1 Preface ppt课件

1、,地球化学 Geochemistry,绪 论 地球化学 是一门怎样的学科？ 它的研究对象是什么？ 主要可以研究和解决哪些问题？ 它的研究思路和方法是什么？ 它的产生、发展过程、现状和发展趋势如何？,地球化学在21世纪能发挥的作用 能够解决资源、环境、农业与健康中的重大问题： 找到影响国计民生的大矿、巨矿； 加速查明全国乃至全球的矿产资源以便在经济发展与环境保护协调部署时有抉择余地； 使农、工业及城市有更合理的规划； 为农业增质增产提供新途经； 预警未来环境污染变化趋势； 使经济发展无法避免的大面积散漫型土地污染得以修复。 不仅如此，地球化学研究还将有可能为表层系统地球科学、区域找矿学、矿床成因

2、学、地球起源与演化、地球表层动力学、生命起源学提供新思路及新的基础性资料。,1、 地球化学的学科性质及研究的 基本问题 2、 地球化学的研究方法和思路 3、 地球化学的简史、现状、趋势,一、地球化学的定义及基本问题 （一）地球化学的定义 地球是个复杂的物质体系，几个世纪以来各学科从不同角度来认识地球的过去和现在。地球化学侧重从地球及其组成部分的化学成分和化学运动的角度来认识地球。 近期对地球化学占主导地位的定义: 1、“地球化学是关于地球和太阳系的化学成分及化学演化的一门科学，它包括了与它有关的一切科学的化学方面” 美国国家科学院地球化学发展方向小组委员会，1973,2. “地球化学是研究地球

3、（包括部分天体）的化学组成、化学作用和化学演化的科学。” 涂光炽，1985 对地球化学定义，我们从以下方面来进行认识： 1、 研究对象及空间范围：地球（太阳系）、地壳及其它自然体系中的元素和同位素； 2、 研究的运动形式：元素和同位素的化学运动形式； 3、 时间尺度：大尺度包括太阳系、地球、地壳演化的全部历史，小尺度可以是元素或同位素在一定地质作用时期化学作用的发生、发展演化的历史。,地壳,地球（太阳系）,其它自然体系,（二）地球化学基本问题 1. 地球系统中元素及同位素的组成问题: 丰度和分配 地球化学首先研究元素的分布、分配问题，即自然系统中元素和同位素的含量（或丰度）及含量在空间、时间上

4、的变化。这一问题是地球化学研究的出发点和基础资料。它可以概括为“量的大小、分配和演化”。,如： 地壳中元素的丰度,2. 地球系统中元素的组合和元素的赋存形式 化学中将原子定义为构成自然物质的具有独立性质的最小单位。地球化学的研究对象是自然界的原子。自然界各种原子构成了各种地质体。自然体系中各种原子的结合和存在状态不是任意的、而是有条件的（如K、Na基本上不与 Cu 、Au结合）。它们受体系组成和自然界物理化学条件的控制，并随着地球的演变而发生变化（见后例）。也就是说，元素的现存形式和结合状态是自然作用过程物理化学条件和地球历史演化的结果。,如： 岩石圈中铁的存在形式 （铁矿物300种）,3.

5、地球系统各类自然过程中元素的行为（地球的化学作用）、迁移规律和机理； 地球化学研究的第三个基本问题是：元素（或同位素）的地球化学行为，它是指自然过程中元素的行为，而不是实验室中元素的化学行为。 通过对元素行为的研究，可以揭示地质体的成因机制，并可总结出找矿的地球化学标志。 下面举一个实际例子来说明元素地球化学行为的研究内容及研究意义。,某铜、镍矿床地质地球化学剖面图,地质地球化学特征： 铜、硫矿体产出在花岗闪长斑岩的裂隙带中； 矿体上方有一个硅化碎裂顶盖（原矿化体）； 在地表剖面进行岩石地球化学测量，发现矿体上方为负异常 （Cu元素的低含量区），在附近的花岗闪长斑岩中却出现了Cu元素的高值区。

6、,在矿体上方和花岗闪长斑岩中Cu元素含量变化的原因： 1.铜矿体上方的硅化帽硬而脆，裂隙发育，在地表氧化环境条件下（富H2O、O2、CO2和有机酸），原来的黄铜矿（CuFeS2）等分解成CuSO4, CuSO4溶于水，往下淋滤或向两侧流失，形成了现在的Cu的低值区。 2.矿体围岩花岗闪长斑岩，其浅部的原生硫化物亦都氧化了，但由于岩体中长石风化蚀变成了高龄土等粘土矿物。取得的粘土矿物样品内Cu含量高达0.n-0.0n%。Cu在粘土矿物中的富集，主要是由于粘土矿物对Cu2+的吸附能力大于Ca2+，使粘土矿物吸附了大量的Cu，粘土矿物发生了Cu-Ca之间的阳离子交换反应（粘土-Ca2+和Cu2+SO

7、42- = 粘土-Cu2+ Ca2+SO42-），致使在花岗闪长斑岩中出现了Cu的高值区。,4. 地球的化学演化，即地球历史中元素及同位素的演化历史 宇宙、天体是怎样形成、演化的？地球是如何形成、发展的？生命是如何起源的？由C、H、O、N等主要元素构成的人类又是如何产生的？元素又是如何合成的？ 以往，地球科学家对这些基础理论问题的认识往往依靠传统的方法，大量研究表明： 要更一步认识这样一些复杂的问题，必须依靠更深层次上事件所保留的踪迹，地球化学中的元素（微量、常量元素）、同位素成分上的变化是较为理想的事件的指示剂。因为它们在自然界的某些特征有可能越过后期叠加作用而被保留下来，甚至宏观的地质体消

8、失了，也不会影响某些微量元素、同位素记录的保存。,例如：白垩纪末期（6500万年前）陆生恐龙和大量海洋浮游生物在短期内突然灭绝的原因是什么呢？ 事件发生前的宏观地质体已很难找寻了，但微观踪迹（如微量元素、同位素记录）有可能保存下来。 地球化学工作者从E/K界面上1cm厚粘土中测出Ir元素突然增加了20 倍。 从保存下来的化石氧同位素成分测定得知：事件发生时海水温度突然上升，最高可达80。 根据上述资料,我们得出当时地球可能遭受到了宇宙天体(群)的猛烈撞击,并且宇宙天体可能是富集Ir元素的。撞击及由于撞击导致的地球温度的升高。可能是白垩纪末期恐龙和大量的海洋浮游生物突然灭绝的主要原因。,二、地球

9、化学的学科性质及学科特点 地球科学（Earth science , geosciences） 由地质学（Geology）、地球化学（Geochemistry）和地球物理学（Geophysics）三个二级学科组成，地球化学是地球科学中最年轻的成员（20世纪20-30年代才诞生的科学），有旺盛生命力、发展中的科学，第一个提出“地球化学”一词的瑞士化学家申拜因（Schonbein ）在1942年就预言 “一定要有了地球化学，才能有真正的地球科学。”,地球科学的分类 按物质运动形式和子系统，可划分成两类分支学科：,2. 地球化学是地质学和化学、物理化学和现代科学技术相结合的产物，地球化学不断吸取相关学

10、科的最新成果，有很强的兼容能力；同时，有广泛的应用领域（地质学、环境科学和农业科学等）。但地球化学并不等同于地质学+化学，后两者是形成地球化学的基础，但是只有在两者的有机结合基础上，并经历长期发展，地球化学才成为独立学科。,3. 地球化学既是地球学科中研究物质成分的主干学科（与矿物学、岩石学、矿床学、地层学等相似），又是地球学科中研究物质运动形式的学科（与构造学、动力学等相似）；地球化学既需要地质构造学、矿物学、岩石学作基础，又能更深刻地揭示地质作用过程的形成和发展历史，使地球科学由定性向定量化发展。,地球化学与岩石学、矿物学、矿床学和化学的学科性质对比,4.地球化学已形成一个较完整的学科体系

11、，仍不断与相关学科结合产生新的分支学科。 地球化学主要分支学科有： 理论地球化学： 物理地球化学，实验地球化学，化学地球动力学，地球化学动力学，历史地球化学，天体地球化学等； 应用地球化学： 勘查地球化学，农业地球化学，环境地球化学等； 理论与应用地球化学相结合： 海洋地球化学，岩石圈地球化学，区域地球化学，构造地球化学，成矿地球化学，成岩地球化学，土壤地球化学，生物地球化学，有机地球化学等。,5地球化学学科的战略地位 地球化学作为地球科学的支柱学科，既肩负着解决当代地球科学面临的基本理论问题：天体、地球、生命、人类和元素的起源和演化的重大使命，又有责任为人类社会提供充足的矿产资源和良好的生存

12、环境。 促进科学发展和人类社会繁荣是地球化学作为一门学科存在的立足点，理论和应用相交织是地球化学能发挥其战略作用之所在。,三、地球化学基本思想和研究方法 （一）地球化学的基本思想 1. 自然体系的观点：将研究对象视为一个自然体系，综合研究体系内部的特征-物质组成、容量参数、强度参数等；和体系外部特征-环境的变化等。 2. 物质的化学运动形式与其它运动形式间存在相互联系，共同在相互制约中演化；以及地球系统的时-空-动三者相关演化。 3. 注意地质和地球化学研究的相互结合和相互转化： 地质问题（现象、观点）地球化学问题（现象-观点）；地球化学研究地质问题的探讨 4. 宏观研究和微观研究相结合（用不

13、同技术和微观方法来研究宏观问题）。概括地说就是“见微而知著”，通过原子之“微”，认识地球和其他自然系统之“著”。 5. 不断前进、不断发展的思想。,（二）地球化学研究的基本方法 地球化学研究方法的特点： 1、地球化学本质上是属于地球科学，其工作方法应遵循地球科学的思维途径。 2、要求每个地球化学工作者有一个敏锐的地球化学思维，也就是要善于识别隐藏在各种现象中的地球化学信息，从而揭示地质现象的奥秘。,沥青铀矿,宏观现象： 石英铀矿脉产在花岗岩顶部裂隙中； 矿脉切穿煌斑岩脉地段铀矿化富； 两侧花岗岩围岩中长石发生红化。 这些现象中隐藏着那些 地球化学信息呢？,例 地球化学思维实例:,1、在岩体顶部

14、的开放裂隙中，氧化条件充分，U为+6价的铀铣络离子UO2 2+，与其他元素结合成络合物，它的溶解能力强，在溶液中迁移。 2、当遇到煌斑岩脉（煌斑岩是一种暗色矿物含量高的脉岩，其中黑云母，角闪石中含有低价的Fe2+、Mn2+、Mg2+）时就发生氧化还原反应： U 6+ + 2 Fe2+ U 4+ + 2 Fe 3+ Fe 3+ 使长石“红”化 不稳定，与O 结合生成沥青铀矿沉淀下来!,“红化”是铀从搬运状态转化为沉淀状态的标志。 从这些信息中了解了这些现象的地球化学机制。 3、具备有定性和定量测定元素含量及鉴别物相的技术和装置。,四、 研究程序和工作方法 一）野外阶段 1. 宏观地质调研。明确研究目标和任务，制定计划 2. 运用地球化学思维观察认识地质现象。 3. 采集各种类型的地球化学样品。 各类样品的要求 明确的代表性 样品的系统性 样品的统计性,二）室内阶段 1、 “量”的研究，应用精密灵敏的分析测试方法，以取得元素在各种地质体中的分配量