地球化学是研究地球的化学成分、化学作用和化学演化的科学。它是地质学、化学和物理学相结合而产生和发展起来的一门交叉学科。自20世纪70年代中期以来，地球化学、地质学和地球物理学成为固体地球科学的三大支柱。它的研究范围也从地球延伸到月球和太阳系的其他天体。
地球化学的理论和方法对矿产的勘探、评价和开发，农业发展和环境科学都有重要意义。地球科学基础理论的一些重要研究成果，如边界事件、洋底扩张、岩石圈演化等，都与地球化学研究有关。
地球化学发展简史
19世纪以来，一些工业国家逐渐进行了系统的地质调查和填图，矿产资源的勘探、开发和利用促进了地球化学的萌芽。1838年，德国人Schoenbein首先提出了“地球化学”这个术语。19世纪中期以后，分析化学中的重量分析法和容量分析法逐渐完善；元素周期律的发现和原子结构理论的突破，为地球化学的形成奠定了基础。
1908年，克拉克出版了《地球化学数据》一书。在这本书中，克拉克广泛收集和计算了地壳及其各部分的化学成分，明确提出地球化学要研究地球的化学作用和演化，为地球化学的发展指明了方向。挪威人戈德施密特在《元素地球化学分布规律》中指出，化学元素在地球上的分布不仅与其原子的物理化学性质有关，还与其在晶格中的行为特征有关。这使得地球化学从研究地壳的化学成因转向讨论地球内部化学元素分布的控制规律。
1922年，费尔斯曼出版了《俄罗斯地球化学》一书，系统论述了各地区的地球化学，是第一部区域地球化学基础著作。1924年，维尔纳茨基出版了《地球化学导论》一书，首次提出了为地球化学研究原子历史的任务。他首先注意到生物在地壳和生物圈中化学元素的迁移、富集和扩散中的巨大作用。1927年，他组织并领导了生物地球化学实验室，这是世界上第一个地球化学研究机构。
同时，放射性衰变规律的认识、同位素的发现以及质谱仪的发明和改进，带动了同位素地球化学，特别是同位素年代学的发展。1907年，美国化学家博尔特伍德发表了第一批化学铀-铅年代测定数据。20世纪30-40年代，铀钍铅法、钾氩法、钾锶法、普通铅法、碳14法等逐步发展完善，使同位素年代学初具规模。
自20世纪50年代以来，地球化学不仅继续把矿产资源作为重要的研究对象，而且还开拓了环境保护、地震预测、海洋开发、农业开发、生命起源、地球深部和外圈空等领域的研究。随着地球化学分析方法的快速发展，超微量、高灵敏度的分析测试技术和仪器得到了广泛应用。电子计算机的使用，不仅可以获得大量高精度的分析数据，而且可以直接揭示样品中难以观察到的元素及其同位素组成的细微变化和超微结构。
在此期间，中国在元素地球化学和同位素年代学方面也取得了一批重要成果。比如1961年，李普发表了我国第一批同位素年龄数据。1962年，李彤等人发表了中国各种岩浆岩的平均化学成分数据；1963年，中国科学院完成了中国锂铍铌钽稀土元素地球化学汇总，提出了这些矿物的重要矿床类型和分布规律。[下一个]
地球化学的基本内容
地球化学主要研究地球和地质体中元素和同位素的组成，定量确定地球各部分(如水圈、大气圈、生物圈、岩石圈)和地质体中元素和同位素的分布；研究地球表面和内部以及一些天体中的化学作用，揭示元素及其同位素的迁移、富集和扩散；研究地球乃至天体的化学演化，即研究地球各部分，如大气圈、水圈、地壳、地幔、地核、岩石、地质体中化学元素的平衡和循环，以及在时间和空上的变化规律。
基于不同的研究对象和方法，地球化学形成了一些分支学科。
元素地球化学是根据岩石等自然样品中化学元素的含量和组合来研究地球各部分和宇宙物体中各元素的分布、迁移和演化。元素地球化学在矿产资源研究中起着重要的作用。微量元素地球化学提供了成岩成矿的地球化学指标，为成岩成矿定量模型奠定了基础。
同位素地球化学是根据自然界中核衰变、裂变等核反应引起的同位素变异，以及物理、化学和生物过程引起的同位素分馏来研究天体、地球和各种地质体的形成时间、物质来源和演化历史。同位素年代学建立了一套同位素定年方法，为地球和天体的演化提供了重要的时间坐标。
比如已经测得太阳系各行星年龄为45-46亿年，太阳系各元素年龄为50-58亿年，等等。此外，在矿产资源研究中，同位素地球化学可以提供有关成岩成矿的各种信息，为探索某些地质体和矿床的形成机制和物质来源提供依据。
有机地球化学是研究自然界中产生的有机质的组成、结构、性质、空分布，及其在地球历史中的演化规律，以及它们参与地质作用对元素分散和富集的影响。生命起源的研究是有机地球化学的重要内容之一。有机地球化学建立的一套生油指标为油气的寻找和评价提供了重要手段。
天体化学是研究元素和核素的起源，元素的宇宙丰度，宇宙物质的元素组成、同源组成和变化，天体形成的物理化学条件，以及在空和时间中的分布和变化规律。
环境地球化学是研究人类生存环境的化学组成、化学作用、化学演化及其与人类的关系，以及人类活动对环境状态的影响和相应对策的科学。环境地球化学揭示了某些疾病的区域分布特征及其与环境因素的关系。
矿床地球化学是研究矿床的化学成分、化学作用和化学演化的科学。讨论了成矿时间、物理化学条件、矿物来源及成矿机制。它综合了元素地球化学、同位素地球化学、勘查地球化学和实验地球化学等子学科的研究方法和成果，为矿产的寻找、评价和开发利用服务。
区域地球化学是研究一定区域内某些地质体和圈层的化学组成、化学作用和化学演化，以及元素和同位素的循环、再分布、富集和分散。它为解决区域基础地质问题、区域成矿规律和找矿问题、区域地球化学分区和环境评价服务。区域地球化学揭示的空中元素的不均匀分布，为元素地球化学区和成矿远景区的划分提供了依据。[下一个]
勘查地球化学是通过研究成矿元素及相关元素在不同地质体和带中的含量和分布，找出异常区，从而缩小和确定找矿和勘查对象。除了直接为矿产资源服务外，也是环境评价和土地规划的重要参考。
地球化学的一些重要成果是多学科综合研究的结果。比如陨石、月亮石和地球的同位素年龄一致，说明太阳系各成员形成独立宇宙的时间大致相同。又如微量元素和同位素的研究，导致地幔成分(垂向和区域)不均一性的发现，提出双层地幔模型，加深了对地球内部的认识。天体化学、微量元素和同位素地球化学的研究也为新地球化学提供了基础。
在研究方法上，地球化学综合了地质学、化学和物理学的基本研究方法和技术，形成了一套比较完整和系统的地球化学研究方法。这些方法主要包括:野外地质观察和取样；自然样品的元素和同位素组成分析及现状研究；元素迁移富集地球化学过程的实验模拟等。
关于思维方法，广泛采用归纳法对大量自然现象的观测数据和岩石、矿物中元素含量的分析数据进行综合整理，建立各种模型，用文字或图表表示出来，称为模式原理。
随着研究资料的积累和地球化学基础理论的成熟和完善，特别是地球化学过程实验模拟方法的建立，地球化学研究方法由定性向定量和参数化转变，大大加深了对自然作用机理的认识。现代地球化学广泛引入了精确的科学理论和思维方法来研究自然地质现象，如量子力学、化学热力学、化学动力学核物理等。电子计算技术的应用提高了地球化学的推断能力和预测水平。
目前，地球化学研究正在经历三大转变:从大陆到海洋；从地表和地壳到地壳深部和地幔；从地球到球体空。地球化学分析和测试方法也将更加准确和快速。随着微量和超微量分析测试技术的发展，可以获得超微量和超微量样品中元素和同位素的分布和组成数据。低温地球化学、地球化学动力学、超高压地球化学、稀有气体地球化学、比较行星学等都有很大的发展前景。
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