表 2.20 生物中元素的分配（重量％）

*据 Mason 和 Moore，1982。2.有机地球化学

与生物圈组成、演化直接关联的地球化学分支学科是有机地球化学。有机地球化学研究天然含碳有机质的组成、结构、性质，以及它们在地质体中的分布、迁移和参与各种地质营力的作用等。它与能源、海洋、环境和生命科学等有着密切的联系，具有重要的国民经济意义，被视为石油勘探的三大学科支柱之一。有机地球化学的基础研究主要集中在二个方面，其一是探讨整个地质体中有机质的成因与演化模式以及有机碳的演化模式。其二是生物标志化合物的成因研究，它是有机地球化学应用研究的基础。对石油、天然气和煤的成因研究有着特殊的意义。生物标志化合物的发现和为研究沉积岩成因和海洋沉积作用开辟了新的途径，在判别沉积环境（海相、陆相）、物质来源（陆地、水生、及早期成岩作用等领域内，提出了许多新的指标。在各种生物标志化合物中，用得最多的是饱和烃，如各种正烷烃和非环类异戊二烯烷烃、和卟啉、氨基酸等。在不成熟的年轻沉积物中，研究较多的还有脂肪酸、醇和叶绿素。

有机质主要有碳、氢、氧等元素构成。构成生物的有机质一般可分成蛋白质、脂类、碳水化合物、木质素及色素等几大类。植物以碳水化合物为主， 在高等植物中则有较多的木质素；动物则以各种蛋白质为主。上述各种有机质在热力学上是不稳定的，它们通过光合作用将光能转换为化学能而集中， 处于高能量状态。当有机体死亡后，各类有机质便发生分解，包括各种氧化还原反应、微生物引起的各种化学反应。结果，蛋白质分解成各种氨基酸， 脂类分解成脂肪酸和烃类，碳水化合物分解成各种单糖。木质素的分解，导致腐植质的形成，这是非常复杂的高分子类化合物的混合物。卟啉则是叶绿素形成的一组重要色素产物。研究这些反应的具体过程、机制、途径及反应进行的程度便构成了有机地球化学中生物标志示踪的重要内容。

3.环境地球化学

与生物圈组成、性质相关的另一个领域是环境地球化学。环境地球化学是研究岩石（包括土壤）圈、水圈、大气圈、生物圈系统中复杂的相互作用及其对地表环境化学特征控制的一门学科。具体说来，环境地球化学更强调与人类生存环境的关系，它重点研究化学元素特别是各种微量元素或微量组份在人类赖以生存的地球表面及其附近空间的含量、分布和迁移过程及与人

类健康的关系。

环境污染已引起当今世界的高度重视，是人类面临的重大问题之一。要查明环境污染，首先需了解污染前的自然环境（第一环境），确定未受污染环境中元素的含量与分布，确定环境中元素的背景含量和赋存形式，以及自然环境中元素在各地圈间的循环及其机制。其次，对环境污染源的性质和其影响范围，受污染环境（第二环境）中元素的含量及分布，以及通过与元素背景值的对比，确定污染的程度。在这个基础上，进一步估计污染对人、畜和农作物的损害程度，以便提出设计治理的方案。

环境地球化学的另一项重要内容是元素在植物、动物和人类营养方面的作用及引起地方病的环境因素的研究。同一元素在环境中的含量不同，对人体的健康可能起到完全不同的影响。实验证明，当有机体由于缺乏某种微量元素而生长不好或不能完成其生命循环时，补充少量的这种元素，对有机体来说就显得非常必要。但当供给量超过了有机体的需要量时，同一元素又可能起毒害作用（见图 2.6）。曲线的平台部分指示了对有机体生长、发育的最适宜浓度。不同的元素可能有不同宽度的平台。

环境地球化学所感兴趣的正是这种理想曲线平台两侧的异常部分。在左侧，有机体因得不到足够数量的微量元素而出现缺乏症状。这一类问题，便是所谓的第一环境问题。如缺碘与甲状腺肿大的关系，缺硒、钼与一种原因不明的地方性心肌病（克山病）之间的可能关系等。在曲线的右侧部分，因环境中存在过量的某些化学元素而导致有机体中毒。这类问题，除一部分是由于地球化学环境的不均一性引起外，经常遇到的便是所谓第二环境问题， 即人类的社会生产活动所引起的环境污染。

此外，环境地球化学食物链、环境中相关化学元素对的相互作用和它们的生物效应也是环境地球化学的研究内容。

应该指出，有机地球化学、环境地球化学已超过了传统的地球化学领域， 它们是跨越地学和化学的综合性新兴学科，是为适应矿产资源和环境保护而产生的。它们的研究对象和领域正在不断地扩展。