地球的化学演化分解.ppt

1、第二章 元素在地球各圈层中的分布,第四节 地球的化学演化,第四节 地球的化学演化,根据地质和地球化学综合研究成果，已知迄今46亿年的地球历史中经历了几个重大的地质时期： 1、37亿年前（冥古宙） 太阳系原始星云物质经重力聚集产生吸积作用，逐步形成了密度较大的星体。地球在早期的吸积过程中逐渐形成了原始的地核、地幔和地壳。,由于地球的去气作用，产生了地球外部的大气圈。原始大气圈的成分主要是H2、H2O、CH4 NH3、N2、CO、CO2、H2S以及少量的惰性气体。由于游离氧很少，所以大气圈具有还原性质。 40亿年左右，地球遭受了强烈的陨石冲击 火山活动加强，扩大了原始的水圈和大气圈。 原始水圈中因

2、含有HF、H3BO4和SiO2，估计当时地表水的PH值接近于l-2,地球的化学演化,这一时期地壳的组成和性质尚无确切地质记录，认识主要来自类地行星的对比分析。 2、3725亿年（太古宙） 内动力地质作用：太古宙地壳广泛分布着玄武岩、科马提岩（橄榄岩岩浆），与花岗岩组成绿岩-花岗岩地体。 化学沉积作用：以条带状硅-铁建造最为特征 这一时期的水圈具有较低的PH值（约在2-5之间）和较高的温度，,地球的化学演化,橄榄质岩浆和花岗质岩浆的广泛出现表明这一时期上地幔和地壳温度远比现今高得多。 关于原始地壳化学组成的基本观点： (1) 最早的地壳可能是玄武质的，地壳再熔融形成花岗岩，使地壳不断演化。 (2

3、) 最早的地壳可能是酸性或中酸性的,是早期地幔分异形成的。,地球的化学演化,地表玄武质岩石在酸性介质作用下，大量Ca、Mg、Fe被溶解带入海洋，为这一时期特大型沉积铁矿的形成奠定了物质基础。铁的沉积使海水中的Ca、Mg浓度不断增大，但并无钙、镁的广泛沉积，指示当时水圈具有弱酸性。,地球的化学演化,地球的化学演化,成矿作用：表生沉积矿产以铁矿为特征， 也是地球演化历史中铁的最重要的成矿期。 内生成矿作用： 主要与绿岩-花岗岩有关，主要矿产：与科马 提岩有关的Cu-Ni硫化物矿床、与绿岩-花岗 岩有关的超大型金矿床。主要成矿元素有： Cr Ni Co Cu Au Ag Zn和铂族元素等， Zn与C

4、u共生。,3、2516亿年（古元古代） 世界主要克拉通基本形成，地壳趋于稳定，火山活动减弱，裂谷发育。 幔源基性岩浆侵人地壳形成广泛的层状侵入体和基性岩墙群，并伴有Cr、Ni、Co、Cu、Fe、P 和铂族元素的富集成矿。,地球的化学演化,生物作用： 这一时期藻类生物大量繁殖，光合作用增强，大气游离氧增加。大气中CO和CH4的氧化，使CO2含量显著增加,地球的化学演化,成矿作用： 出现层控超大型热水沉积Pb-Zn矿床, 开始出现层控型Cu矿床（产于白云岩内）、出现超大型泻湖蒸发型矿床: MgCO3 (菱镁矿) CaCO3 FeCO3 MnCO3 （菱锰矿）和超大型沉积变质改造的硼镁铁矿床等。,地

5、球的化学演化,元古宙水圈的性质发生了重大变化，突出 特征是PH值增大，它导致CO2在水中溶解 度增大 降低了MgCO3 CaCO3 FeCO3 开始沉淀的浓度，由此引发了大规模碳酸岩 的沉积。,地球的化学演化,什么因素使海水PH值增大： 早期水圈体积相对较小，酸性水圈的形成是强烈火山活动作用的结果，火山气体的持续排放使大气中CO2、H2S等酸性气体不断浓集，大气与水圈的气体溶解平衡，决定了早期水圈具有酸性强和相对还原性质。 水圈PH值的增大需要从水圈、岩石圈的相互作用方面去思考 。,大气CO2与海洋间的平衡： 25溶度积 CO2+Mg2+H2O MgCO3+2H+ MgCO3（110-5) C

6、O2+Ca2+H2O CaCO3+2H+ CaCO3（3.810-9) CO2+ Fe2+H2O FeCO3+2H+ FeCO3 (3.210-11) Fe2+H2O Fe(OH)2+2H+ Fe(OH)2 (810-16) 5.5 7.2 Fe3+H2O Fe(OH)3+2H+ Fe(OH)3 (310-39) 2.2 3.2 Mn2+H2O Mn(OH)2+2H+ Mn(OH)2 (1.910-13) 8.5 10 Ca(OH)2 (5.510-6) Mg(OH)2 (1.810-11) 8.5 11.5,沉淀的PH范围 10-2M 10-5M,大气CO2与海洋间的平衡： 25溶度积 CO

7、2+Mg2+H2O MgCO3+2H+ MgCO3（110-5) CO2+Ca2+H2O CaCO3+2H+ CaCO3（3.810-9) CO2+ Fe2+H2O FeCO3+2H+ FeCO3 (3.210-11) Fe2+H2O Fe(OH)2+2H+ Fe(OH)2 (810-16) 5.5 7.2 Fe3+H2O Fe(OH)3+2H+ Fe(OH)3 (310-39) 2.2 3.2 Mn2+H2O Mn(OH)2+2H+ Mn(OH)2 (1.910-13) 8.5 10 Ca(OH)2 (5.510-6) Mg(OH)2 (1.810-11) 8.5 11.5,水圈PH值的变化

8、:,地球固体表面为一个强氧化壳, 这是月球不具备的. 岩石圈与水圈中发生的氧化还原反应对水圈的PH值 将产生重要影响: 4Fe+2+4H+O2 - 4Fe+3+2H2O 氧化反应将消耗大量H+，使溶液向碱性方向演化。 表生含水矿物的形成,释放出(HO)- 离子 4KAlSi3O8+10H2O=Al4Si4O10(OH)8 4H2O+ 8SiO2+4K(OH),大气圈O2 的主要来源； (1) 火山排气作用 (2) 早期大气电离作用 (3) 生物作用,由上述反应和溶度积大小，可以看出，地球早期硅铁建造，与碳酸岩的缺失，表明当时海水具有较低的PH值，碳酸岩的大规模沉淀标志海水PH值发生由酸性向碱性

9、方向的变化。正是水圈PH值的变化导致大气圈中的CO2快速向固体岩石圈的转化，使大气圈由CO2型向富氮氧型转化。,地球的化学演化,PH值的变化使水圈不断向氯化物碳酸盐水圈转化 。 4、165.7亿年（中、新元古代） 中新元古代以来，延续了早元古代的基本特征，克拉通经过扩大、分裂、聚合、再扩大，地壳相对稳定，幔源岩浆活动减弱。全球范围内出现与基性-超基性岩有关的Cu、Ni、Co铂族、Fe和P的成矿作用。中元古代之后的基性-超基性岩的成矿作用表现出Cr与Cu、Ni与V、Ti成矿的分化。,地球的化学演化,Cr主要出现在蛇绿岩内，Cu、Ni成矿主要与偏基性的橄榄岩侵入体有关，而V、Ti与基性侵入体关系密

10、切。内生成矿作用中成矿元素种类与元素组合进一步复杂化。,地球的化学演化,5、 5.7亿年现在（显生宙） 到显生宙海生腔肠动物、软体动物、蠕虫动物、腕足类和节肢动物开始出现，晚古生代出现了陆生动植物。显生宙早期的大气圈为N2CO2O2型，陆生植物出现以后转化为N2-O2型。,地球的化学演化,动植物遗体的堆积和改造形成了煤、石油、天然气和磷等有机矿产。盐类矿床的形成也是显生宙内表生成矿作用的一个重要特征。 海水的性质已变成氯化物一硫酸盐型，PH值持续增大，海水呈碱性。元古代碳酸锰沉淀被广泛的现代大洋锰结核沉淀所替代。,地球的化学演化,内生成矿作用以多种多样和多期活动为特点，出现金刚石和一些克拉克值

11、较低的元 素如W、Sn、Bi、Mo、Hg、Sb等的广泛 成矿作用。地壳的分异作用进一步增强， 其中W、Sn的成矿常与元古代的沉积建造 有着密切关系。,约46亿年的地球演化历史表明，地球是太阳系中物质运动非常活跃的星体。内生和表生作用都很强烈。造成这种特点的原因之一，是它与太阳保持了适当的距离，地球从太阳吸收的热量与地球辐射到宇宙中去的热量的平衡程度恰好使地球的温度允许地表水以液态存在。,地球的化学演化,液态水对生物的产生和发展是必不可少的，而生物的作用一直控制着大气和地表水的成分变化。水和由生物光合作用产生的氧气，在整个表生作用中对元素的迁移和分配具有重大的影响。 除了太阳辐射的能量以外，地球演化的巨大动力来自地球的内部。地球内部能量主要是放射性同位素衰变析出的热量。计算表明30亿年前放射性同位素衰变析出的热量要比现在大四倍。,地球的化学演化,在地质演化过程中化学性质活泼、亲氧与亲气元素向地球表部迁移（如碱金属、碱土金属、铝和硅等），它们是大陆地壳的主要组成部分