第01章 元素丰度与分布.ppt
合集下载
太阳系的元素丰度
(1)直接分析测定地壳岩石、各类陨石和月球岩石的样品； (2)对太阳及其它星体辐射的光谱进行定性和定量研究； (3)由天体的物理性质与成分的对应关系进行推算； (4)利用宇宙飞行器对邻近地球的星体进行就近观察和测定、
或取样分析； (5)分析测定气体星云和星际间的物质； (6)分析研究宇宙射线。
2、太阳系的元素丰度
地球化学体系
按照地球化学的观点，我们把所要研究的对象看作是一个地球 化学体系，每个地球化学体系都有一定的空间，都处于特定的物理 化学状态，并且有一定的时间连续。
2、太阳系的元素丰度
地球化学体系
地球化学的基本问题之一就是研究元素在地球化学体 系中的分布（丰度）、分配问题。化学元素在一定自 然体系中的相对平均含量。
估算复杂系统总体化学组成的方法有： 1、用主体代表整体（太阳—太阳系） 2、若已知系统各部分的成分后，可用加权平均法求整 体的化学组成； 3、在拟定的模型基础上，求系统的化学组成（用陨石 对比法求地球的化学组成）
2、太阳系的元素丰度
分布与分配
元素的分布指的是元素在一个化学体系中（太阳、陨 石、地球、地壳、某地区等）的整体总含量； 元素的分配指的是元素在各地球化学体系内各个区域 或区段中的含量； 分布是整体，分配是局部，两者是一个相对的概念， 既有联系又有区别。 例如，地球作为整体，元素在地壳中的分布，也就是 元素在地球中分配的表现，把某岩石作为一个整体， 元素在某组成矿物中的分布，也就是元素在岩石中分 配的表现。
土星
火星
天王星 水星
金星
木星
冥王星
海王星
太阳系8大行星分布及运行轨道
1、太阳系的组成
行星沿椭圆轨道绕太阳运行。分为 两类：接近太阳的较小内行星-水星， 金星，地球，火星－类地行星；远 离太阳大的外行星-木星，土星，天 王星，海王星－类木行星。
或取样分析； (5)分析测定气体星云和星际间的物质； (6)分析研究宇宙射线。
2、太阳系的元素丰度
地球化学体系
按照地球化学的观点，我们把所要研究的对象看作是一个地球 化学体系，每个地球化学体系都有一定的空间，都处于特定的物理 化学状态，并且有一定的时间连续。
2、太阳系的元素丰度
地球化学体系
地球化学的基本问题之一就是研究元素在地球化学体 系中的分布（丰度）、分配问题。化学元素在一定自 然体系中的相对平均含量。
估算复杂系统总体化学组成的方法有： 1、用主体代表整体（太阳—太阳系） 2、若已知系统各部分的成分后，可用加权平均法求整 体的化学组成； 3、在拟定的模型基础上，求系统的化学组成（用陨石 对比法求地球的化学组成）
2、太阳系的元素丰度
分布与分配
元素的分布指的是元素在一个化学体系中（太阳、陨 石、地球、地壳、某地区等）的整体总含量； 元素的分配指的是元素在各地球化学体系内各个区域 或区段中的含量； 分布是整体，分配是局部，两者是一个相对的概念， 既有联系又有区别。 例如，地球作为整体，元素在地壳中的分布，也就是 元素在地球中分配的表现，把某岩石作为一个整体， 元素在某组成矿物中的分布，也就是元素在岩石中分 配的表现。
土星
火星
天王星 水星
金星
木星
冥王星
海王星
太阳系8大行星分布及运行轨道
1、太阳系的组成
行星沿椭圆轨道绕太阳运行。分为 两类：接近太阳的较小内行星-水星， 金星，地球，火星－类地行星；远 离太阳大的外行星-木星，土星，天 王星，海王星－类木行星。
地化 第一章_自然体系中元素丰度(1)
26
Allende carbonaceous chondrite
27
元素含量相对于 Si=106标准化，元素 含量测量精度为510%； 由于元素之间含量 水平差异过大，作 图采用了对数值坐 标。
太阳大气层与CI 球粒陨石元素含 量关系图
碳质球粒陨石的研究意义
探讨太阳系元素丰度 探讨太阳系早期的形成演化历史 探讨生命物质起源
Goldschmidt (1937)采用硅酸盐：镍-铁：陨硫铁=10 : 2 : 1 比例，获得以下陨石平均化学成分：
元素 % Ca 1.33 O 32.3 Na 0.6 Fe 28.8 Cr 0.34 Si 16.3 Mn 0.21 Mg 12.3 K 0.15 S 2.12 Ti 0.13 Ni 1.57 Co 0.12 Al 1.38 P 0.11
宇航员
月球车
火星车
33
嫦娥工程
嫦娥一号
嫦娥一号 嫦娥一号 月球车
Ti元素
嫦娥一号全月面 钛、铁元素分布图 (据“中国探月”网站)
Fe元素
嫦娥一号
摘自“中国探月”网站
月球的物质成分、分布规律和演化特征是月球探测的一个 最主要、最基本的任务，化学元素和矿物的含量与分布特征是 月球地质演化研究的基本素材。同地球科学一样，月球科学最 基本的任务就是认识月球的形成和演化，而要了解月球的演化 历史，首先需要知道的就是月球的化学组成和物质状态，通过 研究化学元素的含量和分布特征来反演月球的演化过程，分析 、研究月球的整体化学成分与化学演化历史，进而为研究地月 体系的起源方式与化学演化过程等提供最直接和最有效的科学 依据。
Pb 2170 å，Ag 3281 å，Au 2428 å (1å= 10-10 m)
地壳的物质组成及元素丰度
¾ 陆壳以康氏面分为上地壳和下地壳；
z 上地壳厚5-12km，由偏酸性的岩浆岩（花岗岩）和沉积岩组 成，又称为硅铝层（Si, Al）；
z 下地壳由麻粒岩、玄武岩等中酸性、中基性岩石组成，又称 为硅镁层，富铁镁质(Fe, Mg)。
¾ 洋壳由玄武质的下地壳物质及其上面厚约0.5km的海洋沉积 物组成。
7
这个面时，由上部的平均速度6.0km/s突增至8.0km/s。这 一突然变化标志着物质的化学成分和晶体结构的变化。 ¾ 莫霍面之上的地壳在大陆上的平均厚度约35km，在板块碰 撞边界，如青藏高原，增高至60-70km；在大洋中地壳厚 度仅有5-10km，最薄处仅为零。
6
2016/12/13
¾ 地壳的物质组成
¾ 地球的内部结构
z 认为由地壳、地幔、地核等不同层圈组成； z 主要依据：地震波传播速度的变化及地球内物质密度的
不均匀分布等地球物理资料（间接资料）
¾ 地壳的结构
¾ 广义地壳：包括岩石圈（约100km厚的结晶质固态物质， 包括地壳和部分上地幔）、大气圈、水圈和生物圈；
¾ 狭义地壳：专指岩石圈中莫霍面以上的部分。 ¾ 莫霍面：是地表到上地幔间的一个不连续面，地震波通过
¾ 地幔物质分异出的岩浆及地壳物质 重熔形成的岩浆上升，结晶形成岩 浆岩，经构造运动隆升至地表或近 地表，进入表生环境，遭受风化、 剥蚀，搬运到湖、海盆地沉积成岩。
¾ 沉积岩经沉降或俯冲到地壳深处， 发生变质或部分重熔而形成新的岩 浆，完成一个大旋回。
2016/12/13
（一）地球化学旋回
¾ 地球化学旋回不是简单的机械重复，它始终伴随着物质形态 的转变，化学成分的变化；
¾ 地球化学的基本问题之一就是研究元素在地球化学体系中的 分布（丰度）、分配问题，也就是地球化学体系中“量”的 研究。
z 上地壳厚5-12km，由偏酸性的岩浆岩（花岗岩）和沉积岩组 成，又称为硅铝层（Si, Al）；
z 下地壳由麻粒岩、玄武岩等中酸性、中基性岩石组成，又称 为硅镁层，富铁镁质(Fe, Mg)。
¾ 洋壳由玄武质的下地壳物质及其上面厚约0.5km的海洋沉积 物组成。
7
这个面时，由上部的平均速度6.0km/s突增至8.0km/s。这 一突然变化标志着物质的化学成分和晶体结构的变化。 ¾ 莫霍面之上的地壳在大陆上的平均厚度约35km，在板块碰 撞边界，如青藏高原，增高至60-70km；在大洋中地壳厚 度仅有5-10km，最薄处仅为零。
6
2016/12/13
¾ 地壳的物质组成
¾ 地球的内部结构
z 认为由地壳、地幔、地核等不同层圈组成； z 主要依据：地震波传播速度的变化及地球内物质密度的
不均匀分布等地球物理资料（间接资料）
¾ 地壳的结构
¾ 广义地壳：包括岩石圈（约100km厚的结晶质固态物质， 包括地壳和部分上地幔）、大气圈、水圈和生物圈；
¾ 狭义地壳：专指岩石圈中莫霍面以上的部分。 ¾ 莫霍面：是地表到上地幔间的一个不连续面，地震波通过
¾ 地幔物质分异出的岩浆及地壳物质 重熔形成的岩浆上升，结晶形成岩 浆岩，经构造运动隆升至地表或近 地表，进入表生环境，遭受风化、 剥蚀，搬运到湖、海盆地沉积成岩。
¾ 沉积岩经沉降或俯冲到地壳深处， 发生变质或部分重熔而形成新的岩 浆，完成一个大旋回。
2016/12/13
（一）地球化学旋回
¾ 地球化学旋回不是简单的机械重复，它始终伴随着物质形态 的转变，化学成分的变化；
¾ 地球化学的基本问题之一就是研究元素在地球化学体系中的 分布（丰度）、分配问题，也就是地球化学体系中“量”的 研究。
第一章 化学元素的分布与丰度
地幔
过渡层（约600km厚），该层是一个温度相当于岩石熔点 的可流动塑性层，也称软流层，在软流层之上统称为岩石 圈。在软流层内进行着不伴随明显成分变化的物质同质多 象转变，如在400-600km的压力下，橄榄石和辉石发生相变：
从Mg2SiO4(镁橄榄石，斜方晶体）转变为 （镁尖晶石，等轴晶系），密度增加10%
1.2 元素在不同体系中的分布
地幔
地幔从莫霍面以下到2900km 。 研究地幔的途径： 1）深源地幔包体； 2）幔源派生岩石，如玄武岩等； 3)研究火山岩管中呈包体状的可能为地幔岩石 的样品
1.2 元素在不同体系中的分布
地幔
地幔分为上地幔、下地幔及两者之间的过渡层
上地幔35-400km, 主要是致密的Fe-Mg 硅酸盐，相
地球元素丰度及其规律
1.2 元素在不同体系中的分布
地球元素丰度及其规律
1.2 元素在不同体系中的分布
地球元素丰度及其规律
1.2 元素在不同体系中的分布
地球元素丰度及其规律
规律： （1）遵循太阳系元素丰度的基本规律，如奇偶规律、递减规律 等； （2） 惰性元素丰度大幅度下降。
1.2 元素在不同体系中的分布
陨石类型
陨石主要是由镍-铁合金、结晶硅酸盐或两者的混合物所组成，按成份，分为三类： 1）铁陨石（siderite）：主要由金属Ni, Fe（占98%）和少量其他元素组成（Co, S, P,
Cu, Cr, C等）。
2）石陨石（aerolite）：主要由硅酸盐矿物组成（橄榄石、辉石）。这类陨石按照 它们是否含有球粒硅酸盐结构，可进一步分为两类：
1.1 丰度和丰度体系
1.1.2 丰度表示法
绝对含量单位 T kg 吨 千克 ％ ‰ ppm、μg/g、g/T ppb、μg/kg ppt、pg/g 相对含量单位 百分之 千分之 百万分之 十亿分之 万亿分之 ×10-2 ×10-3 ×10-6 ×10-9 ×10-12
过渡层（约600km厚），该层是一个温度相当于岩石熔点 的可流动塑性层，也称软流层，在软流层之上统称为岩石 圈。在软流层内进行着不伴随明显成分变化的物质同质多 象转变，如在400-600km的压力下，橄榄石和辉石发生相变：
从Mg2SiO4(镁橄榄石，斜方晶体）转变为 （镁尖晶石，等轴晶系），密度增加10%
1.2 元素在不同体系中的分布
地幔
地幔从莫霍面以下到2900km 。 研究地幔的途径： 1）深源地幔包体； 2）幔源派生岩石，如玄武岩等； 3)研究火山岩管中呈包体状的可能为地幔岩石 的样品
1.2 元素在不同体系中的分布
地幔
地幔分为上地幔、下地幔及两者之间的过渡层
上地幔35-400km, 主要是致密的Fe-Mg 硅酸盐，相
地球元素丰度及其规律
1.2 元素在不同体系中的分布
地球元素丰度及其规律
1.2 元素在不同体系中的分布
地球元素丰度及其规律
1.2 元素在不同体系中的分布
地球元素丰度及其规律
规律： （1）遵循太阳系元素丰度的基本规律，如奇偶规律、递减规律 等； （2） 惰性元素丰度大幅度下降。
1.2 元素在不同体系中的分布
陨石类型
陨石主要是由镍-铁合金、结晶硅酸盐或两者的混合物所组成，按成份，分为三类： 1）铁陨石（siderite）：主要由金属Ni, Fe（占98%）和少量其他元素组成（Co, S, P,
Cu, Cr, C等）。
2）石陨石（aerolite）：主要由硅酸盐矿物组成（橄榄石、辉石）。这类陨石按照 它们是否含有球粒硅酸盐结构，可进一步分为两类：
1.1 丰度和丰度体系
1.1.2 丰度表示法
绝对含量单位 T kg 吨 千克 ％ ‰ ppm、μg/g、g/T ppb、μg/kg ppt、pg/g 相对含量单位 百分之 千分之 百万分之 十亿分之 万亿分之 ×10-2 ×10-3 ×10-6 ×10-9 ×10-12
太阳系的元素丰度
元素丰度是研究太阳系形成和演化的重要依据，它可以帮助我们了解太阳系的起 源、行星和其他天体的形成过程以及它们之间的相互作用。
02
太阳系的元素丰度分布
太阳的元素丰度
太阳的元素丰度
太阳主要由氢和氦组成，其中氢的丰 度最高，约占太阳质量的70%以上， 氦素合成
行星形成
行星在形成过程中吸收了 不同元素，形成了各自独 特的化学成分。
行星的形成与演化
行星形成
行星由星子凝聚而成，通过吸附 周围物质逐渐增大质量。
行星演化
行星在形成后经历了数亿年的演化， 包括内部结构和外部形态的变化。
行星化学成分
行星的化学成分受到太阳系元素丰 度的影响，同时也受到行星内部演 化过程的制约。
太阳元素丰度的影响
太阳的元素丰度决定了太阳系的化学 成分和行星的演化过程。例如，行星 内部的热压和重力作用会影响行星的 结构和组成。
太阳内部的核聚变反应将氢元素转化 为氦元素，并释放大量能量。这个过 程是太阳发光发热的主要原因。
行星的元素丰度
类地行星的元素丰度
类地行星（如水星、金星、地球和火星）主要由硅酸盐岩石组成，含有较高丰 度的氧、硅、铁等元素。其中，地球的铁核占据了地球质量的很大一部分。
太阳系的形成始于约46亿年前，由一个巨大的分子云坍缩形 成，其中主要的组成部分是氢和氦。随着时间的推移，太阳 系内的行星和其他天体逐渐形成，它们的组成成分反映了原 始星云中的元素丰度。
元素丰度定义
元素丰度指的是宇宙中某一元素的相对含量。在太阳系中，元素丰度通常以每百万 个氢原子中的数量来表示（ppm），或者以每十亿个原子中的数量来表示（ppb）。
彗星的元素丰度
彗星是一种小天体，主要由冰、尘埃和岩石组成。彗星的化学成分较为复杂，含有大量的水、二氧化 碳、一氧化碳等物质。彗星的轨道特征表明它们来自太阳系的外部区域。
02
太阳系的元素丰度分布
太阳的元素丰度
太阳的元素丰度
太阳主要由氢和氦组成，其中氢的丰 度最高，约占太阳质量的70%以上， 氦素合成
行星形成
行星在形成过程中吸收了 不同元素，形成了各自独 特的化学成分。
行星的形成与演化
行星形成
行星由星子凝聚而成，通过吸附 周围物质逐渐增大质量。
行星演化
行星在形成后经历了数亿年的演化， 包括内部结构和外部形态的变化。
行星化学成分
行星的化学成分受到太阳系元素丰 度的影响，同时也受到行星内部演 化过程的制约。
太阳元素丰度的影响
太阳的元素丰度决定了太阳系的化学 成分和行星的演化过程。例如，行星 内部的热压和重力作用会影响行星的 结构和组成。
太阳内部的核聚变反应将氢元素转化 为氦元素，并释放大量能量。这个过 程是太阳发光发热的主要原因。
行星的元素丰度
类地行星的元素丰度
类地行星（如水星、金星、地球和火星）主要由硅酸盐岩石组成，含有较高丰 度的氧、硅、铁等元素。其中，地球的铁核占据了地球质量的很大一部分。
太阳系的形成始于约46亿年前，由一个巨大的分子云坍缩形 成，其中主要的组成部分是氢和氦。随着时间的推移，太阳 系内的行星和其他天体逐渐形成，它们的组成成分反映了原 始星云中的元素丰度。
元素丰度定义
元素丰度指的是宇宙中某一元素的相对含量。在太阳系中，元素丰度通常以每百万 个氢原子中的数量来表示（ppm），或者以每十亿个原子中的数量来表示（ppb）。
彗星的元素丰度
彗星是一种小天体，主要由冰、尘埃和岩石组成。彗星的化学成分较为复杂，含有大量的水、二氧化 碳、一氧化碳等物质。彗星的轨道特征表明它们来自太阳系的外部区域。
第一章 元素的丰度与分布
第一章元素的丰度与分布第一节元素的宇宙丰度我们常说的元素宇宙丰度，实际上是太阳系的元素丰度，元素的宇宙丰度是研究元素起源的理论依据，是解释各类天体演化过程的基础。
由太阳、行星及其卫星、小行星、营星、流星体和星际物质构成的天体系统称为太阳系。
太阳的质量占整个太阳系总质量的99．8％，而其它成员总合仅占o．2％。
按成分特点，九大行星可以划分为三种类型：类地行星：顾名思义，它指与地球类似的行星，包括水星、金星、地球和火星。
其特点是质量小、密度大、体积小、卫星少。
成分特点是以岩石物质为主，富含Mg、Si、Fe等，含亲气元素少；巨行星：木星和土星。
它们的体积大、质量大、密度小、卫星多。
如果以地球质量和体积分别为1，则土星分别为95．18和745，木星分别为317．94和1316。
其成分特点是主要含H、He，亲石和亲铁元素少；远日行星：天王星、海王星、具王星。
其成分特点是以冰物质为主。
H含量估计为10％，He、Ne平均为12％。
上述三类行星中岩石物质：冰物质：气物质的比值分别为1：10—‘：10—y—lo“’；O．02：o．07：o．9120．195：0．68：0．12。
以上三类行星主要元素的原子相对丰度如表1．1所示：随着行星际空间探测的发展，地球和月球成分的大量精细研究，各类陨石元素组成数据的积累，雪星、流星体成分的测定，“使之对太阳系化学组成的研究获得了比较满意的结果，对各行星及卫星也提出了多种化学组成模式。
如前所述，太阳系的行星成分可分三大类：岩石质的；岩石质和冰物质的；气物质的。
根据平衡凝聚模型，由于太阳星云凝聚过程中温度的差异，距太阳愈远温度愈低，因而各行星区凝聚物的成分和含量均不相同。
水星：主要由难熔金属矿物，铁镍合金和少量顽辉石组成；金星：除上述成分外，还含有钾(钠)铝硅酸盐，但不含水；地球；除上述成分外，还含有透闪石等一些含水硅酸盐和三种形式的铁(金属铁，FeO，FeS)，其中金属钦和FeS形成低熔点混合物，在放射性加热下熔化、分异，形成早期地核。
第1章 太阳系的组成和元素丰度,地球
太阳星云自转加速=> 星云盘+原太阳 =>温度增高引起星云盘内的物质分 馏。靠近原太阳的星子主要由难熔的 金属Fe、Ni及其氧化物所组成，与原 太阳距离的增加，星子的化学组成逐 渐被Mg和Fe的硅酸盐以及水、甲烷 （CH4)、氨(NH3)以及其他的挥发组 分的冰所组成
(一).地球的结构和元素丰度
1.地球的内部结构
先分壳幔核三层
布伦模型:A、B、C、D、E、F、G
地球结构概要
区域 大陆地壳 海洋地壳 上地幔 过渡带 下地幔 外核 内核 深度 0-50 0-10 10-400 400-650 650-2890 2890-5150 5150-6370 占总地球质 量的比率 0.00374 0.00099 0.103 0.075 0.492 0.308 0.017 占地幔和地 壳的比率 0.00554 0.00147 0.153 0.111 0.729 -
单一陨石类比法 艾伦司 0.04 ） （1965 35.0 0.7 14.4 1.30 17.8 0.05 2.3 0.085 1.40 0.05 0.25 0.2 25.1 0.08 1.35
与地球中Fe的现代估算值（百分之三十几）比较
（1）地球元素丰度的研究方法
②地球模型-陨石类比法（华盛顿，1925； Mason,1966): 按地球的各主要圈层的比例计算： 地核 ：32.4%，以球粒陨石的镍铁金属相(总量 27.1%)+陨硫铁（硫化物相）(占 5.3%)代表 地幔+地壳：67.6%，以球粒陨石的平均硅酸盐 成分代表 又叫SMT法(硅酸盐相S-金属相M-硫化物相T)
陨石类比法求得的地球元素丰度（wt%）
元素 C O Na Mg Al Si P S K Ca Ti Cr Mn Fe Co Ni
(一).地球的结构和元素丰度
1.地球的内部结构
先分壳幔核三层
布伦模型:A、B、C、D、E、F、G
地球结构概要
区域 大陆地壳 海洋地壳 上地幔 过渡带 下地幔 外核 内核 深度 0-50 0-10 10-400 400-650 650-2890 2890-5150 5150-6370 占总地球质 量的比率 0.00374 0.00099 0.103 0.075 0.492 0.308 0.017 占地幔和地 壳的比率 0.00554 0.00147 0.153 0.111 0.729 -
单一陨石类比法 艾伦司 0.04 ） （1965 35.0 0.7 14.4 1.30 17.8 0.05 2.3 0.085 1.40 0.05 0.25 0.2 25.1 0.08 1.35
与地球中Fe的现代估算值（百分之三十几）比较
（1）地球元素丰度的研究方法
②地球模型-陨石类比法（华盛顿，1925； Mason,1966): 按地球的各主要圈层的比例计算： 地核 ：32.4%，以球粒陨石的镍铁金属相(总量 27.1%)+陨硫铁（硫化物相）(占 5.3%)代表 地幔+地壳：67.6%，以球粒陨石的平均硅酸盐 成分代表 又叫SMT法(硅酸盐相S-金属相M-硫化物相T)
陨石类比法求得的地球元素丰度（wt%）
元素 C O Na Mg Al Si P S K Ca Ti Cr Mn Fe Co Ni
课程作业一元素的丰度及分布分配
二、钒（V）的克拉值高于硼（B），而硼的矿物种类却比钒多（包括内生和表生），为什么？ 三、在硅酸盐矿物中检出下列微量元素，试分析可能被下列微量元素类质同象置换的造岩元
素，并加以说明。 Rb、Sr、Ga、Ti、Li、Ba、Ge、REE、Pb、Ni、Mn、Sc 四、说明在矿物中不存在下列类质同象置换关系的原因： C4+→Si4+ Cu1+→Na1+ Sc3+→Li1+ 五、为什么在碱性长石中常见钾长石与钠长石的条纹结构，而在斜长石中则不见这种结构？ 六、利用晶体场理论研究过渡金属离子进入矿物晶格的基本思路是什么？
三、全部溶解的 CO2 以 H2CO3、HCO-3 和 CO32-三种溶解类型存在，当 pH 为 8.3 时，求各溶 解类型两两比值，并指出何种溶解类型为优势场。相应的反应和平衡常数：
H2CO3
H++HCO-3
K=10-6.4
HCO-3
H++CO23-
K=10-10.3
四、河南某钼矿热液作用期自高温到低温有四个矿化阶段，各阶段主要矿物组合为：1.辉钼 矿—黄铁矿—钾长石—石英组合；2.黄铁矿—辉钼矿—石英组合；3.方铅矿—闪锌矿— 磁黄铁矿—石英组合；4.磁铁矿—辉钼矿—沸石—方解石组合。试分析自热液早阶段— 晚阶段酸碱条件和氧化还原条件的变化趋势。
量多少不同的原因。
（离子半径 RZn2+=0.83Ǻ; RFe2+=0.82Ǻ; RFe3+=0.67Ǻ） 八、在某地表水溶液中，环境氧化还原电位 Eh 环=0.65(V)介质 pH=4，通过计算说明氧化还
原反应：
U4++2H2O—→UO22++4H++2e- (Eh0=0.407) 在上述条件下铀主要以什么价态形式存在？
素，并加以说明。 Rb、Sr、Ga、Ti、Li、Ba、Ge、REE、Pb、Ni、Mn、Sc 四、说明在矿物中不存在下列类质同象置换关系的原因： C4+→Si4+ Cu1+→Na1+ Sc3+→Li1+ 五、为什么在碱性长石中常见钾长石与钠长石的条纹结构，而在斜长石中则不见这种结构？ 六、利用晶体场理论研究过渡金属离子进入矿物晶格的基本思路是什么？
三、全部溶解的 CO2 以 H2CO3、HCO-3 和 CO32-三种溶解类型存在，当 pH 为 8.3 时，求各溶 解类型两两比值，并指出何种溶解类型为优势场。相应的反应和平衡常数：
H2CO3
H++HCO-3
K=10-6.4
HCO-3
H++CO23-
K=10-10.3
四、河南某钼矿热液作用期自高温到低温有四个矿化阶段，各阶段主要矿物组合为：1.辉钼 矿—黄铁矿—钾长石—石英组合；2.黄铁矿—辉钼矿—石英组合；3.方铅矿—闪锌矿— 磁黄铁矿—石英组合；4.磁铁矿—辉钼矿—沸石—方解石组合。试分析自热液早阶段— 晚阶段酸碱条件和氧化还原条件的变化趋势。
量多少不同的原因。
（离子半径 RZn2+=0.83Ǻ; RFe2+=0.82Ǻ; RFe3+=0.67Ǻ） 八、在某地表水溶液中，环境氧化还原电位 Eh 环=0.65(V)介质 pH=4，通过计算说明氧化还
原反应：
U4++2H2O—→UO22++4H++2e- (Eh0=0.407) 在上述条件下铀主要以什么价态形式存在？
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第一节 元素的宇宙丰度 第二节 元素在地球中的分布
第二节 元素在地球中的分布
一． 地球元素平均成分 二． 地壳元素平均成分 三． 地幔成分
第二节 元素在地球中的分布
一、地球的圈层构造及化学组成 1.圈层构造 地壳：上地壳和下地壳 地幔：上地幔和下地幔 地核：外核和内核
Crust 0
1000 Mantle
0.44
0.42
0.41
6.50
6.25
6.04
单一陨石类比法 艾伦司 （109.0645） 35.0 0.7 14.4 1.30 17.8 0.05 2.3 0.085 1.40 0.05 0.25 0.2 25.1 0.08 1.35
第二节 元素在地球中的分布
(2)地球模型-陨石类比法 按地球的各主要圈层的比例计算： 地核 ：32.4%，球粒陨石的镍铁金属相+5.3%陨
Ni, Co, Cu, Ag, Au, Mo, U, Cd, As, Sb
第二节 元素在地球中的分布
(3) 元素在岩石各矿物中的分配 载体矿物和富集矿物的概念 载体矿物：在岩石中某元素主要赋存的矿物 富集矿物：某元素的含量远远高于岩石平均含量的
矿物
Pb、Zn 在花岗岩各矿物中的分配
矿物 石英
岩石中矿 矿物中 物含量 Pb 含量
星带的物质相同；c.陨石是破坏了的星体碎片；d. 产生陨石的星体其内部结构和成分分布与地球类 似
元素 C O Na Mg Al Si P S K Ca Ti Cr Mn Fe Co Ni
陨石类比法求得的地球元素丰度（wt%）
法令顿
综合陨石类比法 契尔文斯基
克拉克
（109.0141） 10.10
3% b.岩石圈中（地壳） 岩浆岩： 页岩： 砂岩： 灰岩 95% 4% 0.75% 0.25%
第二节 元素在地球中的分布
具体计算过程：
1.分48个地区计 算平均化学 成分
2. 合 并 为 9 个 地 区计算平均 化学成分
第二节 元素在地球中的分布
（2）戈尔德施密特法（细碎屑岩法） 特点： 细碎屑岩的源物质来自剥蚀区 适合于区域地壳成分的估计
变化不大的元素：Ge, Sb, As 一般规律：同族上部在偏基性岩中含量高，下部酸
性岩中含量高。 解释：原子和离子电价和半径
第二节 元素在地球中的分布
(2)主要类型沉积岩中的规律 砂岩中富集的元素：Si, Zr 碳酸岩中富集的元素：Mg, Ca, Sr, Mn 页岩中富集的元素：Al及大多数微量元素，如V,
2000
Velocity (km/sec)
5
10
Lithosphere
Asthenosphere
S waves
P waves
Mesosphere
Outer Core
3000
Depth (km)
4000
Liquid
5000
Inner Core
6000
S waves
Solid
地球内部P波和S波随深度变化. Compositional subdivisions of the Earth are on the left, rheological subdivisions on the right. After Kearey and Vine (1990), Global Tectonics. © Blackwell Scientific. Oxford.
二、太阳系的介绍
太 阳 系 成 员
八大行星的相对大小
太阳系组成
太阳 八大行星 小行星－小行星带（火星与木星之间） 彗星
第一节 元素的宇宙丰度
一、元素宇宙丰度的定义 二、太阳系的成员 三、宇宙丰度的研究 四、太阳系宇宙丰度的规律
三、元素宇宙丰度研究
实验室分析：地球、月球、陨石和宇宙尘 光谱和射电分析：太阳、恒星、星际介质星系 空间探测器分析：行星大气、表面土壤、岩石 太阳风和宇宙线分析：
Suess和Urey（1956）：综合天体物理和宇宙化学的 成果，提出了宇宙核素丰度－－B2FH假说的基础；
Cameron（1968）提出太阳系的核素丰度，依据：非 挥发性元素的初始丰度－－I型碳质球粒陨石；挥 发性元素－－太阳光球的光谱成分
Ganapathy和Anders（1974)：均一的太阳星云的平衡 凝聚模式－－行星化学成分（表1.3）
每种元素可形 成的矿物数
729 239 139 31 28
克拉克值 (wt%)
10-3~10-4 10-410-5 10-5~10-6 10-6~10-7 <10-7
每种元素可形 成的矿物数
23 28 23 2 <1
第二节 元素在地球中的分布
(2)作为元素集中分散的标尺 浓度克拉克值的概念 浓度克拉克值=观测值/克拉克值
第二节 元素在地球中的分布
（3）地壳模型法 Taylor法：基性岩/酸性岩=1( 质量) 基性岩代表下地壳，酸性岩代表上地壳
第二节 元素在地球中的分布
3.地壳元素丰度特征
地壳元素丰度
第二节 元素在地球中的分布
3.地壳元素丰度特征 (1)地壳中各种元素丰度极不均匀 O, Si, Al 占82% O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg占>98% O 与Rn相差1017倍 (2)随原子序数的增加其丰度降低，但Li, Be, B仍表现为亏
硫铁（硫化物相）代表 地幔+地壳：67.6%，球粒陨石的平均硅酸盐成分
第二节 元素在地球中的分布
二、地壳的平均化学成分 1.克拉克值的概念 （1）重量克拉克值： 地壳中元素的重量平均含量 （2）原子克拉克值： 地壳中元素的原子平均含量
第二节 元素在地球中的分布
2、地壳平均化学成分的确定方法 （1）克拉克法（5159样品，50元素，1924） a.岩石圈：水圈：大气圈
55Mn, 59Co, 63Cu, 75As, 107Ag占13%
第二节 元素在地球中的分布
4A+2和4A+1型仅占0.n% 偶数规则被破坏的原因： 1.惰性气体与其它气体元素之间存在差别 2.分异作用=>偶-奇元素丰度的反常 地壳-地幔分异=> 12Mg, 24Cr的亏损 核-幔分异=> 34Se, 52Te
Conv ec tion
M antle
Upw elling
Lithophile eleme nts
Oute r Core
Siderrophile eleme nts
Inne r Core
第二节 元素在地球中的分布
2.地球元素丰度 估算方法 (1)陨石类比法 以下列假设：a.陨石在太阳系内形成; b.陨石与小行
第二节 元素在地球中的分布
4.元素克拉克值的地球化学意义 (1)元素的地球化学行为与克拉克值的关系 克拉克值高=>独立矿物(K,Na) 克拉克值低=>类质同象(Rb,Cs)
元素的克拉克值与可形成矿物种数的关系
克拉克值 (wt%)
>10
1~10 1~10-1 10-1~10-2 10-2~10-3
第二节 元素在地球中的分布
(3)判断元素在地壳中富集成矿的能力 浓集系数：矿石边界品位/克拉克值
一些元素的浓集系数值
Si Al Fe K Na V 1.5 3 6 12 15 30 Zn Ag As Au Hg 600 2000 4000 6000 14000
Cu Ba 50 600
第二节 元素在地球中的分布
Palme、Suess和Zeh（1981)计算了初始太阳星云的元 素丰度和初始的核素丰度（表1.7）
Trimble（1975），提出了陨石、太阳光球、日冕宇 宙射线的元素丰度
太阳系的成分
非挥发性元素的初始 丰度－－I型碳质球 粒陨石
挥发性元素－－太阳 光球的光谱成分
H. Palme
第一节 元素的宇宙丰度
三份橄榄岩、一份玄武岩
地幔化学
2.榴辉岩-橄榄岩互层地幔岩模型
地幔化学
(二)地幔低速层（软流圈） 1.低速层的性质和特点 低的地震波速 高的电导率 高的热流值 低速层越浅，热流越大
第一章 元素的丰度与分布
第一节 元素的宇宙丰度 第二节 元素在地球中的分布
第一节 元素的宇宙丰度
一、元素宇宙丰度的定义 二、太阳系的成员 三、宇宙丰度的研究 四、太阳系宇宙丰度的规律
一、元素宇宙丰度的定义
元素的宇宙丰度＝太阳系的元素丰度 这里的丰度＝A/B的比值，一般B为Si
宇宙丰度是研究元素起源的理论依据，是解释各类 天体演化过程的基础
35% 4ppm
矿物中 Pb 占岩石 Pb 的百分数
5.4
矿物中 Zn 含量
7
矿物中 Zn 占岩石中 Zn 百分数
6
长石 60.3% 40 92.7 10
15
黑云母 4.0% 20
3.1 870
87
磁铁矿 0.6% 17
0.4 100 1.7
三、地幔的化学组成
地壳与地幔化学
三、地幔化学 (一)地幔岩模型 1.橄榄岩地幔模型
浓集系数低的较容易富集成矿 Si, Al, Fe分别仅需富集1.5，3，6倍即可达到工业品位
（矿主要形成于前寒武纪）。 Cu, Zn, Ag分别需富集50，600，2000倍c才可达到工
业品位（矿主要形成于古生代以后）。
第二节 元素在地球中的分布
5.元素在主要类型岩石中的分配 (1)主要类型岩浆岩中元素的丰度特征 超基性岩富集的元素：Mg, Cr, Ni, Co, Fe, Ru, Rh, Pd, Os,
(solid)
6370
Subduc tion zone
Plate migra tion