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地球化學主要研究地球和地質體中元素及其同位素的組成，定量地測定元素及其同位素在地球各個部分(如水圈、氣圈、生物圈、巖石圈)和地質體中的分布；研究地球表面和內部及某些天體中進行的化學作用，揭示元素及其同位素的遷移、富集和分散規(guī)律；研究地球乃至天體的化學演化，即研究地球各個部分，如大氣圈、水圈、地殼、地幔、地核中和各種巖類以及各種地質體中化學元素的平衡、旋回，在時間和空間上的變化規(guī)律。

基于研究對象和手段不同，地球化學形成了一些分支學科。

元素地球化學是從巖石等天然樣品中化學元素含量與組合出發(fā)，

比如已經(jīng)測得太陽系各行星形成的年齡為45～46億年，太陽系元素的年齡為50～58億年等等。另外在礦產(chǎn)資源研究中，

有機地球化學是研究自然界產(chǎn)出的有機質的組成、結構、性質、空間分布、在地球歷史中的演化規(guī)律以及它們參與地質作用對元素分散富集的影響。生命起源的研究就是有機地球化學的重要內容之一。

天體化學是研究元素和核素的起源，元素的宇宙豐度，宇宙物質的元素組成和同位親組成及其變異，天體形成的物理化學條件及在空間、時間的分布、變化規(guī)律。

環(huán)境地球化學是研究人類生存環(huán)境的化學組成化學作用、化學演化及其與人類的相互關系，

礦床地球化學是研究礦床的化學組成、化學作用和化學演化。著重探討成礦的時間、物理化學條件、礦質來源和機理等問題。它綜合元素地球化學、同位素地球化學、勘查地球化學和實驗地球化學等分支學科的研究方法和成果，為礦產(chǎn)的尋找、評價、開發(fā)利用服務。

區(qū)域地球化學是研究一定地區(qū)某些地質體和圈層的化學組成、化學作用和化學演化，為劃分元素地球化學區(qū)和成礦遠景區(qū)提供了依據(jù)。

勘查地球化學是通過對成礦元素和相關元素在不同地質體及區(qū)帶的含量和分布研究，

導致發(fā)現(xiàn)地幔組成的不均一性(垂向的和區(qū)域的)，

在研究方法上，地球化學綜合地質學、化學和物理學等的基本研究方法和技術，形成的一套較為完整和系統(tǒng)的地球化學研究方法。這些方法主要包括：

在思維方法上，對大量自然現(xiàn)象的觀察資料和巖石、礦物中元素含量分析數(shù)據(jù)的綜合整理，廣泛采用歸納法，得出規(guī)律，建立各種模型，用文字或圖表來表達，稱為模式原則。

如量子力學、化學熱力學、化學動力學核子物理學等，以及電子計算技術的應用使地球化學提高了推斷能力和預測水平。

地球化學的分析測試手段也將更為精確快速，微量、超微量分析測試技術的發(fā)展，將可獲得超微區(qū)范圍內和超微量樣品中元素、同位素分布和組成資料。