地球化学绪论01simple

,地球化学,绪论,地球化学的定义和研究内容,定义,第四级,第五级,*,地球化学,授课教师：郑海飞,1,地球化学,参考书：,戚长谋编地球化学通论,赵伦山等编地球化学,刘本立编地球化学基础,2,地球化学,教学内容：,基本理论（元素分布分配、元素结合规律、元素的迁移与分异、同位素地球化学原理）,作用地球化学实例分析,3,地球化学,教学方法,授课+课堂讨论（抽查）,测验（权重）,考试,地球化学课程（,Powerpoint,）,/incoming/,郑海飞/课程,4,绪论,一、地球化学的定义和研究内容,二、地球化学学科特点及与其它学科的 关系,三、地球化学发展简史,四、地球化学的研究方法,5,绪论,一、地球化学的定义和研究内容,1.地球化学的定义：是研究地球的化学成分以及元素在其中的分布、分配、集中、分散、共生组合与迁移规律、演化历史的科学。,研究内容的概括,6,绪论,2.研究内容：,（1）研究对象：,地球（矿物、岩石、大气、水体、地壳、地幔、地核）,太阳系（天体）,为什么要研究它们？,7,绪论,（2）研究内容：,a.,元素的分布、分配,体系组成自然决定,为什么要研究这些？与化学学科的区别。,8,绪论,b.,元素集中、分散、共生组合、迁移规律,地球化学,基本理论（矿物岩石形成过程机理及其环境条件的指示作用）,为什么要研究这些？核心：元素的化学作用和变化。,9,绪论,c.,演化历史,了解过去，研究现在，预测将来,（例：地球内部温度、大气、海洋、气候、资源随地球历史的变化）,为什么要研究这些？本质和过程研究：地球化学的优势。,10,绪论,一、地球化学的定义和研究内容,二、地球化学学科特点及与其它学科的关系,三、地球化学发展简史,四、地球化学的研究方法,11,绪论,二、地球化学学科特点及与其它学科的关系,1.学科特点,（1）对象：地球、地壳等及地质作用,用地球化学方法研究以认识自然作用,与其它学科比较,12,绪论,（2）以化学等为基础，着重于化学作用,矿物岩石学：由结构构造了解成因,构造地质学：由物理运动了解过程,古生物学： 由形态获得信息,与其它学科比较,13,绪论,（3）理论性与应用性,理论性：,从化学角度查明过程、原因,应用性：,生态环境及治理、农业,矿产资源勘探、开发,与地质学各分支学科比较,14,绪论,2.与其它学科的关系（相互渗透）,15,绪论,2.与其它学科的关系（相互渗透）,（1）矿物岩石学（物源、条件、时代？）,（2）矿床学（物源、条件、时代？）,（3）大地构造（分区、板块起始、时代、俯冲等）,（4）古生物地史学（无化石？生存环境）,16,绪论,（5）古气候学（例：冰川包裹体,CO,2,）,（6）灾害学（天体碰撞、火山、地震）,（7）天文（天体，陨石）,（8）环境与农业（必需、非必需元素）,（9）工业（核废料处理）,17,绪论,一、地球化学的定义和研究内容,二、地球化学学科特点及与其它学科的关系,三、地球化学发展简史,四、地球化学的研究方法,18,绪论,三、地球化学发展简史（一）地球化学的发展1.资料积累阶段（萌芽时期）：19-20世纪初，随着人类生产活动的需要：找矿、采矿、选冶实践。瑞士化学家许拜恩就预见到这门学科的必要性和可能性，他说：“在使描述地质学过渡到地质学以前，必须创立一门新学科，这就是地球化学”。,19,绪论,2.独立成型时期（形成系统理论和独立方法时期）：,地球化学先驱：,克拉克,：,系统,分析了世界各种岩石等样品，计算了地壳的平均成分,Data of Geochemistry,（1908）,20,绪论,戈尔德施密特,：,提出晶体化学第一定律（1933）,拟定了元素的地球化学分类,地球化学概论，1924,21,绪论,费尔斯曼,：,创立地球化学过程能量分析的原理和方法。,地球化学及矿物学找矿方法，1940。,地球化学四卷集，1934-1939）。,22,绪论,3.蓬勃发展时期：50年代-现今,与海洋科学、环境科学、天文学、物理学、生物学等相互渗透和结合产生了许多重要的分支学科：,同位素地球化学,同位素年代学和稳定同位素,元素地球化学,23,绪论,实验地球化学,环境地球化学,有机地球化学,矿床地球化学,生物地球化学,24,绪论,国际性的刊物(仅列出部分)：,Geochimica et Cosmochimica Acta（UK,）,Physics and Chemistry of the Earth（UK,）,Geochemical Journal(Japan,),Applied Geochemistry（ USA,）,Geochemistry International(USA),25,绪论,（二）我国的地球化学,1.对我国地球化学有影响的人物：,侯德封,（1900-1980）：,提出地层地球化学、化学地史、化学地理的概念，创立了“核子地质学”,26,绪论,李璞,（1911-1968）：,1950年获剑桥大学博士学位，1958-1962年建立我国第一个同位素地球化学实验室，并完成第一批同位素年龄数据。,27,绪论,涂光炽,（中国科学院院士）：,1949年获得明尼苏达大学博士学位,在中国最早讲授地球化学课程,曾任中国科学院地质研究所和地球化学研究所所长,组织和参与了“中国层控矿床地球化学”等课题的研究,28,绪论,司幼东,（1920-1968）：,中国实验地球化学的奠基人，指导和建立了中国第一个成矿实验室（中国科学院地质研究所），进行了,Sn,、,Nb,、,Ta,等,配合物的成矿实验，提出酸碱分离与成矿作用的关系。,29,绪论,欧阳自远,（中国科学院院士）：,天体化学家,天体化学,30,绪论,张本仁,（中国科学院院士）：,区域地球化学,地球化学,於崇文,（中国科学院院士）：,31,绪论,北京大学：,魏菊英,：地球化学,曾贻善,：实验地球化学,南京大学：,刘英俊,：地球化学，元素地球化学，钨的地球化学，勘察地球化学,32,绪论,2.我国的地球化学开放实验室：,（中国科学院）,有机地球化学国家重点实验室（广州）,生物气体地球化学开放研究实验室（兰州）,矿床地球化学开放实验室（贵阳）,环境地球化学国家重点实验室（贵阳）,33,绪论,我国有地球化学专业的大学：,北京大学地质学系(地球与空间科学学院),南京大学地球科学系,中国地质大学,中国科技大学,长春地质学院,桂林冶金地质学院,34,绪论,我国的地球化学刊物：,地球化学，1972,Chinese Journal of Geochemistry,1982,地质地球化学,矿物岩石地球化学通报,其它刊物（地质学报、矿物学报、岩石学报等）,35,绪论,当前地球化学的前沿课题：,地球化学的理论研究（预测）,地幔的不均一性(规模、起因),大陆岩石圈的结构和成分（双层？）,陆壳的起源与演化（玄武岩、斜长岩？）,成矿作用的地球化学热力学和地球化学动力学,36,绪论,水-岩相互作用（熔融、溶解、不连续？）,全球环境变化的地球化学再造（过去）,与生态环境有关的地球化学研究,人类活动与地球环境的相互影响,岩石圈-水圈-生物圈-大气圈的相互作用（系统，如增加,CO,2,的,结果）,地球化学旋回和沉积总量的均衡,37,绪论,深部流体与成矿作用,地球内部流体动力学,地球内部流体与生物圈、大气圈的相互作用,地球内部流体的实验研究,地外冲击及其对地球历史的影响（物质分异、组成、生命演化）,比较行星学与地球早期历史,生命起源,38,绪论,一、地球化学的定义和研究内容,二、地球化学学科特点及与其它学科的关系,三、地球化学发展简史,四、地球化学的研究方法,39,绪论,四、地球化学的研究方法,（一）地球化学的认识论和方法论,认识论：,1.地球化学系统观点,如中国南岭花岗岩形成大量,W,、,Sn,矿床，,秦岭则为,Mo,矿床,40,绪论,2.元素自然历史观点,自然界中任何物质形式均为特定条件下暂时的存在形式。,例如，沉积岩中的成矿元素在热液作用下被带出并在一定条件下沉淀，地球化学即研究其历史。,41,绪论,3.以元素分配观点认识事物,地球上任何化学运动均表现为分配和再分配，如：,岩浆-残余固相,岩浆-结晶晶体,岩浆-岩浆,岩浆-硫化物熔体,42,绪论,岩浆-流体,岩浆-气体,流体-固体（岩石或矿物）,所有这些不同相之间元素的分配导致了地球上元素的集中和分散,43,绪论,方法论：,将问题转化为地球化学的问题,（1）将现象转化为地球化学过程和体系,岩浆岩：800,，2000,atm,的,高温高压条件和状态,石英脉：200-400,，,500,atm,水溶液,沉积岩：表生环境（1,atm,O,2,）,44,绪论,（2）将地质现象转化为地球化学的条件和环境,断裂：通道、开放条件,片理化：增加反应面积，化学反应快,45,绪论,岩浆岩：热液的动力源（热源）,矿物类型：,Eh,，,如陨硫铁+自然铁（强还愿），硫化物+磁铁矿（弱还原），硫酸盐+硫化物,（,氧化）,围岩热液蚀变：,PH,，,如,3,KAlSi,3,O,8,+ 2H,+,-,KAl,3,Si,3,O,10,(OH),2,+2K,+,+6SiO,2,46,绪论,（3）将生物、环境、地质课题转化为地球化学的课题，例：,生物、环境问题-元素的区域分布和指示作用（如毒性元素,As,、Cd、Hg、Pb，,放射性元素,Th,、,U,，,Ir,异常,等）,大地构造问题-元素、同位素（如,Pb、Nd、Sr、,10,Be,）,分布、分配和指示作用,矿床-元素的分布（空间和时间）、分配和集中,47,绪论,（二）地球化学的野外工作方法,1.宏观地质现象的时空观察,地质体（如地层、岩体）的空间展布、,时间,顺序、相互关系，收集一切有助于地球化学研究的资料,目的：研究演化,48,绪论,2.野外地球化学问题研究,断裂：通道、减压、物质进出,矿物类型：氧化-还原条件和酸碱度变化,目的：研究过程、条件,49,绪论,3.地球化学样品采集,样品必须具有：,代表性（无后期作用叠加，新鲜）,系统性（如蚀变-无蚀变，老-新地层或岩体等）,统计性（代表性可能不好时）,50,绪论,（三）室内研究方法,1.样品的元素含量分析：,仪器分析：原子吸收、,X,荧光光谱、等离子光谱、中子活化、质谱等,微区分析：电子探针、离子探针、同步辐射等,51,绪论,2.元素结合形式和赋存状态的研究,不形成独立矿物的元素研究其赋存状态，如用物相分析、微区分析等,目的：研究元素集中分散机理,52,绪论,3.作用物理化学条件的测定和计算,包裹体进行温度、压力、热液成分的测定,微量元素温度计,矿物对温度压力计,同位素温度计,计算：,PH,、,Eh,、,fO,2,、,盐度、离子强度、矿质浓度等,53,绪论,4.实验模拟（地质现象和理论的检验）,（1）实验设备,压力釜,压机（如两面顶和六面顶压机）,金刚石压腔,（2）实验内容：矿物合成、交代反应、溶解度、相变、元素分配等,54,绪论,金刚石压腔：,压力达550,GPa,温度5000,55,图1，,Bassett,的热液金刚石压腔装置,56,绪论,用于人工水晶生长的高压釜装置 （一般温度800,压力,200,MPa,）,57,绪论,思考：,地球化学的定义,提示：地球化学的研究对象和研究内容？,58,