地球化学是20世纪新兴的学科。学科建立以来,它在各个研究领域中都得到了迅速发展并取得了重要成果。任何学科在发展的不同阶段,其研究对象和研究范畴都有不同的表述,这是学科发展的必然要求和标志。20世纪70年代以前,地球化学的研究对象被视为地球中的原子。其研究范畴主要是元素在地壳中的集中、分散、迁移和丰度问题。近三十年来,由于板块构造说的兴起,引起了地学界思想的重大变革,使之首次真正从全球乃至太阳系的视野来思考研究地学问题,从而导致了对地球化学的学科性质和研究范畴表述的再思考。近代地球化学学科可定义为:地球化学以地球系统为研究的主体,研究其自然化学行为。元素在不同热动力条件下的分配和再分配问题是地球化学研究的重要内容。本学科在时间上已跨越地球形成迄今的全部演化史;在空间上已扩大到宇宙可能测及的星体,如太阳、月球、火星等宇宙星体;在理论和实践上,地球化学的研究领域是多方面的,地球化学在经济建设中主要是运用它的知识、理论和思维方法来研究地质找矿、生态环境和资源利用等问题。
地球是一个极其复杂的物质体系,地球科学中的各个分支学科都是从各自的观点和不同的角度去认识和探索这个复杂物质体系的过去和现在。地球化学是地球科学传统学科,它是着重研究地球及其各个组成部分的化学组成、化学作用和化学演化的科学。地球化学是地质学和化学学科交叉的产物,同时还汲取物理学、数学、天文学、空间科学、海洋学等学科的丰富营养。现在,地球化学与地质学、地球物理学和大地测量学一起成为地球科学的四大支柱学科。
瑞士化学家C.F.许拜恩于1838年首创“地球化学”这个词,他说“在使描述地质学过渡为地质学之前,必须创立一门新学科,这就是地球化学”。“先有地球化学,然后才能谈真正的地质科学”。自从地球化学创立以来,不同时期的著名地球化学家都对地球化学做过定义,这些定义不同程度地反映了地球化学各个时期的发展水平。现分别介绍如下:
美国地质调查所主任化学师F.W.克拉克(F.W.Clark,1847~1931)在1924年第五版《地球化学资料》(“The Data of Geochemistry”)的序言中指出:“每一种岩石都可以看成一个化学体系,在这个体系中,各种作用都可以引起化学变化,研究这些变化就是地球化学的范畴。确定可能发生什么变化,怎样发生和什么时候发生,观察伴随这些变化所发生的现象,记录它们的最后结果,就是地球化学的功能”。
前苏联科学院院士B.И.维尔纳茨基(B.И.Вернадский,1863~1945)在1924年出版的世界最早一部地球化学著作《地球化学概念》中明确指出:“地球化学是用科学的方法研究地壳中的化学元素,即研究地壳中的原子,并尽可能地研究整个地球上的原子。它研究原子的历史,研究原子在时间上、空间上的运动和分布,研究原子在地球上相互间的成因联系”。他的学生A.E.费尔斯曼院士(A.E.Ферсман,1883~1945)同样强调地球化学研究原子历史的任务,他在1933年出版的《地球化学》(四卷集)第一卷中指出:“地球化学研究地壳中化学元素——原子的历史及其在自然界的各种不同的热力学和物理化学条件下的行为”。
V.M.戈尔德施密特(V.M.Goldschmidt,1888~1947)在他所著《地球化学》中也阐明了地球化学的概念,他认为:“地球化学是根据原子和离子的性质,研究化学元素在矿物、矿石、岩石、土壤、水及大气圈中的分布和含量以及这些元素在自然界的迁移。地球化学的主要目的,一方面是定量地确定地球及其各部分的化学组成,另一方面是揭示每种元素分布的控制规律”。
我国在20世纪70年代以后出版的《地球化学》也给地球化学做过明确的定义,如南京大学刘英俊等编著的《地球化学》(1979年)中对地球化学定义如下:“地球化学主要是研究地壳(尽可能整个地球)中的化学成分和化学元素及其同位素在地壳(地球)中的分布、分配、共生组合、集中分散及迁移规律的运动形式和全部运动历史的科学,也就是研究地壳(地球)中物质的化学运动和变化过程的科学”。
20世纪40年代以后,修斯(H.E.Suess)和尤里(H.C.Urey)综合天体化学、天体物理学、同位素地球化学和陨石学研究成果,提出了核素宇宙丰度的概念,把地球化学的定义推广到天体化学研究领域。从50年代开始,由于空间探测技术和空间科学的发展,宇宙化学成为地球化学领域中一项重要研究内容。美国全国地球化学委员会地球化学发展方向小组(1973年)在《地球化学的发展方向》一书中对地球化学的理解大大扩展了其研究范围,该书给地球化学定义如下:“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向”。
涂光炽等编著的《地球化学》(1984年)对地球化学则作了如下定义:“地球化学就是地球的化学,它是研究地球(也包括部分天体)的化学组成、化学作用及化学演化的学科。它是地学和化学边缘杂交的产物。它更多的是地学的,但也可以是化学的分支学科”。这个定义,将地球化学精练地定位于研究地球和部分天体的化学组成、化学作用和化学演化的科学。
欧阳自远等在2001年出版的《地球的化学过程与物质演化》中定义:“地球化学就是研究各种地质体中的元素及其同位素的组成与时空变化的科学。它既探讨元素的共生组合、赋存形式和元素的物态、化合物种类、形式、键型、价态与其在晶体构造中的配值位置,也探索元素在时空上的宏观与微观的分散、集中、迁移的动态过程,以至太阳系的化学组成与演化,即太阳星云的化学成分、分馏和凝聚,太阳系各行星与小天体(卫星、小行星、彗星、陨石与宇宙尘等)的化学组成与演化。”
由上可见,地球化学的研究对象、研究范围逐步发生变化。经典地球化学的研究对象以地壳中的原子和元素行为为主,而现代地球化学的研究对象在空间上和时间上都发生了较大变化。在空间范围,现代地球化学的研究对象从地壳扩展到地球各部分(包括大气圈、海洋、地表、地壳、地幔等)、直至扩展到太阳系空间(主要包括行星、月球、宇宙尘和陨石等);在时间尺度上,现代地球化学的研究对象从现代追索到地球形成之初的远古地质时代。
科学技术是人类生产实践知识的结晶,它的发展依赖于社会生产。
地球化学是20世纪30年代奠基的科学,但其思想萌芽起源甚早。在我国的商代已使用铜器,春秋战国时期,铁、铜的采冶已有了普遍的发展。当时,人们在矿业生产劳动中已有了一些有关金属的共生、分带和地球化学找矿标志的直观认识。在春秋时期的《管子·地数篇》一书中记有“山上有赭(注:褐铁矿)者,其下有铁;上有铅者,其下有银;上有丹砂者,其下有金;上有慈石者,其下有金铜此山之见荣者也”。我国封建社会的延续,阻碍了科学技术和生产的发展。近代地球化学思想的出现始于欧洲。18世纪下半叶,英国开始了世界最早的工业革命。欧洲近代生产的兴起,促进了采矿和地质学的发展。瑞士化学家松拜因(Schöbein)第一次提出“地球化学”的名词。1842年,他预言,有了地球化学,才能有真正的地质科学。约又半个世纪以后,由于结晶学、矿物学、物理学和化学等有关学科研究的不断深入,促进了地球化学学科的萌芽。19世纪前半叶,在美国、北欧和苏联,不同的地球化学学派为现代地球化学的建立都做出了自己的贡献。
美国学者克拉克(F.W.Clark)最早研究了大陆地壳元素的平均含量,1908年他的《地球化学资料》(Data of Geochemistry)一书出版,该书发表的地壳中50种元素平均含量的数据,至今仍有重要的参考价值。当时,克拉克及其合作者对地球化学研究内容的认识比较狭窄,认为地球化学是研究元素在地壳中的丰度问题;克拉克关于元素丰度的成果仅为元素的质量丰度值。地球科学的发展,要求人们对地球乃至宇宙体中元素丰度的认识不仅限于量的属性,还应认识元素存在的质的属性,即元素存在状态的不同。
在20世纪20年代以来,苏联学者维尔纳茨基(В.И.верадский)和费尔斯曼(А.Е.Ферсман)确立了研究地壳中原子自然演化历史的方向。注重研究元素在不同地质条件下的共生组合与迁移的规律。他们研究的范围相当广泛,系统地总结了不同地质作用中元素的地球化学行为。维尔纳茨基1924年出版的《地球化学概论》和费尔斯曼1933年至1939年出版的四卷《地球化学》巨著是地球化学的宝贵文献。
从20世纪30年代到40年代,挪威学者戈尔德施密特(V.M.Goldschmidt)开创了地球化学中的晶体化学研究方向,取得了重要成果。他运用原子和离子半径以及极化效应揭示元素在矿物中的分配和结合规律,使晶体化学成为地球化学的理论基础之一。他的元素地球化学分类和个别元素地球化学的研究都是开创性的。戈尔德施密特及其同事们的工作,对提高地球化学学科的理论具有重要贡献和深远影响。
整个19世纪,地球化学还只是零散资料的积累,它是地质学特别是矿物学研究的副产品。进入20世纪,在经历了较长的资料积累和孕育阶段后,主要由于北欧和前苏联学者的巨大工作,才使地球化学发展成为具有现代系统理论的科学。
近30年来,由于生产力和自然科学又有重大发展,近代新的分析测试技术的不断出现,极大地提高了地球化学数据的精度和分析速度。中子活化、电子能谱、红外光谱、核磁共振等多种测试技术的建立,为快速准确地测定元素地球化学数据创造了前所未有的条件。
板块构造理论变革了地球科学,并对岩石学、矿床学和地球化学产生了重大影响,特别在玄武岩的生成、地幔与地壳的组成和演化、板块运动与成矿关系等方面扩大了地球化学的研究领域,改变了旧有观念,许多成岩成矿地球化学的传统观念已被新的认识所代替。
总之,现代地球化学已进入全面深入发展的新阶段,在地质科学领域中日益占有更加重要的地位。
我国地球化学学科的建立,是从解放后才开始的。大力发展地质事业必然需要地球化学。建国以来,开展了几乎所有领域的地球化学研究工作,并取得了多方面的理论与应用成果。与此同时,相继建立了从事教学、科研和生产的专业机构,为促进我国地球化学学科的发展和人才培养做出了贡献。如果说20世纪50年代是我国地球化学奠定基础和初步发展的时期,现在已属于经历了全面发展日趋成熟的阶段。特别是在作用地球化学、找矿地球化学、同位素地球化学和宇宙化学等方面已取得了重要成果。可以预见,我国的地球化学科学事业,在不久的将来必将全面达到世界先进水平。
地球化学主要研究地球和地质体中元素及其同位素的组成,定量地测定元素及其同位素在地球各个部分(如水圈、气圈、生物圈、岩石圈)和地质体中的分布;研究地球表面和内部及某些天体中进行的化学作用,揭示元素及其同位素的迁移、富集和分散规律;研究地球乃至天体的化学演化,即研究地球各个部分,如大气圈、水圈、地壳、地幔、地核中和各种岩类以及各种地质体中化学元素的平衡、旋回,在时间和空间上的变化规律。
基于研究对象和手段不同,地球化学形成了一些分支学科。
元素地球化学是从岩石等天然样品中化学元素含量与组合出发,
比如已经测得太阳系各行星形成的年龄为45~46亿年,太阳系元素的年龄为50~58亿年等等。另外在矿产资源研究中,
有机地球化学是研究自然界产出的有机质的组成、结构、性质、空间分布、在地球历史中的演化规律以及它们参与地质作用对元素分散富集的影响。生命起源的研究就是有机地球化学的重要内容之一。
天体化学是研究元素和核素的起源,元素的宇宙丰度,宇宙物质的元素组成和同位素组成及其变异,天体形成的物理化学条件及在空间、时间的分布、变化规律。
环境地球化学是研究人类生存环境的化学组成化学作用、化学演化及其与人类的相互关系,目前是人们未来研究的热门方向。
矿床地球化学是研究矿床的化学组成、化学作用和化学演化。着重探讨成矿的时间、物理化学条件、矿质来源和机理等问题。它综合元素地球化学、同位素地球化学、勘查地球化学和实验地球化学等分支学科的研究方法和成果,为矿产的寻找、评价、开发利用服务。
区域地球化学是研究一定地区某些地质体和圈层的化学组成、化学作用和化学演化,为划分元素地球化学区和成矿远景区提供了依据。
勘查地球化学是通过对成矿元素和相关元素在不同地质体及区带的含量和分布研究,
导致发现地幔组成的不均一性(垂向的和区域的),
在研究方法上,地球化学综合地质学、化学和物理学等的基本研究方法和技术,形成的一套较为完整和系统的地球化学研究方法。这些方法主要包括:
在思维方法上,对大量自然现象的观察资料和岩石、矿物中元素含量分析数据的综合整理,广泛采用归纳法,得出规律,建立各种模型,用文字或图表来表达,称为模式原则。
如量子力学、化学热力学、化学动力学核子物理学等,以及电子计算技术的应用使地球化学提高了推断能力和预测水平。
地球化学的分析测试手段也将更为精确快速,微量、超微量分析测试技术的发展,将可获得超微区范围内和超微量样品中元素、同位素分布和组成资料。
《地球化学》、《环境地质学》、《生物地球化学》、《构造地质学》、《结晶学与矿物学》、《岩石学》、《矿床学》、《环境地球化学》、《变质岩岩石学》。
地球化学主要研究元素、矿物、岩石和矿床的形成和演化的理论模拟、成岩成矿过程的实验研究等。地球化学是中国普通高等学校本科专业。
地球化学主要研究地球及其子系统(包括部分宇宙体)的化学组成和化学演化,包括地球(包括部分天体)的化学组成、地质过程中化学作用机制和条件、元素的共生组合及其赋存形式、元素的迁移和循环等等,涵盖矿物、岩石、矿床、地质等多个方面。
就业方向:矿业、工程类企业:生产、测试、工程技术、技术管理、野外勘测、地质勘探。
考研方向:地球化学、地质学、地质工程、矿物学、岩石学、矿床学。
地球化学属于地质学类专业,基本修业年限为四年,授予理学学士学位。该专业旨在培养具有较坚实的数学、物理、化学、外语、计算机的基础,掌握地球化学和地质学以及相邻学科的专业理论、基本技能和基本方法。
地球化学属于基础类学科,读这个专业的同学往往都需要深造。因此这个专业比较看重兴趣和研究能力。如果女生对这方面有兴趣和专长的话是可以去学的。总体来看,地球化学适合做研究的人学吧,研究生以后可以去研究所,本科不好找工作,一般是去油田,想去油田可以去读油藏工程和资源勘察工程,地化本科在油田也没什么好单位。

微信扫码关注公众号
获取更多考试热门资料