地球化学复习重点(部分)

绪论：1.地球化学的定义：地球化学是研究地球及其子系统(含部分宇宙体)的化学组成、化学机制和化学演化的科学。2.地球化学研究的基本问题：（1）地球系统中元素及同位素的组成问题（2）元素的共生组合和赋存形式问题（3)元素的迁移和循环（4）地球的历史与演化。

第一章：1.陨石的分类：陨石主要是由镍-铁合金、结晶硅酸盐或两者的混合物所组成按成份分为三类：(1)铁陨石：主要由金属Ni-Fe(98%)和少量其它矿物如磷铁镍古矿[(Fe,Ni,Co)3P]、陨硫铁(troilite)（FeS)、镍碳铁矿（Fe3C)和石墨(graphite)等组成。(2)石陨石：主要由硅酸盐矿物silicate minerals组成。根据它是否含有细小而大致相近的球状硅酸盐结构而进一步分为球粒陨石和无球粒陨石。球粒主要是橄榄石和辉石，有时为玻璃；无球粒陨石缺乏球粒结构，成分上与前者也有差异。(3)石-铁陨石：由数量大体相等的Ni-Fe 和硅酸盐（主要是橄榄石，偶尔辉石）组成。2.地壳、地球和太阳系元素丰度组成特征及其差异的原因：太阳系：H>He>O>C>Ne>N>Fe>Si>Mg>S；特征规律：1.原子序数较低的范围内，元素的丰度随原子序数增大而呈指数递减，而在原子序数较大的范围内（Z>45）个元素丰度值很接近；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；3.H 和He的丰度最高的两种元素；4.与He向邻近的Li和Be、B具有很低的丰度，属于强亏损的元素；5.在元素丰度曲线上O和Fe呈明显的峰，它们是过剩元素；6.质量数为4的倍数的核素和同位素具有较高丰度；地球：Fe>O>Mg>Si>Ni>S>Ca>Al>Co>Na；特征：1.地球物质的90%由Fe、O、Si和Mg四纵元素组成；2.含量大于1%的元素有Ni、Ca、Al、和S；3.Na、K、Cr、Co、P、Mn和Ti的含量均在0.01%-1%扥范围；地壳：O>Si>Al>Fe>Ca>Na>K>Mg>Ti>H ;特征：①与地球和太阳系相比，最丰富的十种元素是O-Si-Al-Fe-Ca-Na-K-Mg-Ti-H；②不均匀性：前13种元素占地壳总重的99.7％；其余只占0.3％。③分布量随原子序数增大而降低。④偶数规则：偶数原子序数元素丰度高于相邻奇数元素，但有例外。⑤四倍规则：4q 型（如16 O 等）占87％；4q＋3型（如27 Al 等）占13％；4q＋2型（如238 U 等）和4q＋1型（如9 Be ）只占千分之几。⑥差六规则：在丰度对数曲线上出现峰值的元素，其原子序数之差为6或6的倍数。⑦原子核内质子和中子的奇偶性：偶－偶：60％；偶－奇和奇－偶：35％；奇－奇：5％。⑧壳层规则（幻数）：2, 8, 14, 20, 28, 50, 82, 126。（幻數是指原子核中质子数和中子数的某个特定数值，当质子数或中子数為幻数，或者二者取值均為幻数時，原子核显示出很高的稳定性）。⑨放射性蜕变：U238，U235，K40、Rb87减少；Pb206、Pb207、Pb208，Ar40，Sr87增多。元素丰度的排序上有很大的不同：由宇宙化学体系形成地球的演化（核化学）过程中必然伴随着气态元素的逃逸。而地球原始的化学演化（电子化学）具体表现为较轻易熔的碱金属铝硅酸盐在地球表层富集，而较重的难熔镁、铁硅酸盐和金属铁则向深部集中。由此可见地壳元素的丰度取决于两个方面的原因: 元素原子核的结构和稳定性；宇宙物质形成地球的整个演化过程中物质的分异。总之，现今地壳中元素丰度特征是由元素起源直到太阳系、地球、（地壳）的形成和存在至今这一段漫长时期内元素演化历史的最终结果。3.元素地壳丰度研究的地球化学意义：元素地壳丰度(克拉克值)是地球化学中一个很重要的基础数据。它确定了地壳中各种地球化学作用过程的总背景，它是衡量元素集中、分散及其程度的标尺，本身也是影响元素地球化学行为的重要因素。 1. 控制元素的地球化学行为 1）元素的克拉克值在某种程度上影响元素参加许多化学过程的浓度，从而支配元素的地球化学行为。 2）限定自然界的矿物种类及种属3) 限制了自然体系的状态 4）对元素亲氧性和亲硫性的限定 2.可作为微量元素集中、分散的标尺 1）可以为阐明地球化学省(场)特征提供标准。2) 指示特征元素的地球化学过程 3) 浓度克拉克值和浓集系数4) 地壳丰度对地壳能源的限制

第二章：1元素的地球化学亲和性：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。分类主要包括：亲氧性元素：离子最外层为8电子（s2p6）

结构；离子键；氧化物的生成热大于FeO的生成热；位于原子容积曲线的下降部分；主要集中于岩石圈。能与氧以离子键ionic bond形式结合的金属元素称为亲氧元素。亲硫性元素：离子的最外层为18电子（s2p6d10）结构;电负性大;共价键;氧化物的生成热小于FeO的生成热;位于原子容积曲线的上升部分;主要集中于硫化物-氧化物过渡圈;能与硫结合形成高度共价键的金属元素称为亲硫元素。亲铁性元素：离子最外层电子具有8-18电子的过渡结构；金属键；氧化物的生成热最小；位于原子容积曲线的最低部分；主要集中于铁-镍核；元素在自然界以金属状态产出的一种趋向性称为元素的亲铁性。2.类质同象及其地球化学意义：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地其他质点（原子、离子、配离子、分子）所占据，结果只引起晶格常数的微小变化，晶体的构造类型、化学键类型等保持不变，这一现象称类质同象。意义：1.确定了元素的共生组合；2.决定了元素在共生矿物间的分配；3.支配微量元素在交代过程中的行为；4.类质同像的元素比值可作为地质作用过程和地质成因的标志；5.标型元素组合；6.影响微量元素的集中和分散；

7.对自然界环境有影响。3.类质同象置换法则及其控制因素： 1、戈尔德施密特类质同象法则1）优先法则：两种离子电价相同，半径有别，半径小的离子集中于较早的矿物中，而半径较大的离子（化学键弱）将在晚阶段矿物中富集。2)捕获允许法则：如果两个离子半径相近，而电荷不同，较高价离子优先进入较早结晶的矿物晶体中，称“捕获”，低价离子“允许”(admit)进入晚期矿物。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、林伍德法则：对于二个价数和离子半径相似的阳离子（离子键成分不同时）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。Ringwood类质同象法则更适用非离子键化合物。1）、晶体化学条件：原子或离子半径相近（离子电价和离子类型相同的离子键化合物） 2）.物理化学条件：①组份浓度—“补偿类质同象”②氧化还原电位4.元素的地球化学分类:戈尔德施密特元素的地球化学分类:亲铁元素、亲铜元素、亲石元素、亲气元素、亲生物元素White（2001）元素的地球化学分类（P85）:相容元素与不相容元素、高场强元素与大离子亲石元素（P86）5.元素在固相中的存在形式：自然界的矿物一般都不是按某种化学式来限定成分的纯净化合物，而往往混有杂质，这种杂质按其聚集和赋存状态可分为五种状态：①独立矿物：能用肉眼或能在显微镜下进行研究的矿物，粒径大于0.001mm机械分散物：（固相、流体相）是成分不同于主矿物的细小独立矿物或固熔体分离结构。②类质同象：或称为结构混入物，指不同的元素或质点占据相同的晶格结点位置、而晶格类型和晶格常数不发生明显变化的现象。

③超显微非结构混入物：（或称为超显微包裹体）—被包裹在其他矿物中，粒径小于0.001mm 的物质。由于它不占据主矿物的晶格位置，因此是独立矿物，但又不形成可以进行矿物学研究的颗粒。④吸附—胶体、晶体表面或解理面上由于电荷不平衡而吸附异性离子的现象。是一种结合力较弱、易被交换和分离的存在形式（活性赋存形式）。不参加主矿物晶格，在矿物表面、裂隙面等呈吸附状态；⑤与有机质结合—元素加入到有机物中，如血液中的Fe、骨骼中的Ca和脑细胞中的P都完全进入到有机质中。

第三章：1.元素地球化学迁移：当环境发生物理化学条件变化，使元素原来的存在形式变得不稳定时，为了与环境达到新的平衡，元素原来的存在形式自动解体，而结合成一种新的相对稳定的方式存在。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。元素的地球化学迁移过程包括了三个进程：首先，是元素从原来的固定（稳

定的结合）状态转化为活动（非稳定结合）状态，并进入迁移介质；随之，元素发生空间位移，在这一阶段元素有一定的迁移形式，但并没有形成稳定固相化合物；最后，元素在迁移到一个新的空间后，由于物理化学条件的明显改变，在新的环境、新的条件下元素形成新的稳定结合关系，即沉淀或结晶出新的矿物。元素迁移的标志：(1)通过矿物组合的变化来判