1太陽系和地球系統(tǒng)元素地豐度

1、實用標準文案第一章太陽系和地球系統(tǒng)的元素豐度元素豐度是每一個地球化學體系 的基本數(shù)據(jù)，可在同一或不同體系中用 元素的含量值來進行比較，通過縱向 （時間）、橫向（空間）上的比較，了 解元素動態(tài)情況，從而建立起元素集 中、分散、遷移活動等一系列地球化學 概念。從某種意義上來說，也就是在探 索和了解豐度這一課題的過程中，逐漸 建立起近代地球化學。研究元素豐度是研究地球化學基礎 理論問題的重要素材之一。宇宙天體是 怎樣起源的？地球又是如何形成的？地殼中主要元素為什么與地幔中的不一 樣？生命是怎么產(chǎn)生和演化的？這些研究都離不開地球化學體系中元素豐度分 布特征和規(guī)律。文檔基礎概念太陽系的組成及元素豐度地球

2、的結(jié)構(gòu)和化學成分地殼元素的豐度區(qū)域中元素分布的研究實用標準文案1.1基本概念.地球化學體系按照地球化學的觀點，我們把所要研究的對象看作是一個地球化學體系。每 個地球化學體系都有一定的空間，都處于特定的物理化學狀態(tài)（ C、T、P等）， 并且有一定的時間連續(xù)。這個體系可大可小。某個礦物包裹體，某礦物、某巖石可看作一個地球化學 體系，某個地層、巖體、礦床（某個流域、某個城市）也是一個地球化學體系， 從更大范圍來講，某一個區(qū)域、地殼、地球直至太陽系、整個宇宙都可看作為一 個地球化學體系。/、同尺度的地球化學體系實例：太陽系、地球、自然金礦物地球化學的基本問題之一就是研究元素在地球化學體系中的分布（豐度

3、）、分配問題，也就是地球化學體系中元素“量”的研究。.分布與豐度所謂元素在體系中的分布，一般認為是元素在這個體系中的相對含量 （以元 素的平均含量表示），即元素的“豐度”。其實“分布”比“豐度”具有更廣泛 的涵義：體系中元素的豐度值實際上只是對這個體系里元素真實含量的一種估計， 它 只反映了元素分布特征的一個方面，即元素在一個體系中分布的一種集中（平均） 傾向。但是，元素在一個體系中，特別是在較大體系中的分布決不是均一的，還文檔實用標準文案包含著元素在體系中的離散（不均一）特征，因此， 元素的分布包括：元素的 相對含量（平均含量=元素的“豐度”）； 元素含量的不均一性（分布離散特 征數(shù)、分布所

4、服從的統(tǒng)計模型）。需要指出的是，從目前的情況來看，地球化學對元素特征所積累的資料 （包 括太陽系、地球、地殼）都僅限于豐度的資料，關(guān)于元素分布的離散程度及元素 分布統(tǒng)計特征研究，僅限于 在少量范圍不大的地球化學體系內(nèi)做了一些工作。.分布與分配元素的分布指的是元素在一個化學體系中（太陽、隕石、地球、地殼、某地 區(qū)等）的整體總含量；元素的分配指的是元素在各地球化學體系內(nèi)各個區(qū)域或區(qū)段中的含量；分布是整體，分配是局部，兩者是一個相對的概念，既有聯(lián)系又有區(qū)別。例如，地球作為整體，元素在地殼中的分布，也就是元素在地球中分配的表 現(xiàn)，把某巖石作為一個整體，元素在某組成礦物中的分布，也就是元素在巖石中 分配

5、的表現(xiàn)。.絕對含量和相對含量各地球體系中常用的含量單位有兩類，絕對含量和相對含量絕對含量單位相對含量單位T噸%百分之X10-2kg千克%o千分之X10-3g克mg量克ppm、聞/g、g/T白力分之X10-6聞微克ppb、聞/kg十億分之X10-9ng毫微克ppt、pg/g萬億分之X10-12pg微微克.2太陽系的組成和元素度文檔實用標準文案隕石的化學組成太陽系元素豐度規(guī)律獲得太陽系豐度資料的主要途徑系成分的關(guān)鍵。大家都知道，我們地球所在的太陽系是由太陽、行星、行星物體（宇宙塵、彗星、小行星）組成的，其中太陽的質(zhì)量占太陽系總質(zhì)量的99.8% ,其他成員的總和僅為0.2% ,所以太陽的成分是研究太

6、陽那么，太陽系的成分是如何獲得的呢？一、獲得太陽系豐度資料的主要途徑.光譜分析對太陽和其它星體的輻射光譜進行定性和定量分析以獲得元素組成資料。 但 這些資料有兩個局限性：一是有些元素產(chǎn)生的波長小于 2900?,這部分譜線在 通過地球大氣圈時被吸收而觀察不到；二是這些光譜只產(chǎn)生于表面，它只能反映 表面成分，如太陽光譜是太陽氣產(chǎn)生的，只能說明太陽氣的組成。文檔實用標準文案光譜測試儀太陽光譜.直接分析如直接測定地殼巖石、各類隕石和月巖、火星巖石的樣品。上個世紀七十年代美國“阿波羅”飛船登月，采集了月巖、月壤樣品，1997年美國“探路者”號，2004年美國的“勇氣”、“機遇”號火星探測器測定了火星巖石

7、的成分。宇航員月亮車火星車.利用宇宙飛行器分析測定星云和星際物質(zhì)及研究宇宙射線。除了太陽成分外，隕石的成分是人類研究太陽系成分的重要地外物質(zhì)。二、隕石的化學組成隕石是從星際空間降落到地球表面上來的行星物體的碎片。文檔實用標準文案隕石撞擊過程Flashl隕石是空間化學研究的重要對象，具有重要的研究意義：它是認識宇宙天體、行星的成分、性質(zhì)及其演化最易獲取、數(shù)量最大的 地外物質(zhì)； 它是認識地球的組成、內(nèi)部構(gòu)造和起源的主要資料來源；隕石中的60多種有機化合物是非生物合成的“前生物物質(zhì)”，對探索 生命前期的化學演化開拓了新的途徑；可作為某些元素和同位素的標準樣品（如稀土元素，鉛、硫同位素等）。.隕石類型

8、隕石主要是由鍥-鐵合金、結(jié)晶硅酸鹽或兩者的混合物所組成，按成分分類：1）鐵隕石（siderite ）:主要由金屬Ni、Fe （占98%）和少量其他元素組 成（Co、S、P、Cu、Cr、C 等）。2）石隕石（aerolite ）:主要由硅酸鹽礦物（橄欖石、輝石）組成。這類隕石可以分為兩類，按它們是否含有球粒硅酸鹽結(jié)構(gòu)，分為球粒隕石和無球粒隕石。這些隕石大都是石質(zhì)的，但也有少部分是碳質(zhì)的。碳質(zhì)球粒隕石是球粒隕石 中的一個特殊類型，由碳的有機化合分子和主體含水硅酸鹽組成。它對探討生命起源和太陽系元素豐度等各方面具有特殊的意義。由于阿倫德（ Allende ）碳質(zhì) 球粒隕石（ 1969年隕落于墨西哥）

9、的元素豐度幾乎與太陽氣中觀察到的非揮發(fā) 性元素豐度完全一致，因此碳質(zhì)球粒隕石的化學成分已被用來估計太陽系中非揮 發(fā)性元素的豐度。3）鐵石隕石（sidrolite ）:由數(shù)量上大體相等的Fe-Ni和硅酸鹽礦物組成， 是上述兩類隕石的過渡類型。文檔實用標準文案鐵隕石石隕石.隕石的平均化學成分要計算隕石的平均化學成分必須要解決兩個問題：首先要了解各種隕石的 化學成分；其次要統(tǒng)計 各類隕石所占的比例。不同學者采用的方法不一致，如 V.M.Goldschmidt 采用硅酸鹽：鍥-鐵：隕硫鐵=10 ： 2 ： 1 ,其隕石的平均化學 成分計算結(jié)果如下：73?OFeSiMgSNiAl%32.3028.801

10、6.3012.302.121.571.38CaNaCrMnKTiCoP1.330.600.340.210.150.130.120.113.幾點共識從表中我們可以看到 O、Fe、Si、Mg、S、Ni、Al、Ca是隕石的主要化學 成分。根據(jù)對世界上眾多各類隕石的研究，雖然對隕石成分的看法還不甚一致， 但以下一些基本認識是趨于公認的：它們都來自某種曾經(jīng)分異成一個 富金屬核和硅酸鹽包裹層的行星體，這種 天體的破裂導致各類隕石的形成；石隕石與地球上的基性、超基性火山巖礦物組成和化學成分相似，鐵隕石 與地核的化學成分相似。因此，隕石的母體在組成上和結(jié)構(gòu)上與地球極為相似 ；各種隕石分別形成于不同的行星母體，

11、這是因為各類隕石具有不同的年齡、成分差異和氧同位素比值；隕石的年齡與地球的年齡相近（利用隕石鉛同位素測得的年齡是45.5 士 0.7億年）；隕石等地外物體撞擊地球，會突然改變地表的生態(tài)環(huán)境并可能誘發(fā)大量的文檔實用標準文案生物滅絕，構(gòu)成了地球演化史中頻繁而影響深遠的突變事件。為此研究隕石對探討生態(tài)環(huán)境變化、古生物演化和地層劃分均具有重要意義。三、太陽系元素豐度規(guī)律對太陽系元素的豐度估算各類學者選取太陽系的物體是不同的。 有的是根據(jù) 太陽和其它行星光譜資料及隕石化學成分，有的根據(jù) I型球粒隕石。再加上估算 方法不同，得出的結(jié)果也不盡相同，下表列出了 GERM （1998 ）的太陽系元素 豐度（單位

12、：原子數(shù)/106Si原子）。太陽系元素豐度序號元素推薦值相對誤差（土1sigma）序號元素推薦值相對誤差（土1sigma）1H2.79E+10-47Ag0.4862.9%2He2.72E+09-48Cd1.616.5%3Li57.19.2%49In0.1846.4%4Be0.739.5%50Sn3.829.4%5B21.210.0%51Sb0.30918.0%6C1.01E+07-52Te4.8110.0%7N3.13E+06-53I0.921.0%8O2.38E+0710.0%54Xe4.720.0%文檔實用標準文案9F84315.0%55Cs0.3725.6%10Ne3.44E+0614.

13、0%56Ba4.496.3%11Na5.74E+047.1%57La0.4462.0%12Mg1.07E+063.8%58Ce1.1361.7%13Al8.49E+043.6%59Pr0.16692.4%14Si1.00E+060.0%60Nd0.82791.3%15P1.04E+0410.0%61(Pm)16S5.15E+0513.0%62Sm0.25821.3%17Cl524015.0%63Eu0.09731.6%18Ar1.01E+056.0%64Gd0.331.4%19K37707.7%65Tb0.06032.2%20Ca6.11E+047.1%66Dy0.39421.4%文檔實用標準

14、文案21Sc34.28.6%67Ho0.08892.4%22Ti24005.0%68Er0.2531.3%23V2935.1%69Tm0.03862.3%24Cr1.35E+047.6%70Yb0.2431.6%25Mn95509.6%71Lu0.03691.3%26Fe9.00E+052.7%72Hf0.1761.9%27Co22506.6%73Ta0.02261.8%28Ni4.93E+045.1%74W0.1375.1%29Cu52211.0%75Re0.05079.4%30Zn12604.4%76Os0.7176.3%31Ga37.86.9%77Ir0.666.1%32Ge1199.6

15、%78Pt1.377.4%33As6.5612.0%79Au0.18615.0%34Se62.16.4%80Hg0.5212.0%35Br11.819.0%81Tl0.1849.4%36Kr4518.0%82Pb3.157.8%37Rb7.096.6%83Bi0.1448.2%38Sr23.58.1%84(Po)文檔實用標準文案39Y4.646.0%85(At)40Zr11.46.4%86(Rn)41Nb0.6981.4%87(Fr)42Mo2.555.5%88(Ra)43(Tc)89(Ac)仰于這彈的數(shù)據(jù)則1應給予鄧正確的階價:Th0-03355這是一種估計值，反映的是目前人類對太陽系的認識

16、水平，因此這 4不估計糧不可能整維確的，8.0%著人們對太陽舞）至于宇宙體系探索的不斷深入，這個估計值會不斷的修正。同時，從總的方面來看，4雖然還盟很粗略139但它反跳學元素在冬陽系的9聯(lián)體規(guī)律。84%、太陽系元素豐度規(guī)律相對于io6期原廣歌的豐度何,if付母115 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 go 95奇勵X孑序仁餐卷風子醉H文檔實用標準文案我們把太陽系元素豐度的各種數(shù)值先取對數(shù)，隨后對應其原子序數(shù)作曲線圖 （如上圖），就會發(fā)現(xiàn)太陽系元素豐度具有以下規(guī)律：.H和He是豐度最高的兩種元素，這兩種元素幾乎占了太陽中全部原子數(shù) 目

17、的98 %;.原子序數(shù)較低的元素區(qū)間，元素豐度隨原子序數(shù)增大呈指數(shù)遞減，而在原 子序數(shù)較大的區(qū)間（Z45）各元素豐度值很相近；.原子序數(shù)為偶數(shù)的元素其豐度大大高于相鄰原子序數(shù)為奇數(shù)的元素。具有 偶數(shù)質(zhì)子數(shù)（P）或偶數(shù)中子數(shù)（N）的核素豐度總是高于具有奇數(shù) P或N的核 素，這一規(guī)律稱為Oddo - Harkins （奧多-哈根斯）法則，亦即奇偶規(guī)律；.質(zhì)量數(shù)為4的倍數(shù)（即a粒子質(zhì)量的倍數(shù)）的元素或同位素具有較高豐度。 此外還有人指出，原子序數(shù)（Z）或中子數(shù)（N）為“幻數(shù)” （2、8、20、50、 82和126等）的核素或同位素豐度最大。例如，4He （Z=2 , N = 2）、16O （Z=8

18、, N=8 ）、40Ca （Z=20 , N=20 ）和 140Ce （Z=58 , N=82 ）等都具有較高的 豐度；.Li、Be和B具有很低的豐度，屬于強虧損的元素，而O和Fe呈現(xiàn)明顯的 峰，為過剩元素。通過對上述規(guī)律的分析，人們認識到太陽系元素豐度與元素原子結(jié)構(gòu)及元素 形成的整個過程之間存在著某種關(guān)系：.與元素原子結(jié)構(gòu)的關(guān)系。原子核由質(zhì)子和中子組成，其間既有核力又有庫 侖斥力，但中子數(shù)和核子數(shù)比例適當時， 核最穩(wěn)定，而具有最穩(wěn)定原子核的元素 一般分布最廣。在原子序數(shù)（Z）小于20的輕核中，中子（N） /質(zhì)子（P） = 1 時，核最穩(wěn)定，為此可以說明4He （Z=2 , N=2）、16O

19、（Z=8 , N=8 ）、40Ca （Z=20 , N=20 ）等元素豐度較大的原因。又如 偶數(shù)元素與偶數(shù)同位素的原子 核內(nèi)，核子傾向成對，它們的自旋力矩相等，而方向相反，量子力學證明，這種 核的穩(wěn)定性較大，因而偶數(shù)元素和偶數(shù)同位素在自然界的分布更廣；.與元素形成的整個過程有關(guān)。H、He的豐度占主導地位和Li、Be、B等 元素的虧損可從元素的起源和形成的整個過程等方面來分析。根據(jù)恒星合成元素的假說，在恒星高溫條件下（nX106K）,可以發(fā)生有原子（H原子核）參加的 熱核反應，最初時刻H的“燃燒”產(chǎn)生He,另外在熱核反應過程中Li、Be、B 迅速轉(zhuǎn)變?yōu)镠e的同位素42He ,因此太陽系中Li、B

20、e、B等元素豐度偏低可 能是恒星熱核反應過程中被消耗掉了的緣故。1.3地球的結(jié)構(gòu)和地球的化學成分文檔地球的結(jié)構(gòu)和各圈層的組成地球元素豐度研究方法地球元素豐度及其知律地球的形成和早期分異實用標準文案Flash2在浩瀚的宇宙中，在數(shù)以億計的星系中，有一個普通的旋渦星系，我們稱之 為銀河系。銀河系中大約有3000億顆恒星，其中有一顆不起眼的，有行星環(huán)繞 的恒星，我們稱之為太陽。地球，是太陽的第三顆行星。宇宙中的地球，極其渺小，只能用“滄海一粟”來描繪。但她孕育了生命， 孕育了人類，這在我們已知的宇宙范圍內(nèi)，是獨一無二的。、地球的結(jié)構(gòu)和各圈層的組成地球由于早期的熔融和分異，形成了由不同物質(zhì)組成的分層結(jié)

21、構(gòu)。 根據(jù)地震 壓縮波（P波）和剪切波（S波）隨地球深度的變化特征，將地球內(nèi)部分成地殼、地幔 和地核三層。Flash3地核.地殼的結(jié)構(gòu)和化學組成按照地球物理的概念，地殼是指從地表（包括陸地表面和海洋底面）開始， 深達莫霍面（M界面）的層殼，它不包括水圈和大氣圈，也不等于巖石圈，僅 僅相當于巖石圈的上部。研究表明，大陸地殼的平均厚度為35km ,而大洋地殼厚度僅為7km左右, 兩者相差很大，主要原因是其巖石類型及其組成不同。大陸地殼可分為上地殼和下地殼，上地殼厚 8 12km ,由偏酸性的火成巖 和沉積巖組成，下地殼主要由麻粒巖、玄武巖等中酸性或中基性巖石組成， 它在 組成上比上地殼均一。相比之

22、下，大洋地殼的巖石就要簡單得多，整個洋殼全是玄武巖組成，其中 大洋型拉斑玄武巖占99%,僅有1%為大洋玄武巖分異的產(chǎn)物一一堿性玄武巖。Flash4.地幔的結(jié)構(gòu)和化學組成在地球?qū)尤δＰ椭?，地幔界于兩個一級界面一一 M界面（莫霍面）和G界 面（古登堡界面）之間，其 體積占整個地球的83% ,其質(zhì)量占地球總 質(zhì)量的 67.8%。根據(jù)次級地震波界面，地幔又可分為三個亞層（B、C和D），其中B為上地 幔，C為轉(zhuǎn)變區(qū)，D為下地幔。文檔實用標準文案從莫霍面往下400km深處為上地幔。對來自該圈層的超基性巖包體的研究 表明，上地幔主要由橄欖石、輝石、石榴子石及少量尖晶石、角閃石和金云母組 成。400-1000

23、km 深處稱為轉(zhuǎn)變區(qū)，由于壓力大，該區(qū)內(nèi) Fe、Mg硅酸鹽礦物 晶體結(jié)構(gòu)均從橄欖石型轉(zhuǎn)變?yōu)榧饩汀?000-2900km深處為下地幔，該圈層的組成非常均勻且富含F(xiàn)e礦物（Henderson , 1982 ）。Flash5.地核的結(jié)構(gòu)和化學組成地核是從2900km 深直到地心的整個部分，地核占地球體積的16.2% ,占地球總質(zhì)量的31.5%,地核的平均密度為10.7g/cm3 。地核是由以Ni、Fe為主要成分的Fe-Ni合金組成，相當于鐵隕石的化學組 成。地核又分為外核和內(nèi)核。根據(jù)密度和地震波速推測，地核中可能會有一定數(shù) 量的S或者Si元素。Flash6鐵核鐵隕石、地球元素豐度研究方法.隕石類

24、比法直接利用隕石的化學成分，經(jīng)算術(shù)平均求出地球的元素豐度。計算時假設：1）隕石在太陽系中形成；2）隕石與行星帶的物質(zhì)成分相同；3）隕石是已破碎了的星體碎片；4）產(chǎn)生隕石的星體（母體），其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和成分與地球相似。華盛頓等（1911 ）采用此法來研究地球元素的豐度。.地球模型和隕石類比法馬遜（ 1966 ）根據(jù)現(xiàn)代地球模型，認為地球的總體成分應取決于占地球總質(zhì)量99.3 %的地核和地幔，因此他用球粒隕石中的硅酸鹽相（silicate phase ）代表地幔，用金屬相（metal phase ）和隕硫化物（torilite phase ）代表地核， 再用質(zhì)量加權(quán)法計算出地球的平均化學成分，故又稱“

25、 SMT”法。文檔實用標準文案.地球物理類比法黎彤（ 1976 ）首先采用了這種層殼模型的地球物理類比法。該方法是先求 出地殼、上地幔、下地幔和地核4個圈層的平均成分，取各個殼層的質(zhì)量分數(shù)加 權(quán)平均得到整個地球的平均化學成分。三、地球元素豐度及其規(guī)律盡管地球元素豐度計算中存在假定性和不確定性，目前所獲得的計算值還有待檢驗和修正，但從已有的數(shù)據(jù)可以獲得以下規(guī)律：地球中最豐富的元素是Fe、O、Si和Mg ,如果加上Ni、S、Ca和Al,這 8種元素的質(zhì)量占了地球總質(zhì)量的 98%。地球中元素的分布規(guī)律和太陽系元素豐度特征是很不相同的，從元素分布的角度說明了地球和其他類地行星一樣是太陽系中比較特殊的成

26、員。地球的平均化學成分元素華盛頓（1925 ）費爾斯曼（1933 ）史密斯（1963 ）馬遜（1966 ）黎彤（1976 ）O27.7128.5629.2629.5329Na0.390.520.560.570.49Mg8.6911.0311.2812.716Al1.791.221.241.090.91Si14.5314.4714.6715.213P0.110.120.150.10.1S0.641.443.291.933.8K0.110.150.140.070.08Ca2.521.381.41.130.92Ti0.020.070.050.08Cr0.20.260.260.260.15Mn0.07

27、0.180.220.220.12Fe39.7637.0434.8234.6332Co0.230.060.170.130.03Ni3.162.962.432.391.6C0.130.03四、地球的形成和早期分異目前，關(guān)于地球成因較為流行的觀點是“星子連續(xù)吸積模型（Murry et al. 1981 ）。該模型認為：原始的太陽星云是由氣體和塵粒組成， 星際塵粒在繞“原太陽” 旋轉(zhuǎn)過程中相互碰撞、黏合，進而形成直徑為10106m的星子。在星云盤中，靠近“原太陽”的星子主要由難熔的金屬Fe、Ni及其氧化物所組成，隨著與“原 太陽”距離的增加，星子的化學組成逐漸被Mg和Fe的硅酸鹽以及水、甲烷、文檔實用

28、標準文案氨以及其它揮發(fā)性的冰所組成。在地球形成之初，由金屬 Fe和 Ni的氧化物星子加積而成地核，然 后Mg和Fe硅酸鹽星子覆蓋在之上。 隨著地球的“長大”，在星子捕獲產(chǎn) 生的熱和放射性同位素衰變產(chǎn)生的 熱的作用下，地球發(fā)生熔化并在重力 作用下發(fā)生分層。地球增生的最后階段是揮發(fā)性 星子的加積作用，這些星子由水、甲 烷、氨的冰組成，形成于星云盤的外 圈。這類冰狀星子增生到地球表面以后，很快蒸發(fā)成以水和其它揮發(fā)分組成的稠密大氣圈。隨著地球的冷卻，從 4X 109年前開始，大氣圈中的水汽逐漸凝結(jié)為海洋-正是這些海水在地球上引發(fā) 各種地質(zhì)作用，并產(chǎn)生了生命。1.4地殼元素的度地殼元素豐度的研究方法地殼

29、元素豐度的特征地殼元素豐度研究的物理化學意義地殼元素頒布的不均一性地殼（大陸）的化學組成是認識地球總體成分 分異演化和地球動力學過程的基本地球化學前提， 再加之大陸地殼是人類生活和獲取資源的場所，為 此大陸地殼化學組成的研究自地球化學學科誕生以 來一直是研究的中心問題之一。、地殼元素豐度的研究方法簡化研究方法早期克拉克計算法在陸地殼剖面法文檔實用標準文案.早期克拉克計算法于1924年發(fā)表的地球化學資是從由美國 F.W.Clarke 和 H.S.Washington 料中計算出來的。Flash7大陸地殼和海洋地殼他們的思路是在地殼上部16公里范圍內(nèi)（最高的山脈和最深海洋深度接近 16公里）分布著

30、的巖漿巖 占95% ,沉積巖占5% （4%的頁巖，0.75%的砂巖, 0.25%的灰?guī)r），而這5%沉積巖也是巖漿巖派生的，因此認為巖漿巖的平均化 學成分實際上可以代表地殼的平均化學成分。其作法如下：在世界各大洲和大洋島嶼采集了 5159個不同巖漿巖樣品和676件沉積 巖樣品；其樣品的數(shù)量相當于這些樣品在地球表面分布面積的比例；對53種元素進行了定量的化學分析；計算時用算術(shù)平均法求出整個地殼的平均值。他們的工作代表了地殼陸地區(qū)域巖石圈成分，具有重大的意義，是一項開創(chuàng)性的工作，為地球化學發(fā)展打下了良好的基礎，其數(shù)據(jù)至今仍有參考價值。.簡化研究法（取巧研究法）1）戈爾德施密斯（Goldschmidt

31、 ）采集了挪威南部冰川成因粘土 （77個樣）， 用其成分代表巖石圈平均化學成分， 其結(jié)果與克拉克的結(jié)果相似，但對微量元素 的豐度做了大量補充和修訂，Na2O和CaO含量偏低，這與表生條件下 Na和 Ca容易淋濾流失有關(guān)。2）維諾格拉多夫（1962 ）巖石比例法是以兩份酸性巖加一份基性巖來計算 地殼平均化學成分。3）泰勒和麥克倫南（Taylor和McLennan,1985 ）提出細粒碎屑沉積巖， 特別是泥質(zhì)巖，可作為源巖出露區(qū)上地殼巖石的天然混合樣品，用太古宙以后貢 巖平均值降低20%來計算上部地殼元素豐度。.大陸地殼剖面法造山作用可使下地殼甚至上地幔的巖石大規(guī)模暴露到地表，為此出露地表的大陸地

32、殼剖面是研究大陸地殼元素豐度的良好樣品。這樣的剖面僅分布在少量地 區(qū)，為了研究地殼深部（下地殼）的成分還可以采用火山巖中深部地殼包體（探 針巖）和地球物理法（地震波）。Flash8出露地表的大陸地殼剖面的一般模式（據(jù) Percival等，1992 ）文檔實用標準文案縱觀上述各種研究方法，結(jié)合目前對地殼的認識，顯然具有以下的不足之處： 首先采用的地殼的概念不統(tǒng)一，均未按照現(xiàn)代地殼結(jié)構(gòu)模型來考慮； 其次沒有考 慮巖石組成隨深度和構(gòu)造單元的變化。盡管各家所采用的研究方法不同，但所得的地殼主要元素豐度的估計值相互 接近，這充分說明其估計值是比較精確的。地殼(大陸)的化學組成是認識地球總體成分分異演化和

33、地球的力學過程的 基本地球化學前提，再加之大陸地殼是人類生活和獲取資源的場所，為此大陸地殼化學組成的研究自地球化學學科誕生以來一直是研究的中心問題之一。下面是幾種研究地殼豐度的方法。二.地殼元素豐度特征.地殼中元素的相對平均含量是極不均一的地殼中主要元素含量豐度最大的元素是 O為47% ,與豐度最 小的元素Rn (6x10-16)相差達1017倍, 相差十分懸殊。地殼中豐度最大的九種元素 O、Si、Al、Fe、Ca Na、K、Mg、Ti,占地殼總質(zhì) 量的98.13% ;前十五種元素占99.61%, 其余元素僅占0.39%。這表明，地殼中只有少數(shù)元素在數(shù)量上起 決定作用，而大部分元素處于從屬地位

34、。文檔實用標準文案.地殼中元素豐度不是固定不變的，它是不斷變化的開放體系 （1）地球表層H, He等氣 體元素逐漸脫離地球重力場；（2）每天降落到地球表層的地外物質(zhì)102-105噸；（3）地殼與地幔的物質(zhì)交換；（4）放射性元素衰變； （5）人為活動的干擾。.對比地殼、整個地球和太陽系 元素豐度數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，它們在元素 豐度的排序上有很大的不同。太陽系、地球、地殼的元素豐度對比太 陽 系：HHeONeNCSiMgFeS ;地球：FeOMgSiNiSCaAlCoNa ;地殼：OSiAlFeCaNaKMgTiH 。 與太陽系或宇宙相比, 地殼和地球都明顯地貧 H、He、Ne、N等氣體元素；而地殼與整個地

35、球相比, 則明顯貧 Fe和Mg ,同時富集 Al、K和Na,這種差異說明什么呢？.地殼元素豐度的可能原因在宇宙化學體系形成地球的演化（核化學）過程中必然伴隨著氣態(tài)元素的逃 逸，而地球原始的化學演化（電子化學）具體表現(xiàn)為較輕易熔的堿金屬鋁硅酸鹽 在地球表層富集，而較重的難熔鎂、鐵硅酸鹽和金屬鐵則向深部集中。由此可見地殼元素的豐度取決于兩個方面的原因：元素原子核的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性；宇宙物質(zhì)形成地球的整個演化過程中物質(zhì)的分異?？傊F(xiàn)今地殼中元素豐度特征是由元素起源直到太陽系、地球（地殼）的 形成和存在至今這一段漫長時期內(nèi)元素演化歷史的最終結(jié)果。三、地殼元素豐度研究的地球化學意義.控制元素的地球化學行為

36、1）元素的克拉克值（即元素在地殼中的 重量百分含量）在某種程度上影響 元素參加許多化學過程的濃度，從而支配元素的地球化學行為。例如，地殼元素豐度高的K和Na,在天然水中高濃度，在某些特殊環(huán)境中， 發(fā)生過飽和作用而形成各種獨立礦物（鹽類礦床）；而與之性質(zhì)相似的 Rb和文檔實用標準文案Cs,地殼豐度低，在天然水中濃度極低，遠達不到飽和濃度，為此不能形成各 種獨立礦物而呈分散狀態(tài)。2）限定了元素在自然界的礦物種類及種屬實驗室條件下，可以化合成數(shù)十萬種化合物，但 自然界中卻只有3000多種 礦物，礦物種屬也有限：硅酸鹽25.5% ,氧化物、氫氧化物12.7% ,其他氧酸 23.4% ,硫化物、硫酸鹽

37、24.7% ,鹵化物5.8% ,自然元素4.3% ,其它3.3%。為什么酸性巖漿巖的主要造巖礦物總是長石、石英、云母、角閃石？因為地殼中O、Si、Al、Fe、K、Na、Ca等元素豐度最高，在地質(zhì)作用體 系中濃度大，容易達到形成獨立礦物的條件。自然界中的長石、云母（白云母）和石英自然界濃度低的元素很難形成獨立礦物，如硒酸鋰（Li2SeO4）和硒酸鋤 （Rb2SeO4）；但也有例外，Be元素地殼豐度很低（1.7 X10-6）,但是它可以 形成獨立的礦物Be3Al2Si6O18 （綠柱石），其原因我們將在下一章里面講述。3）限制了自然體系的狀態(tài)實驗室條件下可以對體系賦予不同物理化學狀態(tài)，而自然界體系

38、的狀態(tài)受到限制，其中的一個重要的因素就是元素豐度的影響。例如，酸堿度（ pH值）在 自然界的變化范圍比在實驗室要窄很多，氧化還原電位也是如此。4）對元素親氧性和親硫性的限定在實驗室條件下，化合物組成的劑量可以任意調(diào)配； 在自然條件下，情況就 不同了：在地殼中O元素豐度高、S元素豐度低的環(huán)境下，Ca元素顯然是親氧 的；而在地幔、隕石的缺 O富S環(huán)境中，能形成CaS （褐硫鈣石）。.可作為判斷微量元素集中、分散的標尺1）為闡明地球化學省（場）特征提供標準。例如在東秦嶺地區(qū)進行區(qū)域地球化學研究表明：東秦嶺是一個富Mo貧Cu的地球化學省，Mo元素區(qū)域豐度比克拉克值高 2.3倍，而Cu則低于克拉克值。文

39、檔實用標準文案從資源角度來看：這樣的區(qū)域地球化學背景特征，有利于形成Mo成礦帶；從環(huán)境角度來看：克山病病區(qū)中土壤有東秦嶺地區(qū)（Mo地球化學省）效態(tài)Mo、飲水 Mo含量、主食中 Mo元素 含量普遍偏低，低于正常背景值，導致人體 Mo元素低水平，是導致克山病病因的主要 因素。2）指示特征的地球化學過程某些元素之間的克拉克值比值是相對穩(wěn) 定的，如果這些比值發(fā)生了變化，則示蹤著 某種地球化學過程的發(fā)生。例如稀土元素比值、Th/U、K/Rb、Zr/Hf、Nb/Ta在地殼環(huán)境下性質(zhì)相似， 難以彼此分離，有相對穩(wěn)定的比值。一但某地區(qū)、某地質(zhì)體中的某元素對比值（如Th/U 一般為3.3-3.5 ）偏離了地殼正

40、常比值，則示蹤著某種過程的發(fā)生。 Th/U8-10 則可認為本區(qū) 內(nèi)發(fā)生了社礦化。3）濃度克拉克值和濃集系數(shù)濃度克拉克值=某元素在某一地質(zhì)體中平均含量/某元素的克拉克值；濃 度克拉克值1意味該元素在該地質(zhì)體中集中了；濃度克拉克值1 的有 Cl、Pb 等；Ri1 的有 Mg、Cu、V、Fe、Ni、Cr、Ri值反映了地殼物質(zhì)在分異調(diào)整過C、Cs、K、Rb、U、Th、Bi、Tl、Nb 等。程中的宏觀趨勢。橫向分布：大陸地殼和大洋地殼的不均一性洋殼：占地球表面60%以上，厚5-16km ,它們的化學成分與地幔物質(zhì)相 似，以鎂、鐵硅酸鹽為主，主要成礦元素為Cr、Fe、Ni、Pt等親鐵元素。陸殼：占地球表

41、面30%,厚30-50km ,它們的化學成分由鋁、鉀硅酸鹽組 成，主要成礦元素為親氧及親硫元素 W、Sn、Mo、Cu、Pb、Zn、Ag等。陸殼內(nèi)：板塊之間、區(qū)域之間、地質(zhì)體之間、巖石之間、礦物之間元素分布文檔實用標準文案也具不均一性。洋殼與陸殼.時間上地殼元素分布的不均一性隨著地質(zhì)歷史的發(fā)展，元素的活動與分布有著明顯的規(guī)律性。地史早期：一些穩(wěn)定元素在地史早期富集成礦。如Au礦主要產(chǎn)在前寒武紀；Fe礦主要產(chǎn)在前寒武紀元古代（前寒武紀變質(zhì)鐵礦占世界鐵礦儲量60%）。地史晚期：一些活潑的不穩(wěn)定元素在地史晚期富集成礦。如Sn、Nb、Ta和W等元素，W成礦作用高峰期在中生代（燕山期）。世界部分大陸（北美

42、、南非、印度）不同地史時期成礦元素變化規(guī)律：前寒武紀：Pt、Fe、Ni、Co、Au、U（占這些元素探明儲量50%以上）； 古生代：U、Pb、Co、Ni、Pt,其次為 W、Sn、Mo、Pb、Zn、Hg 等； 中生代：W、Sn、Ag、Sb等;新生代：Hg、Mo、Cu、Pb、Zn 等。1.5具體區(qū)域中元素分布的研究元素在地殼中的豐度是地球化學研究的基礎數(shù)據(jù)。 但是，我們一般都是在某 個具體的區(qū)域內(nèi)工作的，因此更關(guān)心的是具體工作區(qū)域內(nèi)元素的分布規(guī)律。當我們想研究某地質(zhì)體中元素是相對富集還是相對貧化時，與地殼豐度對照，只能得到一般概念，而只有與相應區(qū)域中元素豐度進行比較才會更有實際意義。為此區(qū)域元素分布

43、研究是區(qū)域地球化學研究的一項基礎工作，它具有以下幾個方面的意義：.它是決定區(qū)域地殼（巖石圈）體系的物源、物理化學特征的重要基礎數(shù)據(jù)；文檔實用標準文案2.為研究各類地質(zhì)、地球化學作用、分析區(qū)域構(gòu)造演化歷史及區(qū)域成礦規(guī)律 提供重要的基礎資料；3.為研究區(qū)域生態(tài)環(huán)境，為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生等事業(yè)提供重要 信息。4/二 J 11 一mm具體區(qū)域中元素分布研究的方法確定區(qū)域范圍空間上分布規(guī)律時間上分布規(guī)律時空分布的原因.確定研究區(qū)域的范圍根據(jù)工作任務和區(qū)域特征來選 擇工作范圍。區(qū)域找礦：應該盡量與構(gòu)造單元中成 礦帶結(jié)合起來。因為一定構(gòu)造環(huán)境中 的成礦帶往往與一定的地球化學過 程相聯(lián)系，某個特定的

44、地球化學過程 必然具有某些特 征元素的分布。例如長江中下游Cu、Fe成礦帶原生環(huán)境：某流域水系沉積物中文檔實用標準文案元素的高含量與該流域源區(qū)原巖組成及元素本身的地球化學性質(zhì)等因素有關(guān)。例如武漢市沿長江、漢江流域沖積 成因土壤中鎘元素高值帶（右圖）。武漢市沿江土壤鎘元素高值帶.研究元素空間上的分布在區(qū)域內(nèi)采集不同時代和不同巖石 （土壤）類型的樣品，對所獲的樣品進行 測試分析，然后按照各類巖石在區(qū)域里所占的比例，求出該區(qū)域（表殼）元素的 豐度。為了準確把握元素的空間分布規(guī)律 （一般是二維平面），樣品在空間上必須 有一定的密度。如武漢市沿江土壤鎘的地球化學圖，就是每平方公里采集一個土壤樣品 （在

45、采樣點附近用梅花狀5點采樣組合成一個樣），再通過計算機計算成圖，就能展 示出鎘元素的空間分布趨勢。Flash9沿江鎘采樣布局圖.研究元素時間上的分布規(guī)律以武漢市沿江鎘的分布為例?，F(xiàn)代沿江沖積物鎘含量較高，歷史上如何呢？從下表中可以看到，近 70-80年以來長江沖積物中鎘的含量比早期沉積物 高2-3倍。/、同時期長江沖積物Cd (mg/kg )文檔實用標準文案近期沖積物0.671930年沖積物0.64540年前沖積物0.22810年前沖積物0.37670年前沖積物0.22Flash10不同時期長江沉積物中Cd元素含量.研究元素時空分布的原因一個地區(qū)元素的分布現(xiàn)狀是整個地質(zhì)歷史過程中元素活動的展示狀況，是各種地質(zhì)、地球化學作用的綜合結(jié)果