Question

地球化学的概念

Answer 1

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。