Lecture1-1课程介绍.ppt

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1、中国科学技术大学地球和空间科学学院2014年2月18日,地球化学Geochemistry,第一节课程介绍和地球化学研究现状,黄 方2011年3月至今，中国科大地空学院，教授.2009年1月2011年2月,瑞士联邦苏黎世理工学院博士后.2002年8月2008年12月,UIUC地质系博士研究生、博士后.1994年9月2002年7月,中国科大地空学院地球化学，本硕.李王晔2011.6月至今，中国科大地空学院，副教授.2008年3月2011年6月,中国科大地空学院博士后.1998年9月2008年3月,中国科大地空学院地球化学专业本硕博。2009.3-10月,2010.4-8,美国Arkansas大学地

2、球科学系访问。,教师简介,什么是地球化学？,利用化学方法来研究地球科学 两层含义：化学组成是什么和能做什么研究地球和太阳系物质的化学组成，元素和组分的化学性质。做为一个工具来研究地球科学问题，甚至引申至其它学科，例如生物、医学、物理、环境等等。,课程目的,掌握基本地球化学知识，提高科技英语，简单应用作图软件。理解地球化学的特点：学科交叉，思路开放，解决地球科学问题。学习科学方法：问题建模解释新的问题，注重观察和逻辑推理。Be Critical！判断数据质量，了解分析方法。,课程政策,老师讲述为主，欢迎讨论。课前最好预习相关中英文教材。不要缺课。课后按时完成作业，可以讨论，不得抄袭期末有闭卷考试

3、。评分标准：作业30%+期末70%+奖励4%（讨论3%+出勤1%）。,教 材,主要教材：Francis Albarde著Geochemistry-An introduction第二版，W.White著Geochemistry辅助教材：W.White著Isotope geochemistry-Lecture notes，陈道公等著地球化学（中国科大出版社），张有学著地球化学动力学（中文版）以及其它材料。,课程安排,第一周：基本地球科学知识回顾太阳系的组成，地球的圈层，矿物学，岩石学，板块构造，地球演化元素的丰度，太阳系的化学组成，地球的化学组成，地壳和水圈的化学组成元素的性质，元素周期表，元素的

4、分类，微量元素，次要元素，主要元素，稳定同位素，放射性同位素，放射成因同位素,第二周地球化学基本研究方法,质量守恒和元素分异：混合对元素和同位素组成的影响，地质应用核幔壳成分的计算元素组成分异的基本概念和过程：基本概念和经典模型，瑞利分馏，相容元素，不相容元素，格子扭曲模型，应用：岩浆演化分离结晶，AFC过程，元素比值的应用，微量元素地球化学,第三周稳定同位素分馏,稳定同位素地球化学基本概念稳定同位素的术语，质量分馏，非质量分馏，分馏机理（平衡动力学）传统稳定同位素：C、H、N、O、S非传统稳定同位素：历史，基本概念，方法非传统稳定同位素地球化学的应用Li，Mg，Si，Fe，Cr等等,第四周放

5、射成因同位素长半衰期同位素体系：87Rb87Sr，147Sm143Nd，238U206Pb，235U207Pb，232Th208Pb，176Lu176Hf第五周放射成因同位素 短半衰期同位素体系铀系不平衡，宇宙放射成因同位素（10Be，14C等），26Al26Mg，53Mn53Cr，146Sm142Nd,182Hf182W,第六周地球化学动力学张有学教材第一章，扩散，溶解，冷却，层析，建立动力学和时间的概念第七周地球上的水地球为什么与众不同？水的来源，水的反应，行星际物质的水，水的循环,第八周生物和有机地球化学生物作用的地球化学响应，利用有机物来研究地质、古生物、古环境和气候变化等重大问题。石

6、油的形成，生物标记物。第九周现代和古环境地球化学环境科学问题，环境污染和治理；古环境，古气候，地球生命演化。,第十周矿物反应热力学基本概念，矿物温度和压力计，氧逸度计，碳循环，风化和土壤。第十一周固体地球科学-地幔地球化学核、幔、壳的组成，洋中脊玄武岩、洋岛玄武岩、岛弧玄武岩、板内玄武岩，岩浆作用，各类岩浆岩的地球化学意义。,第十二周固体地球科学-地壳稳定同位素和放射成因同位素地球化学在高温地质过程中的应用，放射性同位素示踪和定年。第十三周成矿地球化学元素的化学性质,成矿作用,地质过程与矿带分布规律，实验岩石学和成矿。,第十四周太阳系的地球化学元素的形成，太阳系的形成，地球和行星际物质的增生，

7、月球，类地行星的特点。第十五周地球化学数据和地球系统测量方法，仪器，数据解读，误差分析；居留时间，各系统的相互作用，化学物质的循环和运输，建立大的概念模型。,第十六周期末考试,重要学术期刊,综合类：Nature,Science,Nature Geoscience,PNAS,Nature Communication，地学综合类：Earth Planetary Science Letters,J.Geophysical Research,GRL，Elements,Geology地球化学类：Geochimica Cosmochimic Acta,Chemical Geology中文刊物：科学通报，中

8、国科学（D）,要遍历所有文献!,地球化学发展趋势,新方法、新仪器、新体系、新问题：生物、有机、环境、岩石、矿产，MCICPMS，TRITON，SIMS，LAICPMS等等多学科交叉日益深入：环境、矿物、地球物理、生物、物理、大气、数学、仪器制造等等国际交流合作频繁：国际学术会议和大项目的实施,国内科研机构：贵阳，广州，北京，南京，武汉，西安，合肥，长春，上海等等欧美日澳：绝大部分综合性大学,全球国家的平均智商,智商,第二节基础地球科学知识回顾,太阳系的成员,太阳，水星，金星，地球，火星，木星，土星，天王星，海王星，彗星，小行星带，陨石，其它,质量分布：太阳占太阳系质量的99.8%，木星和土星占

9、0.2%。太阳的化学组成：70%H，28%He，其它2%太阳系的行星。内太阳系：水金地火，月球，小行星带，由硅酸盐、铁和镍组成。外太阳系：木星（318EM），土星（95EM），天王星（14EM），海王星（17EM）。海王星之外：很多大小不等的由岩石和冰组成的星体。,水星：太阳系中密度第二大的天体，有铁核，有磁场。金星：地球的姊妹星，有大气，温室效应。地球：唯一同时有陆壳和洋壳的内太阳系行星，人类唯一的家园。火星：地表沙丘、砾石遍布，有CO2大气，两极有冰冠，近期探测的热点。,Mars Viking探测器发回的火星表面照片,http:/zh.wikipedia.org/wiki/File:Mar

10、s_Viking_11h016.png,火星表面疑似冰谷的照片,2012年8月5日，美国好奇号(Curiosity)登陆火星。,甲烷意味着生命？,小行星带：之间,可视为原始太阳系的残留物.,地球的圈层大气、水圈、地壳、地幔、地核,地球内部物质的密度和结构可以用地震波的速度来制约，因此发展出地幔矿物学领域,Kaminsky 2012,问题：重要的地幔矿物有哪些？,岛状硅酸盐矿物单链硅酸盐矿物双链硅酸盐矿物架状硅酸盐矿物层状硅酸盐矿物,从Si-O到地球：硅氧四面体,岛状硅酸盐矿物硅氧四面体不相连,常见硅酸盐造岩矿物,问题：哪些常见矿物具有岛状结构？,双链硅酸盐矿物：硅氧四面体单链提供O2-连成双链

11、,单链硅酸盐矿物：硅氧四面体通过O2-相互连接成单链,问题：哪些常见矿物具有链状结构？,层状硅酸盐矿物,架状硅酸盐矿物,问题：哪些常见矿物具有架状和层状结构？,橄榄石单斜辉石斜方辉石角闪石石榴子石斜长石钾长石(黑、白)云母,造岩矿物大多是固溶体,Mg-Si钙钛矿Ca-Si钙钛矿方镁石刚玉石英磷灰石白榴石霞石,Bowens Reaction series,连续系列和不连续系列：揭示岩浆冷却时矿物的结晶顺序。思考：不同矿物结晶时，残留熔体中主要元素该如何变化？如何解读实验岩石学资料？,板块构造理论,洋底年龄随离洋中脊距离增加，说明大洋板块在新生扩张。,Wegener的化石地图说明大陆板块在漂移,洋底扩张+大陆漂移板块构造,问题：板块漂移的动力学机制是什么？,地球有生命，一直在演化中。,Mitchell et al.Nature 2012,如果把地球的年龄换算成24小时，人类只在过去一两分钟内出现。科普问题：地球的未来是怎样的？,阅读材料Geochemistry-An introduction122页地球化学1922页，什么是丰度？作业-2014年2月21日交默写出14个以上常见造岩矿物中文名称、英文单词和分子式（必考）一个直径1km的小行星和另一行星相撞，二者能否汇合成一个熔融的行星？,