地球花學(xué)第一章

第一章太陽系中化學(xué)元素的豐度§1元素豐度概念通常將化學(xué)元素在宇宙體或地球化學(xué)系統(tǒng)中（如地球、地球各圈層或各個地質(zhì)體等）的平均含量稱之為豐度。

絕對含量和相對含量絕對含量單位相對含量單位T噸％百分之×10-2kg千克‰千分之×10-3g克

mg毫克ppm、μg/g、g/T百萬分之×10-6μg微克ppb、μg/kg十億分之×10-9ng毫微克ppt、pg/g萬億分之×10-12

地球化學(xué)中對常量元素（或稱主要元素）的含量一般用重量百分?jǐn)?shù)（%），而對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、ppm1g/t=1μg/g=10-4%=10-6研究元素豐度的意義①元素豐度是每一個地球化學(xué)體系的基本數(shù)據(jù)?？稍谕换虿煌w系中進行用元素的含量值來進行比較，通過縱向（時間）、橫向（空間）上的比較，了解元素動態(tài)情況，從而建立起元素集中、分散、遷移活動等一些地球化學(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?！?元素在太陽系中的豐度

大量的科學(xué)事實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，促進了對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)，并不斷地輻射出各自的特殊光譜。例如：

Pb2170?，Ag3281?，Au2428?

太陽光譜的譜線數(shù)和它們的波長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。光譜分析儀太陽光譜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)組成最有價值的依據(jù)。隕石是空間化學(xué)研究的重要對象，具有重要的研究意義：

①它是認(rèn)識宇宙天體、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多種有機化合物是非生物合成的“前生物物質(zhì)”，對探索生命前期的化學(xué)演化開拓了新的途徑；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）。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)球粒隕石對探討生命起源的研究和探討太陽系元素豐度等各個方面具有特殊的意義。Allende碳質(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，因此，碳質(zhì)球粒隕石的化學(xué)成分已被用于估計太陽系中揮發(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

要計算隕石的平均化學(xué)成分必須要解決兩個問題：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)成分計算結(jié)果如下：基本認(rèn)識：O、Fe、Si、Mg、S、Ni、Al、Ca是隕石的主要化學(xué)成分。

根據(jù)對世界上眾多各類隕石的研究，一些基本認(rèn)識是趨于公認(rèn)：①它們來自某種曾經(jīng)分異成一個富金屬核和一個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的突變事件，為此對探討生態(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)星和各種地球探測器，對地球高層大氣的成分進行了測定。另外，還對水星、金星、火星、木星、土星及其衛(wèi)星大氣層的結(jié)構(gòu)和成分進行了探測。1969年阿波羅-11登月，采集月球樣品380Kg,使得人們對月球的化學(xué)成分、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、演化歷史增添了許多新的知識。宇航員月球車火星車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)成分

測量星體的密度，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數(shù)分別與對應(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)的元素豐度。同時具有偶數(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