地球化学讲稿.pdf

课程名称：地球化学 第 1 页 绪 论 地球科学以自然物质的组成及其各类运动形式为研究内容。地球化学是地球科学中研 究物质成分的主干学科，以元素及其化学运动为研究对象，是地球科学的基础学科之一， 是地球化学专业的专业基础课，利用化学的方法研究地球中元素的含量、分布及化学变化 的地质科学。 一、地球科学与地球化学 1.地球科学 地球科学简称地学，是数学、物理学、化学、天文学、地学、生物学六大基础自然科 学之一。地球科学以地球为研究对象，包括环绕地球周围的气体(大气圈)、地球表面的水 体(水圈)、地球表面形态和固体地球本身。至于地球表面的生物体(生物圈)，由于其研究内 容广、分支学科较多、且研究方法具有特殊性，因而已独立成一门专门的基础自然科学— —生物学。但生物的起源与演化、生物体与生存的地球环境之间的关系也居于地球科学的 研究范畴。 现代地球科学有三门基本学科：地质学、地球物理学和地球化学。此外，还包括地理 学、气象学、水文学、海洋学、土壤学、环境地学等学科。 2.地球化学 1838 年瑞士化学家 Schönbein(申拜因)首次提出了“地球化学”这个名词；1842 年预言： “一定要有了地球化学，才能有真正的地质科学。” 地球化学的定义：地球化学是研究地球及其子系统（含部分宇宙体）的化学组成、化学机 制和化学演化的科学。 1）从研究对象来看：是地球及其子系统（地壳、地壳及其自然作用体系（岩浆作用、 沉积作用、变质作用、成矿作用、表生作用、生态环境……）），目前正在向宇宙天体 拓展； 2）从研究形式来看：主要是元素和同位素在自然界的化学运动形式； 3）从研究时间来看：包涵了整个地球、地壳演化和全部地质作用时期；对单个元素和 同位素来讲，是研究它们的发生、不断发展及螺旋式演化的全部历史。 为此，地球化学是地质学与化学相结合的一门边缘学科，但本质上是隶属地球科学 3. 3. 33.. 地球化学的学科属性：化学的主要任务是阐明化学元素间的结合力和结合方式、尝试合 成新的化合物等；地球化学是通过应用化学理论来阐明元素的在自然界的行为，并借此探 索地球的奥妙，属地球科学中的一个二级学科。 地球化学的发展大致经历两个主要阶段，一是经典地球化学阶段，着重研究元素的 丰度、分布和迁移，研究的手段主要是无机化学、晶体化学和分析化学的方法；二是近代 地球化学阶段．随着各项技术的发展(宇航技术、高温高压实验技术、核物理探测技术等)， 地球化学的研究领域不断扩展，随着地球内部和宇宙空间发展，形成了以研究地幔为对象 的深部地球化学和研究陨石、月球、宇宙尘埃化学。除研究元素外，还发展了同位素研究 ， 建立了同位素地球化学．在研究手段上更加注意了物理化学、热力学和动力学的理论和方 法，发展了各种地球化学的模式研究，形成了地球化学全面发展的新时期。 二、地球化学的基本问题 1. 地球系统中元素及同位素的组成：丰度与分配 一种化学元素在某个自然体中的重量占这个自然体的全部化学元素总重量（即自然体 的总重量）的相对份额（如百分数），称为该元素在自然体中的丰度。因此，元素丰度就 是化学元素在一定自然体中的相对平均含量。 同位素是具有相同原子序数的同一化学元素的两种或多种原子之一,在元素周期表上占有 同一位置,化学行为几乎相同,但原子质量或质量数不同,从而其质谱行为、放射性转变和物 理性质(例如在气态下的扩散本领)有所差异。同位素的表示是在该元素符号的左上角注明 大庆石油学院 地球科学学院 课程名称：地球化学 第 2 页 14 质量数,例如碳 14，一般用 C 而不用 C14. 同位素在自然界中的丰度：指的是该同位素在这种元素的所有天然同位素中所占的比 例。丰度的大小一般以百分数表示。人造同位素没有丰度。周期表上所列的原子量实际上 是各种同位素按丰度加权的平均值，这是因为各种同位素在自然界中往往分布的比较均 匀，取平均值计算比较准确。