中国地质大学(武汉)地球化学-绪论.ppt

地 球 化 学 绪 论 一、地球科学与地球化学 地球系统的物质运动可以表现为力学的、物理学的、化学的和生物学的运动形式，而且各种运动形式相互作用，构成综合、复杂的高级运动。对地球及各子系统中各类基础运动形式的综合研究，是地球科学的目标和任务。 地球物质的各种运动形式是互相依存、互相制约和互相转化的。 地球是一个极其复杂的物质体系，地质体或地球各层圈构成地球的子系统。地球科学的众多分支学科从不同侧面研究地球的过去和现在。地球运动的载体是地球系统中的物质，原子和离子是这些物质客体中具有独立化学个性的最小组成单位，地球化学从这些最小的化学组成单位入手，着重研究地球及其子系统中物质的的化学运动。 地球化学的研究目标与其它地球科学一致，它与其它地球科学之间只是在解决问题的途径上有所不同。地球化学与化学的基本目标不同，化学的任务是要阐明化学元素间结合的化学键、尝试合成新的化合物等，而地球化学是通过应用化学理论来阐明元素在自然界的行为，并籍此探索地球的奥秘。从这个意义上讲，地球化学无疑不是化学类的学科，而是地球科学中的一个二级学科。 二、地球化学的基本问题及定义 1、地球化学的研究思路 地球化学是20世纪初期由地质学与化学类学科结合产生的一门边缘学科。现在它已经形成了自己独立的研究思路和研究方法，地球化学的基本研究思路可概括为： （1）自然过程在形成宏观地质体的同时，也留下了许多微观踪迹。如造成了系统各部分常量、微量元素和同位素组成的变化，元素相互结合和赋存状态的改变。这些微观踪迹中包含着重要的地球演化信息，地球化学就是通过识别这些微观踪迹来追索地球的历史。 （2）自然界物质的运动和存在状态是环境和体系介质条件的函数。地球化学将任何自然过程都看成是热力学过程，特定的环境和物理化学条件对具有独立个性的原子产生作用，使后者产生规律的变化。应用现代科学理论来解释自然体系化学变化的原因和条件，有可能在更深层次上探讨和认识自然作用的机制。 （3）地球化学问题必须置于地球及其子系统（区域岩石圈、壳、幔）中进行分析，以系统的组成和状态来约束其中作用过程的特征和元素的行为。 由于地质作用规模宏大、时间持久、作用因素复杂且多次作用叠加，地球化学研究必须观察和分析多种变量，确立多层次的指标，才有可能追踪地球的历史。 2)元素的共生组合和赋存形式问题 具有相同或相似迁移历史和分配规律的各种元素在地质体中有规律的组合，称为元素的共生组合。不同组成和不同成因的地质体，各有特定的元素组合。例如，Cu、Pb、Zn等常在热液矿床中富集，Cr、Ni、Co和铂族等则在基性、超基性岩中成矿。不同元素的存在形式也各不相同，如在岩石圈中，Ti、Cr、Mn等呈氧化物，Cu、Pb、Zn、Ni、Co等多呈硫化物，铂族元素除少量形成硫化物外，主要呈自然元素和金属互化物形式存在。不同的元素共生组合，也是元素在不同热动力条件下遵循一定分配规律的反映。元素在系统中不同部分的分配往往是不均匀的，元素在系统中分配的不均匀性，导致了元素在子系统中的分散和集中。 3、元素的迁移 元素的重新组合常伴随元素的空间位移及元素在系统各部分集中或分散状态的转化，这样的过程称作元素的地球化学迁移，它是包含了体系物理化学条件制约关系变化的动态过程。元素的分布、分配、共生组合和分散、集中等各种特征，实质上是自然界原子结合、转化及迁移运动的结果和表现。元素迁移的自然过程是难以直接观察的，但是只要系统地对比各种地质和地球化学的实际资料，研究产生实际结果的原因和条件，就能够得出元素的迁移规律。元素的迁移是地球化学研究的核心问题之一，除了封闭系统的化学作用外，自然界化学作用过程常伴随元素的迁移活动。 4、元素的迁移历史与地球的演化 地球的历史是一个由大量地质事件构成的漫长的时间序列，它具有灾变和渐变相间、分阶段循环叠加、总体呈单向发展的特征，地球科学在认识这一复杂过程时，主要依据能保留事件踪迹的证据。元素和同位素的迁移活动寓于地质作用之中，地质事件对微量元素及核素的影响有可能跨越后期作用而被保留下来，因此同位素和微量元素组成上的变异常常能提供物质演化的重要信息。同位素地球化学和微量元素地球化学已为“考证”前寒武纪历史和前地质时期的地球历史提供了一套完整的理论和工作方法。通过微量元素或同位素的变异来揭示地质作用过程的特征，称为微量元素或同位素“示踪” 。 综上所述，地球化学通过观察原子之“微”，以求认识地球和地质作用之“著”，地球化学总的科学思路可概括为：以研究原子（包括元素和同位素）的行为为手段，来认识地球的历史和地质作用。 三、地球化学的定义及学科性质 1、地球化学的定义 从“地球化学(Geochemistr