地球化学的基本观点和方法论 趣味地球化学主要有哪些内容？
1960年北京地质学院开始筹建地球化学专业，学校从矿物教研室抽调曹添、於崇文和张本仁三人（均为讲师）为核心（曹任教研室主任、于任副主任、张任党支部书记），负责筹建地球化学教研室和创办地球化学专业。当时缺少教员，从物探系抽调三位从事化探教学的助教，加上由矿产勘探专业未毕业学生中抽调来的几个预备教员，就搭起了教研室的架子，第二年又吸收本校和北京大学五位应届毕业生为新教员。专业建立的当年，就从矿产勘探专业在读生中分别抽一、二、三年级各一个班转地球化学专业学习，第二年就招收了四名研究生。任务之重、困难之大可想而知。然而，由于通过国内外地球化学教育情况调研，确定的办“地球化学及地球化学勘探专业”的目标明确，在短时间内，不仅开出了所有专业课程，包括学生的专业实习与毕业论文，稳步地提高了教学质量，如期于1962年培养出第一批地球化学专业毕业生，于“文化大革命”前送走了4批本科毕业生和一批毕业的研究生；而且还结合教学开展了科学研究，探索了科研方向。后来虽有“文革”和迁校的严重干扰，但通过地球化学教研室这个团结向上集体的长期不懈的努力，到发展到中国地质大学时，地球化学专业已发展成为具有特色的、理工结合的、四个科研方向并存的、系所合一的教学和科研单位。这个团结友爱的集体为张本仁治学和研究提供了极佳的环境；曹添教授无私忘我的工作精神，于崇文院士勇于攀登求索的风范，成为激励张本仁不断进取的榜样；建设地球化学专业的实践过程，进一步锤炼了他为增强中国综合国力，提高人民生活质量而奋斗的信念和意志。此外，在建设专业的初期，高元贵老院长组织教师学习《自然辩证法》的战略措施，对张本仁产生了深远的影响。通过长期不断应用实践，辩证唯物主义观点已成为他观察社会、治学和规范自己思想的武器。张本仁学习《自然辩证法》之后，恩格斯提出的由物质运动形式进行科学分类的观点，就一直萦绕于怀，他反复以此观点衡量地球化学学科的性质。尤其于20世纪70年代初，在张本仁对地球化学的基本思想与他们的地球化学教学质量进行反思的过程中，他总觉得当时地球化学研究元素自然历史（元素在地壳中分布、分配和迁移的历史）的基本思想并未能很好地反映作为地球系统化学的实质，而只是地球系统中化学运动的表现或记录。但是如果将地球化学视为处理地球系统中化学运动的学科，则似乎这种化学运动又非完全独立的，表现为其宏观位移主要是受地球系统中机械或力学运动（构造运动、流体运动）制约的。所以在实践上，地球化学对元素在地壳中分布、分配和迁移规律的阐明，除晶体化学和物理化学因素外，主要地还是依赖于矿物、岩石与地质构造因素。这样就很难使地球化学具有明显不同于地质类其他学科的学科思维与方法论，地球化学的研究成果常常只是对已被揭示规律的解释，并未能很好发挥地球化学解决地学问题的应有作用。这样的地球化学教学，培养的学生应用地球化学原理和方法解决地学问题的能力当然不会高。因此，探索地球科学及地球化学学科本质问题就成了他特别关心的课题。1978年改革开放以来，中国科学界重新获得了解世界，尤其西方科学发展的机会。这为张本仁形成自己的地球科学观和地球化学观提供了必不可少的条件。通过比较行星学的学习，使他进一步理解了地球的特殊性取决于地球系统的特殊组成与热动力状态，并与它处于太阳系的特殊部位有关，从而认识到系统性质决定其中物质组成形态与过程特征的普遍意义。板块构造学说与研究成果，不仅将他的视野从矿物、岩石、矿床的狭窄“井口”扩宽到整个地球、太阳系，乃至宇宙，而且使他看到壳幔相互作用及物质再循环对地壳形成、消减、运动的重大意义，以及地球放射性能量衰减对全球构造体制演化的约束意义。历史地球化学的研究揭示了生物圈的形成、发展和演化同大气圈、水圈和地表环境发展和演化的密不可分与相互制约的关系。有了这些认识基础，结合吸收当时哲学界有关地质运动为几种基础运动相互作用构成的高层次运动的合理部分，于80年代初他形成了自己的地学哲学观与地球化学基本观点的初步框架，通过十多年的再实践与发展完善，于1992年正式以论文形式发表了他的这一思想体系（地球科学，1992，第17卷，增刊）。张本仁的地学哲学观的要点为：地球科学是研究地球系统物质运动的科学。地球系统物质运动（含固体地球部分的地质运动）应为力学(固体力学与流体力学)、物理学、化学和生物学形式的运动相互作用构成的综合复杂的高层次运动。这种运动的载体应为地球系统物质客体，包括地球系统中无机物质、有机物质和生命物质，以及由它们组成的不同层次的层圈和地质体。为了深入研究地球系统物质运动中含有的力学、物理学和化学形式的运动，已经先后形成了构造地质学（固体地球的力学）及大气和海洋动力学、地球物理学（含大气和海洋物理学）与地球化学（含大气和海洋化学）。虽然目前尚无独立的生物地质学，但其有关内容已包容于生物地球化学、古生物学和生物成矿研究领域。同时为了深化地学各级问题（大到地球、地圈，小到矿物形成）的研究，又需多学科，尤其地质学、地球物理学、地球化学及生物地质学有机结合的综合研究，以利于由不同运动形式侧面全面认识和解决地学问题。根据上述地学哲学思想，就可较深刻地把握住地球化学研究地球系统物质化学形式运动的学科本质。1973年美国国家研究理事会地球科学地球化学学科委员会给出了有关地球化学的新定义：“地球化学是关于地球和太阳系化学成分和化学演化的科学领域，它包含着所有支撑它的科学的化学方面”。这标志着地球化学已由早期的探索元素（原子）自然历史的阶段，跨入了研究地球系统化学的新阶段。上述由运动形式对地球化学学科本质的认识，可以为地球化学的新定义提供很好的诠释。在上述地学和地球化学哲学思想的基础上，结合吸收现代地球化学各个研究领域的新思想和新成果，张本仁概括出的5个地球化学基本观点为：地球化学系统观点，强调系统性质对其中化学作用特征和元素行为的制约；寓于地球系统物质运动中的化学运动同力学（构造）、物理学和生物学运动相互依存、相互制约和相互转化的观点，强调不同形式运动的相互作用；地球圈层相互作用与物质循环观点，强调圈层物质组成、热动力状态和能量差异是推动壳、幔和地球发展的动力，圈层间物质循环是追索壳、幔和地球演化的线索；历史地球化学观点，强调圈层与整个地球化学演化的不可逆性和螺旋式上升发展；各类地质体的化学物相、化学组成、物相反应关系及相应参数为地球物质化学运动记录的观点。对于以上5个地球化学基本观点，他分别赋予了以下主要方法论的意义：研究一个区域的地球化学问题时，必须以该区域岩石圈或壳幔体系的组成和热动力状态为约束；自觉地以研究其他运动形式学科的客观资料与成果来约束地球化学的研究和构思，同时，要善于将地学和地质问题剖析为地球化学性质的问题来研究，以发挥地球化学学科的优势和专长；善于以圈层相互作用和物质循环为主线，开展地学问题的地球化学研究；以历史地球化学理论和观点为指导，坚持圈层和地球化学演化的发展论和阶段论；善于从化学和物理化学观点揭示地质体中的地球化学运动的记录，形成地球化学研究的构想。20世纪90年代，张本仁致力于开拓应用地球化学理论和方法解决固体地球科学某些问题的探索，就是以上述思想的基本框架为指导，并不断充实与改善这一思想和方法论体系的过程。
《趣味地球化学》内容简介：《趣味地球化学》是费尔斯曼1945年5月20日逝世后，由他的同事和学生赫洛平院士、维诺格拉多夫院士、谢尔巴科夫院士等根据他的手稿整理并补充，于1948年出版的。前苏联的一些学者不断地充实、完善这本科普读物，相继于1950年、1954年和1959年三次修订再版。随着各种译本的出现，《趣味地球化学》在全世界的影响日益扩大。
本书由原子、自然界里的化学元素、自然界里的原子史、地球化学的过去与未来这四部分内容构成。每一部分独立成章，取材精练新颖，又有若干小条目，条目之间的内容既有特殊性又有一定联系，科学性很强。四个部分之间勾画出如何认识构成自然界的原子及历史，以及地球化学的过去和未来的知识体系，作者科学的认识论和方法论启迪着读者，深入浅出地引导读者，并以很强的逻辑性层层展开，带领读者探索、思考着这个奇妙的物质世界，极富趣味性。
费尔斯曼首先以科学而生动的语言向读者讲述原子的结构与特性，描绘奇妙的原子世界，这是地球化学的理论基础。关于自然界里的化学元素，根据元素的性质、在自然界和人类社会中的作用，他选择了一部分具有典型意义的元素，引人入胜地介绍它们的“生活”和“一生的命运”。如“硅——地壳的基础”、“碳——一切生命的基础”、“磷——生命和思想的元素”、“氟——腐蚀一切的元素”等，读者会从阿·费尔斯曼对大自然热情的歌颂中获取有关地球化学的基本知识和许多趣事逸闻，深深地被作者渊博的知识、飞扬的文采和对大自然的热爱所打动。
费尔斯曼还从一个新的角度，即从不同的空间场所和不同的时间尺度讲述了宇宙空间、大气层、气候带、水体、地球表面与地下深处，以及人类史与地球史中元素的历史。他系统论述了地球化学思想发展史，坦诚地告诫青年一代，“这门科学是经过无数次精确的观察、实验和测量才产生的”。地球化学这门科学的诞生和建立，经历了众多杰出学者的艰苦探索与积累，通过全世界的科学先驱们各自独立的工作与相互协作，是建立在严格的观察、实验和严密的科学综合与推理基础上发展起来的。他对地球化学的发展前景充满憧憬与美好的期望，“所有原子都在经历着漫长的历史道路，我们不知道这条道路从什么地方开始，到什么地方完结。原子产生的过程怎样，它们怎样才开始在地球上旅行，我们还不十分清楚。在地球复杂的未来世界里原子的命运怎样，我们也不敢说”。他提出了地球化学学科未来探索的方向和关键问题，如：元素的起源与形成过程、地球中元素的演化历史、地球未来的演化前景和元素的命运与作用等。这些思想至今还放射着科学的光芒。
《趣味地球化学》不仅传播了系统而丰富的科学知识，还传播给我们正确的科学思维与科学方法，这是费尔斯曼用他的心血浇灌和培育的《趣味地球化学》永具魅力、成为世界科普名著的原因。
17世纪之前，落后的封建主义制度阻碍着生产力的发展，新的科学思想被深深地禁锢在自然经济的牢笼之中。17世纪中叶，英国资产阶级革命首先冲破封建庄园经济的桎梏，蒸汽机的应用促进了经济大发展，也对矿产资源的开采利用提出了新的要求，从而推动了地质勘探和地质学的发展。生产关系的转变，也改变了科学技术的命运，一批批学者走出书斋，下矿井、赴野外、风餐露宿、栉风沐雨，寻找工业必需的矿产，也使地质科学水平大为提高。费尔斯曼在本书中提到许多前苏联与欧美的地球化学家，并详细论述了俄罗斯科学家对发展地球化学学科所做的重大贡献。
《趣味地球化学》的附录是编者独具匠心的安排，反映了费尔斯曼院士渊博的自然科学、哲学、历史知识的高度融合和智慧的光华，以及独具特色的观点。他毫不保留地将自己丰富的实践经验传授给后人，教读者如何从野外工作入手，去观察大自然，去研究地球，成为一名优秀的地球化学家，引领读者认识一个个元素的来龙去脉，深入浅出地讲解一种种矿物、岩石和地质现象，领着你继续在门捷列夫元素周期表上展开幻想的翅膀飞翔、遨游。
从现代地球化学主要研究地球及其子系统的化学组成、化学作用和化学演化看来,下面的基本观点及其方法论的意义最为重要。
1)地球化学系统观点,这里特别强调系统的组成和状态制约其化学过程和元素行为的特征。例如,在表生和内生地球化学系统中铁和锰均显示出不同的化学行为;不同地区由于地壳和地幔组成和温压等状态的差异,成岩和成矿的特征明显不同;地球由于温度适中和存在液态水,得以发展出繁茂的生物圈,从而导致地球具有含自由氧的大气圈及长英质成分的地壳,这些均为地球完全不同于太阳系其他行星的特殊性。地球化学与化学的区别在于自然地球系统在组成和状态上较之实验室和工厂中人为的化学系统具有无比的复杂性。这一观点的方法论意义在于研究任何地球化学问题,都须置于它所处的系统中来考察,以系统的组成与状态来约束所研究过程的性质和特征。如地壳是一种地球化学系统,它在某一时期的元素丰度既构成系统的一种状态参数制约着地壳中化学作用和元素行为,又是地壳发展的阶段状态,通过不同时期地壳组成的对比就可揭示地壳的化学演化。因此,不应仅仅将地壳元素丰度视为度量局部地区和地质体元素富集或贫化程度的标尺。
2)寓于地球系统物质运动中的化学运动同力学运动、物理学运动和生物学运动相互依存、相互制约和相互转化的观点,这里强调不同形式运动的相互作用和相互制约的方法论意义。地球系统物质运动中化学形式的运动不是孤立的,而是与其他形式运动紧密联系和相互制约的,因此地球化学研究虽然重点探讨化学运动,但应重视地质学和地球物理学的实际资料和认识成果对地球化学立论的约束。同时由于我们是通过寓于地球和地质运动中的化学运动的研究来探索和解决地学问题,所以就可归纳为如下方法论:善于将地学和地质问题剖析为地球化学性质的问题来研究,以发挥地球化学学科的优势。例如,对于如何证明板块构造学说所设想的洋壳俯冲的地质学问题,就可将这个问题剖析为证明会聚板块俯冲带中同构造期的岛弧玄武岩的地幔源区中是否有洋壳物质卷入的地球化学问题,这样研究可发挥地球化学示踪的专长。
3)地球层圈相互作用与物质和元素循环的观点。地球形成初期分异出层圈之后,化学组成、温度和压力迥异的各层圈之间,必然会发生强烈的相互作用,表现为层圈间的物质交换、能量输运及动量传递,推动着地球的运动和发展。因此,地球化学应以地球层圈相互作用为主线,以揭示物质和元素的循环为手段,进行地学和地质问题的研究。这一方法论对于现代地球化学从事地球系统重大问题研究更为重要。
4)历史地球化学观点,强调地球系统的总体演化及寓于其中的化学演化具有循环性和不可逆性,即螺旋式上升规律。循环性 (或旋回性)表现为相似的地质作用或事件,在地球历史中可以多次重复发生,如各地质时代均有沉积作用发生;不可逆性表现为同一种自然作用随时间推移其性质和特征是单向发展的。例如,沉积铁矿能出现于不同地史阶段:前寒武纪以形成海相条带状铁硅建造为特征,元古宙晚期以沉积滨海相的鲕状赤铁矿床 (鲕状赤铁矿、鲕绿泥石、菱铁矿)为特征,而后显生宙则主要形成湖相-沼泽相沉积铁矿床 (水针铁矿、鳞绿泥石)。这种演化规律主要是受大气圈从无自由氧到出现自由氧再到自由氧含量水平提高,致使地表环境由还原→弱氧化→较强氧化的转变的规律所控制。因为,这可以改变铁的价态,从而影响铁在表生作用中迁移活动性的变化。根据地球演化的螺旋式上升这一普遍规律,在地球化学研究中,应始终坚持以发展论和阶段论思想为指导。按照这一方法论,在特定历史阶段中可以进行一定程度的将今论古,但总体上必须坚持发展论,不应超越阶段进行类比。当然,还需考虑突变的发生。
5)各类地质体的化学物相、元素和同位素组成、物相反应关系及相应参数为地球化学事件记录的观点,这里强调善于从地质体观察中获取地球化学信息的能力。因为除了地表正在进行的地质-地球化学作用可以直接观察研究外,绝大多数作用或发生于地球深部,或已完成结束于地球历史时期,无法对这些作用过程进行自始至终的正序研究,只能根据作用过程遗留在各类地质体中的产物和遗迹反序地追索地球的化学作用和化学演化。
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