第1章 太阳系的组成和元素丰度,地球

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该方法没有考虑岩石组成随深度和构造单 元的变化,也即未考虑地壳结构模型; 2 计算厚度采用16km是人为确定,未考虑莫 霍面; 3虽然考虑了洋岛,但忽略了海洋地壳的物 质成分,所以实际上代表的是大陆(上)地 壳的元素丰度
(二)地壳的组成和元素丰度
②细粒碎屑沉积岩法 最早戈尔德施密特(77件冰川黏土), Taylor and McLenan(1985)发展了这一方法 特点: 细碎屑岩的源物质来自剥蚀区,源区出露岩石天然 平均样品 经济、快速,适合于区域地壳成分的估计 缺点:Na、Ca、Sr、Ba等一些易溶元素不准
引自Anderson(1993)
2.地球元素丰度: (1)地球元素丰度的研究方法: ①陨石类比法: 依据: a.陨石在太阳系形成; b.陨石与小行星成分相同; c.陨石是破坏了的星体碎片; d.产生陨石的星体,其内部结构和成分与地球 相似。
各类陨石平均(如Clarke,1924), 问题:陨石比例确定?发现的铁陨石多,而实际 陨落的石陨石多,所以结果Fe高O、Mg、Si低 球粒陨石单类陨石平均(如Ahrens,1965) 问题: Fe低!(凝聚形成地球的星子靠近太阳,发 生过分异,富难熔元素,与球粒陨石有差异)
(相似是因为有相同的起源,不同是地球物质 遭受过分异,如太阳风对挥发性组分的驱赶)
(二).地壳的组成和元素的丰度
1.地壳的组成
(1)大陆地壳: 由沉积岩, 变质岩, 侵入岩和火山岩组成,
平均厚37~40Km,占地壳质量的79%,地球质量的0.35%。
其高演化的化学成分在太阳系独一无二
近地表
花岗质
3)地壳元素丰度特征(规律)
③除了惰性气体和少数元素外,质量数为偶数的元素丰 度大于奇数(偶数的元素含量占86%)。 但有反偶数规则:如:3Li>4Be<5B, 12Mg<13Al, 15P>16S, 23V>24Cr<25Mn ④四倍规则(质量数为四的倍数) 4A型:12C, 16O , 24Mg, 28Si, 32S, 40Ca, 48Ti, 52Cr, 56Fe, 140Ce, 232Th, 238U 占87% 4A+3型:7Li, 11B, 19F, 23Na, 27Al, 31P, 35Cl, 39K, 51V, 55Mn, 59Co, 63Cu, 75As, 107Ag占13% 4A+2 (如238 U 等)和4A+1型(如9 Be )仅占0.n%

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
法令顿 0.04 ) (1911 10.10 0.17 3.80 0.39 5.20 0.14 0.49 0.04 0.46 0.09 0.03 72.06 0.44 6.50
*上下四方曰宇,古往今来曰宙。宇宙是包容了一切 时空范围的自然体系,是最高级别的体系 *在宇观尺度上,三维空间在任何时刻都是均匀各向 同性的,所有星系经历了相似的演化历程,都具有均 匀的物质分布。所以从太阳系的化学组成可推知宇宙 的物质分布。
●2)与其它类地行星一样,地球内部的物质组成不均一, 具有壳、幔、核层圈构造 地球成因:46亿年前诞生,由形成太阳和其他行星的同 样物质所构成。形成方式有两种假说: ★炽热的气态星云凝聚(均一增生再熔融分异) ★冷的固态质点逐渐吸积(非均一增生说 ) 。地球轻气 体H、He等及重气体Kr、Xe等都强亏损有利该说。目 前,星子连续吸积说较流行。
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 -
3)地壳元素丰度特征(规律)
比较:太阳系、地球、地壳中前10种元素 太阳系:H>He>O>Ne>N>C>Si>Mg>Fe>S 地球:Fe>O>Mg>Si>Ni>S>Ca>Al>Co>Na 地壳:O>Si>Al>Fe>Ca>Na>K>Mg>Ti>H(含水 圈大气圈)(P,不含水气圈)
3)地壳元素丰度特征(规律)
①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%,前13种元 素占地壳总重量的99.7%;其余只占0.3% O 与Rn相差1017倍 ②随原子序数的增加其丰度降低,例外:Li, Be, B; 232Th、238U、235U;贵金属, Se, Te等。Li, Be, B与太阳系一样仍表现为亏损
(1)大陆地壳
上部地壳深成岩体的体积比例
花岗岩类和花岗闪长岩类 石英闪长岩类 闪长岩类 辉长岩类 正长岩类、斜长岩类、橄榄岩类

77 % 8% 1% 13 % 1%



100 %
第一章 太阳系和地球系统的元素丰度
本章内容

基本概念 元素在太阳系中的分布规律 地球的结构和化学成分 地壳中元素的丰度 区域地壳元素丰度研究
(二)地壳的组成和元素丰度
2、地壳的平均化学成分与元素克拉克值
1)克拉克值的概念 元素在地壳中的丰度(平均含量)叫克拉克值。两种 表示方法 a. 重量克拉克值: 地壳中元素的重量平均含量 b. 原子克拉克值: 地壳中元素的原子平均含量(原子百分数) 重量克拉克值/元素的原子量 = 元素的原子克拉克值
(1)地球元素丰度的研究方法
③地球物理类比法(黎彤,1976):在布伦模 型A+B+C+D+E +F+G(层)基础上,提出各 层圈(地壳、上地幔、下地幔、外核、 内核)质量分数和物质成分,再加权平 均计算获得地球元素丰度
(2)地球元素丰度及其规律
华盛顿,1925;Mason,1966:地球模型-陨石类比法 黎彤,1976:地球物理类比法
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)
细碎屑岩REE组成模式与
现今大陆上地壳一致但含 量略高。降20%-30%,则一 致。因后者含稀土量少的 碳酸盐岩、石英砂岩等
(二)地壳的组成和元素丰度
③大陆地壳生长历史法 泰勒和麦克伦南(1985): 现今大陆地壳质量75%形成于太古宙(2镁铁质+1长 英质=安山质),25%形成于后太古宙,后太古宙大 陆生长主要发生在岛弧地区,代表性物质是岛弧安 山岩。
(2)洋壳
主要由洋中脊玄武岩组成(以低 的K2O, TiO2 , LREE , Rb/Sr 和 ISr为特征). 厚0~10Km,占地球质量0.1%,现今洋壳年 龄<200Ma(J以后)
海洋沉积物(1~2
Km)-洋底玄武岩+席状岩墙 群+辉长岩-超镁铁堆积岩 (以上为洋壳) →上地幔变形橄榄岩
洋壳总成分相当于苦橄质玄武岩
第一章 太阳系和地球系统的元素丰度
本章内容

基本概念 元素在太阳系中的分布规律 地球的结构和化学成分 地壳中元素的丰度 区域地壳元素丰度研究
第一章 太阳系和地球系统 元素的丰度
三、地球的结构和化学成分
先讲两个基本知识
●1)地球在天体分级体系中的位置:
宇宙→超星系团→星系团→银河系→太阳系→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 分的来自百度文库所组成
(一).地球的结构和元素丰度
1.地球的内部结构
认为由地壳、地幔、地核等不同层圈组成 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)
纵波(压缩波)P 横波(剪切波)S
1.地球的内部结构
布伦(1975) B层包括岩石 圈地幔和软 流圈 注意:400~1000Km划分较混乱①<1000Km上地幔,②400~650 (670)Km过渡层,>650(670)Km下地幔;③400~1000Km过渡层 (转变区)
深部
辉长岩质
上地壳
偏酸性火成 岩和沉积岩
下地壳
长英质麻粒岩 镁铁质麻粒岩
(1)大陆地壳
据出露地表剖面
大陆地壳地球物理分层的结构模型 (据折射地震测深资料) 上、中、下地壳平均厚度12、11、14(17)Km 地壳:拉张带薄、挤压造山带厚(已去根者也薄)
(1)大陆地壳
据欧洲3000Km地质-地球物理剖面确定
5159样品,50元素) a.岩石圈:水圈:大气圈 93% 7% 0.03% b.岩石圈中(地壳) 岩浆岩: 页岩: 砂岩: 灰岩 95% 4% 0.75% 0.25% 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 3.计算总平均化学成分
存在问题:
(二)地壳的组成和元素丰度
2、地壳的平均化学成分与元素克拉克值 2)、大陆地壳化学组成的研究方法 ①岩石平均化学组成法 如克拉克和华盛顿(1924)、维诺格 拉多夫(1962)(1基性岩+2酸性岩) 、泰勒(1964)(1花岗岩+1基性岩)
(二)地壳的组成和元素丰度
克拉克法(1924) :(8602个火成岩数据中选
★提出大陆地壳(总体)化学组成安山岩模式
另外,其下部陆壳成分的计算:假设下地壳占陆壳 厚度75%,上地壳占25%,据质量平衡,由地壳总 体减上地壳得到下地壳成分
★问题:a. 大陆地壳生长历史认识不同(再循环)
b.不同时期大陆壳原始物质性质的认识不同
(二)地壳的组成和元素丰度
④区域大规模取样和分析(地表或上地壳) Shaw et al(1967、1986、1994)对加拿大地盾 8448样;高山等(1992、1998)中国东部。 ⑤大陆地壳剖面法(选择合适的剖面,如意大利 Ivrea,有5条标志) ⑥地球物理法(主要地震波速与化学组成关系) ⑦火山岩中的深部地壳包体研究法(主要碱性玄 武岩中的麻粒岩包体)
请与
教材73页“整体地球成分估值,McDonough2003”对比
(2)地球元素丰度及其规律

Fe+O+Si+Mg ≧ 90%; ②含量大于1%的元素:Ni,Ca,Al,S; ③含量介于0.01%--1%的元素 Na,K,Cr,Co,P,Mn,Ti。 ④地球元素丰度遵循太阳系元素丰度的 基本规则,如奇偶规律、递减规律等。 但地球中亲气元素含量低(原因?)
综合陨石类比法 契尔文斯基 0.04 ) (1919 11.28 0.19 4.28 0.44 5.82 0.13 0.66 0.05 0.52 0.10 0.05 69.79 0.42 6.25
克拉克 - ) (1924 12.77 0.58 2.13 1.86 6.98 0.16 0.96 0.39 1.12 0.15 0.07 0.08 67.29 0.41 6.04
⑧大陆地壳组成模型法(据大陆地壳剖面、深部 地壳包体、实验岩石学、地球物理学等):大陆 地壳化学组成英云闪长岩模式(Wedepohl,1995)
大陆地壳化学组成英云闪长岩模式 (Wedepohl,1995)
3).地壳元素丰度特征
2、地壳的平均化学成分与元素克拉克值
3)地壳元素丰度特征(规律)
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