地球化學(xué)是研究地球的化學(xué)組成、化學(xué)作用和化學(xué)演化的科學(xué)，它是地質(zhì)學(xué)與化學(xué)、物理學(xué)相結(jié)合而產(chǎn)生和發(fā)展起來的邊緣學(xué)科。自20世紀(jì)70年代中期以來，地球化學(xué)和地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)已成為固體地球科學(xué)的 三大支柱。它的研究范圍也從地球擴展到月球和太陽系的其他天體。

　　地球化學(xué)的理論和方法，對礦產(chǎn)的尋找、評價和開發(fā)，農(nóng)業(yè)發(fā)展和環(huán)境科學(xué)等有重要意義。地球科學(xué)基礎(chǔ)理論的一些重大研究成果，如界限事件、洋底擴張、巖石圈演化等均與地球化學(xué)的研究有關(guān)。

地球化學(xué)發(fā)展簡史

　　從19世紀(jì)開始，一些工業(yè)國家逐漸開展系統(tǒng)的地質(zhì)調(diào)查和填圖、礦產(chǎn)資源的尋找及開發(fā)利用促進了地球化學(xué)的萌芽。1838年，德國舍恩拜因首先提出“地球化學(xué)”這個名詞。19世紀(jì)中葉以后，分析化學(xué)中的重量分析、容量分析逐漸完善；化學(xué)元素周期律的發(fā)現(xiàn)以及原子結(jié)構(gòu)理論的重大突破，為地球化學(xué)的形成奠定了基礎(chǔ)。

　　1908年，美國克拉克發(fā)表《地球化學(xué)資料》一書。在這部著作中，克拉克廣泛地匯集和計算了地殼及其各部分的化學(xué)組成，明確提出地球化學(xué)應(yīng)研究地球的化學(xué)作用和化學(xué)演化，為地球化學(xué)的發(fā)展指出了方向。挪威戈爾德施密特在《元素的地球化學(xué)分布規(guī)則》中指出化學(xué)元素在地球上的分布，不僅與其原子的物理化學(xué)性質(zhì)有關(guān)，而且還與它在 晶格中的行為特性有關(guān)。這使地球化學(xué)從主要研究地殼的化學(xué)紐成轉(zhuǎn)向探討化學(xué)元素在地球中分布的控制規(guī)律。

　　1922年費爾斯曼發(fā)表《俄羅斯地球化學(xué)》一書，系統(tǒng)論述了各地區(qū)的地球化學(xué)，是第一部區(qū)域地球化學(xué)基礎(chǔ)著作。1924年維爾納茨基發(fā)表了《地球化學(xué)概論》一書，首次為地球化學(xué)提出了研究原子歷史的任務(wù)，最先注意到生物對于地殼、生物圈中化學(xué)元素遷移、富集和分散的巨大作用。1927年他組織和領(lǐng)導(dǎo)了世界上第一個地球化學(xué)研究機構(gòu)——生物地球化學(xué)實驗室。

　　與此同時，放射性衰變規(guī)律的認識、同位素的發(fā)現(xiàn)、質(zhì)譜儀的發(fā)明與改進，導(dǎo)致了同位素地球化學(xué)，特別是同位素地質(zhì)年代學(xué)的開拓。1907年美國化學(xué)家博爾特伍德發(fā)表了第一批化學(xué)鈾-鉛法年齡數(shù)據(jù)。30～40年代鈾-釷-鉛法、鉀-氬法、 鉀-鍶法、普通鉛法、碳-14法等逐步發(fā)展完善，使同位素地質(zhì)年代學(xué)初具規(guī)模。

　　20世紀(jì)50年代以后，地球化學(xué)除了繼續(xù)把礦產(chǎn)資源作為重要研究對象以外，還開辟了環(huán)境保護、地震預(yù)報、海洋開發(fā)、農(nóng)業(yè)開發(fā)、生命起源、地球深部和球外空間等領(lǐng)域的研究。地球化學(xué)分析手段飛速發(fā)展，廣泛應(yīng)用超微量、高靈敏度的分析測試技術(shù)和儀器，配合電子計算機的使用，不僅可獲得大量高精度的分析數(shù)據(jù)，而且可以直接揭示樣品中難于觀測的元素及其同位素組成的細微變化和超微結(jié)構(gòu)。

　　在這個時期，中國在元素地球化學(xué)、同位素地質(zhì)年代學(xué)方面也取得了一批重要成果，如1961年李璞等發(fā)表了中國第一批同位素年齡數(shù)據(jù)；1962年黎彤等發(fā)表了中國各種巖漿巖平均化學(xué)成分資料；1963年中國科學(xué)院完成了中國鋰鈹鈮鉭稀土元素地球化學(xué)總結(jié)，提出了這些礦種的重要礦床類型和分布規(guī)律。

地球化學(xué)的基本內(nèi)容

　　地球化學(xué)主要研究地球和地質(zhì)體中元素及其同位素的組成，定量地測定元素及其同位素在地球各個部分(如水圈、氣圈、生物圈、巖石圈)和地質(zhì)體中的分布；研究地球表面和內(nèi)部及某些天體中進行的化學(xué)作用，揭示元素及其同位素的遷移、富集和分散規(guī)律；研究地球乃至天體的化學(xué)演化，即研究地球各個部分，如大氣圈、水圈、地殼、地幔、地核中和各種巖類以及各種地質(zhì)體中化學(xué)元素的平衡、旋回，在時間和空間上的變化規(guī)律。

　　基于研究對象和手段不同，地球化學(xué)形成了一些分支學(xué)科。

　　元素地球化學(xué)是從巖石等天然樣品中化學(xué)元素含量與組合出發(fā)，研究各個元素在地球各部分以及宇宙天體中的分布、遷移與演化。在礦產(chǎn)資源研究中，元素地球化學(xué)發(fā)揮了重要作用，微量元素地球化學(xué)研究提供了成巖、成礦作用的地球化學(xué)指示劑，并為成巖、成礦作用的定量模型奠定了基礎(chǔ)。

　　同位素地球化學(xué)是根據(jù)自然界的核衰變、裂變及其他核反應(yīng)過程所引起的同位素變異，以及物理、化學(xué)和生物過程引起的同位素分餾，研究天體、地球以及各種地質(zhì)體的形成時間、物質(zhì)來源與演化歷史。同位素地質(zhì)年代學(xué)已建立了一整套同位素年齡測定方法，為地球與天體的演化提供了重要的時間座標(biāo)。

　　比如已經(jīng)測得太陽系各行星形成的年齡為45～46億年，太陽系元素的年齡為50～58億年等等。另外在礦產(chǎn)資源研究中，同位素地球化學(xué)可以提供成巖、成礦作用的多方面信息，為探索某些地質(zhì)體和礦床的形成機制和物質(zhì)來源提供依據(jù)。

　　有機地球化學(xué)是研究自然界產(chǎn)出的有機質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、空間分布、在地球歷史中的演化規(guī)律以及它們參與地質(zhì)作用對元素分散富集的影響。生命起源的研究就是有機地球化學(xué)的重要內(nèi)容之一。有機地球化學(xué)建立的一套生油指標(biāo)，為油氣的尋找和評價提供了重要手段。

　　天體化學(xué)是研究元素和核素的起源，元素的宇宙豐度，宇宙物質(zhì)的元素組成和同位親組成及其變異，天體形成的物理化學(xué)條件及在空間、時間的分布、變化規(guī)律。

　　環(huán)境地球化學(xué)是研究人類生存環(huán)境的化學(xué)組成化學(xué)作用、化學(xué)演化及其與人類的相互關(guān)系，以及人類活動對環(huán)境狀態(tài)的影響及相應(yīng)對策。環(huán)境地球化學(xué)揭示了某些疾病的地區(qū)性分布特征及其與環(huán)境要素間的關(guān)系。

　　礦床地球化學(xué)是研究礦床的化學(xué)組成、化學(xué)作用和化學(xué)演化。著重探討成礦的時間、物理化學(xué)條件、礦質(zhì)來源和機理等問題。它綜合元素地球化學(xué)、同位素地球化學(xué)、勘查地球化學(xué)和實驗地球化學(xué)等分支學(xué)科的研究方法和成果，為礦產(chǎn)的尋找、評價、開發(fā)利用服務(wù)。

　　區(qū)域地球化學(xué)是研究一定地區(qū)某些地質(zhì)體和圈層的化學(xué)組成、化學(xué)作用和化學(xué)演化，以及元素、同位素的循環(huán)、再分配、富集和分散的規(guī)律。它為解決區(qū)域各類基礎(chǔ)地質(zhì)問題、區(qū)域成礦規(guī)律和找礦問題以及區(qū)域地球化學(xué)分區(qū)與環(huán)境評價等服務(wù)。區(qū)域地球化學(xué)揭示的元素在空間分布的不均勻性，為劃分元素地球化學(xué)區(qū)和成礦遠景區(qū)提供了依據(jù)。

　　勘查地球化學(xué)是通過對成礦元素和相關(guān)元素在不同地質(zhì)體及區(qū)帶的含量和分布研究，找出異常地段，以便縮小和確定找礦及勘探對象。除直接為礦產(chǎn)資源服務(wù)外，它也是環(huán)境評價及國土規(guī)劃的重要參考。

　　地球化學(xué)的一些重大成果是各分支學(xué)科綜合研究的結(jié)果。如隕石、月巖與地球形成的同位素年齡的一致，表明太陽系各成員形成獨立宇宙體的時間是大致相同的。又如微量元素和同位素研究，導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)地幔組成的不均一性(垂向的和區(qū)域的)，提出了雙層地幔模型，加深了對地球內(nèi)部的認識。天體化學(xué)、微量元素和同位素地球化學(xué)研究，還為新災(zāi)變論提供了依據(jù)。

　　在研究方法上，地球化學(xué)綜合地質(zhì)學(xué)、化學(xué)和物理學(xué)等的基本研究方法和技術(shù)，形成的一套較為完整和系統(tǒng)的地球化學(xué)研究方法。這些方法主要包括：野外地質(zhì)觀察、采樣；天然樣品的元素、同位素組成分析和存在狀態(tài)研究；元素遷移、富集地球化學(xué)過程的實驗?zāi)�擬等。

　　在思維方法上，對大量自然現(xiàn)象的觀察資料和巖石、礦物中元素含量分析數(shù)據(jù)的綜合整理，廣泛采用歸納法，得出規(guī)律，建立各種模型，用文字或圖表來表達，稱為模式原則。

　　隨著研究資料的積累和地球化學(xué)基礎(chǔ)理論的成熟和完善，特別是地球化學(xué)過程實驗?zāi)�擬方法的建立，地球化學(xué)研究方法由定性轉(zhuǎn)入定量化、參數(shù)化，大大加深了對自然作用機制的理解，現(xiàn)代地球化學(xué)廣泛引入精密科學(xué)的理論和思維方法研究自然地質(zhì)現(xiàn)象，如量子力學(xué)、化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動力學(xué)核子物理學(xué)等，以及電子計算技術(shù)的應(yīng)用使地球化學(xué)提高了推斷能力和預(yù)測水平。

　　當(dāng)前地球化學(xué)的研究正在經(jīng)歷三個較大的轉(zhuǎn)變：由大陸轉(zhuǎn)向海洋；由地表、地殼轉(zhuǎn)向地殼深部、地幔；由地球轉(zhuǎn)向球外空間。地球化學(xué)的分析測試手段也將更為精確快速，微量、超微量分析測試技術(shù)的發(fā)展，將可獲得超微區(qū)范圍內(nèi)和超微量樣品中元素、同位素分布和組成資料。低溫地球化學(xué)、地球化學(xué)動力學(xué)、超高壓地球化學(xué)、稀有氣體地球化學(xué)、比較行星學(xué)等很有發(fā)展前景。