科學通報 | 胡瑞忠院士，李獻華院士:?地球化學對人類文明的貢獻

地球的“化學偵探”：一門學科如何破解地球謎題。

1838年，瑞士化學家舍恩拜因首次提出“Geochemistry”一詞。此后近兩個世紀，地球化學用元素的“語言”，不斷破解地球46億年的演化謎題，并成為資源勘探、環境保護和人類可持續發展的核心支撐。

胡瑞忠院士和李獻華院士在”地球化學對人類文明的貢獻”一文中，以翔實的地質事實，從三個方面展開了系統的論述，即地球系統運行規律的準確認識、資源能源的探測與評估、以及生態環境管理和人類可持續發展。

?一．提升了人類對地球系統運行規律的準確認識

給地球月亮“定年齡”。20世紀，Pb同位素定年技術將地球年齡精確限定為45.6億年，結束了持續兩百余年的爭論(圖1)。2024年，中國科學家基于嫦娥六號月球樣品，發現月球背面28億年前還存在火山活動，其中一件樣品距今約42億年，是迄今最古老的月壤返回樣品，證明月球背面火山活動至少持續了14億年。

圖1 美國地球化學家Clair Cameron Patterson計算出地球年齡為45.5億年

地球化學家依靠同位素示蹤技術透視地球內部。稀有氣體同位素揭示了地幔與外核的化學交換，放射性同位素測定原始大陸地殼形成于38~40億年前。通過巖漿巖元素和同位素分析，科學家得以刻畫殼幔分異、大陸碰撞和地殼生長等關鍵地質過程。

地球化學堪稱古氣候的“檔案管理員”。例如，硫同位素信號記錄了大氧化事件（約24~23億年前），碳同位素揭示了二疊-三疊紀生物大滅絕期間CO2的急劇升高，氧同位素重建了冰期-間冰期旋回的溫度波動歷史。

?二．推動了人類對資源能源的探測與評估

指引資源勘探。科學家通過研究成礦模型，提煉出元素組合、同位素指紋等“化學標簽”，如同精準的導航圖，指引著從宏觀選區到礦體定位的全過程。在覆蓋區或深部找礦時，深穿透地球化學能捕捉來自深部礦體的微弱信號。低溫熱年代學技術能回溯礦床形成后的剝蝕歷史，判斷礦體是接近地表還是深埋地下。

解鎖油氣勘探新路徑。地球化學技術通過分子與同位素“指紋”，精準解碼油氣來源與演化歷史。利用總有機碳含量、鏡質組反射率等指標系統評價烴源巖品質；通過生物標志化合物，可精確判別母質輸入與沉積環境。成藏期次研究已從定性推斷邁向定量定年。自生伊利石K-Ar定年、方解石U-Pb定年及原油Re-Os定年等技術，正直接鎖定油氣充注時代（圖2）。隨著機器學習與大數據建模引入，集地質、地球化學與地球物理信息于一體的“三位一體”模型，將顯著提升勘探效率，降低勘探風險。

圖2 華南高溫鎢錫與低溫金銻成礦省的平面展布與垂向結構

?三．支撐了生態環境管理和人類可持續發展

地球化學技術正成為守護生態環境與人類健康的關鍵利器。通過碳、氮、氧、硫等穩定同位素示蹤體系，科學家得以精確追蹤水源、碳源及大氣污染物來源，反演古氣候演變，并為溫室氣體減排提供依據。生態化學計量學則通過解析碳氮磷元素比率，為陸地與水體富營養化治理提供新策略。

在污染溯源與健康風險防控方面，重金屬與有機污染物同位素指紋技術可精準識別鉛、鎘、汞等毒害物的來源與食物鏈傳遞路徑；放射性同位素（碘-129、钚-239、鈾-236）更成為核活動影響的“計時器”，清晰揭示了人類核活動對海洋環境的深遠影響。地球化學正為全球環境治理與可持續發展注入強勁科技動力。

從地球年齡到月球火山，從深部找礦到氣候演變，從污染溯源到核監測——地球化學用元素的“語言”，講述著地球的故事，也指引著人類可持續發展的方向。展望未來，探測地外行星、破解資源瓶頸、應對環境挑戰，地球化學仍需勇擔重任，發展新理論新技術，為人類社會高質量發展貢獻獨特力量（圖3）。

圖3 地球化學的主要發展趨勢、應用領域和社會需求

胡瑞忠

中國科學院院士，國際礦床地質學會會士，中國礦物巖石地球化學學會名譽理事長。從事礦床學和地球化學研究，在陸內成礦與預測等領域取得系統性創新成果。獲國家自然科學二等獎2項、省部級成果一等獎5項，并獲何梁何利獎、貴州省最高科技獎。

李獻華

中國科學院地質與地球物理研究所研究員，中國科學院院士, 現任中國礦物巖石地球化學學會和中國計量測試學會副理事長。主要從事同位素年代學和地球化學研究以及微區同位素分析技術研發與應用. 曾獲國家自然科學二等獎(R2)和何梁何利科技進步獎。

?文章信息 ?

胡瑞忠, 李獻華, 劉學炎, 肖賢明, 趙軍紅, 張道涵, 鄭袁明, 李薇. 地球化學對人類文明的貢獻. 科學通報, 2026, 71(19): 4438-4447

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