地球化學(xué)復(fù)習(xí)題.doc

地球化學(xué)復(fù)習(xí)題一、名詞解釋1、地球化學(xué)：是研究地球及有關(guān)宇宙的化學(xué)組成、化學(xué)作用和化學(xué)演化的科學(xué)2、地球化學(xué)體系：按照地球化學(xué)的觀點，通常將要研究的對象作為一個體系3、元素克拉克值：元素在地殼中的豐度4、元素豐度：元素在宇宙或較大的地球體系中的平均含量。5、相容元素：巖漿結(jié)晶或固相部分熔融過程中偏愛礦物相的微量元素6、不相容元素：巖漿結(jié)晶或固相部分熔融過程中偏愛熔體或溶液相的微量元素。 也稱為親巖漿元素7、元素的地球化學(xué)親和性：元素形成陽離子能力和顯示出的有選擇性與某陰離子結(jié)合的特性；8、類質(zhì)同象：某種物質(zhì)在一定的外界條件下結(jié)晶時，晶體中的部分構(gòu)造位置被介質(zhì)中的其它質(zhì)點（原子、離子、絡(luò)離子、分子）所占據(jù)，結(jié)果只引起晶格常數(shù)的微小變化，而使晶體構(gòu)造類型、化學(xué)鍵類型等保持不變（保持穩(wěn)定）的現(xiàn)象。9、元素的賦存形式：元素在一定的自然過程或其演化的歷史中的某個階段所處的狀態(tài)及與共生元素間的結(jié)合關(guān)系。10、干酪根：不能被有機溶劑萃取的不溶有機物。其含量占沉積巖中有機質(zhì)的絕大部分（約90%以上）。11、生物標志化合物：又稱分子化石、地球化學(xué)化石或指紋化石。指沉積物中的有機質(zhì)以及原油、油頁巖、煤中那些直接或間接來源于活的生物體的有機化合物。12、石油：是以液態(tài)形式存在于地下的碳氫化合物的混合物。13、天然氣：廣義：一切經(jīng)自然過程生成的氣體。狹義：指在沉積有機質(zhì)演化過程中生成的可燃氣體。14、煤：沉積作用期間及期后，由植物殘體經(jīng)過一系列的物理、化學(xué)和生物學(xué)變化而形成的，其中木質(zhì)素、纖維素是成煤的主要組分。15、環(huán)境背景值：亦稱環(huán)境本底值，是在未受或基本未受人為污染或者自然污染的情況下，巖石、土壤、水體、植物等環(huán)境要素中化學(xué)元素的平均含量。16、元素的存在狀態(tài)：指元素的物理、化學(xué)相態(tài)和能量狀態(tài)、價態(tài)、化合態(tài)和結(jié)構(gòu)態(tài)等方面。元素的存在狀態(tài)不同，其遷移行為和生物毒性不同。17、生物地球化學(xué)循環(huán):是指生物圈中元素及其化合物從環(huán)境生物環(huán)境的遷移、轉(zhuǎn)化過程。18、環(huán)境污染修復(fù)：指利用物理、化學(xué)、生物方法對土壤及水體中的重金屬、有機污染進行治理，將有毒污染物轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)，或減弱其毒性，從而減少污染物對生態(tài)系統(tǒng)和人體健康的負面影響。19、地方?。褐冈谝欢▍^(qū)域內(nèi)流行的疾病，是指由于環(huán)境中某種或某些元素的不足或過量引起的生理失調(diào)。21、高場強元素和低場強元素，并各自舉例出三種以上元素 高場強元素(high field strength elements-HFSE): 離子半徑小的高電荷陽離子 (離子電位3.0)。 Zr， Hf， Nb， Ta， Th， U， Ti， REE。 低場強元素(low field strength elements-LHSE): 離子半徑大的低電荷陽離子(離子電位20，請解釋輕重稀土分異可能的原因。這一參數(shù)能較好地反映REE元素的分異程度以及指示部分熔融殘留體和巖漿結(jié)晶礦物的特征25、根據(jù)放射性衰變規(guī)律，推導(dǎo)出放射性同位素等時線公式。解：據(jù)衰變理論，在任一時刻t不穩(wěn)定母核的衰變速率正比于尚未衰變的原子數(shù)N，其衰變方程可表達為： dN/dt N （1）由t0到t求積分得： N N0 e-t （2）假定t0時，子體核數(shù)為0，則任一時刻母核產(chǎn)生的子核原子數(shù)（D*）可表示為D*N0N代入（2）式： D*N ( e-t1) 或 D*N0（1 et） （3）用D0表示t0時系統(tǒng)存在的子核原子數(shù)： D D0 D* （4）所以： D D0 N ( e-t1) （5）為方便測定，選取子體元素其它同位素（Ds）作為參照進行比值測定：D/Ds (D/Ds)0N/Ds ( e-t1) (6)（6）式即為放射性同位素等時線公式。26、 Rb-Sr等時線滿足的條件是什么 1）所研究的一組樣品（巖石或礦物）具有同時性和同源性；2）形成時Sr同位素組成在體系內(nèi)是均一的，因而有著相同的87Sr/86Sr初始同位素比值；3）體系內(nèi)化學(xué)成分不同，Rb/Sr比值有差異，可確保獲得一條較好的等時線；4）自結(jié)晶以來，Rb、Sr保持封閉體系，沒有與外界發(fā)生物質(zhì)交換。四、論述題1、論述地球化學(xué)、化學(xué)、地球科學(xué)其他學(xué)科在研究目標和研究方法方面的異同？ 地球化學(xué)與與研究地球物質(zhì)成分的礦物、巖石、礦床學(xué)和化學(xué)的關(guān)系如下表所示： 地球化學(xué) 研究對象 全部化學(xué)元素 與同位素 元素在地球、 地 殼中演化活動 的整個歷史 地球、地殼 礦物學(xué) 原子的集合體 礦物 巖石學(xué) 礦物的集合體 巖石 礦床學(xué) 有用礦物的集合 體礦石、礦床 化學(xué) 元素及化合 物 元素及化合 物的化學(xué)性 質(zhì)及行為 實驗室 研究內(nèi)容 研究對象所 處的空間位 置 只研究元素全部活動歷史過程中的某個階段，元素活動 的某個“暫時”存在的形式 地球、地殼 從表中我們可以看出： 1)地球化學(xué)是研究元素在地球、地殼中演化活動的整個歷史，而礦物、巖石、礦床等學(xué)科僅研究元素全部活動歷 中的某個階段； 2)地球化學(xué)是在自然界，又具有空間上條件的不均一性，時間上單向演化和階段性，體系的多組分，多變度及總 體的開放性； 3)地球化學(xué)研究不能脫離基礎(chǔ)地質(zhì)工作，它的一般工作程序仍然是 在研究任務(wù)的指導(dǎo)下采用先野外，后室內(nèi)的 工作順序，并注意從對地質(zhì)體的觀察來提取化學(xué)作用信息，建立地球化學(xué)研究構(gòu)思。而化學(xué)主要是在實驗室中，它 是人為控制的體系，可以任意調(diào)節(jié) T、P、pH、Eh、C 和純化雜質(zhì)2、論述類質(zhì)同象規(guī)律的意義。 1）.確定元素的共生組合以巖漿巖為例：Ni、Co、Cr等主要集中于超基性巖中, 這與超基性巖中Fe、Mg礦物大量析出有關(guān)；酸性巖中Li、Be、Rb、Cs、Tl、Ba、Y、W、Sn、Pb等的高含量往往與K、Na、Si礦物的富集有關(guān)；各類巖漿巖中微量元素含量高低及其變化實際上反映了元素間的結(jié)合規(guī)律；微量和主量元素的組合及微量元素對主量元素的依賴，主要受類質(zhì)同象規(guī)律制約； 2.）決定元素在共生礦物之間的分配元素在同一巖石各組成礦物間的分配往往是極不均勻的，這種不均勻分配受結(jié)晶化學(xué)和熱力學(xué)多方面因素的控制，可以歸納為主要受類質(zhì)同象規(guī)律和分配定律的控制。3.） 支配微量元素在交代過程中的行為 熱液作用下巖石常發(fā)生交代變質(zhì)。交代變質(zhì)過程中系統(tǒng)是開放的，有元素遷出和帶入；在主量元素發(fā)生遷移的同時，與主量元素發(fā)生類質(zhì)同象置換的微量元素也會發(fā)生相似的遷移活動；如鉀長石交代巖石中的鈉長石時，Sr2+會隨著Na+而遷出進入溶液， 而Rb+則隨著K+一起進入鉀長石中；4.） 類質(zhì)同象元素比值可作為地質(zhì)作用過程和地質(zhì)體成因的標志黃鐵礦中常有Co、Ni等元素呈類質(zhì)同象混入； 在內(nèi)生和外生條件下生成的黃鐵礦中Co、Ni含量不同。黃鐵礦Co/Ni比值可以確定礦床的成因。5.） 標型元素組合礦物中含有大量類質(zhì)同象的“雜質(zhì)”，但同一種礦物在特定成因下往往只富含某些特征類質(zhì)同象元素組合，據(jù)此可推斷礦物形成環(huán)境。 將有成因意義的元素組合稱為指紋元素組合，也稱為標型元素組合。6. ） 影響微量元素的集中或分散 以Be礦化為例分析類質(zhì)同象是如何影響微量元素集中和分散的；地質(zhì)事實： Be的質(zhì)量分數(shù)-堿性巖中Be為(710-6)- (910-6)，酸性花崗巖中為(310-6)-(510-6)。 酸性花崗巖中相對較低，但是自然界極少見到與堿性巖有關(guān)的Be礦床, 卻在某些與酸性花崗巖有關(guān)的偉晶巖脈中發(fā)現(xiàn)Be礦床, Be以形成綠柱石(Be3Al2Si6O18)形式富集。7.） 分配系數(shù)與地質(zhì)溫度計微量元素在晶體中的分配系數(shù)(distribution coefficients)可用于估計共存礦物形成的溫度，稱為地質(zhì)溫度計-geothermometers。8. ）環(huán)境地球化學(xué)效應(yīng)19世紀末的歐洲，有人在廢棄的鉛鋅礦山附近居住，數(shù)年后這些人得了一種怪病，渾身骨骼疼痛難忍，后來，病人的手腳稍用力或略一彎腰就會導(dǎo)致骨骼斷裂，最后只能在痛苦中死去。對此許多名醫(yī)都未能查出病因，后來還是法醫(yī)發(fā)現(xiàn)病人破碎的骨骼中鎘(Cd)含量異常高。 這種病后來被定名為“骨痛病”4、 論述石油和天然氣形成的一般過程。石油和天然氣是沉積有機質(zhì)熱演化過程的階段性產(chǎn)物。演化過程可分為三個階段：（1）成巖作用階段：溫度、壓力低，促使有機質(zhì)演化的主要營力是生物作用。沉積物中的有機質(zhì)：被微生物的新陳代謝所利用，轉(zhuǎn)化為微生物的細胞，經(jīng)縮合作用形成干酪根（生油母質(zhì)）（2）深成熱解作用階段；（3）變質(zhì)作用階段。5、 論述人類對生物地球化學(xué)循環(huán)的干擾作用？并舉例說明。 人類對碳循環(huán)的干擾： （1）森林的過度砍伐造成植被覆蓋率低，植被對大氣中CO2的吸收量減少； （2）能源燃料的燃燒會向大氣排放大量CO2。人類對氮循環(huán)的干擾： （1）任何的燃燒活動均能產(chǎn)生大量NO，經(jīng)一些列化學(xué)作用形成酸雨，破壞農(nóng)作物、樹木，使生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生紊亂； （2）NO3-等反硝化作用和礦物燃料不完全燃燒產(chǎn)生的NO2、NO等進入大氣，不僅能與碳氫化合物形成光化學(xué)煙霧，而且還破壞臭氧層，紫外線增加；NO2也是一種溫室氣體； （3）氮肥需求量增加，促使合成氨工業(yè)從大氣中消耗更多N2，或促使開采更多的含氮礦物原料（如煤等） （4）含有大量氮的農(nóng)田排水和城鎮(zhèn)生活污水造成水體污染和富營養(yǎng)化。人類活動對磷循環(huán)的干擾： （1）磷肥的大量使用，造成農(nóng)田水含磷量增高；生活污水和某些工業(yè)廢水中含有較高的磷，進入湖泊和海洋后將造成富營養(yǎng)化和海洋赤潮； （2）由陸地進入海洋的磷，只能部分返回陸地，從未造成陸地磷的減少，為了保證工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，只能大量開采磷礦石，進一步加快陸地磷的循環(huán)。人類活動對硫循環(huán)的干擾： （1）含硫煤和石油燃燒產(chǎn)生的SO2約占人類活動向大氣排放的SO2總量的2/3； （2）石油的煉制、硫化物礦石的冶煉等排放的廢氣中也含有大量SO2，進入大氣后不僅對動植物產(chǎn)生危害，同時經(jīng)氧化形成酸雨后，會對土壤和植被產(chǎn)生大面積的破壞。6、 推導(dǎo)分異結(jié)晶作用模型 一個包含不同組分總摩爾數(shù)為n的有限巖漿房，其中有y摩爾微量元素i(如Ni)。 體系中i的摩爾分數(shù)為Xiy/n。 當一種含i的礦物結(jié)晶時，如果每個相繼晶體內(nèi)層來不及與殘余熔體保持平衡，或由于i在晶體中擴散緩慢，或由于晶體下沉使晶體每個相繼內(nèi)層未能與殘余熔體保持平衡。在一個短時間之后，n變?yōu)閚-dn， y變?yōu)閥-dy， 此時晶體與熔體中i的摩爾濃度分別為: Xi晶體dy/dn Xi熔體(ydy)/(ndn) (4.11) i為微量元素服從亨利定律， 據(jù)分配定律: Xi晶體dy/dnKDXi熔體 (4.12)dy/dn可直接用Xi熔體表示。4.11右邊，相對y，dy可忽略不計，相對于n，dn可忽略不計。有: Xi熔體y/n，所以 ynXi熔體上式兩邊對n微分: dy/dnndXi熔體/dnXi熔體 將4.12代入上式得: KDXi熔體ndXi熔體/dnXi熔體 (4.13) 整理后: dXi熔體(1/n)dn (4.14)如果在結(jié)晶過程中KD為常數(shù)，對上式在Xi0和Xi熔體之間以及初始熔體量n0和任何時刻n值之間積分，得出分異結(jié)晶過程中該微量元素濃度的總體變化: (4.15) (KD1) (4.16) (n/n0)為殘余熔體占原始熔體的百分數(shù)，以F表示， 1-F反映巖漿的結(jié)晶程度， 有： Xi熔體Xi0 F(KD1) (4.17) 7、 假定有一含斜長石50%， 單斜輝石30%， 橄欖石20%的輝長巖源巖經(jīng)歷部分熔融， 用批次熔融模型計算當F=0.05，0.1，0.15，0.2， 0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8，0.9時Rb，Sr的Cl/Co，并繪制每種元素的Cl/Covs.F的演化圖解。分配系數(shù)參考簡答題 23中的表。 7.根據(jù)下表中給定的sample 1#和sample 2#的稀土元素的數(shù)據(jù)，計算REE，LREE/HREE， (La/Yb)N和Eu，根據(jù)Eu解釋Eu異常出現(xiàn)的原因，計算球粒隕石標準化數(shù)據(jù)并把標準化的數(shù)據(jù)投入下圖中，根據(jù)稀土配分圖描述sample 1#和sample 2#的稀土地球化學(xué)特征及可能反映的巖漿成因。相對于三價REE離子，Eu在斜長石和鉀長石中是相容元素，斜長石和鉀長石結(jié)晶或斜長石在部分熔融殘余體中的存在可以在熔體中造成Eu虧損或負異常，即Eu異常主要受長石特別是長英質(zhì)巖漿的控制。因此由結(jié)晶分異長石從長英質(zhì)熔體中移出，或巖石部分熔融長石保留在源區(qū)，都會在熔體中產(chǎn)生Eu負異常；石榴子石，磷灰石，普通角閃石，單斜輝石，紫蘇輝石，榍石等在殘余體中存在或早期結(jié)晶析出均可造成熔體中Eu相對富集或形成Eu正異常。在一火山巖系列中，Eu負異常逐漸增大，表明如果是斜長石作為斑晶，則斜長石不斷從熔體中析出是Eu負異常逐漸增加的原因；sample 1#sample 2#C1 ChondriteLa18.533.5940.237Ce49.289.9310.612Pr7.2861.7290.095Nd30.948.3710.467Sm7.5672.6480.153Eu1.9781.3910.058Gd7.8233.1990.2055Tb1.4380.6030.0374Dy8.6863.8690.254Ho1.7760.8480.0566Er52.4170.1655Tm0.7270.3620.0255Yb4.5912.4760.17Lu0.6720.3940.02548.根據(jù)下圖分別描述部分熔融和