地壳和地幔的元素组成

.丰度的研究意义
• 丰度是每一个地球化学体系的基本数据。 近代地球化学正是在探索和了解丰度这一过程中逐渐形成的。
• 一些重要的地球化学基本理论问题都离不开地球化学体系中元素 丰度分布特征和规律研究。
1、地壳元素丰度（克拉克值）研究的意义
a、控制元素的地球化学行为 克拉克值可以支配元素的地球化学行为，如同属碱金属元素，K、 Na等常形成独立的盐类矿床，而Rb和Cs等呈分散状态。 元素克拉克值限定矿物种类及种属 限定了自然体系的状态。 对元素的结合状态有影响。 b、克拉克值是判断元素集中和分散及其程度的标尺。 查明区域的特征元素对于地球化学省的划分，确定地质体的含矿专 属性，对矿床的找寻及评价等关系十分密切。在环境研究方面，对 于污染源的追溯及治理、地方病防治，都有重要作用。全国范围内 区域地球化学测量及填图将对农业规划及环境规划等起着重要的指 导作用。 d、可以阐明地壳的形成及演化以及板块构造运动有关的动力学问 题。
2. 地壳中化学元素丰度研究方法
2) 简化方法：
b、维诺格拉多夫（Vinogradov，1962）根据地壳中出露 岩石的比例进行样品组合，用两份酸性岩加一份基性 岩的人工混合样品，获得的化学成分的平均值代表地 壳的元素丰度值。
下地壳（硅镁层）则由成分不同的麻粒岩相岩石组成。
2)大洋地壳
大洋地壳的结构：洋壳总成分相当于玄 武岩，它由玄武岩、辉长岩加上不厚的 （1～2km）的海洋沉积物构成。
2、地幔
地幔是地球最大的层圈，它从莫霍面到核－幔 边界，体积占地球的83％，质量占67％。
原始地幔形成于地球增生的最初几百万年，当 Fe-Ni分异形成地核时，由留下的富Fe、Mg的 硅酸盐物质堆积形成的初始地幔称为原始地幔。
Spinel （尖晶石） MgAl2O4
Perovskite（钙钛矿）
第二章 地壳和地幔的元素分布
第一节 地球的结构 第二节 地壳中化学元素的分布 第三节 地幔的元素组成 第四节 地壳与地幔的相互作用及物 质交换
第二章 地壳和地幔的元素分布
第二节 地壳中化学元素的分布
一. 地壳中化学元素丰度研究意义与方法 二. 地壳中的化学元素的分布特点
G 界面（核-幔边界）
E
2,900~4,980 外核
地核
F
4,980~5,120 过渡层
G
5,120~6,371 内核
密度（g/cm3） 2.7~3.0
3.32~3.65 3.65~4.68 4.68~5.69
9.40~11.50 11.50~12.0 12.0~12.3
占地球总质量（%） 0.8
10.4 16.4 41
第二章 地壳和地幔的元素分布
第一节 地球的结构 第二节 地壳中化学元素的分布 第三节 地幔的元素组成 第四节 地壳与地幔的相互作用及物 质交换
地球内部主要壳层特征
深度范围（km）
地壳 A
0~35
M 界面（莫霍界面）
B源自文库
35~400 上地幔
地幔
C
400~1,000 转变区
D
1,000~2,900 下地幔
2. 地壳中化学元素丰度研究方法
1) 克拉克方法（最早开始计算地壳的平均化学成分，1924年他和 华盛顿（Clarke F W and Washington H S）发表了“地球的化 学组成”，首次提出了元素的地壳平均含量。其方法：假设地 壳的厚度为16km，即最高的山脉及最深的海洋的高差。并采用 包括岩石圈、水圈和大气圈的广义地壳，它们的质量比分别是 93%、7%、0.03%。又假定岩石圈中火成岩占95%、沉积岩占 5%（其中页岩4%、砂岩0.75%、石灰岩0.25%），而这5%的 沉积岩是火成岩派生的，因此认为火成岩的平均化学成分代表 地壳的平均化学成分。根据世界上8602个火成岩的岩石化学数 据（53种元素），从中选择了分析质量较好的5159个数据作为 岩石圈中大陆和海洋火成岩平均化学成分计算的基础。其计算 的地壳平均化学成分实际上是这三个地圈化学组成的综合。按 48个地理区域用算术平均法求得各区平均值，再归纳为9个大洲 和大洋岛屿区域的平均值，最终求出整个地壳的平均值。
2) 简化方法： a、戈尔德施密特
戈尔德施密特（Goldschmidt，1954）采用挪威南部广 泛分布的冰川粘土作为天然的地壳混合样品。分析了 77个这种物质的样品，计算了地壳化学元素含量的平 均值。他认为这种冰川粘土可以做为一种平均样品， 代表着大面积分布的结晶岩石的平均化学成分。其分 析结果除了Na2O和CaO偏低外，其它组分的含量值都 同克拉克和华盛顿的数据相当一致。
31.5（地核）
1、地壳
莫霍面以上，其厚度变化大，5km-80km，，最厚的喜 马拉雅山地区可达80km，而洋壳的厚度通常不足 10km。最老的大陆地壳年龄为3.8～4.2Ga。现有的大 洋地壳都是小于200Ma的中生代以来的产物。
大陆地壳的岩石组成模型
1)上地壳（硅铝层），上部由未变质的岩石和绿片岩 相岩石组成，如沉积岩和花岗质侵入体；上地壳的下 部（由英云闪长岩－奥长花岗岩－花岗片麻岩为主的 角闪岩相岩石组成，富Si、K、Rb、U、Th等）
克拉克方法意义：1、开创性的工作，而地球化学发 展打下了良好的基础。2、代表大陆地壳岩石圈成 分。
后来，费尔斯曼（1928～1938）又基本遵循克拉克的 方法，利用自己的研究成果汇编了地壳元素丰度表， 并进行了地壳中元素的原子百分数即元素“原子克 拉克值”的计算。
2. 地壳中化学元素丰度研究方法
地幔的岩石组成模型
1)上地幔（铁镁硅酸盐）深度约从10km到 400km，其质量约占地球的10％，主要由橄榄 石及辉石组成，相当于橄榄岩和榴辉岩。
2）、过渡带地幔
有时也作为上地幔的一部分。从400km到670km深处， 其质量占地球的7.5％。硅酸盐的矿物结构产生相变， 橄榄石在400km处矿物结构转变为尖晶石结构；近 700km时又从尖晶石结构转变为钙钛矿结构。
3）、下地幔
深度由670km至2900km，其质量约占地球的49％。 矿物物理实验支持下地幔可能由Mg、Si、O和Fe组成， 具有钙钛矿（CaTiO3）晶体构造，称之为镁硅酸盐的 钙钛矿（Mg、Fe）SiO3结构，形成于很高压力（即 >20 GPa）。此外，伴随镁方铁矿（Mg、Fe）O，Si、 Fe及O相对于上地幔更为富集。