地球科学前沿
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2023年2月21日发(作者：序号的拼音)探讨地球化学理论与应用
21世纪，由于人类社会和经济高速发展的需求，以及现代基础科学和技术
在地学中的引入，推动地质科学迅速前进，使古老的地质学步入到现代地球科学
的阶段。其中地球化学学科的发展更显得异军突起，取得了多方面具突破性的进
展，成为地球科学的支柱学科。
多年来困扰人类社会发展的资源、能源、环境和地质灾害等问题已变得更为
严重；人类如何管理好自己的地球，以及如何实现持续发展等，这些课题的解决
在很大程度上依赖于地球科学，以及地球化学在理论和技术上的进步和提高。本
文仅就世纪之交地球科学和地球化学所面临的任务、学科发展现状和趋势，以及
在我国现代化建设中可能发挥的社会功能进行探讨。
一、探讨21世纪的地球科学
地球是人类和各种生命物质生存繁衍的栖息之所，生物作用和人类活动构成
地球演化历史的重要组成部分。各种地质作用都伴随有大规模的，以致全球性的
物质和能量转化，并具有循环演化和多次叠加的特点。为了认识地球和地质作用，
人类付出了艰辛的劳动，积累了大量的观测资料，提出了多方面的理论观点和认
识。特别是本世纪后30年来，人类社会文明和现.代科技给地球科学注人了强大
的活力，地学出现了空前活跃的局面：板块构造理论的提出，超大型矿成矿理论
的建立，对地质流体的认识，以及地慢热柱和慢汁理论、全球变化、水一岩反应、
同位素示踪等。人类对地球的认识大大深人了。地质科技的进步保障了不断增长
的全球58.4亿人口对矿产资源的需求；提醒人们对生存环境质量的关注，提高“经
济发展必须与自然环境相互协调”的意识，并在保持环境生态平衡、防治地质灾
害等方面发挥了自己的社会功能。近年来，地球科学不断取得令人振奋的新成果：
以地球物理科技为基础的地球空间与深部探测研究取得了进展，如利用地震层析
成像技术进行岩石圈三维结构研究，对地慢横向不均一性及核慢界面等获得了新
资料。基于现代科技的许多综合性地质观察新方法的出现，显示了地质科学正向
定量化、精确化和预测化的方向前进。当前，处于国际社会高度重视的地球科学
的发展趋势具有四个明显特点：首先，地学研究和地质观察正向全球化、深部化
和包括固体地球、海洋和大气圈的整体化的方向发展；80年代末提出的“地球物
质科学”方向，强调地球物理和地球化学相结合研究地球内部的物质演化。形成
了多学科、综合手段、深入层次上研究地球的总趋势。其次，现代地球科学把动
力学思维引入地学研究，发展了地球动力学和地球化学动力学的方向。把地质作
用的热源、物源，及其转化机制与控制关系作为认识地质作用的核心，从动态发
展上认识地球和地质过程的演化；提高了地质科学的理论深度和实用性。再次，
地质科学正由定性描述走向精确化和定量化研究的阶段；现代观测技术和信息科
学的引人使地球科学得到高新技术武装，三维定量、动态模拟、模型化、参数化
的研究思路提高了地质科学的预测性。最后，关注社会实际问题，面对社会和经
济发展的需求，扩展地学为社会经济服务的领域，为地球科学的发展注入了强大
的活力，促进了地学的繁荣。
我国国土辽阔，地质构造复杂，地质现象和矿产资源的多样性和典型性在世
界上是少有的。21世纪我国地质科学研究具有广阔的前景：大陆地质和造山带
动力学；青藏高原的隆升机制及其资源预测；大陆水圈的演化与干旱地区水资源；
中国浅海盆地构造与油气；地球物质的物理和化学研究；深部地质、地球化学与
农业和环境等课题，都属现代地球科学前沿性问题，也是我国21世纪社会和经
济发展的需求。
二、现代地球化学与地球物质科学
从它初创时期的计算地壳平均化学成分和研究“自然原子的行为”开始，发展
到今天成为具有系统的学科理论、整套专用的研究技术方法，并参与解决人类所
面临的重大实际和基础理论问题的地球科学支柱学科。地球化学以高度的科学活
力迅猛发展，开拓新的研究领域，创造了公认的科学业绩：如建立了同位素地质
年代学，给地球科学提供了精确的时间坐标和计时手段；提出了同位素和微迹元
素示踪理论，应用地球化学示踪剂使地质学家有可能追踪地质作用以前阶段的演
化历史，对复杂的多期叠加的地质作用的判断提供了依据；建立了地球化学热力
学的理论体系，发展了地球化学动力学；矿床地球化学和勘查地球化学依据成矿
的分带规律和微观异常追踪矿体，在各种比例尺的勘查活动中取得了找矿效果；
目前勘查地球化学已发展成为具有系统理论和高科技手段的应用地球化学分支，
在金属和能源勘查中作出了贡献。此外，地球化学在地质流体、全球变化研究，
以及环境、农业等领域都有多方面的建树。
地球化学学科的支撑点理论地球化学主要指地球化学与基础理论学科相结
合形成的分支，如同位素地球化学、地球化学热力学、地球化学动力学、量子地
球化学、有机地球化学、实验地球化学等。这些分支构成地球化学的理论基础，
也是地球化学学科的支撑点。
三、地球化学把化学动力学的理论和方法引人地学研究
地球化学把化学动力学的理论和方法引人地学研究，建立了地球化学动力学
分支。地球化学动力学思维包含定量考察地质作用发生的物质和能量的输运、时
间变量、作用进程和机制，以及应用数学模型描述作用的动态过程和相互制约关
系；同时，作为基础学科在地质学中的应用领域，它具有多个结合点，并构成本
分支学科的几个研究方向。自然化学反应动力学构成地球化学动力学基础研究，
如矿物溶解动力学、长石水解动力学、水一矿物界面间的质量输运等，经过多年
大量的实验，已有相当的积累。
现代地球化学技术地球化学的迅速发展在很大程度上得力于精密分析测试
和实验技术的使用，其中也包含重视取样的地质代表性及合理布局，统称为地球
化学技术。地球化学技术的进步依赖于精密科学理论和方法，现代地球化学已与
高科技融为一体。
当前，在勘查地球化学领域中以地气法为代表的元素活动态测量，在技术方
法上取得了突破，该法有可能在今后几十年内为隐伏矿资源勘查发挥经济效益。
金属及其他元素活动态通过地球气微气流携带由地深向地表迁移的机制，尽管目
前认识还不够清楚，从大量实测资料看，这种迁移方式是存在的。事实证明，地
球从过去到现在持续地进行着脱气作用，充满固体地球空隙的地球气，携带着由
纳米级物质构成的微粒或“飘尘”，其成分与所处周围岩石有关，微气流垂向迁移
至地表以至达大气圈。这种全球性带有深部信息的“射气”作用，有可能被利用成
为人类“透视”地球的一种机制。“生存危机”与环境地球化学保护自然环境是国
际社会讨论了几十年的问题。
在我国北方干旱地区开展系统的富砷地下水的调查和预测，有非常重要的意
义。地球上大片存在的有害健康的原生环境地区，以及由人类经济活动造成的污
染，严重地威胁着大量人口的健康甚至生命，这种局部存在的“生存危机”因素，
甚至潜伏的“化学定时炸弹”是具有紧迫性的环境问题。在解决这类课题中地球化
学应当起更重要的作用。