué)的定義表述為：“地球化學(xué)是涉及地球和太陽系的化學(xué)成分和化學(xué)演化的的科學(xué)領(lǐng)域，它包括所有對(duì)其做出貢獻(xiàn)的學(xué)科的化學(xué)方面”，“亦即探索地球和行星演化的全部化學(xué)就是地球化學(xué)?！盕可見地球化學(xué)這種定位已

23、經(jīng)更為接近地球化學(xué)專司研究寓于地球物質(zhì)運(yùn)動(dòng)中的化學(xué)形式運(yùn)動(dòng)的學(xué)科本質(zhì)。F地球化學(xué)的研究對(duì)象已由化學(xué)元素在地殼中的行為和遷移歷史闊寬至地球及其層圈的化學(xué)組成、化學(xué)作用和化學(xué)演化；并由元素原子層次為主上升到地球及其層圈甚至行星和太陽系化學(xué)的層次。續(xù)前F雖然現(xiàn)階段的地球化學(xué)仍需有關(guān)于元素自然化學(xué)行為和歷史研究部分，但其內(nèi)涵與目的已同上階段有所不同。其表現(xiàn)為：1）研究已由地殼中的元素行為和歷史闊寬到元素在各地圈中的行為及在各地圈間的循環(huán)歷史。2）除在與元素行為和遷移歷史直接有關(guān)的成礦作用和環(huán)境污染等研究方面，原來研究元素集中、分散和遷移的思路和方法尚可借鑒外，現(xiàn)階段元素（更多情況下元素組合和同位素系統(tǒng)

24、組合）自然行為和歷史研究，只是作為一種揭示某種地質(zhì)作用機(jī)制和類型、層圈相互作用過程和層圈化學(xué)演化歷史的手段在進(jìn)行，而不是作為原來意義的研究目的。F3）由于固體地球?qū)尤χg或之內(nèi)物質(zhì)和能量交換及動(dòng)能傳遞，主要是通過巖漿、沉積、和變質(zhì)等作用進(jìn)行的，因此強(qiáng)調(diào)這些作用化學(xué)過程、化學(xué)機(jī)制及其中元素和同位素行為的研究，以利于地球及其層圈的化學(xué)演化的探索。四、地球化學(xué)的基本觀點(diǎn)與方法論四、地球化學(xué)的基本觀點(diǎn)與方法論 在地球化學(xué)教學(xué)和書籍中很少見到在地球化學(xué)教學(xué)和書籍中很少見到有關(guān)地球化學(xué)方法論的專門論述。這種有關(guān)地球化學(xué)方法論的專門論述。這種情況非常不利于培養(yǎng)學(xué)生地球化學(xué)研究情況非常不利于培養(yǎng)學(xué)生地球化學(xué)研

25、究的思路和能力。然而，在許多地球化學(xué)的思路和能力。然而，在許多地球化學(xué)巨匠的著作和論文中，巨匠的著作和論文中，不乏淺藏著的閃不乏淺藏著的閃光的思想和深刻的哲理。光的思想和深刻的哲理?？偨Y(jié)現(xiàn)代地球總結(jié)現(xiàn)代地球科學(xué)和地球化學(xué)已經(jīng)取得的成就及其基科學(xué)和地球化學(xué)已經(jīng)取得的成就及其基本思想，可以提出以下地球化學(xué)研究的本思想，可以提出以下地球化學(xué)研究的基本指導(dǎo)思想和方法論，共同學(xué)們參考基本指導(dǎo)思想和方法論，共同學(xué)們參考和借鑒。和借鑒。（一）地球物質(zhì)客體運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律（一）地球物質(zhì)客體運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律 地球物質(zhì)客體運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律反映的地球物質(zhì)客體運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律反映的不是個(gè)別的、具體的地球物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的規(guī)不是個(gè)別的

26、、具體的地球物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，而是概括地球物質(zhì)客體整體為對(duì)象律，而是概括地球物質(zhì)客體整體為對(duì)象的一般運(yùn)動(dòng)規(guī)律。關(guān)于地球物質(zhì)運(yùn)動(dòng)及的一般運(yùn)動(dòng)規(guī)律。關(guān)于地球物質(zhì)運(yùn)動(dòng)及寓于其中的地球化學(xué)運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律的認(rèn)寓于其中的地球化學(xué)運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律的認(rèn)識(shí)或觀點(diǎn)，具有指導(dǎo)地球科學(xué)及其各學(xué)識(shí)或觀點(diǎn)，具有指導(dǎo)地球科學(xué)及其各學(xué)科研究的認(rèn)識(shí)論和方法論意義。現(xiàn)今有科研究的認(rèn)識(shí)論和方法論意義?，F(xiàn)今有關(guān)地球化學(xué)運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律的認(rèn)識(shí)或觀點(diǎn)關(guān)地球化學(xué)運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律的認(rèn)識(shí)或觀點(diǎn)主要有：主要有：1.1.地球化學(xué)系統(tǒng)觀點(diǎn)及其方法論意義地球化學(xué)系統(tǒng)觀點(diǎn)及其方法論意義（1）地球物質(zhì)客體，同任何事物一樣，均以系統(tǒng)的方式）地球物質(zhì)客體，同任何事物一樣，均

27、以系統(tǒng)的方式而存在，并在自身的內(nèi)在矛盾運(yùn)動(dòng)中及與環(huán)境的相互而存在，并在自身的內(nèi)在矛盾運(yùn)動(dòng)中及與環(huán)境的相互作用中而發(fā)展。這里的系統(tǒng)律特別強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)（體系）作用中而發(fā)展。這里的系統(tǒng)律特別強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)（體系）的組成、結(jié)構(gòu)與狀態(tài)制約著其中物質(zhì)運(yùn)動(dòng)特性與物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)與狀態(tài)制約著其中物質(zhì)運(yùn)動(dòng)特性與物質(zhì)的行為，即離開特定的系統(tǒng)談不上物質(zhì)和運(yùn)動(dòng)的具體的行為，即離開特定的系統(tǒng)談不上物質(zhì)和運(yùn)動(dòng)的具體行為與特性。同時(shí)還需強(qiáng)調(diào)地球和地球化學(xué)系統(tǒng)的復(fù)行為與特性。同時(shí)還需強(qiáng)調(diào)地球和地球化學(xué)系統(tǒng)的復(fù)雜性。雜性。（2 2）規(guī)律的闡明：）規(guī)律的闡明：F 地球作為太陽系的一個(gè)子系統(tǒng)，有較小適中的體積，地球作為太陽系的一個(gè)子系統(tǒng)，有

28、較小適中的體積，在太陽系中的軌道使地表溫度有利于水的大量存在，在太陽系中的軌道使地表溫度有利于水的大量存在，這決定著生物圈的出現(xiàn)與發(fā)展，最終導(dǎo)致地球以具有這決定著生物圈的出現(xiàn)與發(fā)展，最終導(dǎo)致地球以具有含自由氧的大氣圈、花崗質(zhì)的地殼、發(fā)育的生命圈等含自由氧的大氣圈、花崗質(zhì)的地殼、發(fā)育的生命圈等而不同于其他行星。而不同于其他行星。接上接上F地球系統(tǒng)中元素顯示出對(duì)氧、硫或鐵的明顯親地球系統(tǒng)中元素顯示出對(duì)氧、硫或鐵的明顯親和性，而不同于人為系統(tǒng)，這首先取決于地球和性，而不同于人為系統(tǒng)，這首先取決于地球系統(tǒng)中各種陽離子元素原子總熟大大多于陰離系統(tǒng)中各種陽離子元素原子總熟大大多于陰離子氧和硫原子的總數(shù)，使

29、化學(xué)反應(yīng)抑制法則發(fā)子氧和硫原子的總數(shù)，使化學(xué)反應(yīng)抑制法則發(fā)生了作用。生了作用。F碳元素在無機(jī)、有機(jī)和生命系統(tǒng)中的行為完全碳元素在無機(jī)、有機(jī)和生命系統(tǒng)中的行為完全不同，就好象是不同的元素。不同，就好象是不同的元素。F不同區(qū)域殼、幔組成和狀態(tài)的差異，決定著各不同區(qū)域殼、幔組成和狀態(tài)的差異，決定著各該區(qū)域巖石和礦產(chǎn)特征和類型的不同。該區(qū)域巖石和礦產(chǎn)特征和類型的不同。F表生系統(tǒng)與內(nèi)生系統(tǒng)性質(zhì)和狀態(tài)不同，其中化表生系統(tǒng)與內(nèi)生系統(tǒng)性質(zhì)和狀態(tài)不同，其中化學(xué)過程與元素行為也差異較大。學(xué)過程與元素行為也差異較大。（3）方法論意義）方法論意義F任何特定事物運(yùn)動(dòng)均需置于它所處的特定系統(tǒng)中任何特定事物運(yùn)動(dòng)均需置于它所

30、處的特定系統(tǒng)中來考查研究，以系統(tǒng)的特性來約束事物的性質(zhì)與來考查研究，以系統(tǒng)的特性來約束事物的性質(zhì)與行為。行為。 F系統(tǒng)均具有結(jié)構(gòu)性和層次性，研究低一層次結(jié)構(gòu)系統(tǒng)均具有結(jié)構(gòu)性和層次性，研究低一層次結(jié)構(gòu)部分（系統(tǒng)的子系統(tǒng)），需要以高一層次系統(tǒng)的部分（系統(tǒng)的子系統(tǒng)），需要以高一層次系統(tǒng)的特征來約束。特征來約束。 F地球科學(xué)應(yīng)用力學(xué)、物理學(xué)和化學(xué)原理于地球系地球科學(xué)應(yīng)用力學(xué)、物理學(xué)和化學(xué)原理于地球系統(tǒng)時(shí)均需按地球系統(tǒng)的特殊性加以修正、甚至改統(tǒng)時(shí)均需按地球系統(tǒng)的特殊性加以修正、甚至改造和發(fā)展。所以才需要建立構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、地球物造和發(fā)展。所以才需要建立構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)、地球化學(xué)等。理學(xué)、地球化學(xué)等。

31、2.寓于地球物質(zhì)運(yùn)動(dòng)中的化學(xué)、力學(xué)（機(jī)械）、寓于地球物質(zhì)運(yùn)動(dòng)中的化學(xué)、力學(xué)（機(jī)械）、物理學(xué)和生物學(xué)形式的運(yùn)動(dòng)相互制約和相互轉(zhuǎn)化物理學(xué)和生物學(xué)形式的運(yùn)動(dòng)相互制約和相互轉(zhuǎn)化的觀點(diǎn)的觀點(diǎn) （1 1） 觀點(diǎn)的闡明觀點(diǎn)的闡明 板塊聚會(huì)帶洋殼板片向大陸之下的俯沖，主要是構(gòu)造（力學(xué)）運(yùn)動(dòng)，然而，隨洋殼板片的下插，溫壓就會(huì)不斷升高（物理場變化），從而導(dǎo)致洋殼板片脫水和變質(zhì)（化學(xué)反應(yīng)），如有遠(yuǎn)洋沉積物隨洋殼俯沖，則其中所含的生物遺體有機(jī)分子就會(huì)發(fā)生降解作用（生物化學(xué)反應(yīng)）。這既可說明力學(xué)、物理、化學(xué)和生物形式運(yùn)動(dòng)的相互依存和相互制約性，又顯示了構(gòu)造（力學(xué)）運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)了（或轉(zhuǎn)化出）物理學(xué)和化學(xué)運(yùn)動(dòng)。接上接上 然而，

32、洋殼俯沖這一構(gòu)造（力學(xué)）運(yùn)動(dòng)卻是然而，洋殼俯沖這一構(gòu)造（力學(xué)）運(yùn)動(dòng)卻是由物理由物理- -化學(xué)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)的。按板塊構(gòu)造學(xué)說，化學(xué)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)的。按板塊構(gòu)造學(xué)說，洋殼俯沖是受：（洋殼俯沖是受：（1 1）由地幔對(duì)流引起的海底）由地幔對(duì)流引起的海底擴(kuò)張及（擴(kuò)張及（2 2）冷的較致密的鎂鐵質(zhì)洋殼的下沉）冷的較致密的鎂鐵質(zhì)洋殼的下沉和拖曳驅(qū)動(dòng)的。地幔對(duì)流則是由地幔溫壓的和拖曳驅(qū)動(dòng)的。地幔對(duì)流則是由地幔溫壓的不均一所致（物理因素）、后者則與放射性不均一所致（物理因素）、后者則與放射性元素分布不均有關(guān)（化學(xué)因素）；高溫低密元素分布不均有關(guān)（化學(xué)因素）；高溫低密度流體上升、冷的高密度物質(zhì)下降（物理過度流體上升、冷的高

33、密度物質(zhì)下降（物理過程），鎂鐵質(zhì)巖石密度大于長英質(zhì)巖石（化程），鎂鐵質(zhì)巖石密度大于長英質(zhì)巖石（化學(xué)因素），表明物理學(xué)因素），表明物理- -化學(xué)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)了構(gòu)造（化學(xué)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)了構(gòu)造（力學(xué)）運(yùn)動(dòng)，所以不同形式的運(yùn)動(dòng)是相互驅(qū)力學(xué)）運(yùn)動(dòng)，所以不同形式的運(yùn)動(dòng)是相互驅(qū)動(dòng)或轉(zhuǎn)化的。動(dòng)或轉(zhuǎn)化的。（2）方法論意義）方法論意義F研究和解決任何地學(xué)問題均需由各種形式研究和解決任何地學(xué)問題均需由各種形式基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)或側(cè)面進(jìn)行綜合分析，并應(yīng)在此基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)或側(cè)面進(jìn)行綜合分析，并應(yīng)在此認(rèn)識(shí)高度上，處理好多學(xué)科研究過程中學(xué)認(rèn)識(shí)高度上，處理好多學(xué)科研究過程中學(xué)科之間的關(guān)系?？浦g的關(guān)系。 F對(duì)地學(xué)問題開展地球化學(xué)學(xué)科研究時(shí)，必對(duì)地學(xué)問

34、題開展地球化學(xué)學(xué)科研究時(shí)，必須自覺地以其他學(xué)科獲得的客觀資料、規(guī)須自覺地以其他學(xué)科獲得的客觀資料、規(guī)律與成果，約束本學(xué)科的構(gòu)思。律與成果，約束本學(xué)科的構(gòu)思。 F應(yīng)善于將地學(xué)問題剖析為地球化學(xué)學(xué)科性應(yīng)善于將地學(xué)問題剖析為地球化學(xué)學(xué)科性質(zhì)的問題來研究，以發(fā)揮本學(xué)科的專長和質(zhì)的問題來研究，以發(fā)揮本學(xué)科的專長和優(yōu)勢(shì)。優(yōu)勢(shì)。 3.地球?qū)尤ο嗷プ饔门c物質(zhì)（再）循環(huán)的地球?qū)尤ο嗷プ饔门c物質(zhì)（再）循環(huán)的觀點(diǎn)觀點(diǎn)（1 1）觀點(diǎn)的闡明）觀點(diǎn)的闡明 地球形成初期，發(fā)生物質(zhì)分異形成了地球的層圈結(jié)構(gòu)地球形成初期，發(fā)生物質(zhì)分異形成了地球的層圈結(jié)構(gòu)，而后由于各層圈在物質(zhì)組成、能量和狀態(tài)方面的差，而后由于各層圈在物質(zhì)組成、能

35、量和狀態(tài)方面的差異及同一層圈內(nèi)組成和能量的不均一性，必然導(dǎo)致層異及同一層圈內(nèi)組成和能量的不均一性，必然導(dǎo)致層圈的相互作用圈的相互作用物質(zhì)和能量交換及動(dòng)量傳遞，以及物質(zhì)和能量交換及動(dòng)量傳遞，以及層圈內(nèi)的物質(zhì)和能量對(duì)流，推動(dòng)著地球及其層圈的發(fā)層圈內(nèi)的物質(zhì)和能量對(duì)流，推動(dòng)著地球及其層圈的發(fā)展演化。這種地球動(dòng)力學(xué)統(tǒng)系中的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，在展演化。這種地球動(dòng)力學(xué)統(tǒng)系中的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，在寓于其中的不同形式基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)方面表現(xiàn)是不同的。地寓于其中的不同形式基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)方面表現(xiàn)是不同的。地球化學(xué)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為層圈間的物質(zhì)交換和循環(huán)及層圈內(nèi)球化學(xué)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為層圈間的物質(zhì)交換和循環(huán)及層圈內(nèi)的物質(zhì)分異和演化；力學(xué)（構(gòu)造）運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為

36、層圈間的物質(zhì)分異和演化；力學(xué)（構(gòu)造）運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為層圈間的動(dòng)量傳遞與板塊的離散與會(huì)聚的動(dòng)量傳遞與板塊的離散與會(huì)聚 ; ;而地球物理運(yùn)動(dòng)則而地球物理運(yùn)動(dòng)則主要表現(xiàn)為層圈間和層圈內(nèi)的熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流。主要表現(xiàn)為層圈間和層圈內(nèi)的熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流。(2) 方法論意義方法論意義 地球?qū)尤ο嗷プ饔脴?gòu)成了一個(gè)完整的地球動(dòng)地球?qū)尤ο嗷プ饔脴?gòu)成了一個(gè)完整的地球動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)。所有地學(xué)問題的研究均應(yīng)以地球?qū)恿W(xué)系統(tǒng)。所有地學(xué)問題的研究均應(yīng)以地球?qū)尤ο嗷プ饔玫乃枷霝橹笇?dǎo)。例如，現(xiàn)今國際地圈相互作用的思想為指導(dǎo)。例如，現(xiàn)今國際地球科學(xué)的兩大前沿領(lǐng)域球科學(xué)的兩大前沿領(lǐng)域全球變化和大陸動(dòng)全球變化和大陸動(dòng)力學(xué)研究，均是以層圈相互作用為

37、指導(dǎo)思想，力學(xué)研究，均是以層圈相互作用為指導(dǎo)思想，以層圈間物質(zhì)循環(huán)為方法手段。不同的只是：以層圈間物質(zhì)循環(huán)為方法手段。不同的只是：全球變化研究涉及的是大氣圈、水圈、生物圈全球變化研究涉及的是大氣圈、水圈、生物圈和巖石圈（即天、地、生）的相互作用和物質(zhì)和巖石圈（即天、地、生）的相互作用和物質(zhì)循環(huán)；而大陸動(dòng)力學(xué)研究涉及的是地殼、地幔循環(huán)；而大陸動(dòng)力學(xué)研究涉及的是地殼、地幔和地核的相互作用與物質(zhì)循環(huán)。和地核的相互作用與物質(zhì)循環(huán)。4.地球化學(xué)演化的旋回性和不可逆性地球化學(xué)演化的旋回性和不可逆性觀點(diǎn)觀點(diǎn)(2)觀點(diǎn)的闡明觀點(diǎn)的闡明F地球上同一地質(zhì)現(xiàn)象和作用，諸如巖漿、沉積地球上同一地質(zhì)現(xiàn)象和作用，諸如巖漿、沉積、變質(zhì)等地質(zhì)作用與造山運(yùn)動(dòng)等，在各個(gè)地質(zhì)、變質(zhì)等地質(zhì)作用與造山運(yùn)動(dòng)等，在各個(gè)地質(zhì)時(shí)代和階段均有發(fā)生，表明在地球歷史中相同時(shí)代和階段