地球化学的历史_发展和应用地球化学的内涵_展望_序一_

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1、地球化学的历史、 发展和应用地球化学的内涵、 展望 （序一） 於崇文 （ 中国地质大学，北京!“#$） !国内外地球化学历史发展概况 地球化学作为一门科学， 是在西方和前苏联形成和发展起来的。它的发展大体可分为$个时期。 （!） 地球化学的孕育时期（ 史前至!%世纪末） 这一时期以!+ !#年完成了 化学地质学与物理地质学$卷本教科书，?+ ,+ + AB30 C0 ,0D-E8.F于!#&年发表了岩石和陨石中%种元素的定性分布频率表，1+G+H56IJ03.于!#$%年首次提出了 “ 地球化学” 这一名词。 （K） 地球化学的形成时期（K“世纪初至K“世纪中叶） 在这一时期地球化学形成为一门

2、独立的科学。下列学者为地球化学的创立曾做出重要贡献。首先，G+ *+ LBD4M于!%“#年发表了 地球化学资料 ， 将分析化学引入了地球化学， 提出了元素“ 丰度” 的概念。N+ 年出版了专著 地球化学概论 ， 将地球化学分为岩石地球化学、 水地球化 学、 大气地球化学和生物地球化学个分支， 并为生物地球化学奠定了基础。0) 1) 2$*,3+%在K“世纪$“年 代对当时积累的大量地球化学资料进行了系统全面的理论总结， 创立了地球化学过程能量分析的原理和 方法， 并重视地球化学找矿和地球化学填图， 于!%$!%$%年间完成了卷集 地球化学 巨著。K“世纪$“ 年代以后，O+ L+ P40=开

3、拓了稳定同位素地球化学研究， 建立了陨石的化学分类， 提出了元素的宇宙丰度 的概念， 并创立了宇宙化学。 （$） 地球化学的发展时期（!%“年至今） K“世纪“年代以后， 电子计算机的发明和人造卫星上天在世界范围内引起了一场科学技术革命， 使人们 认识到应该把地球作为一个整体， 甚至作为天体的一个组成部分进行研究。 地球化学的研究对象从地壳扩大 到地球， 从陆地到海洋， 从岩石圈到核Q幔界面甚至地球内核， 从地球扩展到宇宙空间， 从现代追溯到地球起 源的远古时代。地球化学的研究重点也从矿产资源勘查和开发转移到地球科学面临的重大基本问题 （ 太阳 系、 地球、 生命、 人类、 元素的起源和演化）

4、 、 全球规模和区域范围的人类生存环境和社会问题（ 人口、 资源、 环 境、 灾害） 上。 为了适应上述种种需要， 于是地球化学从单纯的地质学与化学相结合转向与天文学、 海洋学、 环 收稿日期：K“Q!“Q“& 作者简介： 於崇文（!%KQ） ， 男， 教授， 中国科学院资深院士， 从事地球化学、 地球化学动力学和地质过程复杂性的教学与研究。 境科学及数学、 物理学、 生物学、 计算机科学等学科广泛地相互渗透和交叉。 同时登月飞行、 星际探测、 超深钻 进、 深海探测、 微区微量超微量测试方法的开拓、 超高压实验技术和计算机模拟的发展， 使地球化学的信息量 剧增， 大大拓宽了人类的视野、 深化

5、了对地球的认识。 在相邻学科互相渗透和观测手段迅速发展的促进、 推动 下， 产生了矿床地球化学、 区域地球化学、 构造地球化学、 海洋地球化学、 环境地球化学、 生物地球化学、 有机 地球化学、 深部地球化学、 元素地球化学、 同位素地球化学、 气体地球化学、 流体地球化学、 分析地球化学、 实 验地球化学、 地球化学热力学、 地球化学动力学、 量子地球化学、 计算地球化学、 天体地球化学、 海洋地球化 学、 勘查地球化学、 工艺地球化学等数十个分支学科。可以说现代地球化学已发展成为内容十分广泛的系统 性科学。另一方面， 地球化学也已成为与地质学、 地球物理学和大地测量学相并列的固体地球科学的

6、四大支 柱学科之一。 !中国地球化学的发展方向 从中国地球化学学科的现状可见， 虽然解放前地球化学学科在中国还是一个空白领域， 但是经过“#余年 的努力， 特别是在“ 文化大革命” 之后不足$#年的短时间内， 地球化学学科在中国迅速发展， 已经建立起能基 本满足社会、 经济和科学技术发展需要的独立的学科体系， 在总体上处于国际地球化学界的中上水平， 有些 分支学科如矿床地球化学、 环境地球化学、 有机地球化学、 元素地球化学等能赶上国际发展水平， 少数分支学 科和领域如层控矿床地球化学、 成矿作用动力学、 区域地球化学、 稀土元素地球化学、 勘查地球化学和天体化 学等则已达到国际先进水平。 回

7、顾中国地球化学学科的发展历程， 有些已经取得的经验值得总结和吸取， 如满足国家对矿产资源 的需求， 结合本国的地质、 地理实际和社会发展需要， 重视应用基础和基础理论研究等。 但同时也应看到， 中国地球化学研究还没有转向地球科学发展所面临的重大基本问题； 研究重点还应进一步向增强学科的 社会功能转移； 重点研究区域在结合本国地质地球化学区域特征方面还缺乏长期规划； 研究对象和领域 还应向纵深拓展； 分析测试手段、 实验模拟和计算机模拟技术尚不够完善； 基础理论研究与国外相比较为 薄弱， 还有较大差距， 亟待加强； 现有分支学科发展不平衡， 有的新分支学科还存在空白点， 地球化学的理 论体系还不

8、够完整。 展望未来， 为了进一步满足社会、 经济和科学技术持续发展的需要， 完善和提高中国的地球化学学科水 平， 在一个不太长的时期内能与国际地球化学界并驾齐驱， 以下几个方面是值得重视并有待全国地球化学工 作者共同努力的。 （%） 与其他学科相配合， 共同研究和解决当代地球科学所面临的重大基本理论问题天体、 地球、 生 命、 人类、 元素的起源和演化。 （!） 为缓解矿产资源短缺的形势， 改善人类的生存和生活环境， 预测地质灾害和指导核废料处置， 在增加 地球化学的社会功能方面作不懈的努力。 （$） 制定长期规划， 结合中国独特的地质地球化学区域特征和矿产资源需求， 有计划有步骤地开展重点

9、地区和重要矿产资源的地球化学研究， 以满足经济和社会可持续发展的需要， 并为创立具有中国特色的地球 化学理论和成矿理论创造条件。 （“） 将研究对象从化学元素的原子扩大到地球化学系统， 将研究领域从陆地拓宽到海洋， 从地表深入到 地幔甚至地核， 从地球扩展到太阳系， 使地球化学研究向整个地球和天体纵深发展。 （&） 改进和完善超微分析测试手段、 超高温超高压实验技术和计算机模拟技术， 扩大地球化学信息量并 提高其精度， 为发现地球化学新现象、 新规律和逼近、 反演自然地球化学过程创造条件。 （） 广泛吸收地学、 天文学、 环境科学、 基础自然科学、 计算机技术和信息科学的新进展， 加强地球化学

10、学 科本身的基础理论研究， 填补量子地球化学、 地球化学热力学， 特别是地球化学动力学等理论地球化学的重 要领域， 发展具有中国地域特色的地球化学理论， 改变地球化学基础理论研究的落后面貌。 （!） 充实中国已有的地球化学各分支学科， 有目标、 有步骤地发展新的分支学科， 为在中国逐步建立完整 的地球化学理论体系和方法论而努力， 为地球化学向世界新的高峰攀登做出贡献。 “应用地球化学的内涵与展望 按照以上对于国内外地球化学历史发展与现状的分析，可以将现代地球化学定义为： “ 地球化学是研究 地球以至部分天体物质中化学元素及其同位素的起源与丰度， 其中所发生的质量、 能量和动量传输， 物理和 化

11、学转变及其空间分布和时间演化的科学” 。 这一定义将研究对象从传统的化学元素的原子拓宽为地球化学 系统， 并将“ 地球化学系统” 界定为“ 化学元素及其同位素在地球或天体中气、 液、 固三态的物质载体” 。 这一定 义又将化学元素的迁移精确化和拓宽为地球物质的质量、 能量和动量传输， 物理和化学转变及其空间分布和 时间演化。同时指出， 地球化学系统是复杂的动力学系统， 地球化学的任务及其最终目的是探索地球化学系 统的复杂性， 阐明复杂性的涌现机制与发展规律。 这一定义体现了地球化学与众多现代基础自然科学的交叉 与融合， 突破了地球化学局限于地质学与化学相结合的传统观念， 体现了地球物质运动与时

12、#空结构三位一 体的现代时#空观、 整体论和系统论的思想。根据上述思想， 将地球化学的学科体系分为四大基本范畴， 即地 球物质的成分与结构、 地球化学作用、 地球化学场和地球化学演化。它们体现了物质、 运动、 时间和空间四位 一体的自然哲学理念。 量子地球化学（$%&(%) *+,-.+)/0(12） 、 地球化学热力学（*+,-.+)/-&3 4.+1),52&)/-0） 和地球化 学动力学（*+,-.+)/-&3 62&)/-0） 是现代地球化学的核心， 构成了现代地球化学的理论基础， 合称之为 “ 理论地球化学” （4.+,1+(/-&3 *+,-.+)/0(12） 。应用地球化学（78

13、83/+5 *+,-.+)/0(12） 是理论地球化学（ 地 球化学的内核） 的外延， 是其在应用方面的拓展与开发。这里我们可以将应用地球化学分为9个层次： 广 义应用地球化学和狭义应用地球化学。所谓“ 广义应用地球化学” 就是指理论地球化学在众多应用方面 （ 指本文第一部分中理论地球化学以外的诸多地球化学分支学科领域） 的拓展与开发。狭义应用地球化 学则是指习惯意义上的应用地球化学，它直接服务于国家的经济发展和人类社会的进步，包括石油天 然气地球化学、 勘查地球化学、 水文地球化学、 农业地球化学、 环境地球化学、 生态地球化学、 医学地球 化学等分支领域。 必须指出， 我们要正确理解和处理理论地球化学和应用地球化学二者的关系。 理论地球化学重点在 基础， 应用地球化学重点在应用。基础促进应用， 应用充实基础， 二者互为补充、 相互促进。应用基础研 究则是联系二者的桥梁和纽带。应用地球化学研究固然必须充分体现其实际效果，同时也要不忘回归 于应用基础研究， 总结取得实效的原因， 提出进一步探索的方向， 不断深化和开拓， 向着可持续发展的 目标迈进。