地球化学理论与应用综述

作者：赵伦山 赵善仁 叶荣 单位：中国地质大学 中国科学院中国矿物资源探查研究中心

人类即将迈入21世纪。“本世纪是地学最激动人心的世纪”(国际地科联主席Brett，R，1996);特别是自七八十年代以来，由于人类社会和经济高速发展的需求，以及现代基础科学和技术在地学中的引入，推动地质科学迅速前进，使古老的地质学步入到现代地球科学的阶段。其中地球化学学科的发展更显得异军突起，取得了多方面具突破性的进展，成为地球科学的支柱学科。21世纪对地球科学提出了新的挑战:多年来困扰人类社会发展的资源、能源、环境和地质灾害等问题已变得更为严重;人类如何管理好自己的地球，以及如何实现持续发展等，这些课题的解决在很大程度上依赖于地球科学，以及地球化学在理论和技术上的进步和提高。本文仅就世纪之交地球科学和地球化学所面临的任务、学科发展现状和趋势，以及在我国现代化建设中可能发挥的社会功能进行探讨。

一、面向21世纪的地球科学

“地球是一个处于运动和变化中的巨系统，它体积庞大、结构和成分复杂，而且具有漫长的演化历史”(刘光鼎，1998)。地球又是人类和各种生命物质生存繁衍的栖息之所，生物作用和人类活动构成地球演化历史的重要组成部分。各种地质作用都伴随有大规模的，以致全球性的物质和能量转化，并具有循环演化和多次叠加的特点。为了认识地球和地质作用，人类付出了艰辛的劳动，积累了大量的观测资料，提出了多方面的理论观点和认识。特别是本世纪后30年来，人类社会文明和现.代科技给地球科学注人了强大的活力，地学出现了空前活跃的局面:板块构造理论的提出，超大型矿成矿理论的建立，对地质流体的认识，以及地慢热柱和慢汁理论、全球变化、水一岩反应、同位素示踪等。人类对地球的认识大大深人了。地质科技的进步保障了不断增长的全球58.4亿人口对矿产资源的需求;提醒人们对生存环境质量的关注，提高“经济发展必须与自然环境相互协调”的意识，并在保持环境生态平衡、防治地质灾害等方面发挥了自己的社会功能。近年来，地球科学不断取得令人振奋的新成果:以地球物理科技为基础的地球空间与深部探测研究取得了进展，如利用地震层析成像技术进行岩石圈三维结构研究，对地慢横向不均一性及核慢界面等获得了新资料。1996年美国两个地震学研究小组宋晓东等通过对30年来穿过地核的地震波传播速度资料的分析和计算，证实了地球内核较地慢和地壳自转速度快约1.1度/年的结论。这一发现对解释地球磁场的成因和倒转等地球物理现象有重要意义，引起地学界高度重视。此外，全球卫星定位系统(GPS)取得成功，地质探测雷达、岩石CT等新技术的探索以及遥感、航测、科学钻探、深海探测等在理论和技术上取得进展，大大改善了人类对地球和地质作用的观测和研究手段，积累了新事实，取得了新认识。如朱文耀等(1997)应用全球定位系统(GPS)对青藏地区1992和1994年的复测资料，精确地测出了拉萨一温泉等7条基线剖面的年变化率，首次获得了青藏高原当今地壳水平运动实测结果。证明了拉萨一温泉南北向年缩短率为1.35厘米/年，温泉一格尔木南北向年缩短率为0.51厘米/年;如设西宁观测站坐标不变，则拉萨、温泉和格尔木站向北运动速率分别为3.29、1.84、1.43厘米/年。实测证实，青藏高原各构造块体在印度板块向北挤压下总体向北水平运动，同时隆升;运动速率或幅度自南向北减弱。观测还表明，拉萨一下关剖面南北向伸长率最大，为3.55厘米/年，相对于西宁，下关站向南走滑运动速率为0.50厘米/年;这一事实证明，下关、虾拉沱站所在的川滇菱形块体在印度板块挤压下相对向南走滑运动，与地质观察结果相吻合。应用GPS技术监测现代地壳运动，给地学研究和实用提供了科学高效的技术手段。基于现代科技的许多综合性地质观察新方法的出现，显示了地质科学正向定量化、精确化和预测化的方向前进。近年来地慢热柱和慢汁理论的提出具有重要的意义:1971年Morgan首先提出地慢柱的概念。1984年R.L.Larson指出，地球地慢在1.2亿年以前经历了环流中一次强大的震颤，这次震动可能与地核中的事件有关，引起了洋壳物质的突然喷发。作者根据对1.5亿年以来新洋壳生长速率与时间的变化关系发现，在中白垄世时期洋壳增长速率增大了50%一75%，并归因于核慢热柱活动;Larson指出，在1.25亿~0.8亿年间的地慢物质的热喷发强度大，形成巨大的火山岛链及太平洋周围的大断裂，并称其为超热柱(SuPerPlume)。上升的地慢物质(热柱)的热喷射，构成地慢对流的重要组成部分，即地慢内除存在导致板块运动的地慢对流外，还存在深成呈垂直运动的热柱对流形式;热柱对流是地球热释放的主要机制，它控制地球内部和地表重大地质事件的发生，如岩浆活动、火山喷发、构造运动、地震等。杜乐天等(1997)提出，富碱、富挥发分、强还原性超临界态高温、高压地慢流体从地球深部上升到岩石圈，与地慢岩石反应形成软流层(体);玄武岩类、碱性岩类、A型花岗岩类岩浆均生成于软流层中;作者还认为，地慢流体(即慢汁)对地壳上的岩浆、火山、热液等多种地质作用有决定性的影响;地慢柱及热点等应看作为地慢流体的蘑菇云。地学观测不断向深部扩展，地球的秘密逐渐被揭开。地球科学的根本任务在于认识自然、科学地利用和改造自然、协调人类活动与自然环境的关系，并为解决经济建设和社会发展所面临的实际问题提供理论依据和技术对策。当前，处于国际社会高度重视的地球科学的发展趋势具有四个明显特点:(l)地学研究和地质观察正向全球化、深部化和包括固体地球、海洋和大气圈的整体化的方向发展;80年代末提出的“地球物质科学”方向，强调地球物理和地球化学相结合研究地球内部的物质演化。形成了多学科、综合手段、深入层次上研究地球的总趋势。(2)现代地球科学把动力学思维引入地学研究，发展了地球动力学和地球化学动力学的方向。把地质作用的热源、物源，及其转化机制与控制关系作为认识地质作用的核心，从动态发展上认识地球和地质过程的演化;提高了地质科学的理论深度和实用性。(3)地质科学正由定性描述走向精确化和定量化研究的阶段;现代观测技术和信息科学的引人使地球科学得到高新技术武装，三维定量、动态模拟、模型化、参数化的研究思路提高了地质科学的预测性。(4)关注社会实际问题，面对社会和经济发展的需求，扩展地学为社会经济服务的领域，为地球科学的发展注入了强大的活力，促进了地学的繁荣。世纪之交，地球科学任重而道远，21世纪地球科学家面临新的挑战和机遇。国际地科联前任主席W.5.Fyfe在第30届国际地质大会上指出:“我们需要新体制、新技术，以便能够更合理、更有效地开发利用我们的能源、水、土壤和矿物资源;来自各经典学科领域的专家需要联合起来，共同解决人类面临的重大问题”。我国国土辽阔，地质构造复杂，地质现象和矿产资源的多样性和典型性在世界上是少有的。21世纪我国地质科学研究具有广阔的前景:大陆地质和造山带动力学;青藏高原的隆升机制及其资源预测;大陆水圈的演化与干旱地区水资源;中国浅海盆地构造与油气;地球物质的物理和化学研究;深部地质、地球化学与农业和环境等课题，都属现代地球科学前沿性问题，也是我国21世纪社会和经济发展的需求。

二、现代地球化学与地球物质科学

如果把1908年克拉克发表的《地球化学资料》一书，作为地球化学学科形成的标志，地球化学走过了90年的历史。地球化学是20世纪的产物，代表20世纪的人类科技。从它初创时期的计算地壳平均化学成分和研究“自然原子的行为”开始，发展到今天成为具有系统的学科理论、整套专用的研究技术方法，并参与解决人类所面临的重大实际和基础理论问题的地球科学支柱学科。90年来，特别是本世纪后30年以来，地球化学以高度的科学活力迅猛发展，开拓新的研究领域，创造了公认的科学业绩:如建立了同位素地质年代学，给地球科学提供了精确的时间坐标和计时手段;提出了同位素和微迹元素示踪理论，应用地球化学示踪剂使地质学家有可能追踪地质作用以前阶段的演化历史，对复杂的多期叠加的地质作用的判断提供了依据;建立了地球化学热力学的理论体系，发展了地球化学动力学;矿床地球化学和勘查地球化学依据成矿的分带规律和微观异常追踪矿体，在各种比例尺的勘查活动中取得了找矿效果;目前勘查地球化学已发展成为具有系统理论和高科技手段的应用地球化学分支，在金属和能源勘查中作出了贡献。此外，地球化学在地质流体、全球变化研究，以及环境、农业等领域都有多方面的建树。90年来，地球化学的视野和思路不断扩大，到80年代中形成了“地球物质科学”这一深人层次、多学科综合的研究方向。它从研究大尺度时空领域的地球演化，特别是地球深部物质作用出发，把矿物物理、岩石力学、地球化学，以及地球物理、实验科学综合为“地球物质研究”;使地学综合各相邻学科的理论和方法，从更接近实际的状态认识地球物质的运动，其中地球化学处于核心的地位。地球物质科学的提出集中地反映人类研究和认识地球的一个新的深度，也代表地球化学学科发展的一个新阶段。当前，地球化学与相邻多种学科相结合交叉，形成了大约30多个分支学科，可粗略划分为理论地球化学、地质作用地球化学和应用地球化学三大领域。以下仅就理论地球化学和应用地球化学一些分支的近期发展现状和趋势，进行简要评述。

(一)理论地球化学—地球化学学科的支撑点理论地球化学主要指地球化学与基础理论学科相结合形成的分支，如同位素地球化学、地球化学热力学、地球化学动力学、量子地球化学、有机地球化学、实验地球化学等。这些分支构成地球化学的理论基础，也是地球化学学科的支撑点。在未来的21世纪中，我国理论地球化学应得到更多的支持和加强。1.同位素地球化学同位素地质年代学经过多年的积累，对岩石的测年已有多种成熟的方法被广泛应用。但目前对成矿作用的定年存在许多困难。这主要是由于成矿作用受多期叠加作用影响，造成衰变子体同位素的丢失，特别是热液成矿过程中反应体系的非平衡性和交代残余的干扰作用。近年来，同位素地质年代学除加强高精度和新类型质谱仪的研制外，超微、超净和超纯制样技术的改进，大大提高了原有方法的测试精度和适用范围。对新方法的开发也取得了明显的进展。如39Ar一‘。Ar法已属较早开发的方法;应用热液矿床含钾矿物和流体包裹体的39Ar一‘“Ar分段加热法测定成矿年龄，目前已达成熟;其中逐级释放技术能够排除后期氢丢失和大气氢干扰;同时，多级坪年龄结构可以追踪成矿过程的热演化历史。Re一05法经过多年的实验研究，已开始用于实际测定，该法主要用于硫化物矿物的测年，如辉钥矿等。在80年代，应用蚀变矿物Rb一Sr等时线法测定热液成矿年龄得到了广泛发展，如钾长石、绢云母、绿泥石，以及伊利石等一些粘土矿物，都属合适的测定对象。90年代以来，应用石英和硫化矿物中的流体包裹体测定热液矿床的成矿年龄方法受到重视，热液矿床脉石英原生包裹体Rb一Sr等时线法在许多矿区的实际应用获得了良好结果，但也存在次生包裹体干扰和等时线难以拉开的困难，给测定结果带来一定误差。一些作者(刘建明，1998)建议应用共生热液矿物组等时线法，可以改善测定精度。在富含钙的矿物存在的矿床，如各种矽卡岩矿床，应用Sm一Nd法测定成矿年龄，也为大多数研究者所肯定，特别是对较古老年龄的矿床和矿物效果更好。近年来同位素年代学适应地学多领域的需要，开拓应用范围取得了进展:如地下水、石油、海水、湖泊年龄的测定，以及年轻地质产物的测定。36CI为宇宙成因核素，其半衰期为3.10xl护4年;适合于较老的地下水年龄测定，但由于36CI的丰度低、半衰期较长，一般质谱仪测定灵敏度达不到。80年代以来加速器质谱(AMS)技术的发展，提高了精度和灵敏度。使用36CI法适合测定50一2500年的水样。稳定同位素地球化学在理论和应用方面都取得了显著的进展:在理论上主要是进行了对‘吕O/‘60和D/H等体系的同位素平衡分馏和动力学分馏实验及理论计算，获得了一批新的分馏方程和分馏系数。在应用方面，使用轻、重稳定同位素示踪理论研究地质作用演化和成岩、成矿物质来源的问题取得了深人。张理刚(1997)通过多处典型矿床研究发展了热液矿床流体来源的氢一氧同位素计算理论和方法，建立了模型，论证了在多种成因类型的热液矿床中大气降水流体源的重要性。同位素示踪原理的应用推动了流体地质和流体成矿地球化学的进展。2.地球化学热力学和地球化学动力学自六七十年代以来，通过Garrels、Heigeson等人卓越的工作，地球化学热力学迅速发展，建立了地球化学的基本理论。通过实验和热力学计算编制了一大批描述自然地球化学体系的相图，计算模拟了重要成岩、成矿作用的理论模型，为定量半定量分析地质成矿作用的物理化学条件提供了依据。以封闭系统和平衡条件为基础的地球化学热力学，是理解和认识元素自然行为的主要参照模型。近年来，地球化学热力学向理论深度和数学模拟方向进一步发展，特别是应用统计力学、分子动力学等理论研究超临界流体的热力学状态，形成了研究热点，BelonoshkoA.B.与Saxena5.K.(1992)及Duan2.H.等人(1996)给出了高温高压HZO-COZ一HZS一NaCI体系的状态方程，为研究高温含复杂气相的地质和成矿流体的行为提供了理论模型。此外，应用计算机技术的热力学模拟是地球化学热力学的另一重要方向，如分子动力学模拟、蒙特一卡洛法(Monteearl。。ompute:Simulation)等，构成计算地球化学的一个新的领域。“70年代板块构造理论的提出，导致了地球科学思维的一次大的革命，即由传统的静态地球观发展到动力地球观”。地球化学把化学动力学的理论和方法引人地学研究，建立了地球化学动力学分支。地球化学动力学思维包含定量考察地质作用发生的物质和能量的输运、时间变量、作用进程和机制，以及应用数学模型描述作用的动态过程和相互制约关系;同时，作为基础学科在地质学中的应用领域，它具有多个结合点，并构成本分支学科的几个研究方向。自然化学反应动力学构成地球化学动力学基础研究，如矿物溶解动力学、长石水解动力学、水一矿物界面间的质量输运等，经过多年大量的实验，已有相当的积累。近年来，新理论和高精技术的应用，使反应动力学实验研究得到深人。YongLiang等应用原子力显微镜(AFM)进行了方解石溶解过程水一矿物界面反应的原位(insitu)观察，获得了方解石的特定结晶占位上两种溶蚀凹痕的扩展速率，取得了“实时的”(realtime)溶解动力学信息。并应用动力学台阶一丘一结模型(terraee一ledge一kinkmodel)和蒙特卡洛模拟求得方解石溶解动力学方程。地球化学作用是一种开放的、非线性复杂系统，定量模拟地质成矿过程的时空演化特征、及其动态祸合机制是地球化学动力学的核心课题。在这一方向上前期进行了大量的研究探索，建立了多种描述具体地质过程的动力学模型，并进行了数值模拟。针对地球化学作用多为多重藕合过程:如物质的输运、化学反应、流体运动以及热质传输等，对这样的复杂系统进行模拟必须解决多组成藕合过程的处理问题。近年来，由P.C.Lichtner发展了多孔介质中反应一输运动力学模型，建立了多组分一多相反应一输运连续性方程，对研究热液作用动力学提供了实用的理论模型。对远离平衡态过程的探索引人了耗散结构、自组织理论等理论模型。Jloc。B.Jl.等根据热液成矿的基本特征，如矿物组合的稳定性(对围岩和地质时代的无依赖性)和共同的分带规律、基本成矿组分在浓度场中的量子化及高度不均匀性和可分割性、分位性帅Pa二a二HocT。)等普遍规律，提出地球化学过程的同趋结性效应(。中中e二。、Bl1中，;Ha月。HocTI;)，并认为同趋结性是非线性系统在远离平衡条件下的一种自组织现象。地球化学动力学思维反映了现代地质科学的动力地球观。所建立的各种理论模型在地质科学的许多领域具有普遍性意义，并得到推广应用，如对热液成矿作用的认识、污染物质迁移扩散的描述、地热水和石油运移及采掘的预测等。但由于自然地质作用的极端复杂性，地球化学动力学研究仍处于探索阶段。当前，从不同角度提出的地球化学动力学研究方向都反映了针对具体地质领域问题的动力学观点:如地质地球化学动力学、化学地球动力学等。赞崇文提出了广义地球化学动力学(GeneralizedGeoehemiealDynamies)的概念，其含义指“各种不可逆过程(如力学的、物理的、化学的、生物的，以及地质的等)的速率、机制和进程，都引发于广义的动力学力”。同时指出作为地球物质运动的地球化学过程的动力学研究，应包括地慢对流、岩石圈热一力演化、造山带构造、区域变质等各种地质作用。因此，地球化学动力学是一种含义更广泛的科学思维，对推动地质科学现代化具有重要意义。3.现代地球化学技术地球化学的迅速发展在很大程度上得力于精密分析测试和实验技术的使用，其中也包含重视取样的地质代表性及合理布局，统称为地球化学技术。地球化学技术的进步依赖于精密科学理论和方法，现代地球化学已与高科技融为一体。近10多年来，又有一批精密先进的分析和实验设备引人地球化学研究领域，如等离子质谱(ICP一MS)、离子探针、加速器质谱(AMS)、扫描隧道显微镜(SYM)、激光探针(LP)、原子力显微镜(AFM)等。这些仪器具有高分辨率、多项目(包括同位素)、高精度微区、联机测定等优点，提高了微量、微区，包含多相和不破坏样品的测试质量。目前，高压、高温大腔体实验设备的研制也取得了明显进展:实验压力可以达到地核的高压条件，应用大腔体实验装置可以合成地慢物质，并研究地深物质状态。本文仅就ICP一MS和STM的应用效果概述如下。(1)感藕等离子质谱(ICP一MS)分析综合了等离子体激发源高温高电离效应和质谱技术的高精度和高灵敏度的优势，大多数元素检出限达10~100皮克/毫升，有些元素可达到0.001微克/克。利用质谱谱线便于排除干扰元素，提高分析精度;使用ICP一MS法测定同位素丰度比值具高质量效果，可用于多种目的的元素和同位素分析任务。(2)扫描隧道显微镜(STM)是1982年由GerdBinning(1956年诺贝尔物理学奖获得者)和HeinriehRohrer发明并投人使用的。它使人类第一次能够在原子尺度上观察到物质表面的显微结构以至原子的排列。扫描隧道显微技术利用量子的隧道效应测量物质表面的细微形貌，比电子显微镜有更高的分辨率:垂直分辨率为0.01纳米，水平达0.1纳米，并且具有在非真空环境下工作的优点。STM的工作原理是，将原子线度的极细探针和被测物体表面作为两个电极，当样品与针尖的距离小于1纳米时，在外加电场的作用下针尖与样品间产生隧道电流，其强度与针尖和样品表面间距离呈函数关系。在一定的装置上用探针扫描样品表面，可获得物质表面形貌结构图像自1987年G.W.StLlpien把STM技术应用于研究矿物表面微形貌后，先后有Stupien、Eggleston、白春礼、马哲生等应用STM对辉钥矿、黄铁矿、方铅矿、自然金等矿物，和一些有机与无机物质表面进行观察，发现了大量以前未观察到的物质表面结构。叶荣、赵伦山、马韶生应用STM观测了胶东金矿等多种成因和产状，以及人工合成的黄铁矿的表面微形貌，发现了一组新的结晶形貌类型，提出矿物微形貌特征具有成因意义，包含着多方面的成矿热力学和动力学信息的结论。

(二)应用地球化学—地球化学的社会功能1.勘查地球化学“深穿透”探测技术当前，固体矿产勘查的关键问题是寻找隐伏矿和深埋藏矿体。80年代，勘查地球化学家观察到一种新的地球物质的迁移形态，即“地气”携带的金属物质微粒，将其应用于矿产勘查，有可能开拓为新的地球化学勘查技术。自1982年，K.Kristiansson和L.Malmqvist在进行地气微气泡流观测中发现，在深部存在贱金属矿体的上方，地气流中除含有与下部基岩相近的化学元素存在，如Si、K、Ca、Fe等外，易挥发性元素如S、Cl等含量异常地高。他们在瑞典Renstron等铜、镍、贱金属矿床实测结果发现，地气中含有Cu、Zn、Ni、AS、Pb等元素异常;在排除了地表取样时受疏松介质污染和分析误差的可能性后，确认所捕集到地气样品中的金属元素与造岩元素的比值较基岩中高100倍。指出金属元素可能以某种形式被不断上升的微弱气泡流穿过岩石裂隙或孔隙向上搬运的结果，并提出利用这种地气搬运的金属异常“可能成为勘查隐伏矿化的新方法”O。几乎同时，俄罗斯的c.B.l，邵r叩月H进行了类似方法的观测，他使用“离子捕集器”在矿区地表近地面大气中扑集到由深部上升到地表的“离子气”。进一步的实验研究在金矿、热液多金属矿床、黄铁矿型铜矿、硫磺矿、含金刚石金伯利岩区进行，实验结果都发现在矿体正上方存在“离子晕”，所揭示的盲矿体深度可达200~800米。从而提出了“离子测量找矿法”(lxoHo、，eTp，1、eeK;InMeTo皿;101，eKoB)。关于离子气的形成机制，Fpl，，，opoH认为可能是“电蒸发效应”(Ilapo。:e、Tp、，、eeo.，n冲中e、T)的结果;形成金属气活化的具体机制有待进一步研究，但其用于探测深部盲矿的应用价值是无可置疑的。“地气法”受到国际勘查地球化学界的普遍重视，先后在我国、澳大利亚、美国、捷克等国从不同角度、不同方案进行实验研究。谢学锦应用地气法在胶东金矿、乌兹别克斯坦穆龙套金矿、澳大利亚奥林匹克坝巨型Cu、U、Au、Ag矿等，以及胶东、川北、安徽等大区域范围内(包括覆盖区)进行了区域性地气法测量实验。结果证明，测区内大型矿床在地气异常中都有显示，还发现了一批新的异常。实验证明在覆盖区进行区域稀网度的地气法测量，有可能成为找隐伏矿和深部矿的有效方法，特别对寻找大型和超大型矿更具优势，可用于战略性和战术性勘查目的，谢学锦称其为“深穿透地球化学测量”(Deep一penetrationgeochemicalsurveys)。研制了“金属活动态法”(MOMEO)和“地气中纳米态金属法”(NAMEG);探讨了元素的迁移机制，认为地球深部气体以微气泡形式携带超微细颗粒金属元素达于地表，这种作用具全球规模，因此称为“地球气”(Earthgas)更为合适。吴传壁提出“类气相”垂向迁移的概念。任天祥等称为“纳米物质测量”。当前，在勘查地球化学领域中以地气法为代表的元素活动态测量，在技术方法上取得了突破，该法有可能在今后几十年内为隐伏矿资源勘查发挥经济效益。金属及其他元素活动态通过地球气微气流携带由地深向地表迁移的机制，尽管目前认识还不够清楚，从大量实测资料看，这种迁移方式是存在的。事实证明，地球从过去到现在持续地进行着脱气作用，充满固体地球空隙的地球气，携带着由纳米级物质构成的微粒或“飘尘”，其成分与所处周围岩石有关，微气流垂向迁移至地表以至达大气圈。这种全球性带有深部信息的“射气”作用，有可能被利用成为人类“透视”地球的一种机制。2.“生存危机”与环境地球化学保护自然环境是国际社会讨论了几十年的问题。然而，时至今日人们谈到这个话题却感到越发沉重。原因是经过几十年努力，环境问题只是在某些局部地区得到了改善，就人类全球总体生存环境状况来说，却在不断恶化。H.D.Holland指出，生存危机是一个首要问题，人类社会盲目的经济发展，带来了水、大气、土壤环境状态的破坏，全球性环境恶化问题情势严峻;地区性有害物质聚集的“化学定时炸弹”潜伏杀机。在当前全球人口剧增、资源枯竭和经济不振的背景下，频繁出现的环境灾害无异于对人类生存状态是雪上加霜。他还提出的目前全球性环境问题有:有机燃料燃烧，大量CO:排放;厄尔尼诺灾害性气候;南极臭氧洞;沙漠化及荒漠侵蚀;工业区水和土壤污染，作物减产;森林砍筏;地质灾害如地震、山体滑坡、泥石流;地方病等。本文仅就致害比较严重，又有某种紧迫性的问题概述如下。(1)温室效应与厄尔尼诺灾害全球性工业化加剧了矿物燃料的开发与燃耗。据统计1996年全球向大气圈排放COZ总量达62.5亿吨碳;目前大气中CO:浓度比工业革命前增加了50%;甲烷浓度也增加了近两倍。温室效应造成的全球气候变暖、冰层融化、海面上升、中纬度地区干旱扩大等环境后果，已为大量的研究工作所论证。全球气温升高导致了愈来愈严重的“厄尔尼诺”灾害气象。近年来厄尔尼诺现象发生变得更加频繁，每次持续时间变长。1997年厄尔尼诺现象比往年持续时间加长，破坏更为严重。自1997年10月以来，美国和南美洲沿太平洋海岸地区发生连续暴雨，造成大面积洪涝灾害，经济损失严重，同时在东太平洋地区异常干旱，印度尼西亚、澳大利亚连续发生森林大火和农业旱灾。大量C02排放所造成的环境后果是全球性的、多方面的、极严重，其危害目前有些可能还没有充分认识到，为此人类不得不认真调整自己的工业发展速度，以取得与大自然的协调。(2)地方病灾害与“化学定时炸弹”地球上那些人体必需元素不足或对人体有害元素过剩的地区，即地方病肆虐的地区也属有害人类健康的环境区。全世界还有数亿人生活在这类地区。在一定条件下，地方病也能造成大面积的爆发性毒害事件。90年代以来，我国先后在内蒙古和晋北地区发生了地方性砷中毒事件。以晋北大同盆地山阴、应县为例，自90年代初部分居民开始饮用深井(20~60米)水以来，陆续发现手、脚掌踢角化，身上色素沉着(生黑斑点)的患者，严重者四肢乏力，丧失劳动能力，专家诊断确认为地方性砷中毒症。在桑干河支流黄水河流域中毒严重的村镇，患病率达50%以上，近年来病区出现癌症多发现象，已经引起当地政府和卫生部门的重视。经卫生和环境部门调查研究证实，病区深层地下水为砷含量严重超标的毒性水，水中砷含量为1.3一。.002毫克/升，平均为0.4毫克/升。地球化学研究还证明，大同盆地周边分布的太古界恒山杂岩及石炭系、二叠系地层和煤系建造均属富砷岩石，为砷主要原生来源。富砷的第四系更新统湖相泥砂质含水层为砷的次生来源，区内大量的工业燃煤构成砷污染的补充来源。研究表明，黄河河谷地区属新生代断陷盆地构造，深埋藏含水层有储集地下水的构造环境，第四系更新统顶部发育一层黑色富有机质层，使其下部含水层形成还原条件，水中ASS+还原成As3+，提高其毒性60~100倍。干旱气候使地下水补给和交替缓慢，并因强烈蒸发作用而聚砷。这种地下水一旦被开发出来，就会造成严重的砷中毒，其性质和危害类似于“化学定时炸弹”，这属原生成因。在我国北方干早地区，具类似的地质、构造、水文和地球化学条件的地区比较普遍，存在含毒性砷的深埋地下水的可能性很大，特别是随地区经济发展，开发深层地下水将是必然的趋势，甚至可能有些地区已经被开发、饮用，或已经发生中毒而未被确认。因此，在我国北方干旱地区开展系统的富砷地下水的调查和预测，有非常重要的意义。地球上大片存在的有害健康的原生环境地区，以及由人类经济活动造成的污染，严重地威胁着大量人口的健康甚至生命，这种局部存在的“生存危机”因素，甚至潜伏的“化学定时炸弹”是具有紧迫性的环境问题。在解决这类课题中地球化学应当起更重要的作用。