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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