普通地球化学期末复习

普通地球化学选择、名词解释、简答题、计算题第一章绪论一、地球化学的定义地球化学是研究地球及子系统(含部分宇宙体)的化学组成、化学作用和化学演化的科学。

二、地球化学研究的基本问题第一: 元素（同位素）在地球及各子系统中的组成（量）第二: 元素的共生组合和存在形式（质）第三: 研究元素的迁移（动）第四: 研究元素（同位素）的行为第五: 元素的地球化学演化第二章自然体系中元素的共生结合规律一、元素地球化学亲和性的定义在自然体系中元素形成阳离子的能力和所显示出的有选择地与某种阴离子结合的特性称为元素的地球化学亲和性。

二、亲氧元素与亲硫元素的特点亲氧（石）元素：离子的最外电子层具有8电子(s2p6)惰性气体型的稳定结构，具有较低的电负性，所形成的化合物键性主要为离子键，其氧化物的形成热大于FeO的形成热，与氧的亲和力强，易熔于硅酸盐熔体，主要集中于岩石圈。

亲硫（铜）元素：离子的最外层电子层具有18电子(s2p6d10)的铜型结构，元素的电负性较大，其所形成的化合物键性主要为共价键，氧化物的生成热小于FeO的形成热，与硫的亲和力强，易熔于硫化铁熔体。

主要集中于硫化物－氧化物过渡圈。

三、其它的概念电负性：中性原子得失电子的难易程度。

或者说原子在分子中吸引价电子的能力叫电负性。

电离能：指从原子电子层中移去电子所需要的能量。

电离能愈大，则电子与原子核之间结合得愈牢固电子亲和能：原子得到电子所放出的能量（E)叫电子亲和能。

E越大，表示越容易得到电子成为负离子。

离子电位：是离子电价与离子半径的比值四、元素的地球化学化学分类（戈式分类）亲氧（亲石）、亲硫（亲铜）、亲铁、亲气五、类质同象的定义某些物质在一定的外界条件下结晶时，晶体中的部分构造位置随机地被介质中的其他质点（原子、离子、配离子、分子）所占据，结果只引起晶格常数的微小改变，晶体的构造类型、化学键类型等保持不变，这一现象称为“类质同象”。

六、类质同象的置换法则1.戈式法则（适于离子键化合物）①优先法则：两种元素电价相同，半径较小者优先进入矿物晶格。

②捕获允许法则：两种离子半径相似而电价不同时，较高价的离子优先进入矿物晶格。

③隐蔽法则：两个离子具有相近的半径和相同的电荷，则它们因丰度的比例来决定自身的行为，丰度高的主量元素形成独立矿物，丰度低的微量元素进入矿物晶格，为主量元素所“隐蔽”。

2.林伍德提出对戈氏法则（更适于非离子键化合物）对于二个价数和离子半径相似的阳离子，具有较低电负性者将优先被结合，因为它们形成一种较强的离子键成分较多的化学键。

第三章自然体系中元素的地球化学迁移一、元素地球化学迁移的定义当元素发生结合状态变化并伴随有元素的空间位移时，称元素发生了地球化学迁移。

二、元素地球化学迁移能力的影响因素1.内因（1）迁移前元素的存在形式（2）晶体化学键类型（3）元素的地球化学性质（半径、电价、电负性、离子电位等）。

2.外因（1）体系中组分的浓度（2）温度、压力（3）环境中PH值、Eh值的变化。

三、元素的迁移方式机制：(1)化学迁移（2）生物迁移（3）机械迁移物质状态：(1)固态物质迁移；(2)水溶液形式迁移；(3)胶体形式迁移；(4) 岩浆形式迁移；四、水-岩作用的基本类型1.氧化还原反应2.水解和脱水反应3.水合作用4.碳酸盐化或脱碳酸盐化5.阳离子交换反应五、岩浆产生的三种条件1.温度的增加；2.压力的降低；3.体系由无水转变为含水条件六、其它基本概念胶体：一种物质的细小质点分散在另一种物质中所组成的不均匀的分散系，称为胶体。

地球化学障（氧化障或还原障）：自然界氧化还原反应使元素变价，造成元素性质截然改变，导致元素原有的迁移状态在短距离内发生沉淀，这种现象称为氧化障或还原障。

造网元素（聚合元素）：四面体的中心离子，离子电位高（电价高，半径小）的元素。

变网元素（去聚合元素）：介于硅氧四面体之间，离子电位较小。

第四章放射性同位素地球化学一、同位素的概念原子核内质子数Z相同而中子数N不同的一类核素称为同位素。

二、同位素定年的基本原理在一个封闭系统内，单位时间内放射性母核衰变为子核的原子数与母核的原子数成正比。

-dN/dt=λNN：在t时刻未衰变完母核的原子数；dN/dt：单位时间内所衰变的原子数；λ：衰变速率常数（单位时间内衰变几率）1/年、1/秒；一：表示dt时间内母核的变化趋势是减少的t=0时，放射性母体原子数为N0有：●放射性同位素由N0个原子经过t时间，按以e为底的负指数方程减小到N●λ越小，母体所经历衰变的时间即衰变期越长。

设衰变产物的子体原子数为D*D0，经时间t后它原子总数为：该方程是同位素定年基本原理的表达式三、母体、子体的概念（銣-锶、钐-钕、铀-铅）母体：放射性核素；子体：母体衰变的产物。

衰变过程中初始放射性同位素称为母体，衰变成的同位素称为子体。

)1(*0-=-=t eNNNDλteNNλ-=tNeNλ=四、銣-锶等时线定年需满足的条件1）一套岩石系列的不同岩石，由于岩浆结晶分异作用造成不同岩石的Rb/Sr 比值有差异；2）结晶分异作用经历的时间较短，各岩石形成Rb-Sr 封闭体系的时间大致相同。

3）由于同源岩石具有相同的87Sr/86Sr 初始同位素比值；4）自结晶以来，每个样品都符合定年的基本条件—呈封闭体系。

五、同位素测年的计算放射性同位素年龄测定公式 ：假设：以D 表示由经过t （T 0→T ）母核衰变成的子核数D=N 0-N 把N 0=Ne λt 代入 D=Ne λt —N ＝N （e λt -1）经整理得： t=（1/λ）ln （1+（D/N ））D/N 是现存子核和母核的原子数比值。

上述两式是同位素年龄测定的基本公式，不同的同位素年龄测定方法都是以此为计算公式的。

铷—锶衰变体系定年方法；以Rb-Sr 等时线法为例说明同位素年龄测定公式。

N 0-N=D=Ne λt -N=N(e λt -1)， t=1/λln(1+D/N)据衰变规律，上述公式中t 为时间，λ为衰变常数，D 为由衰变形成的子核原子数， N 为现存母核原子数， N 0为母核原有原子数。

对于Rb-Sr 法有87Sr样品-87Sr 初始=87Rb(e λt -1)，显然定年需要已知87Sr 初始，有公式如下 )1868786878687--t e Sr Rb Sr Sr Sr Sr λ（＝样初样以样Sr Sr 8687为纵坐标，样Sr Rb 8687为横坐标作图或进行线性拟合即可求得截距即锶同位素初始比值和斜率,即e λt -1值,从而可以求得年龄 t 的值。

铀- ()()()()2120720420720423502382062042062040//11//t t Pb Pb Pb Pb U e U e Pb Pb Pb Pb λλ-⎛⎫-= ⎪--⎝⎭例题已知：U=792.1ppm; Th=318.6ppm; Pb=208.2ppm;Pb同位素组成：204Pb=0.048%(atom); 206Pb=80.33%; 207Pb=9.00%; 208Pb=10.63% 普通Pb的同位素组成：204Pb:206Pb:207Pb:208Pb=1.00 : 16.25 : 15.51 : 35.73λ8=1.55125×10-10 ; λ5=9. 8485×10-10（假定204Pb，206Pb，207Pb，208Pb的原子量为204,206，207,208；235U、238U的原子量分别为235,238；235U/238U=1/137.88）求t6/8 , t7/5 , t7/6钐-钕模式年龄的表达；第五章稳定同位素地球化学一、基本概念同位素效应：质量数不同的同位素及其化合物在物理和化学性质上的差异，称为同位素效应。

同位素分馏系数：定义为在平衡条件下，经过同位素分馏之后二种物质（或组分）中某元素的相应同位素比值之商。

δ值：样品的同位素比值相对于标准样品同位素比值的千分偏差δ（‰）= ［（R样–R标）/ R标］X1000同位素分馏值：在同位素平衡的前提下，两种不同化合物的同类同位素组成δ值的差，称为同位素分馏值△，以前也被成为富集系数。

△A-B＝δA-δB 对于同一元素的一系列化合物而言，其富集系数有简单的相加关系，即△A-C=△A-B+△B-C 同位素富集系数与同位素分馏系数的关系αA-B = (δA +1000)/(δ B +1000)103 ln αA-B ≈δA - δB = ΔA-B即ln αA-B与A, B两种物质的δ值之差相关二、同位素地质温度计的原理及应用δ值：δ（‰）= [(R样/R标) - 1] X 1000同位素分馏系数α与δ值的关系：103 ln αA-B ≈δA - δB = ΔA-B即ln αA-B与A, B两种物质的δ值之差相关103ln α= a/T2 + b/T + c （T: K)其中a，b，c 分别为常数。

1）在一般低温下，a/T2可以忽略，简化：103ln α= b/T + c2）在高温下，b/T可以忽略，简化：103ln α= a/T2 + c例题：计算高级变质岩（麻粒岩）的变质温度。

已知所测定的石英、透辉石的氧同位素组成分别为+10.2‰和+7.9‰（相对V-SMOW）。

解：1)根据Chiba et al. (1989)和Javoy (1977) 给出石英-透辉石的氧同位素平衡分馏系数与温度关系（见Matthews (1994)提供的表）：103lnα石英-透辉石= 2.75 (10^3/T)^2在δ18O＞+10 ‰情况下，最好不用103lnαA-B = δ18OA－δ18OB近似。

αA-B = (10^3+δ18OA)/(10^3+δ18OB)代入石英和透辉石数据，得10^3lnα石英-透辉石= 10^3ln[(10^3+10.2)/(10^3+7.9)] = 2.2792)计算变质温度2.75 (10^3/T)^2 = 2.279 解出T来:T = (2.75/2.279)1/2×103 = 1098 (K)将开尔文温度换算成摄氏温度:T = 1098 －273 = 825 (℃)因此，我们获得麻粒岩的变质温度为825 ℃。

注意：１）根据公式计算得到的温度是K氏温度，一定要转换为摄氏温度；２）当δ值较大时最好不要用近似公式。

三、大气降水的氢、氧同位素组成特点“四个效应”1）纬度效应：纬度增加大气降水的δD和δ18O值都减少2）大陆效应：越向内陆，大气降水的δD和δ18O值越降低。

3）海拔高度效应：海拔高度增加，大气降水δD和δ18O值降低。

4）季节效应：冬季相对夏季，大气降水亏损重同位素第六章微量元素地球化学一、基本概念微量元素:伯恩斯（晶体场理论的矿物学应用）只要某元素在体系中的含量低到可以用稀溶液定律来描述其行为，即可称微量元素。