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第1章 绪论 1

1.1 地球化学的基本概念 1

1.2 地球化学的发展 4

1.2.1 经典地球化学的三个代表人物 4

1.2.2 现代地球化学及其发展 6

1.3 地球化学的研究方法 11

1.3.1 地球化学的一般工作方法 11

1.3.2 地球化学模式研究法 13

第2章 化学元素的丰度与分布 18

2.1 元素丰度的概念和表示方法 18

2.1.1 丰度和丰度体系 18

2.1.2 丰度表示法 19

2.2 太阳系的化学组成 21

2.2.1 太阳的化学成分 22

2.2.2 陨石的类型和化学组成 27

2.2.3 月球化学 34

2.2.4 行星和行星间物质的化学成分 36

2.2.5 宇宙演化的时间序列 37

2.3 地球的化学组成 38

2.3.1 地球的结构模型 38

2.3.2 地球的化学组成 44

2.3.3 地球上元素的分类 47

2.4 地壳的化学组成 48

2.4.1 地壳元素丰度的确定 48

2.4.2 地壳元素丰度特征 53

2.4.3 大陆地壳元素丰度 54

2.4.4 地壳元素丰度的意义 58

2.5 大气圈、水圈和生物圈的化学组成 59

2.5.1 大气圈的性质和组成 60

2.5.2 水圈的性质和组成 63

2.5.3 生物圈的组成和性质 71

第3章 地球化学热力学基础 76

3.1 基本概念 78

3.2 基本定律 80

3.2.1 热力学第零定律和温度 81

3.2.2 热力学第一定律和内能 81

3.2.3 热力学第二定律和熵 82

3.2.4 热力学第三定律和绝对熵 84

3.2.5 焓H、功函F、自由能G 84

3.3 自由能和简单体系的平衡计算 87

3.4 化学势和溶液体系的平衡计算 90

3.5 几个计算实例 95

3.5.1 镁橄榄石-石英组合不稳定性的热力学计算 95

3.5.2 硬玉-石英-钠长石体系的相平衡计算 97

3.5.3 Fe-O2体系氧逸度-温度图解 101

3.5.4 Fe-H2O体系中的Eh-pH相图 103

3.6 相律和相图 107

3.6.1 Gibbs相律 108

3.6.2 相图 109

3.6.3 复杂三元系相图的判读 109

第4章 地球化学动力学基础 123

4.1 引言 123

4.2 化学反应速率定律 124

4.2.1 速率方程 124

4.2.2 稳态及其应用 126

4.2.3 精细平衡原理及其应用 126

4.2.4 速率常数的经验规律 128

4.3 不可逆过程热力学理论 129

4.3.1 简单过程的动力学方程 129

4.3.2 复杂过程和耗散函数 131

4.3.3 非线性过程和耗散结构 139

4.3.4 分支理论和时空有序结构的形成 147

4.3.5 小结 161

第5章 微量元素地球化学 163

5.1 微量元素概念及分类 163

5.1.1 微量元素概念 163

5.1.2 微量元素分类 164

5.1.3 微量元素存在状态 167

5.2 共存相中微量元素分配 168

5.2.1 稀溶液的性质 168

5.2.2 微量元素分配 169

5.3 岩浆过程微量元素分配定量模型 179

5.3.1 部分熔融作用定量模型 180

5.3.2 分离结晶作用定量模型 188

5.3.3 混合作用定量模型 190

5.4 岩浆过程性质判别 196

5.4.1 部分熔融的环境和时间尺度 197

5.4.2 分离结晶作用的瑞利效应 197

5.4.3 混合作用 198

5.4.4 过程判别 198

5.5 稀土元素地球化学简介 203

5.5.1 稀土元素概述 203

5.5.2 稀土元素丰度表示法 206

5.5.3 自然界稀土元素的分布 212

5.6 微量元素地球化学意义 215

5.6.1 微量元素地球化学数据处理方法 215

5.6.2 成岩成矿作用过程判据 216

5.6.3 微量元素地质温压计 217

第6章 放射性同位素地球化学及示踪 219

6.1 自然界同位素及其丰度变化 219

6.2 放射性同位素及其衰变 221

6.2.1 放射性 221

6.2.2 衰变类型和规律 222

6.2.3 天然放射性同位素分类 226

6.2.4 放射性同位素计时 227

6.3 铷-锶衰变体系 229

6.3.1 铷-锶计时 229

6.3.2 铷-锶等时线 230

6.3.3 变质岩铷-锶等时线 232

6.3.4 岩石锶同位素组成 234

6.4 钾-氩衰变体系 238

6.4.1 钾-氩计时 238

6.4.2 40Ar-39Ar计时 239

6.4.3 钾-氩（氩-氩）等时线 242

6.4.4 钾-氩计时的适应性 245

6.4.5 地磁极性倒转年表 248

6.4.6 封闭温度和冷却年龄概念 250

6.5 铀-钍-铅衰变体系 254

6.5.1 铀-钍-铅计时 254

6.5.2 不一致铀-钍-铅年龄处理 259

6.5.3 普通铅计时 262

6.5.4 多阶段铀-钍-铅体系 265

6.6 钐-钕衰变体系 271

6.6.1 钐-钕计时 271

6.6.2 钕同位素地球化学示踪 273

6.7 其他同位素衰变体系 279

6.7.1 Lu-Hf计时 279

6.7.2 Re-Os计时 284

6.7.3 裂变径迹计时 286

6.7.4 放射性碳计时 288

6.8 同位素示踪体系 289

6.8.1 示踪同位素表示方法 290

6.8.2 部分熔融与同位素 292

6.9 同位素混合体系 295

6.9.1 二元混合体系 295

6.9.2 多元混合体系 297

6.9.3 AFC模式中的同位素 298

第7章 稳定同位素地球化学 301

7.1 同为素组成和分馏的表示 302

7.1.1 同位素分馏 302

7.1.2 同位素组成 303

7.1.3 同位素标准 303

7.1.1 同位素分馏值 305

7.2 同位素分馏机理 305

7.2.1 同位素热力学平衡分馏 306

7.2.2 同位素动力分馏 307

7.2.3 非质量相关同位素分馏 308

7.2.4 瑞利分馏 308

7.3 平衡分馏与地质测温 310

7.3.1 基本原理 310

7.3.2 分馏方程的建立 310

7.3.3 平衡判别 314

7.4 氢、氧同位素地球化学 318

7.4.1 水的氢、氧同位素组成 318

7.4.2 岩石中的氢、氧同位素 321

7.5 硫同位素地球化学 330

7.5.1 硫同位素分馏 331

7.5.2 不同储库的硫同位素组成 333

7.5.3 热液体系中的硫同位素 335

7.5.4 硫同位素温度计 337

7.6 碳同位素地球化学 338

7.6.1 同位素分馏 339

7.6.2 各类岩石中碳同位素 341

7.6.3 有机物的碳同位素 344

7.6.4 大气、水和生物圈中的碳同位素 347

7.6.5 碳同位素地层学 347

7.6.6 有机矿产中的碳同位素 348

7.6.7 地幔去气作用 349

7.6.8 碳同位素地质温度计 350

第8章 地壳与地幔的化学演化 351

8.1 地壳和上地幔的基本特征 351

8.1.1 地球层圈构造的地球物理证据 351

8.1.2 地球演化的能源与温度场 352

8.1.3 岩石圈和板块构造 356

8.1.4 地质时期岩石圈的形成和演化 359

8.1.5 地壳类型 361

8.2 大陆地壳的形成和演化 363

8.2.1 大陆地壳的基本轮廓 363

8.2.2 原始地壳和大陆地壳 365

8.2.3 地壳的增生和再造 366

8.3 地球内部岩浆过程地球化学 368

8.3.1 部分熔融与岩浆的形成 368

8.3.2 地球内部的矿物组成、化学反应及相变 371

8.3.3 岩浆的板块构造分类 374

8.3.4 玄武岩的成因和分类 377

8.3.5 各种构造环境深源岩石的地球化学特征 379

8.4 地幔的结构、组成和不均一性 382

8.4.1 地幔的结构和组成 383

8.4.2 地幔的区域与层状不均一性 385

8.4.3 地幔化学（同位素）端元 387

8.4.4 地幔等时线 389

8.5 地壳和地幔的物质交换和相互作用 391

8.5.1 地壳与上地幔的物质交换 391

8.5.2 地幔柱和岩石圈的相互作用 395

第9章 环境地球化学 401

9.1 环境地球化学的出现与发展 402

9.1.1 环境地球化学与生物地球化学 402

9.1.2 环境地球化学与健康 403

9.1.3 环境地球化学与污染 404

9.1.4 环境地球化学与全球环境变化 405

9.2 全球变化与生物圈地球化学循环 409

9.2.1 生物圈化学元素组成 410

9.2.2 生物地球化学循环的一般特征 410

9.2.3 碳的生物地球化学循环 413

9.2.4 氮、硫和磷的生物地球化学循环 422

9.3 有毒有害物质循环 427

9.3.1 有毒有害物质循环的一般特征 428

9.3.2 重金属循环 429

9.3.3 化学农药的循环 430

9.3.4 酸雨的形成与危害 432

9.4 环境有机地球化学 436

9.4.1 污染物的环境有机地球化学 437

9.4.2 生物标志化合物与古环境 439

9.5 环境地球化学与健康 443

9.5.1 地壳物质组成的资源作用与健康效益 443

9.5.2 人类活动对地壳和岩石圈环境的影响 445