1太阳系和地球系统元素地丰度

1、实用标准文案第一章太阳系和地球系统的元素丰度元素丰度是每一个地球化学体系 的基本数据，可在同一或不同体系中用 元素的含量值来进行比较，通过纵向 （时间）、横向（空间）上的比较，了 解元素动态情况，从而建立起元素集 中、分散、迁移活动等一系列地球化学 概念。从某种意义上来说，也就是在探 索和了解丰度这一课题的过程中，逐渐 建立起近代地球化学。研究元素丰度是研究地球化学基础 理论问题的重要素材之一。宇宙天体是 怎样起源的？地球又是如何形成的？地壳中主要元素为什么与地幔中的不一 样？生命是怎么产生和演化的？这些研究都离不开地球化学体系中元素丰度分 布特征和规律。文档基础概念太阳系的组成及元素丰度地球

2、的结构和化学成分地壳元素的丰度区域中元素分布的研究实用标准文案1.1基本概念.地球化学体系按照地球化学的观点，我们把所要研究的对象看作是一个地球化学体系。每 个地球化学体系都有一定的空间，都处于特定的物理化学状态（ C、T、P等）， 并且有一定的时间连续。这个体系可大可小。某个矿物包裹体，某矿物、某岩石可看作一个地球化学 体系，某个地层、岩体、矿床（某个流域、某个城市）也是一个地球化学体系， 从更大范围来讲，某一个区域、地壳、地球直至太阳系、整个宇宙都可看作为一 个地球化学体系。/、同尺度的地球化学体系实例：太阳系、地球、自然金矿物地球化学的基本问题之一就是研究元素在地球化学体系中的分布（丰度

3、）、分配问题，也就是地球化学体系中元素“量”的研究。.分布与丰度所谓元素在体系中的分布，一般认为是元素在这个体系中的相对含量 （以元 素的平均含量表示），即元素的“丰度”。其实“分布”比“丰度”具有更广泛 的涵义：体系中元素的丰度值实际上只是对这个体系里元素真实含量的一种估计， 它 只反映了元素分布特征的一个方面，即元素在一个体系中分布的一种集中（平均） 倾向。但是，元素在一个体系中，特别是在较大体系中的分布决不是均一的，还文档实用标准文案包含着元素在体系中的离散（不均一）特征，因此， 元素的分布包括：元素的 相对含量（平均含量=元素的“丰度”）； 元素含量的不均一性（分布离散特 征数、分布所

4、服从的统计模型）。需要指出的是，从目前的情况来看，地球化学对元素特征所积累的资料 （包 括太阳系、地球、地壳）都仅限于丰度的资料，关于元素分布的离散程度及元素 分布统计特征研究，仅限于 在少量范围不大的地球化学体系内做了一些工作。.分布与分配元素的分布指的是元素在一个化学体系中（太阳、陨石、地球、地壳、某地 区等）的整体总含量；元素的分配指的是元素在各地球化学体系内各个区域或区段中的含量；分布是整体，分配是局部，两者是一个相对的概念，既有联系又有区别。例如，地球作为整体，元素在地壳中的分布，也就是元素在地球中分配的表 现，把某岩石作为一个整体，元素在某组成矿物中的分布，也就是元素在岩石中 分配

5、的表现。.绝对含量和相对含量各地球体系中常用的含量单位有两类，绝对含量和相对含量绝对含量单位相对含量单位T吨%百分之X10-2kg千克%o千分之X10-3g克mg量克ppm、闻/g、g/T白力分之X10-6闻微克ppb、闻/kg十亿分之X10-9ng毫微克ppt、pg/g万亿分之X10-12pg微微克.2太阳系的组成和元素度文档实用标准文案陨石的化学组成太阳系元素丰度规律获得太阳系丰度资料的主要途径系成分的关键。大家都知道，我们地球所在的太阳系是由太阳、行星、行星物体（宇宙尘、彗星、小行星）组成的，其中太阳的质量占太阳系总质量的99.8% ,其他成员的总和仅为0.2% ,所以太阳的成分是研究太

6、阳那么，太阳系的成分是如何获得的呢？一、获得太阳系丰度资料的主要途径.光谱分析对太阳和其它星体的辐射光谱进行定性和定量分析以获得元素组成资料。 但 这些资料有两个局限性：一是有些元素产生的波长小于 2900?,这部分谱线在 通过地球大气圈时被吸收而观察不到；二是这些光谱只产生于表面，它只能反映 表面成分，如太阳光谱是太阳气产生的，只能说明太阳气的组成。文档实用标准文案光谱测试仪太阳光谱.直接分析如直接测定地壳岩石、各类陨石和月岩、火星岩石的样品。上个世纪七十年代美国“阿波罗”飞船登月，采集了月岩、月壤样品，1997年美国“探路者”号，2004年美国的“勇气”、“机遇”号火星探测器测定了火星岩石

7、的成分。宇航员月亮车火星车.利用宇宙飞行器分析测定星云和星际物质及研究宇宙射线。除了太阳成分外，陨石的成分是人类研究太阳系成分的重要地外物质。二、陨石的化学组成陨石是从星际空间降落到地球表面上来的行星物体的碎片。文档实用标准文案陨石撞击过程Flashl陨石是空间化学研究的重要对象，具有重要的研究意义：它是认识宇宙天体、行星的成分、性质及其演化最易获取、数量最大的 地外物质； 它是认识地球的组成、内部构造和起源的主要资料来源；陨石中的60多种有机化合物是非生物合成的“前生物物质”，对探索 生命前期的化学演化开拓了新的途径；可作为某些元素和同位素的标准样品（如稀土元素，铅、硫同位素等）。.陨石类型

8、陨石主要是由锲-铁合金、结晶硅酸盐或两者的混合物所组成，按成分分类：1）铁陨石（siderite ）:主要由金属Ni、Fe （占98%）和少量其他元素组 成（Co、S、P、Cu、Cr、C 等）。2）石陨石（aerolite ）:主要由硅酸盐矿物（橄榄石、辉石）组成。这类陨石可以分为两类，按它们是否含有球粒硅酸盐结构，分为球粒陨石和无球粒陨石。这些陨石大都是石质的，但也有少部分是碳质的。碳质球粒陨石是球粒陨石 中的一个特殊类型，由碳的有机化合分子和主体含水硅酸盐组成。它对探讨生命起源和太阳系元素丰度等各方面具有特殊的意义。由于阿伦德（ Allende ）碳质 球粒陨石（ 1969年陨落于墨西哥）

9、的元素丰度几乎与太阳气中观察到的非挥发 性元素丰度完全一致，因此碳质球粒陨石的化学成分已被用来估计太阳系中非挥 发性元素的丰度。3）铁石陨石（sidrolite ）:由数量上大体相等的Fe-Ni和硅酸盐矿物组成， 是上述两类陨石的过渡类型。文档实用标准文案铁陨石石陨石.陨石的平均化学成分要计算陨石的平均化学成分必须要解决两个问题：首先要了解各种陨石的 化学成分；其次要统计 各类陨石所占的比例。不同学者采用的方法不一致，如 V.M.Goldschmidt 采用硅酸盐：锲-铁：陨硫铁=10 ： 2 ： 1 ,其陨石的平均化学 成分计算结果如下：73?OFeSiMgSNiAl%32.3028.801

10、6.3012.302.121.571.38CaNaCrMnKTiCoP1.330.600.340.210.150.130.120.113.几点共识从表中我们可以看到 O、Fe、Si、Mg、S、Ni、Al、Ca是陨石的主要化学 成分。根据对世界上众多各类陨石的研究，虽然对陨石成分的看法还不甚一致， 但以下一些基本认识是趋于公认的：它们都来自某种曾经分异成一个 富金属核和硅酸盐包裹层的行星体，这种 天体的破裂导致各类陨石的形成；石陨石与地球上的基性、超基性火山岩矿物组成和化学成分相似，铁陨石 与地核的化学成分相似。因此，陨石的母体在组成上和结构上与地球极为相似 ；各种陨石分别形成于不同的行星母体，

11、这是因为各类陨石具有不同的年龄、成分差异和氧同位素比值；陨石的年龄与地球的年龄相近（利用陨石铅同位素测得的年龄是45.5 士 0.7亿年）；陨石等地外物体撞击地球，会突然改变地表的生态环境并可能诱发大量的文档实用标准文案生物灭绝，构成了地球演化史中频繁而影响深远的突变事件。为此研究陨石对探讨生态环境变化、古生物演化和地层划分均具有重要意义。三、太阳系元素丰度规律对太阳系元素的丰度估算各类学者选取太阳系的物体是不同的。 有的是根据 太阳和其它行星光谱资料及陨石化学成分，有的根据 I型球粒陨石。再加上估算 方法不同，得出的结果也不尽相同，下表列出了 GERM （1998 ）的太阳系元素 丰度（单位

12、：原子数/106Si原子）。太阳系元素丰度序号元素推荐值相对误差（土1sigma）序号元素推荐值相对误差（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%文档实用标准文案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%文档实用标准

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)文档实用标准文案39Y4.646.0%85(At)40Zr11.46.4%86(Rn)41Nb0.6981.4%87(Fr)42Mo2.555.5%88(Ra)43(Tc)89(Ac)仰于这弹的数据则1应给予邓正确的阶价:Th0-03355这是一种估计值，反映的是目前人类对太阳系的认识

16、水平，因此这 4不估计粮不可能整维确的，8.0%着人们对太阳舞）至于宇宙体系探索的不断深入，这个估计值会不断的修正。同时，从总的方面来看，4虽然还盟很粗略139但它反跳学元素在冬阳系的9联体规律。84%、太阳系元素丰度规律相对于io6期原广歌的丰度何,if付母115 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 go 95奇励X孑序仁餐卷风子醉H文档实用标准文案我们把太阳系元素丰度的各种数值先取对数，随后对应其原子序数作曲线图 （如上图），就会发现太阳系元素丰度具有以下规律：.H和He是丰度最高的两种元素，这两种元素几乎占了太阳中全部原子数 目

17、的98 %;.原子序数较低的元素区间，元素丰度随原子序数增大呈指数递减，而在原 子序数较大的区间（Z45）各元素丰度值很相近；.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。具有 偶数质子数（P）或偶数中子数（N）的核素丰度总是高于具有奇数 P或N的核 素，这一规律称为Oddo - Harkins （奥多-哈根斯）法则，亦即奇偶规律；.质量数为4的倍数（即a粒子质量的倍数）的元素或同位素具有较高丰度。 此外还有人指出，原子序数（Z）或中子数（N）为“幻数” （2、8、20、50、 82和126等）的核素或同位素丰度最大。例如，4He （Z=2 , N = 2）、16O （Z=8

18、, N=8 ）、40Ca （Z=20 , N=20 ）和 140Ce （Z=58 , N=82 ）等都具有较高的 丰度；.Li、Be和B具有很低的丰度，属于强亏损的元素，而O和Fe呈现明显的 峰，为过剩元素。通过对上述规律的分析，人们认识到太阳系元素丰度与元素原子结构及元素 形成的整个过程之间存在着某种关系：.与元素原子结构的关系。原子核由质子和中子组成，其间既有核力又有库 仑斥力，但中子数和核子数比例适当时， 核最稳定，而具有最稳定原子核的元素 一般分布最广。在原子序数（Z）小于20的轻核中，中子（N） /质子（P） = 1 时，核最稳定，为此可以说明4He （Z=2 , N=2）、16O

19、（Z=8 , N=8 ）、40Ca （Z=20 , N=20 ）等元素丰度较大的原因。又如 偶数元素与偶数同位素的原子 核内，核子倾向成对，它们的自旋力矩相等，而方向相反，量子力学证明，这种 核的稳定性较大，因而偶数元素和偶数同位素在自然界的分布更广；.与元素形成的整个过程有关。H、He的丰度占主导地位和Li、Be、B等 元素的亏损可从元素的起源和形成的整个过程等方面来分析。根据恒星合成元素的假说，在恒星高温条件下（nX106K）,可以发生有原子（H原子核）参加的 热核反应，最初时刻H的“燃烧”产生He,另外在热核反应过程中Li、Be、B 迅速转变为He的同位素42He ,因此太阳系中Li、B

20、e、B等元素丰度偏低可 能是恒星热核反应过程中被消耗掉了的缘故。1.3地球的结构和地球的化学成分文档地球的结构和各圈层的组成地球元素丰度研究方法地球元素丰度及其知律地球的形成和早期分异实用标准文案Flash2在浩瀚的宇宙中，在数以亿计的星系中，有一个普通的旋涡星系，我们称之 为银河系。银河系中大约有3000亿颗恒星，其中有一颗不起眼的，有行星环绕 的恒星，我们称之为太阳。地球，是太阳的第三颗行星。宇宙中的地球，极其渺小，只能用“沧海一粟”来描绘。但她孕育了生命， 孕育了人类，这在我们已知的宇宙范围内，是独一无二的。、地球的结构和各圈层的组成地球由于早期的熔融和分异，形成了由不同物质组成的分层结

21、构。 根据地震 压缩波（P波）和剪切波（S波）随地球深度的变化特征，将地球内部分成地壳、地幔 和地核三层。Flash3地核.地壳的结构和化学组成按照地球物理的概念，地壳是指从地表（包括陆地表面和海洋底面）开始， 深达莫霍面（M界面）的层壳，它不包括水圈和大气圈，也不等于岩石圈，仅 仅相当于岩石圈的上部。研究表明，大陆地壳的平均厚度为35km ,而大洋地壳厚度仅为7km左右, 两者相差很大，主要原因是其岩石类型及其组成不同。大陆地壳可分为上地壳和下地壳，上地壳厚 8 12km ,由偏酸性的火成岩 和沉积岩组成，下地壳主要由麻粒岩、玄武岩等中酸性或中基性岩石组成， 它在 组成上比上地壳均一。相比之

22、下，大洋地壳的岩石就要简单得多，整个洋壳全是玄武岩组成，其中 大洋型拉斑玄武岩占99%,仅有1%为大洋玄武岩分异的产物一一碱性玄武岩。Flash4.地幔的结构和化学组成在地球层圈模型中，地幔界于两个一级界面一一 M界面（莫霍面）和G界 面（古登堡界面）之间，其 体积占整个地球的83% ,其质量占地球总 质量的 67.8%。根据次级地震波界面，地幔又可分为三个亚层（B、C和D），其中B为上地 幔，C为转变区，D为下地幔。文档实用标准文案从莫霍面往下400km深处为上地幔。对来自该圈层的超基性岩包体的研究 表明，上地幔主要由橄榄石、辉石、石榴子石及少量尖晶石、角闪石和金云母组 成。400-1000

23、km 深处称为转变区，由于压力大，该区内 Fe、Mg硅酸盐矿物 晶体结构均从橄榄石型转变为尖晶石型。1000-2900km深处为下地幔，该圈层的组成非常均匀且富含Fe矿物（Henderson , 1982 ）。Flash5.地核的结构和化学组成地核是从2900km 深直到地心的整个部分，地核占地球体积的16.2% ,占地球总质量的31.5%,地核的平均密度为10.7g/cm3 。地核是由以Ni、Fe为主要成分的Fe-Ni合金组成，相当于铁陨石的化学组 成。地核又分为外核和内核。根据密度和地震波速推测，地核中可能会有一定数 量的S或者Si元素。Flash6铁核铁陨石、地球元素丰度研究方法.陨石类

24、比法直接利用陨石的化学成分，经算术平均求出地球的元素丰度。计算时假设：1）陨石在太阳系中形成；2）陨石与行星带的物质成分相同；3）陨石是已破碎了的星体碎片；4）产生陨石的星体（母体），其内部结构和成分与地球相似。华盛顿等（1911 ）采用此法来研究地球元素的丰度。.地球模型和陨石类比法马逊（ 1966 ）根据现代地球模型，认为地球的总体成分应取决于占地球总质量99.3 %的地核和地幔，因此他用球粒陨石中的硅酸盐相（silicate phase ）代表地幔，用金属相（metal phase ）和陨硫化物（torilite phase ）代表地核， 再用质量加权法计算出地球的平均化学成分，故又称“

25、 SMT”法。文档实用标准文案.地球物理类比法黎彤（ 1976 ）首先采用了这种层壳模型的地球物理类比法。该方法是先求 出地壳、上地幔、下地幔和地核4个圈层的平均成分，取各个壳层的质量分数加 权平均得到整个地球的平均化学成分。三、地球元素丰度及其规律尽管地球元素丰度计算中存在假定性和不确定性，目前所获得的计算值还有待检验和修正，但从已有的数据可以获得以下规律：地球中最丰富的元素是Fe、O、Si和Mg ,如果加上Ni、S、Ca和Al,这 8种元素的质量占了地球总质量的 98%。地球中元素的分布规律和太阳系元素丰度特征是很不相同的，从元素分布的角度说明了地球和其他类地行星一样是太阳系中比较特殊的成

26、员。地球的平均化学成分元素华盛顿（1925 ）费尔斯曼（1933 ）史密斯（1963 ）马逊（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异目前，关于地球成因较为流行的观点是“星子连续吸积模型（Murry et al. 1981 ）。该模型认为：原始的太阳星云是由气体和尘粒组成， 星际尘粒在绕“原太阳” 旋转过程中相互碰撞、黏合，进而形成直径为10106m的星子。在星云盘中，靠近“原太阳”的星子主要由难熔的金属Fe、Ni及其氧化物所组成，随着与“原 太阳”距离的增加，星子的化学组成逐渐被Mg和Fe的硅酸盐以及水、甲烷、文档实用

28、标准文案氨以及其它挥发性的冰所组成。在地球形成之初，由金属 Fe和 Ni的氧化物星子加积而成地核，然 后Mg和Fe硅酸盐星子覆盖在之上。 随着地球的“长大”，在星子捕获产 生的热和放射性同位素衰变产生的 热的作用下，地球发生熔化并在重力 作用下发生分层。地球增生的最后阶段是挥发性 星子的加积作用，这些星子由水、甲 烷、氨的冰组成，形成于星云盘的外 圈。这类冰状星子增生到地球表面以后，很快蒸发成以水和其它挥发分组成的稠密大气圈。随着地球的冷却，从 4X 109年前开始，大气圈中的水汽逐渐凝结为海洋-正是这些海水在地球上引发 各种地质作用，并产生了生命。1.4地壳元素的度地壳元素丰度的研究方法地壳

29、元素丰度的特征地壳元素丰度研究的物理化学意义地壳元素颁布的不均一性地壳（大陆）的化学组成是认识地球总体成分 分异演化和地球动力学过程的基本地球化学前提， 再加之大陆地壳是人类生活和获取资源的场所，为 此大陆地壳化学组成的研究自地球化学学科诞生以 来一直是研究的中心问题之一。、地壳元素丰度的研究方法简化研究方法早期克拉克计算法在陆地壳剖面法文档实用标准文案.早期克拉克计算法于1924年发表的地球化学资是从由美国 F.W.Clarke 和 H.S.Washington 料中计算出来的。Flash7大陆地壳和海洋地壳他们的思路是在地壳上部16公里范围内（最高的山脉和最深海洋深度接近 16公里）分布着

30、的岩浆岩 占95% ,沉积岩占5% （4%的页岩，0.75%的砂岩, 0.25%的灰岩），而这5%沉积岩也是岩浆岩派生的，因此认为岩浆岩的平均化 学成分实际上可以代表地壳的平均化学成分。其作法如下：在世界各大洲和大洋岛屿采集了 5159个不同岩浆岩样品和676件沉积 岩样品；其样品的数量相当于这些样品在地球表面分布面积的比例；对53种元素进行了定量的化学分析；计算时用算术平均法求出整个地壳的平均值。他们的工作代表了地壳陆地区域岩石圈成分，具有重大的意义，是一项开创性的工作，为地球化学发展打下了良好的基础，其数据至今仍有参考价值。.简化研究法（取巧研究法）1）戈尔德施密斯（Goldschmidt

31、 ）采集了挪威南部冰川成因粘土 （77个样）， 用其成分代表岩石圈平均化学成分， 其结果与克拉克的结果相似，但对微量元素 的丰度做了大量补充和修订，Na2O和CaO含量偏低，这与表生条件下 Na和 Ca容易淋滤流失有关。2）维诺格拉多夫（1962 ）岩石比例法是以两份酸性岩加一份基性岩来计算 地壳平均化学成分。3）泰勒和麦克伦南（Taylor和McLennan,1985 ）提出细粒碎屑沉积岩， 特别是泥质岩，可作为源岩出露区上地壳岩石的天然混合样品，用太古宙以后贡 岩平均值降低20%来计算上部地壳元素丰度。.大陆地壳剖面法造山作用可使下地壳甚至上地幔的岩石大规模暴露到地表，为此出露地表的大陆地

32、壳剖面是研究大陆地壳元素丰度的良好样品。这样的剖面仅分布在少量地 区，为了研究地壳深部（下地壳）的成分还可以采用火山岩中深部地壳包体（探 针岩）和地球物理法（地震波）。Flash8出露地表的大陆地壳剖面的一般模式（据 Percival等，1992 ）文档实用标准文案纵观上述各种研究方法，结合目前对地壳的认识，显然具有以下的不足之处： 首先采用的地壳的概念不统一，均未按照现代地壳结构模型来考虑； 其次没有考 虑岩石组成随深度和构造单元的变化。尽管各家所采用的研究方法不同，但所得的地壳主要元素丰度的估计值相互 接近，这充分说明其估计值是比较精确的。地壳(大陆)的化学组成是认识地球总体成分分异演化和

33、地球的力学过程的 基本地球化学前提，再加之大陆地壳是人类生活和获取资源的场所，为此大陆地壳化学组成的研究自地球化学学科诞生以来一直是研究的中心问题之一。下面是几种研究地壳丰度的方法。二.地壳元素丰度特征.地壳中元素的相对平均含量是极不均一的地壳中主要元素含量丰度最大的元素是 O为47% ,与丰度最 小的元素Rn (6x10-16)相差达1017倍, 相差十分悬殊。地壳中丰度最大的九种元素 O、Si、Al、Fe、Ca Na、K、Mg、Ti,占地壳总质 量的98.13% ;前十五种元素占99.61%, 其余元素仅占0.39%。这表明，地壳中只有少数元素在数量上起 决定作用，而大部分元素处于从属地位

34、。文档实用标准文案.地壳中元素丰度不是固定不变的，它是不断变化的开放体系 （1）地球表层H, He等气 体元素逐渐脱离地球重力场；（2）每天降落到地球表层的地外物质102-105吨；（3）地壳与地幔的物质交换；（4）放射性元素衰变； （5）人为活动的干扰。.对比地壳、整个地球和太阳系 元素丰度数据发现，它们在元素 丰度的排序上有很大的不同。太阳系、地球、地壳的元素丰度对比太 阳 系：HHeONeNCSiMgFeS ;地球：FeOMgSiNiSCaAlCoNa ;地壳：OSiAlFeCaNaKMgTiH 。 与太阳系或宇宙相比, 地壳和地球都明显地贫 H、He、Ne、N等气体元素；而地壳与整个地

35、球相比, 则明显贫 Fe和Mg ,同时富集 Al、K和Na,这种差异说明什么呢？.地壳元素丰度的可能原因在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。三、地壳元素丰度研究的地球化学意义.控制元素的地球化学行为

36、1）元素的克拉克值（即元素在地壳中的 重量百分含量）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。例如，地壳元素丰度高的K和Na,在天然水中高浓度，在某些特殊环境中， 发生过饱和作用而形成各种独立矿物（盐类矿床）；而与之性质相似的 Rb和文档实用标准文案Cs,地壳丰度低，在天然水中浓度极低，远达不到饱和浓度，为此不能形成各 种独立矿物而呈分散状态。2）限定了元素在自然界的矿物种类及种属实验室条件下，可以化合成数十万种化合物，但 自然界中却只有3000多种 矿物，矿物种属也有限：硅酸盐25.5% ,氧化物、氢氧化物12.7% ,其他氧酸 23.4% ,硫化物、硫酸盐

37、24.7% ,卤化物5.8% ,自然元素4.3% ,其它3.3%。为什么酸性岩浆岩的主要造岩矿物总是长石、石英、云母、角闪石？因为地壳中O、Si、Al、Fe、K、Na、Ca等元素丰度最高，在地质作用体 系中浓度大，容易达到形成独立矿物的条件。自然界中的长石、云母（白云母）和石英自然界浓度低的元素很难形成独立矿物，如硒酸锂（Li2SeO4）和硒酸锄 （Rb2SeO4）；但也有例外，Be元素地壳丰度很低（1.7 X10-6）,但是它可以 形成独立的矿物Be3Al2Si6O18 （绿柱石），其原因我们将在下一章里面讲述。3）限制了自然体系的状态实验室条件下可以对体系赋予不同物理化学状态，而自然界体系

38、的状态受到限制，其中的一个重要的因素就是元素丰度的影响。例如，酸碱度（ pH值）在 自然界的变化范围比在实验室要窄很多，氧化还原电位也是如此。4）对元素亲氧性和亲硫性的限定在实验室条件下，化合物组成的剂量可以任意调配； 在自然条件下，情况就 不同了：在地壳中O元素丰度高、S元素丰度低的环境下，Ca元素显然是亲氧 的；而在地幔、陨石的缺 O富S环境中，能形成CaS （褐硫钙石）。.可作为判断微量元素集中、分散的标尺1）为阐明地球化学省（场）特征提供标准。例如在东秦岭地区进行区域地球化学研究表明：东秦岭是一个富Mo贫Cu的地球化学省，Mo元素区域丰度比克拉克值高 2.3倍，而Cu则低于克拉克值。文

39、档实用标准文案从资源角度来看：这样的区域地球化学背景特征，有利于形成Mo成矿带；从环境角度来看：克山病病区中土壤有东秦岭地区（Mo地球化学省）效态Mo、饮水 Mo含量、主食中 Mo元素 含量普遍偏低，低于正常背景值，导致人体 Mo元素低水平，是导致克山病病因的主要 因素。2）指示特征的地球化学过程某些元素之间的克拉克值比值是相对稳 定的，如果这些比值发生了变化，则示踪着 某种地球化学过程的发生。例如稀土元素比值、Th/U、K/Rb、Zr/Hf、Nb/Ta在地壳环境下性质相似， 难以彼此分离，有相对稳定的比值。一但某地区、某地质体中的某元素对比值（如Th/U 一般为3.3-3.5 ）偏离了地壳正

40、常比值，则示踪着某种过程的发生。 Th/U8-10 则可认为本区 内发生了社矿化。3）浓度克拉克值和浓集系数浓度克拉克值=某元素在某一地质体中平均含量/某元素的克拉克值；浓 度克拉克值1意味该元素在该地质体中集中了；浓度克拉克值1 的有 Cl、Pb 等；Ri1 的有 Mg、Cu、V、Fe、Ni、Cr、Ri值反映了地壳物质在分异调整过C、Cs、K、Rb、U、Th、Bi、Tl、Nb 等。程中的宏观趋势。横向分布：大陆地壳和大洋地壳的不均一性洋壳：占地球表面60%以上，厚5-16km ,它们的化学成分与地幔物质相 似，以镁、铁硅酸盐为主，主要成矿元素为Cr、Fe、Ni、Pt等亲铁元素。陆壳：占地球表

41、面30%,厚30-50km ,它们的化学成分由铝、钾硅酸盐组 成，主要成矿元素为亲氧及亲硫元素 W、Sn、Mo、Cu、Pb、Zn、Ag等。陆壳内：板块之间、区域之间、地质体之间、岩石之间、矿物之间元素分布文档实用标准文案也具不均一性。洋壳与陆壳.时间上地壳元素分布的不均一性随着地质历史的发展，元素的活动与分布有着明显的规律性。地史早期：一些稳定元素在地史早期富集成矿。如Au矿主要产在前寒武纪；Fe矿主要产在前寒武纪元古代（前寒武纪变质铁矿占世界铁矿储量60%）。地史晚期：一些活泼的不稳定元素在地史晚期富集成矿。如Sn、Nb、Ta和W等元素，W成矿作用高峰期在中生代（燕山期）。世界部分大陆（北美

42、、南非、印度）不同地史时期成矿元素变化规律：前寒武纪：Pt、Fe、Ni、Co、Au、U（占这些元素探明储量50%以上）； 古生代：U、Pb、Co、Ni、Pt,其次为 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具体区域中元素分布的研究元素在地壳中的丰度是地球化学研究的基础数据。 但是，我们一般都是在某 个具体的区域内工作的，因此更关心的是具体工作区域内元素的分布规律。当我们想研究某地质体中元素是相对富集还是相对贫化时，与地壳丰度对照，只能得到一般概念，而只有与相应区域中元素丰度进行比较才会更有实际意义。为此区域元素分布

43、研究是区域地球化学研究的一项基础工作，它具有以下几个方面的意义：.它是决定区域地壳（岩石圈）体系的物源、物理化学特征的重要基础数据；文档实用标准文案2.为研究各类地质、地球化学作用、分析区域构造演化历史及区域成矿规律 提供重要的基础资料；3.为研究区域生态环境，为工业、农业、畜牧业、医疗卫生等事业提供重要 信息。4/二 J 11 一mm具体区域中元素分布研究的方法确定区域范围空间上分布规律时间上分布规律时空分布的原因.确定研究区域的范围根据工作任务和区域特征来选 择工作范围。区域找矿：应该尽量与构造单元中成 矿带结合起来。因为一定构造环境中 的成矿带往往与一定的地球化学过 程相联系，某个特定的

44、地球化学过程 必然具有某些特 征元素的分布。例如长江中下游Cu、Fe成矿带原生环境：某流域水系沉积物中文档实用标准文案元素的高含量与该流域源区原岩组成及元素本身的地球化学性质等因素有关。例如武汉市沿长江、汉江流域冲积 成因土壤中镉元素高值带（右图）。武汉市沿江土壤镉元素高值带.研究元素空间上的分布在区域内采集不同时代和不同岩石 （土壤）类型的样品，对所获的样品进行 测试分析，然后按照各类岩石在区域里所占的比例，求出该区域（表壳）元素的 丰度。为了准确把握元素的空间分布规律 （一般是二维平面），样品在空间上必须 有一定的密度。如武汉市沿江土壤镉的地球化学图，就是每平方公里采集一个土壤样品 （在

45、采样点附近用梅花状5点采样组合成一个样），再通过计算机计算成图，就能展 示出镉元素的空间分布趋势。Flash9沿江镉采样布局图.研究元素时间上的分布规律以武汉市沿江镉的分布为例。现代沿江冲积物镉含量较高，历史上如何呢？从下表中可以看到，近 70-80年以来长江冲积物中镉的含量比早期沉积物 高2-3倍。/、同时期长江冲积物Cd (mg/kg )文档实用标准文案近期冲积物0.671930年冲积物0.64540年前冲积物0.22810年前冲积物0.37670年前冲积物0.22Flash10不同时期长江沉积物中Cd元素含量.研究元素时空分布的原因一个地区元素的分布现状是整个地质历史过程中元素活动的展示状况，是各种地质、地球化学作用的综合结果