地球化学,作为地球科学与化学的交叉学科,源自对放射性同位素的研究,由卢瑟福和居里夫人开创。放射成因同位素地球化学的诞生使得地球的精确定年成为可能。戈尔德施密特将元素按照亲和性分类,元素地球化学应运而生。而稳定同位素地球化学则源自尤里的研究,使人们对古老地球样品进行温度测量成为可能。同位素地球化学和元素地球化学结合,严谨地剖析了地球复杂的演化历史,预测了地球与生命的未来。地球化学的诞生直接源于其他学科的进步,其基础是物理和化学,随后扩展到生物、统计、工程、生态、计算机等领域。
理解地球化学,不仅包括其基本原理,也包括其重要应用。基本原理涉及自然界的一切化学性质和组成,涵盖了从太阳行星陨石到岩石矿物,从动物植物到土壤大气、水和食物,甚至城市规划等广泛研究对象。地球化学不是地质学的一部分,地质学长久以来停留在现象描述和定性总结的阶段,而地球化学的出现使得地质学研究进入了定量分析的阶段。地球化学与地质学、地球物理一起构成了地球科学的基石,是推动地球科学发展的重要力量。
我国在岩石地球化学领域取得了显著成果,多个单位的定年技术国际领先。地球化学在海洋、古生物学等领域的应用也做得很好。然而,国内一些年轻学生仍然认为地球化学源自地质学和岩石学,局限于定年和示踪,这种误解与教学方法紧密相关。高校地球化学教学内容过于陈旧,导致学科发展走向偏狭,与交叉学科的理解不够,研究方向同质化严重,学术人才近亲繁殖。学科评估看重数量和数字而非质量,造成学生培养受限,视野狭窄。
地球化学的未来在于不忘初心,积极主动地借鉴其他学科的先进理念和方法,解决地球科学以及其他学科的前沿问题。利用先进的计算机技术和量子化学计算的进展,我们能够突破实验室的物理条件限制,研究领域从地核深部到太阳系行星的超冷体系,从平衡态到极端不平衡态,从超新星爆炸到大碰撞过程。结合现代物理和化学测量技术的进步,我们能够开拓原位、微区、无损的测量方法,揭示前所未有的重要发现。结合大数据、人工智能和机器学习,我们能够更好地归纳总结近百年的地球化学和地球物理观测数据,提高科研视野。
地球化学需要走出传统的地球科学研究领域,与生物学、医学、食品工业、土壤环境、城市和乡村规划、考古学、环境工程等结合,探索营养元素运移规律,研究高价值食品的溯源问题,为污染治理提供关键参考方案,让城市和乡村更加干净,揭示人类文明发展的脉络,提供更适宜的生活环境。地球化学也可以利用同位素和元素研究基本的物理和化学问题,交叉领域往往蕴藏着知识的宝藏。我们需要进行更多的科普,吸引政府部门和社会大众的兴趣,将地球化学知识传播到社会的每个角落。
面对地球化学人才流失的危机,我们看到了自我审视和重新出发的机会。地球化学工作者应回归本源,科研工作应跳出岩石矿物和学科划分的限制,以全新的思路开展研究。教师们应从物理、化学和数学出发,以基础原理讲述地球化学,用生动的案例激发学生兴趣,以全球性大问题提高学生的科研品味。地球化学是理科,具有深刻的逻辑和数理基础,而不是简单的教材记忆课程。各高校地球化学教师有责任提供更高水平的教学。
地球化学不仅是工具,更是独特的、重要的学科体系。地球化学在快速变化的未来中扮演着关键角色。它不仅是地球科学研究的基石,也是解决环境、资源、能源、健康等全球性问题的重要手段。我对地球化学充满信心,坚信它将在未来发挥更大的作用,为人类社会的可持续发展提供科学支撑。