元素在地球各圈层中的分布PPT课件

1、研究地球内部结构、组成的方法：1 1、地球物理、地球物理: : 依据地依据地震波震波(P(P波和波和S S波波) )在地球在地球内部传播速度的变化，内部传播速度的变化，确定地球内部由若干不确定地球内部由若干不同速度的圈层组成。同速度的圈层组成。63705145289866041060220CrustUpper MantleTransition Zone Inner CoreDepth (km)LowerMantle(solid) OuterCore(liquid)第1页/共74页地球除了大气圈、水圈和生物圈外自表层向内部分三个圈层：地壳、地幔和地核。第2页/共74页2、实验模拟：高温高压实验模

2、拟地球内部 不同深度条件下具有相同地震波速的物 相组成。3、天体物质的对比：对比不同类型陨石成 分及波速特征（推测地球深部）4 、地球化学: 玄武岩和地幔包体 (200km)第3页/共74页区域深度占总地球质量的比率占地幔和地壳的比率大陆地壳0-500.003740.00554海洋地壳0-100.000990.00147上地幔10-4000.1030.453过渡带400-6500.0750.111下地幔650-28900.4920.729外核2890-51500.308-内核5150-63700.017-0-40400-670第4页/共74页一、地壳的结构与组成一、地壳的结构与组成（一）大陆地

3、壳（一）大陆地壳1 1 大陆地壳的结构大陆地壳的结构大陆地壳一般以地震康拉德面为界划大陆地壳一般以地震康拉德面为界划分分出上地壳和下地壳。出上地壳和下地壳。 第5页/共74页 上地壳上地壳P P波速度多为波速度多为5.8-6.4km/s5.8-6.4km/s相当于酸性火成岩和酸性变质相当于酸性火成岩和酸性变质岩的波速。岩的波速。但根据地表岩石加权计酸的平均但根据地表岩石加权计酸的平均化学成分接近花岗闪长岩。化学成分接近花岗闪长岩。第6页/共74页 下地壳 康拉德面到莫霍面P P波速多介于波速多介于6.5-7.2 km/s6.5-7.2 km/s，满足这一波，满足这一波速范围的岩石类型较多，在含

4、水条件下，速范围的岩石类型较多，在含水条件下，温度低于温度低于600600时，主要为时，主要为基性斜长角闪基性斜长角闪岩和角闪岩类岩和角闪岩类；相对干条件下稳定的岩；相对干条件下稳定的岩石类型为石类型为麻粒岩和石榴石粒变岩麻粒岩和石榴石粒变岩，大于，大于5050公里范围内，则以公里范围内，则以榴辉岩榴辉岩相岩石为主。相岩石为主。第7页/共74页目前研究结果倾向于目前研究结果倾向于: : 下地壳的平均化学下地壳的平均化学成分相当于偏镁铁质的中性岩。在不同构成分相当于偏镁铁质的中性岩。在不同构造背景下，岩石组合可有较大差别造背景下，岩石组合可有较大差别。大陆超深钻探成果表明，上下地壳之间岩大陆超深

5、钻探成果表明，上下地壳之间岩石组合并无截然的界面，而是复杂的交错石组合并无截然的界面，而是复杂的交错和渗透关系。和渗透关系。第8页/共74页2 2 大陆地壳的化学组成大陆地壳的化学组成 目前常采用两类方法计算地壳平均成分目前常采用两类方法计算地壳平均成分 （1 1）用细碎屑沉积物代表陆壳平均成分）用细碎屑沉积物代表陆壳平均成分 （2 2）用地表各类岩石的加权平均成分，按一定的陆壳结构模型计算平均地壳）用地表各类岩石的加权平均成分，按一定的陆壳结构模型计算平均地壳成分。成分。 不同陆壳结构模型计算出的大陆平均地壳成分存在一定差异。不同陆壳结构模型计算出的大陆平均地壳成分存在一定差异。第9页/共7

6、4页研究地壳组成的意义研究地壳组成的意义研究地壳平均成分的意义研究地壳平均成分的意义: :地球演化进程与能量衰减地球演化进程与能量衰减原始地壳成因原始地壳成因上下地壳演化过程、地壳生长、地壳上下地壳演化过程、地壳生长、地壳物质的再循环、底侵、拆沉作用等。物质的再循环、底侵、拆沉作用等。第10页/共74页（二）大洋地壳（二）大洋地壳 1 1、洋壳结构：、洋壳结构： 现代大洋地壳厚度约现代大洋地壳厚度约5-105-10公里公里 洋壳剖面：远洋沉积物洋壳剖面：远洋沉积物- -洋底玄武岩、席状岩墙群洋底玄武岩、席状岩墙群- -辉长岩辉长岩+ +超镁铁堆积岩超镁铁堆积岩+ +地幔橄地幔橄榄岩。榄岩。第1

7、1页/共74页洋壳的地球物理特征洋壳的地球物理特征（1 1）海洋沉积物）海洋沉积物P P波速度波速度2.0km/s2.0km/s（2 2）玄武岩和席状岩墙）玄武岩和席状岩墙, P, P波速度波速度4.5- 4.5- 5.5km/s 5.5km/s 密度密度2.55g/cm2.55g/cm3 3. .（3 3）辉长岩和超镁铁堆积岩平均厚）辉长岩和超镁铁堆积岩平均厚5km5km P P波速度波速度6.5-7.1km/s 6.5-7.1km/s 密度密度2.88g/cm2.88g/cm3 3（4 4）莫霍面以下为变形橄榄岩）莫霍面以下为变形橄榄岩 P P波波8.1km/s8.1km/s 密度密度3.

8、33g/cm3.33g/cm3 3第12页/共74页 现代地球不同圈层的组成和压力、温度的平均值现代地球不同圈层的组成和压力、温度的平均值壳层壳层主要组成主要组成深度深度/km压力压力/108Pa温度温度/大陆地壳大陆地壳Si-Al层层Si-Mg（Fe）层）层040110常温至常温至600上上地地幔幔岩壳岩壳Si-Mg质岩石质岩石405010186001100低速带低速带地幔岩地幔岩50150185011001400下部下部1504005012014001800过渡带过渡带40098412038018002500下地幔下地幔地幔岩地幔岩（富（富Fe）9842898380135025004000

9、地地核核外核外核Fe-Ni289846401350298040004700过渡层过渡层Fe-Ni464051552980332047004500内核内核Fe-Ni515563713320370055006000第13页/共74页2 2、洋壳化学组成、洋壳化学组成 洋壳以拉斑玄武质成分为主体，化学成分洋壳以拉斑玄武质成分为主体，化学成分中碱金属含量低，中碱金属含量低，K K2 2OO仅为陆壳的仅为陆壳的1/71/7比陆壳贫硅、碱金属，而富镁铁。比陆壳贫硅、碱金属，而富镁铁。洋底热水沉积作用极其发育，是许多金属洋底热水沉积作用极其发育，是许多金属成矿的重要场所。成矿的重要场所。第14页/共74页二

10、、地幔和地核二、地幔和地核（1 1）400400公里公里P P波速不连续面波速不连续面 地幔过渡带顶界地幔过渡带顶界（2 2）670670公里公里P P波速不连续面波速不连续面 上地幔底界上地幔底界（3 3）29002900公里公里P P波不连续面、波不连续面、 S S波停止传播核幔边界波停止传播核幔边界63705145289866041060220CrustUpper MantleTransition Zone Inner CoreDepth (km)LowerMantle(solid) OuterCore(liquid)第15页/共74页（4 4）2900-46402900-4640公里公

11、里P P波急剧降到波急剧降到8.1-8.1-8.98.9 km/s S km/s S波不通过波不通过 为流体状态的外核为流体状态的外核（5 5）4640-51554640-5155公里公里P P波增大波增大10.4 km/s10.4 km/s 流体外核和固体内核的过渡层流体外核和固体内核的过渡层（6 6）5155-5155-地心（地心（63716371） P P波速度增大为波速度增大为11.0-11.3 km/s 11.0-11.3 km/s 地核以地核以Fe NiFe Ni合金为主合金为主 含少量含少量Si=7.35%Si=7.35% S S（2.30%2.30%） OO（4.10%4.10

12、%）等轻元素）等轻元素第16页/共74页区域区域边界深度边界深度kmkm体积体积分配分配质量质量10102525克克总质量总质量分配分配地幔质量地幔质量分配分配地壳地壳上地幔上地幔过渡带过渡带下地幔下地幔外地核外地核内地核内地核0-莫霍面莫霍面莫霍面莫霍面-400400-10001000-29002900-51005100-63710.0080.160.220.440.1540.0082.4621002451890.0040.100.170.410.320.0060.150.240.6地球内部各层的规模和质量据林伍德,1975 第17页/共74页岩石圈及上地幔结构的不均一性 现代地球物理研究表

13、明，地幔存在横向和垂向的不均一性。现代地球物理研究表明，地幔存在横向和垂向的不均一性。 1 1 古老地台古老地台 地幔顶部波速大地幔顶部波速大 达达8.2-8.3 km/s 8.2-8.3 km/s 岩石岩石 圈地幔厚度大圈地幔厚度大 软流圈极弱或不存在软流圈极弱或不存在 2 2 年轻地台年轻地台 地幔顶部波速为地幔顶部波速为7.9-8.1 km/s 7.9-8.1 km/s 具有正常软流圈具有正常软流圈第18页/共74页3 3 大陆裂谷大陆裂谷 地幔顶部波速接近地幔顶部波速接近8 km/s 8 km/s ，软流圈波速低，软流圈波速低厚度大，整个岩石圈都薄，出现大量玄武岩厚度大，整个岩石圈都薄

14、，出现大量玄武岩4 4 年轻造山带年轻造山带地壳厚，岩石圈地幔薄，出现巨量花岗岩。地壳厚，岩石圈地幔薄，出现巨量花岗岩。第19页/共74页 实验表明：实验表明：（1）约约330330公里处，地幔组成中发生辉石（含量公里处，地幔组成中发生辉石（含量29%29%）向石榴石结构转化（密度增加）向石榴石结构转化（密度增加2.5%2.5%），约），约370370公里，橄榄石（含量公里，橄榄石（含量55%55%）向尖晶石）向尖晶石-M-M2 2SiOSiO4 4转变（密度增加，转变（密度增加，由由3.38 g/cm3.38 g/cm3 3增大到增大到3.63g/cm3.63g/cm3 3）第20页/共74

15、页（2 2）670670公里不连续面出现方镁石，斯石英公里不连续面出现方镁石，斯石英 并发生石榴石结构向钛铁矿转变，尖并发生石榴石结构向钛铁矿转变，尖晶石和晶石和 相镁硅酸盐向钙钛矿结构转变，岩石密度增大相镁硅酸盐向钙钛矿结构转变，岩石密度增大 (3.63(3.63增大到增大到4.03 g/cm4.03 g/cm3 3) )（3 3）10001000公里深矿物转化为比复杂氧化物更致密的相（冲击实验外推结果）。公里深矿物转化为比复杂氧化物更致密的相（冲击实验外推结果）。 第21页/共74页( (六六) ) 地幔岩模型地幔岩模型实验结果证实地幔中速度不连续界面实验结果证实地幔中速度不连续界面主要是

16、相变作用的结果，而不是化学主要是相变作用的结果，而不是化学界面，支持了地幔岩的模型思想。界面，支持了地幔岩的模型思想。（1 1）橄榄岩地幔岩模型：）橄榄岩地幔岩模型：林伍德地幔岩模型：林伍德地幔岩模型：3 3分阿尔卑斯橄分阿尔卑斯橄榄岩榄岩+1+1分夏威夷拉斑玄武岩分夏威夷拉斑玄武岩第22页/共74页（2 2）榴辉岩）榴辉岩- -橄榄岩互层地幔模型橄榄岩互层地幔模型根据地震波和密度计算发根据地震波和密度计算发(1979,1982) :(1979,1982) : 在在220-670220-670公里深度之间橄榄岩公里深度之间橄榄岩地幔岩的地幔岩的V VP P V VS S计算值与实测值不一计算值

17、与实测值不一致致 而与橄榄榴辉岩计算值吻合而与橄榄榴辉岩计算值吻合第23页/共74页（2 2）榴辉岩）榴辉岩- -橄榄岩互层地幔模型橄榄岩互层地幔模型 400 400及及670670公里处相转变所造成的橄榄岩密度和波速变化与实测值有偏差，据此公里处相转变所造成的橄榄岩密度和波速变化与实测值有偏差，据此提出榴辉岩提出榴辉岩- -橄榄岩互层模型，把地幔自上而下分为三层：橄榄岩互层模型，把地幔自上而下分为三层： 富集的橄榄岩上地幔（莫霍面富集的橄榄岩上地幔（莫霍面-220-220公里深）公里深） 亏损橄榄榴辉岩组成的过渡带亏损橄榄榴辉岩组成的过渡带(220-670(220-670公里公里) ) 亏损

18、橄榄岩下地幔亏损橄榄岩下地幔第24页/共74页(七) 地球化学模型Depaolo(1983)Depaolo(1983)根据幔源火山岩地球化学研究根据幔源火山岩地球化学研究提出双层地幔地球化学模型提出双层地幔地球化学模型, ,支持林伍德的支持林伍德的双双层地幔对流模型层地幔对流模型(1)(1)亏损上地幔亏损上地幔(2) 670(2) 670公里下相对不亏损的下地幔公里下相对不亏损的下地幔目前对全地幔对流和双层地幔对流存在不同目前对全地幔对流和双层地幔对流存在不同认识，层析成像结果支持全地幔对流模型认识，层析成像结果支持全地幔对流模型 第25页/共74页第二节 元素在地壳中的丰度一、一、地壳元素丰

19、度与计算模型地壳元素丰度与计算模型、元素的克拉克值元素的克拉克值元素在地壳中的相对平均含量称为克拉克值元素在地壳中的相对平均含量称为克拉克值若以质量表示，称为若以质量表示，称为“质量克拉克值质量克拉克值”表示方法：表示方法：1010-6-6、1010-9-9、1010-12-12、g/tg/t第26页/共74页（一）地壳元素丰度计算模型（一）地壳元素丰度计算模型2 黎彤黎彤（1976）认为地壳化学成分除大陆地 壳成分外，还应考虑包括大洋地壳成分。 3 Taylor3 Taylor（19851985）采用细碎屑沉积岩的平均成分代表不同时期地壳的平均成分。 认为细碎屑沉积岩是地壳表层岩石平均成分的

20、最理想的代表（先决条件）（讨论：不同计算模型得出的地壳元素丰度的差异） 第27页/共74页（二）区域地壳元素丰度的研究方法（二）区域地壳元素丰度的研究方法区域地壳元素丰度计算模型区域地壳元素丰度计算模型：1 1、天然地壳剖面模型、天然地壳剖面模型2 2、根据变质作用确定的深度剖面模型、根据变质作用确定的深度剖面模型3 3、根据岩石地球化学与区域地球化学建立、根据岩石地球化学与区域地球化学建立 的地壳剖面模型的地壳剖面模型 第28页/共74页第二节元素在地壳中的丰度（三）地壳的元素丰度规律（三）地壳的元素丰度规律(1) (1) 元素在地壳中的分布具有明显的不均一元素在地壳中的分布具有明显的不均一

21、 性：（性：（OO、SiSi、AlAl、FeFe、CaCa、NaNa、K K、 MgMg、TiTi）占地壳总量的）占地壳总量的99.18% 99.18% 其它元其它元 素仅占素仅占0.82%0.82% 第29页/共74页第二节 元素在地壳中的丰度(2) (2) 服从元素丰度的偶数规则（原子序数为偶数的元素丰度大于相邻的齐数元服从元素丰度的偶数规则（原子序数为偶数的元素丰度大于相邻的齐数元素）。但有不符合偶数规则的元素存在。素）。但有不符合偶数规则的元素存在。 1212MgMg偶数规则的破坏与元素化学性质有关，是地球化学演化的结果。偶数规则的破坏与元素化学性质有关，是地球化学演化的结果。第30页

22、/共74页第二节元素在地壳中的丰度(3) (3) 具四倍规则：原子量或质量数是具四倍规则：原子量或质量数是4 4的整数倍的整数倍的元素丰度高。约占地壳总重的的元素丰度高。约占地壳总重的87%87%，如，如C C、OO、MgMg、SiSi、S S、CaCa、TiTi、CrCr、FeFe、CeCe、PbPb、ThTh等。等。(4) (4) 原子核的质子和中子数组合控制了元素的丰原子核的质子和中子数组合控制了元素的丰度，偶偶型的元素丰度高，齐偶型次之。度，偶偶型的元素丰度高，齐偶型次之。(5) (5) 核壳层规则：质子数为核壳层规则：质子数为2 2、8 8、1414、2020、2828、5050、8

23、282和中子数为和中子数为2 2、8 8、1414、2020、2828、5050、8282、126126的核稳定性高，分布量大。的核稳定性高，分布量大。 第31页/共74页 第二节元素在地壳中的丰度三、元素在地壳各类岩石中的分布三、元素在地壳各类岩石中的分布 地壳中元素丰度大小或元素分布的不均一性，反映不同类型岩石的元素含量不地壳中元素丰度大小或元素分布的不均一性，反映不同类型岩石的元素含量不同，是元素地球化学性质和岩石形成环境差异的结果。同，是元素地球化学性质和岩石形成环境差异的结果。第32页/共74页地球地球7 7种元素占总质量的种元素占总质量的97%97%O50.7%Mg15.3%Fe1

24、5.2%Si14.4%S3.0%Al1.4%Ca1.0%第33页/共74页（一）火成岩中元素丰度的主要特（一）火成岩中元素丰度的主要特征征 1 1、按超基性岩、按超基性岩- -基性岩基性岩- -中性岩中性岩- -酸性岩酸性岩 : : FeFe、MgMg、CrCr、NiNi、CoCo和铂族元素丰度递减和铂族元素丰度递减 碱金属元素：碱金属元素：LiLi、NaNa、K K、RbRb、CsCs及及SiSi、BeBe、SrSr、BaBa、ZrZr、HfHf、U U、ThTh、NbNb、TaTa、WW、MoMo、SnSn、PbPb和稀土元素等的含量递增。和稀土元素等的含量递增。第34页/共74页2 2、

25、CaCa、AlAl、TiTi、V V、MnMn、CuCu、ScSc等在基性岩中含量最高，其它岩石含量降低。等在基性岩中含量最高，其它岩石含量降低。3 3、GeGe、SbSb、AsAs等元素含量在各类岩石中变化不大等元素含量在各类岩石中变化不大。（一）火成岩中元素丰度的主要特（一）火成岩中元素丰度的主要特征征第35页/共74页（二）沉积岩中元素丰度的主要特征（二）沉积岩中元素丰度的主要特征1 1、碱金属元素、碱金属元素LiLi、NaNa、K K、RbRb、CsCs和和SiSi、AlAl等在页岩、泥质岩石中含量最高等在页岩、泥质岩石中含量最高 碳酸岩中最低。碳酸岩中最低。 2 2、碱土金属元素、碱

26、土金属元素CaCa、MgMg、SrSr在碳酸岩中含量最高，砂岩中最低，在碳酸岩中含量最高，砂岩中最低， 但现代深海碳酸岩富钙而不富镁。但现代深海碳酸岩富钙而不富镁。第36页/共74页3 3、过渡族元素、过渡族元素MnMn、CoCo、NiNi在深海软泥中含量最高，现代大洋中形成巨大海底在深海软泥中含量最高，现代大洋中形成巨大海底锰结核矿产，并半生有锰结核矿产，并半生有Co Ni Co Ni 的富集。的富集。4 4、深海沉积软泥中，、深海沉积软泥中，B B、NaNa、BaBa、P P、S S、CuCu、MoMo、PbPb及卤素元素及卤素元素F F、ClCl、BrBr、I I等都高于它们在岩浆岩中的

27、丰度。等都高于它们在岩浆岩中的丰度。（二）沉积岩中元素丰度的主要特征（二）沉积岩中元素丰度的主要特征第37页/共74页（三）地壳元素丰度的研究意义地壳元素丰度的研究意义、元素克拉克值的地球化学意义、元素克拉克值的地球化学意义(1)(1)元素的地球化学行为与克拉克值的关系元素的地球化学行为与克拉克值的关系 克拉克值高克拉克值高独立矿物独立矿物(K,Na)(K,Na) 克拉克值低克拉克值低类质同象类质同象(Rb,Cs)(Rb,Cs)第38页/共74页(2)(2)判断元素在地壳中富集成矿的能力判断元素在地壳中富集成矿的能力浓集系数：矿石边界品位浓集系数：矿石边界品位/ /克拉克值克拉克值 一些元素的

28、浓集系数值一些元素的浓集系数值SiAlFeKNaVCu Ba1.53612153050600ZnAgAsAuHg600 2000 4000 600014000第39页/共74页（三）地壳元素丰度的研究意义地壳元素丰度的研究意义 浓集系数低的较容易富集成矿浓集系数低的较容易富集成矿 Si, Al, FeSi, Al, Fe分别仅需富集分别仅需富集1.51.5，3 3，6 6倍即可达到工业品位（矿主要形成于前寒武纪）。倍即可达到工业品位（矿主要形成于前寒武纪）。 Cu, Zn, AgCu, Zn, Ag分别需富集分别需富集5050，600600，20002000倍倍才才可达到工业品位（矿主要形成于

29、古生代以后）。可达到工业品位（矿主要形成于古生代以后）。第40页/共74页Pb、Zn 在花岗岩各矿物中的分配第41页/共74页第三节 水圈、大气圈和生物圈的化学成分一、水圈的化学成分一、水圈的化学成分 水圈由海（洋）水和陆地水组成。陆地水包括河流、湖泊、冰川、土壤和地下水圈由海（洋）水和陆地水组成。陆地水包括河流、湖泊、冰川、土壤和地下水。占地球表部水的水。占地球表部水的99.9985%99.9985%，地球总量的，地球总量的0.024%0.024%。第42页/共74页一、水圈的化学成分一、水圈的化学成分（一）海水（一）海水海水中溶解有少量（不大于海水总量的海水中溶解有少量（不大于海水总量的3

30、.5%3.5%）气体、有机体和微量元素，被溶）气体、有机体和微量元素，被溶解的物质有三种存在形式：简单离子、酸解的物质有三种存在形式：简单离子、酸根和化合物。根和化合物。 第43页/共74页 其中其中ClCl- -、NaNa+ +、SO4SO42-2-、MgMg2+2+ (MgSO4)(MgSO4)、CaCa2+2+(CaSO(CaSO4 4) )、K K+ +、HCOHCO3 3- -（H H2 2COCO3 3、COCO3 32-2-）、）、Br Br - -、SrSr2+2+（SrSOSrSO4 4）九种被溶解物质总量）九种被溶解物质总量的的99.91%99.91%。其它微量元素主要以简

31、。其它微量元素主要以简单阳离子、硫酸盐和氯化物形式存在。单阳离子、硫酸盐和氯化物形式存在。 一、水圈的化学成分一、水圈的化学成分第44页/共74页一、水圈的化学成分一、水圈的化学成分 氯度：氯度：每千克海水中，所含氯、溴和碘的总克数。单位每千克海水中，所含氯、溴和碘的总克数。单位g/kg (Cl ).g/kg (Cl ). 盐度：盐度：1kg1kg海水中，溶解的碳酸盐、有机物换算为氧化物后的总克数，溴和碘化物换算为氯化物。符号为海水中，溶解的碳酸盐、有机物换算为氧化物后的总克数，溴和碘化物换算为氯化物。符号为S S 。 海水的盐度为海水的盐度为34-3634-36，其它微量元素总量不到，其它微

32、量元素总量不到0.1 0.1 第45页/共74页 海水中溶解少量气体，主要为海水中溶解少量气体，主要为COCO2 2（50cm50cm3 3/L/L）N N2 213cm13cm3 3/L /L 、OO2 22-2-8cm8cm3 3/L/L。极少量。极少量HH2 2S S和惰性气体，有机物质约占和惰性气体，有机物质约占0.030.03一、水圈的化学成分一、水圈的化学成分第46页/共74页 大陆水所含被溶物质主要为大陆水所含被溶物质主要为CaCa2+2+、MgMg2+2+、K K+ +、NaNa+ +、HCOHCO3 3- -、SOSO4 42-2-和和CICI- -等。等。 这些物质的总量习

33、惯上称为这些物质的总量习惯上称为含盐量，含盐量，含盐量因所处的地质、地理环境不同而变化。含盐量因所处的地质、地理环境不同而变化。 第47页/共74页1 1河水河水 主要来自大气降水，水质变化大。世界河水含盐量一般介于主要来自大气降水，水质变化大。世界河水含盐量一般介于n n10300mg10300mgL L，平均含盐量为，平均含盐量为160mg160mgL L。河水中主要离子浓度顺序一般为。河水中主要离子浓度顺序一般为 CaCa2+2+ NaNa+ +, HCO, HCO3 3- - SOSO4 42-2-CICI- -，少数河水，少数河水NaNa+ +CaCa2+2+, CI, CI- -H

34、COHCO3 3- -。第48页/共74页2 2湖水湖水 包括湖泊水、沼泽水和内海水等。水质有淡水和咸水两种。淡水的主要成分中：包括湖泊水、沼泽水和内海水等。水质有淡水和咸水两种。淡水的主要成分中：CaCa2+2+ NaNa+ +，HCOHCO3 3- - SOSO4 42-2-CICI- -。咸水中。咸水中CICI- -HCOHCO3 3- -，其它阳离子浓度，其它阳离子浓度顺序与海水相似。含盐量变化比河水小。顺序与海水相似。含盐量变化比河水小。第49页/共74页3、地下水 地下水主要由大气降水经过土壤和岩层的渗透而形成，成分因地而异，（与所处地质背景有关）。 含盐量高，随深度增大。 悬浮物

35、少、受地表污染少。第50页/共74页 上部地下水一般为Ca2+ Na+，HCO3- SO42-CI-， 深部转化为Na+Ca2+，CI-SO42-HCO3-。 地下水具还原性质，常含有低价金属，特别是Fe2+和Mn2+等。第51页/共74页4 4、温泉水、温泉水 温泉是由内动力地质作用形成的一种特殊的地下水体。温泉是由内动力地质作用形成的一种特殊的地下水体。 常含有特殊的成分，例如常含有特殊的成分，例如COCO2 2、HH2 2S S、CHCH4 4、N N2 2等气体及放射性元素等气体及放射性元素第52页/共74页5、冰川 冰川来自大气降水，主要分布在极地和大于4500M的高原和山脉中。第5

36、3页/共74页 地球水圈的存在，对风化、沉积作用和生命的衍生具有决定性意义水在表生条件下使矿物发生分解、运移，并改变了原有矿物的元素组合，导致一些元素发生迁移、分散，另一些元素聚合、集中。 据统计，世界资源总量的75%左右是在水圈中经沉积和沉积变质而生成的。第54页/共74页二、 1、大气圈的基本特征 岩石圈表面及外部的空气层称为大气圈。其质量约为5.3105t。 大气圈与星际空间没有明显的界限. 根据大气的组成状况将大气分为均匀层均匀层（低层大气）和非均匀层非均匀层（高层大气）100km高度以下为均匀层，约 97的大气质量集中在距地表 29 km内的均匀层中所测大气成分均来自均匀层的下部 。

37、第55页/共74页 、大气组成、大气组成大气的成分主要为N2 2、O2 2、Ar和CO2 2，这四种气体占大气总体积的9965，痕量气体有H2 2、Xe，Kr，CO，CH4 4和O3 3（表1-11）第56页/共74页、现代地球大气成分的循环作用、现代地球大气成分的循环作用 （）氮循环循环氮和氧是大气的主要成分，占大气体积的989。它们主要来自地球内部的去气作用。生物消耗氮，但死亡腐烂后，又转化为NH3 3重新返回大气，另一部分则保留在沉积物中。 第57页/共74页 （）氧循环大气中的氧来源：植物的光合作用 太阳能 6CO2+6H2O2822JC6H12O66O2 叶绿素 大气中高能射线与水气

38、的相互作用2H2O-高能射线2H2O2第58页/共74页（）氧消耗： 生物呼吸消耗氧，机体死亡分解时消耗氧氧的循环对元素的迁移有着重大的影响。例如硫化物的表生富集作用。第59页/共74页（）（）CO2CO2的循环：的循环：大气中大气中CO2CO2含量仅占含量仅占0.031%0.031%（体积），但对（体积），但对表表生作用、气候环境有着重要的影响。生作用、气候环境有着重要的影响。 来源：来源： 地球去气作用（火山、早期大气）地球去气作用（火山、早期大气）+ +生物排气生物排气+ +碳酸岩风化碳酸岩风化+ +化石燃料燃烧释放化石燃料燃烧释放 消耗：消耗： 植物光合作用植物光合作用 、 海洋和湖泊

39、中的碳酸盐沉淀、海洋和湖泊中的碳酸盐沉淀、 有机质深埋有机质深埋第60页/共74页三、生物圈的成分三、生物圈的成分 地球表面的植物、动物和微生物活动空间构成生物地球表面的植物、动物和微生物活动空间构成生物圈，主要集中分布于地表和海洋。圈，主要集中分布于地表和海洋。 目前已发现生物体内含有目前已发现生物体内含有6060余种元素。其中余种元素。其中O O、C C、HH的总量达的总量达98.5%98.5%，其次是，其次是CaCa、K K、SiSi、MgMg、P P、S S等。等。OO、C C、HH组成生物机体的主体，主要以：蛋组成生物机体的主体，主要以：蛋白质、类酯物、碳水化合物、色素和木质素五大类

40、白质、类酯物、碳水化合物、色素和木质素五大类有机分子形式存在。无机元素有机分子形式存在。无机元素N N、S S、P P、K K、Ca Ca 、MgMg、FeFe等对细胞、骨骼、血液及循环系统，植物根、等对细胞、骨骼、血液及循环系统，植物根、茎、叶的生长等都有重要作用茎、叶的生长等都有重要作用。第61页/共74页四、大气圈、水圈、岩石圈的相互作用与化学演化 37亿年前（无确切依据）原始地球：主要由气体（H2、He、 CH4） 和尘埃（硅酸盐、铁化合物、水、NH3）经重力吸集作用而形成。原始大气圈： H2、H2O、CH4 、NH3、N2、CO、CO2、H2S和少量惰性气体。属于还原性。原始水圈：现

41、代的1/10、酸性（PH=12） 这段时间，只能用“比较行星学”来研究。例如，月球表面布满着陨石坑，考虑到地球引力比月球大，应有更多的陨石坑，但由于地球的风化作用强，消毁了这些痕迹。 第62页/共74页37-25亿年（太古宙） 岩石圈：地壳为现代保存的绿岩带、花岗质岩石。 水圈：酸性，海水的氯度和盐度增加。大气圈：大气氧增加到现在的千分之一。生物圈：最早生命35亿年，最初生命的发展是从海洋中进行的。开始为嫌氧（恶氧）生物，后来逐渐转化为喜氧生物， 矿产：与绿岩和花岗质岩石有关Cr、Ni、Co、Cu、Au、Ag、Pb、Zn及Pt。沉积铁矿Fe3O4并伴有SiO2胶体的沉淀磁铁石英岩第63页/共7

42、4页25-16亿年（古元古代）大气圈：游离氧、 CO2含量增加生物圈：藻类的出现游离氧增加CO、CH4氧化成CO2出现碳酸盐。水圈：氯化物-碳酸盐型矿产有Cr、Ni、Co、Cu、Fe、P及Pt与基性侵入岩有关Fe：在早期（缺氧）以Fe(HCO3)2大量溶解于水中，当游离氧增多时，以FeCO3沉积下来Fe3O4（碳酸盐和硅铁建造相伴生）。第64页/共74页16-5.7亿年（中、新元古代）矿产有： Cu、Ni、Co、Fe、P及Pt与基性侵入岩有关地壳：由老到新，K、Si增加，Al、Fe、Mg、Ca、Na减少。生物圈：藻类（叠层石）大量繁殖游离氧增加CO大量氧化成CO2出现厚层碳酸盐沉积。大气圈：游

43、离氧、 CO2含量大量增加水圈： SO42-的浓度增加，为氧化物-碳酸岩-硫酸岩水圈，海水pH值中性。第65页/共74页5.7亿年-现在（显生宙）水圈（海水）：氯化物-硫酸岩型，呈碱性，大气圈：早期N2-CO2-O2型N2-O2型（陆生植物出现后）生物圈：大量生物繁衍矿产：的多样性。金属（与基性岩有关Cr、Ni、Co和铂族；与壳源中酸性岩浆岩有关的W、Sn、Mo、Bi等）、有机（煤、石油、磷、天然气）；盐类矿床（显生宙）；大洋锰结核。第66页/共74页总的演化趋势： 地球物质演化过程中，亲氧、亲气元素向地球表部迁移。它们是大陆壳的主要组成元素。 大气圈：游离氧少 多。（氧： 游离氧缺少 （还原环境