地球化学讲稿

地球化学讲稿概述张德会：同学们，今天给大伙儿讲地球化学，什么是地球化学？他在地球科学中的地位如何？地球化学是地球化学的分支学科，那么地球化学研究的要紧内容是什么？地球科学大伙儿庭中的一个新成员在半个多世纪以来，地球化学是迅猛进展，差不多成为地球科学的中心学科，他的全然缘故是什么？地球化学关于地球科学的作用体现在哪里？那么在此次课程中，我们分五个部分来讲解地球化学。那个地点面显示的第一个是概述，第二个是元素的地球化学分类，第二是元素在地球和地壳中的分布和分配。三是微迹元素地球化学及其研究意义。五是同位素地球化学及其研究意义。我们先谈第一个咨询题概述。这一张卡通片是目前地质学家在等矿产资源大国的社会地位的一个显现这一位警察讲：“Outoftheway，youfool！aGEOLOCISTiscoming！地质学家来了，滚开你那个傻瓜。那么地质学从英文讲geognosay，他是一门自然科学要讲地质化学第一我们要简单给大伙儿讲一下什么是地质学，我们明白自然科学有六大自然科学门类，数理化天地生，地学就像化学物理学一样，是一门自然科学，然而地质学所面对的挑战是不能像化学和物理学那样能够进行实验研究。第一我们讲大自然的科学原理，大自然是受到永恒的规律所操纵的，那么地质学的数据来自哪里呢？他要紧是来自野外和室内的观看，包括野外的地质图，岩石的类型分布和结构，显微镜下的研究，那么在室内研究还有专门重要的一部分，确实是实验研究，包括化学实验地球物理实验和模拟实验，由于地质学家感爱好的咨询题出现出空间规模变化极大，他能够小到纳米甚至原子尺度，大呢，到全球乃至宇宙，演化历史是漫长的，以百万年计，因此关于地质学研究是不能进行操纵性实验，只能观看自然界差不多发生的自然实验的结果。在地质学上有一个重要的假讲叫均变论，那么这是霍顿，历史上专门有名的一个国外地质学家提出的，确实是UniformitarianismThepresentisthekeytothePast，现在是过去的钥匙。那么自然规律是可不能改变的，然而过程的速率和强度则能够变化。在地质学中有一个专门重要的概念确实是时刻的概念，也确实是地质学和其他自然科学最大的差异确实是时刻，如此的时刻可能在人类的生命过程中都没有发生过，因此地质过程的速率每年是微米或者每年是厘米以如此的速率在进展。我们举一个例子，大地震能够使地表在几秒钟之内位移几米，然而这种作用呢，可能每隔几百年才显现一次，这确实是地质学的时刻概念。在时刻概念方面，地质过程的速率几乎总是慢于人类对环境阻碍的速率，那么我们明白常用的时刻S单位是秒，然而在地球科学中使用该单位是专门不方便的，大多数情形下使用年作单位也太小，地球学家以百万年作为时刻的标准单位，10个Ma等于10个百万年前，10个my是连续10个百万年的时刻间隔。这一张图表反映的确实是一个地质体，他的形成能够需要数百万年，那么这是一个陨石坑，也确实是我们所讲的天上来客，他撞上地表形成了陨石坑，这些地质体的形成可能只需要几秒的时刻。那么我们人类对我们赖以生存的星球怎么讲了解了多少呢？这一张图是地球的地壳岩石圈和软流圈的一个剖面图，我们看在图上，反映了地壳岩石圈以及他下部的软流圈，这是目前我们对地质学的认识，确实是目前世界全球是由板块所组成的，那个图上反映是6大板块，实际上还能够把它细分，实际上有20多个板块，包括欧亚板块、美洲板块、太平洋板块、印度澳洲板块、南极洲板块和非洲板块，这一张图是板块运动的方式，那么目前研究表明地幔对流可能是板块运动的驱动机制，在大洋中脊热的轻物质上升，冷的重物质下沉，就构成了对流环，上升流处形成大洋扩张脊，下降流处形成海沟和俯冲带，软流圈顶部水平向流淌的物质拖曳了，刚性的岩石圈表层随之运动。这确实是板块构造，大陆漂移板块构造的一些差不多的概念。那么关于板块边界有三类，一类是离散的板块边界，第二得是汇聚的板块边界，第三类呢，确实是走滑，我们有时候也叫转换的板块边界，这一张图确实是三类板块边界的示意图，在大洋中脊要紧是离散的板块边缘，在大洋和大陆发生碰撞有时候俯冲带的地点我们讲是汇聚的板块边缘，那么在大洋中还有转换断层的边界，这一张图是大西洋中脊，他是一个典型的离散的板块边缘，这一张图表示的是由于横跨在大西洋中脊上因此冰岛正在被拉开，这一张图是美国的圣安德列斯断层，那么这一条断层确实是我们所讲的转换断层，这一张图是典型的板块构造俯冲带和大洋中脊的一个示意剖面，我们能够看得出来，在俯冲带的地点是地震的分布带，那么板块构造理论能够讲明什么呢，能够讲明我们全球地震和火山的分布，能够讲明洋壳的形成年龄，能够讲明岩石中的磁专门信息以及山脉的年龄和高程的关系。专门是关于全球的地震和火山分布差不多上差不多上分布在我们所讲的俯冲带，那么板块构造还有一个什么咨询题呢，也确实是地幔中的对流元胞怎么讲是如何回事？什么缘故大陆地壳与大洋地壳如此不同？这些咨询题，还有待与今后深入去认识。板块构造最早是以大漂移的观点提出的，是在1912年德国学者阿尔弗雷德·魏格纳，他是一个气象学家，他第一提出了大陆漂移讲，然而遭到了当时大多数地质学家的反对，二次大战后新的数据和事实导致在二十世纪六十年代产生了板块构造革命，现在板块构造学讲差不多差不多为，全世界每一位地质学家所同意，也确实是今天地质学的教科书的内容与四十年前的差不多井然不同，这是阿尔弗雷德·魏格纳的照片，他是大陆漂移之父，同时又是板块构造的主父。这是两亿年前的联合古陆叫泛大陆，当时全球的这些六大板块是汇成了一个板块叫联合古陆，那么这些呢，当时提出大陆漂移专门重要的一个确实是，非洲和南美它的那个大陆的形状是具有可拼性的，另外呢，从古生物学地质学的其他证据都表明非洲板块和南美板块原先是在一起的，一块板块那么这是今天的，泛大陆的裂解形成了我们今天看到的六大板块的分布格局，板块构造的驱动力是由地幔对流岩石圈底部的摩擦将能量从软流圈传递到岩石圈，那么如此的对流使得软流圈的物质更新了4到6次我们前面谈到的这些确实是人类对我们地球的认识，然而实际上人类对地球内部结构和组成的了解更多的是间接的，要紧是通过地球物理模拟实验和与天体物质进行对比，因此讲我们现在我们的神七又要上天了，然而我们入地还专门难，因此讲上天容易，入地难，这是一个假想的地球剖面他示意了大陆地壳，洋壳，莫霍面以及岩石圈和软流圈的位置，在那个图的最上面那个小的插图，C这一张图上，我们看到地球上最深的矿井是南美的一个金矿，他的深度是3.8公里，那么他的旁边是世界上最深的超深钻，确实是俄罗斯打的超深钻深度是12公里，那么这确实是我们关于地球的深部的认识，然而实际上地壳本身的厚度，平均厚度在30公里，我们所认识的地壳是专门，在地壳里面也就认识到了1/3的厚度，其他的我们要紧是通过地球物理，例如讲地震波，这一张图我们确实是按照地震波我们来确定地球的内部结构，那么地震波有两种，我们叫做体波，因此还有一种面波，那么体波又分为压缩地震波和剪切地震波，压缩地震波又叫主波或者叫纵波，确实是波长与传播方向一致在固体和流体中传播的，那么剪切地震波又叫做S波又叫做次波，又叫横波他的波长与传统方向垂直，S波只能在固体中传播，那么按照地震体波的确实是S波和纵波的反射折射我们能够确定地球内部物质的密度和弹性的突变。那么这一张图能够看得出来，这一个P波，确实是VP和VS他的变化，在我们地核的外层圈，他是一个液体的，因此那个S波是不能通过的，是P波通过的，我们也能够看到正是由于地震波确定了它是按照地球物质的密度有关系的，因此讲密度和地震波变换曲线是一致的。这一张图也是地震，我们地球内部的物质密度的一个变化曲线，那么在牛赶忙代按照万有引力定律我们差不多算出地球的质量是5.974乘上10的21次方吨，那个大致相当于60万亿亿吨，那么由此我们就能够得到地球的平均密度，因为我们明白地球的体积，我们就能够得到平均密度是多少呢，是每立方厘米5.517克，然而我们现在确定的地表岩石的平均密度只有2.7到2.8柯，每立方厘米，因此呢，确信地球内部物质的密度一定要大于地球的平均密度，全然地震波速向下增大的规律，能够运算出固体地球不同深度物质的密度，那么这是一个地球内部的一个结构的一个图解，那么分为岩石圈和软流圈，那么岩石圈包括了地壳和地幔的上部，那么中间呢，被莫霍面所分割，这是地壳和地幔的分界。这一张图是地球内部结构的矿物组成的模型，从地壳下部的上地幔，他的矿物是由橄榄石、辉石和石榴石组成的，那么到了上地幔和下地幔的过渡带他要紧是由尖晶石，镁铝榴石构成的，到了下地幔他是由后钙钛矿和铁方镁石构成的，那么再往下部确实是河幔边界，那么那个河幔边界又叫做地撇撇层，他是在两千六百公里到两千九百公里那个深度，在两千九百公里深度以下确实是液体的铁的合金那个地核的外核，那么地核的内核确实是固体的，铁内核，以铁为主的内核，是从五千一百公里到六千四百公里，这一张图是地球结构的化学组成模型，那么我们所讲的，地球的地幔，他要紧是由硅酸盐和氧化物组成的，到了地核的外地核他要紧是溶体的，确实是铁，硫化亚铁和镍组成，那么内地核确实是固体的铁和镍组成的，我们讲地球和宇宙差不多上由永恒运动的物质所构成的，我们从化学的观点看，他确实是由90种元素和354种核素所组成的，地球内部不稳固的核素自发出衰变，开释出能量，提供了物质运动要紧能源。因此产生了岩石的熔融，岩浆的侵入，火山的喷溢，构造的变化，地表风化的剥蚀和沉积作用等等，这就造成了全球规模的地质作用，连续几十亿年的构造变动持续的改变着地球的外貌和内部结构，也推动着元素及其同位素的化合、分异、迁移和活动。地质作用经久不息，元素迁移演化不止，地球科学面对的确实是一个经历了几十亿年进展演化，目前仍处于强烈变动中的活的一个地球。那么地球作用不停形成了各种宏观地质体，同时造成了地质产物中不同的物质组成以及元素及同位素结合的微观现象。这些微观和宏观现象记录了地球的变迁历史，地球科学任务确实是要准确的判读这一宏伟的自然史卷。这是一张地质年代表，这一张年代表从我们最早的太古代一直到第四纪，那费塔经历了46亿年的变化，那么分为太古代，元古代，显生宙的古生代到中生代最后到新生代也确实是我们所讲的包括第四纪在内的。那么这是美国科罗拉多下峡谷南部边缘，我们看那个小姐所坐的位置实际上是一个专门老的时代的地层是在十七亿年前的一个岩石，那么在他和上面的那个沉积的岩石，出现了一个我们叫做不整合的一个界面，也确实是讲在17亿年到5.5亿年之间是一个沉积间断，是一个不整合沉积间断发生构造变动，那么从5.5亿年一直到2.5亿年这是科罗拉多大峡谷形成的是从寒武纪到二叠纪整个三亿年间隔的整个古层带。那么这一张也是地质历史生物演化的一个图解，我们人类显现在十万年前，这是一个地球地质作用演化的一个图解，要紧是一个我们所讲的沉积岩的一个演化，从最早的他要紧是即性的喷发岩为主，然后随着时代的推移，逐步的变成陆向喷发岩，变成沉积的杂砂岩，各种砂岩各种黏土岩一直到最后显现蒸发岩，应该出现的确实是从物质成分上来讲，是从简单到复杂，从无序到有序这么一个进展演化的过程。这一张图解是俄罗斯的两为学者，凯德洛夫和耶里马克夫一张图解，那个表示的是整个自然界物质进展的一个图解，那个图解反映出物质的从自然界，整个自然界从星云时期到行星系到地球和他的表面到形成地壳生命人类，整个自然体系是越来越复杂，物质的专门的排列，从量子正电子，中子，质子，核子，原子，分子到无机碳到结晶的和胶体分出两支来，到结晶矿物和有机胶体质点，那么那个结晶矿物那个无机界最后进展出岩石最后形成矿床，那么有机界就显现蛋白质、化合物、细胞到动植物到有机质最后显现人类，这是两个分支，那么我们讲有机界最高的复杂性的确实是人类，那么在无机界里最高的无机界确实是矿床，矿床实际上是一种有用金属的堆积体，我们讲那个金银铜铁锡，他来自哪里呢他就来自矿床。那个确实是一个宇宙地质年代，我们用11年每单位，那么大致在我们现在不太确定的，160亿年的时候呢，那个发生了宇宙大爆炸，形成了银河系，那个叫BIGBANG，然后在十亿到四十五亿年间行星中核合成形成的元素，形成了各种元素，在45亿46亿年前形成了我们的太阳系，然后就进入了地质时代，那么人类是在第四纪才开始显现的，因此我们如果假设地球的历史是一年的话，人类显现在第十二个月最后一天的晚上十二点，人类我们讲是伟大的，但也是微小的，这确实是新的自然观，你要与大自然和谐相处，我们国家提出的天人合一的观点。那么前面是一个概述，我们讲什么是地球科学，那么从地球化学的角度，也确实是我们讲从化学的观点来看地球的话，地球他是一个庞大的化学机器，也能够叫他一个地球化学工厂，他的驱动力确实是地球内部的热和太的热，那个图解就反映了这么一个循环。第一我们看地幔，第一地幔他对流以后，他的深部物质能够带到大洋中脊，温度压力降低，组分分离形成玄武岩，这些岩石要紧是富含硅、钾、钙、钠、铝铁以及碱金属，这些元素了，固结成了洋壳，那么这种大洋板块会离开大洋中脊在俯冲带向下进入地幔，又连续产生化学分离，那么形成了流体或者溶体，我们讲向上迁移因为他密度比较低，如此的话就出现富二氧化硅的花岗岩类固结成了我们所讲的陆壳。那么地表的岩石暴露于阳光下以后，水和空气会浸透岩石产生水岩反映，就会发生又一次的化学分离，那个时候二氧化硅会集中于型砂和水尺中，铝会进入黏土矿物钙进入辉岩，重金属进入矿石，这是又一个化学机器，我们讲地球内部的对流和地表的分化是两部化学机器半独立的运行发生了明显的联系，当新地幔的物质被带到并暴露在地表，分化沉积物再次被带到地下进入地幔对流，那么来自两种作用的能量就建立了物质进入岩石圈，物质的循环。地球的两部化学机器他他是充满物理化学咨询题的，第一个确实是地幔对流，他怎么讲如何进行？何时产生？第二确实是地球的分异，上地幔的玄武岩是如何从橄榄岩中形成的他又如何形成了花岗岩，地球上大面积分布的花岗岩是如何形成的？水和空气如何腐蚀了花岗岩中的矿物？第三个咨询题确实是更深层次的，地幔对流和分异的最终结果是什么？地壳从地幔中分离的过程是如何样的？地壳物质通过消减作用回到地幔它达到了一种平稳状态了吗？地壳增长的总量如何？第四个咨询题确实是时刻咨询题，在地质历史中，地幔对流分异和消减作用进行了多么长的时刻？他们最初是在何时何地开始的？是如何开始的？第五个咨询题确实是现实主义的咨询题，我们人类在大陆上建立了家园和文明世纪，那么上述过程是如何阻碍着大陆地表，化学机器是如何将一些岩石中的金属集中成矿，又如何将另一些岩石中的烃类富集为石油、天然气和煤炭，随着人口增长和对地球物质利用量的增加，那个行星的资源还能坚持多久，人类活动对地球化学机器产生了如何样的阻碍？对人类生存环境产生了如何样的阻碍？这些咨询题地球化学能够进行回答，下面我们就谈一下什么是地球化学。地球是一个极其复杂的物质体系，地球科学具有众多的分支学科，他们是分不从不同侧面认识地球的过去和现在，地球化学着重是从地球的化学组成化学作用和化学演化，也确实是物质的化学运动形式方面来研究地球，地球化学英文叫geochemistry，“geology”是我们所讲地质学的词头，“chemistry”确实是我们明白，大伙儿都清晰的化学，因此讲那个词最初是瑞士化学家Schonbein于1838年提出的，从词源学上讲，地球化学确实是地质学和化学的联姻那么地球化学确实是用化学的原理和方法技术来解决地球科学咨询题，也确实是能够如此认识，是从化学的角度来明白得地球和地球的演化。这一张图解就反映了我们所讲的几门基础科自然科学化学、地球科学和物理学之间，化学合地球科学他们之间的融合就形成了地球化学，地球科学确实是我们传统的地质学，地球和物理学的结合就形成了地球物理学，那么这三门学科分不对应的确实是地球化学要紧研究地球的物质科学，确实是地球物质科学，地质学它涉及的要紧是历史地质学，而地球物理呢，要紧系物理地质学，因此地球化学确实是研究地球以及有关宇宙体的化学组成化学作用和化学演化的科学，我们举一个例子，确实是现在我们研究月球，我们现在不能讲，现在我们叫月球化学，我们还叫地球化学，确实是地球化学他是研究地球及有关宇宙体的化学组成、化学作用和化学演化的科学。地球化学是研究地球物质组成的基础科学，地球化学有四个目的，第一个是认识元素，在地球和太阳系中的分布规律，第二个是探究地球和宇宙化学组成形成的缘故，什么缘故是如此，而不是那样，第三是研究地球表面地球内部以及太阳系发生的化学反应，第四个综合上述建立地球化学的循环，认识这些循环在过去地质时代是如何起作用，今后又可能如何变化。因此地球化学研究的差不多咨询题是四个，第一个确实是研究地球系统中元素和同位素的组成，包括元素及其同位素的含量在空间时刻及不同产状地质体中的变化，也确实是元素中的平均含量，我们叫丰度和分布分配咨询题。这是地球化学的我们称作叫地球化学之父，Goldschmidt他的一段话，那么地球化学的要紧目的是什么呢，确实是定量的确定地球和它的其他部分的组成以及发觉操纵元素分布的规律，那个Goldschmidt我们先简单介绍一下，他1911年毕业于挪威奥斯陆大学，他毕业时候做的博士论文对地球化学基础理论的奉献，他研究了地球化学的各个方面，包括接触变子现象的物理化学讲明以及化学元素的分布等咨询题，他在德国哥廷根大学建立了第一个地球化学研究所，他的要紧奉献确实是提出了晶体化学第一定律，运用原子和离子半径以及极化效应成功的阐明了元素公生组合和类质同像，提出了元素的地球化学分类。他去世后部分成果由A·Muir编辑成了地球化学，这是地球化学的经典著作，因此Goldschmidt被尊称为地球化学之父。这一张图解确实是反映出我们要研究元素在地球及其各层圈，包括地壳、地幔、地核中的平均含量也确实是丰度咨询题，那么那个分布和分配是指什么呢，例如讲一个元素，他在橄榄岩玄武岩是如何分配的，在辉石，斜长石之间是如何分配的，这是一个分配咨询题。第二个，研究元素的共生组合和赋存形式，元素在地球中他不是单个元素存在的，他是成为化合物存在的，那么更形象的讲确实是成为矿物存在的，因此元素的赋存形式又叫做存在形式，赋存状态，确实是指元素在地质体中以什么形式存在，例如讲化合物形成，氧化物，硫化物，硅酸盐，碳酸盐等等，另外呢，还能够成类质同象混入物，机械混入物，包裹体吸附物等等，由于那个元素的结合形状是地质作用物理化学条件的指示剂，因此元素的存在形式他具有成因意义。第三个我们要研究元素的迁移，元素的地球化学迁移是指什么呢，是指元素的重新组合相伴着元素在空间上的位移，或者一个元素在一个系统不同子系统之间的集中或者分散的就叫元素的地球化学迁移。那么元素的地球化学迁移是地球化学研究的核心咨询题，举一个例子我们讲矿床的形成确实是成矿元素集中的结果。第四个研究元素迁移的历史以及地球的演化，我们讲地球的演化历史是一个漫长的时刻序列，元素和同位素的迁移寓于这种演化过程中的地质作用之中，同时被储存下来，通过微量元素或者同位素我们能够揭示这种演化历史，这就叫做微量元素或者同位素的示踪，这些元素合乎同位素就被称为示踪剂，例如讲我们前面提到的板块构造与大洋中脊的扩张，我们能够进行同位素定年来确定大洋中脊扩展的时刻。地球化学的研究思路是什么呢？有四个字能够概括，就叫见微知著，确实是自然地质作用除形成宏观地质体外，他还造成了大量肉眼难以辨认的常量、微量元素和同位素成分的变化，以及它们之间相互结合和赋存状态的微观踪迹，这些微观踪迹包含着重要的地质作用信息，我们应用现代分析测试手段进行观看研究，就能够深入揭示地质事件的隐秘。这一张图反映出地球化学所处的位置，地球化学是化学和地质学的结合，因此讲化学的基础理论是地球化学的基础理论，包括化学物理化学量子化学结构化学等等，那么另一个分支确实是地质学，那么地球化学又是我们在地质学中研究地球物质科学的像矿物学，岩石学，矿床学的基础学科，这是地球化学按照不同观点对地球化学进行了分类。那么地球化学呢，也能够把它分成若干个分支，那个我们现在给大伙儿展现的那个图解是六个分支，实际上还能够分得更细，有不同的研究对象，有不同的研究内容，能够把它分得更细，分为晶体化学，低温地球化学，高温地球化学，宇宙地球化学，有机地球化学和同位素地球化学，这是意大利的一个地球化学家，Ottonello讲的一段话，地球化学是一门令人着迷的一个学科，他什么缘故着迷呢，就在于它处在我们所讲的精确科学，什么是精确科学呢，化学物理学和数学和自然科学之间的一个过渡位置，这是地球化学所处的位置，什么缘故令人着迷就在此。地球化学的研究对象要紧是地球和太阳系或者是我们宇宙中的元素，那么刚才谈到的低温地球化学，高温地球化学实际上又能够称为所谓软岩地球化学，硬岩地球化学，地球化学的研究内容有四个部分。我们能够简单如此分析，他是地球化学原理，地球化学的作用，地球化学的研究方法以及地球化学的应用。原理呢，涉及到原子的电子结构，周期表以及原子量，化学键，离子半径，晶体，晶体中的离子替代，地球化学热力学，反映速率和质量迁移以及表面化学，地球化学作用包括沉积和陈岩作用，电子作用分化和土壤形成以及岩浆的结晶作用，矿床的形成作用。地球化学研究方法是地球化学对地质学的专门的奉献，包括两个方面的内容，确实是微迹元素地球化学和同位素地球化学，地球化学的应用能够在化学分化作用，矿床的化学分化作用，地球化学的循环，大气圈的化学，环球地球化学等等方面，等等领域。那个地点是二十一世纪地球化学十大挑战这是美国国家科学研究理事会，2008年3月12号公布的一份最新的报告，确定了推动地质学和行星科学需优先解答的十个咨询题。那么加州大学伯克利分校地球化学教授，起草报告的委员会主席唐纳德·德帕罗表示，在过去二十年间各个方面均取得了不小的进步，我们现在能够通过微观和宏观的角度给地球勾画一幅更为美好的蓝图，为使这些领域连续前进，应回忆历史，提出更为深刻的全然咨询题，例如地球和生命的起源，行星结构和动力学，生命和气侯的联系等等。报告是在美国能源部，国家科学基金会，美国地质勘测局和美国宇航局的联合要求下起草的，起草委员会选择了各种咨询题覆盖了各种各样的空间尺度原子到行星和时刻尺度，过去到现在和今后，那么委员会对地质学界进行了广泛调查最后精选出的十个咨询题。第一，地球和其他行星来自哪里？第二地球的黑暗时代，他是指地球产生后最初的五亿年怎么讲发生了什么情况？第三生命是如何开始的？第四地球内部如何运转及其对地表的阻碍？第五、为何地球拥有板块构造和大陆？第六、地球进程如何受物质特性的制约？第七、什么缘故引起了气侯的变化，气侯变化的幅度到底有多大？第八、生命如何改变地球，地球又是如何改变生命？第九、人类能够推测地震火山喷发及其后果吗？第十、流体流淌和输送如何阻碍着人类的环境。二十一世纪地球化学的十大挑战，这些咨询题的最终解决都离不开地球化学。地球化学（二）张德会：下面我们讲第二个咨询题，确实是元素的地球化学分类，1923年国际原子量委员会决定化学元素确实是指具有相同核电荷的同一类原子。这是我们大伙儿都专门熟悉的周期表，周期表差不多对元素进行了分类，然而仅用周期表的元素分类关于地质学和地球化学家来讲还不够，我们先看一看自然物理化学体系及其形成物的特点。地球化学我们讲是研究自然化学作用和元素在自然体系中迁移演化规律的科学，那么自然条件下，元素间相互作用与认为操纵的化学反应是有专门大不同的，地壳和地球范畴内的自然作用体系有以下要紧特点。第一，温度压力变化幅度与人为制备条件相比是有限的，从地表到地核温度能够从零下80度到4500摄氏度，压力从0.0N到36万Mpa，地壳和上地幔温度变化幅度也是零下80度到1800摄氏度，压力是0.0n到一万个mpa也确实是相当于十万个大气压，而现在试验设备，人工他能够制备的温度极限是从接近绝对零度到超高温确实是5乘10的4次方摄氏度就等离子火焰的温度，以致100M度这确实是聚合反应的温度，压力由真空到1.2×10的11次方的Pa，12万的Pa，那么自然体系与实验体系温压条件变化幅度是差异专门大的，那这一张图解是一张地壳中的一些地质作用的温度压力的范畴，我们看一下我们常见的地表的分化沉积，他差不多上是一种常温低压，然后第二种情形确实是，第二个环境确实是成岩的环境，那么温度能够上升到将近300摄氏度，压力到两个千Pa，然后温度再升高，然而压力变化不大了，我们叫接触变质作用这确实是低压高温的地质过程，那么温度再升高的确实是我们所讲的火山作用，因此火山作用的压力他是地表的压力，然而温度能够高达3000度，岩浆作用处在高压高温的范畴内，然后呢，是区域变质，区域变质是高压然而温度是中等的温度，那么还有一个区间确实是高压变质我们所讲的那个蓝片岩相，地质学中叫蓝片岩相变质作用，也确实是我们刚才谈到的，前面谈到的板块构造俯冲带他形成的温压条件确实是如此的条件，压力专门大，然而温度不是专门高，确实是高压低温条件。这一张图解反映了地壳中的一些地温气度，我们看一看，迅速沉降的俯冲带确实是体现出它的压力专门大，然而温度上升不大，而接触变质作用的特点是正好相反，他是温度上升专门快，然而压力变换不大，那么那个地点面反映的是变质下面的一些特点，这是第一个特点。第二个特点确实是多相多组分的复杂体系，自然体系中成多相存在，我们所讲的固相、液相、气相另外还有一些过渡相，这是第一个，第二个他是大量化学组分共存的，而浓度却相差悬殊，我们能够如此讲，任何一个地质作用都能够看成是由九十种元素和354种核素参加的体系，元素以各自的丰度决定的量比来参加化学反映，这跟我们人工的实验室以高纯试剂，有限组分按照理论量比设计的化学反应是有专门大差不的。那么在体制体系中我们所讲的岩石矿物土壤水体，那么俄罗斯的学者提出过一个观点，一个定律，叫元素无处不有定律，也叫做克拉克维尔纳茨基定律，那个定律指出地面上每一点滴或者每一微粒的物质无一不是宇宙总成分的反映，也确实是在这些岩石土壤水体等等中包括气体中我们讲，所有的元素在周期表上的，除了那个人工的那些放射性元素以外，所有的元素90种元素还有300多种的同位素你都能够测出来，只要你测试水平足够高，那么岩石或者水中能够测到任何一种元素的含量，因此讲那个定律又叫元素无处不有定律。第三个确实是开放式体系，这是地球化学体系中专门重要的一个特点，确实是自然过程他的体系与环境是有充分的能量和物质交换的，大持续的改变着系统内的作用的性质和条件，我们在实验室把那个碳酸钙放在盐酸中发生化学反应，发生分解反映以后会阻碍二氧化碳，在实验室我们能够让二氧化碳不能逃逸的方式进行那个实验，反映达到平稳的时候就会有过量的二氧化碳与氯化氢盐酸共存，然而自然条件下不是如此的，二氧化碳他是能够逃逸的，那么二氧化碳的逃逸就使得反映不能达到平稳，反映会连续的向前进方向进行，那非自然界就会形成大规模的夕卡岩及其矿床，我们这一张图解确实是如此的，实际上那个作用确实是我们所讲的夕卡岩化或者叫接触变质作用，确实是一个花岗岩成分的岩浆侵入到辉岩地层中那么就会形成在大理岩和花岗岩的接触带上形成夕卡岩，那个反映确实是caco3+maco3×2sio2那么形成camgsi2o6加上二氧化碳，或者碳酸钙加上碳酸镁加上二氧化硅会形成透辉石加上二氧化碳，如果那个二氧化碳能够逃逸，因此那个反映能够连续进行那么就会形成大量的caMgSi2O6，透辉石这两种矿物是典型的夕卡岩矿物。第四，地球化学反映差不多上自发进行的不可逆的过程，反映进行的方向、速率、限度受能量的制约，由于地质作用能量他的作用的能源来自地球本身，因此地球热量的空间分布他操纵着地球化学过程进行的规模和强度，我们看一下这一张图和表，那么我们明白，在地质作用演化中，放射性的产热元素是大量集中于地壳的上部，而下地壳的岩石会更基性，那么产热元素就会降低，如此的话放射性元素的含量随深度的降低必定相伴着地球底部的温度降低。那么我们看那个表，确实是各种岩石的U，TH，K的含量与热的产生，还有较多产热元素的U，TH，K的岩石的确实是我们所讲的花岗岩类，这一图解就反映出来，大陆地壳的低温梯度随着深度他是增大的，我们这一条直线反映是以每公里25度的地温梯度运算，在地壳的深度35公里处，温度能够达到885度，但实际上由于放射性热产生，他要紧是在浅部，因此讲该处的实际温度达不到885度，只有600度，那个确实是地壳的上部赋及产热元素。我们再看看那个板块，这一张图反映了在北美有一个叫JUANDEFUCA板块，这是叫圣德富卡板块，这是在加拿大西部，那么那个板坏了，这一张图反映是海底岩壳的年龄，那个红的颜色确实是年龄比较新的，我们看得出来，刚才那个板块是新形成的板块，在他的西边是比较老的太平洋的板块，那么那个新形的板块我们能够测他的热流，我们同那个图表上能够看得出来，这是加拿大南部穿过太平洋北美消减带的一个热流剖面，那个年轻的板块具有高的热通量，热通量与每平方米毫瓦来表示，那么那个热通量跟老的太平洋板块低的热流形成鲜亮的对比，另外在海沟的地点热流是低的，这是因为大洋板块携带了大量的冷物质向下俯冲所致的。岛弧和弧后盆地热流差不多上高的，这要紧是大洋岩石圈沉降与地幔相互作用使得岩浆在那个位置发育造成了热流的升高。那么由于地球化学作用的特点，那么造成了自然过程产物的特点也是专门有特点的。第一个确实是自然稳固相，我们所指的确实是矿物，以及各种流体相的总数是有限的。那么现在了，实验室人工能够制取的化合物能够达到数十万种，动植物数量达到数万种，然而自然界元素和组分种类专门多，然而丰度差异明显，这就造成了自然化合物单质的种类是有限的，迄今我们发觉的矿物总数也就约3500种，因此不包括天然的有机化合物，矿物的化合物只有七的类，总族数是小于200种，因此自然界矿物总数受制于地球的组成和物理化学条件的有限变化范畴。第二个元素成组分类形成自然组合。那么元素了，要紧是按照阴离子进行分类，地壳中只有含氧的化合物，硫化物，卤化物，自然元素类以及稀少的砷化物，硒化物，碲化物这类矿物。与各种阴离子结合的阳离子就形成特点各异的共生元素，反映自然作用体系中元素按阴离子结合而分类的习性。这一张图确实是氧化物，我们各种氧化物，这是几个典型的，我们明白的磁铁矿以及刚玉都属于氧化物，这张图解反映三种矿物，确实是硫化物，例如方铅矿，黄铁矿差不多上属于硫化物，那个地点还有一个硬石膏，但实际上它不应该是硫化物，他应该是硫酸岩类矿物，他是硫酸钙，这一张图解确实是碳酸岩类矿物，例如讲我们所讲的方解石，白云石。第三，与各种阴离子结合的阳离子组成特点各异的共生元素组合。我们明白那个元素他要紧是以化合物的形式存在的，例如讲铜铅锌这些元素他要紧是形成硫化物像刚才我们所看到的方铅矿，黄铜矿，差不多上如此的矿物。钾钠钙镁这些元素要紧是形成硅酸盐，也确实是我们所讲的氧化物，Nb，Ta，Zr，Hf系统元素这些元素倾向于形成硅酸盐或者是含氧的岩类，金银多种元素要紧是呈单质和金属互化物存在的。第四个特点，自然界矿物都不是纯的化合物，每一种矿物都构成一个成分复杂含量变化的混入系列，那个跟人工的制造的化合物是完全不一样的，人工的他差不多上化学纯，因此制出的化合物绝对是纯的化合物，而自然界不是纯的化合物。第五，在地壳物理化学条件下，相似的物质组成和类似的作用过程，会使得自然作用产物类型他会重复显现在一定程度上达到平稳，不同岩石的大类和不同矿床类型分不由各具特点的矿物组合构成，矿物之间他是按照一定环境形成有规律的共生组合。这一张表确实是地球上间的岩浆岩，沉积岩和变质岩中的一般矿物，我们看这三类岩石中都有石英都有斜长石，另外还有云母，辉石，方解石等等，在不同的岩石中重复显现，这是一个火成岩也确实是我们所讲的岩浆岩的分类，那么岩浆岩他要紧是规律二氧化硅的含量来分的，那么从下面那个坐标我们看70一直到40，那么它分不70%左右差不多上花岗岩类，60%是花岗闪长岩类，50%左右是辉长岩类，40%左右是橄榄岩类。下面我们谈一下元素的地球化学亲和性，自然体系中元素结合的方式是阳离子与阴离子之间结合，他构成了化合物，也确实是我们所讲的矿物，按照化学计量比来运算，地球和地壳中阴阳离子的总数是不相等的，阴离子的总数远远小于阳离子，这就造成了一种竞争性的环境，因为阳离子要迁移一定要与阴离子结合，那么如果阴离子的含量远远小于阳离子那么就会形成一种关于阴离子争夺的竞争性的环境。地球地壳中的元素的丰度会导致地球化学过程中阳离子之间对阴离子形成争夺，元素间的结合关系与元素形成阳离子的能力有关系，那么这种能力呢，既与元素本身的性质结构有关系，也与元素相互结合是体系的物理化学条件，也确实是能量效应有关系，这是地球化学专门重要的概念，确实是元素地球化学亲和性的概念，他是指元素形成阳离子的能力和显示出的有选择性与某阴离子结合的特性就叫地球化学亲和性。元素的地球化学亲和性是操纵元素在自然界相互结合的对差不多的规律，那么这就有了新的元素的地球化学分类，那么最经典最常用的确实是个戈尔·斯密特在1923年提出的分类，这种分类呢，他是通过对矿石冶炼和陨石的观看，戈尔·斯密特发觉，存在的四个相，硅酸盐溶体相，硫化物溶体相，金属溶体相和气相，那么元素呢，将按照对各项要紧离子的亲和性在四个相之间进行分配这确实是元素的地球化学分类。进入气相的元素确实是亲气的元素，要紧是氢氦氮以及我们所讲的惰性气体，进入硅酸盐溶体的确实是亲石元素又叫亲氧元素，包括碱金属，碱土金属，卤素，硼氧铝硅钪肽矾镉锰铱锆锂蓝系，确实是我们所讲的稀土元素，铪碳钍铀。进入硫化物溶体的要紧是亲铜元素也叫亲硫元素，铜锌夹银镉铟汞铊砷锍锑钎碲这些元素，进入金属溶体的就叫亲铁元素，包括铁钴碾镣铹钯砵铱铂钼铼金碳磷锗锡等元素。这一张表确实是地球化学的元素分类，确实是我们谈到的戈尔德斯密特的地球化学分类那个地点面有一个要注意的，有些元素是能够在两相甚至三个相之间作为三个相的那个分类，确实是跨类的分类，例如讲铁，又能够是亲铁，他又能够亲氧，同时还亲硫。那么亲铁元素要紧是富集于陨石金属相和铁陨石中的化学元素。这一类元素与氧和硫的结合能力弱，易溶于熔融铁中，有关于地壳地幔，这些元素要紧是地核中集合，他的外侧电子数，离子最外侧电子数是8到18，典型的亲铁元素确实是镍、钴、金、铂族元素。亲石元素要紧是在陨石硅酸盐相中富集。在地球中他们明显富集在地壳中，要紧是以氧化物，含氧盐专门是是以硅酸盐形式显现的。亲铜元素要紧是在陨石的硫化物相和陨硫铁中富集的，在自然界要紧与二钾硫离子结合成硫化物和复杂的零硫化物的，例如讲硫、铜、锌、铅、镉等等，那么这些离子的最外层电子是18个。亲气元素要紧是组成了地球大气圈的要紧元素，那么还有一类了，后来又分出了，亲生物的元素，要紧集中在有生命的动植物的元素，包括碳、氢、氧、氮、磷、硫、铝、碘等等，这是一个戈尔德斯密特第一句话，地球化学元素分类的一个表，那么这一张图解也是反映出来地球和陨石中元素的亲和性，其中重叠的区域表示元素常见于两个或更多相。下面讲第三个咨询题，确实是元素在地球和地壳中的分配咨询题，那个咨询题是地球化学家差不多任务之一，什么缘故如此讲，什么缘故要研究元素的地球化学分布，我们第一从化学上的一个差不多定律谈起，化学上有一个闻名的定律叫质量作用定律，他是描述浓度关于化学反应速度的阻碍，当温度恒定的时候，均相体系化学反应速度与反映物的质量成正比。我们看一个颗粒反映，那个A加B形成了E加F，向右有一个反映速度，向左有一个反映速度，那么向右和向左的反映速度相等的时候，也确实是讲反映达到了平稳，那么有这么一个关系，确实是生成物的质量或者是浓度的沉积除以反映物的浓度的沉积等于向右的反映速率K1除以向左的反映速率K2，那么那个是一个常数等于一个大的K，K1和K2确实是反映速度常数，K确实是我们所讲的化学中的化学反应平稳常数。那个质量作用定律表明，元素的质量浓度、丰度这些因素在地球化学反映中起着重要甚至是决定性的作用，那个丰度反映了地质体中元素平均化学成份及其元素的质量他决定了地球或者地壳作为一个物理化学体系的总特点以及各种地球化学过程中元素的总背景，元素的丰度或者克拉克值既是阻碍元素地球化行为的重要因素，又为地球化学提供了衡量元素集中或分散程度的一个标尺。那么那个地点头有两个概念，我们谈一下，第一个确实是丰度的概念，任何一种自然体的物质差不多上由化学元素组成的，那么该自然体的总质量确实是等于组成他的全部化学元素的总质量，什么是丰度呢，丰度确实是每一种化学元素在自然体中的质量占自然体总质量或者讲全部化学元素总质量的相对份额，例如是百分比确实是该元素在该自然体中的丰度。第二个概念确实是克拉克值的概念，元素在地壳中的丰度值被称为元素的克拉克值，那么提出那个概念确实是几年克拉克于1924年首次运算发表了50种元素的地壳元素丰度，因此讲地壳的元素丰度我们叫做元素的克拉克值，用质量表示了，就叫做质量克拉克值，能够采纳10的负6次方，10的负9次方，10的负12次方，或者是每吨克来表示。我们先看一下太阳系的元素丰度，太阳系的元素丰度我们要紧是按照太阳的大气光谱来确定的，那么确定的要紧是太阳表层的元素丰度，而太阳系中的挥发性的元素我们要紧是确定陨石组成来确定的，1937年戈尔德斯密特编制了第一个适用的元素及其同位素在太阳系中的丰度表，以后又持续的有新的作者发表新的丰度表，那么比较太阳系丰度表和分布可知，这张图横坐标确实是宇宙中的元素丰度，纵坐标是含量的范畴，纵坐标是元素的丰度，横坐标是元素的周期表，我们所讲的92种元素，那么那个地点头我们能够看得出来有几个特点，第一个氢和氦组成了太阳系中的要紧元素他占的量是专门大，在那个图解上反映出了是10的9次方到10的10次方，第二个，整个元素的各种元素的丰度他是随着元素原子量的增长而大幅度的降低，因此讲原子系数越小他的丰度是越大的。第三纵元素的丰度相对比较恒定，就指的是原子系数大于40以上的元素丰度比较稳固，尽管有小幅度的降低。第四个特点，在那个图上能够看到，原子系数比较低的像锂铍硼他的元素的丰度是比较低的，那么铁和镍这种元素的丰度是比较高的，差不多上显现了专门。第五个特点确实是叫做奥多哈根斯法则，指的是偶数原子系数的元素丰度要大于相邻的奇数元素的丰度，什么缘故会产生这么一个效应呢，他要紧是受原子核的结构操纵的，确实是当元素的质子和中子数比例适当的时候，原子核是稳固的，元素的分布就广，例如讲我们的氧16，镁24，硅28这些元素最稳固，元素的丰度高，确实是质子和中子数的比例恰当的时候。随着元素的原子系数的增大中数的增加要比质子数快，那么那个时候原子核处于不稳固，元素在自然界的丰度就降低，因此总的来讲太阳系的元素丰度与元素的化学性质没有关系，要紧依旧受原子核结构的操纵，我们明白原子核是由中子和质子组成的，其间既有合力，也确实是我们所讲的结合力，又有库仑斥力，排斥力。当中子数和质子数比例适当时核是稳固的，具有稳固核结构的元素分布就广，丰度就高。那么原子系数低的亲核容易达到质子中子数的平稳，刚才看到的氧16，镁24，硅28，钙40，他们原子核中，中子数质子数等于1因此讲核是最稳固的，具有较大的丰度。那么偶数元素的原子核他的核子倾向成对，是偶数，按照量子力学原理那个时候核能降低，核稳固性增大，因此讲那个地点的元素在自然界分布较广，另外一些规律也是由那个元素本身的性质决定的，例如讲元素的合成过程决定了它的丰度大小，例如讲锂铍硼，它是作为氢燃烧的一部分转化为氦了，因此讲他的丰度降低，导致宇宙中锂铍硼亏损，而氧和铁的高丰度是由于这两种元素，要紧是氢燃烧的稳固产物因此讲丰度较高。这一张图是碳质球粒陨石，这是地球上发觉的碳1，C1型碳质球粒陨石的元素丰度与太阳系元素丰度的对比在那个地点面包括太阳系的挥发性元素和非挥发性元素都有，那么我们能够看得出来，球粒陨石的元素丰度几乎同太阳系的非挥发性元素的丰度完全一致，他在一条线上分布。那么与挥发性那个元素丰度差不比较大，那个规律呢，专门有意思，也是专门有意义的在地球化学中，我们能够使用碳质球粒陨石化学成份来估量太阳系中的非挥发性元素的丰度，因为他是一致的和地球形成之初的元素丰度。第二个确实是地球和地壳的元素丰度，我们明白地球是目前所知的唯独适合生命生存的星球，地球有着专门的不同于其他行星的地球化学特点，正是如此的特点使得他充满生气和人类居住的家园，那个图是从月球上看到的地球，这是1972年阿波罗斯七号宇航员从距离地球三万五千公里处看到的蓝色的地球，这是地球系统，空气、水、土地和生命这是漂亮的星球的景象，那么地球是一个分异中的星球，他的分异，早期地球是混沌的也是均一的，那个图解是一个均一的星球，那么地球形成之初就开始分异，第一他是形成地核和地幔，在那个形成的过程中，是轻物质上升重物质下沉，然后呢，在分成了不同的层圈也确实是我们所讲的地壳从地幔中生长形成了地壳，那么就有了地壳、地幔、地核不同的层圈，这是一个地球的结构示意图，那么我们关注的确实是地球元素的丰度，地球元素的丰度有几种研究的方法。那么，现在总结有三种。一种叫陨石类比法，第二种确实是地球模型和陨石类比法，第三种确实是地球物理类比法。陨石类比确实是直截了当用陨石的化学成份通过算出平均来求出地球的元素丰度，地球模型和陨石类比确实是在一定的地球模型基础上求出各圈层质量及比值，然后选择陨石类型和陨石相化学成份代表各圈层元素丰度，最后用质量加权平均法求整个地球元素丰度。地球物理类比确实是成壳模型的地球物理类比法。那么，地球的元素丰度及其规律是什么呢？我们看一看这一张图，地壳是分为大陆地壳和大洋地壳，大陆占地球表面的面积的41%，质量是占整个陆壳质量的79%，大陆是人类生活和猎取资源的要紧场合，因此大陆地壳是地壳化学组成研究的中心，大陆地壳的密度是每立方厘米是2.8克，而洋壳的密度是每立方厘米3.2克，软流圈的密度每立方厘米3.3克，这确实是我们前面谈到的板块构造，什么缘故大陆板块漂在软流圈之上的缘故，也是什么缘故俯冲带大洋板块都深深扎鲁入到大陆板块之下的缘故。大陆地壳是由氧化的低密度的岩石组成的，也使得大陆高于海平面，大陆地壳这种特点在太阳系是独一无二的，也明显有不于洋壳和地幔的成分，大陆地壳他仅占地球总质量的0.35，然而最重要的是不相容元素，在大陆地壳中的总量占这些元素在地球中总量的20%以上，因此讲大陆地壳是一个重要的地球化学储库，大陆地壳的平均厚度是37到40公里，最厚的喜马拉雅山脉能够达到80公里，大陆又分为花岗质的上部陆壳和较基性的下部陆壳，大陆地壳不容易返回地幔，已知最老的大陆地壳年龄是44亿年，而洋壳，大洋地壳的厚度不足10公里，另外现有洋壳差不多上中生代以来的产物差不多上没有花岗岩同时不存在如大陆那样的明显垂向的分层。目前世界上最深的科拉半岛大陆超深钻确实是俄罗斯的超深钻他的深度也只有12公里，因此讲离我们探究那个地壳，整个地壳的那个组成特点还差专门远，因此讲人们能够直截了当观看和研究的部分，通常仅限于大陆的上地壳，大陆的中下地壳难以直截了当观看，代表性的样品也不易获得，这就使得确定深部地壳，专门是下地壳的组成成为大陆地壳研究的一个难点，大陆地壳的化学成份有几种研究的方法，一种叫岩石平均化学组成法，这确实是克拉克他们的研究方法。第二个叫细粒碎屑沉积岩法，那个方法专门有意思，我们简单的看一看图，在那个图解上这是一个稀土元素的配分图，在那个图解上反映了澳大利亚的后太古宙的泥质岩，北美的页岩，欧洲的页岩组合样以及中国东部后太古宙的泥质岩组合样。那么这些泥质岩的稀土元素组成模式跟现今大陆上地壳，下面那个图是现今大陆上地壳的那个稀土元素配分模式他的形状是完全一样的，如果我们将泥质岩的稀土元素含量再降低20%到30%那么跟现今大陆上地壳的稀土元素含量就相当了，那么大陆上地壳稀土元素含量之因此比泥质岩低，那是因为大陆上地壳还有稀土元素专门低的碳酸盐岩和蒸发岩，这一张图解是讲明什么呢？确实是戈尔德斯密特当时在挪威工作，就发觉挪威南部冰川熔化沉淀的细粒黏土，细粒冰川黏土，是冰川所经地区初露原始的一个天然平均样品，代表了大面积结晶岩石的平均化学成份，因此他只分析了77个样品，同时运罢了平均值，那么大部分元素的含量与克拉克与华盛顿的研究结果一致，那么那个就反映出，那个泥质岩的化学成份能够反映出大陆地壳的平均成分，因此那个方法是专门巧妙的。然而那个方法呢，他的缺点确实是不能给出大陆上地壳主量元素的分布，对微量元素的研究也只限于稀土元素，铱、钍、钪、钴这些呢，确实是元素在海水和上地壳的比值比较低的，比较低的就不容易进入海水，确实是不溶的元素，或者中等程度的不容元素，那么专门多作者基于这么一个缺点，专门多学者对大陆上地壳主量以及许多微量元素丰度的估值均取自那个Shawetal等人在上世纪六十到八十年代对加拿大地盾的研究。第三个确实是大陆地壳生长历史法，第四个大陆地壳剖面法，第五是区域大规模去取样和分析，这方面我们国家的高山等学者在这方面做了专门多的研究，包括中国地质科学院“廊坊音译”，物化碳研究所的鄢明才和迟清华也获得了中国东部元素的丰度。那么那个方法的优点确实是上地壳元素研究丰度研究最可靠也是能够同时研究所有主量微量元素的唯独方法，然而缺点确实是他又费时费劲费钞票，因此讲世界上迄今也只在加拿大地盾和中国东部开展过如此的地壳元素丰度的研究。另外还有火山岩的深部地球包体研究法和地球物理学。那么通过对出露地表大陆地壳剖面，深部地壳包体、实验岩石学和地球物理测深等多学科的研究，揭示出大陆的地壳的结构和组成具有以下的特点。这是一个大陆地壳的组成模型，我们看那个红线的，把大陆地壳分为上地壳中地壳和下地壳，那么下地壳和地幔之间确实是我们所讲的莫霍不连续面，那么从温度来讲，地温梯度向下是增大的，只只是造山带的温度梯度，地温梯度要比年轻的地壳地温梯度要大，那么地盾的那个地温梯度实际上确实是老的那种温度梯度更小，那个地壳组成的模型也是按照地球物理来测得的，我们能够看右边的那个地震波，他的波束逐步的从上地壳的5.9到6.5每秒公里到那个下地壳的每秒6.5到7.5公里，到了地幔就更增大到每秒8公里，那么大陆地壳就由上中下地壳组成，平均厚度是37公里，那么地震波P波的速度是每秒6.55公里，全球的大陆上地壳平均厚度12公里，中地壳11公里，下地壳厚度是14公里，这是第一个特点。第二个，随着深度增大，温度压力加大，变质程度升高，岩石对应不同的变质相，那么上地相要紧是立天岩相和微电子的岩石组成，包括那个沉积岩和花岗岩侵入体，中地壳要紧是一些较散岩层组成，下地壳是成分不同的麻粒岩相组成，从上地壳到下地壳侵入岩的成分由酸性变成基性，这是大洋地壳的组成模型，那么从上向下，它的深度大洋地壳也确实是10公里左右，那么最上部是沉积物和沉积岩，然后是正状熔岩，成状的岩石，再向下确实是垂直稀状的岩墙，再下面确实是辉长岩，再深处确实是成状辉长岩，然后确实是莫霍面，现在人家表明了，大陆地壳成分是中性花岗山长质的，二氧化硅的含量达到59.1%，而大洋地壳的成分是基性玄武质的，它的二氧化硅含量低，49.5%。这一张图是一个稀土元素配分图，确实是上中下地壳的，球粒陨石标准化曲线，那么我们能够看得出来，那个上地壳富集了氢稀土图，那么下地壳亏损氢稀土，同时上地壳有明显的铀的负专门。这是一个总地壳组成一个表，那么这是总地壳组成的元素的含量表，这一张图是总地壳组成中不相容元素富集程度的表，关于相容元素和不相容元素我们后面还能够再给大伙儿详细的讲，那么在这一张图上，有一个专门有意思的特点，确实是铷、钍、铀、铱、铅这些元素差不多上在地壳上富集的元素，看他那个相对含量差不多上比较高的，那么这些确实是我们所讲的放射性元素或者是不相容元素，那么铅的含量增高，他是釉土的放射性衰变产物有关，那么亏损的元素，地壳中亏损的元素要紧是钛、铌和钽这些元素，那个大陆地壳的成分原始地幔标准化分布型式也是一样，能够看得专门清晰，因此他跟原始地幔相比了，大陆地壳明显富集大离子的腐蚀元素和氢稀土的元素，富集铅、铝、釫、鎨、锂、钽、钛这是岛弧岩浆岩的特点，这也正是提出了大陆地壳增长要紧发生发岛弧环境的，那个认识的一个重要的地球化学依据，他是从地球化学那个元素的分布来反映出来的，我们看这一张图，那么大陆地壳的那个红的那个曲线和那个蓝的那个岛弧玄武岩的曲线形状差不多上是一致的，反映出来岛度的岩浆岩和大陆地壳的岩浆岩的特点是类似的，而关于大洋中脊的玄武岩正好跟他们是一个近相的关系，那个大陆地壳富集不相容元素而造成了大洋中脊的玄武岩他是亏损的，那个不相容元素，因此讲大洋中脊玄武岩是那部分，确实是地幔中生长出地壳以后，留下的那个，我们叫做亏损地幔，那么亏损地幔那个岩石的部分中形成了岩浆侵入形成的玄武岩，叫大洋中脊玄武岩。下面我们研究一下克拉克值研究的地球化学意义，怎么讲它有什么样的化学意义。第一谈一下化学反应制动原理。挥发性的阴离子在地球表层富集。据克拉克值阴离子（O，S，F，Cl等）与阳离子总摩尔数大体相当或略有盈余，而加上地幔或用地球总体运算，阴离子总量不足。按照热力学原理，元素参加化学反应顺序按反应生成自由能（-△G）由大到小顺序进行。那些形成氧化物和硫化物（-△G）都小的元素，阴离子不足时只能呈自然元素，如∑Pt，Au，Hg，Ag等—亲铁元素。在阴离子中，O丰度大大高于S，F，Cl等，自然界氧化物种类远大于其他化合物。Fe在阳离子中丰度专门大，在争夺阴离子的“竞争”中，Fe它同时具有亲硫、亲氧和亲铁三重性。O不足时，元素与O化合按-△G值由大到小顺序进行，到Fe因丰度高，耗尽剩余O，余外Fe与硫化合或呈自然铁，使自由能排在FeO后面的元素不能与氧结合。铁起了“制动剂”作用。在与硫化合的顺序中，铁同样起“制动剂”作用。因此在自然界中我们能够看到黄铁矿确实是铁的硫化物；也能够看到赤铁矿、褐铁矿，确实是铁的氧化物；在一定的环境下，你还能够看到自然体。地壳元素分布特点：对地壳元素分布研究表明元素相对平均含量极不平均，丰度最大（O-45.6%）比丰度最小元素（Rn，7×10-17%）大1017倍，相差十分悬殊。按克拉克值递减顺序排列，含量最多的前3种元素（O，Si，Al）占地壳总重量81.3%；含量最多的前8种元素（O，Si，Al，Fe，Ca，Na，K，Mg）占总重量99.1%，其他元素只占0.9%。地壳种微量元素分布极不平均，丰度相差107倍。这是一个示意的，整个地球合地球地壳中元素的相对丰度，最多的是铁，然后是氧、硅、镁、镍、硫、钙、铝，其他元素的含量不足1%。在地壳中最多的是氧，然后是硅、铝、铁、镁、钙、钾、钠，其他元素合起来不足1%。那个也是地壳的化学组成、岩石组成合矿物组成的一个特点。从化学组成，8种元素：氧、铝、硅、铁、钙、镁这些元素的含量丰度占99.1%，而其他元素组成小于0.9.我们看一看元素的组成要紧是氧、硅、铝、铁、钙、镁、钠、钾，其他元素分不小于0.9%。跟元素的组成相对。我们岩石的组成，下面是岩石的组成，岩石组成要紧是花岗岩，然后是片麻岩，从成分上讲，片麻岩也是花岗岩的一类，花岗片麻岩；另外确实是玄武岩、灰藏岩、角产岩（音译）等等，这些占了百分之八十几。从矿物组成来讲，也是跟我们讲的元素的分布是有关系的，要紧是以石英，碱性仓石、协仓石和灰石为主，差不多上以氧、硅、铝矿为主。第二个地壳中元素分布变化的规律是随着原子序数增大克拉克值减小。偶数元素的总分布量大于奇数元素的总分布量，这也是符合奥多-哈根斯法则的。与太阳系元素分布规律差不多相同。讲明地球、地壳在物质组成上同太阳系其他部分具有统一性。第三个确实是地球、地幔、地壳10种元素的分布。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；地幔：O＞Mg＞Si＞Fe＞Ca＞Al＞Na＞Ti＞Cr＞Mn；地壳：O＞Si＞Al＞Fe＞Ca＞Na＞K＞Mg＞Ti＞H。与太阳系相比，地球、地壳贫H，He，Ne，N等气体元素，表明宇宙物质形成地球时气态元素散失。与地球地幔相比，地壳贫Fe，Mg，富Ai，K，Na，Si等元素—较轻易熔碱金属和铝硅酸盐在表层富集，较重难熔镁铁硅酸盐和铁下沉在地幔地壳富集。第四确实是大陆地壳总体成分为安山质或花岗闪长质。微量元素。不管上中下地壳或地壳整体均明显亏损Nb，Ta等高场强元素合富集Pb。这种特点与岛弧岩浆岩相同，而不同于板内岩浆岩，讲明现今大陆地壳主体形成于岛弧环境。第六个对应于地震波速随深度增加，大陆地壳成分存在明显垂向分层，从上地壳至下地壳随着SiO2含量降低，不相容元素含量也逐步降低，相容元素含量逐步升高。第七，大陆上地壳具有明显Eu负专门，大陆上地壳具有明显Eu正专门。结论：元素克拉克值不仅取决于元素原子核的结构和稳固性（决定宇宙中元素丰度的因素），同时又受地球形成前、形成时以及地球存在时期物质演化和分异阻碍。现今地壳元素丰度特点是由元素起源到地壳形成和存在这一漫长地质时期内元素演化历史的总体体现。元素克拉克值反映了地壳的平均化学成分，决定着地壳作为一个物理化学体系的总特点及地壳中各种地球化学行为的重要因素，又为地球化学提供了衡量元素集中或分散程度的标尺。相容性因素：指在矿物岩浆分配过程中要紧富集在矿物中的元素。不相容因素：指要紧富集在岩浆中的元素。霍夫曼提出，由于大陆地壳是原始地幔部分熔融形成的，因此将大陆地壳的元素丰度对原始地幔标准化后的比值能够定量衡量元素的相容性。比值越大，元素的相容性越小，越不相容，相对地幔在地壳中越富集。克拉克值阻碍元素参加地球化学过程的浓度(强度)，从而支配元素地球化学行为。分布量最多的前7种元素（O，Si，Al，Fe，Ca，Na，K）在地壳中易于富集成矿，行成数量众多、分布广泛且规模庞大的矿床。如铁矿床、铝土矿床、石灰岩和盐类矿床等。碱金属Na，K，Rb，Cs,因克拉克值差异在地壳中出现不同地球化学行为。Na和K有较大浓度，形成各种独立矿物或沉淀出易溶氯化物，形成岩盐和钾盐矿床。相反，Rb和Cs克拉克值低，(Rb：0.015%，Cs：3.7×10-7)，浓度亦低，难于达到饱和，不形成独立矿物，分散在要紧含K矿物中。第四，元素形成矿物的数目受克拉克值制约。实验室人们能够制备出元素的任意浓度，但在地壳各种体系中，元素浓度受到克拉克值专门大的限制。这不仅造成化学性质相近而地球化学行为各异的情形，也导致人造化合物数目达数万、数十万种，而自然界化合物数目却专门有限。目前自然界已知矿物只有3500多种，且要紧为氧化物、硫化物、碳酸盐以及自然金属等7大类。科维亚特科夫斯基（1977）统计了元素克拉克值与形成独立矿物数目的关系，指出元素形成矿物的数目与其丰度呈正有关。求得回来方程：N=200≤√K×1.5±1。N-形成矿物的数目；K-原子克拉克值（%）；N与K成正比。在双对数坐标图上拟合为一条直线，约有一半因素处于直线上下×1.5±1范畴内。第五，克拉克值是阻碍元素迁移和集中、分散等地球化学行为的重要因素。①克拉克值为阐明地球化学省提供了标准，而地球化学省则是矿床集中产出的地区。我国南岭地区为钨锡的地球化学省，也是大中型钨锡矿的集中区。南岭地区是世界上最大的钨锡成矿省。中国钨矿等于国外全部钨矿探明储量的3.6倍，而南岭地区钨矿占全国探明储量80%，锡矿占55%，是世界上最大的钨锡成矿省。1999年开始在全国开展多目标生态地球化学调查。农业生态地球化学，农业生态系统为对象，研究地球表层介质-土壤、水等中元素及化合物对作物生长发育所产生的阻碍和最终成效（生态效应）。这张图是哺乳动物差不多营养元素地球化学分类，黑三角是差不多营养元素，H，C，N，O，Na，Mg，K，Ca，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Cu，Zn，Au等等，其中Se是专门重要的。这是一张人体致病因素地球化学分类—致癌、致畸形和致死胎的元素。黑三角是差不多证明的致癌元素，右下黑三角是致畸形元素。中国新一轮国土资源大调查1999起始1：250000多目标地球化学调查：地质调查为主，生态环境为主体。目的：地学研究、资源、环境。1.第四纪地质。2.资源潜力，矿产资源-油气、地热，土地资源-土地资源质量。3.生态环境-地球化学生态效应关于农业、环保、都市、卫生、地点病产生的作用和阻碍。打算从1999年到2010年完成，通过11年的时刻。研究结论：（1）、大量元素要紧是有害和重金属元素在表层土壤中富集，人类活动和近代工业污染了土壤。（2）、沿长江流域发觉了长达数百公里的镉等重金属专门，源自云贵川等西南低温矿化带。（3）、我国南北长江黄河两大流域带因地理气候不同，形成截然不同的元素表生迁移规律和生态特点。（4）、不同生态地球化学区有特点的表生迁移特点。（5）、发觉了大片地点病病原区和致害元素。（5）、查明了多处富营养元素地区，为合理规划农业种植和开发绿色无公害农业区提供依据。②浓度克拉克值：某元素在某地质体中的平均含量与其克拉克值之比。浓度克拉克值是衡量元素集中或分散程度的良好标尺。当浓度克拉克值＞1时，意味着该元素在某地质体中比在地壳中相对集中，当浓度克拉克值＜1时，意味着分散。第六，克拉克值是进行矿产资源评判的重要指标。矿床是有用矿物和有用元素的结合体。当元素富集到能够在经济上开采而获利后就构成了矿床。①元素浓集系数—元素在矿床中的最低可采品位与其克拉克值的比值。浓集系数表明该元素形成矿床的难易程度。Fe的浓集系数6，只要比克拉克制富集6倍就能够形成铁矿床。Cu浓集系数位80，形成矿床的难度比铁大得多。钼460，汞是10000，铋是1250000，讲明这些元素形成矿床的难度越来越大。因此如果它们形成矿床，讲明它们的活动性也是专门大的。稀有和贵金属浓集系数数百、数千、甚至数万。形成矿床需要专门高的富集程度。Mo需要富集460倍，汞10000倍，铋1250000倍，这些元素在克拉克值基础上富集数百到数万倍才能成矿。成矿难度大，找矿难度也大。元素富集成矿不完全取决于克拉克值，还取决于其地球化学性质即元素迁移能力和活动性等。如Au的浓度系数6000，但金的大型超大矿床专门多，表明其活动和迁移能力专门强。元素在地壳某些地段富集成矿讲明它们具有强烈的集中能力。这是世界上最大的斑岩铜矿床-Cu金属储量6900万吨。地球化学（四）微迹元素地球化学及其研究意义张德会：我们现在讲第四个咨询题，讲第四部分内容，确实是微元素地球化学及其研究意义。由于那个时刻短，我们刚才讲的是元素的丰度，元素在地球太阳系中的分布和分配。那么在地球化学中有两个专门重要的确实是地球化学关于地质学的最大的奉献，确实是有两个它的方法，一个确实是微迹元素地球化学，第二个确实是同位素，因为剩下的时刻不多，我们要紧讲这两个咨询题。它的原理和方法第一是微迹元素及其分类我们把在各种地质体系中成微量或者恒量确实是一样小于，质量百分比小于0.1%的元素叫做微量或者微迹元素。那么微量元素微迹元素在体系中的浓度专门低，因此讲它们一样难以形成一种独立相，因此这些元素是以次要的组分存在于其他组分所形成的矿物中，包括矿物的固溶体、溶体或者溶液中，前面这一张图我们差不多看到了微量元素确实是除了那几个常量元素以外，总量加起来小于1%的这些元素，那么按照含量能够对元素进行分类，确实是主量，元素中间占绝对含量的确实是大于0.1%的元素，少量元素确实是不太丰富的主量元素包括钛锰磷这些元素，微迹元素也叫微量元素，是指岩石中含量小于0.1%的元素一样用PPM，PPM确实是10的负6次方，或者是每克、微克或者是PPB，PPB确实是10的负9次方，又叫每克纳克来表示，这是元素周期表，我们看到那个黄色的确实是主量元素，那个碳、氧、铝、硅、磷、钠、钾、镁、钙、钛、锰、铁确实是这些元素，除此以外差不多上在地壳中，地球中都属于微迹元素。我们还能够按照元素的岩浆作用的行为进行分类，确实是我们前面谈到的相容元素和不相容元素，确实是当岩石发生了部分熔融或者接近分异的时候，会显现溶体相和结晶相两相，矿物相两相，微量元素就能够选择性进入这两相，那么相容元素确实是分配系数远远大于1，优先进入矿物相，或者是那个在部分熔融中插6相，固相，不相容的元素是优先进入溶体相，那么他的相容性是取决于共存的矿和溶体的，我们这张表确实是一些一般使用的在玄武岩鞍山岩中的元素的分配系数，XS除以XL确实是固相和溶体相的分配系数，我们能够看得出来大部分，铷、锶、钡、镍、镉，那个铷、锶、钡差不多上差不多上小于1的，然而那个镍和鎘能够大于1，而蓝系也确实是我们所讲的稀土元素一样都小于1，确实是所谓不相容元素。不相容元素还能够进一步进行划分，那么确实是小原子半径、高电荷的高场强元素一样都相对不爽朗，像稀土元素，像钍、铀、锶、钎、镐、铪、钛、铌、钽这些差不多上相对不爽朗的元素，叫高场强又叫HFS1，那么第二种确实是低场强的大离子亲石元素，这些元素是专门活动的，专门是有流体相存在的时候，像钾、铷、铦、钡、锶、铀差不多上如此的。那么什么是场强呢，那个元素的电荷和其半径的比值我们叫场强，实际上相当于我们在化学上讲的电离势或者离子电位，一样来讲电荷与半径的比值大于3.0确实是高场强元素，小于3.0确实是低场强元素，我们能够用一张图来反映那个离子电位，确实是场强的咨询题，那么横坐标是离子电荷，纵坐标确实是离子半径，那么那个离子半径呢，他是有关于，实际讲分配系数是一个相对的，相容元素不相容元素是一个相对的概念，我们以什么呢，确实是那个元素呢，能够类质同相替代矿物中的钙镁铁为标准，因此现在我们这张图上，那个黑色星号的确实是钙铁镁这些元素，要紧是显现在单斜辉石的，那么这张图确实是元素在单斜辉石和溶体之间分配系数的等值线，那么他的离子半径和离子电荷越靠近钙镁铁的相容性就越强，远离的确实是相容性越小，也确实是越不相容，因此我们刚才看到的大离子腐蚀元素确实是那个左上方的铷、钾、钡、锶都属于不相容元素，那么右上方，靠下一点上方的都属于高场强元素，像铌、镗。那么操纵微迹元素的行为地球化学规律，专门经典的叫能斯特分配定律和分配系数，那么操纵元素微迹元素行为的第二规律包括微观的规律和宏观的规律，微观的规律有地球化学亲和性，类质同相法则，晶体场理论，过渡金属，那么归纳为确实是不晶体化学因素，包括原子离子半径，配位数，原子离子极化、最紧密堆积等等。那么宏观规律确实是体系的性质和热力学规律的阻碍，像体系的化学组成，温度、压力、氧化还原电位等等。我们讲地球化学过层的氧化实际上是元素在共存各相，液相、固相、固相固相，液相气相，固相气相等等之间的分配过程，自然过程中，主量元素和微迹元素在各相间的分配行为是不一样的，主量元素他是形成自己的独立矿物，那么它在各相的分配它要紧是受相率操纵，我们明白化学中的相率，f=K-Φ+2，F是自由度数，Φ是相数，K是主分数，那么这是常量元素，而微量元素由于它不形成独立相，那么它们在固溶体，溶体和溶液中浓度专门低，因此他分配不受相率的限制，而服从的是稀溶液定律，我们也叫亨利定律，即在分配达到平稳的时候这些元素在各相间的化学位置是相等的，那个确实是一个关于拉乌尔定律和亨利定律一个图解，横坐标共是元素的摩尔浓度，纵坐标是活动，那么如果是摩尔浓度高就在高Xi的非理想溶液中，我们看那个图的右上方，元素i的行为服从拉乌尔定律，那么高摩尔浓度实际上确实是他的含量专门大，就不是微量应该是常量元素，那么拉乌尔定律a-Xi指的是什么意思？确实是理想溶液中组分的活动在数值上等于他的摩尔浓度，活度a-Xi。我们再看左下角，那个红的圈的部分，确实是在低摩尔浓度的高度稀释的溶液中，这确实是稀溶液了，元素的行为服从亨利定律，亨利定律是a=Hi×Xi，那么那个时候Xi要趋向于0的时候，确实是Xi摩尔浓度专门低，趋于0的时候有这么一个公式，那个地点头Hi确实是亨利定律的常数，因此讲我们所讲的微迹元素都服从那个定律，亨利定律因此微迹元素的定义我们能够如此讲，只要元素在所研究的课题，低质体岩石矿物中的含量低到能够近似于用稀溶液定律描述他的行为的我们就叫它是微迹元素。那个地点边有一个关于亨利定律的确实是微迹元素不形成以自己为主而成分的相，且它们在固溶体，一个溶体一个是水溶体中浓度是比较低的，差不多行为符合稀溶液定律。那么微迹元素的行为必将遵循亨利定律，也确实是在极稀薄溶液中微迹元素溶质的活度，ai正比其与溶质的摩尔浓度ai=khxi，我们刚才用的是h，这边用Kh是一样的，那非当Xi趋向于0的时候，且温度压力固定，那个kh确实是亨利定律常数，那个常数取决于溶质的溶剂双方的性质。然后我们再看看能斯特定律和能斯特分配系数，从热力学上讲当一种矿物α相与一种液相β相，处于化学平稳的时候，微迹元素i就将在两相间进行分配，而分配