地球化学复习要点

地球化学复习要点
1太阳系的元素丰度特征
答：①原子序数较低的元素区间，元素丰度随原子序数增大呈指数递减，而在原子序数较大的区间（Z＞45）各元素丰度值很相近；②原子序数为偶数的元素其丰度大大高于相邻原子序数为奇数的元素。

具有偶数质子数（P）或偶数中子数（N）的核素丰度总是高于具有奇数P或N的核素，这一规律称为Oddo－Harkins（奥多--哈根斯）法则，亦即奇偶规律；③H和He是丰度最高的两种元素，这两种元素几乎占了太阳中全部原子数目的98％；④与He相邻近的Li、Be和B具有很低的丰度，属于强亏损的元素，而O和Fe呈现明显的峰，为过剩元素；⑤质量数为4的倍数（即α粒子质量的倍数）的核素或同位素具有较高丰度。

此外还有人指出，原子序数（Z）或中子数（N）为“幻数”（2、8、20、50、82和126等）的核素或同位素丰度最大。

例如，4He（Z=2，N＝2）、16O（Z=8，N=8）、40Ca（Z=20，N=20）和140Ce（Z=58，N=82）等都具有较高的丰度。

2为什么碳质球粒陨石可以作为太阳系的初始物质的代表
答：因为阿伦德（Allende）碳质球粒陨石（1969年陨落于墨西哥，CⅢ型）以及其他碳质球粒陨石（尤其是CⅠ型）中的非挥发性元素丰度几乎与太阳气中观察到的非挥发性元素丰度完全一致。

3地壳元素丰度的研究方法都有哪些
答：目前应用比较广泛的有：①陨石类比法；②地球模型和陨石的类比法；③地球物理类比法等。

4地球体系中元素的赋存形式都有哪些
答：（1）独立矿物。

指形成能够用肉眼或显微镜下进行矿物学研究的颗粒，粒径大于0.001mm，并且可以用机械的或物理的方法分离出单矿物。

（2）类质同象形式。

也称结构混入物，由于参加主要元素矿物晶格，用机械的或化学的方法不易使二者分离，欲使其分离，只有破坏原矿物的晶格。

（3）超显微非结构混入物。

也称超显微包体或机械混入物等，颗粒小于0.001mm，其主要物征是不占据矿物的晶位置，因此是独立化合物，但又不形成可以进行矿物学研究的颗粒。

（4）吸附状态。

元素以离子或化合物分子形式被胶体颗粒表面、矿物晶面、解理面所吸附，这利种元素存在形式为一种非独立化合物形式。

5元素的地球化学迁移
答：地壳中的元素互相结合组成各种矿物、岩石等，对于其元素的整个历史来看，只是一个暂时的片断，它是在某个物理化学条件下，元素相对稳定、相对静止的一个暂时形式。

随着地壳物质的不断运动和物理化学环境的改变，这种相对稳定性将遭到破坏，元素将以各种方式发生活化转移，并以一种新的形式再相对稳定下来。

元素在自然界（地壳）的这种作用就称为元素的地球化学迁移。

定义：元素从一种赋存状态转变为另一种赋存状态，并经常伴随着元素组合和分布上的变化及空间上的位移。

根据水溶液中分散质点的大小，元素在水溶液中迁移的基本形式可分为三种。

①溶液：分散质点是以单分子或离子状态存在，质点直径小于10-6mm。

②胶体：溶液中的质点由许多分子微粒构成，质点直径10-3-10-6mm。

③悬浮物：呈极细粒岩屑和矿屑，靠浮力和粘滞力悬浮于水中，其质点直径大于10-3mm，而较粗粒的悬浮物沿水体底部拖曳，跳跃而搬运。

6氧化障和还原障
答：自然界氧化还原反应对变价元素的迁移、共生和沉淀有重要的控制作用。

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。

例如：煌斑岩中大量低价离子Fe2+和Mn2+，它是一个良好的还原障：
U6+ + 2Fe2+→ U4+ + 2Fe3+
↓
UO2(沥青铀矿)
7戈尔德施密特的元素地球化学分类
答：戈尔德施密特以其提出的地球起源和内部构造的假说为基础，根据化学元素的性质与其在各地球层圈内分配关系将元素分为亲石元素、亲铜元素、亲铁元素和亲气元素四类：①亲石元素，离子最外层具有2个或8个电子，呈惰性气体型稳定结构，与O、F、Cl亲和力强，多组成氧化物或含氧盐，特别是硅酸盐，形成大部分造岩矿物，并主要集中在岩石圈；②亲铜元素，离子最外层具有18个电子的铜型结构，与S、Se、Te亲和力强，多形成硫化物和复杂硫化物；③亲铁元素，离子最外层具有8～18个电子的过渡型结构，与O及S的亲和力均较弱，主要集中在地球深部的铁镍核中；④亲气元素，原子最外层具有8个电子，化学活动性较差，主要呈原子或分子状态集中在地球的大气圈中。

此外，戈尔德施密特还划分出亲生物元素（主要是C、N、H、O、P、B等），这些元素多富集在生物圈中。

8为什么微量元素能够提供更多的地球化学信息
答：微量元素可以作为地质—地球化学作用的示踪剂，其特色之处就是能近似定量地解决问题，使实际资料与模型设计结合起来。

因此，它们在解决当代地球化学的基础理论问题，如天体、地球、生命和元素的起源，为人类提供充足资源和良好生存环境等方面正发挥着重要作用。

微量元素在地球系统中不是独立存在的，它们与各种地球物质的地质过程相联系。

微量元素参与各种地球化学作用，作用过程中体系物理化学状态的转变，作用物质的质量迁移，能量的输运与动量的传递等，必然在微量元素组成上打上作用随时间演化的烙印。

为此，通过观察、捕捉微量元素提供的地球化学作用的时空信息，可用来解释各种复杂的地质作用的原因和条件，追踪作用演化历史，使为地球科学基础理论的发展。

9元素分配系数的获得方法和相应方法的优缺点
答：根据能斯特定律，分配系数应有两部分组成：平衡体系中固相（结晶相）和液相（基质）的微量元素浓度。

为了测得两相中的微量元素浓度，计算分配系数，目前常用的有两种方法：即直接测定法和实验测定法。

①直接测定法是直接测定地质体中两种平衡共存相的微量元素浓度，再按能斯特分配定律计算出分配系数。

斑晶代表熔体结晶过程中形成的矿物，基质代表熔体相。

②实验测定法其思路是用化学试剂合成不同成分（与天然岩浆成分相似）的玻璃物质；或者直接采用天然物质（如拉斑玄武岩）作为实验初始物质，使一种矿物和熔体，或者两种矿物达到平衡，并使微量元素在两相中达到溶解平衡，然后测定该元素在两相中浓度，得出分配系数。

实验测定分配系数的方法，虽在某些方面有一定的改善，但仍难于证明是否达到平衡以及难于选纯矿物，再加上实验过程中为了精确测定微量元素，其元素的浓度远远高于自然体系，这些都是目前尚未解决的问题。

10同位素等时线法定年的前提条件
答：1)应有适当的半衰期，这样才能积累起显著数量的子核，同时母核也未衰变完。

如果
半衰期太长，就是经过漫长的地质历史也积累不起显著数量的子核；如果半衰期太短，没有多久母核几乎衰变完了。

2)所测定同位素的衰变常数的精度能满足要求。

3)放射性同位素应具有较高的地壳丰度，在当前的技术条件下，能以足够的精度测定它和它所衰变的子体含量。

4)矿物、岩石结晶时，只含某种放射性同位素，而不含与之有蜕变关系的子体或虽含部分子体，其数量亦是可以估计的。

5)保存放射性同位素的矿物或岩石自形成以后一直保持封闭系统，即没有增加或丢失放射性同位素及其衰变产物。

11相容元素和不相容性元素
答：总分配系数：指元素在固相整体和熔体中的分配系数（Di），用它来研究微量元素在矿物集合体—岩石中与之平衡的熔体之间的分配关系。

往往用岩石中所有矿物的简单分配系数与岩石中各矿物含量乘积之和。

Di>1, 相容元素，如Co、Ni、Cr等
Di <1, 不相容元素，包括大离子亲石元素和高场强元素。

12大离子亲石元素和高场强元素
答：大离子亲石元素是指离子半径大于常见造岩元素的亲石元素，典型代表为K、Rb、Sr、Ba、Na、U等。

高场强元素是指离子电价较高、半径较小、具有较高离子场强(为离子电价与半径之比)的元素，典型代表为Nb、Ta、zr、Hf、Th、HREE等。

这些元素地球化学性质一般较稳定，不易受变质、蚀变和风化作用等的影响，因此常用来恢复遭后期变化岩石的原岩性质。

13同位素封闭温度
答：当岩石、矿物形成以后冷却到基本上能完全保留放射成因子体同位素的温度，称同位素封闭温度，简称封闭温度。

不同的矿物、岩石对不同放射成因子体同位素有不同的封闭温度。

封闭温度有明确的数学意义，而物理意义是模糊的。