風化作用地球化學剖析教學文案

1、風化作用地球化學剖析風化作用地球化學（二）研究意義1.風化殼型礦床的形成 Fe Al Mn TR, Nb, Ta, U風化作用地球化學2.尋找盲礦的標志 風化作用產(chǎn)物掩蓋了礦床，但同時在礦床的土壤及其蓋層存在著次生地球化學異常。風化作用地球化學3.土壤成分與農(nóng)業(yè)的關系 煙臺的蘋果黑云片麻巖優(yōu)于碳酸巖類巖石形成的土壤 溫州蜜桔長石砂巖和花崗巖優(yōu)于頁巖和砂頁巖形成的土壤 貴州茶葉砂巖分布區(qū)優(yōu)于碳酸巖區(qū)風化作用地球化學二、風化過程中元素遷移的一般規(guī)律（一）影響風化作用的因素 物理風化 化學風化 生物風化決定于氣候環(huán)境風化作用地球化學1.水、氧及CO2(1) 水的作用 溶劑 參與對巖石的破壞作用（水合

2、和水解）Fe2O3 + nH2O = Fe2O3nH2O2KAlSi3O8 + 2H2O + CO2 = H2Al2Si2O8 H2O(高嶺石) + K2CO3 + SiO2風化作用地球化學2KAlSi3O8 + 3H2O = 2KOH + H2Al2Si2O8 H2O(高嶺石) + 4SiO2風化作用地球化學 調節(jié)環(huán)境的pH和Eh通過與水的反應調節(jié)pH通過水的氧化還原限制Eh： H2 = 2H+ +2e (水中H+ 被還原） 2H2O =O2 + 4H+ +4e（水中氧被氧化）風化作用地球化學（2）氧的作用 大氣中的游離氧 21%（體積）PO2 = 0.21大氣壓 溶解于水中的氧，隨溫度降低

3、含量增加 作用：低價離子=高價離子風化作用地球化學某些氣體在不同溫度下的溶解度氣體0 oC20 oC60 oC100 oCH20.02148 0.01819 0.01600.0160O20.04889 0.03103 0.01950.0172CO21.7130.8780.359-NH31176702-風化作用地球化學 （3）CO2的作用 大氣中CO2：0.03%（體積） 雨水中CO2：2.14% （體積） 作用： 控制pH值 3CO2 +3H2O = H2CO3 + 3H+ + CO32- + HCO3- 碳酸巖的溶解 CaCO3 + H2CO3 = Ca(HCO3)2風化作用地球化學2.pH

4、值表生帶天然溶液的pH值為：4-9 硫化物礦床氧化帶：2-3 火山地區(qū)強酸性水：1-2 沙漠和堿性湖水：10-12 河水： 7 雨水： 6 海水： 8.5風化作用地球化學 pH值對元素遷移的控制一般規(guī)律： 低場強元素在酸性條件下易遷移 高場強元素在堿性條件下易遷移風化作用地球化學3.Eh值 改變元素的遷移性質，如Fe2+, Fe3+風化作用地球化學4.礦物和巖石的耐風化能力礦物：氧化物（鋯石，金紅石，剛玉，尖晶石，錫石，鈦鐵礦，磁鐵礦等）硅酸鹽（橄欖石，輝石，長石，云母）碳酸巖（石灰?guī)r等）硫化物（黃鐵礦等）一般規(guī)律：形成條件與表生條件差別大者易風化。風化作用地球化學5.氣候條件雨量：決定水與礦

5、物和巖石的接觸溫度：控制反應速率風化作用地球化學巖石在溫帶和熱帶化學風化的變化對比英格蘭閃長巖（溫帶） 印度閃長巖（熱帶）新鮮巖石上覆黏土新鮮巖石上覆黏土SiO249.347.350.40.7Al2O317.418.522.250.5Fe2O32.714.69.923.4FeO8.3-3.6-MgO4.75.21.5-CaO8.71.58.4-Na2O4.00.30.9-K2O1.82.51.8-H2O2.97.20.925.0風化作用地球化學6.地形和排水條件山區(qū)：平原：流水緩慢，存在水的永久飽和帶風化作用地球化學（二）風化過程的化學反應類型1.水解2KAlSi3O8 + 3H2O = 2K

6、OH + H2Al2Si2O8 H2O(高嶺石) + 4SiO2風化作用地球化學2.氧化反應(放熱反應) 4FeSiO3 + O2 = 2Fe2O3 +4SiO2 +2144kJ PbS + 2O2 = PbSO4(鉛礬) ZnS + 2O2 +7H2O = PbSO4 7H2O(皓礬)風化作用地球化學3.水合反應 Fe2O3 + nH2O = Fe2O3 nH2O赤鐵礦 水赤鐵礦 Mn2O3 + H2O = Mn2O3 H2O褐錳礦 水錳礦 CaSO4 + 2H2O = CaSO42H2O硬石膏 石膏風化作用地球化學 4.碳酸鹽化 CO32-和HCO3- 2CaAl2Si2O8 + 4H2O

7、 + 2CO2 = Al4Si4O10(OH)8 + 2CaCO3風化作用地球化學 5.陽離子交換反應 黏土-2Na+ + CaSO4 Na2SO4 + 黏土-Ca2+風化作用地球化學某些黏土和土壤的離子交換能力(mol/100kg)礦物及土壤離子交換能力礦物及土壤離子交換能力高嶺石3-15土壤的有機部分 150-500埃洛石5-50灰化土(美國)2-25蒙脫石80-150黑鈣土（蘇聯(lián)） 30-60伊利石10-40黑色印度土50-80綠泥石10-40潛育土(贊比亞)2-10蛭石100-150風化作用地球化學（三）元素的生物地球化學遷移1.對大氣中O2和CO2的控制2.有機酸對礦物和巖石的風化影

8、響3.植物對元素的選擇性攝取風化作用地球化學（四）風化過程中元素遷移的一般規(guī)律 水遷移系數(shù)： Kx = mx 100/(a nx) 式中mx ：河水中元素x的含量（毫克/升） nx ：匯水區(qū)巖石中x的含量（%） a含于水中的礦物質或殘渣總量（毫克/升）風化作用地球化學某些元素水遷移系數(shù)計算情況測量單位SiCaZnCuFeMx毫克/升1050510-2310-31nx%29.52.968.310-34.710-34.65kx0.073.31.20.120.04計算中 a 為 500 毫克/升，巖石中元素含量為克拉克值風化作用地球化學元素的表生遷移性質很活動 kx=n10-100陰離子 S Cl B Br活動 kx=nCa Na Mg Sr RaF弱活動 kx= 0.nK Ba Rb Li Be Cs Tl陰離子形式 Si P Sn Ge Sb氧化環(huán)境活動和弱活動在氧化環(huán)境的酸性和酸性堿性都強烈遷移(kx= n-0.n )弱酸性水中強烈遷移（呈陰離子）強還原中惰性中性和堿性活動性低V U Mo Se Rekx 0.1Zn Ni Cu Pb Cd Hg Ag風化作用地球化學在還原環(huán)境中活動或弱活動kx = n-0.nFe Mn Co在大多數(shù)環(huán)境活動性小kx = 0.n-0.0nAl Ti Zr Cr TR YNb Ta Th Sc Ta WHf