2第一章太阳系和地球系统的元素分布和分配课件

第一章

太阳系和地球系统元素的丰度

(

Part

Ⅰ)7/25/20231

大事件宇宙大爆炸：约137亿年前

银河系：约100亿年前

太阳系：约50亿年前地球和月球：约45亿年前大气和海洋：约43.5亿年前宇宙大爆炸最初15亿年创世大爆炸原因

t=100亿度(c)

体积极小质量极大宇宙的终结:

220亿年(?)以后“暗能力”--大爆炸人类在225万年后绝灭?

地球绕太阳的轨道每隔

250万年左右变动将使地球进入超寒冰河时代

——

约翰法恩登

《地球百科》

1998

7/25/20232a超新星爆炸b-c引力塌陷d物质碰撞--结晶

--绕日旋转e最初均质地球表面为岩浆海f斜向受撞--产生月球g内部分异--导致核幔h受大规模陨石撞击形成大气与海洋i38亿年前陨石激烈撞击末期地球变冷地幔对流出现生命化学印记

地球起源

——

距今38亿年以前

月球年龄45.27亿年

182W20051125science7/25/20233有水气有生命有陆壳陆壳

厚20~60km平均39km安山质成分质量的40~100%形成于太古代(据TDM)形成于39.6亿年前（据加拿大Acasta片麻岩洋壳＜2亿年）,生长速率1.65km3/y相当于消减带物质返回地幔的速率,即1.3~1.8km3/y

亚当夏娃AdamEve独一无二的地球

《创造亚当》米开朗基罗15087/25/20234认识太阳系和地球系统的物质组成，对研究太阳系及地球的成因和元素的起源具有重要意义，也为理解地球形成以后的演化、地球各圈层的发展及元素的迁移和分配规律提供必要的基础。7/25/20235太阳系和地球的倾向性认识太阳系的化学元素起源于6.2~7.7Ga以前；行星（包括地球）的形成则在4.57±0.0310Ga以前，并且整个形成过程可能是在较短的时间间隔内完成的；地球上第一次出现生命物质的时间大约在3.5Ga以前；人类的出现仅有2.0Ma的历史；7/25/20236在经典地质学中较详细研究过的地质时代仅为地球整个历史的最后0.6Ga。虽然地球历史应当包括地质时代更为古老、时间更为悠久的前寒武纪(长达约4.0Ga)，但是元素在地质历史之前，就已经历了漫长的演化和分异过程太阳系和地球中元素的原始分布状态必然会深刻地影响着后来的地质历史时期中的地球化学过程。7/25/202371太阳系和地球系统元素的丰度1.1

太阳系的组成及其元素丰度1.2地球的结构和化学成分1.3地壳的化学组成7/25/202381.1

太阳系的组成及其元素丰度1.1.1

概念/术语1.1.2

太阳系的组成1.1.3

获取宇宙元素丰度的途经1.1.4

陨石的化学成分及其分类1.1.5

行星和月球的化学成分1.1.6

太阳的化学成分1.1.7

星际物质和宇宙射线的化学成分1.1.8

太阳系的元素丰度及元素的起源7/25/202391.1.1常用术语1、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。7/25/2023102、元素的分布和丰度元素分布，一般指的是元素在这个体系中的相对含量（平均含量）和元素在体系中的离散程度。体系中元素的相对含量是以元素的平均含量来表示的，即元素的“丰度”。“分布”比“丰度”具有更广泛的涵义。7/25/202311体系中元素的丰度值实际上只能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。7/25/202312①元素的相对含量（平均含量）=丰度；②元素含量的不均一性（分布离散特征数、分布所服从的统计模型）。进一步理解元素分布包含的含义7/25/202313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，仅限于少量范围不大的地球化学体系内做一些工作。7/25/2023143、元素的分布与分配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）整体总含量。元素分配指的是元素在各地球化学体系内各个区域区段中的含量。分布是整体，分配是局部，两者是一个相对的概念，既有联系也有区别.7/25/202315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的表现。例如7/25/202316宇宙学研究表明：在宇观尺度上，三维空间在任何时刻都是均匀各向同性的，也就是说所有星系都经历了相似的演化历程，宇宙个部分都具有均匀的物质分布，统一的化学组成。因此，通常所说的元素宇宙丰度，实际上是太阳系的元素丰度。元素的宇宙丰度是研究元素起源的理论依据，是解释各类天体演化过程的基础。4.太阳系元素丰度7/25/2023175.绝对含量和相对含量

7/25/2023186.

研究元素丰度意义①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进行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、迁移活动等一些地球化学概念。从某种意义上来说，也就是在探索了解丰度这一课题的过程中，逐渐建立起近代地球化学。

7/25/202319②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的起源；地球的形成；地壳中主要元素为什么与地幔中的不一样？生命的产生和演化？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。7/25/2023201.1.2

太阳系组成7/25/202321经典之说：九大行星7/25/202322在2006年8月24日于布拉格举行的第26届国际天文联会中通过的第5号决议中，冥王星被划为矮行星，并命名为小行星134340号，从太阳系九大行星中被除名。所以现在太阳系只有八颗行星。7/25/2023231.1.2太阳系组成7/25/2023247/25/2023251.1.2

太阳系的组成1.太阳系组成2.行星类型：内行星(接近太阳的较小行星)——水星、金星、地球、火星，也称类地行星（岩石质行星）；外行星(远离太阳的大行星)——木星、土星、天王星、海王星和冥王星，也称类木行星（冰气质行星）。7/25/2023263.卫星不是所有的行星都是有卫星的，地球有一个卫星-月亮；土星有21个卫星（最多）；4.小行星带

在火星和木星之间存在着数以兆计的小行星（小行星带）。它们的大小相差极大，其中最大的谷神星直径达770km。火星和木星之间有几万颗小行星组成的小行星带。

7/25/2023271.1.3

获取宇宙元素丰度的途经7/25/202328

1.光谱法光谱分析仪太阳光谱7/25/202329对太阳和其它星体的辐射光谱进行定性和定量分析，但这些资料有两个局限性：①有些元素产生的波长小于2900Å，这部分谱线在通过地球化学大气圈时被吸收而观察不到；②

这些光谱产生于表面，它只能说明表面成分，如太阳光谱只能说明太阳气的组成。7/25/2023302、直接采样分析如测定地壳岩石、各类陨石和月岩、火星的样品。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“勇敢者”“机遇”号火星探测器测定了火星岩石的成分。7/25/2023313、由物质的物理性质与成分的对应关系来进行推算，如对行星组成的研究；4、利用宇宙飞行器分析测定星云和星际间物质及研究宇宙射线。7/25/2023321.1.4

陨石的化学成分及其分类

陨石的类型

石陨石

铁陨石和石-铁陨石

陨石中的有机质

陨石的平均化学成分

陨石成因7/25/202333①陨石来源；陨石形态和大小；陨石的数量和质量。②“陨落”和“发现”的区别③陨石研究意义概述7/25/202334表1.1“陨落”和“发现”陨石的数目和频率类型“发现”的“陨落”的数目频率/%数目频率/％铁陨石石-铁陨石无球粒陨石球粒陨石54553733358.15.70.735.53311566214.61.57.886.1总计938100.0721100.07/25/2023352009年2月10日美国军用卫星和俄罗斯废弃军用卫星的相撞，产生上千碎片，可以在太空漂流一百多年；坠落地球可能被当成陨石影响对宇宙的正确认识7/25/202336陨石是目前最易获取和数量最大的地外物质，她携带着有关太阳系的化学成分、起源与演化、有机质起源和太阳系空间环境等丰富信息。陨石研究表明，绝大多数降落至地球的陨石起源于火星和木星之间的小行星带，也有极少数来自其它天体，如ALHA-81005，EEAT-79001被认为分别来自月球和火星表面。7/25/202337人们对陨石类型、组成及其演化途径已经有了比较统一的认识，并且通过对陨石的研究对太阳系的早期历史有了更加清楚的了解。陨石学已经构成了天文学和地质学之间的一门重要交叉学科。7/25/202338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。陨石是空间化学研究的重要对象，具有重要的研究意义：①

它是认识宇宙天体、行星的成分、性质及其演化的最易获取、数量最大的地外物质；②

也是认识地球的组成、内部构造和起源的主要资料来源；陨石研究意义★7/25/202339③

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；④

可作为某些元素和同位素的标准样品（稀土元素，铅、硫同位素）。7/25/202340

陨石的类型陨石主要是镍-铁合金，或由结晶硅酸盐（主要是橄榄石或辉石），或者是两者混合物所组成。玻璃质陨石也有发现，但数量很少。与变质岩或沉积岩成分相似的陨石从未发现过。7/25/202341

陨石的类型通常根据其中的金属含量将陨石划分为3大类型：

球粒陨石约含10％金属1.石陨石{

无球粒陨石约含1％金属2.石一铁陨石

镍-铁金属相和硅酸盐相各50%3.铁陨石金属镍-铁含量大于90％7/25/202342铁陨石

石陨石7/25/202343

石陨石石陨石包括球粒陨石和无球粒陨石1、球粒陨石球粒陨石是最常见的一类陨石，占全部石陨石的90%以上①结构特点：球粒陨石的最大特征石含有球粒，具球粒结构。②球粒组成：一般由撖榄石或斜方辉石组成，有时是玻璃质；球粒间的基质常为镍铁、陨硫铁、斜长石、橄榄石、辉石等组成。7/25/202344表1.1“陨落”和“发现”陨石的数目和频率类型“发现”的“陨落”的数目频率/%数目频率/％铁陨石石-铁陨石无球粒陨石球粒陨石54553733358.15.70.735.53311566214.61.57.886.1总计938100.0721100.07/25/202345③类型：按照矿物和化学成分，目前对球粒陨石进一步划分为3大群：

E群（顽火辉石球粒陨石）

O群（普通球粒陨石）

C群（碳质球粒陨石），少见。普通球粒陨石（O群）又可按成分特征划分为3个亚群：

H（高铁群普通球粒陨石）

L（低铁群普通球粒陨石）

LL（低铁低金属普通球粒陨石）亚群。④成分：球粒陨石平均矿物成分大致—镍-铁12%，橄榄石46%，紫苏辉石21%，透辉石4%，斜长石11%。7/25/2023462、无球粒陨石①结构特点无球粒陨石不含球粒，常常比球粒陨石结晶粗得多。在成分与结构方面，许多无球粒陨石均与地球上的火成岩相似，因此它们可能是由硅酸盐熔体结晶形成。②分类：无球粒陨石据CaO的含量可以划分为两个群（或亚类）贫钙[w（Ca）＝0~3％]富钙[w（Ca）≥5％]7/25/202347无球粒陨石据成因可划分为3类钙长辉长无球粒陨石系列顽辉石无球粒陨石系列尚未划分出成因系列的无球粒陨石。③矿物组成无球粒陨石平均矿物成分大致：镍-铁1%，橄榄石9%，紫苏辉石50%，透辉石12%，斜长石25%7/25/2023483、碳质球粒陨石①特点碳质球粒陨石是球粒陨石的一个特殊类型，其特征是含有碳的有机化合物分子，并且主要由含水硅酸盐组成。②类型按化学成分碳质球粒陨石可划分为I、Ⅱ和Ⅲ等3种（CI、CⅡ和CⅢ）类型。③

研究意义碳质球粒陨石虽然十分稀少，但在探讨太阳系元素丰度方面却具有特殊的意义。7/25/202349“阿伦德”CⅢ型（1969年陨落于墨西哥北部）以及其它碳质球粒陨石（尤其CI型碳质球粒陨石）中，非挥发性元素的丰度几乎同太阳中观察到的元素丰度完全一致（图1.1）。因此，碳质球粒陨石的化学成分目前已被用于估计太阳系中非挥发性元素的丰度。7/25/202350CⅠ型碳质球粒陨石元素丰度与太阳元素丰度对比7/25/202351

铁陨石和石-铁陨石1.铁陨石组成：Fe和Ni是铁陨石中主要元素，在铁陨石中还含有少量（w<2％）Co、S、P、Cu、Cr和C等元素。7/25/2023522.石-铁陨石组成：由硅酸盐相和铁镍相组成，前者通常是橄榄石，偶尔有一些辉石，并成为较大的圆粒赋存于海绵状的Ni-Fe结构中。其他矿物如陨硫铁也经常出现。7/25/202353类型：根据两相比例可划分出橄榄陨铁和中铁陨石两类。石-铁陨石在矿物成分、结构构造、化学成分和演化历史上都具有石陨石和铁陨石的双重特性，它还可以进一步划分为橄榄陨铁、中陨铁、古英铁镍陨石和古铜橄榄陨铁4类。7/25/202354曾被认为是陨石类的物质，它们由富SiO2的玻璃（SiO2平均含量约75％）组成，类似黑曜岩，但化学成分和结构与黑曜岩相差很大。人们迄今尚未见到一个陨落的玻陨石，只是由于其特殊的形态和成分才认为是陨石。现在积累的许多有关资料，倾向把它们视为由于彗星或大型陨石冲击地球引起物质熔化的产物。玻陨石7/25/202355美国亚利桑那州的佩恩蒂得沙漠中的陨石坑—地球上第一个被识别的陨石坑撞击时间5万年前（地球大百科123）7/25/202356印度罗纳尔陨石坑—目前成为地球盐分最高湖泊之一，湖的形状几乎为完美的圆形；撞击时间5万年前7/25/2023577/25/202358陨石撞击地球证据黄土底层铱含量异常火山碎屑物存在认为是陨石撞击所致7/25/202359●作为一种近似,以黄土剖面NQ界线附近铱的剩余通量作为全球平均,可以估计该撞击物体相当于一直径为2.6km的C1型碳质球粒陨石球体。如此巨大的陨石与地球相撞足以诱发全球性的气候灾变效应7/25/202360●黄土高原南缘午城黄土底部火山碎屑的来源和成因7/25/202361He同位素7/25/202362我国首个陨石坑证实7/25/202363我国首个陨石坑证实我国首个陨石撞击坑被广州地化所陈鸣科研小组证实2009年11月30日出版的《科学通报》54卷

22期上发表了中科院广州地化所陈鸣科研小组的研究论文“岫岩陨石撞击坑的证实”。该论文报道了陈鸣等人历经3年探索，证实了我国第一个陨石撞击坑-岫岩陨石坑，这一发现，填补了中国领土上此类独特地质构造形迹的空白。岫岩陨石撞击坑位于我国辽东半岛北部，辽宁省鞍山市岫岩满族自治县苏子沟镇古龙村，距离岫岩县城东北方向直线16公里处。陨石坑坐落在低山丘陵之中，邻近山清水秀的哨子河畔。该坑形态呈碗状，平面轮廓似五边形，直径1800米，坑深约150米。坑区岩石为二十亿年前形成的早元古代变质岩。坑缘和坑底多被浮土、残坡积物和第四系湖相沉积物覆盖。坑缘内外坡地小灌木丛生，坑底土地肥沃，庄稼长势良好。登上陨石坑的环状坑缘顶部往下观望，碗状坑景色蔚为壮观，形态极具震撼力。自20世纪60年代初期地球表面第一个陨石撞击坑(美国巴林杰陨石坑)被证实以来，迄今地球上已经发现170多个陨石撞击构造，直径由数十米到近300公里不等。陨石撞击坑对研究地球的形成和演化，古气候、古环境、和古生物变迁，成岩成矿作用等具有重要的科学意义，一些陨石坑成为深受民众关注的自然科学博物馆和旅游景观。我国的陨石坑探索起步于20世纪80年代，先后报道过一批疑似陨石坑，但由于没有找到陨石撞击的关键证据，我国陨石坑研究一直没有取得突破。广州地化所是我国从事冲击变质的重要科研机构，在陨石和陨石坑冲击变质领域取得过一系列国际水平的研究成果。在中国科学院和国家自然科学基金委员会的支持下，陈鸣等人于2007年初开始对岫岩坑展开调查和研究，岫岩县人民政府对这项科学探索工作给予了支持和配合。科研人员在第一年度的研究中，即在纷杂的坑区地表岩石中捕捉到了撞击冲击波作用遗留的物理变化痕迹，这个发现为后续研究提供了关键科学依据和明确了探索技术途径。7/25/202364经过反复论证以后，研究小组于2009年春夏在岫岩坑内设计布置了钻孔，由辽宁省冶金地质勘查局四0四队承担钻探任务，实施了历时五个多月的科学钻探。经过地质钻探，揭示了坑体深部的地质构造并获得了珍贵的深部岩石样品。通过对钻探获得的岩芯样品分析，找到了陨石强烈撞击导致靶区岩石发生变形、碎裂和局部熔融，岩石和矿物发生冲击变质的系列证据。据了解，地球表面存在许多环形坑或环形构造。但一个环形坑或环形构造的形成是否与陨石撞击作用有关，关键是要查明该坑岩石是否受过陨石强烈撞击伴随的冲击波作用。在强烈冲击波作用下，靶岩将发生冲击变质。国际科学界对陨石撞击坑判别明确了三项冲击变质诊断性指标：矿物击变面状页理，矿物击变玻璃，击变矿物高压多形转变。在自然界中，除了地外天体超速撞击引起的冲击波作用外，任何其它天然过程或地质作用均不能在地质体中引发这类矿物物理变化。如能在地表环状地质构造发现上述三项指标之一，即可确定与陨石撞击事件有关。陈鸣等人发表在《科学通报》上的论文上报告了岫岩陨石撞击坑的基本地质和地貌特征，报告了“矿物击变面状页理”和其它冲击效应的发现，证实了该坑的陨石撞击成因起源。另据最新消息，除了已经报告的“矿物击变面状页理”外，陈鸣等人近日又相继发现了“矿物击变玻璃”和“击变矿物高压多形”等证据。陨石撞击坑三项冲击变质诊断性指标全部在岫岩陨石坑中被找到。通过坑内物质的放射性同位素分析，初步确定陨石撞击事件发生在5万年前。陨石撞击坑形成后，坑内一度发育成为小湖泊，在上万年的时间内沉积了百米厚的湖泊相沉积物。约3.9万年前，由于坑缘缺口，湖泊消失，演变为碗形地形凹地。7/25/202365

陨石中的有机质陨石，特别是碳质球粒陨石中已发现的有机化合物有60多种。有关陨石中有机质的来源主要有两种观点：①原始大气层处于高度还原状态，且主要由CH4、NH3、H2O、H2和CO组成，在紫外线照射与放电过程中形成激发态自由基，最后合成各种有机化合物。7/25/202366②星云凝聚晚期，星云中的CO、H2在磁铁矿、含水硅酸盐的催化反应下合成。后一种方式合成的有机化合物与碳质球粒陨石中发现的有机质极为相似，且碳同位素组成也相似。7/25/202367陨石中的有机质与地球的污染物是不同的，如Murchison碳质球粒陨石中发现的52种氨基酸的碳原子不对称并且有外消旋特征，以非蛋白氨基酸为主，还发现有烃类、杂环化合物和脂肪酸等。现在认为，地球早期生命系统的化学演化不一定来源于行星的大气，而可能来自太阳星云凝聚时已合成的有机质。7/25/202368

陨石的平均化学成分1.计算陨石平均化学成分，必须解决以下两个问题：①了解各类陨石的平均化学成分，该问题基本解决；②各类陨石的数量比例，该问题尚未解决。由于没有解决后者，所以在陨石平均化学成分时不同研究者采用的三类陨石比例不同。7/25/2023692.陨石中最广泛分布的化学元素：O，Fe，Si，Mg，Ni，S，Al和Ca，各类陨石中元素比值取决于陨石的矿物成分3.目前陨石类型数量上的共识：石陨石多于铁陨石7/25/202370

陨石成因由于存在三类迥然不同的陨石—石陨石、石-铁陨石和铁陨石，人们很自然地会设想陨石是来自某种曾经分异成一个富金属的核和一个硅酸盐包裹层的行星体，这种天体的破裂就导致各类陨石的形成。石铁陨石来自该金属核与硅酸盐幔的界面，而各种石陨石则来自富硅酸盐幔的不同区域，这种设想就成为依据陨石资料推测地球内部结构和化学成分的重要根据之一。7/25/202371现在已经有许多证据表明，由“一个母体形成陨石”的假说是不可取的，原因是：首先，各类陨石具有不同的年龄，而在陨石群之间也存在年龄差异。再者，各群球粒陨石和各种铁陨石之间均存在着成分间隔以及氧同位素（18O／16O和17O／18O）比例的差别。这些事实亦表明，每群陨石应分别形成于不同的行星母体。火星与木星之间的小行星带中存在众多的小行星，确实可以成为陨石的来源。7/25/202372

有关陨石的成因共识尽管对陨石的成因看法还不一致，但以下一些基本点是大家趋向公认的：①陨石发生于太阳系中②

陨石与小行星有许多共同之处③

陨石不是作为单独的个体发生，而是一个较大的分裂物体的碎片④

石陨石与地球上基性及超基性火成岩的化学组成和矿物组成的连续性证明，陨石的母体在组成上和构造上与地球极为相似。7/25/202373⑤陨石年龄与地球年龄差不多，它们经历了相似的形成与演化过程。⑥

陨石等地外物体撞击地球，将突然改变地表的生态环境诱发大量的生物灭绝，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

7/25/2023741.1.5

行星和月球的化学成分7/25/202375

行星的化学成分1.太阳系行星（按其成分特点）分类①地球和类地行星：包括地球、水星、金星和火星。其特点是质量小、密度大、体积小、卫星少。物质成分是以岩石为主，富含Mg、Si、Fe等，亲气元素含量低。②巨行星：包括木星和土星它们的体积大、质量大、密度小、卫星多。如果以地球质量和体积为单位，则土星分别为95.18和745，木星分别为317.94和1316。其主要成分为H和He，亲石和亲铁元素含量低。7/25/202376③远日行星天王星、海王星和冥王星成分是以冰物质为主，H的质量分数估计为10％，He、Ne平均为12％。7/25/202377靠近太阳的内地行星区域温度高，氢/氦等挥发性物质蒸发，形成体积小而密度大、组成物质以Si、Fe、Mn等及其氧化物为主的内地行星。外部行星区域温度低，挥发性组分逃逸较少，形成体积大、密度相对较小的、组成物质以H、O、N、C为主的外行星。外行星组成与太阳相似。2.行星成分与太阳距离的关系7/25/202378上述3类行星中岩石物质、冰态物质和气态物质的比值为:

岩石：冰态：气态地球和类地行星1:10－4:10－7～10－12；巨行星0.02:0.07:0.91

远日行星0.195:0.68:0.12。7/25/202379表1.2太阳系中某些主要元素的相对丰度太阳系成员气体H,He

冰态物质C,N,O

岩石物质Mg,Si,Fe等太阳1.00.0150.0025类地行星和陨石痕痕1.0木星0.90.1痕土星0.70.3痕天王星、海王星、彗星痕0.850.157/25/2023803行星及卫星的化学组成模式×

根据平衡凝聚模型，距太阳愈远温度愈低，行星区凝聚物的成分和含量不同，行星及其卫星的化学组成模型：水星，主要由难熔金属矿物、铁镍合金和少量辉石组成；金星，除上述成分外，还有钾（钠）硅酸盐，但不含水；地球，除上述成分外，还含有透闪石等一些含水硅酸盐和3种形式的铁（金属铁、FeO和FeS），金属铁和FeS形成低熔点混合物，在放射性加热下熔化、分异，形成早期地核；火星，含有更多的含水硅酸盐，金属铁已完全氧化成FeO或与S结合形成FeS，没有金属铁的核。7/25/2023813行星结构和成分研究×行星表面温度低，缺乏原子光谱的激发条件，其成分只能通过间接方法对比研究。如天体力学获得行星质量，望远镜和宇宙飞船摄像获得行星直径，从而获知行星密度。行星内部Fe-Ni相和硅酸盐相比例可以通过行星体积和密度来估算。基础：行星大小相近时，密度大的行星中Fe-Ni相比例大于密度小的。（p11）7/25/2023823行星结构和成分研究×

内行星和月球的金属内核半径同各该星体整体半径的比值：水星0.8，金星0.53，地球0.55，火星0.4（列诺利兹和萨麦尔斯）7/25/2023834行星化学成分特征×①.在内行星成分同其与太阳的距离之间存在着某种联系，即行星愈靠近太阳，它的金属铁含量愈高，这是有待于从理论上阐明的一条宇宙化学规律。②地球和金星的化学成分可能是十分相近的，因为它们具有很相似的直径和平均密度。③由火星和月球的平均密度看来，它们应该在化学成分上属于同一类型的天体。④外行星的平均密度（大约在0.7～2.47范围内）要比内行星的小得多。根据这一事实，人们推测在这些巨大行星中气体应占较大比例，根据各种资料判断，氢及其化合物应是其中的主要成分。7/25/202384

月球的化学成分7/25/2023851969年7月美国“阿波罗-1l号首次登月成功，开始了人类对地球的卫星—月亮表面的物质组成和物理性质进行直接研究的时期。从1969年7月—1972年12月，美国共实现了6次人类登月活动。即阿波罗-1l、12、14、15、16和17”；同时，前苏联的宇宙自动站“月球-16、20和24”的登月取样，美苏两国的月球探测计划成功地自月球采集回382千克的月球表面物质的样品。其中包括结晶岩石（具岩浆岩结构）、未胶结的微粒物质（亦称“月壤”）以及角砾岩和显微角砾岩。通过对月球物质的精确分析测定以及宇宙飞行所获取的其它大量资料，人们对月球的认识已深入得多了。7/25/2023862007年10月24日搭载着我国首颗探月卫星嫦娥一号的长征三号甲运载火箭在西昌卫星发射中心三号塔架点火发射。24日18时29分，嫦娥一号卫星准确入轨，此次发射圆满成功。卫星的太阳帆板展开正常，定向天线已展开到位。

7/25/2023872007年发射首颗探月卫星—

嫦娥一号中国有了自己的第一颗月球卫星

嫦娥一号第一次近月制动的成功，标志着在38万多公里之遥的浩渺太空中有了中国星的身影。她将中国人梦想了千年的“嫦娥奔月”神话变成了现实。

7/25/2023887/25/20238908年的正月十五是嫦娥一号卫星首次接受月食考验的日子，21日上午10点16分到12点36分是嫦娥一号经历的月食全阴影时间，由于无法接受太阳光能量，只能依靠蓄电池飞行，在嫦娥一号飞出阴影后，由于中国境内测控站无法遥测，在欧空局测控站的帮助之下，他们提供的遥测数据表明，嫦娥一号星上的能源功率温度都在设计人员所希望的范围之内，星上状态良好。“嫦娥一号”原来设计的卫星每127分钟就要充电一次，大约充电45分钟，现在可达到几个小时不见太阳不充电，是我们能源平衡、功率分配和度过月食获得很好经验，我们今后深空探测还会遇到这个问题。这次是第一次获得理论上的东西和实践结果，对以后深空探测很有帮助。在嫦娥一号飞出月食阴影后，科研人员把因节约能源关掉的星上设备一一打开，22日早晨六点多钟，卫星将恢复对月定向工作状态。7/25/202390中国首次月球探测工程第一幅月面图像的飞行效果图7/25/2023917/25/202392月球表面撞击坑的主要类型

其中一个形状奇特的撞击坑被命名为“嫦娥与狗”

7/25/2023931.月球的主要岩石类型基于月岩、月壤和月尘样品研究，月球表面的岩石类型主要有三类：①月海玄武岩：类似于大洋拉斑玄武岩，前者富TiO2和FeO。广泛分布于月球表面的月海区；同位素测年—31.5~38.5亿年。成因：月球内部富Ti、Fe和贫Pl的区域因放射性加热而部分熔融而成，非月球原始分异产物。7/25/202394②

非月海玄武岩富放射性元素和Pl，铁镁矿物和不透明矿物低于月海玄武岩。有一种特殊岩类—克里普岩*，化学成分本质上是玄武岩，但K、REE、难熔元素（U、Th、Rb、Sr、Ba）和磷酸岩含量高于月海玄武岩。成因：富斜长石岩石部分熔融产生。7/25/202395③富铝高地斜长岩70%是斜长辉长岩，组成月球台地或高地的岩石，也是月球保存的最古老台地单元。成因：富铝斜长岩认为是岩浆分离作用产物（Al2O3含量19.1%~36.48%）月球上还发现成分独特的偏酸性岩石，但没有发现花岗岩。7/25/202396整体说来，月球是由硅酸盐组成的固态球体，它不存在大气圈。月球的平均密度为3.33g／cm3，而其表面岩石的密度为3.1~3.2g／cm3。平均密度与表面岩石密度之间差异不大，这说明月球物质的分异是相当弱的。2.月球化学组成7/25/202397表1.3月岩中元素丰度的级次质量分数/％元素>10OSiFe1~10CaMgAl10-1~1.0TiSNaKCrMn10-2~10-1CNPCl

SrYZr

Ba

10-3~10-2FScVCoNiZnNbLaCePrNd

SmGdDy

Er

Yb

Hf

10-4~10-3LiBeBCuGa

Rb

GeTbHoTmInTa7/25/2023983.月球的成因观点1-撞击说月球是地球抛出一部分物质冷却后形成——45亿年前，火星般大小的陨石撞击地球，产生大量岩屑飞溅到空中，这些岩屑被地球的重力吸引，冷却后变成了月球观点2-俘获说太阳系中的一个小星体或物质，被地球捕获。观点3-同源说7/25/2023997/25/20231007/25/20231014.月球研究意义*①月球的研究资料成为地球早期（距今31~46亿a）阶段演化特征的一个重要方面；7/25/2023102②地球（37~37.5亿a）和月球（34~37亿a，39.5亿a）上所发现的最古老的岩石同位素年龄非常接近，同时月球距今31亿年来几乎处于“停滞”状态，如果将月球原始结晶岩石看作地壳早期形成的岩石，说明地球上存在的花岗岩质大陆壳、水圈和大气圈都是地球后期演化和发展过程中产生的。7/25/2023103③月岩在化学成分、矿物成分、同位素组成等地球化学特征上，以及密度、弹性波传播速度等地球物理性质上都与大洋玄武岩相似，或地壳硅-镁层相似，显示月壳与大洋壳相似，月球缺失大陆型花岗岩地壳。7/25/2023104④月球和地球早期的火山活动普遍，广泛分布的月海玄武岩和地球早期产生的中、基性喷出岩经变质形成的全球广泛分布的绿岩系，是地球和月球演化对比的显著特征之一。7/25/2023105⑤月球表面缺水，几乎没有三价铁存在，证实了月球表面没有大气圈、和水圈，月球接近于真空状态，因而月球表面的生命活动有限，缺失象地球表面的强烈外营力作用，月岩基本保持了原状而变化不大的“原始岩石”—月球表明是明亮、坑洞密布的高地和深色的海。7/25/2023106有关月球资料探月工程网http://7/25/20231071.1.6

太阳的化学成分7/25/2023108太阳是炽热气态物质的球体。太阳的直径为1391000km。太阳的质量等于1.983×1033g，相当于地球质量的333434倍。太阳的平均密度为1.41g／cm3。太阳的表面温度达6000K。由于太阳上存在着热核反应，每分钟从一平方厘米太阳表面能幅射出375859.48J能量。根据太阳具有那样高的温度，可以推断它的物质具有通过热运动而强烈均匀化的条件，从而认为太阳大气圈的化学成分可能同太阳中心部分的成分相差不大。1.太阳基本特点7/25/20231092.太阳元素丰度的确定方法3.太阳元素组成及元素丰度太阳中已经发现了85种元素太阳中元素丰度方面的最显著特征是氢和氦具有极大的丰度值，这两种元素的原子几乎占了太阳全部原子数目的98％。7/25/20231101.1.7

星际物质和宇宙射线的化学成分7/25/2023111指分布于星际空间中的极稀薄的气体和极少量的尘埃，并被视为形成新星的物质。它代表着宇宙中最少遭受分馏的物质，本应成为确定元素宇宙丰度的最有前景的基础。然而遗憾的是，这种物质的总成分是不可能进行定量分析的。在地球轨道附近的行星空间中，lcm3约含有5个正离子（绝大部分为质子）和5个电子以及氦、碳、氮、氧和重元素的核等。行星际空间还充斥着来自银河系空间、太阳风及行星等的电磁波。1.星际物质7/25/2023112①本质来自宇宙空问的高强粒子流；宇宙射线粒子的平均能量为1010eV，已探测的最高能量为1020eV。大气层边缘处宇宙射线的强度约为1个粒子/cm2。②物质组成由质子、α粒子、其它较重元素的原子核以及电子、中微子和高能光子（X射线和γ射线）所组成。其中氢原子核——质子约占87％，氦原子核——α粒子约占12％，其余为Li、Be、B和C、N、O的原子核及少量的重原子核。2.宇宙射线7/25/20231131.1.8

太阳系的元素丰度及元素的起源7/25/2023114太阳系元素丰度在已知的陨石、太阳、行星物质的化学成分基础上，地球化学家们计算和汇编了宇宙元素丰度（即太阳系