14-微量元素地球化学
地球化学 (14)
REE的较大半径削弱着共价键性和静电的相互作 用， 成为阻止REE形成稳定络合物的主要因素之 一。溶液中三价REE离子能同CO23-，Br+，I-， NO3-和SO42-等组成离子对，形成碳酸盐，硫酸盐， 氯化物和氟化物型络合物. ；
在富CO2溶液中REE极活动。 实验证明HREE在共 存硅酸盐和碳酸盐熔体(岩浆熔离)之间优先富集于 碳酸盐熔体中；在共存富CO2蒸气相中REE更加富 集；
尽管REE化学行为相似， 还是能通过某些成岩和 成矿过程发生彼此分离。这是因电子构型对它们 离子价态和半径施加影响的结果，也与REE在造 岩矿物配位多面体类型众多和大小变化有关。
2. REE价态
REE是强正电性元素， 以离子键为特征， 只含极 少共价成分。电离顺序是先移去6s亚层上两个电 子，然后丢失1个5d或4f电子，因为5d和4f电子在 能量上相对接近于1个6s电子。设想再从4f移去1 个，即第4个电子，但是这个电子电离能太高， 不易移去。因此REE在化学和地球化学上均显示 三价离子状态，只有Eu和Yb可呈2价， Ce和Tb可 呈4价。原因：Eu2＋和Tb4＋具有半充满4f亚层， Yb2＋具有全充满4f亚层，Ce4＋具有贵气体氙(Xe) 电子构型，这些电子构型可以提高该价态离子的 稳定性。
变价离子(Eu，Ce等)不同价态的比例取决于 体系的成分、氧逸度、温度和压力；
3．REE的配位和离子半径
矿物中REE占据多种多样的配位多面体，从六次 到十二次，甚至更高的配位均有。较小的稀土元 素占据六次配位位置，但这种情况在矿物中少见。
一般REE在矿物中的配位要大些，最常见的配位 是七次到十二次，如榍石中为七次，锆石中为八 次，独居石中为九次，褐帘石中为十一次和钙钛 矿中为十二次。
微量元素地球化学
正是这种状态。如玄武岩中的镍橄榄石，其中的(Mg,Fe)2SiO4为溶剂，而
Ni2SiO4就是溶质。对于Ni2SiO4而言，这种橄榄石就是一种稀溶液。在稀溶
液中，溶质和溶质间的作用是微不足道的，而溶质和溶剂的相互作用制约
着溶质和溶剂的性质，亨利定律和拉乌尔定律就是用来描述这种性质的。
拉乌尔定律：
拉乌尔定律是稀溶液所遵循的另一规律，它是基于在溶剂中加入非挥
发性溶质后溶剂活度降低而得出的。其表述为“稀溶液中溶剂的活度等于
纯溶剂的活度乘以溶液中溶剂的摩尔分数”，即为
其中，aoj为纯溶剂的活度，Xj为溶剂的摩尔数， aj为溶液中溶剂的活度。
溶剂在全部浓度范围内都符合
拉乌尔定律的溶液称为理想溶液。
ratio)，优先进入晶体。 如在碱性长石中Ba2+ (1.44 Å) 或Sr2+ (1.21 Å) 替代K+
(1.46 Å)时，需要有一个Al3+ 替代 Si4+来维持电价平衡。
主要的微量元素代替
橄榄石中Ni替代Fe2+和Mg2+ 。
尖晶石和磁铁矿中Cr和V 替代Fe3+ 。
斜长石中 Sr 替代 Ca 。
Nb，Ta，Zr，Hf等），稀土元素（La，Ce，Nd等），过渡族元素（Fe
，Co，Ni，Cu，Zn等）。
c.按地球化学作用过程分类：当固相（结晶相）和液相（熔体相，流体
相）共存时，若微量元素易进入固相，称为相容元素（Compatible
element）。反之，若微量元素易进入液相，称为不相容元素（
微量元素地球化学部分笔记
微量元素地球化学Trace Element Geochemistry第0章绪论1.微量元素地球化学定义：地球化学的重要分支学科之一，是研究微量元素在地球( 包括部分天体)形成、演化中分布、赋存状态、行为方式、分析技术和各类应用的分支学科。
地壳主要由O 、Si 、Al 、Fe 、Ca 、Mg 、Na 、K 、Ti 等九种元素组成，这九种元素占地壳总重量的99％左右—【主要元素&常量元素】。
其它元素被统称为次要元素、微量元素、痕量元素、杂质元素或稀有元素等。
常量元素：能形成独立矿物，其分配受相律控制，遵循相律和化学计量法则。
•微量元素：自然体系中浓度极低，不能形成独立矿物，可以成为副矿物其分配不受相律和化学计量法则限制。
•major elements ：地壳中平均浓度>1%○minor elements ：地壳中平均浓度∈[0.1%，1%]○trace elements ：地壳中平均浓度<0.1%，通常为ppm 或ppb 数量级○2.微量元素的定义：地球化学体系中，克拉克值低于0.1%的元素。
注：ppm=partspermillion=10-6；同理，ppb=10-9；ppt=10-12。
第一章微量元素的分类亲石元素（Lithophile elements ）•一.戈式分类亲铁元素（Siderophile elements ）•在岩石硅酸盐相中富集的化学元素。
在地球中它们明显富集在地壳内，在自然界中都以氧化物,含氧盐，特别是硅酸盐的形式出现，如硅、铝、钾、钠、钙、镁、铷、锶、铀、稀土元素等。
亲铜元素（Chalcophile elements ）•富集于陨石金属相和铁陨石中的化学元素。
它们与氧和硫的结合能力均弱,并易溶于熔融铁中；在地球中相对于地壳和地幔,明显在地核内聚集。
典型的亲铁元素有镍、钴、金、铂族元素。
亲气元素（Atmophile elements )•在硫化物相和陨硫铁(FeS)中富集的化学元素。
微量元素地球化学
第一章 微量元素的分类
亲气元素 atmophile
组成地球大气圈的主要元素,惰性气体元 素,以及主要呈易挥发化合物存在的元素，如 氢、氮、碳、氧等
亲铁元素
亲铜பைடு நூலகம்素
在陨石中
在地球中
亲石元素 (在硅酸盐中)
Fe、Cr、 Ni、Co、 Ru、Rh、 Pd、Os、 Ir、Pt、
Au
S、Se、 S、Se、Te、 O、S、P、Si、Ti、 P、As、 As、Sb、Bi、 Zr、Hf、Th、F、Cl、 Cu、Ag、 Ga、In、Tl、 Br、I、Sn、B、Al、 Zn、Cd、 (Ge)、 (Sn)、 Ga、Sc、Y、REE、 (Ti)、V、 Pb、Zn、Cd Li、Na、K、Rb、 Cr、 Mn、 Hg、Cu、Ag、 Cs、Be、Mg、Ca、 Fe、(Ca) (Au)、Ni、Pd、 Sr、Ba、(Fe)、V、
第一章 微量元素的分类
• 地壳主要由O、Si、Al、Fe、Ca、Mg、Na、 K、Ti等九种元素组成，这九种元素占地壳 总重量的99％左右
• 因此这九种元素通常被称为主要元素（常 量元素），其它元素被统称为次要元素、 微量元素、痕量元素、杂质元素或稀有元 素等
第一章 微量元素的分类
• 常量元素（>0.1%）——能形成独立矿物相，
• Schmidt A, Weyer F.John J, Brey GP, 2009. HFSE systematics of rutile-bearing eclogites: New insights into subduction zone processes and implications for the earth’s HFSE budget, Geochimica et Cosmochimica Acta, 73( 2): 455-468
微量元素地球化学特征
微量元素地球化学特征微量元素是指地球地壳中含量较低的元素，它们在自然界中的含量通常为百分之一或更少。
尽管微量元素的含量不高，但它们在地球化学中起着重要的作用。
本文将从地球化学的角度探讨微量元素的特征。
首先，微量元素的地球化学特征表现为它们在地壳和岩石中的广泛分布。
地球地壳中主要的元素有氧、硅、铝、铁等，而微量元素则包括锌、铜、锰、镁、锶等。
这些微量元素分布在不同类型的岩石中，如岩浆岩、沉积岩和变质岩等。
微量元素的含量受到地质作用的影响，如地壳运动、火山喷发、沉积过程等都会影响微量元素的分布。
其次，微量元素在地球化学循环中具有重要的作用。
微量元素可以进入大气、水体、土壤和生物体中，通过地球系统的各种过程进行循环。
例如，微量元素可以通过岩石的风化和侵蚀进入水体中，通过生物的摄取和代谢进入生物体中。
微量元素的循环对于维持地球生态系统的平衡和稳定非常重要。
此外，微量元素还可以作为地球化学指示物来研究地球系统的演化和环境变化。
由于微量元素的地球化学行为与它们的电子结构和原子半径等特性有关，因此微量元素在不同环境中的行为也会有所区别。
通过研究微量元素在岩石、水体和土壤中的分布和变化，可以了解地球系统的演化历史和环境变化过程。
最后，微量元素对生物体的生长和发育也具有重要的影响。
微量元素作为生物体的重要组成部分，参与了生物体内许多重要的生化过程。
例如，微量元素可以作为酶的辅助因子，参与调节酶的活性和催化生化反应。
此外，微量元素还可以影响植物的生长和产量，对动物的免疫系统和生殖系统也有一定的影响。
综上所述，微量元素在地球化学中具有重要的特征。
它们广泛分布于地壳和岩石中，参与了地球系统的循环过程，可以作为地球化学指示物来研究地球演化和环境变化，对生物体的生长和发育也有重要影响。
对微量元素的研究不仅有助于扩展我们对地球系统的认识，还对于农业生产、环境保护和人类健康具有重要意义。
微量元素在生物地球化学中的作用
微量元素在生物地球化学中的作用人们常说，健康的饮食应该保证营养的平衡，其中包括大量的碳水化合物、蛋白质、脂肪、矿物质和维生素等。
而在矿物质中，有一类叫微量元素，它们虽然在人体内所需的量很少，但却非常重要。
微量元素不仅在人体内发挥着关键的生理作用，而且在生态系统中也扮演着不可替代的角色。
本文将从微量元素在生态系统中的作用出发，介绍微量元素在生物地球化学过程中所起的作用。
一、微量元素在生态系统中的作用微量元素在生态系统中是必不可少的营养物质，它们可以促进植物生长、影响动物的免疫力和繁殖能力，还能调控生态系统的生物地球化学循环过程。
以下我们将分别介绍它们的作用。
1.促进植物生长微量元素对植物生长发育有着极其重要的影响，特别是在缺乏某种元素的情况下，这种影响更加显著。
如硼（B）是植物在生长期间不可或缺的微量元素之一，它参与植物对钙离子的吸收，维持细胞壁的完整性，促进分裂和伸长，从而提高植物的耐受性和抗性。
又如镁（Mg）虽然是植物体内所需数量较大的元素之一，但是缺乏镁会引起植物的生长停滞和发黄等生理障碍。
2.影响动物的免疫力和繁殖能力微量元素在动物的生理功能中也扮演着重要的角色。
例如，锌（Zn）是动物免疫系统中的重要组成部分，它参与免疫细胞的分化与增殖，调节免疫功能，并且对于蛋白质和核酸的合成十分关键。
而铜（Cu）也是细胞内重要的氧化剂，它有助于合成胶原蛋白，提高抗氧化能力，同时也可以促进动物繁殖系统的正常发育。
3.调控生态系统的生物地球化学循环过程微量元素的存在也对生态系统中的生物地球化学过程有着不可替代的作用。
以氮素生物地球化学循环为例，微量元素钼（Mo）和钴（Co）都是催化酶中的重要成分。
它们在固氮细菌中发挥作用，参与到固氮酶的合成过程中，从而促进了氮素固定的效率。
又如，碳地球化学过程中，铁（Fe）参与到水中的氧气溶解和呼吸作用中，促进海洋中浮游植物的生长和物种多样性的提高。
二、微量元素在生物地球化学过程中的作用微量元素在生态系统中起着非常重要的作用，而它们更是整个生物地球化学循环过程中所必不可少的元素，因为它们不仅是生物体内的重要组分，而且在环境中的循环和转化也起着重要的作用。
微量元素地球化学特征
微量元素地球化学特征微量元素是指它们在自然界中的含量较少，含量小于1%的元素或其化合物。
地球化学是指研究地球内部物质的组成和变化，研究地球大气、地壳、海洋、冰川和深部构造成份的空间分布特征，以及它们的来源、迁移和变化的过程。
地球的物质成分和微量元素的空间分布特征，以及微量元素的变化过程决定了地球表面的生态系统结构与功能，对研究地球的形成演化有着重要的意义。
本文就微量元素在地球上的分布特征、变化规律，以及其在地球上的规律和影响等方面进行详细分析。
微量元素在地球上的主要分布规律微量元素在地球上主要分布在天然界，主要包括大气、地壳、海洋、深部构造和生物体。
微量元素的分布空间受到地质过程的影响，一般可分为以下几种情况：1.量元素在大气中的分布。
微量元素在大气中的含量很少，一般以十亿分之一质量为基准，其分布主要受到大气组成、大气比例、大气环流等因素的影响。
2.量元素在地壳中的分布。
微量元素在地壳中的分布主要受到地壳成分、地壳室内构造、新增供给和淋溶作用等因素的影响。
3.量元素在海洋中的分布。
海洋微量元素主要来源于陆地的向海洋的输送，不断被沉积物吸收，大部分微量元素在海洋中的分布受到海洋深度和海洋形态的影响，在浅海和深海中具有不同的分布规律。
4.量元素在深部构造中的分布。
微量元素在地球深部的分布主要受到地球深部的构造和温度压力等因素的影响，微量元素的丰度随地球深度的增加而减少。
5.量元素在生物体中的分布。
微量元素在生物体中的分布主要受到生物体对微量元素的吸收或释放、消化吸收、骨架建成等因素的影响。
微量元素在地球上的变化规律微量元素在地球上的变化特征主要是散射物质，大气中的微量元素传播性分布，自身比较封闭；地壳和海洋中的微量元素与氧化还原物质、水流和气流的运动关系密切，它们的运动对微量元素的分布和变化有重要的影响，同时微量元素也会受到生物因素的影响。
微量元素在地球上的规律和影响微量元素在地球上的分布和变化规律，决定了地球表面的生态系统结构与功能，同时也是研究地球形成演化的重要研究对象，它的变化可以反映出地球形态的变化，具有重要的意义。
地球化学思维导图5.第四章 微量元素地球化学
3.
第四章 微量元素地球化学
5.
、 、 、 、 、 、 、 、Tb、
、 、 、 、 、 。 同位素半
衰期太短，已经不存在。限制研究的为镧系14
个钇
轻稀土LREE：La-Eu
两分法
重稀土HREE：Gd-Lu+Y
三分法：前四为轻，后四+Y为重，中间所有为中
Eu2+与Ca2+晶体化学性质相似，导致Eu以类质
HFSE）：Nb、Ta、Zr、Hf
Nb、Ta、Zr、Hf、Ti、P等，这类元素在变质和
高场强元素（HFSE）
蚀变过程中相对稳定
1.定量了解共生矿物相中微量元素的分配行为
2.为研究岩、热液和古水体中元素浓度提供了途
径：已知B在NaCl和海水间分配系数，通过对盐
湖沉积盆地NaCl中B含量分析，可以反演沉积水
原环境，Ce3+难以氧化层Ce4+
沉积物中稀土元素
稀土元素分配及其应用
岩石成因
变质岩原岩恢复
研究地壳生长的化学演化
主要标准化数据来源
多元素蜘蛛图：目前岩浆岩中，普遍采用
提出的元素不相容性降低的顺序（即总
分配系数增加的顺序）进行排序
.
1
Sun1989
应用：岛弧火山岩Nb/Ta亏损
系数为常数，分析后可以判断是否平衡
6.微量元素分配系数温度计：Ni的橄榄石-单斜辉
石温度计
微量元素：不能形成独立矿物相，分配不受相律
和化学计量限制，而是服从亨利定律，分配平衡
时，微量元素在平衡相之间的化学位相等
微量元素在地球化学中的应用
微量元素在地球化学中的应用微量元素的定义在地球化学体系里，人们常把相对于地壳中的主量元素含量低于千分之一的元素称为微量元素。
主量与微量元素在自然界中不同体系中是相对的概念，常因所处的体系不同而又所差异。
譬如K在地壳整体中是主量元素，但在陨石中却被视为微量元素；Zr在锆石中是常量元素，但是在多数情况下为微量元素;Cr在大多数地壳岩石中为微量元素，但在超基性岩中可呈常量元素。
所以不同的学者对微量元素作出了不同的定义。
1968年Gast对微量元素的定义是：指的是不作为体系中任何相的的主要化学计算组分存在的元素。
还有学者根据元素在所研究的地球化学体系中的浓度低到可以服从稀溶液定律的范围。
则称该元素为微量元素。
因此，总结微量元素有3个特征：一、难以用严格的定义来对微量元素的概念进行描述；二、微量元素的概念在自然界中是相对的，应基于所研究的体系；三、低浓度是微量元素的核心特征，在宏观上常表现为不能形成独立矿物相。
微量元素地球化学的研究意义虽然微量元素只占体系质量的较少部分，但其提供的地质-地球化学信息远超出了其含量信息本身，因此研究微量元素有重大的意义。
微量元素的种类远多于常量元素，且含量的变化范围大于常量元素。
因此，微量元素可对地质过程和环境提供提供灵敏的指示，譬如REE 中Eu对岩浆结晶过程中斜长石结晶分异的指示，Ce对体系氧化-还原性质的指示等。
此外，岩浆源区和微量元素的组成密切相关，而常量元素难以充分显示。
譬如不同性质、不同深部的地幔岩石部分熔融形成的岩浆总是表现为玄武质组成，不同熔融程度形成的岩浆在主量元素组成上难以反映明显的区别，但是在微量元素上却差别明显，这就是利用微量元素地球化学研究岩浆成因和过程的意义所在。
更重要的是微量元素地球化学对于人类认识地球的演化具有重要意义。
例如，通过对地幔及其岩浆中亲铁元素丰度的研究，证实地核与地球硅酸盐岩部分的分离在地球从环绕太阳系的气-尘团中完全增生出来以前已基本完成；通过对微量元素气体元素丰度和同位素组成的研究，获得在地球形成早期数亿年内，地球发生过强烈的去气作用；大量的观察和研究表明，地球不同构造环境形成的岩浆，其微量元素(及其同位素组成具有相对对应的地球化学配分模式，为认识地球演化和识别构造事件提供了重要手段。
微量元素地球化学特征
微量元素地球化学特征
随着科学技术的进步，地球化学研究受到了广泛的关注。
越来越多的研究表明，微量元素在地球化学中起着重要作用，因为它们可以影响地球过程的形成和演变。
本文旨在详细阐述微量元素在地球化学中的特征。
首先，微量元素是指其元素含量占物质总量的比例低于0.1%的元素，它们形成了地球上自然形成物质的基础，它们主要包括钾、镁、铝、锰、锌、硅、磷等。
这些微量元素在地球化学过程中，具有多种功能，如分解有机物质、吸收热能以及影响生物过程等。
其次，微量元素在地球化学过程中也起着重要作用，它们可以改变地表物质如水和土壤的物理性质，产生潜在的热力学成分，并影响到地球内部的温度和压力等过程。
而且，由于这些元素的不断演变，它们也可以影响到地面物质的形成和演变。
此外，微量元素也可以参与生物体的生命过程，如参与细胞代谢、作为蛋白质的组成部分、影响氧化还原等等。
而这些微量元素在生物体中的含量调控也是十分重要的，这可以影响到生物体的发育状况和健康状况。
最后，要强调的是，微量元素在地球历史进程中发挥了重要作用，它们是地球表面物质组成的重要组成部分，也是推动地球演化和形成的重要元素。
今天，随着对微量元素的研究日益深入，科学家愈加认识到它们在地球化学过程中的重要性，因此，继续加强对微量元素的研究将有助于深入了解地球的演变进程，为推动全球可持续发展做出
贡献。
综上所述，微量元素是地球化学过程中不可或缺的，它们不仅可以发挥重要作用，还对地球的演变和生物过程有着重要的影响，因此，为了深入了解地球演变过程，充分发挥微量元素的作用，研究人员应加强对它们的研究，以期能更好地推动世界可持续发展。
微量元素地球化学特征
微量元素地球化学特征微量元素是指在自然界中所有物质中都存在，但在数量上极为微少的元素，是地球平衡系统的重要因素。
美国国家科学院院士Edwin Roedder曾提出：“微量元素是维持地球表面存在和运转的最重要的物质，比重量级大于其他物质，但量级却远低于其他物质。
”微量元素地球化学特征是多种元素在一定条件下发挥作用，形成一种特定的组合。
地球表面中各元素的比例受到环境（如温度，压力，浓度等）的影响，其地球化学特征相对稳定，并且与其在地壳中的分布息息相关。
例如，硅酸盐是地球表面上最重要的物质，它的化学组成主要来自锆、硫、铝、钙、镁、磷等微量元素，其地表表现形式多种多样，成分也有很多变化，如硅酸钙、硅酸铝、硅酸锶等。
除了硅酸盐外，岩石对地球表面微量元素的分布也有影响。
一般来说，在岩石表面，微量元素以极少量的尖晶石、磁铁矿、石英、磷灰石、石膏和长石等颗粒形式存在。
由于颗粒大小和碎石被搅动的程度不一样，微量元素的分布也随之发生变化。
另外，大气是微量元素地球化学特征的重要部分，大气中的微量元素主要来自大气沉降物、大气气溶胶以及水溶液中。
微量元素在大气中的含量受到季节、温度和湿度等因素的影响，而且随着时间的推移，微量元素在大气中的含量也会发生变化。
地球表面上有很多河流与湖泊，水体是一个受微量元素影响的重要系统，水体中有一定的微量元素，这些元素来自表层土壤、大气、水溶液中的沉降物，以及地质和生物活动的排放。
水体中的微量元素的化学形态会根据水体的温度、PH值、流速、流向等影响因素发生变化，而且微量元素的分布不均。
微量元素是维持地球表面稳定运转的重要因素，它们以多种方式影响着地球上的系统，特别是硅酸盐、岩石、大气和水体等，这些因素对微量元素的地球化学特征产生重要影响。
通过对这些必须的微量元素的研究，不仅可以深入了解地球表面的特征，还有助于揭示地球演化的历史，帮助我们更好地保护我们的地球家园。
微量元素地球化学
（三）掌握能斯特分配定律的实质、内容表述、数学表达式。
（四）掌握分配系数的概念、影响因素，了解分配系数的测定方 法及其研究意义（应用）。
（五）掌握稀土元素的概念，了解稀土元素的特性、主要性质、 了解稀土元素数据表述方法、图解及其应用。
第五章 微量元素地球化学
微量元素地球化学是地球化学的重要分支学科 之一，它研究在各种地球化学体系中微量元素的分 布、分配、共生组合及演化的规律，其特色之处就 是能够近似定量地解决问题，使实际资料和模型计 算结合起来。
微量元素可作为地质-地球化学过程示踪剂，在 解决当代地球科学面临的基本理论问题—天体、地 球、生命、人类和元素的起源及演化，为人类提供 充足的资源和良好的生存环境等方面发挥重要的作 用。
微量元素 在固熔体、熔体和溶液中的分配不受相律和化学计 量的限制，而服从稀溶液定律（亨利定律），即当分配达到平
衡时元素在各相间的化学势相等，即( = ) 。
能斯特分配定律内容表述：
在一定的温度压力下，微量组分在两共存相中的分配达平衡
时，其在两相中的化学位相等 ( = ) 。
微量元素在两相中(α和β)的化学位为：
①大离子亲石元素 (LIL) 指离子半径大、电荷低，易溶于水，地球化学活动性强的元素，
如K、Rb、Cs、Sr、Ba等，它们可作为地壳中地质作用的示踪剂。
②高场强元素 (HFS) 指离子半径小、电荷高，难溶于水，地球化学性质稳定的元素，
如Nb、Ta、Zr、Hf、P、Th、HREE等，它们可作为“原始”物质 组成特征的指示。
球化学概念的严格定义应是：只要元素在所研究客体(地质体、岩 石、矿物等)中的含量低到可以近似地用稀溶液定律描述其行为， 该元素可称为微量元素。
微量元素生物地球化学研究进展
微量元素生物地球化学研究进展微量元素是指在自然界中存在量非常小、但对生物体生长发育和健康至关重要的元素。
众所周知，人体需要的营养物质不仅包括大量营养物质如蛋白质、脂肪、碳水化合物等，还包括微量元素，如铁、锌、铜等。
在自然界中，微量元素也具有重要的生物地球化学功能。
本文将就微量元素的研究进展做出总结和归纳。
一、微量元素生物地球化学研究的历史与现状微量元素是20世纪初期在化学领域被发现的，但是在生物学领域中的重要性并没有得到足够重视。
直到20世纪50年代，当国际上一些微量元素缺乏病症引起人们的关注时，微量元素才开始被广泛地研究和应用。
此后，微量元素生物地球化学研究在理论和应用上都得到极大的发展。
目前，微量元素生物地球化学研究主要涉及自然界中微量元素的循环、在生物体内的生化过程、肥料和饲料中微量元素的应用、尤其是环境微量元素对生态环境和生物健康的影响。
二、微量元素在生态环境中的作用微量元素在生态环境中是非常重要的，因为它们都涉及到大量的生态活动和地球化学循环。
微量元素作为材料储存在大气、地壳、水等外部环境中。
例如，生物体中的铁是负责氧运输以及许多酶反应的结构成分。
而在土壤中，微量元素的存在对于植物生长发育至关重要，如锌和铜等微量元素起着促进植物生长发育的作用。
除此之外，一些微量元素还具有非常显著的生态大气地球化学循环的活动。
例如，地球上的大气中的二氧化碳和氧化亚氮等气体遇到有机物碎片后，可通过微生物媒介解离掉，转化为机体中所需的微量元素，如铍和钴等。
三、微量元素在生物体内的生化过程微量元素在生物体内也有重要的作用。
它们是生物体内酶和代谢物的产生标准。
微量元素如铜和锌等在人体内涉及和多种酶的结合，起着多种不同但却重要的作用。
例如，在铜协同下，血浆内的葡萄糖氧化酶能正常分泌；锌可以为数百个酶分子作为催化酶基元素，使代谢正常运行。
同时，微量元素可以作为过程发生体系，起到参与和调节作用。
例如，银可以与氯离子合成氯化银沉淀，不仅可以大大提高溶解氧耗氧量，也可丰富微生物和荷尔蒙的代谢，增强生物多样性，形成良好生态环境。
微量元素地球化学
1 1H
氢
34 2 Li Be
锂铍
2 He 氦
56
7
8 9 氟氖
11 12 3N M
ag 钠镁
13 14 15 16 17 18
Al Si
P
S Cl Ar
铝硅 磷 硫 氯氩
19 20 4 K Ca
钾钙
21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr 钪 钛 钒铬 锰 铁 钴 镍 铜 锌 镓 锗 砷 硒 溴 氪
钫 a 2 Lr
Db Sg Bh
9 Uun 1 Uub 3 Uuq Uup 6 7 8
Mt
Uu
Uut
Uu Uu Uu
镭锕 铹
u
hso
➢亲石元素
锂(Li) 铍(Be) 硼(B) 氧(O) 铪(Hf) 氟(F) 钠(Na)镁(Mg) 铝(Al) 硅(Si) 氯(Cl)铷(Rb)钾(K) 钙(Ca)钪(Sc)钛(Ti) 钒(V) 铱(Ir) 铬(Cr)锰(Mn)钇(Y) 铌(Nb)铯(Cs)钡(Ba) 碘(I) 镧(La) 钽(Ta)氙(Xe)钍(Th) 锶 (Sr) 铀(U) REE
6 Cs Ba 70 Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt 铯钡镧 镥 铪 钽 钨 铼 锇 铱 铂
Au Hg Tl Pb Bi 金汞 铊铅 铋
Po At Rn 钋 砹氡
系
87 88 89- 10 104 10 10 10 108 10 110 11 112 11 114 115 11 11 11
氦(He) 氮(N) 氖(Ne) 氩(Ar) 氪(Kr) 氙(Xe)碘（I） 氢(H) 碳(C) 氯(Cl) 溴 (Br) 氮(N) 氧(O)
10种必需微量元素是什么
10种必需微量元素是什么14必需微量元素目前世界卫生组织(WHO)确认的14种必需微量元素有锌、铜、铁、碘、碱、铬、钴、锰、钼、钒、氟、镍、锶、锡。
人体需要的微量元素所谓微量元素，在环境地球化学中，是指仅占地球组成部分的0.01%的60余种元素，它们的含量一般在1某10-8～1某10-88之间。
在医学领域，从人体的结构来看，占人体总重量万分之一以下者即为微量元素。
根据机体对微量元素的需要情况，那些对维持生物体正常生命活动不可缺少的，必须通过食物摄入且每日膳食需要量都在100mg以下的微量元素称为必需微量元素。
人体是由40多种元素构成的，根据元素在体内含量不同，可将体内元素分为两类：其一为常量元素，占体重的99.9%，包括碳、氢、氧、磷、硫、钙、钾、镁、钠、氯等10种，它们构成机体组织，并在体内起电解质作用;其二为微量元素，占体重的0.05%左右，包括铁、铜、锌、铬、钴、锰、镍、锡、硅、硒、钼、碘、氟、钒等14种，这些微量元素在体内含量虽然微乎其微，但却能起到重要的生理作用。
人体必需微量元素共8种，包括碘、锌、硒、铜、钼、铬、钴、铁。
微量元素是指在机体内其含量不及体重万分之一的元素。
微量元素的作用总的来说，微量元素在人体中的主要功能是：(1)在酶系统中起特异的活化中心作用。
微量元素使酶蛋白的亚单位保持在一起，或把酶作用的化学物质结合于酶的活性中心。
铁、铜、锌、钻、锰、铝等，能和疏基、胶基、异吡唑基、按基、羟基等配位基或分子基因相络合，形成络合物，存在于蛋白质的侧链上。
(2)在激素和维生素中起特异的生理作用某些微量元素是激素或维生素的成分和重要的活性部分，如缺少这些微量元素，就不能合成相应的激素或维生素，机体的生理功能就必然会受到影响。
如甲状腺激素中的碘和维生素B12中的钻都是这类微量元素。
(3)输送元素的作用某些微量元素在体内有输送普通元素的作用。
如铁是血红蛋白中氧的携带者，没有铁就不能合成血红蛋白，氧就无法输送，组织细胞就不能进行新陈代谢，机体就不能生存。
第五章 微量元素地球化学
如哈克里等人对夏威夷活火山中玄 武岩浆与正在结晶的橄榄岩和单斜辉 石之间Ni元素的分配进行的研究：在 火山熔岩不同温度时取样，测定橄榄 石和单斜辉石中Ni的浓度，并计算了 Ni的分配系数，将测得的一组数据用 lnKD对1/T作图，由图求出ΔH和B值。
样品号 1 2 3 4 5 温度(℃) 1160 1120 1075 1070 1050 橄榄石Ni 1555 1310 955 935 840 单斜辉石Ni 255 245 240 235 220 KD(橄/辉) 6.10 5.35 3.98 3.98 3.82
一定温度压力下,微量元素在平衡共存的两相之间进行分配,其分配系数K 一定温度压力下,微量元素在平衡共存的两相之间进行分配,其分配系数KD
7
4. 讨论：
θ u1 >u θ :K D <1,β1 <β 2 -----微量元素更多的进入2相 2 θ u1 <u θ :K D >1,β1 >β 2 -----微量元素更多的进入1相 2 θ u1 =u θ :K D =1,β1 =β 2 -----微量元素在1、相之间分配相等 2 2
3
第五章 微量元素地球化学
一．基本概念 二．微量元素在共存相中的分配 三．岩浆作用过程中微量元素的定量分配模型 四．稀土元素地球化学 五．微量元素地球化学示踪
4
一、基本概念
什么叫微量（minor）或痕量（trace）元素 人们常常相对于地壳中的主量元素而言，为此有人把地球化学体系中 低于0.1%的元素，通称为微量元素 微量元素。 微量元素 1968年Gast对微量元素的定义是：指的是不作为体系中任何相的主 指的是不作为体系中任何相的主 要化学计算组分存在的元素。 要化学计算组分存在的元素。 有的学者根据元素在所研究的地球化学体系中的浓度低到可以近似服 从稀溶液定律（亨利定律）的范围，则称该元素为微量元素。 微量元素地球化学是地球化学的一个重要分支，它研究在各种地球化 学体系中微量元素的分布、分配、共生组合及演化的规律，其特色之处就 是能够近似定量地解决问题，使实际资料和模型计算结合起来。
微量元素地球化学原理
1985;
(c)＆(d)： Green and
Pearson,1986.
第三十四页
氧逸度和熔体成份对稀土分配系数的影响
第三十五页
元素 CI球粒陨石 原始地幔
La 0.3100
0.7080
Ce 0.8080
1.8330
Pr 0.1220
0.2780
稀土元素在表生作用、热液作用和低级变质作用中 具有相对稳定的地球化学性质。因此，能更有效地排
除各种岩浆期后作用的影响；
相邻的稀土元素可能指示岩浆物质来源；而相隔较远的
稀土元素比值或轻稀土(LREE)／重稀土(HREE)比值则
可能指示岩浆的分异作用；
Ce和Eu的变价（Ce和Eu的异常）可用于指示氧化还原 条件。
火成岩中的铕异常主要受长石矿物的控制。
角闪石、榍石、斜方辉石、单斜辉石和石榴子石
等矿物也能造成长英质熔体较弱的铕异常，但它们 对铕异常的作用与长石相反。 中稀土的富集主要受角闪石的控制。中稀土在长英质 和中性岩浆中的角闪石中是相容元素，并在Dy和Er之 间有最高的分配系数。榍石作为副矿物在岩石中的 含量较低，但它们也会产生同样的影响。
0.0356
Yb
0.2200
0.2090
0.2480
Lu
0.0339
0.0322
0.0381
Y
2.1000
第二十三页
（1）球粒陨石标准化
洋中脊玄武岩的稀土元素分配模式（Saunders,1984） A：N－型（正常型）洋中脊玄武岩，实线为采自太平洋的样品，
虚线为大西洋样品；B：E－型（富集型）洋中脊玄武岩
研究岩套的演化和分配系数。
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5.微量元素的岩石成因
硅质岩成因
5.微量元素的岩石成因
太原组硅质岩的热液成因解释
5.微量元素的岩石成因
变质岩原岩恢复
地壳不同变 质原岩的 REE与 La/Yb比值判 别图，可用 于区分不同 类型的玄武 岩、花岗岩 和碳酸盐岩
5.微量元素的岩石成因
重要元素对岩石成因的指示意义
元素 特征解释
高度相容元素，N i 和C o 赋存在Ol 中，C r在Sp和C px中，这些元素的高度富集（例如N i ＝250-300 ppm, C r=500Ni, Co, Cr 600 ppm）暗示着岩石母岩为地幔橄榄岩，如果岩石系列显示N i 的逐渐降低 （C o 也可以显示同样规律） 则预示着 Ol 的分离结晶作用。C r的逐渐降低代表尖晶石或者C px的分离结晶作用。 它们在部分熔融和分离结晶过程中显示相似的特征。都倾向于进入Fe-T i 氧化物（钛铁矿和钛磁铁矿)， 是钛铁矿和 钛磁铁矿结晶分异的示踪剂。如果V和T i 显示差异性质， 则T i 可以类质同象进入一些副矿 物相，例如榍石和金红石。 极不相容元素，基本不进入主要的地幔矿物相，有时可以与T i 类质同象进入副矿物相，例如榍石和金红石。 不相容元素，在钾长石。云母或者角闪石中可以替换K。Rb在角闪石中类质同象替换能力弱于在钾长石和云母中，因 此K/Ba比值可以用来鉴别这些矿物相。 在Pl 中容易类质同象替换C a（但是在Py中不取代C a），在钾长石中替换K，在浅部低压条件下当Pl 作为早期结晶相 的时候，显示相容元素特征，因此Sr或者C a/Sr比值是鉴别Pl 参与的有力指示剂。但是Sr在高压的地幔条件下，当Pl 不 稳定的时候，显示不相容元素特征。 石榴石(Opx和角闪石稍弱)容纳重稀土元素，因此会导致轻稀土的分异。榍石和Pl 倾向于吸纳轻稀土元素。C px仅导 致REE轻度分异。Eu强烈倾向进入Pl 中，因此Eu异常可以鉴别是否有Pl 的参与。 常类似于HREE，显示不相容元素特征。强烈倾向进入石榴石和角闪石中，辉石次之。榍石和磷灰石也富集Y，因此如 果岩石中存在这些副矿物，将明显影响Y的分异。
5.微量元素岩石分类
600
V, ppm
左图为Ti vs. V图解，用 于对拉斑玄武岩的性质 进行进一步分类。
IAT MORB OIT
IAT—Island arc tholeiite MORB—Mid-ocean ridge basalt OIT—Ocean-island tholeiites
0 0
可以：（1）进行岩石分类
（2）研究岩石成因
（3）鉴别岩石形成的构造环境
5.微量元素岩石分类
Winchester & Floyd (1977)提出 的火山岩微量元 素定名(识别)方案
文献来源： Winchester JA, Floyd PA, 1977. Geochemical discrimination of different magma series and their differentiation products using immobile elements. Chem Geol, 20, 325–343.
5.微量元素实例分析
岩浆岩出现Nb、Ta、Ti的负异常的引申含义
板块俯冲导致地幔岩石部分熔融形成初生地壳是大陆地 壳生长的重要方式之一，而事实上地壳的平均化学组成 也存在明显的Nb、Ta异常。因此，Nb、Ta异常在一定 程度上代表了地壳岩石的地球化学标志。
岩浆中存在明显的Nb、Ta异常时，可能的成因：
5.微量元素的处理
Mantle-normalized diagram for incompatible elements in loess. Shown are the average values of loess samples from Banks Peninsula, New Zealand, Kansas and lowa, USA, and Kaiserstuhl, Germany.
五、微量元素地球化学-4
5.微量元素的处理方法
1、多元素标准化图解
A属REE标准化图解的扩展和普及化，最早用于玄武岩，
现在可以用于所有岩石（岩浆岩和沉积岩）类型。 B标准化数值——原始地幔、球粒陨石，MORB等。 C作图意图——比较样品与标准化数据之间的偏离程度 我们可以称之为： 原始地幔(球粒陨石)标准化多元素图解，微量元素含量 蜘蛛图
上次课回顾
稀土元素（REE）、分类及分布特征 REE组成数据的表示 REE分配系数的以下规律 REE模式的解释
作业：表中数据为辉长岩、花岗岩7件样品REE组成(ppm)
1、作样品的REE组成分配模式图，说明其表达的地球化学特征； 2、计算各样品的Eu/Eu*，并对其地球化学意义进行说明；
∑REE、 LREE/HREE、 (La/Lu)N 、 (La/Sm)N和(Gd/Lu)N 、δEu
注明所引用文献。数据标准化后已不是原来的含量值， 难以直观判断数据是否被正确表达，故研究者必须注 明所引用的标准化值文献来源； 在标准化图件上，横坐标是按研究样品在地质作用过 程中元素的不相容性程度下降的顺序进行排序。建议 使用Sun and McDonough (1989)提出的顺序排列； 在作图解时，可根据自己所拥有的元素数据进行作图， 即使减少了部分元素，各元素的相对顺序应保持不变； 在对变质岩作多元素蛛网图，研究者可根据判断，去 除部分强活动性的元素。
5.微量元素的处理
Post-Archean Australian shales normalize. The average values of four middle Proterozoic shales from the Mt. Isa Group, seven Silurian State Circle shales, three Paleozoic to Mesozoic shales from the Perth Basin, two Paleozoic shales from Canning Basin, and six Upper Proterozoic to Cambrian shales from the Amadeus Basin.
5.微量元素实例分析
(5)应用：岛弧火山岩与Nb/Ta亏损
5.微量元素实例分析
5.微量元素的示踪意义
岛弧火山岩Nb、Ta的负异常与成因
正常岛弧火山岩由源自俯冲板片脱水产生的流体交代地幔楔发生部 分熔融而形成，这种富水的流体亏损高场强元素（HFSE,如Nb(Ta)、Ti、 P等)，这些元素的流体/岩石分配系数很小（1)，在流体交代地幔楔 形成的正常岛弧火山岩中出现显著的Nb（Ta）、Ti负异常。 高场强元素Nb、Ta、Ti等主要富集在副矿物中。在大洋板块发生俯 冲消减时，板片中的沉积物质和表层蚀变的玄武岩将随板片一同俯冲。 大洋沉积物和蚀变玄武岩富含流体，当板片俯冲至一定深度时，将发 生脱水作用，赋存于沉积物和蚀变玄武岩中的强活动性元素将随流体 一起流出，而存在于副矿物中的Nb、Ta则保持相对稳定而不发生迁移。 释放出来的流体将向上运移而进入上伏的地幔楔。上移的流体不仅与 地幔岩石发生交代作用，且因含水而降低了地幔岩石的固相线，导致 地幔岩石发生部分熔融作用而形成熔体，熔体中富集如LILE等强活动性 元素（K, Rb, Sr, U, Th, REE ），而高场强Nb、Ta则显示出相对亏损。
Convergent Plate Boundary (Andes in South America) Continental Margin Arc
Intraplate/Divergent Plate Boundary (East Africa, CFB of Deccan) Rift
板 块 构 造
5.微量元素构造环境判别
Ti, ppm
18000
5.微量元素的岩石成因
A-Type Granites
S & I-Type Granites
根据花岗岩的Ga/Al和Zr组成特征，判别花岗岩的成因类型
文献来源：Whalen, J.B., Currie, K.L. and Chapell, B.W., 1987. A-type granites: geochemical characteristics, discrimination and petrogenesis. Contrib. Mineral.
5.微量元素构造环境判别
大地构造地球化学
Convergent Plate Boundary (Mariana, Tonga) Island Arc
Divergent Plate Boundary (EPR, MAR) Mid-Ocean Ridge
Intraplate (Hawaii, Reunion) Ocean Island
V, Ti
Zr, Hf
Ba, Rb
Sr
REE
Y
5.微量元素构造环境判别
按照Wilson旋回，将构造环境分为： 1、大陆裂谷 2、大洋扩张中脊 3、板块消减带（岛弧和弧后盆地） 4、板块内部（大陆板块内部和大洋板块内部洋岛） 按板块碰撞作用分类： 1、碰撞前；2、同碰撞；3、晚碰撞；4、碰撞后
按大陆边缘性质分类： 1、活动大陆边缘 2、被动大陆边缘
这里K2O、TiO2、P2O5单位均为重量百分数
5.微量元素的处理
(4)典型岩石的微量元素图解
5.微量元素的处理
Sample/Chondrite Chondrite normalized spider diagram of fresh and altered MORB and sediment, Data from Hess
1.
2. 3. 4.
岛弧岩浆作用的直接产物；
岩浆上升过程受到了地壳物质的混染； 发生部分熔融的地幔源岩曾经历过岛弧构造环境； 再循环的地壳物质进入了深部地幔