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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G84

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