地球化學(xué)資料

1、現(xiàn)代地球化學(xué)的定義：地球化學(xué)是研究地球及子系統(tǒng)(含部分宇宙體)的化學(xué)組成、化學(xué)機(jī)制(作用)和化學(xué)演化的科學(xué)。地球化學(xué)研究的基本問(wèn)題：1地球系統(tǒng)中元素（同位素）的組成2元素的共生組合和存在形式3研究元素的遷移和循環(huán)4地球的歷史與演化。具有相同或相似遷移歷史和分配規(guī)律的各種元素在地質(zhì)體中有規(guī)律的組合，稱為元素的共生組合。隕石主要是由鎳鐵合金、結(jié)晶硅酸鹽或兩者的混合物所組成，按成份分為三類：1）鐵隕石（siderite）主要由金屬NiFe（占

2、98%）和少量其他元素組成（CoSPCuCrC等）。2）石隕石（aerolite）主要由硅酸鹽礦物組成（橄欖石、輝石）。這類隕石可以分為兩類，即決定它們是否含有球粒硅酸鹽結(jié)構(gòu)，分為球粒隕石和無(wú)球粒隕石。3）鐵石隕石（sidrolite）由數(shù)量上大體相等的Fe－Ni和硅酸鹽礦物組成，是上述兩類隕石的過(guò)渡類型。石隕石以是否含有球粒硅酸鹽分為：球粒隕石和無(wú)球粒隕石。元素豐度：太陽(yáng)系：HHeOCNeNFeSiMgS；地球：FeOMgSiNiSC

3、aAlCoNa；地殼：OSiAlFeCaNaKMgTiH。元素豐度的排序上有很大的不同：由宇宙化學(xué)體系形成地球的演化（核化學(xué)）過(guò)程中必然伴隨著氣態(tài)元素的逃逸。而地球原始的化學(xué)演化（電子化學(xué)）具體表現(xiàn)為較輕易熔的堿金屬鋁硅酸鹽在地球表層富集，而較重的難熔鎂、鐵硅酸鹽和金屬鐵則向深部集中。由此可見(jiàn)地殼元素的豐度取決于兩個(gè)方面的原因:元素原子核的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性；宇宙物質(zhì)形成地球的整個(gè)演化過(guò)程中物質(zhì)的分異。總之，現(xiàn)今地殼中元素豐度特征是由元素起源

4、直到太陽(yáng)系、地球、（地殼）的形成和存在至今這一段漫長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)元素演化歷史的最終結(jié)果。濃度克拉克值=某元素在某一地質(zhì)體中平均含量某元素的克拉克值。＞1意味該元素在地質(zhì)體中集中了；＜1意味該元素在地質(zhì)體中分散了。區(qū)域濃度克拉克值=某元素在區(qū)域內(nèi)某一地質(zhì)體中平均含量與某區(qū)域元素的豐度值之比。在自然體系中元素形成陽(yáng)離子的能力和所顯示出的有選擇地與某種陰離子結(jié)合的特性，稱元素的地球化學(xué)親和性。控制自然界元素相互結(jié)合的最基本規(guī)律（陰、陽(yáng)離子間的結(jié)合是

5、元素最普遍的結(jié)合方式，陰離子總數(shù)小于陽(yáng)離子總數(shù)，離子的結(jié)合有選擇性）親和性的原因分類主要包括親氧性元素、親硫性元素和親鐵性元素三大類型。某些物質(zhì)在一定的外界條件下結(jié)晶時(shí)，晶體中的部分構(gòu)造位置隨機(jī)地被介質(zhì)中地其他質(zhì)點(diǎn)（原子、離子、配離子、分子）所占據(jù)，結(jié)果只引起晶格常數(shù)的微小變化，晶體的構(gòu)造類型、化學(xué)鍵類型等保持不變，這一現(xiàn)象稱類質(zhì)同象。同質(zhì)多象：是指具有同樣的化學(xué)組成，而在自然界中以不同物理特性的兩種或兩種以上的礦物形式出現(xiàn)的現(xiàn)象。類質(zhì)

6、同象置換法則：1、戈?duì)柕率┟芴仡愘|(zhì)同象法則1）優(yōu)先法則：兩種離子電價(jià)相同，半徑有別，半徑小的離子集中于較早的礦物中，而半徑較大的離子（化學(xué)鍵弱）將在晚階段礦物中富集。2)捕獲允許法則：如果兩個(gè)離子半徑相近，而電荷不同，較高價(jià)離子優(yōu)先進(jìn)入較早結(jié)晶的礦物晶體中，稱“捕獲”（capture），低價(jià)離子“允許”(admit)進(jìn)入晚期礦物。3）隱蔽法則：兩個(gè)離子具有相近的半徑和相同的電荷，則它們因豐度的比例來(lái)決定自身的行為，豐度高的主量元素形成獨(dú)

7、立礦物，豐度低的微量元素進(jìn)入礦物晶格，為主量元素所“隱蔽”。2、林伍德Ringwood法則：對(duì)于二個(gè)價(jià)數(shù)和離子半徑相似的陽(yáng)離子（離子鍵成分不同時(shí)）具有較低電負(fù)性者將優(yōu)先被結(jié)合，因?yàn)樗鼈冃纬梢环N較強(qiáng)的離子鍵成分較多的化學(xué)鍵。Ringwood類質(zhì)同象法則更適用非離子鍵化合物。元素在固相中的存在形式：自然界的礦物一般都不是按某種化學(xué)式來(lái)限定成分的純凈化合物，而往往混有雜質(zhì)，這種雜質(zhì)按其聚集和賦存狀態(tài)可分為五種狀態(tài)：①獨(dú)立礦物：能用肉眼或能在顯

8、微鏡下進(jìn)行研究的礦物，粒徑大于0.001mm機(jī)械分散物：（固相、流體相）是成分不同于主礦物的細(xì)小獨(dú)立礦物或固熔體分離結(jié)構(gòu)。②類質(zhì)同象：或稱為結(jié)構(gòu)混入物，指不同的元素或質(zhì)點(diǎn)占據(jù)相同的晶格結(jié)點(diǎn)位置、而晶格類型和晶格常數(shù)不發(fā)生明顯變化的現(xiàn)象。③超顯微非結(jié)構(gòu)混入物：（或稱為超顯微包裹體）—被包裹在其他礦物中，粒徑小于0.001mm的物質(zhì)。由于它不占據(jù)主礦物的晶格位置，因此是獨(dú)立礦物，但又不形成可以進(jìn)行礦物學(xué)研究的顆粒。④吸附—膠體、晶體表面或解

9、理面上由于電荷不平衡而吸附異性離子的現(xiàn)象。是一種結(jié)合力較弱、易被交換和分離的存在形式（活性賦存形式）。不參加主礦物晶格，在礦物表面、裂隙面等呈吸附狀3)分餾系數(shù)α表示為：α=某元素同位素在A物質(zhì)中的比值某元素同位素在B物質(zhì)中的比值（其中A、B可以是相同的化合物，亦可是不同化合物）設(shè)有同位素平衡分餾反應(yīng)：aA1bB2≒aA2bB1，，式中：A、B為含有相同元素的兩種分子；a、b為系數(shù)；1為輕同位素，2為重同位素。則同位素分餾系數(shù)α的定義公

10、式為：α=RARB=（A2A1）（B2B1）如反應(yīng)：C16O323H218O≒C18O323H216O，α=(18O16O)CO32(18O16O)H2O。α值的意義為：當(dāng)α1反應(yīng)向右進(jìn)行；當(dāng)α1，反應(yīng)向左進(jìn)行；α=1，無(wú)同位素分餾。α值愈偏離1，則同位素分餾愈強(qiáng)。天然放射性同位素的衰變反應(yīng)種類如下：1)β——衰變：自然界多數(shù)為β—衰變，即放射性母核中的一個(gè)中子分裂為1個(gè)質(zhì)子和1個(gè)電子（即β—粒子），同時(shí)放出反中微子g；2)電子捕獲：是

11、母核自發(fā)地從核外電子殼層（K或L層電子軌道上）捕獲1個(gè)電子，通常在K層上吸取1個(gè)電子（e），與質(zhì)子結(jié)合變成中子，質(zhì)子數(shù)減少1個(gè)；3)α—衰變:放射性母核（重核）放出α粒子（α粒子由兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子組成，α粒子實(shí)際上是）；4)重核裂變：重放射性同位素自發(fā)地分裂為2—3片原子量大致相同的“碎片”，各以高速度向不同方向飛散。放射性同位素在地學(xué)上應(yīng)用的性質(zhì)有四個(gè)：①放射性同位素在原子核內(nèi)部發(fā)生衰變，其結(jié)果是從一個(gè)核素轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€(gè)核素；②衰變是

12、自發(fā)的、永久不息的一種恒制反應(yīng)，而且衰變是按一定比例的；③衰變反應(yīng)不受任何溫度、壓力、元素的存在形式及其物理化學(xué)條件的影響；④衰變前核素和衰變后核素的原子數(shù)，只是時(shí)間的函數(shù)。同位素地質(zhì)年代學(xué)基本原理：當(dāng)巖石或礦物或某個(gè)自然體系在某次地質(zhì)事件中形成時(shí)，放射性同位素以一定的形式進(jìn)入其中，隨時(shí)間延續(xù)，該母體同位素不斷衰減，放射成因子體逐漸增加，只要體系中母體和子體的原子數(shù)變化僅僅由放射性衰系所引起，那么準(zhǔn)確測(cè)定巖石礦物中母體和子體的含量，就可

13、根據(jù)放射性衰變規(guī)律計(jì)算出該巖石礦物形成的地質(zhì)年齡。由此測(cè)得的年齡謂之同位素年齡。這種方法稱為同位素計(jì)時(shí)。（要正確地獲得巖石或礦物的年齡還必須滿足以下條件：（1）應(yīng)選用適當(dāng)?shù)姆派湫酝凰伢w系的半衰期，這樣才能積累起顯著數(shù)量的子核，同時(shí)保留有未衰變的母核。（2）同位素初始比值。要求有可靠的方法對(duì)樣品體系中所含的非放射成因子體的初始量D0作出準(zhǔn)確的扣除或校正。（3）準(zhǔn)確測(cè)定衰變常數(shù)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)積累已給出較高精度的某些放射性同位素體系的衰變

14、常數(shù)。（4）高精度的同位素制樣和質(zhì)譜測(cè)定技術(shù)。（5）測(cè)定對(duì)象處于封閉體系中，母體和子體核素只因衰變反應(yīng)而改變，不存在它們的丟失和從外部體系的帶入。）目前新生代前較為成熟和常用的同位素測(cè)年方法有：U—Th—Pb法、K—Ar法、Rb—Sr法、Sm—Nd法、Re—Os法等、測(cè)定第四紀(jì)同位素年代的方法有14C法。微量元素概念：服從3個(gè)條件(1)在自然體系中含量低于0.1％；（2）在自然體系中不作為任何相的主要化學(xué)組分存在的元素；（3）近似服從稀

15、溶液定律（亨利定律）。存在形式：（1）快速結(jié)晶過(guò)程被陷入吸流帶內(nèi)（2）在主要晶格的間隙缺陷中（3）大多數(shù)情況下，微量元素以類質(zhì)同象形式進(jìn)入固溶體。能斯特分配定律：表明在溫度、壓力一定的條件下，微量元素i在兩相平衡分配時(shí)其濃度比為一常數(shù)KD稱為分配系數(shù)。在一定濃度范圍內(nèi)，KD與i無(wú)關(guān)，只與溫度壓力有關(guān)。簡(jiǎn)單分配系數(shù)：即能斯特分配系數(shù)?？偡峙湎禂?shù)：指元素在固相整體和熔體中的分配系數(shù)，往往用巖石中所有礦物簡(jiǎn)單分配系數(shù)與巖石中各種礦物的含量乘積

16、之和。不相容元素：總分配系數(shù)小于1的元素。相容元素：總分配系數(shù)大于1的元素。在巖漿結(jié)晶過(guò)程中，那些容易以類質(zhì)同象的形式進(jìn)入固相的微量元素，稱之為相容元素，反之稱為不相容元素。不相容元素離子電位的大小可分為：（1）大離子親石元素：如K、Rb、Cs、Ba等，離子半徑大，離子電荷低、離子電位﹤3，易溶于水，化學(xué)性質(zhì)活潑，地球化學(xué)活動(dòng)性強(qiáng)。（2）高場(chǎng)強(qiáng)元素：如Nb、Ta、Zr、Hf、P、Th、HREE，它們的離子半徑小、離子電荷高、離子電位﹥3