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目录 1

前言 1

绪论 1

第一节 地球化学的定义和研究任务 1

一、地球化学的定义 1

二、地球化学的研究任务 2

第二节 地球化学的研究方法 2

一、野外地质研究方法 3

二、实验室研究方法 3

三、地球化学的资料分析 5

四、地球化学文献阅读 6

第三节 地球化学的发展历史和研究现状 7

一、美国的地球化学 7

二、俄罗斯的地球化学 8

三、欧洲的地球化学 9

四、中国的地球化学 10

主要参考文献 11

第一章 宇宙和地球的成因及组成 12

第一节 宇宙的成因 12

一、现代宇宙成因假说 12

二、化学元素的起源 14

三、元素在宇宙中的丰度 16

第二节 地球的演化 20

一、太阳及行星的性质 20

二、地球的成因 20

三、地球的内部结构 21

四、地球的化学元素丰度 22

第三节 月球的组成 23

一、月球的主要岩石类型 23

二、月球的化学组成 24

三、月球和地球的若干特征对比 25

四、月球的开发和利用 26

第四节 陨石的化学成分及其分类 27

一、陨石的类型 27

二、陨石的平均化学成分 29

三、陨石的演化历史 30

四、陨石研究实例：吉林陨石雨 31

小结 32

习题 33

主要参考文献 33

一、地壳中化学元素的分布与分配 35

第二章 地壳及地幔中化学元素的分布 35

第一节 地壳中化学元素的分布 35

二、地壳中化学元素的丰度——克拉克值及其研究意义 37

三、地壳中化学元素丰度研究发展简况 38

第二节 地壳的结构与岩石组成 40

一、大陆地壳结构及岩石组成的研究方法 41

二、大陆地壳的结构 42

三、大洋地壳的结构模型 43

第三节 地壳的化学组成 43

一、地壳的化学成分估测方法 43

二、大陆地壳化学组成安山岩模式 44

三、大陆地壳化学组成英云闪长岩模式 48

四、大洋地壳的化学组成 50

五、地壳中化学元素的分布特点 50

第四节 地幔的结构及组成 53

一、地幔的结构 53

二、地幔的化学组成 55

三、地幔的端元组成 57

第五节 地壳与地幔的相互作用及物质交换 58

一、岩石圈物质的循环 58

二、地幔柱-岩石圈的相互作用 59

三、壳-幔物质交换的几种理论模式 60

小结 62

习题 63

主要参考文献 63

第三章 晶体化学 67

第一节 原子的电子层结构 67

一、原子 67

二、化学元素周期表 67

四、原子的薛定谔模型 69

三、原子的玻尔理论 69

五、原子的电子层结构 70

六、元素的地球化学分类 70

第二节 晶体结构 73

一、离子和离子半径 73

二、离子配位 75

三、化学键 76

四、典型晶体结构 77

第三节 晶体中的离子置换——类质同象 77

一、类质同象和同质多象 77

三、出溶 78

二、戈尔德斯密特元素置换定律 78

四、同质多象 79

第四节 晶体场理论 79

一、晶体场理论概述 80

二、晶体场理论的应用 81

小结 81

习题 81

主要参考文献 82

第一节 概述 83

第四章 地球化学热力学 83

第二节 热力学第一定律 84

一、能量守恒 84

二、功和热 84

三、第一定律的数学表达 85

第三节 热力学第二定律 86

一、第二定律 86

二、熵和熵增原理 87

三、热力学函数与基本方程 89

第四节 多组分系统的热力学 92

一、化学势、逸度和活度 92

二、平衡和平衡常数 95

三、相律和相图 98

小结 103

习题 104

主要参考文献 105

第五章 稳定同位素地球化学 106

第一节 稳定同位素基本概念和分馏机理 106

一、基本概念 106

二、稳定同位素分馏机理 108

一、基本原理 110

第二节 同位素地质温度计 110

二、同位素分馏方程的建立 111

三、同位素平衡的判别 112

四、同位素测温方法及常用的测温方程 113

第三节 氢、氧同位素地球化学 115

一、氢、氧同位素组成和分馏 115

二、不同地质储库的氢、氧同位素组成 116

三、氢、氧同位素地质应用 120

第四节 碳同位素地球化学 124

一、碳同位素组成和分馏 124

二、不同地质储库的碳同位素组成 125

三、碳同位素地质应用 127

第五节 硫同位素地球化学 129

一、硫同位素组成和分馏 129

二、不同地质储库的硫同位素组成 131

三、硫同位素地质应用 133

小结 135

习题 136

主要参考文献 137

第六章 放射性同位素地球化学 141

第一节 放射性同位素衰变原理 141

一、放射性衰变方式 141

二、放射性衰变定律 142

三、放射性同位素年龄测定原理、条件及地质含义 143

第二节 Rb-Sr年代学及Sr同位素地球化学 145

一、Rb和Sr的地球化学 145

二、Rb-Sr同位素年代学 145

三、Sr同位素地球化学示踪 148

第三节 Sm-Nd同位素年代学及Nd同位素地球化学 150

一、Sm和Nd的地球化学 150

二、Sm-Nd同位素年代学 151

三、Nd同位素地球化学示踪 152

一、U、Th、Pb的地球化学 155

第四节 U-Th-Pb年代学及Pb同位素地球化学 155

二、U-Th-Pb同位素年代学 156

三、Pb同位素地球化学演化和示踪 160

第五节 大洋火山岩和大陆火成岩的Sr-Nd-Pb同位素示踪 161

一、大洋火山岩Sr-Nd-Pb同位素示踪 161

二、大陆火成岩Sr-Nd-Pb同位素示踪 166

第六节 K-Ar和Ar-Ar同位素年代学 169

一、K和Ar的地球化学性质 169

二、K-Ar法定年和K-Ar等时线 169

三、40Ar-39Ar定年 171

习题 173

小结 173

主要参考文献 174

第七章 水溶液地球化学 179

第一节 水和水圈 179

一、水的分子结构和键合特征 179

二、水的性质 180

三、高温高压下的水 180

四、水圈的组成 182

一、酸和碱 183

五、天然水的类型、特征和分布 183

第二节 水溶液和络合作用 183

二、水的离解和pH值 184

三、CO2在水中的溶解和酸的离解 185

四、水解作用 187

五、海水的pH缓冲 188

六、水溶物种和离子的水合 189

七、络合作用和络合物 190

第三节 矿物在水中的溶解和沉淀 191

一、溶解和溶解度 191

二、碳酸盐矿物和硫酸盐矿物的溶解和沉淀 193

三、SiO2矿物的溶解和沉淀 195

四、卤水和蒸发岩 196

第四节 氧化和还原 196

一、氧化还原反应 196

二、电极电势和电子活度 197

三、氧化还原电位 198

四、Eh-pH图解 199

第五节 水溶液—矿物界面 201

一、界面的性质 201

二、吸附作用 203

三、离子交换 204

四、胶体 205

第六节 热液成矿作用 206

一、成矿热水溶液 206

二、热液围岩蚀变和水岩反应 208

三、热水溶液中金属物质的存在和迁移形式 209

四、金属矿物从热水溶液中的沉淀 212

小结 213

习题 214

主要参考文献 214

一、生物圈中化学元素的分布 217

第八章 有机地球化学 217

第一节 生物圈 217

二、光合作用和有机质的形成 220

三、生物圈的演化 223

第二节 地质体中的有机质 225

一、生物的化学组成及其特征 226

二、地质体中的有机质 230

三、生物标志化合物 232

四、干酪根 236

一、沉积有机质演化过程中重要的有机化学反应 239

第三节 沉积有机质的演化 239

二、有机质演化阶段 241

三、沉积有机质演化的化学动力学 243

第四节 沉积有机质的稳定同位素地球化学 245

一、光合作用和稳定碳同位素 245

二、沉积有机质演化过程中的同位素分馏 246

三、碳的单体分子同位素研究及其意义 248

第五节 有机地球化学的应用 250

一、可燃有机矿产地球化学 250

二、金属和非金属元素的有机地球化学 257

三、环境有机地球化学 260

小结 265

习题 266

主要参考文献 266

第九章 风化作用地球化学 269

第一节 大气圈 269

一、大气圈的分层和组成 269

二、温室气体和全球气候 271

三、大气酸沉降（酸雨） 272

第二节 化学风化作用 273

四、大气颗粒物（大气气溶胶） 273

一、风化作用的化学反应 274

二、影响化学风化的介质因素 277

三、矿物对化学风化的敏感度 278

四、化学风化引起的成分变化 280

第三节 黏土矿物 283

一、晶体结构 283

二、分类和化学组成 285

三、黏土的胶体性质和离子交换能力 289

一、土壤剖面和土壤分类 292

第四节 土壤 292

二、土壤化学性质 294

三、土壤发育过程 296

小结 298

习题 298

主要参考文献 299

第十章 沉积-成岩作用地球化学 301

第一节 沉积作用地球化学 301

一、沉积作用的主要搬运介质 301

二、元素的表生迁移形式 302

三、元素的表生地球化学活动性及其度量 307

第二节 成岩作用地球化学 311

一、成岩作用的概念和定义 311

二、成岩作用系统及其演化阶段 312

三、成岩作用中的流体释放和自生矿物 314

第三节 沉积-成岩作用的地球化学分异 319

一、机械分异 319

二、化学分异 320

三、生物分异 321

一、沉积旋回的元素分布特征 323

第四节 沉积岩的组成和地球化学特征 323

二、沉积岩中的微量元素分布特征 324

三、元素的沉积组合和表生地球化学障 326

小结 327

习题 328

主要参考文献 329

第十一章 岩浆作用地球化学 331

第一节 岩浆的组成及其主要物理化学性质 331

一、岩浆的化学组成和火成岩化学分类 331

二、硅酸盐熔体的结构 334

一、鲍温反应系列和岩浆结晶作用 336

第二节 岩浆的地球化学分异 336

二、部分熔融 338

三、造成岩浆成分变化的其他作用 340

第三节 分配系数理论和微量元素地球化学模型 342

一、亨利定律和分配系数 343

二、分配系数的选择 345

三、微量元素地球化学模型 347

第四节 岩浆作用过程的微量元素示踪 349

一、元素对比值和元素分配系数的关系 349

二、标准化多元素图解 350

三、主要造岩矿物和副矿物对岩浆微量元素含量的影响 353

第五节 岩浆的成因 355

一、大洋玄武岩 355

二、大陆边缘岩浆作用 357

三、大陆花岗岩岩浆作用 360

小结 364

习题 365

主要参考文献 365

二、变质作用的类型 369

一、变质作用 369

第十二章 变质作用地球化学 369

第一节 变质作用及其类型 369

三、影响变质作用的主要因素 370

第二节 变质相及变质相系 371

一、变质相的类型 371

二、变质相系 372

三、变质相系与板块构造 373

第三节 地质温度计与地质压力计——确定P,T的变质相平衡计算 373

一、地质温度计与地质压力计基本原理 373

二、地质温度计、地质压力计主要类型 376

一、俯冲带变质作用P-T-t轨迹 378

第四节 P-T-t轨迹：变质带地壳演化历史的再造 378

二、大陆碰撞变质作用P-T-t轨迹 379

三、我国中部大别山地区超高压榴辉岩带的P-T-t轨迹 379

第五节 变质岩原岩恢复及形成构造环境的判别 380

一、利用岩石的稀土元素判别岩石成因 381

二、运用岩石地球化学数据判别大地构造环境 381

第六节 变质流体地球化学 385

一、区域变质中的流体 385

二、俯冲带的流体 386

主要参考文献 387

小结 387

习题 387

第十三章 元素地球化学循环 390

第一节 地球化学平衡体系 390

一、地球化学储库 390

二、质量平衡原理 391

三、海洋中主要元素的质量平衡 392

四、海洋中微量元素的质量平衡 393

第二节 全球碳循环 394

一、碳的地球化学特征 394

二、主要的碳库 396

三、碳通量 398

四、碳循环模型 400

第三节 氮和水的地球化学循环 401

一、氮的地球化学特征 401

二、氮的生物地球化学循环 404

三、全球水循环 406

小结 407

习题 407

主要参考文献 408

名词索引 410