第一章-自然體系中元素豐度-LZ-Formal課件

第一章自然體系中化學(xué)元素的豐度內(nèi)容提要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)及思考題第一章自然體系中化學(xué)元素的豐度內(nèi)容提要引言地球化學(xué)的定義告訴我們，地球化學(xué)研究的主要內(nèi)容是地球及部分天體的化學(xué)組成及其化學(xué)運動。因此，了解地球和太陽系的化學(xué)組成特征是地球化學(xué)的基礎(chǔ)研究內(nèi)容?，F(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)條件下，我們目前了解最多的是地球和太陽系的化學(xué)組成。太陽系具有共同的起源，但組成太陽系的各星體具有不同的演化特征，導(dǎo)致了各星體不同的化學(xué)組成。因此，要認(rèn)識太陽系的起源與演化，有必要了解太陽系各組成星體的現(xiàn)有化學(xué)組成。引言地球化學(xué)的定義告訴我們，地球化學(xué)研究的主要內(nèi)容是地球及部§1基本概念地球化學(xué)體系分布和豐度分布與分配絕對含量和相對含量研究元素豐度的意義§1基本概念地球化學(xué)體系1.地球化學(xué)體系按照地球化學(xué)的觀點，可將研究的對象看作是一個地球化學(xué)體系，每個地球化學(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），并且有一定的時間連續(xù)。根據(jù)研究需要，地球化學(xué)體系可大可小，小至某個礦物包裹體，某礦物、某巖石可看作一個地球化學(xué)體系，某個地層、巖體、礦床（某個流域、某個城市）也是一個地球化學(xué)體系；從更大范圍來講，某一個區(qū)域、地殼、地球直至太陽系、整個宇宙都可看作為一個地球化學(xué)體系。1.地球化學(xué)體系按照地球化學(xué)的觀點，可將研究的對象看作是一2.元素分布

元素分布是指元素在某個宇宙體或地質(zhì)體(太陽、行星、隕石、地球、地圈、地殼)中的整體(平均)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

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)2.元素分布元素分布是指元素在某個宇3.元素分配

分配是指元素在各宇宙體或地質(zhì)體內(nèi)部不同部分或區(qū)段中的含量。對元素分配進(jìn)行觀察的參考點來自元素的分布。地殼中元素的分配指的是地殼形成后，隨著它的演化、造山運動的更替，元素在地殼的各個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）

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)3.元素分配分配是指元素在各宇宙分布與分配的關(guān)系

元素的分布與分配是一個相對的概念，它們之間具有一定的聯(lián)系。化學(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)。分布與分配的關(guān)系元素的分布與分配是一個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、地球各圈層或各個地質(zhì)體等）的平均含量稱之為豐度。

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特征。4.元素的豐度通常將化學(xué)元素在任何宇宙5.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million×10-6μg微克ppb,μg/kg十億分之billion×10-9ng納克ppt,pg/g萬億分之trillion×10-12pg皮克

5.絕對含量和相對含量絕對含量單位相對含量單位T噸％百分地球化學(xué)中對常量元素（majorelement或稱主量元素）的含量一般用其氧化物的重量百分?jǐn)?shù)（%）表示，而對微量元素(traceelement)則一般用百萬分之一來表示。MajorElements >1wt.%MinorElements ~0.1to1wt.%TraceElements ~100ppmorless

表示方法：g/t(克/噸)、μg/g、ppm1g/t=1μg/g=10-4%=10-6對溶液和氣態(tài)樣品也有相應(yīng)的含量表達(dá)方式地球化學(xué)中對常量元素（majorelement或稱主量元素6.元素豐度的研究意義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系中用元素的含量值來進(jìn)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，正是在探索和了解元素豐度的過程中，近代地球化學(xué)才逐漸建立起來。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？地殼中主量元素組成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)律的了解。6.元素豐度的研究意義元素豐度是每一個地球化學(xué)體系的基本數(shù)§2元素在太陽系或宇宙體中的豐度太陽是太陽系中的恒星和中心，其質(zhì)量為1.9831033g，約為地球的33萬倍，占整個太陽系總質(zhì)量的99.8%。太陽的直徑為1,391,000km，體積為地球的130萬倍。太陽系的組成１．太陽（99.8%）２．行星（內(nèi)行星：水星，金星，地球，火星；外行星：木星，土星，天王星，海王星和冥王星）３．行星物體４．衛(wèi)星§2元素在太陽系或宇宙體中的豐度太陽是太陽系中的恒星和中心

已有的科學(xué)證據(jù)表明，太陽系物質(zhì)具有共同的起源，地球等星體與太陽系是聯(lián)系的，因此可以通過對太陽系形成過程的了解來認(rèn)識地球和其它行星的形成與演化。由于太陽占據(jù)了太陽系質(zhì)量的絕大部分，通過對其化學(xué)組成的了解，并結(jié)合隕石、月球和其它行星組成的研究成果，可對元素在太陽系中的豐度特征進(jìn)行確定。已有的科學(xué)證據(jù)表明，太陽系物質(zhì)具有共同關(guān)于宇宙的時代目前認(rèn)識不統(tǒng)一，但多數(shù)證據(jù)表明其年齡約為17-11BillionYear。太陽系的年齡為4.5BillionYear，顯然屬較年輕的星系。在茫茫宇宙中，太陽系僅為“滄海一粟”。因此，通常提出的元素宇宙豐度應(yīng)該系指元素的太陽系豐度。元素在太陽系中的豐度可理解為元素在太陽系中的分布。以此為基礎(chǔ)，通過對比元素在太陽系中各組成星體中元素的分配特征，可對包括地球在內(nèi)的各星體的形成進(jìn)行研究。目前對太陽系化學(xué)組成進(jìn)行研究的主要途徑的：太陽光譜測量、隕石研究、宇航樣品和星體觀察等。2.1太陽系或天體中元素豐度的研究方法關(guān)于宇宙的時代目前認(rèn)識不統(tǒng)一，但多數(shù)證據(jù)表明其年齡約為17-1、

太陽和其它星系的幅射譜線的研究由于太陽表面溫度極高(5700K，太陽核的溫度可能高達(dá)14106K)，因此各種元素的原子均處于激發(fā)狀態(tài)，從而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；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。McMath-Pierce太陽望遠(yuǎn)鏡也稱太陽塔1、

太陽和其它星系的幅射譜線的研究McMath-Pier太陽塔太陽光譜光譜儀太陽塔太陽光譜光譜儀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及地球整體和地球內(nèi)部化學(xué)組成最有價值的依據(jù)。1965，英國，Barwell隕石直徑500km的隕石落入地球(動畫效果)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)和化隕石的Pb-Pb等時線，地球的沉積物也落于此線上，指示隕石和地球具有共同的物質(zhì)起源隕石的Pb-Pb等時線，地球的沉積物也落于此線上，隕石的意義

隕石是空間化學(xué)研究的重要對象，其研究意義為：

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)；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；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；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）。隕石的意義隕石是空間化學(xué)研究的重要隕石類型

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(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。鐵隕石石隕石鐵石隕石隕石類型隕石主要是由鎳-鐵合金、結(jié)晶硅鐵石隕石鐵隕石球粒隕石無球粒隕石鐵石隕石鐵隕石球粒隕石無球粒隕石鐵紋石鎳紋石更專業(yè)的隕石分類，可供大家作為文獻(xiàn)閱讀時的參考頑輝石高鐵群普通低鐵普通低鐵低金屬普通碳質(zhì)鐵紋石鎳紋石更專業(yè)的隕石分類，可供頑輝石高鐵群普通低鐵普通低隕石是行星增生過程不同階段的“化石”：球粒隕石在化學(xué)組成上接近于太陽；相對于分異(演化)了的其它隕石，球粒隕石的組成更為“原始(Primitive)”在所有的球粒隕石中，碳質(zhì)球隕石化學(xué)組成為最原始，甚至含有揮發(fā)份組成。隕石是行星增生過程不同階段的“化石”：球粒隕石在化學(xué)組成上接Planetesimal：小行星體橄輝無球粒隕石頑火無球粒隕石鈦輝無球粒隕石鈣長輝長巖Planetesimal：小行星體橄輝無球粒隕石頑火無球粒第一章-自然體系中元素豐度-LZ-Formalppt課件多數(shù)隕石來自小行星帶(asteroid)，但也有相當(dāng)數(shù)量的隕石來自月球或火星。多數(shù)隕石來自小行星帶(asteroid)，但也有相當(dāng)數(shù)量的隕隕石大都是石質(zhì)的，但也有少部分是碳質(zhì)。碳質(zhì)球粒隕石有一個典型的特征：含有碳的有機化合分子并主要由含水硅酸鹽組成。它對探討生命起源的研究和探討太陽系元素豐度等具有特殊的意義。由于Allende碳質(zhì)球粒隕石(1969年隕落于墨西哥)及其它碳質(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，碳質(zhì)球粒隕石的化學(xué)成分已被用于估計太陽系中非揮發(fā)性元素的豐度。隕石大都是石質(zhì)的，但也有少部分是碳質(zhì)。碳質(zhì)球粒隕石有一個典型第一章-自然體系中元素豐度-LZ-Formalppt課件Allende,MexicoCV3碳質(zhì)球粒隕石Allende,MexicoCV3碳質(zhì)球粒隕石AllendecarbonaceouschondriteAllendecarbonaceouschondrite寧強隕石“1983年6月25日寧強燕子砭降落4塊隕石，經(jīng)國家科研部門確認(rèn)，屬炭質(zhì)球粒隕石，是迄今為止人類掌握的最古老的太陽系考古樣品。”寧強隕石“1983年6月25日寧強燕子砭降落4塊隕石，經(jīng)國元素含量相對于Si=106標(biāo)準(zhǔn)化，元素含量測量精度為5-10%；由于元素之間含量水平差異過大，作圖采用了對數(shù)值坐標(biāo)。太陽大氣層與C1球粒隕石元素含量關(guān)系圖元素含量相對于Si=106標(biāo)準(zhǔn)化，元素含量測量精度為5-10新的數(shù)據(jù)，并增加了強揮發(fā)性元素

CⅠ型碳質(zhì)球粒隕石元素豐度與太陽元素豐度對比(Anders&Grevasee,1989)新的數(shù)據(jù)，并增加了CⅠ型碳質(zhì)球粒隕石元素豐度與太陽元素豐度

隕石的主要礦物組成：FeNi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）上尚未發(fā)現(xiàn)。如褐硫鈣石CaS，隕硫鐵FeS。這說明這些隕石是在缺水、缺氧的特殊物理化學(xué)環(huán)境中形成的。隕石的主要礦物組成：FeNi合金、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。

Goldschmidt采用硅酸鹽：鎳-鐵：隕硫鐵=10:2:1比例，獲得以下隕石平均化學(xué)成分：元素OFeSiMgSNiAl%32.328.816.312.32.121.571.38CaNaCrMnKTiCoP1.330.60.340.210.150.130.120.11隕石的平均化學(xué)成分要計算隕石的平均化學(xué)基本認(rèn)識

由表可以看出，元素O、Fe、Si、Mg、S、Ni、Al、Ca是隕石的主要化學(xué)組成。

根據(jù)對世界各地不同類型隕石的研究，獲得以下基本認(rèn)識：①隕石來自某種曾經(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——一個母體形成隕石；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、結(jié)構(gòu)上與地球極為相似——推測地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分；③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）；④各種隕石分別形成于不同的行星母體；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(yuǎn)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。基本認(rèn)識由表可以看出，元素O、Fe、3.

宇航事業(yè)

上世紀(jì)50年代以來，人類相繼發(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(jìn)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(jìn)行了探測。1969年阿波羅-11登月，此次登月及其他的登月共采集月球樣品380Kg(送給我國1克，其中0.5克用于研究，另外0.5克封存)，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3.

宇航事業(yè)上世紀(jì)50年代以來，人類嫦娥一號嫦娥一號嫦娥一號月球車嫦娥一號嫦娥一號嫦娥一號月球車

美航天局發(fā)表新聞公報說，半人馬座火箭、月球坑觀測和傳感衛(wèi)星2009年10月9日相繼撞擊了月球南極附近的凱布斯坑，揚起至少25加侖（95升）水，而這一數(shù)量僅僅是在單個月球坑單次撞擊所揚起的“水量”。撞擊點地表溫度為攝氏零下185度。月球坑觀測與傳感衛(wèi)星發(fā)回的數(shù)據(jù)確鑿證實月球有水，雖然并非人們想象中的液態(tài)水，只是氣態(tài)和冰態(tài)水。美航天局發(fā)表新聞公報說，半人馬座火箭、月球坑觀測

據(jù)科學(xué)家發(fā)表在《自然》雜志上的報告，他們所分析的巖石樣本是上世紀(jì)六七十年代“阿波羅”探月任務(wù)從月球帶回的“火山玻璃”，這種“火山玻璃”由月球火山噴發(fā)的巖漿迅速冷卻后形成，形狀像小小的鵝卵石。

負(fù)責(zé)質(zhì)譜儀分析的卡內(nèi)基學(xué)會科學(xué)家埃里克·豪里說：“我們設(shè)計的分析方法能檢測到５ｐｐｍ（百萬分之一）含量的水，令人吃驚的是在這些小玻璃珠子中發(fā)現(xiàn)的水高達(dá)４６ｐｐｍ?！毙氯A網(wǎng)華盛頓

2008年7月9日據(jù)科學(xué)家發(fā)表在《自然》雜志上的報告，他們所分析的月全食月球內(nèi)部結(jié)構(gòu)月全食月球內(nèi)部結(jié)構(gòu)giantImpactHypothesesoftheoriginoftheMoongiantImpactgiantImpactHypothesesoftheArtist’sconceptionoftheGiantImpactHypothesisoftheoriginoftheMoon.月球表面Artist’sconceptionoftheGia月球巖石的礦物組成月球巖石的礦物組成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%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2.2元素在太陽系或宇宙中的豐度規(guī)律2.2元素在太陽系或宇宙中的豐度規(guī)律

星子(小行星)T-Tauri恒星（像太陽一樣的恒星的前身）從極區(qū)發(fā)生超音速物質(zhì)流太陽星云收縮，因角動量守恒產(chǎn)生星盤恒星階段發(fā)展導(dǎo)致太陽系系統(tǒng)內(nèi)部星體揮發(fā)份物質(zhì)吹失星云假說星子(小行星)T-Tauri恒星（像太陽一樣的恒星的前身宇宙的成因—大爆炸理論(BigBang)宇宙的成因—大爆炸理論(BigBang)第一章-自然體系中元素豐度-LZ-Formalppt課件大爆炸形成了質(zhì)子、中子和電子，并隨后形成了1H(75%)、2H(10ppm)、3He(20ppm)、4He(25%)和7Li(0.5ppb)核素。這些元素在宇宙中呈氫星云分布，當(dāng)氫星云發(fā)生重力凝聚時將產(chǎn)生高溫和高壓，進(jìn)而發(fā)生一系列以核聚變?yōu)橹鞯暮阈呛撕铣煞磻?yīng)(Nucleosynthesis)，形成了周期表上的各元素。熱核反應(yīng)伴隨著恒星的演化，直到衰亡完成一次循環(huán)。太陽系目前演化至“中年”，具有著與其演化過程相對應(yīng)的元素組成，即太陽系元素豐度。大爆炸形成了質(zhì)子、中子和電子，并隨后形成了1H(75%)恒星核合成理論認(rèn)為，包括太陽系在內(nèi)的各星系，其組成體中的恒星和行星具有共同的元素起源。因此，太陽系中的太陽、行星和周圍的星體具有共同的初始化學(xué)組成。由于太陽系已經(jīng)歷了45.6億年的演化，需要尋找能夠代表太陽系初始組成的樣品。由于碳質(zhì)球粒隕石與太陽光譜中絕大多數(shù)元素的比例相同，因此將碳質(zhì)球粒隕石作為經(jīng)歷最低程度分異作用、并可在實驗室內(nèi)直接進(jìn)行高精度元素含量測量的初始樣品，以代表太陽系的原始物質(zhì)成分。由于碳質(zhì)球粒隕石也經(jīng)歷了一定程度的演化，導(dǎo)致了揮發(fā)性元素不同程度的丟失，因此，太陽系揮發(fā)性元素的豐度參考了太陽光譜。恒星核合成理論認(rèn)為，包括太陽系在內(nèi)的各星系，其組成體中的恒星太陽系元素豐度按奇數(shù)和偶數(shù)原子序數(shù)統(tǒng)計宇宙元素豐度分布規(guī)律太陽系元素豐度宇宙元素豐度分布規(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，在原子序數(shù)Z>45的區(qū)間變?yōu)榻扑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。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2）原子序數(shù)為偶數(shù)的元素豐度明顯高于相鄰原子序數(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——奇偶規(guī)律。2）原子序數(shù)為偶數(shù)的元素豐度明顯高于相鄰原子序數(shù)為奇數(shù)的元素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“幻數(shù)”（2、8、20、50、82、126等）的核類或同位素分布最廣、豐度最高。例如：4He(Z=2,N=2),16O(Z=8,N=8),40Ca(Z=20,N=20),140Ce(Z=58,N=82)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4）宇宙(太陽系)中豐度最高的元素為H和He；5）與He相鄰的三種低原子序數(shù)的元素Li、Be和B在豐度曲線上相對周圍的元素表現(xiàn)為明顯虧損；6）在元素豐度曲線上，相對于周邊元素，F(xiàn)e和O顯示出含量“過?！钡母哓S度特征。4）宇宙(太陽系)中豐度最高的元素為H和He；來自太陽光球?qū)?太陽大氣最低層)的元素組成來自太陽光球?qū)?太陽大氣最低層)的元素組成太陽光球?qū)釉有驍?shù)小于35的元素豐度太陽光球?qū)釉有驍?shù)小于35的元素豐度第一章-自然體系中元素豐度-LZ-Formalppt課件導(dǎo)致元素宇宙豐度特征的原因為(理論解釋)：1、與元素原子結(jié)構(gòu)的關(guān)系：原子核由質(zhì)子和中子組成，其間既有核力又有庫侖斥力，但中子數(shù)和核子數(shù)比例適當(dāng)時，核最穩(wěn)定，而具有最穩(wěn)定原子核的元素一般分布最廣。1）對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，為此可以說明4He（Z=2，N＝2）、16O（Z=8，N=8）、40Ca（Z=20，N=20）等元素豐度較大的原因；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，核子成對排布，它們自旋力矩相等，而方向相反，量子力學(xué)已證明這種核最穩(wěn)定，因而偶數(shù)元素和偶數(shù)同位素在自然界的分布更廣。導(dǎo)致元素宇宙豐度特征的原因為(理論解釋)：2、與元素形成的整個過程有關(guān)：H、He的豐度占主導(dǎo)地位和Li、Be、B等元素的虧損可從元素的起源和形成的整個過程等方面來分析。根據(jù)恒星合成元素的假說，在恒星高溫條件下（n×106K），可以發(fā)生有原子（H原子核）參加的熱核反應(yīng)，最初時刻H的“燃燒”產(chǎn)生He，另外在熱核反應(yīng)過程中Li、Be、B迅速轉(zhuǎn)變?yōu)镠e的同位素42He，因此太陽系中Li、Be、B等元素豐度偏低可能是恒星熱核反應(yīng)過程中被消耗掉了的緣故。2、與元素形成的整個過程有關(guān)：H、He的豐度占主導(dǎo)地位和L§3地球的結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分§3地球的結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分地球的化學(xué)分異Fe-Ni核橄欖巖(地幔)玄武巖安山巖流紋巖Bulkearth地殼巖石地球的化學(xué)分異Fe-Ni核橄欖巖玄武巖安山巖流紋巖Bulk地第一章-自然體系中元素豐度-LZ-Formalppt課件SeismicvelocitystructureoftheEarthSeismicvelocitystructureof地球的層圈結(jié)構(gòu)地球的層圈結(jié)構(gòu)巖石化學(xué)分層巖石化學(xué)分層地球不同圈層主要元素組成地球不同圈層主要元素組成地球各圈層的體積和質(zhì)量地球各圈層的體積和質(zhì)量VolumesandmassesoftheEarth’sshellsVolumesandmassesoftheEart值得指出，地球自形成以來，不僅存在來源于地幔物質(zhì)的大陸地殼生長，也存在各物質(zhì)偖庫間的交換，即殼幔物質(zhì)再循環(huán)。地殼和地幔的化學(xué)組成是動態(tài)的變化過程。值得指出，地球自形成以來，不僅存在來源于地幔物質(zhì)的大陸地殼生SchematicdiagramshowingsomeofthemajorreservoirsintheEarth(atmosphere,ocean,continentalcrust,oceaniccrust,mantle,core)andhowtheymayinteract.Redovalsrepresentregionswheresolidmantleisbeingpartiallymelted.SchematicdiagramshowingsomePlateTectonics–IgneousGenesis

1.

Mid-oceanRidges2.

IntracontinentalRifts3.IslandArcs4.

ActiveContinental Margins

5.Back-arcBasins6.OceanIslandBasalts7.MiscellaneousIntra-ContinentalActivitykimberlites,carbonatites,anorthosites...PlateTectonics–IgneousGene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，組成不均一；下層硅鎂層（康氏面以下），當(dāng)于玄武巖和輝長巖或相當(dāng)于麻粒巖相巖石。一、地球的結(jié)構(gòu)1、

地殼第一章-自然體系中元素豐度-LZ-Formalppt課件第一章-自然體系中元素豐度-LZ-Formalppt課件2、地幔地幔從莫霍面以下到2900km在地球?qū)尤δＰ椭?，地幔界于兩個一級界面——M界面（莫霍面）和G界面（古登堡界面）之間，其體積占整個地球的83%，其質(zhì)量占地球總質(zhì)量的67.8%

上地幔:從莫霍面往下410km深處。過渡帶:410-660km深處.

下地幔:660-2900km深處。

2、地幔研究地幔的途徑：1）深源地幔包體(地幔巖石的直接代表—橄欖巖、輝石巖)2）幔源巖石部分熔融形成的幔源巖漿巖(以玄武巖為代表)研究地幔的途徑：

地幔分為上地幔、下地幔及兩者之間的過渡層上地幔莫霍面-410km,主要是致密的Fe-Mg硅酸鹽，相當(dāng)于橄欖巖和榴輝巖，對來自該圈層的超基性巖包體的研究表明，上地幔主要由橄欖石、輝石、石榴子石及少量尖晶石、角閃石和金云母組成。Ringwood根據(jù)玄武巖與金伯利巖中直接來自上地幔的二輝橄欖巖包體及大洋拉斑玄武巖的化學(xué)成分，計算出上地幔的成分相當(dāng)于3份橄欖巖+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%，所獲得的化學(xué)組成與球粒隕石相當(dāng)。地幔分為上地幔、下地幔及兩者之間的過渡層上地幔之下為過渡層（約600km厚），該層是一個溫度相當(dāng)于巖石熔點的可流動塑性層，也稱軟流層(軟流圈)，在軟流層之上的地幔和地殼統(tǒng)稱為巖石圈。由于壓力大，該區(qū)內(nèi)Fe、Mg硅酸鹽礦物晶體結(jié)構(gòu)均從橄欖石型轉(zhuǎn)變?yōu)榧饩汀?/p>

在軟流層內(nèi)隨深度變化巖石發(fā)生近等化學(xué)的同質(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：鎂橄欖石(Mg2SiO4，斜方晶系)轉(zhuǎn)變?yōu)殒V尖晶石(Mg2SiO4，等軸晶系)，其相應(yīng)的密度增加了10%。上地幔之下為過渡層（約600km厚），該層是一個溫度

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)生明顯變化，主要為Fe含量增高，密度更大。其主要礦物成分為：橄欖石系列(Mg,Fe)SiO4(55%)

鈦鐵礦型固溶體（Mg,Fe)SiO3-(Al,Cr,Fe)AlO3(36%)

鈣鈦礦CaSiO3(6.5%)原始地幔的化學(xué)成分見教材33頁表1.9虧損地幔的化學(xué)成分p34,表1.10下地幔：由1000km延伸到2900km,物質(zhì)較為均一，斜方/單斜輝石斜方/單斜輝石鎂鐵榴石類晶橄欖石鎂鐵榴石類晶橄欖石鈣鈦礦頑火輝石鎂方鐵礦鈣鈦礦頑火輝石鎂方鐵礦CompositionofrocksPyroliteharzburgitelherzoliteeclogiteSiO245464450Al2O34.51.22.216FeO8.07.38.210MgO3844418CaO3.60.92.210*Mg#89.491.589.958.8*densityr3.3853.3463.3763.970olivine566265--orthopyx183021--clinopyx102850garnet146650CompositionofrocksPyroliteha3、地核由2900km以下到地心。通過與鐵隕石的對比，以及地球磁場和密度資料，認(rèn)為地核是由于重力和(呈)化學(xué)分異(兩種不同的成因觀點)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。地核以富集親鐵元素為特征，主要成分為Fe+(5-10%)的其它低質(zhì)量元素。目前關(guān)于地核化學(xué)組成的知識仍相對有限。3、地核Schematicdiagramshowingvariousinputandoutputfluxesofelementsintoandoutoftheocean.

地球的外部層圈水圈大氣圈生物圈Schematicdiagramshowingvari二、地球的平均化學(xué)成分由于地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)已高度演化，這種化學(xué)不均一性可能自地球形成以來便存在。因此沒有能代表地球初始組成的直接測量樣品；對地球元素豐度的估算均建立在各種模型的基礎(chǔ)之上，包括:隕石法(不同類型隕石按比例加權(quán)計算)地球圈層與隕石類比法(不同圈層用不同隕石對應(yīng))地球物理類比法(不同圈層用地球巖石平均組成、理想巖石或物質(zhì)相加權(quán)計算)。二、地球的平均化學(xué)成分由于地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)已高度演化，這種化學(xué)不例：Mason(1966)以下列考慮建立模型，計算了地球平均化學(xué)成分：1）大氣圈、水圈和生物圈的質(zhì)量相對固體地球可忽略不計；2）地核+地幔代表地球總質(zhì)量的99%；3）地核與幔-殼的質(zhì)量比=32.3%:67.7%；其中地核成分采用：選擇含5.3%隕硫鐵的球粒隕石，以其Ni-Fe相的平均成分代表地核的組成；而幔-殼部分的成分采用球粒隕石中硅酸鹽相的平均成分。

以上加權(quán)平均則可得到地球的平均化學(xué)成分。

地球的平均化學(xué)組成參見第38頁表1.13。例：Mason(1966)以下列考慮建立模型，計算了地球平均8種元素占地球(除去水圈和大氣圈)總質(zhì)量的99%8種元素占地球(除去水圈和大氣圈)總質(zhì)量的99%地球中元素含量從高到低的順序為：Fe、O、Si、Mg、Ni、S、Ca、Al、Na、Co、P、K、Ti…90%>1%0.01-1%

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，說明組成地球的物質(zhì)相對于太陽系組成已發(fā)生了明顯的化學(xué)分異。地球中元素含量從高到低的順序為：

§4地殼元素的豐度

研究地殼元素豐度是地球化學(xué)的一項重要的基礎(chǔ)任務(wù)，一直受到各國地球化學(xué)家的關(guān)注，地殼元素豐度是地球各圈層化學(xué)組成中目前研究得最詳細(xì)的地球化學(xué)工作。一、地殼元素豐度的研究方法

1、克拉克計算法：由美國F.W.Clarke和H.S.Washington于1924年根據(jù)積累的地球化學(xué)資料進(jìn)行統(tǒng)計計算獲得，后人將元素在地殼中的豐度也稱為克拉克值。他們的思路是：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+變質(zhì)巖，4%的頁巖，0.75%的砂巖，0.25%的灰?guī)r，而變質(zhì)巖+這5%沉積巖也是巖漿巖派生的，因此認(rèn)為巖漿巖的平均化學(xué)成分實際上可以代表地殼的平均化學(xué)成分。§4地殼元素的豐度研究地殼元素豐度是地球化學(xué)的方法：①在世界上采集了5159個不同巖漿巖樣品；②對53種元素進(jìn)行了定量的化學(xué)分析；③采用巖石圈、水圈、大氣圈的質(zhì)量比值為93%、7%、0.03%;④計算時用算術(shù)平均求出整個地殼的平均值。意義：①開創(chuàng)性的工作，為地球化學(xué)發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)；②代表陸地區(qū)域巖石圈組成，其數(shù)據(jù)至今仍具參考價值。方法：2．簡化研究法1）Goldschmidt采集了挪威南部冰川成因粘土(77件樣品)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，但對微量元素的豐度做了大量補充和修訂。

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基性巖來計算地殼平均化學(xué)成分。2．簡化研究法細(xì)粒碎屑沉積物可以作為源巖出露區(qū)上地殼巖石的天然混合樣品,對源巖出露面積巨大的細(xì)屑沉積物(如冰川粘土,深海沉積物,泥質(zhì)巖和黃土等)進(jìn)行分析,可以得到不同時期地殼的平均成分.

優(yōu)點:簡單,易行缺點:不能確定主要元素組成;限定于對REE,Y,Th,Sc,Co等元素含量的分析細(xì)粒碎屑沉積物可以作為源巖出露區(qū)上地殼巖石的天然混合樣品,風(fēng)化過程中不同元素的行為Ca,NaandSrarelostK,Rb,CsandBaareretained.Al,Ga,HSFE(Ti,Zr,Hf,Ta,Th)andREE,Y,Scareimmobile.風(fēng)化過程中不同元素的行為Ca,NaandSrare研究實例1.

Goldschmidt采集了挪威南部冰川粘土（77個樣）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Na2O和CaO含量明顯偏低2.TaylorandMcLennan(1985)通過對泥質(zhì)巖石的研究得到了類似的大陸地殼元素豐度.研究實例1.Goldschmidt采集了挪威南部冰川粘土（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)及我國黎彤教授采用了此方法。優(yōu)點

：1）按現(xiàn)代地殼結(jié)構(gòu)模型計算；

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。計算方法：1）對地殼進(jìn)行分區(qū)，求出各區(qū)的質(zhì)量

2）求出各區(qū)各巖類巖石中元素含量

3）求出各區(qū)中元素的豐度

4）按厚度加權(quán)平均3．按照地殼模型加權(quán)法ThedeepcrustThedeepcrust1.大陸地殼剖面法對由造山作用出露地表的大陸地殼剖面進(jìn)行系統(tǒng)的研究,得到大陸地殼元素豐度1.大陸地殼剖面法對由造山作用出露地表的大陸地殼剖面進(jìn)行系2Crustalstructurebasedondeepcrustalxenoliths

(Mengeletal.,1992)2Crustalstructurebasedond第一章-自然體系中元素豐度-LZ-Formalppt課件第一章-自然體系中元素豐度-LZ-Formalppt課件第一章-自然體系中元素豐度-LZ-Formalppt課件Continentalcrust

LaCePrNdSmEuGdTbDyHoErTmYbLu110100Rock/ChondriteGaoetal.(1998;Eu/Eu*=0.80)Wedepohl(1995;Eu/Eu*=0.83)Rudnick&Fountain(1995;Eu/Eu*=0.98)Taylor&McLennan(1995;Eu/Eu*=1.00)TotalContinentalCrustContinentalcrustLaCePrNdSmEu

到目前為主，許多作者發(fā)表了元素在地殼中的豐度，對比這些數(shù)據(jù)可見，盡管各研究者采用的計算方法不同，但所得的地殼主要元素的估計值相互接近，豐度較高的元素在含量上無明顯差別，但部分豐度小或在地殼中分配高度不均一的稀有分散元素(如鉑族元素)和形成易揮發(fā)溶解化合物的元素差別則較為明顯。到目前為主，許多作者發(fā)表了元素在地殼中的豐度，對不同作者提出的大陸地殼常量元素平均組成不同作者提出的大陸地殼常量元素平均組成Continentalcrust

LaCePrNdSmEuGdTbDyHoErTmYbLu110100Rock/ChondriteGaoetal.(1998;Eu/Eu*=0.80)Wedepohl(1995;Eu/Eu*=0.83)Rudnick&Fountain(1995;Eu/Eu*=0.98)Taylor&McLennan(1995;Eu/Eu*=1.00)TotalContinentalCrustContinentalcrustLaCePrNdSmEuStructureandcompositionalmodelofthecrust

StructureandcompositionalmoMetamorphicFacies

Temperature-pressurediagramshowingthegenerallyacceptedlimitsofthevariousfaciesusedinthistext.Boundariesareapproximateandgradational.The“typical”oraveragecontinentalgeothermisfromBrownandMussett(1993).Winter(2001)AnIntroductiontoIgneousandMetamorphicPetrology.PrenticeHall.MetamorphicFaciesTempe上、中、下大陸地殼及總地殼的成分

ElementUpperCrustMiddleCrustLowerCrustBCCSiO266.663.553.460.62TiO20.640.690.820.72Al2O315.415.016.915.89FeOT5.046.028.576.71MnO0.100.100.100.10MgO2.483.597.244.66CaO3.595.259.596.41Na2O3.273.392.653.07K2O2.802.300.611.81P2O50.150.150.100.13Total100.05100.00100.00100.12Mg#46.751.560.155.3ByRudnickandGao(2003)上、中、下大陸地殼及總地殼的成分ElementUpper二:地殼元素的豐度特征地殼中元素的相對平均含量極不均一。豐度最大的元素是O：47%，豐度最小的元素Rn(氡，其中222Rn具放射性，衰變，半衰期為3.825天)為610-16，兩者相差達(dá)1017倍。相差十分懸殊。

OSiAlFeCaNaKMgTi前五種:82.58%前九種:98.13%前十五種元素占99.61%,其余元素僅占0.39%

這表明：在地殼的化學(xué)組成中只有少數(shù)元素在數(shù)量上起決定作用，而大部分元素居從屬地位。二:地殼元素的豐度特征2、大陸地殼含有總硅酸巖地球中的大部分不相容元素(33-35%ofRb,Ba,K,Pb,ThandU)；相對虧損Nb、富集Pb；2、大陸地殼含有總硅酸巖地球中的大部分不相容元素(33-3地殼中元素原子克拉克值（對數(shù)值）與原子序數(shù)曲線(黑線表示偶原子序數(shù)的元素，紅線為奇原子序數(shù)的元素）地殼中元素原子克拉克值（對數(shù)值）與原子序數(shù)曲線(黑線表示偶原3.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特征與太陽系元素豐度特征既有相似性又有區(qū)別。

3.從圖上可以看出隨著原子序數(shù)的增大，元素豐度曲線4.對比地殼、整個地球和太陽系元素豐度數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，它們在元素豐度的排序上有很大的不同：太陽系：H>He>O>Ne>N>C>Si>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等揮發(fā)性元素；而地殼與整個地球相比，則明顯貧Fe和Mg，同時富集Al,K和Na，這種差異說明什么？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。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外層富集，而較重的難熔鎂、鐵硅酸鹽和金屬鐵則向深部集中。

4.對比地殼、整個地球和太陽系元素豐度數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，它們在元素

注意：

地殼中元素豐度不是固定不變的，它是不斷演化的開放體系。①地球表層H、He等氣體元素逐漸脫離地球重力場；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)交換；④放射性元素衰變；人為活動的干擾。

5、現(xiàn)今地殼中元素豐度特征是由元素起源到太陽系、地球、地殼的形成和演化至今漫長時間累積的結(jié)果，并將繼續(xù)發(fā)展變化。注意：地殼中元素豐度不是固定不變的，它是不地殼生長模式

After:Taylor&McLennan(1985)地殼生長模式After:Taylor&McLenna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。三地殼元素豐度研究的意義1.控制元素的地球化學(xué)行為1）支配元素的地球化學(xué)行為例如：地球化學(xué)性質(zhì)相似的堿金屬

（豐度高）K,Na

天然水中高濃度，形成各種獨立礦物（鹽類礦床）

（豐度低）Rb,Cs

天然水中極低濃度，不能形成各種獨立礦物，呈分散狀態(tài)2）限定自然界的礦物種類及種屬實驗室條件下：可合成數(shù)十萬種化合物。自然界：只有3000多種礦物。礦物種屬有限（硅酸鹽25.8%；氧化物、氫氧化物12.7%；其他氧酸23.4%；硫化物、硫酸鹽24.7%；鹵化物5.8%；自然元素4.3%；其它3.3%）1.控制元素的地球化學(xué)行為1）支配元素的地球化學(xué)行為自然界中主要的礦物類型及其相對比例自然界中主要的礦物類型及其相對比例

為什么？

因為地殼中O、Si、Al、Fe、K、Na和Ca等元素豐度最高，濃度大，容易達(dá)到形成獨立礦物的條件。（酸性巖漿巖的造巖礦物以長石、石英、云母、角閃石為主）。自然界濃度低的元素很難形成獨立礦物。硒酸鋰：Li2SeO4

硒酸銣：Rb2SeO4

但也有例外：“Be”元素地殼豐度很低，但可形成Be的獨立礦物：Be3Al2Si6O18（綠柱石）為什么？Be3Al2Si6O18（綠柱石）Be3Al2Si6O18（綠柱石）3)限制了自然體系的狀態(tài)實驗室條件下：可對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）對元素親氧性和親硫性的限定在O豐度高，S豐度低的地殼環(huán)境下，Ca元素顯然是親氧的。在地幔環(huán)境，隕石缺O(jiān)富S，能形成CaS（褐硫鈣石）3)限制了自然體系的狀態(tài)

2.地殼克拉克值可作為微量元素集中、分散的標(biāo)尺

1）可以為闡明地球化學(xué)?。▓觯┨卣魈峁?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.地殼克拉克值可作為微量元素集中、分散的標(biāo)尺資源：Mo2）指示特征的地球化學(xué)過程

某些元素克拉克比值是相對穩(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)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/U8-10釷礦化2）指示特征的地球化學(xué)過程3)濃度克拉克值和濃集系數(shù)

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)體中發(fā)生了富集＜1意味該元素在地質(zhì)體中發(fā)生了分散區(qū)域濃度克拉克值=某元素在區(qū)域內(nèi)某一地質(zhì)體中平均含量某區(qū)域元素的豐度值濃集系數(shù)

=某元素最低可采品位某元素的克拉克值反映了元素在地殼中傾向于發(fā)生富集的能力

Sb濃集系數(shù)=25000;Hg=14000;Fe=63)濃度克拉克值和濃集系數(shù)

濃度克拉克值=某元素在某一

整個地球元素分布是不均勻的，地殼和地幔也是如此。地殼元素的分布不論在空間上及時間上都具有不均一的特點（這與地殼乃至于地幔物質(zhì)分異的演化過程密切相關(guān)）。四、地殼元素分布的不均一性整個地球元素分布是不均勻的，地殼和地幔也是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<1:Mg,Cu,V,Fe,Ni,Cr,Ag,Co,Sr等.Ri>1:Cl,C,Cs,K,Rb,U,Th,Bi,Tl,Nb等.反映了地殼物質(zhì)在分異演化過程中的宏觀趨勢。1.空間上分布的不均一性橫向分布：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)的部分熔融直接相關(guān)(與地幔物質(zhì)相似)，以鎂、鐵硅酸鹽為主要礦物組成，以相對富集Cr、Fe、Ni和PGE等親鐵元素為特征。

陸殼：占地球表面30%，厚30-50km，它們的礦物成分主要由富鋁、鉀的硅酸鹽組成，以相對富集親氧及親硫元素，如K、Na、Ca、W、Sn、Mo、Cu、Pb、Zn和Ag等為特征。

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，區(qū)域上元素的不均一性表現(xiàn)出不同的地球化學(xué)省的特征。橫向分布：大陸地殼和海洋地殼的不均一性2.時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)元古宙（前寒武紀(jì)變質(zhì)鐵礦占世界鐵礦儲量60%）。地史晚期：一些活潑的不穩(wěn)定元素趨于在地史晚期富集。

W元素：鎢成礦作用高峰期在中生代（燕山期）（Sn、Nb、Ta等）2.時間上地殼元素分布的不均一性

世界部分大陸（北美、南非、印度）不同地史時期成礦元素變化規(guī)律:

前寒武紀(jì)：

Pt、Fe、Ni、Co、Au、U(占這些元素儲量50%以上);

古生代:U、Pb、Co、Ni、Pt，其次為W、Sn、Mo、Pb、Zn和Hg等;

中生代:W、Sn、Ag和Sb等;

新生代:Hg、Mo、Cu、Pb和Zn等。元素在時間上的分布在大的地質(zhì)時間跨度上不均勻，在某一時期內(nèi)也是不均勻的。世界部分大陸（北美、南非、印度）不同地史時§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。§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二、區(qū)域元素豐度研究方法1、確定區(qū)域范圍：根據(jù)工作任務(wù)和性質(zhì)來確定；二、區(qū)域元素豐三、區(qū)域地殼豐度的計算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、XRF、ICP-AES微量元素：儀器分析(ICP-MS、AAS-原子吸收光譜等)分析精確度（相對標(biāo)準(zhǔn)偏差）：主量0.1—0.5%，微量元素<5-10%分析準(zhǔn)確度：由國內(nèi)、國際標(biāo)樣監(jiān)控。三、區(qū)域地殼豐度的計算1、樣品采集區(qū)域地殼豐度的計算3、豐度計算1）計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，計算上、中、下地殼的元素豐度；2）計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)平均計算區(qū)域地殼總體中的元素豐度；4）對構(gòu)造復(fù)雜的地區(qū)，必須先進(jìn)行構(gòu)造分區(qū)，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。區(qū)域地殼豐度的計算3、豐度計算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)層元素豐度對比（上、下地殼分異）3、區(qū)域各構(gòu)造單元地殼組成對比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)特征的總背景四、區(qū)域元素地殼豐度資料

西班牙BarrancodelGrederoK/E剖面Ir含量的變化時間尺度：Ir元素