地球的化学演化

Fe2++H2O
Fe(OH)2+2H+ Fe(OH)2 (8×10-16) >5.5
>7.2
Fe3++H2O >3.2
Fe(OH)3+2H+ Fe(OH)3 (3×10-39) >2.2
Mn2++H2O
Mn(OH)2+2H+
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Mn(OH)2 (1.9×10-13) >8.5 >10 Ca(OH)2 (5.5×10-6) Mg(OH)2 (1.8×10-11) >8.5 >11.5
8SiO2+4K(OH)
大气圈O2 的主要来源； (1) 火山排气作用 (2) 早期大气电离作用 (3) 生物作用
由上述反应和溶度积大小，可以看出，地 球早期硅铁建造，与碳酸岩的缺失，表明 当时海水具有较低的PH值，碳酸岩的大规 模沉淀标志海水PH值发生由酸性向碱性方 向的变化。正是水圈PH值的变化导致大气 圈中的CO2快速向固体岩石圈的转化，使 大气圈由CO2型向富氮氧型转化。
的沉积。
地球的化学演化
什么因素使海水PH值增大： 早期水圈体积相对较小，酸性水圈的形成是
强烈火山活动作用的结果，火山气体的持续 排放使大气中CO2、H2S等酸性气体不断浓 集，大气与水圈的气体溶解平衡，决定了早 期水圈具有酸性强和相对还原性质。 水圈PH值的增大需要从水圈、岩石圈的相 互作用方面去思考 。
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成矿作用： 出现层控超大型热水沉积Pb-Zn矿床, 开始
出现层控型Cu矿床（产于白云岩内）、出 现超大型泻湖蒸发型矿床: MgCO3 (菱镁矿) CaCO3 FeCO3 MnCO3 （菱锰矿）和超 大型沉积变质改造的硼镁铁矿床等。
元古宙水圈的性质发生了重大变化，突出
特征是PH值增大，它导致CO2在水中溶解 度增大 降低了MgCO3 CaCO3 FeCO3 开始沉淀的浓度，由此引发了大规模碳酸岩
地球的化学演化
这一时期地壳的组成和性质尚无确切地质 记录，认识主要来自类地行星的对比分析。
2、37—25亿年（太古宙） 内动力地质作用：太古宙地壳广泛分布着 玄武岩、科马提岩（橄榄岩岩浆），与花 岗岩组成绿岩-花岗岩地体。 化学沉积作用：以条带状硅-铁建造最为特 征 这一时期的水圈具有较低的PH值（约 在2-5之间）和较高的温度，
水圈PH值的变化:
地球固体表面为一个强氧化壳, 这是月球不具备的. 岩石圈与水圈中发生的氧化还原反应对水圈的PH值 将产生重要影响:
4Fe+2+4H++O2 --- 4Fe+3+2H2O 氧化反应将消耗大量H+，使溶液向碱性方向演化。 表生含水矿物的形成,释放出(HO)- 离子 4K[AlSi3O8]+10H2O=Al4[Si4O10](OH)8 •4H2O+
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Cr主要出现在蛇绿岩内，Cu、Ni成矿主要 与偏基性的橄榄岩侵入体有关，而V、Ti与 基性侵入体关系密切。内生成矿作用中成矿 元素种类与元素组合进一步复杂化。
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橄榄质岩浆和花岗质岩浆的广泛出现表明 这一时期上地幔和地壳温度远比现今高得 多。 关于原始地壳化学组成的基本观点： (1) 最早的地壳可能是玄武质的，地壳再熔融 形成花岗岩，使地壳不断演化。 (2) 最早的地壳可能是酸性或中酸性的,是早期 地幔分异形成的。
地球的化学演化
地表玄武质岩石在酸性介质作用下，大量 Ca、Mg、Fe被溶解带入海洋，为这一时期 特大型沉积铁矿的形成奠定了物质基础。铁 的沉积使海水中的Ca、Mg浓度不断增大， 但并无钙、镁的广泛沉积，指示当时水圈具 有弱酸性。
大气CO2与海洋间的平衡： 25℃溶度积
沉淀的PH范围 10-2M 10-5M
CO2+Mg2++H2O
MgCO3+2H+ MgCO3（1×10-5)
CO2+Ca2++H2O
CaCO3+2H+ CaCO3（3.8×10-9)
CO2+ Fe2++H2O
FeCO3+2H+ FeCO3 (3.2×10-11)
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成矿作用：表生沉积矿产以铁矿为特征， 也是地球演化历史中铁的最重要的成矿期。 内生成矿作用： 主要与绿岩-花岗岩有关，主要矿产：与科马 提岩有关的Cu-Ni硫化物矿床、与绿岩-花岗 岩有关的超大型金矿床。主要成矿元素有： Cr Ni Co Cu Au Ag Zn和铂族元素等， Zn与Cu共生。
第二章 元素在地球各圈层中的分布
第四节 地球的化学演化
第四节 地球的化学演化
根据地质和地球化学综合研究成果，已知 迄今46亿年的地球历史中经历了几个重大 的地质时期：
1、37亿年前（冥古宙） 太阳系原始星云物质经重力聚集产生吸积 作用，逐步形成了密度较大的星体。地球 在早期的吸积过程中逐渐形成了原始的地 核、地幔和地壳。
地球的化学演化
3、25—16亿年（古元古代） 世界主要克拉通基本形成，地壳趋于稳定， 火山活动减弱，裂谷发育。 幔源基性岩浆侵人地壳形成广泛的层状侵入 体和基性岩墙群，并伴有Cr、Ni、Co、Cu、 Fe、P 和铂族元素的富集成矿。
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生物作用： 这一时期藻类生物大量繁殖，光合作用增 强，大气游离氧增加。大气中CO和CH4的 氧化，使CO2含量显著增加．
地球的化学演化
PH值的变化使水圈不断向氯化物—碳酸盐水圈转 化。
4、16—5.7亿年（中、新元古代） 中新元古代以来，延续了早元古代的基本特征，
克拉通经过扩大、分裂、聚合、再扩大，地壳相 对稳定，幔源岩浆活动减弱。全球范围内出现与 基性-超基性岩有关的Cu、Ni、Co铂族、Fe和P 的成矿作用。中元古代之后的基性-超基性岩的成 矿作用表现出Cr与Cu、Ni与V、Ti成矿的分化。
地球的化学演化
由于地球的去气作用，产生了地球外部的大气 圈。原始大气圈的成分主要是H2、H2O、CH4 NH3、N2、CO、CO2、H2S以及少量的惰性气 体。由于游离氧很少，所以大气圈具有还原性质。
40亿年左右，地球遭受了强烈的陨石冲击 火山 活动加强，扩大了原始的水圈和大气圈。
原始水圈中因含有HF、H3BO4和SiO2，估计当 时地表水的PH值接近于l-2．