地球化學(xué)原理2

1、 元素的豐度元素的豐度 元素地球化學(xué)性質(zhì)（行為）元素地球化學(xué)性質(zhì)（行為） 元素的地球化學(xué)分類元素的地球化學(xué)分類元素豐度的概念元素豐度的概念 1元素豐度（abundance of elements） 化學(xué)元素在一定自然體系中的相對(duì)平均含量。 2元素豐度的廣義概念: 元素豐度是該自然體系中i個(gè)元素含量的冪函數(shù)的連乘，用符號(hào)A表示 由上式，元素的含量常用符號(hào)C表示。除元素的含量外，常見的廣義的元素豐度（用符號(hào)A表示）還包括： 該自然體系中某兩種元素含量的比值（如：Th/u），稱元素含量比。該自然體系中某種元素含量的倒數(shù)（如：1/La），稱元素含量倒數(shù)。該自然體系中某兩種或兩種以上元素含量的乘積（如：

2、SmTb）；稱元素含 量積。 該自然體系中某種元素含量的平方值（如：Ce2），稱元素含量平方。該自然體系中某種元素含量的開方值，稱元素含量方根。該自然體系中兩種以上積、商、平方和開方值的多種組合。 m1iniiCA 微量元素微量元素.相對(duì)概念：相對(duì)概念：含量小于含量小于.的元素的元素.地球化學(xué)中的概念：地球化學(xué)中的概念：在礦物、巖石、巖漿等地質(zhì)體中在礦物、巖石、巖漿等地質(zhì)體中含量很低并遵守亨利定律（稀溶液定律）的元素。含量很低并遵守亨利定律（稀溶液定律）的元素。（元素（元素的分配系數(shù)與體系中該元素的濃度無關(guān)，只與其地球化學(xué)的分配系數(shù)與體系中該元素的濃度無關(guān)，只與其地球化學(xué)性質(zhì)有關(guān)。即在地質(zhì)作用

3、過程中，當(dāng)某元素的地球化學(xué)行性質(zhì)有關(guān)。即在地質(zhì)作用過程中，當(dāng)某元素的地球化學(xué)行為不受該元素含量影響時(shí)，這個(gè)元素稱為微量元素）為不受該元素含量影響時(shí)，這個(gè)元素稱為微量元素） 分配系數(shù)分配系數(shù)當(dāng)體系處于平衡狀態(tài)時(shí)，元素當(dāng)體系處于平衡狀態(tài)時(shí)，元素 （i）在兩個(gè)相）在兩個(gè)相A和和B之間的分配。之間的分配。 兩個(gè)相可以是固相兩個(gè)相可以是固相/液相、固相液相、固相/固相、液相固相、液相/液液相或熔體相相或熔體相/液相、熔體相液相、熔體相/固相等。固相等。 分配系數(shù)（分配系數(shù)（D）在遵守享利定律的濃度范圍內(nèi)）在遵守享利定律的濃度范圍內(nèi)與元素的濃度無關(guān)。與元素的濃度無關(guān)。 在地質(zhì)體或地質(zhì)作用過程中，元素的地球

4、化在地質(zhì)體或地質(zhì)作用過程中，元素的地球化學(xué)行為用學(xué)行為用分配系數(shù)分配系數(shù)表示。表示。 在生物體或生物作用過程中，元素的化學(xué)行在生物體或生物作用過程中，元素的化學(xué)行為用為用富集系數(shù)或吸收系數(shù)富集系數(shù)或吸收系數(shù)表示。表示。 在水體中元素的地球化學(xué)行為用分配系數(shù)或在水體中元素的地球化學(xué)行為用分配系數(shù)或滯留系數(shù)滯留系數(shù)表示。表示。地質(zhì)體中元素的分配系數(shù)：地質(zhì)體中元素的分配系數(shù)：biaiCCD,BAD或相中元素的濃度相中元素的濃度兩個(gè)相可以是礦物兩個(gè)相可以是礦物/流體、礦物流體、礦物/巖漿、流體巖漿、流體/巖漿、氣體巖漿、氣體/流體等流體等或流體（或流體（1）/流體（流體（2）、礦物（）、礦物（1）/礦

5、物（礦物（2）、熔漿（）、熔漿（1）/熔漿（熔漿（2）等）等 生物中元素的分配系數(shù)生物中元素的分配系數(shù) 植物植物/土壤，魚土壤，魚/水等水等 植物中元素的（富集）吸收系數(shù)：植物中元素的（富集）吸收系數(shù)：soilplantCCK水體中元素的滯留系數(shù)（水體中元素的滯留系數(shù)（Rd ） 滯留系數(shù)（滯留系數(shù)（Rd ）和分配系數(shù)（）和分配系數(shù)（Kd ）的關(guān)系）的關(guān)系Kdn1Rded 元素的地球化學(xué)分類涉及元素的地球化學(xué)分類涉及到無機(jī)環(huán)境中的地球化學(xué)分類到無機(jī)環(huán)境中的地球化學(xué)分類和生物地球化學(xué)分類。和生物地球化學(xué)分類。元素的地球化學(xué)分類主要體現(xiàn)了元素的地元素的地球化學(xué)分類主要體現(xiàn)了元素的地球化學(xué)性質(zhì)或地球化

6、學(xué)行為，原子的外電球化學(xué)性質(zhì)或地球化學(xué)行為，原子的外電子層結(jié)構(gòu)和離子大小對(duì)元素的地球化學(xué)性子層結(jié)構(gòu)和離子大小對(duì)元素的地球化學(xué)性質(zhì)起決定性作用。質(zhì)起決定性作用。離子電位離子電位是離子大小和離子電荷的綜合作是離子大小和離子電荷的綜合作用效果，決定了離子吸引價(jià)電子的能力。用效果，決定了離子吸引價(jià)電子的能力。I形成自由離子；形成自由離子；II形成復(fù)雜絡(luò)離子；形成復(fù)雜絡(luò)離子；III形成多元酸陰離子；形成多元酸陰離子；IV形成形成CO32-、SO42-型陰離子型陰離子按元素是否遵守亨利定律，將元素分為兩大類：按元素是否遵守亨利定律，將元素分為兩大類：（1）非亨利元素，如）非亨利元素，如Si、O、Al等造巖

7、元素。等造巖元素。（2）亨利元素，遵守亨利定律的元素。這類元素按分配系數(shù)大小可以進(jìn)一）亨利元素，遵守亨利定律的元素。這類元素按分配系數(shù)大小可以進(jìn)一步分為：步分為： （a）相容元素相容元素（D1），在固、液相分配中，該類元素趨向于在固相富），在固、液相分配中，該類元素趨向于在固相富集（相容），在液相虧損。如集（相容），在液相虧損。如Cr、Ni、Co等。在巖漿體系中，相容元素又稱等。在巖漿體系中，相容元素又稱憎巖漿元素。憎巖漿元素。 （b）不相容元素不相容元素（D1），在固、液相分配中，該類元素趨向于在固相），在固、液相分配中，該類元素趨向于在固相虧損（不相容），在液相富集。在巖漿體系中不相容元素

8、又稱親巖漿元素。虧損（不相容），在液相富集。在巖漿體系中不相容元素又稱親巖漿元素。 不相容元素中不相容元素中D1的（一般的（一般D0.1）稱強(qiáng)不相容元素或強(qiáng)親巖漿元素。）稱強(qiáng)不相容元素或強(qiáng)親巖漿元素。如如Th、U、K、Rb、Cs、Nb、Ta和和La、Ce等。等。 （c）中性元素中性元素(D=1)。自然界不存在真正的中性元素，一般將。自然界不存在真正的中性元素，一般將D1的相的相容元素和不相容元素稱為中性元素，如容元素和不相容元素稱為中性元素，如Ga、Zn等。等。 高場(chǎng)強(qiáng)元素高場(chǎng)強(qiáng)元素 Nb、Ta、Zr 、 Hf 、 P 堿金屬堿金屬 堿土金屬堿土金屬 貴金屬貴金屬 黑色金屬黑色金屬 有色金屬有

9、色金屬 稀有元素稀有元素 稀土元素稀土元素 分散元素分散元素 粗實(shí)線為親鐵元素；細(xì)實(shí)線為親石元素；虛線為親銅元素；粗實(shí)線為親鐵元素；細(xì)實(shí)線為親石元素；虛線為親銅元素； 點(diǎn)線為親氣元素點(diǎn)線為親氣元素HHeLi BeBCNOFNeNa MgAlSiPSClArKCaScTiVCrMn Fe Co Ni Cu Zr Ga Ge As Se BrKrRb SrYZrNbMoTc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb TeIXeCs Ba REEHfTaWRe Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po AtRnFr RaAcThPaU戈?duì)柕率┟芴氐脑氐厍蚧瘜W(xué)分類戈?duì)柕率┟芴氐脑?/p>

10、地球化學(xué)分類 親石元素親石元素：親氧性，形成氧化物、氫氧化物和含氧酸鹽。：親氧性，形成氧化物、氫氧化物和含氧酸鹽。 典典 型的有型的有U 、 Th 、 K、Na、Ca、Mg、Si等等. 親銅元素親銅元素：親硫性，形成硫化物、對(duì)硫化物。典型的有：親硫性，形成硫化物、對(duì)硫化物。典型的有Cu、 Pb、Zn等等. 親鐵元素親鐵元素：兩性元素，過度族元素。既可以形成氧化物，也：兩性元素，過度族元素。既可以形成氧化物，也 可以形成硫化物。典型的有可以形成硫化物。典型的有Fe. 親氣元素親氣元素：包括惰性氣體元素，以及易于形成氣體分子：包括惰性氣體元素，以及易于形成氣體分子N2、 O2、CO2、H2O等的高

11、電負(fù)性元素。等的高電負(fù)性元素。 根據(jù)微量元素的營(yíng)養(yǎng)作用特征及生理功能可分為四類根據(jù)微量元素的營(yíng)養(yǎng)作用特征及生理功能可分為四類： 1 1、生命元素、生命元素 2 2、 毒性元素毒性元素 3、 潛在毒性和放射性元素潛在毒性和放射性元素 4、無毒性穩(wěn)定性元素（非必需元素）、無毒性穩(wěn)定性元素（非必需元素） 任何有益或有害元素都是相對(duì)的。任何有益或有害元素都是相對(duì)的。元素的生物學(xué)分類周期表示意圖元素的生物學(xué)分類周期表示意圖 生命元素生命元素1生命組成元素生命組成元素（生物必須大量元素）（生物必須大量元素） 它們?cè)谌梭w及生物體中含量最高，可占人體99%以上，主要是元素周期表中原子序數(shù)小的元素，包括：H、C

12、、N、O、Ca、P、K、S、Cl、Na、Mg。2生命必需元素生命必需元素（生物必需微量元素）（生物必需微量元素）它們是人體維持正常機(jī)能所必需的元素Li、B、F、Si、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Se、Mo、Br、Sn，I等。約占人體重量的0.025%，它們?cè)谌梭w中的不足或過剩都會(huì)影響健康，甚至危及生命。對(duì)于必需元素，法國(guó)Bertrand 提出了最適營(yíng)養(yǎng)濃度定律。動(dòng)植物缺少某種必需元素時(shí)就不能成活；當(dāng)元素適量時(shí)，它就能茁壯成長(zhǎng)；過量時(shí)就有毒害。此外，在某些生物非必需元素中，有些微量元素對(duì)生物似乎起著某些有益的作用，但對(duì)其生物學(xué)性質(zhì)又不是很清楚，所以還不能肯定是生物必需微量元素。

13、因此，有人將這類元素劃分為可能的生物必需元素。它們包括：Ti、Ge、As、Rb、Sr等。 毒性元素毒性元素 Cd、Sb、Te、Hg、Pb、Ga，In等。等。這些元素對(duì)生物無明顯的有益作用，而只這些元素對(duì)生物無明顯的有益作用，而只有毒性。有毒性。 潛在毒性和放射性元素潛在毒性和放射性元素 Be、Bi、Tl、Th、U、Po、Ra、Ba。 無毒性穩(wěn)定性元素?zé)o毒性穩(wěn)定性元素（非必需元素）（非必需元素） 該類元素的地球化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，多呈氧化礦物或自然元素狀態(tài)產(chǎn)出，并多數(shù)呈副礦物。由于它們?cè)诘貧ぶ泻繕O低，故在生物體內(nèi)的含量極微，至今未見到它們對(duì)生物體有毒性的報(bào)道。它們包括：Al、Zr、Hf、Sc、Y、N

14、b、Ta、Ru、Os、Ir、Pd、Pt、Ag、Au等。 生物最適營(yíng)養(yǎng)濃度定律生物最適營(yíng)養(yǎng)濃度定律德國(guó)科學(xué)家伯特蘭德（德國(guó)科學(xué)家伯特蘭德（G.Bertrand，1813-1878）在對(duì)）在對(duì)Mn與植物生態(tài)關(guān)系的研究中，發(fā)現(xiàn)植物與植物生態(tài)關(guān)系的研究中，發(fā)現(xiàn)植物缺少某種必需元素時(shí)就不能成活。元素適量時(shí)，植缺少某種必需元素時(shí)就不能成活。元素適量時(shí)，植物就能茁壯生長(zhǎng)。當(dāng)元素過量就顯示出它對(duì)植物的物就能茁壯生長(zhǎng)。當(dāng)元素過量就顯示出它對(duì)植物的毒性，甚至導(dǎo)致死亡。這一現(xiàn)象被稱為伯特蘭德定毒性，甚至導(dǎo)致死亡。這一現(xiàn)象被稱為伯特蘭德定律律,即生物最適營(yíng)養(yǎng)定律。即生物最適營(yíng)養(yǎng)定律。 生物最適營(yíng)養(yǎng)定律生物最適營(yíng)養(yǎng)定律 生物最適營(yíng)養(yǎng)定律生物最適營(yíng)養(yǎng)定律 生物最適營(yíng)養(yǎng)濃度定律生物最適營(yíng)養(yǎng)濃度定律 生物必需元素生理效應(yīng)圖解生物必需元素生理效應(yīng)圖解l CdCd、HgHg的的容容忍量極小忍