《地球化学》教学大纲

    

课程编号：14013                   学时：50              学分：2.5

一、课程的性质和目的

    　地球科学以自然物质的组成及其各类运动形式为研究内容。地球化学是地球科学中研究物质成分的主干科学，以元素及其化学运动为研究对象，是地球化学的基础学科之一。

    通过《地球化学》课程教学，使学生认识地球化学的学科性质、主要研究领域及其研究的根本问题、基本理论及研究方法；并在此基础上了解地球化学在地球科学中的地位及初步建立地球化学思维。

    地球化学是地学专业的基础课之一，也是地球化学专业的专业基础课，是地球化学、资源勘查、环境等专业及地质学专业理科基地班学生进一步选修地球化学专题课程的基础。

二、课程的基本内容

    　介绍地球化学的学科地位、定义、学科性质、研究内容和研究方法；自然体系中元素和同位素的分布规律及其研究意义；自然体系中元素的结合规律和赋存形式及其研究意义；自然体系中水-岩化学作用和水介质中元素的迁移规律及其控制因素；地球化学热力学与动力学方法原理在研究地球化学作用过程中应用；微量元素地球化学和同位素地球化学方法原理及其在岩石圈体系中应用。

三、课程的基本要求

    　通过课程学习领会地球化学的研究思路和方法，掌握地球化学基本概念、基本原理和研究方法，学会用地球化学原理分析和解决地球科学问题。通过地球化学作业、专题读书报告编写和答辩等环节使学生的分析问题能力得到提高。

四、教学安排

　绪论                                              （2学时）

 

地球化学学科的性质定义及在地球科学中的地位。要求学生掌握：

1. 地球化学的定义及研究的基本问题。

2. 地球化学的研究思路、研究的工作方法。

3. 地球化学的发展简史及发展趋势。

 

　第一章        地球系统的化学组成                         (10学时)

 

地球系统的化学组成和元素丰度是地球化学的基本研究任务之一，是开展地球化学研究的基础资料，它是地球化学过程的历史记录，也限定和反映了体系的热力学性质和元素的地球化学行为。

要求学生掌握：

1．  太阳系、地球的化学组成；

2．  太阳系、地壳元素丰度的特征及其研究方法；

3．  区域及地质体元素丰度的研究方法及研究意义。

基本教学内容：

第一节    太阳系元素丰度

一、陨石的化学组成；

二、太阳大气圈的化学组成；

三、太阳系元素丰度特征

第二节    地球的结构和化学组成

一、地球的层圈结构及各圈层的化学组成；

二、地球的化学组成及其研究方法；

三、地球的原始化学分异

第三节    地壳元素丰度

一、地壳元素丰度的研究方法；

二、地壳元素丰度特征；

三、地壳元素丰度的研究意义

第四节    区域地壳及地质体的元素丰度

一、区域地壳及地质体的元素丰度的概念；

二、元素在岩石和矿物中的分配；

三、区域地壳及地质体的元素丰度的研究意义

第五节    大气圈、水圈和生物圈的元素丰度

一、大气圈元素丰度特征；

二、水圈元素丰度特征；

三、生物圈丰度特征

　第二章        自然体系元素的结合规律与赋存形式    (8学时) 

自然体系中元素的结合并不是任意的，而是有一定规律的，由于各自的地球化学性质及一定的环境和物理化学化学条件的制约，它们相互结合、共生。

要求学生掌握：

1．      自然体系中元素结合的基本规律；

2．      晶体化学性质对微量元素和过渡族元素行为的控制；

3．      元素的地球化学分类及元素的赋存形式

第一节    元素的地球化学亲合性

一、元素地球化学亲合性的概念

二、元素的地球化学亲合性(亲铁、亲氧、亲硫性)

第二节    类质同像及微量元素共生结合规律

一、决定元素类质同像置换的基本条件

二、类质同像置换法则及研究的地球化学意义

第三节    晶体场理论及其对过渡金属元素行为的控制

一、晶体场理论概要

二、晶体场理论对过渡金属元素行为的控制

第四节    元素的地球化学分类和元素赋存形式的研究

一、元素的地球化学分类

二、元素赋存形式的研究

 

第三章        自然体系中水—岩化学作用和水介质中元素的迁移      (8学时) 

自然界的物质是不断运动的，元素也包含其中，本章的主要内容是地球系统水—岩化学作用和作用类型及元素在水介质中的迁移及迁移的控制因素。

要求学生掌握：

1．      元素的地球化学迁移

2．      水介质中元素迁移沉淀的化学规律及其影响因素

第一节    元素的地球化学迁移

一、元素地球化学迁移的定义

二、元素在水介质中的迁移

第二节    水—岩化学作用

一、水—岩化学作用的基本类型

二、天然水的类型

第三节    水—岩化学作用的影响因素

一、体系组成对水—岩化学作用的影响

二、体系物理化学环境对水—岩作用的影响

 

第四章        地球化学热力学与地球化学动力学           (4学时)

 

地球系统中的化学作用、化学演化不仅受体系内的组成和物理化学参数的限制，也受环境的热力学和动力学条件的控制。

要求学生掌握：

1．      热力学在元素结合规律中的应用

2．      自然过程的方向和相图的编制

3．      地球化学动力学概念

第一节 热力学在元素结合规律中的应用

一、热力学基础概要

二、元素地球化学亲合性的热力学控制

三、矿物固溶体热力学

四、矿物溶解度及元素在流体中的存在形式

第二节 自然过程的方向及相图的编制

一、确定自然过程的方向和限度

二、矿物相平衡计算和相图的编制及研究意义

第三节 地球化学动力学

一、基本概念

二、均相化学反应的速率定律

三、水—岩作用的化学动力学

四、孔隙介质中流体渗流—组分扩散—化学反应耦合过程的动力学

 

第五章        微量元素地球化学                   （8学时）

 

微量元素在地球系统中的分布、分配，在自然体系中的性状，在自然界的迁移和演化历史，是本章的主要内容。

要求学生掌握：

1．      微量元素的基本概念

2．      微量元素分配系数及其应用

3．      稀土元素地球化学

第一节   微量元素地球化学基本理论

一、基本概念

二、能斯特定律及分配系数

第二节   岩浆作用过程中微量元素分配演化的定量模型

一、岩浆形成过程中部分熔融模型

二、岩浆结晶过程中结晶作用模型

第三节   稀土元素地球化学

一、稀土元素的主要性质及在自然界的分布

二、稀土元素在自然界的分馏

三、稀土元素组成数据的表示方法

第四节   微量元素地球化学示踪作用（根据不同专业选择实例）

一、岩浆成岩过程判别

二、成岩、成矿构造环境判别

三、成岩、成矿物理化学条件判别

四、地球历史中灾害事件的微量元素地球化学证据

 

第六章        同位素地球化学                         （10学时）

 

同位素地球化学是研究自然体系中同位素的形成、丰度及在自然作用中分馏和衰变规律的科学。在地球系统作用过程中形成宏观地质作用同时，还发生了同位素成分的变异，这种变异记录着地球物质作用发生的时间和条件。

要求学生掌握：

1．      自然界引起同位素成分变化的原因

2．      同位素年龄测定基本原理及某同位素体系年龄测定方法

3．      稳定同位素的示踪意义

第一节       自然界同位素成分变化的机理

一、同位素的基本性质

二、自然界同位素成分变化的原因

第二节       同位素年代学

一、衰变规律及同位素年龄公测定公式

二、Rb-Sr法年龄测定及Sr同位素地球化学（视专业补充其它方法）

第三节       稳定同位素地球化学（视专业选择其中1～3）

一、氢、氧同位素地球化学

二、碳同位素地球化学

三、硫同位素地球化学

五、教材和参考资料

   教材：    地球化学，韩吟文、马振东主编，地质出版社，2003

   参考资料：高等地球化学，中国科学院地球化学研究所，科学出版社，1998

地球化学，国家自然科学基金委员会，科学出版社，1996

地球化学，刘英俊等编，科学出版社，1990

Geochemistry, W.M. White, 2001

Geochemistry, Francis Albarède, Cambridge University Press, 2003