地球的化學(xué)演化分解.ppt

1、第二章 元素在地球各圈層中的分布,第四節(jié) 地球的化學(xué)演化,第四節(jié) 地球的化學(xué)演化,根據(jù)地質(zhì)和地球化學(xué)綜合研究成果，已知迄今46億年的地球歷史中經(jīng)歷了幾個重大的地質(zhì)時期： 1、37億年前（冥古宙） 太陽系原始星云物質(zhì)經(jīng)重力聚集產(chǎn)生吸積作用，逐步形成了密度較大的星體。地球在早期的吸積過程中逐漸形成了原始的地核、地幔和地殼。,由于地球的去氣作用，產(chǎn)生了地球外部的大氣圈。原始大氣圈的成分主要是H2、H2O、CH4 NH3、N2、CO、CO2、H2S以及少量的惰性氣體。由于游離氧很少，所以大氣圈具有還原性質(zhì)。 40億年左右，地球遭受了強(qiáng)烈的隕石沖擊 火山活動加強(qiáng)，擴(kuò)大了原始的水圈和大氣圈。 原始水圈中因

2、含有HF、H3BO4和SiO2，估計當(dāng)時地表水的PH值接近于l-2,地球的化學(xué)演化,這一時期地殼的組成和性質(zhì)尚無確切地質(zhì)記錄，認(rèn)識主要來自類地行星的對比分析。 2、3725億年（太古宙） 內(nèi)動力地質(zhì)作用：太古宙地殼廣泛分布著玄武巖、科馬提巖（橄欖巖巖漿），與花崗巖組成綠巖-花崗巖地體。 化學(xué)沉積作用：以條帶狀硅-鐵建造最為特征 這一時期的水圈具有較低的PH值（約在2-5之間）和較高的溫度，,地球的化學(xué)演化,橄欖質(zhì)巖漿和花崗質(zhì)巖漿的廣泛出現(xiàn)表明這一時期上地幔和地殼溫度遠(yuǎn)比現(xiàn)今高得多。 關(guān)于原始地殼化學(xué)組成的基本觀點： (1) 最早的地殼可能是玄武質(zhì)的，地殼再熔融形成花崗巖，使地殼不斷演化。 (2

3、) 最早的地殼可能是酸性或中酸性的,是早期地幔分異形成的。,地球的化學(xué)演化,地表玄武質(zhì)巖石在酸性介質(zhì)作用下，大量Ca、Mg、Fe被溶解帶入海洋，為這一時期特大型沉積鐵礦的形成奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。鐵的沉積使海水中的Ca、Mg濃度不斷增大，但并無鈣、鎂的廣泛沉積，指示當(dāng)時水圈具有弱酸性。,地球的化學(xué)演化,地球的化學(xué)演化,成礦作用：表生沉積礦產(chǎn)以鐵礦為特征， 也是地球演化歷史中鐵的最重要的成礦期。 內(nèi)生成礦作用： 主要與綠巖-花崗巖有關(guān)，主要礦產(chǎn)：與科馬 提巖有關(guān)的Cu-Ni硫化物礦床、與綠巖-花崗 巖有關(guān)的超大型金礦床。主要成礦元素有： Cr Ni Co Cu Au Ag Zn和鉑族元素等， Zn與C

4、u共生。,3、2516億年（古元古代） 世界主要克拉通基本形成，地殼趨于穩(wěn)定，火山活動減弱，裂谷發(fā)育。 幔源基性巖漿侵人地殼形成廣泛的層狀侵入體和基性巖墻群，并伴有Cr、Ni、Co、Cu、Fe、P 和鉑族元素的富集成礦。,地球的化學(xué)演化,生物作用： 這一時期藻類生物大量繁殖，光合作用增強(qiáng)，大氣游離氧增加。大氣中CO和CH4的氧化，使CO2含量顯著增加,地球的化學(xué)演化,成礦作用： 出現(xiàn)層控超大型熱水沉積Pb-Zn礦床, 開始出現(xiàn)層控型Cu礦床（產(chǎn)于白云巖內(nèi)）、出現(xiàn)超大型瀉湖蒸發(fā)型礦床: MgCO3 (菱鎂礦) CaCO3 FeCO3 MnCO3 （菱錳礦）和超大型沉積變質(zhì)改造的硼鎂鐵礦床等。,地

5、球的化學(xué)演化,元古宙水圈的性質(zhì)發(fā)生了重大變化，突出 特征是PH值增大，它導(dǎo)致CO2在水中溶解 度增大 降低了MgCO3 CaCO3 FeCO3 開始沉淀的濃度，由此引發(fā)了大規(guī)模碳酸巖 的沉積。,地球的化學(xué)演化,什么因素使海水PH值增大： 早期水圈體積相對較小，酸性水圈的形成是強(qiáng)烈火山活動作用的結(jié)果，火山氣體的持續(xù)排放使大氣中CO2、H2S等酸性氣體不斷濃集，大氣與水圈的氣體溶解平衡，決定了早期水圈具有酸性強(qiáng)和相對還原性質(zhì)。 水圈PH值的增大需要從水圈、巖石圈的相互作用方面去思考 。,大氣CO2與海洋間的平衡： 25溶度積 CO2+Mg2+H2O MgCO3+2H+ MgCO3（110-5) C

6、O2+Ca2+H2O CaCO3+2H+ CaCO3（3.810-9) CO2+ Fe2+H2O FeCO3+2H+ FeCO3 (3.210-11) Fe2+H2O Fe(OH)2+2H+ Fe(OH)2 (810-16) 5.5 7.2 Fe3+H2O Fe(OH)3+2H+ Fe(OH)3 (310-39) 2.2 3.2 Mn2+H2O Mn(OH)2+2H+ Mn(OH)2 (1.910-13) 8.5 10 Ca(OH)2 (5.510-6) Mg(OH)2 (1.810-11) 8.5 11.5,沉淀的PH范圍 10-2M 10-5M,大氣CO2與海洋間的平衡： 25溶度積 CO

7、2+Mg2+H2O MgCO3+2H+ MgCO3（110-5) CO2+Ca2+H2O CaCO3+2H+ CaCO3（3.810-9) CO2+ Fe2+H2O FeCO3+2H+ FeCO3 (3.210-11) Fe2+H2O Fe(OH)2+2H+ Fe(OH)2 (810-16) 5.5 7.2 Fe3+H2O Fe(OH)3+2H+ Fe(OH)3 (310-39) 2.2 3.2 Mn2+H2O Mn(OH)2+2H+ Mn(OH)2 (1.910-13) 8.5 10 Ca(OH)2 (5.510-6) Mg(OH)2 (1.810-11) 8.5 11.5,水圈PH值的變化

8、:,地球固體表面為一個強(qiáng)氧化殼, 這是月球不具備的. 巖石圈與水圈中發(fā)生的氧化還原反應(yīng)對水圈的PH值 將產(chǎn)生重要影響: 4Fe+2+4H+O2 - 4Fe+3+2H2O 氧化反應(yīng)將消耗大量H+，使溶液向堿性方向演化。 表生含水礦物的形成,釋放出(HO)- 離子 4KAlSi3O8+10H2O=Al4Si4O10(OH)8 4H2O+ 8SiO2+4K(OH),大氣圈O2 的主要來源； (1) 火山排氣作用 (2) 早期大氣電離作用 (3) 生物作用,由上述反應(yīng)和溶度積大小，可以看出，地球早期硅鐵建造，與碳酸巖的缺失，表明當(dāng)時海水具有較低的PH值，碳酸巖的大規(guī)模沉淀標(biāo)志海水PH值發(fā)生由酸性向堿性

9、方向的變化。正是水圈PH值的變化導(dǎo)致大氣圈中的CO2快速向固體巖石圈的轉(zhuǎn)化，使大氣圈由CO2型向富氮氧型轉(zhuǎn)化。,地球的化學(xué)演化,PH值的變化使水圈不斷向氯化物碳酸鹽水圈轉(zhuǎn)化 。 4、165.7億年（中、新元古代） 中新元古代以來，延續(xù)了早元古代的基本特征，克拉通經(jīng)過擴(kuò)大、分裂、聚合、再擴(kuò)大，地殼相對穩(wěn)定，幔源巖漿活動減弱。全球范圍內(nèi)出現(xiàn)與基性-超基性巖有關(guān)的Cu、Ni、Co鉑族、Fe和P的成礦作用。中元古代之后的基性-超基性巖的成礦作用表現(xiàn)出Cr與Cu、Ni與V、Ti成礦的分化。,地球的化學(xué)演化,Cr主要出現(xiàn)在蛇綠巖內(nèi)，Cu、Ni成礦主要與偏基性的橄欖巖侵入體有關(guān)，而V、Ti與基性侵入體關(guān)系密

10、切。內(nèi)生成礦作用中成礦元素種類與元素組合進(jìn)一步復(fù)雜化。,地球的化學(xué)演化,5、 5.7億年現(xiàn)在（顯生宙） 到顯生宙海生腔腸動物、軟體動物、蠕蟲動物、腕足類和節(jié)肢動物開始出現(xiàn)，晚古生代出現(xiàn)了陸生動植物。顯生宙早期的大氣圈為N2CO2O2型，陸生植物出現(xiàn)以后轉(zhuǎn)化為N2-O2型。,地球的化學(xué)演化,動植物遺體的堆積和改造形成了煤、石油、天然氣和磷等有機(jī)礦產(chǎn)。鹽類礦床的形成也是顯生宙內(nèi)表生成礦作用的一個重要特征。 海水的性質(zhì)已變成氯化物一硫酸鹽型，PH值持續(xù)增大，海水呈堿性。元古代碳酸錳沉淀被廣泛的現(xiàn)代大洋錳結(jié)核沉淀所替代。,地球的化學(xué)演化,內(nèi)生成礦作用以多種多樣和多期活動為特點，出現(xiàn)金剛石和一些克拉克值

11、較低的元 素如W、Sn、Bi、Mo、Hg、Sb等的廣泛 成礦作用。地殼的分異作用進(jìn)一步增強(qiáng)， 其中W、Sn的成礦常與元古代的沉積建造 有著密切關(guān)系。,約46億年的地球演化歷史表明，地球是太陽系中物質(zhì)運動非?；钴S的星體。內(nèi)生和表生作用都很強(qiáng)烈。造成這種特點的原因之一，是它與太陽保持了適當(dāng)?shù)木嚯x，地球從太陽吸收的熱量與地球輻射到宇宙中去的熱量的平衡程度恰好使地球的溫度允許地表水以液態(tài)存在。,地球的化學(xué)演化,液態(tài)水對生物的產(chǎn)生和發(fā)展是必不可少的，而生物的作用一直控制著大氣和地表水的成分變化。水和由生物光合作用產(chǎn)生的氧氣，在整個表生作用中對元素的遷移和分配具有重大的影響。 除了太陽輻射的能量以外，地球演化的巨大動力來自地球的內(nèi)部。地球內(nèi)部能量主要是放射性同位素衰變析出的熱量。計算表明30億年前放射性同位素衰變析出的熱量要比現(xiàn)在大四倍。,地球的化學(xué)演化,在地質(zhì)演化過程中化學(xué)性質(zhì)活潑、親氧與親氣元素向地球表部遷移（如堿金屬、堿土金屬、鋁和硅等），它們是大陸地殼的主要組成部分