地球化学讲稿.doc

地球化学（一） 概述 张德会：同学们，今天给大家讲地球化学，什么是地球化学？他在地球科学中的地位如何？地球化学是地球化学的分支学科，那么地球化学研究的主要内容是什么？地球科学大家庭中的一个新成员在半个多世纪以来，地球化学是迅猛发展，已经成为地球科学的中心学科，他的根本原因是什么？地球化学对于地球科学的作用体现在哪里？那么在本次课程中，我们分五个部分来讲解地球化学。 这里面显示的第一个是概述，第二个是元素的地球化学分类，第二是元素在地球和地壳中的分布和分配。三是微迹元素地球化学及其研究意义。五是同位素地球化学及其研究意义。 我们先谈第一个问题概述。这一张卡通片是目前地质学家在等矿产资源大国的社会地位的一个显现这一位警察说：“Out of the way，you fool！a GEOLOCIST is coming！地质学家来了，滚开你这个傻瓜。那么地质学从英文讲geognosay，他是一门自然科学要讲地质化学首先我们要简单给大家讲一下什么是地质学，我们知道自然科学有六大自然科学门类，数理化天地生，地学就像化学物理学一样，是一门自然科学，但是地质学所面对的挑战是不能像化学和物理学那样可以进行实验研究。首先我们说大自然的科学原理，大自然是受到永恒的规律所控制的，那么地质学的数据来自哪里呢？他主要是来自野外和室内的观察，包括野外的地质图，岩石的类型分布和结构，显微镜下的研究，那么在室内研究还有非常重要的一部分，就是实验研究，包括化学实验地球物理实验和模拟实验，由于地质学家感兴趣的问题呈现出空间规模变化极大，他可以小到纳米甚至原子尺度，大呢，到全球乃至宇宙，演化历史是漫长的，以百万年计，因此对于地质学研究是不能进行控制性实验，只能观察自然界已经发生的自然实验的结果。在地质学上有一个重要的假说叫均变论，那么这是霍顿，历史上非常有名的一个国外地质学家提出的，就是Uniformitarianism The present is the key to the Past，现在是过去的钥匙。那么自然规律是不会改变的，然而过程的速率和强度则可以变化。 在地质学中有一个非常重要的概念就是时间的概念，也就是地质学和其他自然科学最大的差异就是时间，这样的时间可能在人类的生命过程中都没有发生过，所以地质过程的速率每年是微米或者每年是厘米以这样的速率在发展。我们举一个例子，大地震可以使地表在几秒钟之内位移几米，但是这种作用呢，可能每隔几百年才出现一次，这就是地质学的时间概念。在时间概念方面，地质过程的速率几乎总是慢于人类对环境影响的速率，那么我们知道常用的时间S单位是秒，但是在地球科学中使用该单位是非常不方便的，大多数情况下使用年作单位也太小，地球学家以百万年作为时间的标准单位，10个Ma等于10个百万年前，10个my是持续10个百万年的时间间隔。这一张图表反映的就是一个地质体，他的形成可以需要数百万年，那么这是一个陨石坑，也就是我们所说的天上来客，他撞上地表形成了陨石坑，这些地质体的形成可能只需要几秒的时间。 那么我们人类对我们赖以生存的星球究竟了解了多少呢？这一张图是地球的地壳岩石圈和软流圈的一个剖面图，我们看在图上，反映了地壳岩石圈以及他下部的软流圈，这是目前我们对地质学的认识，就是目前世界全球是由板块所组成的，这个图上反映是6大板块，实际上还可以把它细分，实际上有20多个板块，包括欧亚板块、美洲板块、太平洋板块、印度澳洲板块、南极洲板块和非洲板块，这一张图是板块运动的方式，那么目前研究表明地幔对流可能是板块运动的驱动机制，在大洋中脊热的轻物质上升，冷的重物质下沉，就构成了对流环，上升流处形成大洋扩张脊，下降流处形成海沟和俯冲带，软流圈顶部水平向流动的物质拖曳了，刚性的岩石圈表层随之运动。这就是板块构造，大陆漂移板块构造的一些基本的概念。 那么对于板块边界有三类，一类是离散的板块边界，第二得是汇聚的板块边界，第三类呢，就是走滑，我们有时候也叫转换的板块边界，这一张图就是三类板块边界的示意图，在大洋中脊主要是离散的板块边缘，在大洋和大陆发生碰撞有时候俯冲带的地方我们说是汇聚的板块边缘，那么在大洋中还有转换断层的边界，这一张图是大西洋中脊，他是一个典型的离散的板块边缘，这一张图表示的是由于横跨在大西洋中脊上因此冰岛正在被拉开，这一张图是美国的圣安德列斯断层，那么这一条断层就是我们所说的转换断层，这一张图是典型的板块构造俯冲带和大洋中脊的一个示意剖面，我们可以看得出来，在俯冲带的地方是地震的分布带，那么板块构造理论可以解释什么呢，可以解释我们全球地震和火山的分布，可以解释洋壳的形成年龄，可以解释岩石中的磁异常信息以及山脉的年龄和高程的关系。特别是对于全球的地震和火山分布基本上都是分布