从第32届国际地质大会看地球化学的现状与未来

地球化学的前沿研究地球化学是研究地球化学元素、化学反应和地球化学过程的科学。

自从地球成为人类生活的地方以来，地球化学一直处于人们关注的焦点。

而随着人类文明的不断发展，科技水平飞速提升，地球化学研究也在不断地取得新的进展。

本文将探讨当前地球化学领域的一些前沿研究。

1. 地球化学元素的来源和演化地球化学元素是构成地球的基本成分，对于了解地球物质的起源和物质变化过程具有重要意义。

目前，地球化学研究围绕着地球化学元素的来源和演化展开。

其中，对地球化学元素的来源研究主要关注天体物质的物质起源和演化，例如，太阳系形成过程中气体和尘埃的起源、星际尘埃中难以合成的元素的形成以及其他行星、彗星等小天体的化学成分和构成特征等。

而对于地球化学元素的演化研究则主要包括以下内容：一是地球化学元素的富集，即地球化学元素在地球内部和地表的富集和分布模式；二是化学元素物质循环，即元素在不同环境下的迁移和转化。

在这些研究中，地球化学元素同位素分析成为了研究工具，成为了探索地球化学元素来源和演化的重要手段。

2. 地球化学元素的微观机制研究地球化学元素在地球内部和地表的循环是一个复杂的过程，其中包括了相变、溶解、碳循环等多个机制。

地球化学元素的微观机制研究成为了解决这些复杂过程的关键手段。

例如，在地球内部，橄榄石（一种岩石矿物）中的不同地球化学元素的分布规律被认为和其结构中的微观机制有关。

通过岩石样品的高温高压实验和同位素分析，可以分离出组成不同的橄榄石单晶，研究一些微观机制如经验半径、配位数，以及离子的电荷状态和晶体结构等，从而揭示了地球内部地球化学元素在时间和空间尺度上的变化规律。

3. 化学循环与全球气候变化的关联研究随着工业化进程的加快，全球气候变化引起了人们的广泛关注。

同时化学循环在全球气候变化中也扮演着至关重要的角色。

地球上的大气、海洋、陆地等系统通过化学反应相互贯通，这种过程被称为全球化学循环。

全球化学循环的同时也会发生一些碳循环和氮循环等重要的物质循环。

地球化学技术在勘查中的应用与前景展望地球化学技术是一种综合利用地球化学、地质学、环境科学等相关学科知识和方法，通过对地球表层物质的成分、结构、性质及其变化规律的研究，来揭示地球内部构造、矿产资源分布、环境污染等信息的一门技术。

地球化学技术在勘查中的应用已经取得了显著的成果，并且具有广阔的前景。

首先，地球化学技术在矿产资源勘查中发挥着重要作用。

通过分析矿石、岩石和土壤样品中的元素含量和组成，可以确定矿床的类型、规模和储量等关键信息。

例如，通过对矿石中金属元素的分析，可以判断出金矿床的存在与否，并进一步评估其开采潜力。

此外，地球化学技术还可以帮助确定矿床的成因和演化过程，为矿床的勘探和开发提供科学依据。

其次，地球化学技术在环境监测和污染治理中具有重要意义。

随着工业化进程的加快和人类活动的增加，环境污染问题日益突出。

地球化学技术可以通过分析土壤、水体和大气中的有害物质含量，评估环境污染的程度和影响范围。

同时，地球化学技术还可以追踪污染物的来源和迁移路径，为环境治理提供科学依据。

例如，通过对土壤中重金属元素的分析，可以确定污染源，并制定相应的治理措施。

此外，地球化学技术在水资源勘查和管理中也发挥着重要作用。

水是人类生活和经济发展的基础资源，而地球化学技术可以通过分析水体中的溶解物质、微量元素和同位素组成，判断水源的类型、水质的优劣以及水资源的可持续利用性。

例如，通过对地下水中同位素的分析，可以判断水源的补给方式和水体的循环过程，为合理开发和管理水资源提供科学依据。

未来，随着地球化学技术的不断发展和创新，其在勘查中的应用前景将更加广阔。

一方面，随着分析技术的提高和仪器设备的更新，地球化学技术可以更加精确地分析样品中的元素含量和组成，提供更可靠的勘查数据。

另一方面，随着数据处理和模型建立技术的进步，地球化学技术可以更好地揭示地球内部构造、矿产资源分布和环境演变规律，为勘查工作提供更全面的信息。

总之，地球化学技术在勘查中的应用已经取得了显著的成果，并且具有广阔的前景。

全球变化与生物地球化学循环随着人类社会的快速发展，全球变化问题日益受到关注。

全球变化主要包括气候变化、大气污染和物种消失等方面的变化。

而生物地球化学循环是指物质在地球上的循环过程，包括碳循环、氮循环和磷循环等。

全球变化与生物地球化学循环之间存在着密切的关系。

本文将从全球变化的影响、生物地球化学循环的重要性以及二者之间的相互作用等方面进行探讨。

首先，全球变化对生物地球化学循环产生了显著影响。

气候变化是全球变化的关键要素之一，而碳循环是地球上最重要的循环之一。

气候变化导致了温度的升高和降水模式的改变，进而影响了植物的生长和分解速率。

植物通过光合作用吸收二氧化碳，将其转化为有机物，并释放氧气。

然而，温度升高会加快植物的光合作用速率，导致植物对二氧化碳的吸收和固定能力增强，从而促进碳循环。

与此同时，由于温室气体的排放导致温室效应加剧，全球气候变暖，使得冰川融化、海平面上升等现象频繁发生，对土壤碳储存和氮循环等生物地球化学循环过程产生直接影响。

其次，生物地球化学循环对于全球变化具有重要作用。

生物地球化学循环是地球生命系统的基础，维持着地球生态系统的稳定性。

其中，氮循环是生命体所需的营养元素，直接影响着植物的生长和动物的繁殖。

氮化合物的过量释放会导致水体和土壤的富营养化，造成藻类过度生长，对水质造成污染，形成"赤潮"等现象。

另外，碳循环是影响全球气候变化最重要的循环之一。

通过生物地球化学循环，二氧化碳被吸收和释放，在地球大气系统中维持着稳定的碳平衡。

植物通过光合作用吸收大量的二氧化碳，将其转化为有机物固定在植物体内，同时释放氧气。

这一过程对于减缓温室气体的排放，稳定地球气候具有重要的意义。

最后，全球变化与生物地球化学循环之间存在着密切的相互作用。

全球变化改变了地球的物质循环模式，从而进一步加剧了全球变化问题。

例如，温度升高导致海洋的水温上升，进而影响海洋生态系统中的生物地球化学循环。

海洋的温度升高会减缓大部分海洋生物的生长和代谢过程，从而影响二氧化碳的固定和氧的释放。

地球化学的历史发展与重要里程碑地球化学，这门研究地球的化学组成、化学作用和化学演化的科学，其发展历程犹如一部波澜壮阔的史诗。

从最初的朦胧探索到如今的精准分析，地球化学经历了漫长而曲折的道路，留下了一个个重要的里程碑。

在古代，人们就已经开始对地球上的物质有了一些初步的观察和思考。

中国古代的炼丹术，就是一种试图通过化学方法改变物质性质的实践。

虽然当时的目的并非为了研究地球化学，但其中所积累的一些化学知识和经验，为后来地球化学的发展奠定了基础。

古希腊哲学家亚里士多德也对地球上的物质组成和变化提出了自己的见解。

然而，真正意义上的地球化学的诞生，要追溯到 19 世纪。

当时，随着化学分析技术的不断进步，科学家们能够对岩石、矿物和土壤等地球物质进行更为精确的成分分析。

这一时期，瑞典化学家贝采利乌斯对许多矿物进行了化学分析，为地球化学的定量研究开辟了道路。

20 世纪初，地球化学迎来了一个重要的里程碑——维尔纳茨基提出了“生物地球化学”的概念。

他强调了生命活动在地球化学过程中的重要作用，认为生物与地球环境之间存在着密切的化学联系。

这一观点极大地拓展了地球化学的研究领域，使其不再仅仅局限于对无机物的研究，而是将生命元素的循环也纳入了研究范畴。

在地球化学的发展过程中，同位素地球化学的出现是一个关键的突破。

同位素是具有相同质子数但中子数不同的同一元素的不同原子。

通过对同位素的研究，科学家们能够更深入地了解地球内部的物质迁移和演化过程。

例如，利用碳同位素可以研究古气候和古环境的变化，氧同位素则有助于揭示岩石的形成温度和来源。

20 世纪中叶，板块构造理论的提出为地球化学的发展注入了新的活力。

板块运动导致了岩石圈的物质循环和交换，地球化学家们通过对板块边界处的岩石和矿物的研究，揭示了地球内部的热传递和物质交换机制。

这一时期，地球化学与地质学、物理学等学科的交叉融合日益紧密，形成了一系列新的研究方向和方法。

随着分析技术的不断提高，地球化学的研究精度和广度也在不断拓展。

生物地球化学循环及其对全球环境的影响地球是一个复杂而系统的生命体，生物地球化学循环被视为其中最重要的一个过程。

生物地球化学循环是指各种元素在生物圈、岩石圈、大气圈和水圈之间的循环。

它包括营养元素如碳、氮、磷、硫、钙、镁和铁等的循环，同时还涉及多种有机物和化学物质的循环。

这一过程是全球生态系统的重要组成部分，能够影响到环境保护、气候变化、人类健康等诸多方面，因此，本文将从不同角度对其进行探讨。

一、营养元素的循环营养元素的循环是生物地球化学循环中的重要环节。

其中，碳、氮、磷和硫是存在于生物体内的关键元素。

其循环过程由生物、地理和化学因素共同协作完成，影响着全球的生态系统平衡和物质流动。

以下分别介绍这些元素的循环过程。

1. 碳循环碳是地球上最丰富的元素之一，其循环过程主要有四个方面：生态系统的碳库、大气二氧化碳的环境与气候效应、碳库在全球生态系统中的动态平衡，以及海洋与蒸发对碳存储的影响。

其中，大气二氧化碳的环境与气候效应最为明显。

由于人类活动导致化石燃料的大规模燃烧，二氧化碳排放量不断增加，引发了气候变化的警示。

而生物地球化学循环中，植物蒸腾作为一种被动的作用，在空气中吸收水分并释放二氧化碳，进而促进碳的循环。

2. 氮循环氮是地球上最常见的元素之一，其循环过程主要涉及生态系统内氮转化、生物固氮、土壤的氮库和植物、动物对氮的吸收和归还等。

其中，氮转化是氮循环中最为关键的过程之一。

通过氮进行吸收后，微生物对其进行转化，并进一步将固态氮转化为氨气、硝酸盐等形式，帮助植物生长和发育。

氮的过量增加会改变植物和动物生长，加剧土壤侵蚀和花费暴跌等问题，对生态环境和人类社会带来深远影响。

磷是组成核酸和骨骼的重要元素，对固定氮肥、制药工业、重金属污染物处理等都有着重要作用。

其主要来源是岩石圈、水圈和生物圈。

其中，生物圈是磷的主要库，其中磷化学元素维持生物活动、促进植物的生长以及如同银行存款的方法一样确保了磷的循环。

在生物地球化学循环中，人类活动是影响磷循环的主要原因。

地球化学探索地球内部的化学反应与作用地球作为我们生存的家园，其内部的化学反应与作用对于地球的演化、地质过程以及自然资源的分布起着至关重要的作用。

地球化学作为一门研究地球内部化学成分和过程的学科，为我们揭示了地球内部的奥秘，本文将介绍地球化学在探索地球内部的化学反应与作用方面的重要成果。

一、地球内部的化学成分地球的内部可以分为地壳、地幔和地核三个层次，不同层次的物质组成不同，其中化学元素的分布情况直接决定了地球内部的化学反应与作用。

地球化学家通过对地壳和岩石的取样研究，确定了地壳的主要化学成分，如氧、硅、铝等元素的含量，这对于理解地壳的形成和演化过程至关重要。

同时，地球化学家通过地震波观测以及对火山岩石和钻孔样品的研究，揭示了地幔的化学成分。

地幔主要由铁、镁、铝等元素组成，这些元素的含量和分布对于地幔的物理状态以及热对流作用有着重要的影响。

地球化学揭示出地幔中的化学反应与作用是地球内部热力学平衡的重要因素。

地核是地球内部的最深部分，由铁和镍等重元素组成。

对地核的研究可以帮助我们了解地球内部的高温高压环境以及地球磁场的起源和演化。

地球化学揭示了地核中的放射性元素衰变是地内部持续释放的重要能量，这种能量对地球热力学和地球动力学的研究有着重要的意义。

二、地球内部的化学反应地球内部的化学反应是地球演化和地壳形成的基础。

其中最重要的反应之一是岩石和矿石的熔融。

地球化学家通过实验模拟和地质观测发现，在地幔和地壳的高温高压环境下，岩石和矿石可以发生熔融，形成岩浆和矿脉等地质现象。

这些熔融反应不仅决定了地球表面的构造和地貌，还是形成矿产资源的重要过程。

此外，地球内部的化学反应还包括水的溶解和氧化还原反应等。

地球的水圈是地球系统中至关重要的一部分，水的存在和循环与地球内部的化学反应密切相关。

地球化学家的研究表明，地下水通过与岩石相互作用可以发生溶解反应，改变岩石的化学组成并影响地下水的质量。

此外，地球内部的氧化还原反应也是关键的化学过程，相关研究对于了解地下矿产资源的形成和分布具有重要意义。

什么是地球化学？地球化学是研究地球上各种元素的分布、循环、演化及其间的相互关系的学科。

地球化学家通过对地球上物质元素丰度、分布、运移、远景、转换和生物地球化学过程的研究，揭示了地球和太阳系的过去、现在和未来之间的相互作用及其对生物圈的影响。

地球化学在环境、资源、矿产、能源等领域中起着重要的作用，因此越来越受到人们的关注。

一、地球化学的起源与发展地球化学学科的源头最早可以追溯到19世纪中叶，当时一些科学家想要研究地球内部物质的成分以及它们是如何形成的。

20世纪早期，随着地球化学技术的逐渐发展，地球化学作为一门独立的学科开始逐渐形成。

现代地球化学是吸收了化学、物理、生物、地球科学等多个学科的研究成果并结合自身实践而形成的，目前为止已经成为了一个相对完整的学科体系。

二、地球化学的研究内容1. 地壳、地幔和核的物质成分研究地球分为地壳、地幔和核三部分，地壳是固体的外壳，地幔是固体的底部层，核则分为地核和外核。

地球化学家对这三部分物质的成分进行了分析研究，为地质学、矿物学和地球物理学的发展提供了重要的基础。

2. 环境污染的分析与治理地球化学家通过对环境样品进行组分测定，可以对污染源、传输途径和环境背景进行分析，从而为环境治理和保护提供科学依据。

例如，地下水、大气、土壤、净水等方面的环境保护等。

3. 土壤和植物的养分研究土壤是地球上生命活动所依赖的重要载体，而植物则是土壤中身份的代表。

地球化学家可以通过土壤、植物和水等生态系统元素分布的研究，了解土壤和植物的养分状况，为高产、优质和减少化肥的使用提供依据。

4. 能源和矿产资源的开发与利用地球化学在能源和矿产资源的开发与利用方面也发挥了重要作用。

例如，地球化学家可以通过对石油、天然气、金属矿物和非金属矿物等资源的地球气息研究，为这些资源的开发、利用和优化提供依据和指导。

三、结语地球化学在当今的环境保护、能源矿产开采和冶炼等方面都有着非常重要的作用。

地球化学家的研究能够让我们更好地了解地球上的物质元素，以及它们在自然界中的循环和演化，为构建可持续发展的地球环境做出积极贡献。

以夏威夷火山为代表的众多火山存在于板块中部，可以用地幔柱来解释。

特征：相对固定，高Ti、高Nb含量是现代地幔柱的常见特征(王登红,1998)。

20世纪70年代初，科学家提出了地幔柱的概念。

借助地震波来描述地球内部的景象。

一股炙热、粘性的岩石流，向上延伸到岩石圈底部，并在那里散开，形成约100km厚的饼状结构，然后继续向上延伸，为火山提供物质和能量。

疑问，地幔柱来自哪里？他们是直线上升还是螺旋上身？什么是火山热点？夏威夷地幔柱富含榴辉岩的矿物质可能存在地幔柱：夏威夷、加拉帕戈斯群岛、冰岛以及东非的阿法尔地区。

地震图像是研究的关键目的：①地幔柱对于地球大地构造演化有着重要的影响，它控制大陆裂解聚合过程，导致板块内火山地震等现象$地幔柱理论可以解释许多板块学说不能解释的问题，很有可能成为一种更为完善的理论体系。

②洋脊分段主要受地幔岩浆周期性脉动上涌控制,即受岩浆供应方式制约。

事实上造成洋脊分段的动力学岩浆是由地幔柱提供的,而地幔柱提供岩浆的方式对洋脊分段有重要影响发展过程：①20世纪60年代，加拿大地质学家Wilson在研究夏威夷—皇帝火山岛链的起源时，②普林斯顿大学的Morgan在Maruyama的理论中，热幔柱引起超大陆裂解，大洋形成; 冷幔柱导致超大陆聚合等。

日本学者丸山茂德( Maruyama) 认为“板块构造理论只能解释地球表层200km内的现象，而只有地幔柱构造才能说明星球各个层次的演化历史。

”矿床相关对全球主要赋含钒钛磁铁矿床的层状岩体和铜镍硫化物矿床的镁铁—超镁铁质岩体的统计表明，地幔柱成因的大火成岩省是形成岩浆铜镍硫化物矿床和钒钛磁铁矿床的主要场所！卡林型金矿矿集区、与基性超基性岩有关Cu-Ni-PGE硫化物矿床(以Naldrett为首的研究组在31届国际地质大会上对近年来取得重大突破的Voisey'Bay Ni-Cu-Co-PGE矿床与地幔柱的关系进行了系统介绍)、条带状铁建造等方面取得了显著进展1998年以来,开始对地幔柱的成矿问题进行新的研究。