科学通报 | 胡瑞忠院士，李献华院士: 地球化学对人类文明的贡献

地球的“化学侦探”：一门学科如何破解地球谜题。

1838年，瑞士化学家舍恩拜因首次提出“Geochemistry”一词。此后近两个世纪，地球化学用元素的“语言”，不断破解地球46亿年的演化谜题，并成为资源勘探、环境保护和人类可持续发展的核心支撑。

胡瑞忠院士和李献华院士在”地球化学对人类文明的贡献”一文中，以翔实的地质事实，从三个方面展开了系统的论述，即地球系统运行规律的准确认识、资源能源的探测与评估、以及生态环境管理和人类可持续发展。

•一．提升了人类对地球系统运行规律的准确认识

给地球月亮“定年龄”。20世纪，Pb同位素定年技术将地球年龄精确限定为45.6亿年，结束了持续两百余年的争论(图1)。2024年，中国科学家基于嫦娥六号月球样品，发现月球背面28亿年前还存在火山活动，其中一件样品距今约42亿年，是迄今最古老的月壤返回样品，证明月球背面火山活动至少持续了14亿年。

图1 美国地球化学家Clair Cameron Patterson计算出地球年龄为45.5亿年

地球化学家依靠同位素示踪技术透视地球内部。稀有气体同位素揭示了地幔与外核的化学交换，放射性同位素测定原始大陆地壳形成于38~40亿年前。通过岩浆岩元素和同位素分析，科学家得以刻画壳幔分异、大陆碰撞和地壳生长等关键地质过程。

地球化学堪称古气候的“档案管理员”。例如，硫同位素信号记录了大氧化事件（约24~23亿年前），碳同位素揭示了二叠-三叠纪生物大灭绝期间CO2的急剧升高，氧同位素重建了冰期-间冰期旋回的温度波动历史。

•二．推动了人类对资源能源的探测与评估

指引资源勘探。科学家通过研究成矿模型，提炼出元素组合、同位素指纹等“化学标签”，如同精准的导航图，指引着从宏观选区到矿体定位的全过程。在覆盖区或深部找矿时，深穿透地球化学能捕捉来自深部矿体的微弱信号。低温热年代学技术能回溯矿床形成后的剥蚀历史，判断矿体是接近地表还是深埋地下。

解锁油气勘探新路径。地球化学技术通过分子与同位素“指纹”，精准解码油气来源与演化历史。利用总有机碳含量、镜质组反射率等指标系统评价烃源岩品质；通过生物标志化合物，可精确判别母质输入与沉积环境。成藏期次研究已从定性推断迈向定量定年。自生伊利石K-Ar定年、方解石U-Pb定年及原油Re-Os定年等技术，正直接锁定油气充注时代（图2）。随着机器学习与大数据建模引入，集地质、地球化学与地球物理信息于一体的“三位一体”模型，将显著提升勘探效率，降低勘探风险。

图2 华南高温钨锡与低温金锑成矿省的平面展布与垂向结构

•三．支撑了生态环境管理和人类可持续发展

地球化学技术正成为守护生态环境与人类健康的关键利器。通过碳、氮、氧、硫等稳定同位素示踪体系，科学家得以精确追踪水源、碳源及大气污染物来源，反演古气候演变，并为温室气体减排提供依据。生态化学计量学则通过解析碳氮磷元素比率，为陆地与水体富营养化治理提供新策略。

在污染溯源与健康风险防控方面，重金属与有机污染物同位素指纹技术可精准识别铅、镉、汞等毒害物的来源与食物链传递路径；放射性同位素（碘-129、钚-239、铀-236）更成为核活动影响的“计时器”，清晰揭示了人类核活动对海洋环境的深远影响。地球化学正为全球环境治理与可持续发展注入强劲科技动力。

从地球年龄到月球火山，从深部找矿到气候演变，从污染溯源到核监测——地球化学用元素的“语言”，讲述着地球的故事，也指引着人类可持续发展的方向。展望未来，探测地外行星、破解资源瓶颈、应对环境挑战，地球化学仍需勇担重任，发展新理论新技术，为人类社会高质量发展贡献独特力量（图3）。

图3 地球化学的主要发展趋势、应用领域和社会需求

胡瑞忠

中国科学院院士，国际矿床地质学会会士，中国矿物岩石地球化学学会名誉理事长。从事矿床学和地球化学研究，在陆内成矿与预测等领域取得系统性创新成果。获国家自然科学二等奖2项、省部级成果一等奖5项，并获何梁何利奖、贵州省最高科技奖。

李献华

中国科学院地质与地球物理研究所研究员，中国科学院院士, 现任中国矿物岩石地球化学学会和中国计量测试学会副理事长。主要从事同位素年代学和地球化学研究以及微区同位素分析技术研发与应用. 曾获国家自然科学二等奖(R2)和何梁何利科技进步奖。

•文章信息 •

胡瑞忠, 李献华, 刘学炎, 肖贤明, 赵军红, 张道涵, 郑袁明, 李薇. 地球化学对人类文明的贡献. 科学通报, 2026, 71(19): 4438-4447

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