地球化學有哪些方向

A. 地球化學的分支學科

地球化學的產生和發展與地質學、化學、海洋學、天文學等學科的發展有著密切的關系，同時，地球化學的發展也推動著這些學科的發展。地球化學以化學（無機化學、有機化學、物理化學、膠體化學、熱力學、化學動力學、分析化學等）和地球科學（地質學、礦物學、岩石學、礦床學、地理學等）為基礎，汲取了數學、物理學、計算機科學、海洋科學、大氣科學、天文學、比較行星學、環境科學、生態學、生物學、醫學、農學、土壤科學等學科的精髓。一方面，地球化學的發展促進了地球科學的向縱深發展，促進了社會繁榮和可持續發展；另一方面，地球化學學科本身也在為完成這幾大基本任務的奮斗中得到迅速發展。

由於地球化學是一門理論性和應用性並重並且不斷發展的學科，地球化學和其他學科不斷相互滲透，於是便產生許多分支學科。這些地球化學的分支學科也具有生命力旺盛和正在發展的特徵。下面對地球化學一些主要分支學科作一簡述。

（1）元素地球化學

元素地球化學是最早和最經典的地球化學分支學科。美國的克拉克、中國的黎彤等地球化學家早期的研究工作都是從元素地球化學入手的。現今元素地球化學的研究內容主要有地球和部分天體中元素的性質、豐度、賦存狀態、遷移形式、富集和分散規律、演化和循環歷史等地球化學特徵。

（2）量子地球化學

量子地球化學是20世紀70年代初晶體化學、量子化學（量子力學）、礦物學、固體物理學等學科交叉的結果。它「研究礦物中的化學鍵或『電子結構』，礦物的晶體結構及其穩定性，礦物的物理和化學性質，化學元素的地球化學分布，相平衡和元素分配，晶體結構隨溫度、壓力和成分的改變（比較晶體化學），礦物能量學以及礦物的譜學性質。量子地球化學的核心問題是用量子力學理論和各種譜學方法研究礦物中的化學鍵或『電子結構』」。量子地球化學研究包括理論和實驗兩部分。理論研究就是應用量子力學理論，為所研究的地球化學物種對量子力學運動方程（薛定諤方程）求（近似）解。實驗研究就是要用各種譜學方法來確定某物種的電子結構（歐陽自遠，倪集眾，項仁傑，1996）。

（3）地球化學熱力學

地球化學熱力學是應用熱力學基本原理研究地學系統的狀態變化所產生的一門地球化學分支學科，它主要研究能量及其轉換，解決自然界過程的方向和限度問題，即平衡態問題。其主要研究內容有：自然熱液體系的熱力學；礦物相平衡；礦物熱力學性質；礦物固溶體熱力學；硅酸鹽熔體的熱力學；流體-岩石相互作用；非平衡非線性熱力學；計算機模擬和模型化研究等（歐陽自遠，倪集眾，項仁傑，1996）。

（4）地球化學動力學

地球化學動力學是動力學基本原理應用到地球化學過程研究所產生的一門地球化學分支學科，它研究自然過程的速度和機制問題，包括化學反應速率的化學動力學和物理運動的動力學，主要指的是流體動力學、擴散和彌散等（中國科學院地球化學研究所，1998）。目前地球化學文獻中將化學動力學和動力學劃分為兩個學科。化學動力學（Kinetics or Chemical Kinetics）研究化學反應的速率和反應歷程（或反應機制，指反應物分子在變為產物分子的過程中所經歷的具體途徑與步驟）。而動力學（Dynamics）則是研究物體在力的作用下宏觀運動的速率和機制。在地球科學實際研究和應用中，化學動力學和動力學二者兼而有之，不宜截然分割。所以，國內外學者用「地球化學過程的動力學」（簡稱地球化學動力學）來反映地球化學研究中的化學動力學和動力學問題（歐陽自遠，倪集眾，項仁傑，1996）。

（5）同位素地球化學

同位素地球化學主要採用地質年代測定和同位素示蹤研究手段，研究地球和宇宙物質中核素的形成、豐度，以及根據這些核素在自然作用中的衰變和分餾來追蹤各種地質地球化學過程。同位素地球化學包括放射性同位素地球化學和穩定同位素地球化學。放射性同位素地球化學主要根據放射性同位素的衰變進行地質體系計時，以及根據放射成因產物子體同位素組成進行示蹤分析。穩定同位素地球化學主要利用輕穩定同位素在自然界中的分餾進行地質作用示蹤（陳道公等，1994）。

（6）實驗地球化學

實驗地球化學是地球化學中一門比較年輕的分支學科，對其定義還沒有統一的認識。人們一般認為，實驗地球化學是在實驗礦物學和實驗岩石學基礎上發展起來的，它主要涉及流體相的地球化學過程中化學元素（包括同位素和有機質）的行為和反應機理的實驗研究（歐陽自遠，倪集眾，項仁傑，1996）。

（7）天體化學

天體化學又稱空間化學（Space Chemistry）或宇宙化學（Cosmochemistry），是地學、空間科學與天文學相互交叉滲透而產生的一門新興科學。空間化學研究宇宙空間元素及其同位素的起源與分布、各類天體的化學組成與化學演化。浩瀚宇宙中的物質由基本粒子構成了100多種元素、2000多種同位素和各種化學物，天體化學研究這幾個層次物質的時空分布、存在狀態和演化規律（歐陽自遠，倪集眾，項仁傑，1996）。

（8）岩石地球化學

岩石地球化學是近代岩石學與地球化學的交叉學科。它以地球化學的基本原理、實驗方法和研究成果，去探討各類岩石學問題，從中引申出地質含義（歐陽自遠，倪集眾，項仁傑，1996）。岩石地球化學的研究內容主要涉及火成岩、沉積岩和變質岩中主元素、微量元素與同位素的地球化學組成、作用與演化。從研究地球或天體物質的岩石成因入手，進而研究地球的起源、演化與資源環境效應等問題。

（9）區域地球化學

區域地球化學的倡導者為A.E.費爾斯曼。根據費爾斯曼的意見，區域地球化學的任務是研究化學元素在一定區域中的時間和空間分配、分布、遷移和集中-分散規律。現代區域地球化學是以區域岩石圈——全球岩石圈的子系統為對象，開展有關該子系統化學組成、化學作用和化學演化綜合研究的地球化學分支學科（歐陽自遠，倪集眾，項仁傑，1996）。

（10）構造地球化學

構造地球化學思想萌芽於19世紀（H.C.Sorby），在 20世紀 60年代由范菲（W.C.Fyfe）和陳國達等人奠定理論基礎。構造地球化學是構造地質學和地球化學的交叉學科，它研究構造作用下地球（主要是地殼）中元素在流體和固相岩石中的賦存狀態、分配和遷移、分散與富集等地球化學過程。陳國達在1976年和1984年多次指出：「構造地球化學是一門介於構造地質學和地球化學之間，研究各種地質構造作用與地殼中化學元素的分配和遷移、分散和富集等關系的學科。它的主要任務是研究地質構造作用與地球化學過程之間，也就是運動和物質之間在時間、空間和成因上的聯系，把形成與形變、建造與改造統一起來加以研究」（吳學益，1998）。

（11）深部地球化學

深部地球化學又稱地球深部物質科學。這一分支科學主要研究地球深部（特別是地幔和地核）的化學組成、化學作用和化學演化。這方麵包括理論研究和實驗研究。理論研究主要是運用地質學、地球化學、地球物理、岩石學、礦物學、構造地質學等基本原理，構築深部地球模型。實驗研究主要依託金剛石壓腔和大腔體實驗技術、靜態超高壓實驗技術、超深鑽探技術等的發展而發展。其研究內容為：①地球深部物質的物理和化學性質的研究；②地球內部物理和化學性質的研究；③地球演化及地球動力學研究（謝鴻森等，1997）。

（12）礦床地球化學

礦床地球化學以研究礦產資源為主要對象，是礦床學與地球化學相結合的一門交叉學科，它主要是用地球化學的理論和方法來研究礦床學。礦床地球化學一方麵包含和繼承了經典礦床學、地球化學的理論和研究方法，同時也引進了地學領域以外的數理化等方面的一些理論知識和研究手段。礦床地球化學不僅要研究礦床本身的化學組成、化學作用和化學演化問題，而且還要研究礦床形成的成礦過程和礦床形成後的保存與演化（李朝陽，1999）。

（13）勘查地球化學

勘查地球化學（Exploration Geochemistry）是從地球化學探礦學（或地球化學找礦學Geochemical Prospecting，Geochemical Exploration）發展起來的一門新興應用學科。西方國家對地球化學找礦的定義是：「地球化學找礦是基於系統地測定天然物質的一種或數種化學性質的任何礦產勘查方法」（H.E.Hawkes et al.，1962）。前蘇聯學者認為：「地球化學找礦是根據基岩及覆蓋層中、地下水及地表水流中、植物中、土壤中和氣體中的含礦物質不明顯的微觀分散暈以發現礦床的一種找礦方法」（В.Ч.克拉斯尼科夫，1955）。在早期，地球化學產生了一門以礦產勘查為目的的應用學科，被稱之為化探（地球化學找礦）。後來，地球化學找礦從理論上、方法上和技術上有了迅速進展，特別是應用領域發生了很大的變化，從純粹的找礦地球化學領域擴展到環境地球化學、工程地球化學、農業地球化學等領域。所以，化探（地球化學找礦）這一名詞逐步被勘查地球化學所取代。

（14）低溫地球化學

低溫地球化學主要研究自然界中200℃以下的地球化學作用和演化過程，也包括常溫和零攝氏度以下的元素被萃取、活化、遷移與富集成礦的地球化學行為。過去，低溫地球化學研究領域之所以較長期處於薄弱狀態，原因主要是：①過去的地球化學實驗大都是在中高溫條件下進行的；②過去成岩成礦測溫數據不夠多和不夠完善；③長期以來人們對元素活動性的理解存在片面性，未認識到低溫條件下元素的較強烈的地球化學活動性；④一些低溫交代作用，過去被誤認為是高中溫熱液的產物。20世紀90年代以來，在塗光熾倡導下，我國開展了低溫地球化學的研究。目前已建立和完善了低溫地球化學實驗研究體系，總結了我國若干低溫礦床和礦化層位的地球化學特點，研究了金、銀、鉑族金屬、稀土元素和某些分散元素的低溫地球化學行為和某些非金屬的低溫成礦作用，分析成礦、埋藏變質的低級變質作用中成礦元素的遷移和富集過程，進行了低溫條件下某些成礦元素的活化、遷移、沉澱實驗，建立了低溫開放體系中水-岩相互作用模型（塗光熾，1998）。

（15）有機地球化學

B.И.維爾納茨基在20世紀20年代初期先後發表了《生物圈》等著作，籌建了世界上第一個有關有機地球化學的「活質實驗室」，標志著有機地球化學開始萌芽。之後，隨著石油地質學和石油工業的發展，由於地質學、沉積學、生物學、有機化學、石油地質學等學科的發展和相互滲透，有機地球化學得到長足發展。其定義為：有機地球化學主要研究天然產出有機質的組成、結構和性質，它們在地質體中的分布、轉化和參與地質營力的作用等（歐陽自遠，倪集眾，項仁傑，1996）。

值得指出的是，地球化學另一分支——生物地球化學，與有機地球化學有一定的關聯。所以不單獨列出。可以認為，生物地球化學也是在20世紀20年代初期萌芽的，它是研究生物圈中在生物有機體參與下發生的地球化學過程，揭示有機體與其環境在化學元素組成上的相關關系，查明地球化學省及其與地方病的關系，側重生物和人類活動對碳、氮、磷、硫等元素地球化學循環的影響（國家自然科學基金委員會，1996）。

（16）環境地球化學

環境地球化學研究人類活動與地球化學環境的相互關系，是地球化學與環境科學相互滲透而產生的新興邊緣學科。它從地球環境的整體性和相互依存性的觀點出發，以地質學為基礎，綜合研究化學元素在地-水-氣-生-人環境系統中的地球化學行為，揭示人為活動干擾下區域及全球環境系統的變化規律，為資源開發利用、環境質量控制及人類生存、健康服務（歐陽自遠，倪集眾，項仁傑，1996）。

（17）流體地球化學

近十多年來，通過從火山、地震、海底熱液、超深鑽、非生物成因天然氣、岩石礦物中流體包裹體等直接探測和觀察地球內部流體，同時進行流體-岩石相互作用的野外和室內實驗研究，獲得許多重要發現和認識上的飛躍，完善了流體地球化學的研究體系（歐陽自遠，倪集眾，項仁傑，1996）。流體地球化學研究越來越引起人們的重視。例如，1993年和1997年兩次召開「Geofluid」國際學術會議，「流體地球化學」1996年開始作為大學（成都理工學院）研究生課程，1997年，「流體地質與成礦效用」被列為國家攀登計劃預選項目等等。流體地球化學主要研究自然界流體的形成、運移、定位（改造、演化、卸載和儲存等）規律，重點探索流體地質作用過程中的地球化學規律、原理和效應。

（18）氣體地球化學

氣體地球化學主要是研究自然界各種氣體的地球化學特徵、成因類型、運移、聚集規律及其所參與的地球化學動力學過程和表徵的地質學意義（歐陽自遠，倪集眾，項仁傑，1996）。

（19）農業地球化學

農業地球化學主要研究土壤中元素分布、分配規律、成壤的地球化學過程、土壤的利用和改良、農業污染及其防治，以及土壤地球化學環境與農產品（特別是糧食）產量、質量的關系。它在目前人口劇增、耕地銳減、土地負載力下降的嚴峻形勢下有著重要的經濟意義（國家自然科學基金委員會，1996）。

（20）海洋地球化學

狹義的海洋地球化學是指海底地球化學。20世紀60年代以前一直處於資料積累階段，60年代之後，隨著大洋錳結核的大規模調查、海底熱水硫化物的發現、深海鑽探、國際海洋調查等一系列事件，推動了海洋地球化學的迅速發展（國家自然科學基金委員會，1996）。現代海洋地球化學的定義為：研究海洋環境下的各種地球化學作用過程和在這些過程中化學元素的行為規律和自然演化歷史（歐陽自遠，倪集眾，項仁傑，1996）。

B. 地球化學專業學什麼

《地球化學》、《環境地質學》、《生物地球化學》、《構造地質學》、《結晶學與礦物學》、《岩石學》、《礦床學》、《環境地球化學》、《變質岩岩石學》。

地球化學主要研究元素、礦物、岩石和礦床的形成和演化的理論模擬、成岩成礦過程的實驗研究等。地球化學是中國普通高等學校本科專業。

地球化學屬於地質學類專業，基本修業年限為四年，授予理學學士學位。該專業旨在培養具有較堅實的數學、物理、化學、外語、計算機的基礎，掌握地球化學和地質學以及相鄰學科的專業理論、基本技能和基本方法，掌握野外地質和室內地球化學的研究工作方法和分析測試技能，了解地球化學、地質學與環境地學的最新發展動態，具備對地質、地球化學、環境科學相關的信息處理、成果解釋和應用的初步能力，畢業後能在能源、資源、環境、災害、國土規劃以及國民經濟其它相關領域從事地球化學研究、技術管理和教育教學等工作的高級專門人才。

C. 學地球化學專業，考研能考什麼專業

考研方向1：礦物學、岩石學、礦床學；礦物學、岩石學、礦床學是地質學中有關地球物質組成的一個重要的基礎分支學科。礦物學研究礦物，岩石學和礦床學則分別以礦物的天然集合體岩石和礦石為研究對象。它們先後產生於18世紀，相互間有緊密的內在聯系，在研究對象和理論基礎上有許多共性。
考研方向2：地質學，01鑽掘工程與鑽掘機械 02基礎工程 03非開挖施工技術 04地質工程數值模擬與信息系統 05地質工程中的力學問題 06地質災害防治理論與方法 07工程區域穩定性評價 08多元勘查技術方法與應用 09地熱工程 10超硬材料
考研方向3：地球化學，地球化學是地質學下設的二級學科之一。它是在20世紀初由化學和物理學與地質學相結合而產生的一門新興交叉學科。通過採用現代分析和觀測技術手段，不斷吸收近代數理化、生物學、天文學等學科的理論、方法和成果，地球化學的研究領域逐步擴展，已衍生出眾多分支學科，成為地球科學發展的主要支柱之一。
考研方向4：地質工程，地質工程是地質資源與地質工程一級學科下屬的二級學科，以原二級學科水文地質與工程地質和探礦工程為主體，相互交叉滲透發展起來的，本工程領域涉及到數學、物理學、地質學、油氣及固體礦產的礦產普查與勘探、水文地質、工程地質、岩土工程、遙感地質、數學地質、應用地球物理和應用地球化學、計算機應用技術等學科。

D. 現代地球化學及其發展趨向

20世紀70年代以來，地球化學進入了現代地球化學發展階段。現代地球化學的主要特徵可概括如下：

（1）各種精密、靈敏、高效的分析技術不斷引入，微區、微量分析（X光熒光分析、等離子光量計、精密質譜儀、電子探針等）和實驗模擬技術不斷得到改進；隨宇航、超深鑽、深海探測等研究的進展，人類得以更全面深入地觀察和認識地球。

（2）基礎科學成果的引入和廣泛運用，提高了地球化學的理解能力和認識深度。如化學熱力學、化學動力學和量子力學新理論的引入，又如隨板塊理論的掘起和隨之而來的對岩石圈-地幔性質和演化的興趣，以及登月、隕石資料的積累等，促使地球化學突破了原來的研究范圍，並向定量化、模型化、預測化的方向大大地跨進了一步。

（3）地球化學與相鄰學科的相互滲透和結合是它不斷開拓前進的重要動力。目前地球化學分支學科早已超過20多個（塗光熾，1984），這些分支學科各自有一定的研究領域和明確的研究任務，在理論上和方法上均自成體系。

（4）隨著電子計算機的普及及電子技術的不斷提升，地球化學「正在進入一個對自然過程進行全面、廣泛的數字模擬的階段」。

（5）地球化學在解決與人類息息相關的諸如礦產資源、能源、環境以及地震等問題方面提供了重要途徑，做出了實際成果。地球化學在解決自然科學的重大基礎問題——生命起源、地球與天體的形成演化、元素的合成等問題的研究中，正在發揮越來越大的作用。

現代地球化學的發展趨勢是：

（1）由經驗性研究向理論化方向發展 地球化學已有可能將對地殼和地幔中化學作用的研究與模擬實驗研究相結合，即將逆向研究與正向研究相結合；

（2）不斷引用相鄰學科的最新理論和技術，使地球化學研究繼續由定性研究向定量研究發展；

（3）為避免單項研究造成的結論的多解性，研究正在向與地球科學系統內其他學科及與相鄰學科間密切結合的方向發展，即重視對同一科學問題進行綜合探索；

（4）以地球化學理論、方法的不斷發展為支持，地球化學參與重大科學問題研究的能力不斷增強。如已積極參與地球和生命的起源、地幔柱的活動、地球動力學、造山帶形成、地殼和大氣圈的形成和演化等重大基礎課題的研究等。

從地球化學的學科特點、研究現狀和發展趨勢來看，現代地球化學已經顯示出作為一個系統學科、全面研究地球-太陽系形成演化過程化學機制的突出標志和趨向。

E. 地球化學的基本思想及主要研究內容

自然科學的學科發展都會受到所處時代科學和技術總體水平的制約及社會需求的推動,因而在其發展的不同階段,每門學科的主導思想、主要任務、研究內容和范圍,甚至定義不是一成不變的。可以根據不同發展階段地球化學家給出的地球化學定義,或關於地球化學主題和任務的表述,來把握地球化學的基本學術思想、研究內容、范圍和任務及其發展趨勢。

地球化學奠基人之一,蘇聯維爾納斯基 (В.И.Вернадский)於 1922年給出的地球化學定義為:「地球化學科學地研究地殼中的化學元素,即地殼的原子,在可能范圍內也研究整個地球的原子。地球化學研究原子的歷史,它們在空間和時間上的分配和運動,以及它們在地球上的成因」。同期該學派另一代表人物費爾斯曼 (Α.Е.Ферсман)提出了類似的定義:「地球化學研究地殼中化學元素——原子的歷史及其在自然界各種不同的熱力學和物理化學條件下的行為」。

地球化學的另一重要奠基人 (北歐學派)戈爾德施密特 (V.M.Goldschmidt)於1933年給出的地球化學定義為:「地球化學的主要目的,一方面是要定量地確定地球及其各部分的成分,另一方面是要發現控制各種元素分配的規律」。在他逝世後 1954年出版的《地球化學》中,對地球化學學科做了如下闡述:「地球化學的主要目標是,一方面定量地確定地球及其各部分的成分,另一方面發現控制各種元素分配的規律。要解決這些問題,地球化學家就需要綜合搜集地球物質,諸如岩石、水和大氣等的分析測試數據,還需要進行隕石分析,以及應用其他宇宙體成分方面的天體物理學數據和有關地球內部物質性質方面的地球物理學數據。許多有價值的信息還來自一些礦物的合成實驗,以及對合成礦物形成方式和穩定條件的研究」。

隨著20 世紀 50～60年代地球化學的迅猛發展,1973年美國國家科學院委託地球科學部地球化學委員會組成小組,專門研究當時地球化學的發展狀況,並指出地球化學未來的發展方向,發表了《地球化學發展方向》(Orientations in Geochemistry)一書。該書對當時地球化學主要領域的重要進展做了總結,並根據當時地球化學發展的特徵給出了地球化學定義:「地球化學是關於地球和太陽系的化學成分及化學演化的一門科學,它包括了所有對它做出貢獻的科學的化學方面 (編者注:這里所指的對地球化學做出貢獻的科學包括化學、生物學、物理學、天文學、醫學、大氣科學、環境科學等,因這些科學的數據和成果為地球化學所引用和借鑒)」。同時該書還補充指出:「地球化學包括太陽系由之形成的宇宙塵化學,增生著的地球、月球和行星的化學,地殼、地幔和地核的化學,岩石循環的化學 (包括侵蝕、搬運、沉積和隆起),海洋和大氣圈的化學演化,岩石中有機物質的化學。於是,一切包容於地球和行星演化范疇中的化學就是地球化學」。

1982年由我國著名地球化學家塗光熾院士等編著的《地球化學》,將地球化學的定義概括為:「地球化學是研究地球 (也包括部分天體)的化學組成、化學作用及化學演化的學科」。

由上述地球化學定義和內涵的發展可以看出,在不到百年的短短發展過程中,有關地球化學的基本思想、主要研究對象、內容、任務和范圍均發生了重大變化,表現為:地球化學研究對象已由強調地球的元素 (原子)的地球化學行為擴展到強調地球及其子系統的化學;地球化學學術思想已由地球中元素原子分配、遷移的歷史觀提升到地球系統及其子系統化學演化的歷史觀;地球化學的主要研究內容和任務已由確定地球的化學成分或元素豐度及闡明元素分配規律轉變為強調研究地球的化學組成、化學作用及化學演化;地球化學的研究范圍則由早期僅限於地殼已發展到現今研究地球的各個層圈及眾多的天體。

因此,如何能從認識上理清和把握地球化學思想和內涵演變的脈絡,協調處理地球化學早期階段和現階段思想、對象、內容和任務的相互關系,是推動我國現代地球化學研究發展的關鍵。要全面地解決上面提出的問題,必須聯系基礎自然科學整體和地球科學發展歷史和現狀,結合當前社會經濟發展的需求,從現代地球化學發展的理論和方法技術中尋求答案。

F. 地球化學專業就業方向如何啊

地球化學專業就業方向
科研機構、高等院校的地球化學研究或教學工作；資源、能源、材料、環境、基礎工程等領域的生產、測試、技術管理工作；行政部門的管理工作。
從事行業：

畢業後主要在建築、環保、石油等行業工作，大致如下：

1、建築/建材/工程
2、環保
3、石油/化工/礦產/地質
4、檢測，認證
5、新能源
6、外包服務
7、學術/科研
8、教育/培訓/院校

G. 現代地球化學

第二次世界大戰後,世界進入了原子能應用和航天遙測時代,人類對礦產、能源、材料的需求不斷擴大和迅猛增長,帶動了各門科學的空前快速的發展,也包括地質學和地球化學。為地球化學創造了快速發展的條件:①地球化學實驗室在世界多個國家建立,地球化學專門人才的大量培養;②測試儀器和實驗設備的不斷改善,諸如精確的光譜儀、質譜儀、電子探針、電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡、氣相色譜儀以及高溫高壓實驗設備、遙感技術方法等的陸續問世,儀器解析度和精度的不斷改進等,分析實驗地球化學家的研究有力地推動了地球化學理論的深化和提高;③受到一些發達國家政府強力支持的空間和海洋探測事業的開展,為地球化學提供了更廣闊的研究視野,獲取了大量有關天體 (行星、太陽、月球等)及海洋水體和洋底岩石等的資料和化學成分數據;④20 世紀 60年代中期全球板塊構造學說的創立,帶來了地質學界的思想革命,使地質學家的眼界第一次真正能拓寬到整個地球,開始認識到地球剛性岩石圈板塊運動是由深部地幔熱對流推動的,從而形成了以層圈相互作用觀點為指導的對地球發展和演化進行探索的新方向。⑤20 世紀最後30 多年至今,由於全球面臨資源、能源、環境、自然災害等重大問題或危機,多學科綜合研究不斷增強,學科交流氛圍日益趨濃,使得重視自然界物質元素交換循環的地球化學,擴大了與大氣科學、海洋科學、天文學、地球物理學、環境科學、土壤學,甚至醫學等學科的交流和滲透。所有這些均有利於現代地球化學研究功能的增長、研究范圍的擴大,以及學科意義和地位的提高。本階段地球化學重要發展可歸納如下。

1.同位素地球化學

在放射性衰變定律和核反應理論基礎上,通過自然界放射性同位素組成的測定和研究,創立了放射性同位素定年技術方法,使地質學家能夠准確地確定岩石形成年齡,了解地球發展和演化的時間順序,並不斷改進已有定年方法及補充新的地質時鍾。

廣泛測定和研究了自然界各類地質體和物質的元素穩定同位素組成或比值,總結出它們各自的特徵作為標記;開展了元素在不同自然作用過程中同位素分餾與組成變化規律的研究,創立了同位素示蹤理論和方法,開辟了追索和辨識地質體的物質來源、形成過程和機制的有效途徑。例如,參與成礦作用熱水溶液中的水可以有不同來源,可以是加熱的大氣降水、海水、深部來源的變質水和岩漿水等,根據不同成因水具有可相互區別的氫和氧同位素組成特徵,可判定熱液水的來源,並推知其參加到成礦熱液中的途徑。

2.微量元素地球化學

在應用相平衡理論及微量元素在共存相間分配定律 (Nernst 分配定律)研究岩漿體系的基礎上,創建了微量元素 (含稀土元素)在與岩漿作用有關的部分熔融和結晶分異等過程中的定量分配模型,解決了通過深部來源岩漿岩微量元素組成示蹤岩漿源區物質成分和作用過程的問題,從而使研究深部地殼和地幔物質成分和作用特徵成為可能。這種定量模型也適用於穩定同位素和放射成因同位素。因此,在微量元素和同位素示蹤研究基礎上,地幔地球化學和中-下地殼地球化學得到了迅猛發展。

3.地球化學熱力學及地球化學動力學

自20 世紀 60年代以來,自然界化合物 (主要礦物)的熱力學數據逐漸積累,根據觀察到的岩石中礦物相平衡關系,應用熱力學理論和計算,大大增強了研究地質作用過程及其所處物理化學條件 (溫度、壓力、氧逸度等)的能力。如認識到由深部岩漿 (幔源玄武岩質,深源長英質)帶至地表的橄欖岩類和麻粒岩類岩石包體,分別代表岩石圈地幔岩石和下地殼岩石,從而開辟了對岩石圈地幔和下地殼進行地球化學研究的新途徑。同時,地球化學動力學方向的探索也有了較大的發展。

4.有機地球化學與生物地球化學

有機地球化學以驚人速度快速發展,這是尋找和開發油氣資源迫切需求帶動的結果。有機地球化學幾乎是剖析生油層的唯一手段,並且已經廣泛應用於海洋學、土壤學、環境科學、生態學、金屬成礦、風化沉積,以及生命起源等領域。相應地,生物地球化學 (含微生物地球化學)也有了明顯發展,特別是在探討元素生物地球化學循環方面更是成果驕人。這使探索生物圈與其他地圈的相互作用成為可能。

5.化學地球動力學

應用元素 (主要是微量元素)和同位素示蹤的理論和方法,地球化學開拓了通過追蹤地球層圈間物質交換和元素再循環進而揭示層圈相互作用的有效途徑。例如,根據板塊會聚帶中與俯沖作用有關的島弧玄武岩 (地幔岩漿產物)常顯示出異常高的¹⁰ Be含量,可證明海洋沉積物曾隨洋殼俯沖進入玄武岩質岩漿的地幔源區,後經部分熔融形成的玄武岩質熔體再噴發至地表固結成玄武岩。這是因為¹⁰ Be為大氣圈上層氮和氧在宇宙射線作用下經核分裂反應而形成的短壽命同位素 (半衰期約為 1.5Ma)。因此¹⁰ Be只能在近代海洋沉積物中明顯富集,並可作為海洋沉積物加入玄武岩地幔源區的重要標志。在這一殼幔物質再循環中伴隨著¹⁰ Be由大氣圈進入海洋,再轉入沉積物,接著隨洋殼俯沖進入地幔,然後隨經部分熔融形成的岩漿再返回地殼的全部歷史。這樣的研究能反映地球層圈的相互作用及其動力學特徵。所以,阿萊格 (C.J.Allegre)、秦德勒和哈特 (A.Zindler and S.R.Hart) 20世紀80年代初-中期設想通過同位素和元素這種再循環的研究,達到揭示層圈相互作用及地球動力學的目標,稱這一研究方向為化學地球動力學 (chemical geodynamics)。

6.全球變化與地球古環境研究

當地球化學提升了探索地球深部物質演化能力的同時,它在大氣圈和海洋研究領域也取得了重大進展。基於系統中物質輸入和輸出質量守恆的原理,考慮沉積岩石圈與大氣圈和水圈等的物質交換關系,應用各種可能的地球化學標記或信息,根據它們在各類沉積物(沉積岩岩層、黃土層序、冰川冰蓋層序等)的含量、組成及其隨時間的變化,可以揭示某一地質時期大氣圈和海洋的化學組成和環境特徵及其隨時間的演化。例如,根據地層中有孔蟲目化石的氧同位素組成,可估算出當時古海水的溫度;根據不同時代海相硫酸鹽的硫同位素組成,已經揭示了顯生宙以來古海水硫同位素組成的演化。同樣,大氣圈某一時期CO₂ 含量水平也可從該時期可能由沉積圈、海洋和生物圈能供應的數量,以及能放出CO₂ 的深部火山作用的規模等來估計。因此,地球化學開創了定量研究古環境和古氣候及其演化的途徑。

7.天體化學與空間化學

通過隕石和月岩樣品的測定和研究,以及吸收日益增多的來自航天-遙感技術所獲得的太陽系及其以外天體的化學資料和有關信息,地球化學已能在宇宙和太陽系的廣闊背景下探索地球的形成和演化。

總之,地球化學的發展歷史表明:前期的地球化學強調元素原子的自然歷史觀,注重由元素在地球 (主要在地殼)中的分布、分配和遷移規律的探索來解決地學問題。從 20世紀 70年代開始,地質學已發展進入地球系統科學時代,地球化學在原有理論和技術方法基礎上發展和提升到了探索地球、行星和太陽系化學組成、化學作用和化學演化歷史的層次,並將元素和同位素的研究更多地朝著探索地球層圈相互作用和化學演化的示蹤理論和方法的新階段發展。

H. 地球化學專業有哪些發展方向急求懂行的人指點，謝謝。

1)元素及同位素在地球及各子系統中的組成（豐度和分配）；
2)元素的共生組合及賦存形式；
3)元素的遷移和循環；
4)研究元素（同位素）的行為；
5)元素的地球化學演化。