地球化学发展简史

1. 地球化学发展简史

科学技术是人类生产实践知识的结晶，它的发展依赖于社会生产。
地球化学是20世纪30年代奠基的科学，但其思想萌芽起源甚早。在我国的商代已使用铜器，春秋战国时期，铁、铜的采冶已有了普遍的发展。当时，人们在矿业生产劳动中已有了一些有关金属的共生、分带和地球化学找矿标志的直观认识。在春秋时期的《管子·地数篇》一书中记有“山上有赭（注：褐铁矿）者，其下有铁；上有铅者，其下有银；上有丹砂者，其下有金；上有慈石者，其下有金铜此山之见荣者也”。我国封建社会的延续，阻碍了科学技术和生产的发展。近代地球化学思想的出现始于欧洲。18世纪下半叶，英国开始了世界最早的工业革命。欧洲近代生产的兴起，促进了采矿和地质学的发展。瑞士化学家松拜因（Schöbein）第一次提出“地球化学”的名词。1842年，他预言，有了地球化学，才能有真正的地质科学。约又半个世纪以后，由于结晶学、矿物学、物理学和化学等有关学科研究的不断深入，促进了地球化学学科的萌芽。19世纪前半叶，在美国、北欧和苏联，不同的地球化学学派为现代地球化学的建立都做出了自己的贡献。
美国学者克拉克（F.W.Clark）最早研究了大陆地壳元素的平均含量，1908年他的《地球化学资料》（Data of Geochemistry）一书出版，该书发表的地壳中50种元素平均含量的数据，至今仍有重要的参考价值。当时，克拉克及其合作者对地球化学研究内容的认识比较狭窄，认为地球化学是研究元素在地壳中的丰度问题；克拉克关于元素丰度的成果仅为元素的质量丰度值。地球科学的发展，要求人们对地球乃至宇宙体中元素丰度的认识不仅限于量的属性，还应认识元素存在的质的属性，即元素存在状态的不同。
在20世纪20年代以来，苏联学者维尔纳茨基（В.И.верадский）和费尔斯曼（А.Е.Ферсман）确立了研究地壳中原子自然演化历史的方向。注重研究元素在不同地质条件下的共生组合与迁移的规律。他们研究的范围相当广泛，系统地总结了不同地质作用中元素的地球化学行为。维尔纳茨基1924年出版的《地球化学概论》和费尔斯曼1933年至1939年出版的四卷《地球化学》巨著是地球化学的宝贵文献。
从20世纪30年代到40年代，挪威学者戈尔德施密特（V.M.Goldschmidt）开创了地球化学中的晶体化学研究方向，取得了重要成果。他运用原子和离子半径以及极化效应揭示元素在矿物中的分配和结合规律，使晶体化学成为地球化学的理论基础之一。他的元素地球化学分类和个别元素地球化学的研究都是开创性的。戈尔德施密特及其同事们的工作，对提高地球化学学科的理论具有重要贡献和深远影响。
整个19世纪，地球化学还只是零散资料的积累，它是地质学特别是矿物学研究的副产品。进入20世纪，在经历了较长的资料积累和孕育阶段后，主要由于北欧和前苏联学者的巨大工作，才使地球化学发展成为具有现代系统理论的科学。
近30年来，由于生产力和自然科学又有重大发展，近代新的分析测试技术的不断出现，极大地提高了地球化学数据的精度和分析速度。中子活化、电子能谱、红外光谱、核磁共振等多种测试技术的建立，为快速准确地测定元素地球化学数据创造了前所未有的条件。
板块构造理论变革了地球科学，并对岩石学、矿床学和地球化学产生了重大影响，特别在玄武岩的生成、地幔与地壳的组成和演化、板块运动与成矿关系等方面扩大了地球化学的研究领域，改变了旧有观念，许多成岩成矿地球化学的传统观念已被新的认识所代替。
总之，现代地球化学已进入全面深入发展的新阶段，在地质科学领域中日益占有更加重要的地位。
我国地球化学学科的建立，是从解放后才开始的。大力发展地质事业必然需要地球化学。建国以来，开展了几乎所有领域的地球化学研究工作，并取得了多方面的理论与应用成果。与此同时，相继建立了从事教学、科研和生产的专业机构，为促进我国地球化学学科的发展和人才培养做出了贡献。如果说20世纪50年代是我国地球化学奠定基础和初步发展的时期，现在已属于经历了全面发展日趋成熟的阶段。特别是在作用地球化学、找矿地球化学、同位素地球化学和宇宙化学等方面已取得了重要成果。可以预见，我国的地球化学科学事业，在不久的将来必将全面达到世界先进水平。

2. 地球化学的发展简史

从19世纪开始，一些工业国家逐渐开展系统的地质调查和填图、矿产资源的寻找及开发利用促进了地球化学的萌芽。1838年，德国舍恩拜因首先提出“地球化学”这个名词。19世纪中叶以后，分析化学中的重量分析、容量分析逐渐完善；化学元素周期律的发现以及原子结构理论的重大突破，为地球化学的形成奠定了基础。1908年，美国克拉克发表《地球化学资料》一书。挪威戈尔德施密特在《元素的地球化学分布规则》中指出化学元素在地球上的分布，这使地球化学从主要研究地壳的化学纽成转向探讨化学元素在地球中分布的控制规律。1927年他组织和领导了世界上第一个地球化学研究机构——生物地球化学实验室。1907年美国化学家博尔特伍德发表了第一批化学铀-铅法年龄数据。30～40年代铀-钍-铅法、钾-氩法、钾-锶法、普通铅法、碳-14法等逐步发展完善，使同位素地质年代学初具规模。在这个时期，中国在元素地球化学、同位素地质年代学方面也取得了一批重要成果，

3. 地球化学的发展展望

地球化学研究正在经历3个较大的转变：由大陆转向海洋；由地表、地壳转向地壳深部、地幔；由地球转向球外空间。地球化学的分析测试手段将更为精确、快速。微量、超微量分析测试技术的发展，将可获得超微区（微米）范围内和超微量（微克）样品中元素、同位素分布和组成资料。低温地球化学、地球化学动力学、超高压地球化学、稀有气体地球化学、比较行星学等很有发展前景。20世纪90年代的地球化学，除继续为矿产资源、环境保护等作出贡献外，还将为“全球变化──地圈和生物圈十年”，“国际减灾十年”，大陆超深钻、行星探测、深海观察、不同比例尺地球化学图等提供新的成果。

4. 环境地球化学的发展历程

环境地球化学是20世纪70年代发展起来的，它的基础是地球化学。地球化学是研究地球物质化学运动规律的学科。近代地球化学着重研究化学元素在地壳中的迁移、转化、分散和富集问题。各种金属和非金属元素、各种天然的无机和有机化合物在自然界的运动受地球化学规律的支配。随着社会生产的发展，出现了环境问题。人为释放的各种金属和非金属元素、各种无机和有机化合物也加入自然界原有物质循环之中，它们在自然界的运动同样受地球化学规律的支配。因此，地球化学的许多原理和方法可以应用于环境问题的研究，这样就促进了环境科学与地球化学的结合，导致了环境地球化学这门新兴的边缘学科的诞生。

5. 现代地球化学及其发展趋向

20世纪70年代以来，地球化学进入了现代地球化学发展阶段。现代地球化学的主要特征可概括如下：
（1）各种精密、灵敏、高效的分析技术不断引入，微区、微量分析（X光荧光分析、等离子光量计、精密质谱仪、电子探针等）和实验模拟技术不断得到改进；随宇航、超深钻、深海探测等研究的进展，人类得以更全面深入地观察和认识地球。
（2）基础科学成果的引入和广泛运用，提高了地球化学的理解能力和认识深度。如化学热力学、化学动力学和量子力学新理论的引入，又如随板块理论的掘起和随之而来的对岩石圈-地幔性质和演化的兴趣，以及登月、陨石资料的积累等，促使地球化学突破了原来的研究范围，并向定量化、模型化、预测化的方向大大地跨进了一步。
（3）地球化学与相邻学科的相互渗透和结合是它不断开拓前进的重要动力。目前地球化学分支学科早已超过20多个（涂光炽，1984），这些分支学科各自有一定的研究领域和明确的研究任务，在理论上和方法上均自成体系。
（4）随着电子计算机的普及及电子技术的不断提升，地球化学“正在进入一个对自然过程进行全面、广泛的数字模拟的阶段”。
（5）地球化学在解决与人类息息相关的诸如矿产资源、能源、环境以及地震等问题方面提供了重要途径，做出了实际成果。地球化学在解决自然科学的重大基础问题——生命起源、地球与天体的形成演化、元素的合成等问题的研究中，正在发挥越来越大的作用。
现代地球化学的发展趋势是：
（1）由经验性研究向理论化方向发展 地球化学已有可能将对地壳和地幔中化学作用的研究与模拟实验研究相结合，即将逆向研究与正向研究相结合；
（2）不断引用相邻学科的最新理论和技术，使地球化学研究继续由定性研究向定量研究发展；
（3）为避免单项研究造成的结论的多解性，研究正在向与地球科学系统内其他学科及与相邻学科间密切结合的方向发展，即重视对同一科学问题进行综合探索；
（4）以地球化学理论、方法的不断发展为支持，地球化学参与重大科学问题研究的能力不断增强。如已积极参与地球和生命的起源、地幔柱的活动、地球动力学、造山带形成、地壳和大气圈的形成和演化等重大基础课题的研究等。
从地球化学的学科特点、研究现状和发展趋势来看，现代地球化学已经显示出作为一个系统学科、全面研究地球-太阳系形成演化过程化学机制的突出标志和趋向。

6. 地球化学的发展阶段

地球化学的发展过程大致可以分为3个时期： 50年代以后，地球化学除了继续把矿产资源作为重要研究对象以外，还开辟了环境保护、地震预报、海洋开发、农业开发、生命起源、地球深部和球外空间等领域的研究。地球化学分析手段飞速发展，广泛应用超微量、高灵敏度的分析测试技术和仪器，配合电子计算机的使用，不仅可获得大量高精度的分析数据，而且可以直接揭示样品中难于观测的元素及其同位素组成的细微变化和超微结构。一些新的年代测定法，如铀系法、裂变径迹法、氩－40/氩－39法、钐－钕法、热释光法等相继成熟，使同位素地质年代学方法更加完善。在这个时期，中国在元素地球化学、同位素地质年代学方面取得了一批重要成果，如1961年李璞等发表了中国第一批同位素年龄数据；1962年黎彤等发表了中国各种岩浆岩平均化学成分资料；1963年中国科学院完成了中国锂铍铌钽稀土元素地球化学总结，提出了这些矿种的重要矿床类型和分布规律。

7. 现代地球化学及其发展趋向

20世纪70年代以来,地球化学进入了现代地球化学发展阶段。现代地球化学的主要特征可概括如下:
(1)各种精密、灵敏、高效的分析技术不断引入,微区、微量分析(X光荧光分析、等离子光量计、精密质谱仪、电子探针等)和实验模拟技术不断得到改进;随宇航、超深钻、深海探测等研究的进展,人类得以更全面深入地观察和认识地球。
(2)基础科学成果的引入和广泛运用,提高了地球化学的理解能力和认识深度。如化学热力学、化学动力学和量子力学新理论的引入,又如随板块理论的掘起和随之而来的对岩石圈-地幔性质和演化的兴趣,以及登月、陨石资料的积累等,促使地球化学突破了原来的研究范围,并向定量化、模型化、预测化的方向大大地跨进了一步。
(3)地球化学与相邻学科的相互渗透和结合是它不断开拓前进的重要动力。目前地球化学分支学科早已超过20多个(涂光炽,1984),这些分支学科各自有一定的研究领域和明确的研究任务,在理论上和方法上均自成体系。
(4)随着电子计算机的普及及电子技术的不断提升,地球化学“正在进入一个对自然过程进行全面、广泛的数字模拟的阶段”。
(5)地球化学在解决与人类息息相关的诸如矿产资源、能源、环境以及地震等问题方面提供了重要途径,做出了实际成果。地球化学在解决自然科学的重大基础问题——生命起源、地球与天体的形成演化、元素的合成等问题的研究中,正在发挥越来越大的作用。
现代地球化学的发展趋势是:
(1)由经验性研究向理论化方向发展地球化学已有可能将对地壳和地幔中化学作用的研究与模拟实验研究相结合,即将逆向研究与正向研究相结合;
(2)不断引用相邻学科的最新理论和技术,使地球化学研究继续由定性研究向定量研究发展;
(3)为避免单项研究造成的结论的多解性,研究正在向与地球科学系统内其他学科及与相邻学科间密切结合的方向发展,即重视对同一科学问题进行综合探索;
(4)以地球化学理论、方法的不断发展为支持,地球化学参与重大科学问题研究的能力不断增强。如已积极参与地球和生命的起源、地幔柱的活动、地球动力学、造山带形成、地壳和大气圈的形成和演化等重大基础课题的研究等。
从地球化学的学科特点、研究现状和发展趋势来看,现代地球化学已经显示出作为一个系统学科、全面研究地球-太阳系形成演化过程化学机制的突出标志和趋向。

8. 有机地球化学的发展简史

开发利用可燃矿产的长期过程中,对石油和煤的化学组成与性质逐步积累了丰富的知识，从而促进了有机地球化学的萌芽与发展。 20世纪20年代苏联的В.И.维尔纳茨基 先后发表了《生物圈》、《地球化学概论》等专著,系统总结和论述了地壳中碳与活质的地球化学。1927年他领导筹建了世界上第一个专业实验室──活质实验室。1934年德国化学家A.特赖布斯从原油、煤和页岩中分离鉴定出了色素──金属卟啉化合物，并证明了石油是生物成因的。60年代以来开始盛行干酪根降解成油的石油成因新观点，并在生油岩评价与油源对比方面成功地采用了许多新方法、新技术。由于采用了各种色谱技术、色谱-质谱-电子计算机、核磁共振、高分辨电子显微镜等，已能从分子水平研究地质类脂物，并已深入研究和新发现了许多重要的生物标志化合物或分子化石；对高分子量有机质，如腐殖酸与干酪根等的研究也正在开始取得突破。