邊鵬+郭媛媛

摘要：地球化學(xué)研究元素和同位素在地球或天體中的分布、演化和遷移；其中分布是相對(duì)靜態(tài)的概念，演化時(shí)間有關(guān)，而遷移與時(shí)間和空間都有聯(lián)系。地球化學(xué)熱力學(xué)只能解決化學(xué)反應(yīng)的方向和程度，研究各組分隨時(shí)空的變化及其機(jī)制則必須依賴(lài)動(dòng)力學(xué)。本文簡(jiǎn)單闡述國(guó)內(nèi)外有關(guān)地球化學(xué)動(dòng)力學(xué)的來(lái)源和發(fā)展現(xiàn)狀并探討了地球化學(xué)動(dòng)力學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：地球化學(xué)；同位素；地球化學(xué)熱力學(xué)；地球化學(xué)動(dòng)力學(xué)

自然地球化學(xué)的許多過(guò)程大多處于或者即將處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，深入的來(lái)看普遍存在的是不平衡狀態(tài)，這就為確定反應(yīng)過(guò)程的路徑以及反應(yīng)速度提高了難度。而動(dòng)力學(xué)恰恰是研究現(xiàn)實(shí)中的速度與機(jī)制等問(wèn)題的。因此，地球化學(xué)動(dòng)力學(xué)便出現(xiàn)并為解決復(fù)雜地球化學(xué)問(wèn)題提供了可能?，F(xiàn)如今研究地球化學(xué)過(guò)程已經(jīng)離不開(kāi)地球化學(xué)動(dòng)力學(xué)了，它在研究地球內(nèi)部化學(xué)組成和演化時(shí)，把地球看做一個(gè)不可分割的完整動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，進(jìn)一步推動(dòng)了人們認(rèn)識(shí)地球各個(gè)圈層對(duì)成礦作用做出的貢獻(xiàn)以及地殼及地幔的演化。

一、地球化學(xué)動(dòng)力學(xué)起源及現(xiàn)狀

地球化學(xué)動(dòng)力學(xué)起源于化學(xué)動(dòng)力學(xué)，因此前人常僅視之為化學(xué)動(dòng)力學(xué)在地質(zhì)研究中的應(yīng)用。然而，恰似地球化學(xué)源于化學(xué)但又有別于化學(xué)，過(guò)去數(shù)十年來(lái)地球哈學(xué)動(dòng)力學(xué)也開(kāi)始有別于化學(xué)動(dòng)力學(xué)，具體表現(xiàn)在三個(gè)方面：

化學(xué)動(dòng)力學(xué)只研究正演問(wèn)題，而地球化學(xué)動(dòng)力學(xué)還著眼于反演問(wèn)題，如通過(guò)地質(zhì)年代學(xué)、熱年代學(xué)、和地質(zhì)速率計(jì)測(cè)定巖石年齡和熱演化史。

化學(xué)動(dòng)力學(xué)一般只研究等溫反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，而地球化學(xué)動(dòng)力學(xué)常常需要處理變溫條件下的動(dòng)力學(xué)，如冷卻過(guò)程中的反應(yīng)和擴(kuò)散。

化學(xué)動(dòng)力學(xué)強(qiáng)調(diào)均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，而地球化學(xué)動(dòng)力學(xué)家更多的研究多相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。

（一）、國(guó)外現(xiàn)狀

國(guó)外在上世紀(jì)90年代以前對(duì)地球化學(xué)動(dòng)力學(xué)的研究只局限在，成礦元素的輸運(yùn)與沉淀、輸運(yùn)與化學(xué)反應(yīng)、以及簡(jiǎn)單的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、硅酸鹽熔體的成核作用和生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)、還有水～巖相互作用、熱致與流體驅(qū)動(dòng)的斷裂作用和動(dòng)力學(xué)模型。進(jìn)入90年代以后國(guó)外主要在與水～巖相互作用有關(guān)的動(dòng)力學(xué)模型；輸運(yùn)和化學(xué)反應(yīng)；成礦元素的輸運(yùn)與沉淀中取得了一定的進(jìn)展。

（二）、國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀

一些學(xué)者從不同的角度進(jìn)行地球化學(xué)動(dòng)力學(xué)（尤其是成礦作用動(dòng)力學(xué)方面）的研究，主要有：凌其聰從基礎(chǔ)學(xué)科數(shù)學(xué)物理理化學(xué)人手應(yīng)用強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)模擬并定量的去研究地球化學(xué)動(dòng)力學(xué)與成礦的規(guī)律問(wèn)題。解釋了很多礦床產(chǎn)生的速率、機(jī)制和全過(guò)程。闕為民應(yīng)用地球化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型來(lái)研究礦床地球化學(xué)中含礦物質(zhì)的遷移問(wèn)題，并成功建立原地浸出采鈾地球化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型。同時(shí)，比較透徹的研究出水～巖相互作用的實(shí)質(zhì)為巖石中礦物與水發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)關(guān)系，并確定了大量的定量反應(yīng)定律。為地球化學(xué)動(dòng)力學(xué)在找礦應(yīng)用上提供了具有說(shuō)服力的成果。

二、未來(lái)研究展望

地球化學(xué)動(dòng)力學(xué)仍處在萌芽階段，需要很多研究。一個(gè)任務(wù)是積累動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)，如實(shí)驗(yàn)測(cè)定的均相反應(yīng)色反應(yīng)速率定律和反應(yīng)速率常數(shù)，各種條件（溫度、壓力、流體組成和相組成）下各種相中各種組分的擴(kuò)散系數(shù)，界面反應(yīng)速率作為過(guò)飽和的函數(shù)，晶體生長(zhǎng)和溶解速率，以及氣泡生長(zhǎng)和溶解速率。這些數(shù)據(jù)對(duì)于動(dòng)力學(xué)的地質(zhì)應(yīng)用十分重要。數(shù)據(jù)采集需要越來(lái)越精密的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和分析儀器，所以新的進(jìn)展經(jīng)常來(lái)自于新的儀器和方法。

礦物和硅酸巖漿中沒(méi)有多少均相反應(yīng)被研究的非常充分，其中的難點(diǎn)在于測(cè)量礦物和巖漿中各組分的濃度。

擴(kuò)散系數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定雖然已經(jīng)有了一個(gè)很大的數(shù)據(jù)庫(kù)，但是可用于特定實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)常難以找到，因?yàn)橐延械臄?shù)據(jù)庫(kù)可能沒(méi)有涵蓋合適的溫度范圍、礦物組成或流體條件。