地球化學(xué)-第一章

1、第一章 自然體系中化學(xué)元素的豐度,本章內(nèi)容基本概念元素在太陽系中的分布規(guī)律地球的結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分 地殼中元素的豐度區(qū)域地殼元素豐度研究小結(jié)及思考題,§1 基本概念,地球化學(xué)體系 分布和豐度 分布與分配 絕對(duì)含量和相對(duì)含量 研究元素豐度的意義,1、地球化學(xué)體系 按照地球化學(xué)的觀點(diǎn)，我們把所要研究的對(duì)象看作是一個(gè)地球化學(xué)體系，每個(gè)地球化學(xué)體系都有一定的空間，都處于特定的物理化學(xué)狀態(tài)（C、T、P等），

2、并且有一定的時(shí)間連續(xù)。 地球化學(xué)體系可大可小， 某個(gè)礦物包裹體，某礦物、某巖石可看作一個(gè)地球化學(xué)體系，某個(gè)地層、巖體、礦床（某個(gè)流域、某個(gè)城市）也是一個(gè)地球化學(xué)體系，從更大范圍來講,某一個(gè)區(qū)域、地殼、地球直至太陽系、整個(gè)宇宙都可看作為一個(gè)地球化學(xué)體系。,2、分布 是指元素在各個(gè)宇宙或地質(zhì)體中（太陽、行星、隕石、地球、地圈、地殼）整體中的含量。元素在地殼中的原始分布量與下列因素有關(guān)： 1）  元素的起源

3、 2）  元素的質(zhì)量 3）  原子核的結(jié)構(gòu)、性質(zhì) 4）  地球演化過程中的熱核反應(yīng),3、分配 是指元素在各宇宙體或地質(zhì)體內(nèi)部各個(gè)部分或區(qū)段中的含量。 地殼中元素的分配指的是地殼形成后，隨著它的演化、造山運(yùn)動(dòng)的更體，元素在地殼的各個(gè)不同部位和各種地質(zhì)體中的平均含量。這是元素在地殼各部分不同的物理化學(xué)條件下，不斷遷移的表現(xiàn)。 元素的分配取決于下列因素： 1）&

4、#160; 地質(zhì)作用中元素的遷移 2）  元素的化學(xué)反應(yīng) 3）  元素電子殼層結(jié)構(gòu)及其地球化學(xué)性質(zhì),元素的分布與分配是一個(gè)相對(duì)的概念，它們之間具有一定的聯(lián)系?；瘜W(xué)元素在地殼中的分布，也就是元素在地球中分配的具體表現(xiàn)，而元素在地殼各類巖石中的分布，則又是元素在地殼中分配的表現(xiàn)。,4、  元素的豐度 通常將化學(xué)元素在任何宇宙體或地球化學(xué)系統(tǒng)中（如地球、地球各圈層或各個(gè)地質(zhì)體等）的平均含

5、量稱之為豐度。  以上可見，元素的分布、分配及元素的豐度都是來度量元素的含量。,5.絕對(duì)含量和相對(duì)含量,地球化學(xué)中對(duì)常量元素（或稱主要元素）的含量一般用重量百分?jǐn)?shù)（%），而對(duì)微量元素則一般用百萬分之一來表示。 表示方法：g/t(克/噸)、μg/g、ppm 1g/t=1μg/g=10-4%=10-6,5.研究元素豐度的意義,①元素豐度是每一個(gè)地球化學(xué)體系的基本數(shù)據(jù)。可在同一或不同體系中進(jìn)行用元素的含量值

6、來進(jìn)行比較，通過縱向（時(shí)間）、橫向（空間）上的比較，了解元素動(dòng)態(tài)情況，從而建立起元素集中、分散、遷移活動(dòng)等一些地球化學(xué)概念。從某種意義上來說，也就是在探索和了解豐度這一課題的過程中，逐漸建立起近代地球化學(xué)。 ②研究元素豐度是研究地球化學(xué)基礎(chǔ)理論問題的重要素材之一。宇宙天體是怎樣起源的？地球又是如何形成的？地殼中主要元素為什么與地幔中的不一樣？生命是怎么產(chǎn)生和演化的？這些研究都離不開地球化學(xué)體系中元素豐度分布特征和規(guī)律。,

7、67;2 元素在太陽系或宇宙體中的豐度  大量的科學(xué)事實(shí)已證明地球與太陽系是聯(lián)系的，因此可以從太陽系的形成過程來研究地球的演化過程。從元素在太陽系中的豐度特征來研究元素在地球中豐度特征的變異。通過太陽系及其它星球及隕石、月球的認(rèn)識(shí)，促進(jìn)了對(duì)地球早期演化過程的了解。,一、太陽系或宇宙中元素豐度的研究方法1、  太陽其它星系的幅射譜線的研究 由于太陽表面溫度極高，各種元素的原子都處于激發(fā)狀態(tài)，并不斷地輻

8、射出各自的特殊光譜。例如： Pb 2170 å，Ag 3281 å，Au 2428 å 太陽光譜的譜線數(shù)和它們的波長(zhǎng)主要取決于太陽表層中所存在的元素，而這些譜線的亮度則取決于以下因素： 1）元素的相對(duì)豐度；2）溫度平共處；3）  壓力 在溫度和壓力固定的條件下，元素豐度愈大，則譜線的亮度愈強(qiáng)。,2、隕石的研究 隕石是落到地球上的行星物體的碎塊，天文學(xué)和化學(xué)方面的

9、證據(jù)都說明，太陽系和地球具有共同的成因。因此，隕石的化學(xué)成分是估計(jì)太陽系元素豐度以地球整體和地球內(nèi)部化學(xué)組成最有價(jià)值的依據(jù)。,隕石是空間化學(xué)研究的重要對(duì)象，具有重要的研究意義： ① 它是認(rèn)識(shí)宇宙天體、行星的成分、性質(zhì)及其演化的最易獲取、數(shù)量最大的地外物質(zhì)； ② 也是認(rèn)識(shí)地球的組成、內(nèi)部構(gòu)造和起源的主要資料來源； ③ 隕石中的60多種有機(jī)化合物是非生物合成的“前生物物質(zhì)”，對(duì)探索生命前期的化學(xué)演化開拓了新的途

10、徑； ④ 可作為某些元素和同位素的標(biāo)準(zhǔn)樣品（稀土元素，Pb、Nd、Os、S同位素等）。,隕石類型,鐵隕石,石隕石,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Ni, Fe（占98%）和少量其他元素組成（Co, S, P, Cu, Cr, C等）。   2）石隕石（aerolite

11、）。主要由硅酸鹽礦物組成（橄欖石、輝石）。這類隕石按照它們是否含有球粒硅酸鹽結(jié)構(gòu)，可進(jìn)一步分為兩類：球粒隕石和無球粒隕石。 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渡類型。,隕石大都是石質(zhì)的，但也有少部分是碳質(zhì)。碳質(zhì)球粒隕石有一個(gè)典型的特點(diǎn)：碳的有機(jī)化合分子和主要由含水硅酸鹽組成。它對(duì)探討生命起源的研究和探討太陽系元素豐度等各個(gè)方面具有特殊的意義。由于Allende碳

12、質(zhì)球粒隕石的元素豐度幾乎與太陽中觀察到的非揮發(fā)性元素豐度完全一致，碳質(zhì)球粒隕石的化學(xué)成分已被用于估計(jì)太陽系中揮發(fā)性元素的豐度。,CⅠ型碳質(zhì)球粒隕石元素豐度與太陽元素豐度對(duì)比(據(jù)涂光熾，1998),隕石的主要礦物組成：Fe、Ni 合金、橄欖石、輝石等。隕石中共發(fā)現(xiàn)140種礦物，其中39種在地球（地殼淺部）上未發(fā)現(xiàn)。 如褐硫鈣石CaS，隕硫鐵FeS。這說明隕石是在缺水、氧的特殊物理化學(xué)環(huán)境中形成的。,隕石的平均化學(xué)成分,要計(jì)算隕石

13、的平均化學(xué)成分必須要解決兩個(gè)問題：首先要了解各種隕石的平均化學(xué)成分；其次要統(tǒng)計(jì)各類隕石的比例。各學(xué)者采用的方法不一致。（V.M.Goldschmidt 采用硅酸鹽：鎳-鐵：隕硫鐵=10：2：1）。隕石的平?jīng)Q化學(xué)成分計(jì)算結(jié)果如下：,基本認(rèn)識(shí)：,從表中我們可以看到O、Fe、Si、Mg、S、Ni、Al、Ca是隕石的主要化學(xué)成分。   根據(jù)對(duì)世界上眾多各類隕石的研究，一些基本認(rèn)識(shí)是趨于公認(rèn)： ①它們來自某

14、種曾經(jīng)分異成一個(gè)富金屬核和一個(gè)硅酸鹽包裹層的行星體，這種天體的破裂就導(dǎo)致各類隕石的形成； ②石隕石與地球上的基性、超基性火山巖礦物組成和化學(xué)成分相似，鐵隕石與地核的化學(xué)成分相似，隕石的母體在組成上、核結(jié)構(gòu)上與地球極為相似； ③各種隕石分別形成于不同的行星母體； ④隕石的年齡與地球的年齡相近（隕石利用鉛同位素求得的年齡是45.5±0.7億年）； ⑤隕石等地外物體撞擊地球，將突然改變地表的生

15、態(tài)環(huán)境誘發(fā)大量的生物滅絕，構(gòu)成了地球演化史中頻繁而影響深遠(yuǎn)的突變事件，為此對(duì)探討生態(tài)環(huán)境變化、古生物演化和地層劃分均具有重要意義。,3、宇航事業(yè) 50年代以來，人們相繼發(fā)射了人造地球衛(wèi)星和各種地球探測(cè)器，對(duì)地球高層大氣的成分進(jìn)行了測(cè)定。另外，還對(duì)水星、金星、火星、木星、土星及其衛(wèi)星大氣層的結(jié)構(gòu)和成分進(jìn)行了探測(cè)。1969年阿波羅-11登月，采集月球樣品380Kg,使得人們對(duì)月球的化學(xué)成分、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、演化歷史增添了許多新的知識(shí)。,

16、4、根據(jù)星體的密度和行星表面天文觀察資料間接推斷化學(xué)萬分 測(cè)量星體的密度，而密度與物質(zhì)成分相關(guān)。例如：地球的平均密度為5.52, 鐵鎳相占31.5%,二、元素在太陽系或宇宙中的豐度規(guī)律 1、太陽系的行星和周圍的星體化學(xué)成分相似， 物質(zhì)成分是統(tǒng)一的。 2、發(fā)現(xiàn)了碳質(zhì)球粒隕石與太陽系中的元素比 例幾乎一樣，認(rèn)為碳質(zhì)球粒隕石原始分異 最小，能代表太陽系的原始物質(zhì)成分。 3、非揮

17、發(fā)份元素可參考碳質(zhì)球粒隕石，而揮發(fā) 性的元素可參考太陽光譜,元素在太陽系中的元素豐度 ：,當(dāng)把太陽系中元素豐度值取對(duì)數(shù)分別與對(duì)應(yīng)其原子序數(shù)（Z）、原子核的中子數(shù)（N）或原子核的質(zhì)量數(shù)（A）作圖，具有以下規(guī)律：,1）元素的豐度隨著原子序數(shù)增大而減小。元素豐度開始迅速降低，然后，在Z>45的區(qū)間近似變?yōu)樗骄€。元素豐度與原子核的質(zhì)量數(shù)和中子數(shù)之間，也分別存在類似的關(guān)系。,2）原子序數(shù)為偶數(shù)的元素豐度大大高于相鄰原子序數(shù)為奇數(shù)

18、的元素豐度。同時(shí)具有偶數(shù)質(zhì)量數(shù)（A）或偶數(shù)中子數(shù)（N）的同位素或核類的豐度也總是高于相鄰具有奇數(shù)A或N的同位素或核類。這一規(guī)律稱為奧多-哈根斯法則。,3）質(zhì)量數(shù)為4的倍數(shù)的核類或同位素具有較高的豐度，原子序數(shù)或中子數(shù)為“約數(shù)”（2、8、20、50、83、126等）的核類或同位素分布最廣、豐度最大。例如：4He(Z=2,N=2),16O(Z=8,N=8),40Ca(Z=20,N=20),140Ce(z=58, N=82),4） 三種低原子

19、序數(shù)的元素Li, Be, B， 在豐度曲線上出現(xiàn)虧損。5）與元素豐度的正常關(guān)系，F(xiàn)e 顯示出過剩的特征。6）含量最高的元素為H, He,對(duì)上述規(guī)律的解釋：1）對(duì)Z<20元素，中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)的比例為1：1，這種核最穩(wěn)定，隨Z增大，1：1的比例被破壞，核內(nèi)庫侖斥力增大，并大于核力，使得原子核不穩(wěn)定。2）Z為偶數(shù)的元素或同位素，核子成對(duì)排布，它們自旋力矩相等，量子力學(xué)已證明這種核最穩(wěn)定。,§3 地球的結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分

20、 一、地球的結(jié)構(gòu) 1、  地殼 地殼為地表向下到莫霍面，其厚度差異較大，5km-80km不等，并且大陸地殼和大洋地殼之間存在顯著的差別。 大洋殼： 0-2km為沒有固結(jié)的沉積物 3-5km為硅鎂層（玄武巖層） 大陸殼：平均厚度為30-40km 上層硅鋁殼（康氏面以上），上部為沉積巖，下部相當(dāng)于為花崗巖和片麻巖成分, 富Si、K、 Rb、U、Th等元 素,

21、組成不均一；下層硅鎂層（康氏面以下），當(dāng)于玄武巖和輝長(zhǎng)巖或相當(dāng)于麻粒巖相巖石。,2、地幔地幔從莫霍面以下到2900km 。研究地幔的途徑：1）深源地幔包體2）幔源派生巖石，如玄武巖等,地幔分為上地幔、下地幔及兩者之間的過渡層上地幔35-400km, 主要是致密的Fe-Mg 硅酸鹽，相當(dāng)于橄欖巖和榴輝巖。Ringwood根據(jù)玄武巖與金伯利巖中直接從上地幔上來的二輝橄欖巖包體及大洋拉斑玄武巖的化學(xué)成分，計(jì)算出上地幔的成分相當(dāng)于3份

22、橄欖巖+1份玄武巖的總成分，主要礦物組成為：橄欖石57%、斜方輝石17%、單斜輝石12%和石榴子石14%，如與隕石的對(duì)比相當(dāng)于球粒隕石。,上地幔之下為過渡層（約600km厚），該層是一個(gè)溫度相當(dāng)于巖石熔點(diǎn)的可流動(dòng)塑性層，也稱軟流層，在軟流層之上統(tǒng)稱為巖石圈。在軟流層內(nèi)進(jìn)行著不伴隨明顯成分變化的物質(zhì)同質(zhì)多象轉(zhuǎn)變，如在400-600km的壓力下，橄欖石和輝石發(fā)生相變： 從Mg2SiO4(鎂橄欖石，斜方晶體）轉(zhuǎn)變?yōu)?Mg2SiO

23、4（鎂尖晶石，等軸晶系），密度增加10%,,下地幔：由1000km延伸到2900km, 物質(zhì)較為均一，礦物成分一般沒有發(fā)生變化，只是Fe更多一些，密度更大。 其主要成分為： 橄欖石系列(Mg,Fe)SiO4(55%) 鈦鐵礦固溶體（Mg,Fe)SiO3-(Al,Cr,Fe)AlO3(36%) 鈣鈦礦CaSiO3(6.5%),原始地幔的化學(xué)成分虧損地幔的化學(xué)成分,3、地核 2900km以上到地心。通過與鐵隕石

24、的對(duì)比， 以及地球磁場(chǎng)和密度資料，認(rèn)為地核是由于重力和化學(xué)分異形成的鐵鎳合金，也有人認(rèn)為地核由原始太陽系星云吸積形成的鐵與硅、氧、碳、硫等輕元素合金組成，因而采取了Ni、Fe-FeS等地核模型。,二、地球的平均化學(xué)成分Mason等在計(jì)算地球平均化學(xué)成分時(shí)，考慮：1）大氣圈、水圈和生物圈可忽略不計(jì)2）地核+地幔的總質(zhì)量是地球的99%3）核與幔殼的質(zhì)量比=32.4%:67.7%地核成分采用：在球粒隕石中Ni和Fe的平均成分再

25、加上隕石中5.3%FeS幔殼成分采用隕石中硅酸鹽相成分以上加權(quán)平均則可得到地球的平均化學(xué)成分,地球中元素含量從大到小順序?yàn)椋篎e、O、Si、Mg、Ni、S、Ca、Al、Na、Co、P、K、Ti… 90% >1% 地球中元素豐度的順序與太陽系中元素豐度順序明顯不同，說明地球的原始物質(zhì)已發(fā)生了化學(xué)分異,§4 地殼元素的豐度 研究地殼元素豐度是地球化學(xué)的一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)任務(wù)，一

26、直受到各國(guó)地球化學(xué)家的關(guān)注，地殼中元素豐度是地球各層圈中研究最詳細(xì)的。一、地殼元素豐度確定的方法 1 、早期克拉克計(jì)算法： 是由美國(guó)F.W.Clarke和H.S.Washington于1924年發(fā)表的地球化學(xué)資料中計(jì)算出來的，后人稱元素在地殼中的豐度為克拉克值。 他們的思路是在地殼上部16公里范圍內(nèi)（最高的山脈和最深海洋深度接近16公里）分布著95%的巖漿巖，4%的頁巖，0.75%的砂巖， 0.25%的灰?guī)r，而這5%沉積

27、巖也是巖漿巖派生的，因此認(rèn)為巖漿巖的平均化學(xué)成分實(shí)際上可以代表地殼的平均化學(xué)成分。,2．簡(jiǎn) 化 研 究 法 1）Goldschmidt采集了挪威南部冰川成因粘土（77個(gè)樣）用其成分代表地殼的平均化學(xué)成分，其結(jié)果與克拉克的結(jié)果相似，但對(duì)微量元素的豐度做了大量補(bǔ)充和修訂。 2) 維諾格拉多夫（1962）巖石比例法是以兩份酸性巖加一份基性巖來計(jì)算地殼平均化學(xué)成分。 3）S．R泰勒（1964、1985）巖石比例法是以一份酸性巖加一份

28、基性巖來計(jì)算地殼平均化學(xué)成分。,3．按 照 地 殼 模 型 加 權(quán) 法 A.波德瓦爾特（A.Polderraat）和A.B羅諾夫(A.B.POHOB) 及我國(guó)黎彤教授采用采用此方法。優(yōu) 點(diǎn) ：1）按現(xiàn)代地殼結(jié)構(gòu)模型計(jì)算； 2）包括2/3以上大洋地殼； 3）考慮了地殼物質(zhì)隨深度變化的特征。計(jì)算方法： 1）對(duì)地殼進(jìn)行分區(qū)，求出各區(qū)的質(zhì)量 2）求出各區(qū)各巖類巖石中元素

29、含量 3）求出各區(qū)中元素的豐度 4）按厚度加權(quán)平均,到目前為主，已經(jīng)發(fā)表了許多作者的元素在地殼中的豐度，對(duì)比這些表中的數(shù)據(jù)可見，盡管各家采用的計(jì)算方法不同，但所得的地殼主要元素的估計(jì)值還是相互接近的，豐度較大的元素在含量上無明顯差別，而屬于那些豐度小或在地殼中分配不均一的稀有分散元素和形成易揮發(fā)溶解化合物的那些元素差別較大。,（粗線表示偶原子序數(shù)的元素，細(xì)線為奇原子序數(shù)的元素）,地殼中元素原子

30、克拉克值（對(duì)數(shù)值）與原子序數(shù)曲線,2. 從圖上可以看出隨著原子序數(shù)的增大，元素豐度曲線下降。與太陽系元素分布規(guī)律相似；偶數(shù)元素豐度大于奇數(shù)元素豐度。但這些規(guī)律不如太陽系元素豐度曲線所反應(yīng)的規(guī)律那么明顯。 這說明地殼元素豐度與太陽系元素豐度特征既有統(tǒng)一性又有區(qū)別。,3. 對(duì)比地殼、整個(gè)地球和太陽系元素豐度數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，它們?cè)谠刎S度的排序上有很大的不同：太陽系：H>He>O>Ne>N>C>Si&g

31、t;Mg>Fe>S地球： Fe>O>Mg>Si>Ni>S>Ca>Al>Co>Na地殼： O>Si>Al>Fe>Ca>Na>K>Mg>Ti>H,? 與太陽系或宇宙相比，地殼和地球都明顯地貧H, He, Ne, N等氣體元素； 而地殼與整個(gè)地球相比，則明顯貧Fe和Mg，同時(shí)富集Al, K和Na，這種

32、差異說明什么呢？ 由宇宙化學(xué)體系形成地球的演化（核化學(xué)）過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。,注意點(diǎn)： 地殼中元素豐度不是固定不變的，它是不斷變化的 開放體系。? ① 地球表層H, He等氣體元素逐漸脫離地球重力場(chǎng)； ② 每天降落到地球表層的地外物質(zhì)102~105噸； ③ 地殼與地幔的物質(zhì)

33、交換； ④ 放射性元素衰變；,現(xiàn)今地殼中元素豐度特征是由元素起源到太陽系、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。,三、地殼元素豐度研究的意義 元素地殼豐度—“元素克拉克值”是地球化學(xué)中一個(gè)很重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。它確定了地殼中各種地球化學(xué)作用過程的總背景。它是衡量元素集中、分散及其程度的標(biāo)尺，本身也是影響元素地球化學(xué)行為的重要因素。,堿金屬元素,為什么？ 因?yàn)榈貧ぶ蠴, Si, Al, F

34、e, K, Na, Ca等元素豐度最高，濃度大，容易達(dá)到形成獨(dú)立礦物的條件。（酸性巖漿巖的造巖礦物總是長(zhǎng)石、石英、云母、角閃石為主）。 自然界濃度低的元素很難形成獨(dú)立礦物。 硒酸鋰：Li2SeO4 硒酸銣：Rb2SeO4 但也有例外：“Be”元素地殼豐度很低， Be3Al2Si6O18（綠柱石）,3) 限制了自然體系的狀態(tài)實(shí)驗(yàn)室條

35、件下：對(duì)體系賦予不同物理化學(xué)狀態(tài)自然界：體系的狀態(tài)受到限制，其中的一個(gè)重要的因素就是元素豐度的影響 O2（游離氧） 氧化還原環(huán)境 H+ (pH) 溶液的酸堿度4）對(duì)元素親氧性和親硫性的限定 在地殼O豐度高，S豐度低環(huán)境下，Ca元素顯然是親氧的。 在地幔，隕石缺O(jiān)富S環(huán)境，能形成CaS（褐硫鈣石）,2. 地殼克拉克值可作為微量元素集中、分散的標(biāo)尺

36、 1）可以為闡明地球化學(xué)?。▓?chǎng)）特征提供標(biāo)準(zhǔn)。,資源：Mo地殼豐度1 × 10-6，東秦嶺Mo區(qū)域豐度 2.3 × 10-6， Mo的地球化學(xué)省。環(huán)境：克山病病區(qū)：土壤有效Mo、飲水Mo含量、 主食中Mo含量普遍低于地殼背景，導(dǎo)致 人體Mo低水平。,2）指示特征的地球化學(xué)過程 某些元素克拉克比值是相對(duì)穩(wěn)定的，當(dāng)發(fā)現(xiàn)這些元素比值發(fā)生了變化，示蹤著某種地球化學(xué)

37、過程的發(fā)生。 Th/U（3.3~3.5）, K/Rb, Zr/Hf, Nb/Ta在地殼環(huán)境下，性質(zhì)相似，難以彼此分離，有相對(duì)穩(wěn)定的比值。 一旦某地區(qū)、某地質(zhì)體中的某元素組比值偏離了地殼正常比值，示蹤著某種過程的發(fā)生。 Th/U < 2 鈾礦化 Th/U 8-10 釷礦化,四、 地殼元素分布的不均一性 整個(gè)地球元素分布是不均勻的，地殼也是一樣，

38、地殼元素的分布不論在空間上及時(shí)間上都是不均一的（這與地殼，乃至于地幔物質(zhì)分異的整體過程聯(lián)系起來）。,1. 空間上分布的不均一性 垂向深度（陸殼）：上下地殼元素豐度的不均勻性： 上地殼；0- 8~12KM 偏酸性火成巖、沉積巖 下地殼： 8~12KM- 莫霍面 麻粒巖、玄武巖 Ri =上地殼元素豐度/ 下地殼元素豐度 Ri ?? 1: Ca, Si, Zr, Nd, Pb等. Ri

39、 1: Cl, C, Cs, K, Rb, U,Th, Bi, Tl, Nb等.反映了地殼物質(zhì)在分異調(diào)整過程中的宏觀趨勢(shì)。,,橫向分布：大陸地殼和海洋地殼的不均一性 洋殼：占地球表面60% 以上，厚5-16KM，它們的化學(xué)成分與地幔物質(zhì)相似，以鎂、鐵硅酸鹽為主，主要分布著Cr, Fe, Ni, Pt等親鐵元素。 陸殼：占地球表面30%，厚30-50KM，它們的化學(xué)成分由鋁、鉀硅酸鹽組成，主要分布著親氧及親硫元素W，S

40、n，Mo, Cu, Pb, Zn, Ag等。 陸殼內(nèi)：板塊間、區(qū)域間、地質(zhì)體間、巖石間、礦物間元素分布不均一性。,2. 時(shí) 間 上 地 殼 元 素 分 布 的 不 均 一 性 隨著地質(zhì)歷史的發(fā)展，元素的活動(dòng)與分布有著明顯的規(guī)律性。地史早期：一些穩(wěn)定元素在地史早期富集。 Au元素：主要產(chǎn)在前寒武紀(jì)。 Fe元素 :主要產(chǎn)在前寒武紀(jì)元古代（前寒武紀(jì)變質(zhì)

41、鐵礦占世界鐵礦儲(chǔ)量60%）.地史晚期：一些活潑的不穩(wěn)定元素向著地史晚期富集。 W元素：鎢成礦作用高峰期在中生代（燕山期） （Sn, Nb, Ta等）,世界部分大陸（北美、南非、印度）不同地史時(shí)期成礦元素變化規(guī)律: 前寒武紀(jì)： Pt, Fe, Ni, Co, Au, U(占這些元素儲(chǔ)量50%以上); 古生代: U, Pb, Co, Ni, Pt,其次為W, Sn

42、, Mo, Pb, Zn, Hg等; 中生代: W, Sn, Ag, Sb等; 新生代: Hg, Mo, Cu, Pb, Zn等.,§5 區(qū)域地殼元素豐度研究一、區(qū)域元素豐度研究的意義它是決定區(qū)域地殼（巖石圈）體系化學(xué)特征的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)； 為研究各類地質(zhì)、地球化學(xué)作用、分析區(qū)域構(gòu)造演化歷史及區(qū)域成礦規(guī)律提供重要的基礎(chǔ)資料；為研究區(qū)域生態(tài)環(huán)境，為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、醫(yī)療保健等事業(yè)提供重要信息。,二、區(qū)域

43、元素豐度研究方法1 、確定區(qū)域范圍：根據(jù)工作任務(wù)和性質(zhì)來確定；2、建立地殼結(jié)構(gòu)模型（地球物理）3、地殼巖石結(jié)構(gòu)模型： 1）沉積蓋層的巖石組成及厚度 2）中、下地殼的巖石組成及厚度 3）巖漿巖類型及分布比例,三、區(qū)域地殼豐度的計(jì)算1、樣品采集 采用構(gòu)造-地層分區(qū)與標(biāo)準(zhǔn)剖面結(jié)合的采樣方案，對(duì)于巖體，采用路線穿越采樣。2、樣品分析與數(shù)據(jù)質(zhì)量 多元素、多方法主量元素：濕化學(xué)分析

44、微量元素：儀器分析分析精確度（相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差）：<5-10%分析準(zhǔn)確度：由國(guó)內(nèi)、國(guó)際標(biāo)樣監(jiān)控。3、豐度計(jì)算1）計(jì)算各地層單元中每類巖石的元素豐度，并進(jìn)行厚度加權(quán)平均， 計(jì)算上、中、下地殼的元素豐度2）計(jì)算各巖體中的元素豐度，并按巖體出露面積進(jìn)行加權(quán)平均，計(jì)算巖 漿巖總體中的元素豐度3）按巖漿巖和地層的質(zhì)量或出露面積加權(quán)平均計(jì)算區(qū)域地殼總體中的 元素豐度4）對(duì)構(gòu)造復(fù)雜的地區(qū)，必須先進(jìn)行構(gòu)造分區(qū)

45、，然后按構(gòu)造區(qū)的質(zhì)量比例 進(jìn)行加權(quán)獲得總體地殼中的元素豐度,四、區(qū)域元素地殼豐度資料的應(yīng)用1、提供區(qū)域地殼地球化學(xué)特征的總背景2、地殼不同結(jié)構(gòu)層元素豐度對(duì)比（上、下地殼分異）3、區(qū)域各構(gòu)造單元地殼組成對(duì)比4、地殼演化（地層、巖漿作用、構(gòu)造作用）5、區(qū)域成礦規(guī)律、生態(tài)環(huán)境、農(nóng)業(yè)等,西班牙Barranco del Gredero K/E剖面Ir含量的變化時(shí)間尺度：Ir 元素豐度在K/E界線上的突變，意味著什么？空間

46、尺度：在世界各地K/E界面上Ir 元素豐度亦有相似的 變異，這示蹤著什么？,?18O, ?13C突變,Ir(×10-9),§6 元素在巖石和礦物中的分配一、各類型巖石中元素的分配 自學(xué)二、 巖石中元素在組成礦物間的分配 在巖石中元素極不均勻地分配各種組成礦物中，主要受兩個(gè)因素控制：1）晶體化學(xué)性質(zhì)；2）熱力學(xué)條件要查明控制元素在礦物間的分配，首先要確定各組成礦中元素的含量，并據(jù)

47、此對(duì)共存礦物內(nèi)元素含量進(jìn)行平衡計(jì)算。,平衡計(jì)算方法：1、測(cè)定某元素在全巖中的含量（C）2、確定巖石中礦物組成及其比例（A、B、C、D…..)3、測(cè)定各組成礦物中該元素的含量（CA、CB、CC、CD……)4、計(jì)算各礦物中該元素含量占巖石中該元素的含量比例CA’=A×CA/CCB’=B×CB/CCC’=C×CC/C…….5、列表分析，確定哪些是攜帶礦物，哪些是富集礦物攜帶礦物：是指巖石中所研

48、究元素主要量分配于其中的那種礦物富集礦物：是指所研究的元素在其中的含量大大超過它在巖石 總體中的含量的那種礦物,注意兩點(diǎn)：①盡量包含所有的礦物并精確地測(cè)定每種礦物中元素的含 量；②計(jì)算出來的巖石中元素含量與實(shí)測(cè)巖石元素含量要一致，如果不一致，查原因： 分析有誤？ 遺漏了礦物?,實(shí)例,§7 元素含量的概率分布,自學(xué)要求掌握：1、研究元素含量的概率分布的意義2、地球化學(xué)過程的基

49、本定律3、后期地球化學(xué)過程疊加影響,小結(jié)及思考題,地球是太陽系的一個(gè)行星，地殼是地球的外部圈層，因此，太陽系、地球、地殼的元素豐度共同遵循太陽系元素豐度的基本規(guī)律，如奇偶規(guī)律、隨原子序數(shù)增大元素豐度遞減等。在太陽系物質(zhì)形成地球、地球分異出地殼的過程中發(fā)生過化學(xué)分異，導(dǎo)致三者間在組成和元素豐度上也存在差異。一個(gè)自然體系的豐度在與外界的相互作用過程中會(huì)不斷發(fā)生演化，因此，地殼現(xiàn)今的元素豐度并不能代表它形成和演化過程中的元素豐度。

50、元素豐度是自然體系的基本化學(xué)特性，它決定了體系內(nèi)化學(xué)作用和化學(xué)演化的基本特征，也控制著與相鄰體系的物質(zhì)交換，地殼、尤其上地殼的元素豐度與人類生存活動(dòng)密切相關(guān)，最受人們的關(guān)注，研究成果也最豐富。 復(fù)雜體系元素豐度的研究已積累了很多有成效和有啟發(fā)性的思路和方法，地球化學(xué)參考模型GERM綜合了對(duì)太陽系、地球、地殼等化學(xué)組成和元素豐度的最新研究成果。,緒論1 地球化學(xué)定義、研究對(duì)象、學(xué)科性質(zhì)、研究的基本任務(wù)2、 

51、; 地球化學(xué)體系3、  地球化學(xué)與其他地質(zhì)類學(xué)科的聯(lián)系與區(qū)別 第一章1、  元素分布與分配概念2、  元素豐度概念3、  元素在地殼中的克拉克值和濃度克拉克值概念4、  太陽系、地球及地殼中元素豐度的研究方法5、  太陽系、地球及地殼中元素豐度特征并討論它們的異同6、  元素克拉克值的地球化學(xué)意義并舉例說明7、  區(qū)域地殼豐度的