地球和太阳系的化学组成课件

1.2

StructureandchemicalcomponentoftheEarth1.2

Structureandchemicalcom1.2地球的结构和化学成分1.2.1地球的结构和各圈层的成分1.2.2地球元素丰度1.3地壳的化学组成1.3.1大陆地壳化学组成的研究方法1.3.2大陆地壳的结构与组成1.3.3地壳化学成分和元素克拉克值的地球化学意义1.2地球的结构和化学成分1.2.1Structureandconstitution1.2.1Structureandconstituti对地球内部结构和组成的了解只能是间接：地球物理模拟实验，高温高压实验研究成果的支持天体物质，宇宙化学-陨石对地球内部结构和组成的了解只能是间接：地球和太阳系的化学组成课件主要是化学组成不同所造成的，太古宙以后形成的主要是化学组成不同所造成的，地球演化的能源与温度场(1).放射能

Beforetheearth短寿命的After长寿命的238U，235U，232Th和40K地球演化的能源与温度场(2).重力能重力位能的释放（吸积形成时和后，核幔分异，铁镍下沉）（地球早期）静压与浮力作用(板块运动、地震等）剪切应力作用（地壳重熔）(2).重力能Oceancrustisthin(6km)andisnowhereolderthanabout200million.Thecontinentalcrustisthickerandrelativelypermanent.Rigid,(<1000°C)s'θensfiOceancrustisthin(6km)Rig地球和太阳系的化学组成课件41%,37~40km,喜马拉雅山80kmP5.8-6.4km/s最老的3.8~4.3Ga上下大致可分为花岗质的上部大陆地壳41%,37~40km,喜马拉雅山80km大陆地壳2.下地壳（20~40km)P波速度6.5-7.2km/s较基性的下部榴辉岩和石榴子石变粒岩压力4×108Pa仍然是固态2.下地壳（20~40km)下地壳的平均化学成分相当于偏铁镁质的中性岩，其存在的岩石类可能有角闪岩、斜长角闪岩、镁铁质和硅铝质的石榴子石变粒岩、超镁铁质岩石和榴辉。在不同的地段内,上述各种岩石出现的比例可能不尽相同在某些具有中等的P波波速地区内,还可能有地幔和地壳物质的混合体。下地壳的平均化学成分相当于偏铁镁质的中性岩，其存在的岩石类可大洋岩石圈5-10km,averageis8km大洋地壳大洋岩石圈5-10km,averageis8km大洋地地球和太阳系的化学组成课件(3层)1.sediment(由沉积淤泥、碎屑、页岩和泥灰岩组成,并含有生物遗体)度变化很大,大陆坡、大陆架处最大厚度可达2～4km。深海区厚度变薄,洋中脊处沉物极薄或缺失2.硅镁层,由大洋玄武质熔岩（大洋拉斑玄武岩）组成，下部铁镁质岩墙；该层布广泛,厚约1～2.5kmP波波速为4.5～5.5km/s。3.第三层为洋壳的主要岩层，(3层)它以地震波速和厚度变化较小为特征。该层厚度约2．4—7．5km，平均厚度约5km。P波速为6．5—7．1km/s。该层主要由辉长岩组成，并伴有斜长角闪岩向下过渡为辉绿辉长岩、辉长岩。在岩石结构上,从喷出相过渡到侵入相,两者呈同生分异关系。沿构造带分布的蛇纹石化橄榄岩底辟。这种橄榄岩底辟穿过辉长岩层与第二层的玄武岩直接接触，或进入玄武岩层呈岩墙产出。洋壳莫霍面以下约17km范围内，P波波速为8.1km/s。这一地段为上地幔顶部的橄榄岩岩壳。它以地震波速和厚度变化较小为特征。该层厚度约2．4—7．5k大洋地壳与大陆地壳之间的过渡带在组成与构造上比较复杂，例如西太平洋海沟东测是典型的大洋地壳，出海沟经边缘盆地至大陆坡，洋壳和陆壳交互镶嵌，地壳厚度变化很大；东太平洋过渡带则比较简单，海沟与大陆坡相邻，不出现边缘盆地，由大陆向海沟方向，上陆壳硅铝层尖灭，地壳厚度变薄。大西洋、印度洋等过渡带的岩石组合和厚度又各具特点，因而，全球性陆壳与洋壳过渡地带的岩层层序和组成不具有统一的模式。大洋地壳与大陆地壳之间的过渡带在组成与构造上比较复杂，SiO250%大陆是中性花岗闪长质的，SiO260%洋壳中碱金属含量低，特别是K20，其含量仅为陆壳的1/7Mgo和FeO的含量洋壳大于陆壳。因此，在元素的分配上，洋壳比陆壳贫硅和碱金属，但较富镁铁。正是这种原因，大洋沉积物中富含Fe、Mg、Co、Ni等亲铁元素，它们是现代海洋中巨大的潜在资源。SiO250%Mgo和FeO的含量洋壳大于陆壳。因此，地球和太阳系的化学组成课件(三)地幔和地核

1上地幔自莫霍面至400km深处称为上地幔。根据地球物理参数的变化，又分为三个壳层：上岩壳(约自地表以下40一50km)、低速带(约自地表以下50一150km)和下部带(自地表以下150—400km)。(三)地幔和地核1上地幔上岩壳P波波速由下地壳的6．5—7．5km/s突变为8．1km/s，实验证明：处于上地幔顶部的温压条件下，橄榄石、斜方辉石、单斜辉石和尖晶石是稳定的。普遍认为上地幔顶部的岩石为橄榄岩。即莫霍面的性质为化学间断而不是等化学的相变。上岩壳P波波速由下地壳的6．5—7．5km/s突变为8．Phasearerealsubstancesthatarehomogeneous,physicallydistinct,and(inprinciple)mechanicallyseparable.thephasesinarockarethemineralspresentAmorphoussubstancesarealsophasesplagioclase(斜长石),clinopyroxene(斜辉石),olivine,etc.,Phasesneednotbechemicallydistinct:aglassoficewaterhastwodistinctphases:waterandice.Thesugarthatwon'tdissolveinyouriceteaisadistinctphasefromthetea,butthedissolvedsugarisnot.Manysolidcompoundscanexistasmorethanonephase.Phasearerealsubstancesthat低速带:上岩壳下部，约由地表深50一150h的范围内，由于P波波速减弱(7．7—7．8km/s)。这一区间被认为是地幔岩浆的产生部位。低速带:上岩壳下部，约由地表深50一150h的范围内，由于P低速带下部至400Km处，P波波速又增至7.7—7.8Km/s，密度为3．5—3.6g/cm3。相当于超镁铁质—镁铁质的固态岩石。1962年AE．Ringwood首次提出“地幔岩”的概念。1966年他提出地幔岩的组成模式为3份橄榄岩+1份拉斑玄武岩，它代表上述未经分熔的上地幔原始岩石的组成。此后地幔岩这一名词及其组成的基本模式已被普遍接受，但不同研究者在岩石类型的选择和配比上略有不同。低速带下部至400Km处，P波波速又增至7.7—7.8Km/实验得出，上述组分在相当于上地幔的温压条件下应出现的主要稳定矿物为橄榄石、斜方辉石、单斜辉石、镁铝榴石和尖晶石。因而认为上地幔的岩石类型主要为橄榄岩类仅因其所处的温度条件的差异而有不同亚类。根据A.ERingwood(1996)和T.Green(1964)等人的数据得出的地幔岩的平均成分实验得出，上述组分在相当于上地幔的温压条件下应出现的主要稳定深度自400km至2898为过渡带和下地幔。人们对于深地幔和地核的了解具有更大的推测性。现在倾向认为深地幔与上地幔的成分是相当的，在主要成分中深地幔仅含铁多些。据Ringwood估算，上地幔N(Fe)/[N(Fe)+N(Mg)](原子比)为0.1下地幔可能增至0．2深度自400km至2898为过渡带和下地幔。深地幔地震P波波速为9.0一13.5，最大密度为3．85—5.7g/cm3。这种高于上地幔的物理参数被认为是在高压条件下深地幔物质逐渐趋向于更紧密堆积的结果。实验显示，在深度约为300km处，辉石开始向石榴子石结构转变，约自400km至1050km处，橄榄石向β尖晶石结构转变，石榴子石向铁矿和钙铁矿结构转变，并出现方镁石和斯石英。在深度1050一2898km范围内，根据锗硅酸盐模拟实验和冲击波研究推测，地幔物质已转化为比复杂氧化物更为致密的相。深地幔地震P波波速为9.0一13.5，最大自莫霍面至深地幔不同深度所相当的不同温压条件下稳定的矿物组合和相转变列于表。自莫霍面至深地幔不同深度所相当的不同温压条件下稳定的矿物组合地核自2898h至4640km深度，P波波速急剧下降至8.l-8.9km/s，s波不能通过，因此推断该层为流体状态，称为外核。

4640~5155km处的密度和地震波速度变化是连续的。但P波在4640处明显增大至10．4km/s，s波不能通过，因而推断可能是流体和固体的过渡部位，称为过渡层。自5155km至地心为内地核，P波速度增至11.0~11.3km/s，密度增至12.7—13.0g/cm3。一般认为内核为地球物质最紧密堆积的固态。地核自2898h至4640km深度，P波波速急剧下降至8.整个地核的密度约为12g/cm3。这种高密度物质只有铁陨石才与之相当，所以很早就认为整个地核的成分是由Fe、Ni合金组成的。近些年来还提出铁硫地核和铁硅地核等不同观点，但目前地核由铁、镍为主要组成的认识仍占有主导地位。整个地核的密度约为12g/cm3。

综上所述，地球的化学成分存在着明显的分带性。元素丰度排列，地球、地幔和地壳中主要的10种元素的分布顺序(由大到小)是：综上所述，地球的化学成分存在着明显的分带性。1.2.1.6

Compositionofwater、atmosphere

andorganismsystem地壳岩石圈的外围被水圈、大气圈和生物圈所包围，它们是地球物质长期演化的结在空间上，它们与地壳占有不同部位但又有所重叠。Mass0.024%,butcontroltheenvironmentandmassexchangeintheearth1.2.1.6Compositionofwater

一、水圈Composition

地球表部的水体包括海水(海洋水)、陆地水、生物体内水和大气水

一、水圈Composition

地球表部的水体包括（一)watersystem

71%areacoveredbywatersystem海水中除含有各种dissolvedcomposition外，尚有少量organism、无机微粒悬浮物和traceelements。被溶解组分主要以离子和酸根状态存在，其中含量最多为Cl、Na-、K+、HCO3-、CO3-、Br-和S2+，以及少量的MgS04、CasO4和SrS04，它们占被溶解物质总量的99．91％。微量元素主要以简单阳离子、硫酸盐和氯化物形式存在。（一)watersystemChlorinity:每千克海水中，将溴和碘以氯代替其所含氯、溴和碘的总克数，g/kg。Salinity:theweightingramsofthedissolvedinorganicmatterinonekilogramofwaterafterallthebromideandiodidehavebeenreplacedbytheequivalentamountofallcarbonateconvertedtooxide(CO2drivenoff).g/kg.Chlorinity:每千克海水中，将溴和碘以氯代替其所含氯大量研究证明，海水中主要化学成分含量的相对比例是比较constant海水中的盐度和氯度之间一般存在如下经验公式故当测定某海水的氯度后，即可计算出盐度。

大量研究证明，海水中主要化学成分含量的相对比例是比较cons海水的盐度介于34‰一‰之间，变化幅度仅为2‰其他微量元素总量虽不足0．1‰

，但各元素含量的变化幅度较大，介于10-6一10-9之间。海水中含有少量的气体，主要为：CO2、N2和O2cm3/L：CO2为50，N2为13；O2为2~8。此外尚含有H2s和惰性气体(0.32~7)×10-6以及大约为0.03‰的有机物质。海水的盐度介于34‰一‰之间，变化幅度仅为2‰（二)大陆水大陆水包括河水和湖水，其质量相对于水圈总体质量而言是很少的，仅占水圈质量的2．97％，但它对表生作用和生态环境的影响却非常巨大。大部分大陆水来自大气降水，少量为温泉补给。大陆水所含被溶物质主要为Ca2+、Mg、K+、Na+、HCO3-、S06-和Cl-等。这些物质的总量习惯上称为含盐量，其化学组成的类型与海水相似，但其含量变化大，常因其所处的地质、地理环境的不同而变化。。（二)大陆水大陆水包括河水和湖水，其质量相对于水圈总体质量而克拉克曾对大陆河水和湖水中的部分化学成分进行了统计和测定，得出的各大陆水平均化学成分列于表克拉克曾对大陆河水和湖水中的部分化学成分进行了统计和测定，得DifferencesbetweenseawaterandcontinentalwaterareclearMainionaresimilarRatioareoppositeDifferencesbetweenseawateraRiverAverageSanityis160mg/LCa>Na,HCO3>SO42->Cl-Lakewater湖泊水、沼泽水、内海水RiverAverageSanityis160mg/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。由于地下水所处的土壤和岩层的化学组成不同，因而它们的被溶物质各有不同。又由于不同部位水层之间不易交流，所以其水质成分常多种多样，因地而异。地下水地下水的基本特点是：悬浮杂质少；有机质和细菌少；受地表污染少；含盐量高，浓度变化大，硬度和矿化度较高。地下水的含盐量一般比地表水高数倍。但因其悬浮物少和受地表远染少，故其水质清澈透明。地下水含盐量常随深度而增大，成分的比例也有变化。地下水中离子浓度一般为Ca＞Na+，HCO3-＞SO4+＞Cl-，至深部转化为Na+＞Ca2+，Cl-＞SO4-＞HCO3-。还原性质，常含有低价金属，特别是Fe2+和Mn2+等。地下水的基本特点是：温泉水常含有特殊的成分，例如CO2、H2s、CH4、N2等气体及放射性元素。它是由内力地质作用形成的一种特殊的地下水体。温泉水常含有特殊的成分，例如CO2、H2s、CH4、N2等地球水圈的存在，对于风化、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，另一些元素发生聚合、集中。据统计，世界资源总且的75％左右是在水圈中经沉积和沉积变质而生成的。因此，对于水圈地球化学作用的研究，不仅具有理论意义，而且具有重要的经济意义。地球水圈的存在，对于风化、沉积作用和生命的衍生具有决定性意义二、大气圈的成分

分布于岩石圈表面及外部的空气层称为大气圈。大气圈与星际空间没有明显的界限，大气的密度随距地表高度的增大而渐趋稀薄。根据大气的组成状况，将大气分为均匀层(低层大气)和非均匀层(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29km内的均匀层中。实际上所测得的大气成分均来自均匀层的下部。二、大气圈的成分

分布于岩石圈表面及外部的空气层称为大气圈。地球和太阳系的化学组成课件地球和太阳系的化学组成课件（三）、生物圈的成分生物圈是地球表部植物、动物和微生物生息活动的空间部分。在大气圈10km高空，地壳断裂的3km深处都发现有生物存在，但大量生物则集中分布于地表和水圈上层。与水圈、大气圈比较，生物圈的质量最少。据兰卡马和萨哈马(1940)资料，水圈、大气圈和生物圈的质量比例为6900：300：1。然而，生物对元素的迁移和转化有重大的作用。（三）、生物圈的成分生物圈是地球表部植物、动物和微生物生息目前已发现生物体内含有60余种元素。综合6000种以上动植物化学成分分析资料得出的生物圈平均化学成分。从中可以看出，0、c、H的总含量(质量分数)多达98．5％，其次是ca、K、si、Mg、P、s等。元素在生命物质中的作用不仅取决于含量多少，还应考虑它们对促进有机体生长的作用。从生物化学角度看，起支配作用的元素主要为0、C、H、N、S、P六种，其次为K、Ca、Mg和Fe。目前已发现生物体内含有60余种元素。综合6000种以上动植物O、C、H组成：蛋白质、类酯物、碳水化合物、色素、木质素。主体N、P、K、Ca、Mg、Fe对生产细胞、动物在骨骼、血液及循环系统，对植物的根、茎、叶微量元素O、C、H组成：蛋白质、类酯物、碳水化合物、色素、木质素。主1.2.2Concentration研究地壳元素丰度是地球化学的一项重要的基础任务。地壳丰度是地球各层圈中研究最详细和较正确的。

地壳元素丰度确定的方法地壳元素的丰度特征地壳元素丰度研究的意义地壳元素分布的不均一性1.2.2Concentration研究地壳元素丰度是地地球化学为表示元素在某地质体中(如地球、地壳、宇宙星体及各种岩类、岩体等)的含量常采用“丰度”一词。地球化学为表示元素在某地质体中(如地球、地壳、宇宙星体及各克拉克值地壳()中的平均含量最早系统地研究元素在地壳中的丰度，是从F．w．克拉克开始的。后来为了表彰他在这方而的贡献，费尔斯曼提议把元素在地壳中的平均含量称为克拉克值克拉克值由于各元素的原子量不同，元素的质量克拉克还不能反映各元素原子个数的相对含量。由于各元素的原子量不同，元素的质量克拉克还不能反映各元素原子为此，费尔斯曼提出了“原子克拉克”的概念原子克拉克是以原子数之比表示的元素相对含量，它是指某元素在某地质体全部元素的原子总数中所占原子个数的百分数。计算时应先求出元素的相对原子数，设N为某一元素在某地质体中的相对原子数，∑N为所有元素相对原子数总和，则为此，费尔斯曼提出了“原子克拉克”的概念地球和太阳系的化学组成课件地球和太阳系的化学组成课件地球和太阳系的化学组成课件多数研究者所得的数值是比较接近的，但也存在某些差异。其差异的原因，除可能的分析误差外，还与不同作者对地球结构模式认识不同和所选用样品的代表性不同等有关。例如克拉克和华盛顿(1924)以地壳厚度为10km作标准，并按岩浆岩占95％、页岩占40%、砂岩占0．75％、石灰岩占0.25％，然后用加权法计算出各元素的平均含量，作为地壳的平均化学成分。维诺格拉多夫则采用两份花岗岩(代表硅铝层)和一份玄武岩(代表硅镁层)的组合样品来代表地壳的总成分。挪威南部广泛分布着冰川粘土，戈尔德施密特(1937)认为它代表着大陆地壳岩石的平均化学组成，他根据对这种冰川粘土分析结果，计算出地壳的平均化学成分。黎彤(1976)认为，地壳化学成分除大陆地壳成分外，还应包括大洋地完成分，他按这一想法计算得出了地壳的平均成分。多数研究者所得的数值是比较接近的，但也存在某些差异。地球和太阳系的化学组成课件地球和太阳系的化学组成课件地球和太阳系的化学组成课件对比各元素的克拉克值，可以发现它们彼此之间有很大的差异。按维诺格拉多夫值(1949)，丰度最大的元素(O为47%)和丰度最小的元素(Rn为7×10-18)之间，其含量之比可达1017。若按克拉克值递减的顺序排列，含量最多的前三种元素(o、si、Al)即占地壳总质量的84.55％，含量最多的前九种元素(O、Si、Al、Fe、ca、Na、K、Mg、Ti)占地壳总质量的99.18％，而其余的元素仅占0．82%。对比各元素的克拉克值，可以发现它们彼此之间有很大的差异。按由此可见，元素在地壳中分布具有极大的不均一性。元素在地壳中的分布规律与其在太阳系中的分布规律有很大的相似性。元素的克拉克值大体上随原子序数的增大而减小。周期表中前26种元素(从H至Fe)的丰度占地壳总质量的99.74%。但H、B、Be以及惰性气体的含量并不符合上述规律，其丰度值很低。此外，周期表中原子序数为偶数的元素总分布量(约86.36%)大于奇数元素的总分布量(约13.64%)，相邻元素之间偶数序数的元素分布量大于奇数元素分布量(如REE)，这一规律称为奥多—哈根斯法则。由此可见，元素在地壳中分布具有极大的不均一性。已知天然稳定和放射性核素有352种。同一元素的不同同位素丰度差异很大已知天然稳定和放射性核素有352种。同一元素的不同同位素丰度地球和太阳系的化学组成课件地球和太阳系的化学组成课件1.3.1地壳元素丰度的研究方法

地壳（大陆）的化学组成是认识地球总体成分、分异演化和地球的动力学过程的基本前提，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。1.早期克拉克计算法

是由美国F.W.Clarke和H.S.Washington于1924年发表的地球化学资料中计算出来的。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95%的岩浆岩，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。1.3.1地壳元素丰度的研究方法

地壳（大陆）的其作法如下：①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；②对53种元素进行了定量的化学分析；③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;④计算时用算术平均求出整个地壳的平均值。他们的工作具有重大的意义：①开创性的工作，为地球化学发展打下了良好的基础；②代表陆地地壳成分，其数据至今仍有参考价值。

其作法如下：①在世界各大洲和大洋岛屿采集了5159个2.简化研究法（取巧研究法）1）Goldschmidt采集了挪威南部冰川成因粘土（77个样）用其成分代表地壳平均化学成分，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容易淋滤沉淀有关）。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，用太古宙后页岩平均值扣除20%计算上部陆壳元素丰度。

综合上述各种研究方法，根据目前对地壳的认识，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。2.简化研究法（取巧研究法）1）Goldschmid3.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，出露地表的大陆地壳剖面（exposedcrustalcross-section）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）。尽管各家所采用的研究方法不同，但所得得地壳主要元素丰度的估计值还是相互接近的，这充分说明其估计值是比较精确的。3.大陆地壳剖面法造山作用可使下地壳甚至上地幔的岩石图1.2出露地表的大陆地壳剖面的一般模式（据Percival等，1992）有规律的变质分带剖面中颁布的麻粒岩形成于下地壳条件(600-1400MPa）由于下地壳岩石密度较大、磁性较强，因此向着地表出露的下地壳岩石方向应表现出明显的重力和磁性地表出露的被确认为下地壳的岩石可直接延伸至地壳深部图1.2出露地表的大陆地壳剖面的一般模式（据Percival1.3.1.5区域大规模取样和分析1.3.1.5区域大规模取样和分析1.3地壳元素的丰度特征1.地壳中元素的相对平均含量是极不均一的，丰度最大的元素是O：47%，与丰度最小的元素Rn的6x10-16相差达1017倍。相差十分悬殊。前九种元素：O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg、Ti前五种:82.58%前九种: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，而大部分元素居从属地位。1.3地壳元素的丰度特征1.地壳中元素的2.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：H>He>O>Ne>N>C>Si>Mg>Fe>S地球：Fe>O>Mg>Si>Ni>S>Ca>Al>Co>Na地壳：O>Si>Al>Fe>Ca>Na>K>Mg>Ti>H

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？2.对比地壳、整个地球和太阳系元素丰度数据发现，它地壳元素的丰度特征3.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。地壳元素的丰度特征3.地壳中元素丰度不是固分析结论：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:1.元素原子核的结构和稳定性；2.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。分析结论：由宇宙化学体系形成地球的演化（核化学）过程元素在主要岩石类型中的分布元素在地壳中的分布具有极大的不均匀性。造成这种不均匀性的主要原因，是由于地壳中分布着各种类型的岩石。不同类型岩石的出现，实际上是元素的不同地球化学性质和其形成环境的差异所导致的必然结果。元素在主要岩石类型中的分布元素在地壳中的分布具有极大的不均匀地球和太阳系的化学组成课件地球和太阳系的化学组成课件地球和太阳系的化学组成课件地球和太阳系的化学组成课件各主要元素在不同类型岩石中的分配特征为：

1．主要类型岩浆岩中元素的分配

(1)Fe、Mg、Cr、Ni、Co和铂族等，按超基性岩、基性岩、中性岩、酸性岩的顺序含量递减。

(2)Ca、Al、Ti、V、Mn、Cu和Sc等在基性岩中含量最高，而在超基性岩、中性岩及酸性岩中含量降低。

(3)碱金属元素K、Na、Li、Rb、Cs及Si、Be、TI、Sr、Zr、Hf、U、Th、Nb、Ta、w、Mo、Sn、Pb和稀土元素等，随着由超基性岩向基性岩、中性岩、酸性岩过渡，其含量明显递增。碱性岩中K、Na的含量达到最高值。

(4)某些元素在各类岩浆岩中的含量变化不大，例如Ge、Sb、As等各主要元素在不同类型岩石中的分配特征为：1．主要类型岩浆岩(2)主要类型沉积岩中的规律(1)砂岩中富集的元素：Si,Zr（2）碱金属元素Li、Na、K、Rb、Cs和Si、Al等在页岩和泥质岩中含量最高，在碳酸盐岩中含量最低，含量之差常达10倍(Li、Cs)至数10倍(K、Na)。碳酸岩中富集的元素：Mg,Ca,Sr,Mn,在砂岩中最低，在硫酸盐中富集可达10-100倍。页岩中富集的元素：Al及大多数微量元素，如V,Ni,Co,Cu,Ag,Au,Mo,U,Cd,As,Sb(2)主要类型沉积岩中的规律

(3)过渡元素Mn、Ni、Co等在深海沉积物中含量高，因而在深海沉积物中形成了巨大的海底锰结核矿产，并伴有Ni、Co等可供综合利用。与Mn类似，在深海沉积物中富集的元素还有B、Na、Ba、P、S、Cu、Mo、Pb及卤素元素F、Cl、Br、I等，它们的含量都高于各自在岩浆岩中含量的最高值。(3)过渡元素Mn、Ni、Co等在深海沉积物中含量高，因各类变质岩的化学成分受原岩(沉积岩和火成岩)所控制。一般地说，变质岩石中元家的含量并不因其变质类型和变质程度的不同而有明显差异。各类变质岩的化学成分受原岩(沉积岩和火成岩)所控制。一般地说

1.3.3.2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。例如，地壳元素丰度高的K、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）；而地壳元素丰度低的Rb、Cs，在天然水中极低浓度，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。1.3.3.2元素地壳丰度研究的地球化学意义

2）限定自然界的矿物种类及种属实验室条件下，化合成数十万种化合物。自然界中却只有3000多种矿物。矿物种属有限（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24.7%；卤化物5.8%；自然元素4.3%；其它3.3%

）。如图所示：2）限定自然界的矿物种类及种属地球和太阳系的化学组成课件问题：

为什么酸性岩浆岩的造岩矿物总是长石、石英、云母、角闪石为主？因为地壳中O,Si,Al,Fe,K,Na,Ca等元素丰度最高，浓度大，容易达到形成独立矿物的条件。自然界浓度低的元素很难形成独立矿物，如硒酸锂(Li2SeO4)和硒酸铷(Rb2SeO4)；但也有例外，“Be”元素地壳丰度很低(1.7×10-6)，但是它可以形成独立的矿物Be3Al2Si6O18(绿柱石)，其原因我们在下一章里面讲述。问题：为什么酸性岩浆岩的造岩矿物总是长石、石英、云母自然界常见的矿物钠长石黄水晶石英云母自然界常见的矿物钠长石黄水晶石英云母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O丰度高，S丰度低环境下，Ca元素显然是亲氧的；在地幔，陨石缺O富S环境，能形成CaS(褐硫钙石)。3)限制了自然体系的状态

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。

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元素区域丰度比地壳克拉克值高2.3倍，而Cu元素则低于地壳克拉克值，这样的区域地球化学背景，有利于形成Mo成矿带。资源：Mo地壳丰度1×10-6，东秦岭Mo区域丰度2.3×10-6Mo的地球化学省。环境：克山病(地方性心肌病病,低硒)区中土壤有效Mo、饮水Mo含量、主食中Mo含量普遍低于地壳背景，导致人体Mo低水平。2.可作为微量元素集中、分散的标尺1）可以某些元素克拉克比值是相对稳定的，当发现这些元素比值发生了变化，示踪着某种地球化学过程的发生。例如稀土元素比值、Th/U（3.3-3.5）、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。一旦某地区、某地质体中的某元素组比值偏离了地壳正常比值，示踪着某种过程的发生。

Th/U<2则可认为本区存在铀矿化，Th/U>8-10则可认为本区发生了钍矿化。2)指示特征的地球化学过程某些元素克拉克比值是相对稳定的，当发现这些元素比值发

实例：东秦岭钼矿带各期岩浆岩中钼元素丰度变化

前加里东期基性火山岩（变质为斜长角闪岩）安山岩、安山玢岩

加里东期辉绿岩、辉长辉绿岩燕山期

花岗闪长岩、花岗斑岩、石英斑岩（深源）2.5ppm-5ppm早基性Mo少4-7ppm十几－几十ppm晚酸性Mo多

实例：东秦岭钼矿带各期岩浆岩中钼元素丰度变化3.地壳丰度对地壳能源的限制

地壳的能源有两个主要来源，一个是太阳能，另外一个是放射性元素的衰变能。放射性衰变能是由放射性元素（K、U、Th）的类型和数量所决定的。例如，地球经过45亿年的演化，235U已衰变95％，238U已衰变掉50%左右，而232Th仅消耗了其总量的20％，周而复始，为地球提供能量。3.地壳丰度对地壳能源的限制地壳的能源有1.3.3.3地壳元素分布的不均一性整个地球元素分布是不均匀的，地壳也是一样，地壳元素的分布不论在空间上及时间上都是不均一的。这与地壳，乃至于地幔物质分异的整体过程联系起来空间上分布的不均一性时间上地壳元素分布的不均一性1.3.3.3地壳元素分布的不均一性整个地球元素分布是不均1.空间上分布的不均一性垂向深度（陆壳）：上下地壳元素丰度的不均匀性：上地壳：0-8~12km

偏酸性火成岩、沉积岩；下地壳：8~12km-莫霍面麻粒岩、玄武岩。

Ri=上地壳元素丰度/下地壳元素丰度：Ri约等于1:Ca,Si,Zr,Nd,Pb等；Ri<1:Mg,Cu,V,Fe,Ni,Cr,Ag,Co,Sr等；

Ri>1:Cl,C,Cs,K,Rb,U,Th,Bi,Tl,Nb等。反映了地壳物质在分异调整过程中的宏观趋势。

1.空间上分布的不均一性垂向深度（陆壳）：上下地壳1.空间上分布的不均一性横向分布：大陆地壳和海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，主要分布着Cr,Fe,Ni,Pt等亲铁元素。陆壳：占地球表面30%，厚30-50km，它们的化学成分由铝、钾硅酸盐组成，主要分布着亲氧及亲硫元素W，Sn，Mo,Cu,Pb,Zn,Ag等。陆壳内：板块间、区域间、地质体间、岩石间、矿物间元素分布不均一性。1.空间上分布的不均一性横向分布：大陆地壳和海洋地2.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。

Au元素：主要产在前寒武纪；

Fe元素: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向着地史晚期富集。

Sn,Nb,Ta和W等元素：钨成矿作用高峰期在中生代（燕山期）。2.时间上地壳元素分布的不均一性随着地质历史的发展2.时间上地壳元素分布的不均一性世界部分大陆（北美、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。以上是从地质历史大的时间跨度上来说是这样，就是从某一时期内元素在时间上的分布也是不均匀的。2.时间上地壳元素分布的不均一性世界部分大陆（北美实例：

我国南方各地稀有元素的富集都有与中生代燕山期花岗岩有关，但各稀有元素之间在成矿时间上也大致有一时间先后顺序：Ti、Zr→ΣCe、ΣY（Be）→Nb、Ta、Hf、Li→Rb(Sr)→Be这与花岗岩的岩浆演化历史有着密切的关系。从以上资料可以看出，不仅应了解元素的集中趋势，而且研究元素的时空不均一性显得更为重要。研究元素在区域上空间分布及时间演化趋势对于为国民经济服务（资源、环境）有着十分重要的意义。实例：我国南方各地稀有元素的富集都有与中生代燕五、具体区域元素丰度的研究从上面的讨论中我们可以清楚的知道，元素在太阳系、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，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了，拿什么做标准呢？只有与具体区域内元素的区域丰度来进行比较会更有实际意义，而与地壳丰度对照，只能得到一般概念。为此，区域元素分布研究是区域地球化学研究的一项基础工作。五、具体区域元素丰度的研究从上面的讨论中我们可以清楚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意味该元素在地质体中集中了

浓度克拉克值＜1意味该元素在地质体中分散了

区域浓度克拉克值=某元素在区域内某一地质体中平均含量/某区域元素的丰度值

浓集系数

=某元素最低可采品位/某元素的克拉克值,反映了元素在地壳中倾向于集中的能力。Sb和Hg浓集系数分别为25000和14000，Fe的浓集系数为6，这说明Fe成矿时只要克拉克值富集6倍即可。浓度克拉克值和浓集系数浓度克拉克值=某元素在某一（一）区域元素研究的意义

1.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；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、医疗保健等事业提供重要信息。

（一）区域元素研究的意义1.它是决定区域地壳（岩石圈（二）区域元素分布研究的思路

1.区域范围的确定——靶区的选择

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区、带结合起来，因为一定的构造环境中的成矿带往往与一定的地球化学过程相联系，某个特定的地球化学必然具有某些特色元素的分布。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元素的高值区与该流域源区原岩的化学组成及元素本身的地球化学性质等因素有关。例如沿长江流域冲积成因土壤镉元素高值带。如下图所示。（二）区域元素分布研究的思路1.区域范围的确定—沿长江流域冲积成因土壤镉元素高值带图沿长江流域冲积成因土壤镉元素高值带图2.研究元素空间上分布规律

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内所占的比例，求出该区域（表壳）元素的丰度。为了要了解元素空间分布规律（一般是二维平面）就需要样品在空间上有一定密度的展布。如沿江镉的地球化学图（上图），就是每平方公里采集一个土壤样品(在采样点附近用梅花状5点采样组合成一个样），再通过计算机成图展示出镉元素空间分布趋势（右图）。

2.研究元素空间上分布规律在区域内采集不3.研究元素在时间上的分布规律

我们以沿江镉的分布为例。现代沿江冲积物镉含量较高，那么历史上的又如何呢？从表中我们可以看到，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。3.研究元素在时间上的分布规律我们以沿江镉4.研究元素的分布特征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，而每一个主要的地质地球化学过程，元素的活动必然有其特定的组合和强度。因此，在元素时空分布的资料中，蕴含着丰富的地球化学信息。例如：沿长江（汉江）冲积成因土壤中镉是从哪里来的？为什么样会形成高值带？4.研究元素的分布特征的原因一个地区元素的分布现状是土壤类别

Al2O3

Fe2O3MgOCaO

MgO+CaO

MgO/CaO

Na2O

K2O

Na2O/K2O

Cd

长江(26)

14.3

6.36

2.523.67

6.19

0.69

1.06

2.65

0.40

0.33汉江(27)

17.9

8.52

2.210.99

3.21

2.22

0.80

2.92

0.27

0.27土壤类别

Zn

Pb

Zn/Pb

As

Sb

As/Sb

Mo

Cr

Ni

Cr/Ni

F

pH

长江(26)10536.3

2.911.50.8114.2

0.81

9439.82.366808.02汉江(27)12732.0

4.018.21.2614.4

1.2611153.62.078766.8例1长江、汉江冲积成因土壤化学组成特征氧化物：％，其余：mg/kg；括号内为样品数土壤类别Al2O3Fe2O3MgOCaOMgO+C

结论1：用CaO+MgO

对pH作图，Fe2O3对Cr+Ni作图，Cr+Ni对Mo作图，由图可见，长江与汉江冲积成因土壤化学组成具有明显的差别。结论1：用CaO+MgO对pH作图，Fe2O3对C地球和太阳系的化学组成课件两江汇水域表壳岩石化学组成特征

作为土壤母岩的沉积物来自各自的汇水流域，河流沉积物中化学组成的差异受控于各自汇水域表壳岩石的化学组成。为此，长江沿江冲积成因土壤的化学组成受长江中上游流域——扬子陆块表壳岩系化学组成的制约，而汉江冲积成因土壤的化学组成则受汉江中上游流域—秦岭造山带表壳岩系化学组成的限定。

两江汇水域表壳岩石化学组成特征扬子陆块、秦岭造山带上地壳化学组成化学组成构造单元Fe2O3MgO

CaOAsSbCrNiMoF扬子陆块1.543.827.403.290.2456330.63493秦岭造山带2.213.606.884.060.3182400.70526氧化物：％，其余：mg/kg扬子陆块、秦岭造山带上地壳化学组成化学组成扬子陆块盖层中的一个明显特征是碳酸盐发育，为此风化后的沉积物CaO含量高，土壤呈碱性。而秦岭造山带表壳岩系中基性火山岩比例大，这样，Fe2O3、Cr、Ni丰度偏大，其发育的土壤中性偏酸。这些特征都分别被长江、汉江冲积成因的灰潮土对应地继承下来了。

结论2:扬子陆块盖层中的一个明显特征是碳酸盐发育，为此风化后例2：华北地台南缘与秦岭褶皱系北缘界线（豫西段）森林植被覆盖、区域土壤地球化学测量；

Co,Ni,Cr,V,Ti累加异常南北迥异，为什么？北侧：华北地台，碳酸盐岩南侧：秦岭褶皱系，基性火山岩界线-异常急变带-黑沟断裂带例2：华北地台南缘与秦岭褶皱系北缘界线（豫西段）森林植被例3.为什么在秦始皇陵上有高的Hg气异常？

在西安一带是中华民族发祥地之一，周秦汉唐等十几个王朝建过都，秦始皇墓葬“纳百川，容天地”水银（HgS）→河流，皇亲贵族死后“涂红绘彩”。地球化学汞气测量来确定墓穴空间位置。例3.为什么在秦始皇陵上有高的Hg气异常？

在西安一带是5.研究元素在岩石中各组成矿物间的分配

地壳中元素分布不均匀→区域元素分布不均匀→由各类岩石、矿物引起→各类岩石、矿物中元素含量差别是悬殊的。各种岩石类型和组成矿物中元素含量及变化是地球化学研究的始点。1）各类型岩石中元素的平均含量

为什么？自学、作业2）岩石中元素在组成矿物间的分配元素在组成矿物中的分配是极不均匀的，受元素性质及矿物形成时物理化学条件等因素所控制。查明其原因必须要确定各组成矿物中元素的含量。进行共生矿物内元素平均含量的平衡计算。5.研究元素在岩石中各组成矿物间的分配地球和太阳系的化学组成课件地球和太阳系的化学组成课件六、小结及思考题地球是太阳系的一个行星，地壳是地球的外部圈层，因此，太阳系、地球、地壳的元素丰度共同遵循太阳系元素丰度的基本规律，如奇偶规律、随原子序数增大元素丰度递减等。在太阳系物质形成地球、地球分异出地壳的过程中发生过化学分异，导致三者间在组成和元素丰度上也存在差异。一个自然体系的丰度在与外界的相互作用过程中会不断发生演化，

因此，地壳现今的元素丰度并不能代表它形成和演化过程中的元素丰度。元素丰度是自然体系的基本化学特性，它决定了体系内化学作用和化学演化的基本特征，也控制着与相邻体系的物质交换，地壳、尤其上地壳的元素丰度与人类生存活动密切相关，最受人们的关注，研究成果也最丰富。复杂体系元素丰度的研究已积累了很多有成效和有启发性的思路和方法，地球化学参考模型GERM综合了对太阳系、地球、地壳等化学组成和元素丰度的最新研究成果。

六、小结及思考题地球是太阳系的一个行星，地壳是地球的六、思考题

(1)太阳系、地球、地壳的元素丰度特征。

(2)太阳、行星、陨石对太阳系元素丰度研究的贡献。

(3)陨石研究对地球形成和组成演化的意义。

(4)地球各圈层化学组成的基本特征。

(5)地球和地壳元素丰度研究的难点是什么。

(6)上地壳元素丰度的方法对比。

(7)元素丰度研究在地球化学研究中的地位。六、思考题(1)太阳系、地球、地壳的元素丰度特征。地壳的化学演化75%形成于太古宙，25%形成于后太古宙第五节地球发展历史中的化学演化地壳的化学演化第五节地球发展历史中的化学演化2.地壳演化的沉积地球化学证据主要元素证据（下表）2.地壳演化的沉积地球化学证据

地壳与地幔化学微量元素证据Eu,REE等（图）La、Th、U(下表)地壳与地幔化学微量元素证据地球和太阳系的化学组成课件3.地壳演化的沉积物Nd同位素模式年龄证据3.地壳演化的沉积物Nd同位素模式年龄证据地球和太阳系的化学组成课件岩石圈的形成最初由低温星云尘埃物质积聚而成。在万有引力作用下，物质微粒互相吸引，形成小的团块→星子→再吸引→原始地球—吸积，分异-地壳、地幔岩石圈的形成原始地壳和大陆地壳原始地壳是指地球上主要由岩浆作用生成的最初的固态表面.大洋地壳?原始地壳和大陆地壳地壳的增生和再造

50%的地壳应该在太古代时就形成了地壳重熔岩石主要为花岗质岩石,太古代以后,高的Si,K,Rb含量,低Sr和其他中等不相容元素(Ti,V,P),Eu负异常.地壳的增生和再造

50%的地壳应该在太古代时就形成了一、37亿年前(冥古宙)原始的地球和太阳系其他行星都是由气体和尘埃组成的。

一、37亿年前(冥古宙)原始的地球和太阳系其他行星都是由气体康德-拉普拉斯星云说太阳系的星球的物质，在初时都为大量基本微粒，充满整个的宇宙空间，现在已形成的星体就在这空间中运转”。他认为是万有引力的作用，使这些原始弥漫的星云物质逐渐分别凝聚，形成了包括地球在内的太阳系的各天体。康德-拉普拉斯星云说康德-拉普拉斯星云说太阳系的星球的物质，在初时都为大量基本微粒，充满整个的宇宙空间，现在已形成的星体就在这空间中运转”。他认为是万有引力的作用，使这些原始弥漫的星云物质逐渐分别凝聚，形成了包括地球在内的太阳系的各天体。康德-拉普拉斯星云说康德-拉普拉斯星云说太阳系的星球的物质，在初时都为大量基本微粒，充满整个的宇宙空间，现在已形成的星体就在这空间中运转”。他认为是万有引力的作用，使这些原始弥漫的星云物质逐渐分别凝聚，形成了包括地球在内的太阳系的各天体。康德-拉普拉斯星云说斯密特俘获说原始太阳随银河系公转，在经过有大量星际物质弥漫的空间时，将它们吸引在周围，成为行星的物质来源的，用外来物质形成包括地球在内的九大行星。斯密特俘获说布逢碰撞说银河系中一颗快速运动的恒星撞击原始太阳，溅起大量物质成为行星的物质来源的，积聚形成包括地球在内的九大行星。布逢碰撞说金斯潮汐说在另一颗恒星经过太阳旁边时，把太阳物质吸引出来形成一条状星云，后来此条状星云在环绕太阳旋转中，分裂凝聚增大密度而成行星。太阳太阳外来星金斯潮汐说太阳太阳外来星原始地球化学分异①重力能+撞击动能+放射性热能→使原始地球熔融（位能）40K26AlFe的熔化温度在地球形成后

600Ma于几百公里深度即可达到。②原始地球金属铁熔融后逐渐汇聚成“巨滴”由于重力原因，向地心沉没，同时产生大量的位能转化的热能，使地球内部温度高达2000℃。巨滴熔铁沉没时间约需105年。③与此同时，较轻的硅酸盐上浮、形成地幔；地幔部分熔融，又分异出玄武质岩浆、岩浆结晶分异，形成中酸性岩以上的地壳岩石，故地壳中岩石最大年龄不超过40亿年。④在分异中，元素分配受其密度和原子量的影响较小，主要是受其硅酸盐、硫化物、金属相的影响。

原始地球化学分异尘埃向中心聚集的过程中，由于引力的作用，体积收缩，压力加大，会释放出大量的热量。放射性元素的蜕变和陨石的撞击，也都要放出热能。地球物质处于热的熔融状态。地球内部圈层的形成尘埃向中心聚集的过程中，由于引力的作用，体积收缩，压力加重力的作用与高温的影响，地球里面的物质发生部分熔融，使重者下沉，轻者上浮，出现了大规模的物质分异和迁移，形成了从里向外，物质密度从大到小的圈层结构。铁和镍比较重，向中心聚集－地核。较轻的硅酸盐物质形成地幔和地幔之上的地壳。地球内部圈层的形成重力的作用与高温的影响，地球里面的物质发生部分熔融，使原始地球上的水还很少，大约只有现代的1／10。约在40亿年左右，地球遭受了强烈的陨石冲击、火山活动加强，导致了地球内部水和气体的外逸，扩大了原始的水圈和大气圈。

原始地球上的水还很少，大约只有现代的1／10。最初大气圈的成分主要是水蒸汽，还有一些二氧化碳、甲烷、硫化氢和氯化氢等。由于游离氧很少，还原性直到距今38亿年前，地球上的大气仍是缺氧和呈酸性的随着时间的流逝，地球上的温度逐渐降低（低于100°C），大气中的水蒸汽陆续凝结出来，形成广阔的海洋（水圈）。地球外部圈层的形成最初大气圈的成分主要是水蒸汽，还有一些二氧化碳、甲烷、由于未发现被保留下来的地质实体，因而，对这一时期地壳的组成和性质的判断尚无确切依据。由于未发现被保留下来的地质实体，因而，对这一时期地壳的组成和目前测得公认的最古老岩石(西格陵兰灰色片麻岩中的斜长角闪岩包体)的年龄为37亿年，标志着地球演化进入到太古宙时期的开始。二、37—25亿年(太古宙）目前测得公认的最古老岩石(西格陵兰灰色片麻岩中的斜长角闪岩最初大气圈的成分主要是水蒸汽，还有一些二氧化碳、甲烷、硫化氢和氯化氢等，仍然是酸性的。太古宙早期地表水仍然是酸性的。地壳表部在酸性水的破坏下，Na+、K+、Ca+、Mg2+、Al’、Fe’和其他金属离子被带出，并与主要由内生热液活动逸出的Cl-、F-和B-等加入水圈。这些元素进入海洋，从而增加了海水的氯度和盐度。

地球外部圈层的形成二、37—25亿年(太古宙）最初大气圈的成分主要是水蒸汽，还有一些二氧化碳、甲烷、太古宙地壳具有独特的岩石组合。广泛的、间歇性玄武岩(及少量橄榄岩岩浆)火山喷发和后期改造，形成了现代保存的绿岩带和绿岩包体，并伴生有大面积分布的花岗质岩石。太古宙地壳具有独特的岩石组合。广泛的、间歇性玄武岩(及少量花岗质岩石的化学成分具有两个不同的特点：一种是富钠的奥长花岗岩和英云闪长岩，分布广泛；另一种是分布较少的钾质的石英二长岩和酸性花岗岩。前者已部分被变质作用改造为片麻岩，其化学成分表现为随ca含量的减少w(K）／w（Na)比值相当恒定。后者具有较明显的侵入岩特征，其化学成分特点是w(K）／w(Na）比值随Ca含量的增加而减小。玄武质岩浆活动不仅表现为广泛的火山喷发，还形成几期次的基性脉体群利层状岩体的入侵。花岗质岩石的化学成分具有两个不同的特点：对于太古宙地壳的演化模式，争论较大的是早期地壳的化学组成问题。太古宙最早的地壳可能是玄武岩质的认识，尚无充分根据，而地壳是酸性的或中酸性的可能性则更大。最早地壳形成之后，玄武岩质和少量橄榄岩质岩浆的多次喷发、入侵和变质形成了不同期次的绿岩地体。花岗质岩石可能是早地幔分熔和绿岩及早地壳的改造所产生。在每一个地质旋回和整个太古宙中，花岗质岩石的演化都具有早期富钠、晚期富钾的总趋势，而且这种趋势具有全球性。对于太古宙地壳的演化模式，争论较大的是早期地壳的化学组成问太古宙是地球历史中的重要成矿时期。与绿岩和花岗质岩石有关的矿床有Cr、Ni、Co、cu、Au、Ag、Pb、Zn和铂族元素等*沉积矿床以磁铁石英岩建造为特点。条带状铁矿的形成除了必要的铁的物源外，大气和地表水中氧的含量增加具有重要影响。太古宙以来，由于大气和水中游离氧的不断增加，到中、晚阶段，海水中的铁不断与游离氧结合形成铁的氧化物或氢氧化物而沉淀。与此同时件随有SiO2胶体的沉淀，形成了太古宙特征的硅铁建造。太古宙是地球历史中的重要成矿时期。整个太古宙阶段，全球性深变质作用发育，岩浆活动频繁。伴随地幔和地壳物质的转化及绿岩和花岗质岩石的改造，造岩元素K、Na、Mg、si、AI、Fe等都有较大幅度的迁移和重新分配，形成了太古宙变质岩的多样性。整个太古宙阶段，全球性深变质作用发育，岩浆活动频繁。三、25—16亿年(古元古代)距今25亿年的地史界限在地球发展历史中具有划时代的重大意义。这一时期，世界主要克拉通基本形成，地壳相对稳定，陆壳火山活动减弱，裂谷发育。幔源基性岩浆侵入地壳形成层状侵入体和脉体群(基性岩事件)，并伴有Cr、Ni、Co、Cu、Fe、P和铂族元素的富集成矿。三、25—16亿年(古元古代)距今25亿年的地史界限在地球发在此阶段内，地表生物圈中随着藻类的繁殖，光合作用增强，游离氧增加。由于CO和CH4的氧化，CO2的含量显著增加。此时水圈已转化为氢化物一碳酸盐水圈，广泛发生CaCO3、MgCO3、FeCO3、MnCO3的沉积，并开始见有生物沉积和大量的碎屑沉积。此时，沉积铁矿床已从单纯的硅铁建造演化为碳酸盐与条带状硅铁建造相伴生。。地球外部圈层的形成在此阶段内，地表生物圈中随着藻类的繁殖，光合作用增强，游离四、16—5.7亿年(中、新元古代)中、新元古代以来，克拉通经过扩大、分裂、聚合、再扩大等过程，地壳相对稳定，幔源岩浆活动减弱。全球范围内未见有铬的内生成矿活动，仅有与基性岩利斜长岩有关的Cu、Ni、Co、铂族、Fe和P的成矿。四、16—5.7亿年(中、新元古代)中、新元古代以来，克拉通在太古宙至古、中元古代的漫长历史时期中，大陆地盾区地壳演化的总趋势是，由老至新，K、si的含量递增，AI、Fe、Mg、物、Na的含量递减。在太古宙至古、中元古代的漫长历史时期中，大陆地盾区地壳演化地球和太阳系的化学组成课件此阶段内地球表生作用进一步加强，藻类大量繁殖，光合作用增加了游离氧的浓度。由于CO被大量氧化为CO2，从而为碳酸盐的大量析出创造了条件。与古元古代相比，世界范围的碳酸岩的大量沉积，是从新元古代才开始的。与碳酸岩同生的矿床主要为菱铁矿和赤铁矿、菱镁矿和白云石等，它们常形成巨大规模的表生堆积。此阶段内地球表生作用进一步加强，藻类大量繁殖，光合作用增加地表氧化作用的加强使水圈SO46-的浓度增加，此时水圈已转化为氧化物—碳酸盐—硫酸盐水圈，海水的pH值接近中性。随着水圈化学性质的变化，海水中进入并溶解了较多的Fe、AI、cu、Ni、Mn金属，它们在海水的不同深度以不同的矿物形式沉淀下来。在富氧的浅水区，以氧化物和氢氧化物形式析出；在深部则以碳酸盐和硫化物形式沉淀。其他表生金属矿床有Au、U和稀土元素等。地表氧化作用的加强使水圈SO46-的浓度增加，此时水圈已转五、5．7亿年—现在(显生宙）显生宙开始的标志，首先是生物进入了更高的显生阶段。海生腔肠动物、软体动物、蠕虫动物、腕足类和节肢动物开始出现，至晚古生代出现了陆生动植物。生物的质变性发展，进一步促进了水圈、大气圈的氧化和氮的循环。早期的大气圈为N2—CO2—O2型，在陆生植物出现以后转化为N2—O2型。五、5．7亿年—现在(显生宙）显生宙开始的标志，首先是生物生物的大量繁