1.地球化学

如果你想要读懂这本书里的内容，首先就要知道什么是地球化学。

地质学让我们了解了地球和地壳，了解了地球的历史以及其变化，还有地球上的山河湖海以及火山、熔岩等的成因；矿物学让我们了解了地球上的各种矿物。

在我所作《趣味矿物学》中我曾经说过：

矿物是化学元素自然形成的天然化合物，并非是人为形成的。它们是一种很特殊的天然建筑物，由很多不同种类、不同数量的“砖”堆砌而成。这些“砖”堆砌的方式并非是杂乱无章的，而是有自然规律可循的。现实生活中同样如此，我们应该知道，即使使用同样种类的、同样多的砖，堆砌成的建筑物也是多种多样的。所以说，自然界中同一种矿物形成的形状也会有很多不同。

经过统计，这种“砖”有将近100种，我们所生存的这个世界都是由这些“砖”构建而成的。按照术语，这些“砖”名为“元素”，是这个世界的组成部分。

这些化学元素包括气体、金属和非金属等种类，其中气体有氧（O）、氮（N）、氢（H）等，金属有钠（Na）、镁（Mg）、铁（Fe）、汞（Hg）、金（Au）等，非金属有硅（Si）、氯（Cl）、溴（Br）等。

正如建筑物的多种多样，这些元素按照不同的数量和种类组合在一起之后就会形成矿物，最常见的有食盐（NaCl）、石英（SiO2）等等。

……就这样，在各种各样的矿物搭配之下，地球上出现了3000多种不同的矿物，比如石英、盐、长石等，而矿物再进行搭配组合，便成了岩石，岩石中我们熟知的有花岗岩、石灰岩、玄武岩等等。

顾名思义，矿物学是研究矿物的科学；岩石学是研究岩石的科学，而地球化学正是研究这些“砖”，也就是元素在自然界中的各种变化以及这些元素本身的科学……

相比于其他科学，地球化学还很年轻，由于科学家研究工作的需要，近些年才刚刚产生。元素是自然的构成基础，并且依据某种特定的规律排列成众所周知的门捷列夫元素周期表，而地球化学正是要研究和阐述这些地球内部元素的动态以及性质。

而这些研究建立在化学元素和原子等这些基本单位之上。

在元素周期表中，每一个空格都写着一种元素的名称以及它的原子序数。氢是最轻的元素，原子序数为1；铀的重量是氢的238倍，原子序数为92。

这些原子非常小，直径仅约0.0000001毫米。虽然这些原子被看作是球体，但它们和普通的球体还是有区别的，这个原子球并不均匀，内部密度是比较大的、质量占比最高的原子核，外边包裹着一些带电小粒子，也就是电子。

这样看来，这个原子的结构和太阳系的结构如出一辙，原子核相当于太阳，而电子则是行星——当然，这个“太阳系”只能在显微镜中看到。

不同种类的元素电子数量也有不同，而这些不同正是缘于元素们拥有不同的化学性质，原子互相交换电子，化合形成分子。元素周期表的每一个纵列均被称作一个类族，这些类族中的元素大都拥有相似的性质，它们不但在表中相邻，在自然界中也大都同时出现。

门捷列夫的元素周期表之所以伟大，并非由于它展示了众多种类的元素，而是由于它指出了这些不同元素之间的某种关系。正是由于这些关系的存在，这些元素以及其在地球里的移动和转移途径才会类似或者不同，也就是说，元素周期表正是一个指针，指引着地球化学家们去探索、去研究，那些新思想也大都是用元素周期表分析自然现象时得出的。

地球上的所有化学元素都作为独立单位在化合、分解、移动之中，也就是说在地壳里迁移，地球化学正是要研究这些迁移发生在不同温度、不同深度、不同压力下时的规律。

当然，并非所有的元素都会聚集，比如钪（Sc）、铪（Hf）等。它们就非常分散，在岩石中的占比常常不到百亿分之一，它们也因此被称为超分散元素。如果这些元素没有什么实际价值的话我们是不会去开采的，毕竟找起来实在是太困难了。

和这些超分散元素相反，铅（Pb）、铁（Fe）等元素非常容易聚集，形成化合物后可以长期保存，能够在复杂的地壳变动中存留下来，形成富集矿床，在工业上利用它们也就变得非常简单易行了。

如果我们的分析方法够精确，就可以在1立方米的任何岩石中找出元素周期表中存在的所有元素，要知道，新的方法往往比新的学说更有价值。

地球化学不仅研究元素在地壳以及宇宙中的迁移规律，同时也在研究元素在某一个小地区内的迁移规律，以便确定开采矿物的路线。可以看出，地球化学已经越来越偏向实用性这一方面了，人类正在利用一些原理来指出某种矿物的可能聚集地，某种矿物比如钒（V）、钨（W）等在某种状况下的可能聚集地，哪些矿物极有可能聚集在一起而哪些却又不会，等等。

要想研究这些，就得熟悉元素的性质和特征，而熟悉特征之后的地球化学家也就变成了勘探者，可以用令人信服的原因告诉人们地壳中的哪些地方可能会有铁（Fe）和锰（Mn）的矿石，蛇纹石中的哪些地方可能会有铂（Pb）的矿石，新岩石中的哪些地方可能会有砷（As）和锑（Sb）的矿石，等等。

这样看起来，如果研究透了某种化学元素，就像是掌握了它的“性格”，就能够彻底了解它的“行为习惯”，于是这些元素在不同环境下的动态也就可以预见了，这也正是这门和地质学、化学齐头并进的新兴科学的实用价值之所在。

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列举大量事实、例证和计算显然有些不现实，这太折磨人了，当然，一口气把地球化学的知识全部告诉你们也是不可取的，因为这同样很折磨人。我现在只希望你们能够借着这本书对地球化学这门新兴科学产生兴趣，能够知道它广阔的、光明的前途。

真理和进步同样重要，要想得到真理和进步，我们就需要斗争、就需要全身心地投入。我们一定要相信自己获得胜利的能力，并且相信自己的道路充分正确，拥有毅力和进取心。渴望胜利并非是空洞的思维，而是鼓励我们的、激发我们热情的思维，它是和生活紧密相关的。苏联的地球化学家面对的是他们的国家的广阔土地。我们要知道，这些工作都是建立在事实的基础上的，科学家巴甫洛夫曾说鸟因为空气才能飞翔，我们也是因为事实才能做这些工作。

但是，鸟类和飞机之所以能在天上飞，并不只是因为空气，还因为它们在使用能量，有上升的能力。同理，科学也是如此，正是因为有了上升、前进、发展的热情，才能够促进发展，分析新事物和旧事物之间的关系。

苏联的工业目前还没有用到全部的元素，所以我们一定会继续研究下去，让门捷列夫元素周期表中的元素都能为人类服务。