地球和太陽系的化學組成課件

1.2

StructureandchemicalcomponentoftheEarth1.2

Structureandchemicalcom1.2地球的結構和化學成分1.2.1地球的結構和各圈層的成分1.2.2地球元素豐度1.3地殼的化學組成1.3.1大陸地殼化學組成的研究方法1.3.2大陸地殼的結構與組成1.3.3地殼化學成分和元素克拉克值的地球化學意義1.2地球的結構和化學成分1.2.1Structureandconstitution1.2.1Structureandconstituti對地球內部結構和組成的了解只能是間接：地球物理模擬實驗，高溫高壓實驗研究成果的支持天體物質，宇宙化學-隕石對地球內部結構和組成的了解只能是間接：地球和太陽系的化學組成課件主要是化學組成不同所造成的，太古宙以后形成的主要是化學組成不同所造成的，地球演化的能源與溫度場(1).放射能

Beforetheearth短壽命的After長壽命的238U，235U，232Th和40K地球演化的能源與溫度場(2).重力能重力位能的釋放（吸積形成時和后，核幔分異，鐵鎳下沉）（地球早期）靜壓與浮力作用(板塊運動、地震等）剪切應力作用（地殼重熔）(2).重力能Oceancrustisthin(6km)andisnowhereolderthanabout200million.Thecontinentalcrustisthickerandrelativelypermanent.Rigid,(<1000°C)s'θensfiOceancrustisthin(6km)Rig地球和太陽系的化學組成課件41%,37~40km,喜馬拉雅山80kmP5.8-6.4km/s最老的3.8~4.3Ga上下大致可分為花崗質的上部大陸地殼41%,37~40km,喜馬拉雅山80km大陸地殼2.下地殼（20~40km)P波速度6.5-7.2km/s較基性的下部榴輝巖和石榴子石變粒巖壓力4×108Pa仍然是固態(tài)2.下地殼（20~40km)下地殼的平均化學成分相當于偏鐵鎂質的中性巖，其存在的巖石類可能有角閃巖、斜長角閃巖、鎂鐵質和硅鋁質的石榴子石變粒巖、超鎂鐵質巖石和榴輝。在不同的地段內,上述各種巖石出現(xiàn)的比例可能不盡相同在某些具有中等的P波波速地區(qū)內,還可能有地幔和地殼物質的混合體。下地殼的平均化學成分相當于偏鐵鎂質的中性巖，其存在的巖石類可大洋巖石圈5-10km,averageis8km大洋地殼大洋巖石圈5-10km,averageis8km大洋地地球和太陽系的化學組成課件(3層)1.sediment(由沉積淤泥、碎屑、頁巖和泥灰?guī)r組成,并含有生物遺體)度變化很大,大陸坡、大陸架處最大厚度可達2～4km。深海區(qū)厚度變薄,洋中脊處沉物極薄或缺失2.硅鎂層,由大洋玄武質熔巖（大洋拉斑玄武巖）組成，下部鐵鎂質巖墻；該層布廣泛,厚約1～2.5kmP波波速為4.5～5.5km/s。3.第三層為洋殼的主要巖層，(3層)它以地震波速和厚度變化較小為特征。該層厚度約2．4—7．5km，平均厚度約5km。P波速為6．5—7．1km/s。該層主要由輝長巖組成，并伴有斜長角閃巖向下過渡為輝綠輝長巖、輝長巖。在巖石結構上,從噴出相過渡到侵入相,兩者呈同生分異關系。沿構造帶分布的蛇紋石化橄欖巖底辟。這種橄欖巖底辟穿過輝長巖層與第二層的玄武巖直接接觸，或進入玄武巖層呈巖墻產(chǎn)出。洋殼莫霍面以下約17km范圍內，P波波速為8.1km/s。這一地段為上地幔頂部的橄欖巖巖殼。它以地震波速和厚度變化較小為特征。該層厚度約2．4—7．5k大洋地殼與大陸地殼之間的過渡帶在組成與構造上比較復雜，例如西太平洋海溝東測是典型的大洋地殼，出海溝經(jīng)邊緣盆地至大陸坡，洋殼和陸殼交互鑲嵌，地殼厚度變化很大；東太平洋過渡帶則比較簡單，海溝與大陸坡相鄰，不出現(xiàn)邊緣盆地，由大陸向海溝方向，上陸殼硅鋁層尖滅，地殼厚度變薄。大西洋、印度洋等過渡帶的巖石組合和厚度又各具特點，因而，全球性陸殼與洋殼過渡地帶的巖層層序和組成不具有統(tǒng)一的模式。大洋地殼與大陸地殼之間的過渡帶在組成與構造上比較復雜，SiO250%大陸是中性花崗閃長質的，SiO260%洋殼中堿金屬含量低，特別是K20，其含量僅為陸殼的1/7Mgo和FeO的含量洋殼大于陸殼。因此，在元素的分配上，洋殼比陸殼貧硅和堿金屬，但較富鎂鐵。正是這種原因，大洋沉積物中富含F(xiàn)e、Mg、Co、Ni等親鐵元素，它們是現(xiàn)代海洋中巨大的潛在資源。SiO250%Mgo和FeO的含量洋殼大于陸殼。因此，地球和太陽系的化學組成課件(三)地幔和地核

1上地幔自莫霍面至400km深處稱為上地幔。根據(jù)地球物理參數(shù)的變化，又分為三個殼層：上巖殼(約自地表以下40一50km)、低速帶(約自地表以下50一150km)和下部帶(自地表以下150—400km)。(三)地幔和地核1上地幔上巖殼P波波速由下地殼的6．5—7．5km/s突變?yōu)?．1km/s，實驗證明：處于上地幔頂部的溫壓條件下，橄欖石、斜方輝石、單斜輝石和尖晶石是穩(wěn)定的。普遍認為上地幔頂部的巖石為橄欖巖。即莫霍面的性質為化學間斷而不是等化學的相變。上巖殼P波波速由下地殼的6．5—7．5km/s突變?yōu)?．Phasearerealsubstancesthatarehomogeneous,physicallydistinct,and(inprinciple)mechanicallyseparable.thephasesinarockarethemineralspresentAmorphoussubstancesarealsophasesplagioclase(斜長石),clinopyroxene(斜輝石),olivine,etc.,Phasesneednotbechemicallydistinct:aglassoficewaterhastwodistinctphases:waterandice.Thesugarthatwon'tdissolveinyouriceteaisadistinctphasefromthetea,butthedissolvedsugarisnot.Manysolidcompoundscanexistasmorethanonephase.Phasearerealsubstancesthat低速帶:上巖殼下部，約由地表深50一150h的范圍內，由于P波波速減弱(7．7—7．8km/s)。這一區(qū)間被認為是地幔巖漿的產(chǎn)生部位。低速帶:上巖殼下部，約由地表深50一150h的范圍內，由于P低速帶下部至400Km處，P波波速又增至7.7—7.8Km/s，密度為3．5—3.6g/cm3。相當于超鎂鐵質—鎂鐵質的固態(tài)巖石。1962年AE．Ringwood首次提出“地幔巖”的概念。1966年他提出地幔巖的組成模式為3份橄欖巖+1份拉斑玄武巖，它代表上述未經(jīng)分熔的上地幔原始巖石的組成。此后地幔巖這一名詞及其組成的基本模式已被普遍接受，但不同研究者在巖石類型的選擇和配比上略有不同。低速帶下部至400Km處，P波波速又增至7.7—7.8Km/實驗得出，上述組分在相當于上地幔的溫壓條件下應出現(xiàn)的主要穩(wěn)定礦物為橄欖石、斜方輝石、單斜輝石、鎂鋁榴石和尖晶石。因而認為上地幔的巖石類型主要為橄欖巖類僅因其所處的溫度條件的差異而有不同亞類。根據(jù)A.ERingwood(1996)和T.Green(1964)等人的數(shù)據(jù)得出的地幔巖的平均成分實驗得出，上述組分在相當于上地幔的溫壓條件下應出現(xiàn)的主要穩(wěn)定深度自400km至2898為過渡帶和下地幔。人們對于深地幔和地核的了解具有更大的推測性?，F(xiàn)在傾向認為深地幔與上地幔的成分是相當?shù)?，在主要成分中深地幔僅含鐵多些。據(jù)Ringwood估算，上地幔N(Fe)/[N(Fe)+N(Mg)](原子比)為0.1下地幔可能增至0．2深度自400km至2898為過渡帶和下地幔。深地幔地震P波波速為9.0一13.5，最大密度為3．85—5.7g/cm3。這種高于上地幔的物理參數(shù)被認為是在高壓條件下深地幔物質逐漸趨向于更緊密堆積的結果。實驗顯示，在深度約為300km處，輝石開始向石榴子石結構轉變，約自400km至1050km處，橄欖石向β尖晶石結構轉變，石榴子石向鐵礦和鈣鐵礦結構轉變，并出現(xiàn)方鎂石和斯石英。在深度1050一2898km范圍內，根據(jù)鍺硅酸鹽模擬實驗和沖擊波研究推測，地幔物質已轉化為比復雜氧化物更為致密的相。深地幔地震P波波速為9.0一13.5，最大自莫霍面至深地幔不同深度所相當?shù)牟煌瑴貕簵l件下穩(wěn)定的礦物組合和相轉變列于表。自莫霍面至深地幔不同深度所相當?shù)牟煌瑴貕簵l件下穩(wěn)定的礦物組合地核自2898h至4640km深度，P波波速急劇下降至8.l-8.9km/s，s波不能通過，因此推斷該層為流體狀態(tài)，稱為外核。

4640~5155km處的密度和地震波速度變化是連續(xù)的。但P波在4640處明顯增大至10．4km/s，s波不能通過，因而推斷可能是流體和固體的過渡部位，稱為過渡層。自5155km至地心為內地核，P波速度增至11.0~11.3km/s，密度增至12.7—13.0g/cm3。一般認為內核為地球物質最緊密堆積的固態(tài)。地核自2898h至4640km深度，P波波速急劇下降至8.整個地核的密度約為12g/cm3。這種高密度物質只有鐵隕石才與之相當，所以很早就認為整個地核的成分是由Fe、Ni合金組成的。近些年來還提出鐵硫地核和鐵硅地核等不同觀點，但目前地核由鐵、鎳為主要組成的認識仍占有主導地位。整個地核的密度約為12g/cm3。

綜上所述，地球的化學成分存在著明顯的分帶性。元素豐度排列，地球、地幔和地殼中主要的10種元素的分布順序(由大到小)是：綜上所述，地球的化學成分存在著明顯的分帶性。1.2.1.6

Compositionofwater、atmosphere

andorganismsystem地殼巖石圈的外圍被水圈、大氣圈和生物圈所包圍，它們是地球物質長期演化的結在空間上，它們與地殼占有不同部位但又有所重疊。Mass0.024%,butcontroltheenvironmentandmassexchangeintheearth1.2.1.6Compositionofwater

一、水圈Composition

地球表部的水體包括海水(海洋水)、陸地水、生物體內水和大氣水

一、水圈Composition

地球表部的水體包括（一)watersystem

71%areacoveredbywatersystem海水中除含有各種dissolvedcomposition外，尚有少量organism、無機微粒懸浮物和traceelements。被溶解組分主要以離子和酸根狀態(tài)存在，其中含量最多為Cl、Na-、K+、HCO3-、CO3-、Br-和S2+，以及少量的MgS04、CasO4和SrS04，它們占被溶解物質總量的99．91％。微量元素主要以簡單陽離子、硫酸鹽和氯化物形式存在。（一)watersystemChlorinity:每千克海水中，將溴和碘以氯代替其所含氯、溴和碘的總克數(shù)，g/kg。Salinity:theweightingramsofthedissolvedinorganicmatterinonekilogramofwaterafterallthebromideandiodidehavebeenreplacedbytheequivalentamountofallcarbonateconvertedtooxide(CO2drivenoff).g/kg.Chlorinity:每千克海水中，將溴和碘以氯代替其所含氯大量研究證明，海水中主要化學成分含量的相對比例是比較constant海水中的鹽度和氯度之間一般存在如下經(jīng)驗公式故當測定某海水的氯度后，即可計算出鹽度。

大量研究證明，海水中主要化學成分含量的相對比例是比較cons海水的鹽度介于34‰一‰之間，變化幅度僅為2‰其他微量元素總量雖不足0．1‰

，但各元素含量的變化幅度較大，介于10-6一10-9之間。海水中含有少量的氣體，主要為：CO2、N2和O2cm3/L：CO2為50，N2為13；O2為2~8。此外尚含有H2s和惰性氣體(0.32~7)×10-6以及大約為0.03‰的有機物質。海水的鹽度介于34‰一‰之間，變化幅度僅為2‰（二)大陸水大陸水包括河水和湖水，其質量相對于水圈總體質量而言是很少的，僅占水圈質量的2．97％，但它對表生作用和生態(tài)環(huán)境的影響卻非常巨大。大部分大陸水來自大氣降水，少量為溫泉補給。大陸水所含被溶物質主要為Ca2+、Mg、K+、Na+、HCO3-、S06-和Cl-等。這些物質的總量習慣上稱為含鹽量，其化學組成的類型與海水相似，但其含量變化大，常因其所處的地質、地理環(huán)境的不同而變化。。（二)大陸水大陸水包括河水和湖水，其質量相對于水圈總體質量而克拉克曾對大陸河水和湖水中的部分化學成分進行了統(tǒng)計和測定，得出的各大陸水平均化學成分列于表克拉克曾對大陸河水和湖水中的部分化學成分進行了統(tǒng)計和測定，得DifferencesbetweenseawaterandcontinentalwaterareclearMainionaresimilarRatioareoppositeDifferencesbetweenseawateraRiverAverageSanityis160mg/LCa>Na,HCO3>SO42->Cl-Lakewater湖泊水、沼澤水、內海水RiverAverageSanityis160mg/地下水地下水主要由大氣降水經(jīng)過土壤和巖層的滲透而形成。由于地下水所處的土壤和巖層的化學組成不同，因而它們的被溶物質各有不同。又由于不同部位水層之間不易交流，所以其水質成分常多種多樣，因地而異。地下水地下水的基本特點是：懸浮雜質少；有機質和細菌少；受地表污染少；含鹽量高，濃度變化大，硬度和礦化度較高。地下水的含鹽量一般比地表水高數(shù)倍。但因其懸浮物少和受地表遠染少，故其水質清澈透明。地下水含鹽量常隨深度而增大，成分的比例也有變化。地下水中離子濃度一般為Ca＞Na+，HCO3-＞SO4+＞Cl-，至深部轉化為Na+＞Ca2+，Cl-＞SO4-＞HCO3-。還原性質，常含有低價金屬，特別是Fe2+和Mn2+等。地下水的基本特點是：溫泉水常含有特殊的成分，例如CO2、H2s、CH4、N2等氣體及放射性元素。它是由內力地質作用形成的一種特殊的地下水體。溫泉水常含有特殊的成分，例如CO2、H2s、CH4、N2等地球水圈的存在，對于風化、沉積作用和生命的衍生具有決定性意義。水在表生條件下使礦物發(fā)生分解、運移，并改變了原有礦物的元素組合，導致一些元素發(fā)生遷移、分散，另一些元素發(fā)生聚合、集中。據(jù)統(tǒng)計，世界資源總且的75％左右是在水圈中經(jīng)沉積和沉積變質而生成的。因此，對于水圈地球化學作用的研究，不僅具有理論意義，而且具有重要的經(jīng)濟意義。地球水圈的存在，對于風化、沉積作用和生命的衍生具有決定性意義二、大氣圈的成分

分布于巖石圈表面及外部的空氣層稱為大氣圈。大氣圈與星際空間沒有明顯的界限，大氣的密度隨距地表高度的增大而漸趨稀薄。根據(jù)大氣的組成狀況，將大氣分為均勻層(低層大氣)和非均勻層(高層大氣)。100km高度以下為均勻層，約97%的大氣質量集中在距地表29km內的均勻層中。實際上所測得的大氣成分均來自均勻層的下部。二、大氣圈的成分

分布于巖石圈表面及外部的空氣層稱為大氣圈。地球和太陽系的化學組成課件地球和太陽系的化學組成課件（三）、生物圈的成分生物圈是地球表部植物、動物和微生物生息活動的空間部分。在大氣圈10km高空，地殼斷裂的3km深處都發(fā)現(xiàn)有生物存在，但大量生物則集中分布于地表和水圈上層。與水圈、大氣圈比較，生物圈的質量最少。據(jù)蘭卡馬和薩哈馬(1940)資料，水圈、大氣圈和生物圈的質量比例為6900：300：1。然而，生物對元素的遷移和轉化有重大的作用。（三）、生物圈的成分生物圈是地球表部植物、動物和微生物生息目前已發(fā)現(xiàn)生物體內含有60余種元素。綜合6000種以上動植物化學成分分析資料得出的生物圈平均化學成分。從中可以看出，0、c、H的總含量(質量分數(shù))多達98．5％，其次是ca、K、si、Mg、P、s等。元素在生命物質中的作用不僅取決于含量多少，還應考慮它們對促進有機體生長的作用。從生物化學角度看，起支配作用的元素主要為0、C、H、N、S、P六種，其次為K、Ca、Mg和Fe。目前已發(fā)現(xiàn)生物體內含有60余種元素。綜合6000種以上動植物O、C、H組成：蛋白質、類酯物、碳水化合物、色素、木質素。主體N、P、K、Ca、Mg、Fe對生產(chǎn)細胞、動物在骨骼、血液及循環(huán)系統(tǒng)，對植物的根、莖、葉微量元素O、C、H組成：蛋白質、類酯物、碳水化合物、色素、木質素。主1.2.2Concentration研究地殼元素豐度是地球化學的一項重要的基礎任務。地殼豐度是地球各層圈中研究最詳細和較正確的。

地殼元素豐度確定的方法地殼元素的豐度特征地殼元素豐度研究的意義地殼元素分布的不均一性1.2.2Concentration研究地殼元素豐度是地地球化學為表示元素在某地質體中(如地球、地殼、宇宙星體及各種巖類、巖體等)的含量常采用“豐度”一詞。地球化學為表示元素在某地質體中(如地球、地殼、宇宙星體及各克拉克值地殼()中的平均含量最早系統(tǒng)地研究元素在地殼中的豐度，是從F．w．克拉克開始的。后來為了表彰他在這方而的貢獻，費爾斯曼提議把元素在地殼中的平均含量稱為克拉克值克拉克值由于各元素的原子量不同，元素的質量克拉克還不能反映各元素原子個數(shù)的相對含量。由于各元素的原子量不同，元素的質量克拉克還不能反映各元素原子為此，費爾斯曼提出了“原子克拉克”的概念原子克拉克是以原子數(shù)之比表示的元素相對含量，它是指某元素在某地質體全部元素的原子總數(shù)中所占原子個數(shù)的百分數(shù)。計算時應先求出元素的相對原子數(shù)，設N為某一元素在某地質體中的相對原子數(shù)，∑N為所有元素相對原子數(shù)總和，則為此，費爾斯曼提出了“原子克拉克”的概念地球和太陽系的化學組成課件地球和太陽系的化學組成課件地球和太陽系的化學組成課件多數(shù)研究者所得的數(shù)值是比較接近的，但也存在某些差異。其差異的原因，除可能的分析誤差外，還與不同作者對地球結構模式認識不同和所選用樣品的代表性不同等有關。例如克拉克和華盛頓(1924)以地殼厚度為10km作標準，并按巖漿巖占95％、頁巖占40%、砂巖占0．75％、石灰?guī)r占0.25％，然后用加權法計算出各元素的平均含量，作為地殼的平均化學成分。維諾格拉多夫則采用兩份花崗巖(代表硅鋁層)和一份玄武巖(代表硅鎂層)的組合樣品來代表地殼的總成分。挪威南部廣泛分布著冰川粘土，戈爾德施密特(1937)認為它代表著大陸地殼巖石的平均化學組成，他根據(jù)對這種冰川粘土分析結果，計算出地殼的平均化學成分。黎彤(1976)認為，地殼化學成分除大陸地殼成分外，還應包括大洋地完成分，他按這一想法計算得出了地殼的平均成分。多數(shù)研究者所得的數(shù)值是比較接近的，但也存在某些差異。地球和太陽系的化學組成課件地球和太陽系的化學組成課件地球和太陽系的化學組成課件對比各元素的克拉克值，可以發(fā)現(xiàn)它們彼此之間有很大的差異。按維諾格拉多夫值(1949)，豐度最大的元素(O為47%)和豐度最小的元素(Rn為7×10-18)之間，其含量之比可達1017。若按克拉克值遞減的順序排列，含量最多的前三種元素(o、si、Al)即占地殼總質量的84.55％，含量最多的前九種元素(O、Si、Al、Fe、ca、Na、K、Mg、Ti)占地殼總質量的99.18％，而其余的元素僅占0．82%。對比各元素的克拉克值，可以發(fā)現(xiàn)它們彼此之間有很大的差異。按由此可見，元素在地殼中分布具有極大的不均一性。元素在地殼中的分布規(guī)律與其在太陽系中的分布規(guī)律有很大的相似性。元素的克拉克值大體上隨原子序數(shù)的增大而減小。周期表中前26種元素(從H至Fe)的豐度占地殼總質量的99.74%。但H、B、Be以及惰性氣體的含量并不符合上述規(guī)律，其豐度值很低。此外，周期表中原子序數(shù)為偶數(shù)的元素總分布量(約86.36%)大于奇數(shù)元素的總分布量(約13.64%)，相鄰元素之間偶數(shù)序數(shù)的元素分布量大于奇數(shù)元素分布量(如REE)，這一規(guī)律稱為奧多—哈根斯法則。由此可見，元素在地殼中分布具有極大的不均一性。已知天然穩(wěn)定和放射性核素有352種。同一元素的不同同位素豐度差異很大已知天然穩(wěn)定和放射性核素有352種。同一元素的不同同位素豐度地球和太陽系的化學組成課件地球和太陽系的化學組成課件1.3.1地殼元素豐度的研究方法

地殼（大陸）的化學組成是認識地球總體成分、分異演化和地球的動力學過程的基本前提，再加之大陸地殼是人類生活和獲取資源的場所，為此大陸地殼化學組成的研究自地球化學學科誕生以來一直是研究的中心問題之一。下面是幾種研究地殼豐度的方法。1.早期克拉克計算法

是由美國F.W.Clarke和H.S.Washington于1924年發(fā)表的地球化學資料中計算出來的。他們的思路是在地殼上部16公里范圍內（最高的山脈和最深海洋深度接近16公里）分布著95%的巖漿巖，4%的頁巖，0.75%的砂巖，0.25%的灰?guī)r，而這5%沉積巖也是巖漿巖派生的，因此認為巖漿巖的平均化學成分實際上可以代表地殼的平均化學成分。1.3.1地殼元素豐度的研究方法

地殼（大陸）的其作法如下：①在世界各大洲和大洋島嶼采集了5159個不同巖漿巖樣品和676件沉積巖樣品；②對53種元素進行了定量的化學分析；③其樣品的數(shù)量相當于這些樣品在地球表面分布面積的比例;④計算時用算術平均求出整個地殼的平均值。他們的工作具有重大的意義：①開創(chuàng)性的工作，為地球化學發(fā)展打下了良好的基礎；②代表陸地地殼成分，其數(shù)據(jù)至今仍有參考價值。

其作法如下：①在世界各大洲和大洋島嶼采集了5159個2.簡化研究法（取巧研究法）1）Goldschmidt采集了挪威南部冰川成因粘土（77個樣）用其成分代表地殼平均化學成分，其結果與克拉克的結果相似，但對微量元素的豐度做了大量補充和修訂，Na2O和CaO含量偏低（這與表生條件下，Na和Ca容易淋濾沉淀有關）。2)維諾格拉多夫（1962）巖石比例法是以兩份酸性巖加一份基性巖來計算地殼平均化學成分。3）泰勒和麥克倫南（Taylor和McLennan,1985）提出細粒碎屑沉積巖，特別是泥質巖，可作為源巖出露區(qū)上地殼巖石的天然混合樣品，用太古宙后頁巖平均值扣除20%計算上部陸殼元素豐度。

綜合上述各種研究方法，根據(jù)目前對地殼的認識，顯然具有以下的不足之處:首先采用的地殼的概念不統(tǒng)一，均未按照現(xiàn)代地殼結構模型來考慮；其次沒有考慮巖石組成隨深度和構造單元的變化。2.簡化研究法（取巧研究法）1）Goldschmid3.大陸地殼剖面法造山作用可使下地殼甚至上地幔的巖石大規(guī)模暴露到地表，出露地表的大陸地殼剖面（exposedcrustalcross-section）是研究大陸地殼元素豐度的良好樣品。這樣的剖面僅分布在少量地區(qū)，為了研究地殼深部（下地殼）的成分還可以采用火山巖中深部地殼包體（探針巖）和地球物理法（地震波）。盡管各家所采用的研究方法不同，但所得得地殼主要元素豐度的估計值還是相互接近的，這充分說明其估計值是比較精確的。3.大陸地殼剖面法造山作用可使下地殼甚至上地幔的巖石圖1.2出露地表的大陸地殼剖面的一般模式（據(jù)Percival等，1992）有規(guī)律的變質分帶剖面中頒布的麻粒巖形成于下地殼條件(600-1400MPa）由于下地殼巖石密度較大、磁性較強，因此向著地表出露的下地殼巖石方向應表現(xiàn)出明顯的重力和磁性地表出露的被確認為下地殼的巖石可直接延伸至地殼深部圖1.2出露地表的大陸地殼剖面的一般模式（據(jù)Percival1.3.1.5區(qū)域大規(guī)模取樣和分析1.3.1.5區(qū)域大規(guī)模取樣和分析1.3地殼元素的豐度特征1.地殼中元素的相對平均含量是極不均一的，豐度最大的元素是O：47%，與豐度最小的元素Rn的6x10-16相差達1017倍。相差十分懸殊。前九種元素：O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg、Ti前五種:82.58%前九種:98.13%前十五種元素占99.61%，其余元素僅占0.39%這表明：地殼中只有少數(shù)元素在數(shù)量上起決定作用，而大部分元素居從屬地位。1.3地殼元素的豐度特征1.地殼中元素的2.對比地殼、整個地球和太陽系元素豐度數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，它們在元素豐度的排序上有很大的不同：太陽系：H>He>O>Ne>N>C>Si>Mg>Fe>S地球：Fe>O>Mg>Si>Ni>S>Ca>Al>Co>Na地殼：O>Si>Al>Fe>Ca>Na>K>Mg>Ti>H

與太陽系或宇宙相比，地殼和地球都明顯地貧H,He,Ne,N等氣體元素；而地殼與整個地球相比，則明顯貧Fe和Mg，同時富集Al,K和Na。這種差異說明什么呢？2.對比地殼、整個地球和太陽系元素豐度數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，它地殼元素的豐度特征3.地殼中元素豐度不是固定不變的，它是不斷變化的開放體系。①地球表層H、He等氣體元素逐漸脫離地球重力場②每天降落到地球表層的地外物質102~105噸；③地殼與地幔的物質交換；④放射性元素衰變；⑤人為活動的干擾。地殼元素的豐度特征3.地殼中元素豐度不是固分析結論：由宇宙化學體系形成地球的演化（核化學）過程中必然伴隨著氣態(tài)元素的逃逸。而地球原始的化學演化（電子化學）具體表現(xiàn)為較輕易熔的堿金屬鋁硅酸鹽在地球表層富集，而較重的難熔鎂、鐵硅酸鹽和金屬鐵則向深部集中。由此可見地殼元素的豐度取決于兩個方面的原因:1.元素原子核的結構和穩(wěn)定性；2.宇宙物質形成地球的整個演化過程中物質的分異?？傊?，現(xiàn)今地殼中元素豐度特征是由元素起源直到太陽系、地球、（地殼）的形成和存在至今這一段漫長時期內元素演化歷史的最終結果。分析結論：由宇宙化學體系形成地球的演化（核化學）過程元素在主要巖石類型中的分布元素在地殼中的分布具有極大的不均勻性。造成這種不均勻性的主要原因，是由于地殼中分布著各種類型的巖石。不同類型巖石的出現(xiàn)，實際上是元素的不同地球化學性質和其形成環(huán)境的差異所導致的必然結果。元素在主要巖石類型中的分布元素在地殼中的分布具有極大的不均勻地球和太陽系的化學組成課件地球和太陽系的化學組成課件地球和太陽系的化學組成課件地球和太陽系的化學組成課件各主要元素在不同類型巖石中的分配特征為：

1．主要類型巖漿巖中元素的分配

(1)Fe、Mg、Cr、Ni、Co和鉑族等，按超基性巖、基性巖、中性巖、酸性巖的順序含量遞減。

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

(3)堿金屬元素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，隨著由超基性巖向基性巖、中性巖、酸性巖過渡，其含量明顯遞增。堿性巖中K、Na的含量達到最高值。

(4)某些元素在各類巖漿巖中的含量變化不大，例如Ge、Sb、As等各主要元素在不同類型巖石中的分配特征為：1．主要類型巖漿巖(2)主要類型沉積巖中的規(guī)律(1)砂巖中富集的元素：Si,Zr（2）堿金屬元素Li、Na、K、Rb、Cs和Si、Al等在頁巖和泥質巖中含量最高，在碳酸鹽巖中含量最低，含量之差常達10倍(Li、Cs)至數(shù)10倍(K、Na)。碳酸巖中富集的元素：Mg,Ca,Sr,Mn,在砂巖中最低，在硫酸鹽中富集可達10-100倍。頁巖中富集的元素：Al及大多數(shù)微量元素，如V,Ni,Co,Cu,Ag,Au,Mo,U,Cd,As,Sb(2)主要類型沉積巖中的規(guī)律

(3)過渡元素Mn、Ni、Co等在深海沉積物中含量高，因而在深海沉積物中形成了巨大的海底錳結核礦產(chǎn)，并伴有Ni、Co等可供綜合利用。與Mn類似，在深海沉積物中富集的元素還有B、Na、Ba、P、S、Cu、Mo、Pb及鹵素元素F、Cl、Br、I等，它們的含量都高于各自在巖漿巖中含量的最高值。(3)過渡元素Mn、Ni、Co等在深海沉積物中含量高，因各類變質巖的化學成分受原巖(沉積巖和火成巖)所控制。一般地說，變質巖石中元家的含量并不因其變質類型和變質程度的不同而有明顯差異。各類變質巖的化學成分受原巖(沉積巖和火成巖)所控制。一般地說

1.3.3.2元素地殼豐度研究的地球化學意義

元素地殼豐度(克拉克值)是地球化學中一個很重要的基礎數(shù)據(jù)。它確定了地殼中各種地球化學作用過程的總背景，它是衡量元素集中、分散及其程度的標尺，本身也是影響元素地球化學行為的重要因素。

1.控制元素的地球化學行為1）元素的克拉克值在某種程度上影響元素參加許多化學過程的濃度，從而支配元素的地球化學行為。例如，地殼元素豐度高的K、Na，在天然水中高濃度，在某些特殊環(huán)境中，發(fā)生過飽和作用而形成各種獨立礦物（鹽類礦床）；而地殼元素豐度低的Rb、Cs，在天然水中極低濃度，達不到飽和濃度，為此不能形成各種獨立礦物而呈分散狀態(tài)。1.3.3.2元素地殼豐度研究的地球化學意義

2）限定自然界的礦物種類及種屬實驗室條件下，化合成數(shù)十萬種化合物。自然界中卻只有3000多種礦物。礦物種屬有限（硅酸鹽25.5%；氧化物、氫氧化物12.7%;其他氧酸23.4%；硫化物、硫酸鹽24.7%；鹵化物5.8%；自然元素4.3%；其它3.3%

）。如圖所示：2）限定自然界的礦物種類及種屬地球和太陽系的化學組成課件問題：

為什么酸性巖漿巖的造巖礦物總是長石、石英、云母、角閃石為主？因為地殼中O,Si,Al,Fe,K,Na,Ca等元素豐度最高，濃度大，容易達到形成獨立礦物的條件。自然界濃度低的元素很難形成獨立礦物，如硒酸鋰(Li2SeO4)和硒酸銣(Rb2SeO4)；但也有例外，“Be”元素地殼豐度很低(1.7×10-6)，但是它可以形成獨立的礦物Be3Al2Si6O18(綠柱石)，其原因我們在下一章里面講述。問題：為什么酸性巖漿巖的造巖礦物總是長石、石英、云母自然界常見的礦物鈉長石黃水晶石英云母自然界常見的礦物鈉長石黃水晶石英云母3)限制了自然體系的狀態(tài)實驗室條件下可以對體系賦予不同物理化學狀態(tài)，而自然界體系的狀態(tài)受到限制，其中的一個重要的因素就是元素豐度的影響。例如，酸堿度pH值在自然界的變化范圍比在實驗室要窄很多，氧化還原電位也是如此。4）對元素親氧性和親硫性的限定在實驗室條件下，化合物組成的劑量可以任意調配。在自然條件下，情況就不同了：在地殼O豐度高，S豐度低環(huán)境下，Ca元素顯然是親氧的；在地幔，隕石缺O(jiān)富S環(huán)境，能形成CaS(褐硫鈣石)。3)限制了自然體系的狀態(tài)

2.可作為微量元素集中、分散的標尺1）可以為闡明地球化學省(場)特征提供標準。

例如在東秦嶺地區(qū)進行區(qū)域地球化學研究表明：東秦嶺是一個富Mo貧Cu的地球化學省，Mo元素區(qū)域豐度比地殼克拉克值高2.3倍，而Cu元素則低于地殼克拉克值，這樣的區(qū)域地球化學背景，有利于形成Mo成礦帶。資源：Mo地殼豐度1×10-6，東秦嶺Mo區(qū)域豐度2.3×10-6Mo的地球化學省。環(huán)境：克山病(地方性心肌病病,低硒)區(qū)中土壤有效Mo、飲水Mo含量、主食中Mo含量普遍低于地殼背景，導致人體Mo低水平。2.可作為微量元素集中、分散的標尺1）可以某些元素克拉克比值是相對穩(wěn)定的，當發(fā)現(xiàn)這些元素比值發(fā)生了變化，示蹤著某種地球化學過程的發(fā)生。例如稀土元素比值、Th/U（3.3-3.5）、K/Rb、Zr/Hf、Nb/Ta在地殼環(huán)境下，性質相似，難以彼此分離，有相對穩(wěn)定的比值。一旦某地區(qū)、某地質體中的某元素組比值偏離了地殼正常比值，示蹤著某種過程的發(fā)生。

Th/U<2則可認為本區(qū)存在鈾礦化，Th/U>8-10則可認為本區(qū)發(fā)生了釷礦化。2)指示特征的地球化學過程某些元素克拉克比值是相對穩(wěn)定的，當發(fā)現(xiàn)這些元素比值發(fā)

實例：東秦嶺鉬礦帶各期巖漿巖中鉬元素豐度變化

前加里東期基性火山巖（變質為斜長角閃巖）安山巖、安山玢巖

加里東期輝綠巖、輝長輝綠巖燕山期

花崗閃長巖、花崗斑巖、石英斑巖（深源）2.5ppm-5ppm早基性Mo少4-7ppm十幾－幾十ppm晚酸性Mo多

實例：東秦嶺鉬礦帶各期巖漿巖中鉬元素豐度變化3.地殼豐度對地殼能源的限制

地殼的能源有兩個主要來源，一個是太陽能，另外一個是放射性元素的衰變能。放射性衰變能是由放射性元素（K、U、Th）的類型和數(shù)量所決定的。例如，地球經(jīng)過45億年的演化，235U已衰變95％，238U已衰變掉50%左右，而232Th僅消耗了其總量的20％，周而復始，為地球提供能量。3.地殼豐度對地殼能源的限制地殼的能源有1.3.3.3地殼元素分布的不均一性整個地球元素分布是不均勻的，地殼也是一樣，地殼元素的分布不論在空間上及時間上都是不均一的。這與地殼，乃至于地幔物質分異的整體過程聯(lián)系起來空間上分布的不均一性時間上地殼元素分布的不均一性1.3.3.3地殼元素分布的不均一性整個地球元素分布是不均1.空間上分布的不均一性垂向深度（陸殼）：上下地殼元素豐度的不均勻性：上地殼：0-8~12km

偏酸性火成巖、沉積巖；下地殼：8~12km-莫霍面麻粒巖、玄武巖。

Ri=上地殼元素豐度/下地殼元素豐度：Ri約等于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。反映了地殼物質在分異調整過程中的宏觀趨勢。

1.空間上分布的不均一性垂向深度（陸殼）：上下地殼1.空間上分布的不均一性橫向分布：大陸地殼和海洋地殼的不均一性洋殼：占地球表面60%

以上，厚5-16km，它們的化學成分與地幔物質相似，以鎂、鐵硅酸鹽為主，主要分布著Cr,Fe,Ni,Pt等親鐵元素。陸殼：占地球表面30%，厚30-50km，它們的化學成分由鋁、鉀硅酸鹽組成，主要分布著親氧及親硫元素W，Sn，Mo,Cu,Pb,Zn,Ag等。陸殼內：板塊間、區(qū)域間、地質體間、巖石間、礦物間元素分布不均一性。1.空間上分布的不均一性橫向分布：大陸地殼和海洋地2.時間上地殼元素分布的不均一性隨著地質歷史的發(fā)展，元素的活動與分布有著明顯的規(guī)律性。

地史早期：一些穩(wěn)定元素在地史早期富集。

Au元素：主要產(chǎn)在前寒武紀；

Fe元素:主要產(chǎn)在前寒武紀元古代（前寒武紀變質鐵礦占世界鐵礦儲量60%）。

地史晚期：一些活潑的不穩(wěn)定元素向著地史晚期富集。

Sn,Nb,Ta和W等元素：鎢成礦作用高峰期在中生代（燕山期）。2.時間上地殼元素分布的不均一性隨著地質歷史的發(fā)展2.時間上地殼元素分布的不均一性世界部分大陸（北美、南非、印度）不同地史時期成礦元素變化規(guī)律:前寒武紀：Pt,Fe,Ni,Co,Au,U(占這些元素儲量50%以上);古生代:U,Pb,Co,Ni,Pt,其次為W,Sn,Mo,Pb,Zn,Hg等;中生代:W,Sn,Ag,Sb等;新生代:Hg,Mo,Cu,Pb,Zn等。以上是從地質歷史大的時間跨度上來說是這樣，就是從某一時期內元素在時間上的分布也是不均勻的。2.時間上地殼元素分布的不均一性世界部分大陸（北美實例：

我國南方各地稀有元素的富集都有與中生代燕山期花崗巖有關，但各稀有元素之間在成礦時間上也大致有一時間先后順序：Ti、Zr→ΣCe、ΣY（Be）→Nb、Ta、Hf、Li→Rb(Sr)→Be這與花崗巖的巖漿演化歷史有著密切的關系。從以上資料可以看出，不僅應了解元素的集中趨勢，而且研究元素的時空不均一性顯得更為重要。研究元素在區(qū)域上空間分布及時間演化趨勢對于為國民經(jīng)濟服務（資源、環(huán)境）有著十分重要的意義。實例：我國南方各地稀有元素的富集都有與中生代燕五、具體區(qū)域元素豐度的研究從上面的討論中我們可以清楚的知道，元素在太陽系、地殼中的豐度是地球化學研究的基礎數(shù)據(jù)，但是我們一般都是在某個具體的區(qū)域內工作，因此更關心的是具體工作區(qū)域內元素的分布規(guī)律。當我們想研究某地質體中元素是相對富集還是相對貧化了，拿什么做標準呢？只有與具體區(qū)域內元素的區(qū)域豐度來進行比較會更有實際意義，而與地殼豐度對照，只能得到一般概念。為此，區(qū)域元素分布研究是區(qū)域地球化學研究的一項基礎工作。五、具體區(qū)域元素豐度的研究從上面的討論中我們可以清楚濃度克拉克值和濃集系數(shù)濃度克拉克值

=某元素在某一地質體中平均含量/某元素的克拉克值

濃度克拉克值＞1意味該元素在地質體中集中了

濃度克拉克值＜1意味該元素在地質體中分散了

區(qū)域濃度克拉克值=某元素在區(qū)域內某一地質體中平均含量/某區(qū)域元素的豐度值

濃集系數(shù)

=某元素最低可采品位/某元素的克拉克值,反映了元素在地殼中傾向于集中的能力。Sb和Hg濃集系數(shù)分別為25000和14000，F(xiàn)e的濃集系數(shù)為6，這說明Fe成礦時只要克拉克值富集6倍即可。濃度克拉克值和濃集系數(shù)濃度克拉克值=某元素在某一（一）區(qū)域元素研究的意義

1.它是決定區(qū)域地殼（巖石圈）體系的物源、物理化學特征的重要基礎數(shù)據(jù)；2.為研究各類地質地球化學作用、分析區(qū)域構造演化歷史及區(qū)域成礦規(guī)律提供重要的基礎資料；

3.為研究區(qū)域生態(tài)環(huán)境，為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、醫(yī)療保健等事業(yè)提供重要信息。

（一）區(qū)域元素研究的意義1.它是決定區(qū)域地殼（巖石圈（二）區(qū)域元素分布研究的思路

1.區(qū)域范圍的確定——靶區(qū)的選擇

根據(jù)工作任務和區(qū)域特征來選擇工作范圍。

區(qū)域找礦：應該盡量與構造單元中成礦區(qū)、帶結合起來，因為一定的構造環(huán)境中的成礦帶往往與一定的地球化學過程相聯(lián)系，某個特定的地球化學必然具有某些特色元素的分布。例如長江中下游Cu、Fe成礦帶。

原生環(huán)境：某流域水系沉積物中元素的高值區(qū)與該流域源區(qū)原巖的化學組成及元素本身的地球化學性質等因素有關。例如沿長江流域沖積成因土壤鎘元素高值帶。如下圖所示。（二）區(qū)域元素分布研究的思路1.區(qū)域范圍的確定—沿長江流域沖積成因土壤鎘元素高值帶圖沿長江流域沖積成因土壤鎘元素高值帶圖2.研究元素空間上分布規(guī)律

在區(qū)域內采集不同時代和不同巖石（土壤）類型的樣品，對所獲的樣品進行測試分析，然后按照各類巖石在區(qū)域內所占的比例，求出該區(qū)域（表殼）元素的豐度。為了要了解元素空間分布規(guī)律（一般是二維平面）就需要樣品在空間上有一定密度的展布。如沿江鎘的地球化學圖（上圖），就是每平方公里采集一個土壤樣品(在采樣點附近用梅花狀5點采樣組合成一個樣），再通過計算機成圖展示出鎘元素空間分布趨勢（右圖）。

2.研究元素空間上分布規(guī)律在區(qū)域內采集不3.研究元素在時間上的分布規(guī)律

我們以沿江鎘的分布為例?，F(xiàn)代沿江沖積物鎘含量較高，那么歷史上的又如何呢？從表中我們可以看到，近70-80年以來長江沖積物中鎘的含量比早期沉積物高2-3倍。3.研究元素在時間上的分布規(guī)律我們以沿江鎘4.研究元素的分布特征的原因一個地區(qū)元素的分布現(xiàn)狀是整個地質歷史過程中元素活動的展示狀況，是各種地質、地球化學作用的綜合結果，而每一個主要的地質地球化學過程，元素的活動必然有其特定的組合和強度。因此，在元素時空分布的資料中，蘊含著豐富的地球化學信息。例如：沿長江（漢江）沖積成因土壤中鎘是從哪里來的？為什么樣會形成高值帶？4.研究元素的分布特征的原因一個地區(qū)元素的分布現(xiàn)狀是土壤類別

Al2O3

Fe2O3MgOCaO

MgO+CaO

MgO/CaO

Na2O

K2O

Na2O/K2O

Cd

長江(26)

14.3

6.36

2.523.67

6.19

0.69

1.06

2.65

0.40

0.33漢江(27)

17.9

8.52

2.210.99

3.21

2.22

0.80

2.92

0.27

0.27土壤類別

Zn

Pb

Zn/Pb

As

Sb

As/Sb

Mo

Cr

Ni

Cr/Ni

F

pH

長江(26)10536.3

2.911.50.8114.2

0.81

9439.82.366808.02漢江(27)12732.0

4.018.21.2614.4

1.2611153.62.078766.8例1長江、漢江沖積成因土壤化學組成特征氧化物：％，其余：mg/kg；括號內為樣品數(shù)土壤類別Al2O3Fe2O3MgOCaOMgO+C

結論1：用CaO+MgO

對pH作圖，F(xiàn)e2O3對Cr+Ni作圖，Cr+Ni對Mo作圖，由圖可見，長江與漢江沖積成因土壤化學組成具有明顯的差別。結論1：用CaO+MgO對pH作圖，F(xiàn)e2O3對C地球和太陽系的化學組成課件兩江匯水域表殼巖石化學組成特征

作為土壤母巖的沉積物來自各自的匯水流域，河流沉積物中化學組成的差異受控于各自匯水域表殼巖石的化學組成。為此，長江沿江沖積成因土壤的化學組成受長江中上游流域——揚子陸塊表殼巖系化學組成的制約，而漢江沖積成因土壤的化學組成則受漢江中上游流域—秦嶺造山帶表殼巖系化學組成的限定。

兩江匯水域表殼巖石化學組成特征揚子陸塊、秦嶺造山帶上地殼化學組成化學組成構造單元Fe2O3MgO

CaOAsSbCrNiMoF揚子陸塊1.543.827.403.290.2456330.63493秦嶺造山帶2.213.606.884.060.3182400.70526氧化物：％，其余：mg/kg揚子陸塊、秦嶺造山帶上地殼化學組成化學組成揚子陸塊蓋層中的一個明顯特征是碳酸鹽發(fā)育，為此風化后的沉積物CaO含量高，土壤呈堿性。而秦嶺造山帶表殼巖系中基性火山巖比例大，這樣，F(xiàn)e2O3、Cr、Ni豐度偏大，其發(fā)育的土壤中性偏酸。這些特征都分別被長江、漢江沖積成因的灰潮土對應地繼承下來了。

結論2:揚子陸塊蓋層中的一個明顯特征是碳酸鹽發(fā)育，為此風化后例2：華北地臺南緣與秦嶺褶皺系北緣界線（豫西段）森林植被覆蓋、區(qū)域土壤地球化學測量；

Co,Ni,Cr,V,Ti累加異常南北迥異，為什么？北側：華北地臺，碳酸鹽巖南側：秦嶺褶皺系，基性火山巖界線-異常急變帶-黑溝斷裂帶例2：華北地臺南緣與秦嶺褶皺系北緣界線（豫西段）森林植被例3.為什么在秦始皇陵上有高的Hg氣異常？

在西安一帶是中華民族發(fā)祥地之一，周秦漢唐等十幾個王朝建過都，秦始皇墓葬“納百川，容天地”水銀（HgS）→河流，皇親貴族死后“涂紅繪彩”。地球化學汞氣測量來確定墓穴空間位置。例3.為什么在秦始皇陵上有高的Hg氣異常？

在西安一帶是5.研究元素在巖石中各組成礦物間的分配

地殼中元素分布不均勻→區(qū)域元素分布不均勻→由各類巖石、礦物引起→各類巖石、礦物中元素含量差別是懸殊的。各種巖石類型和組成礦物中元素含量及變化是地球化學研究的始點。1）各類型巖石中元素的平均含量

為什么？自學、作業(yè)2）巖石中元素在組成礦物間的分配元素在組成礦物中的分配是極不均勻的，受元素性質及礦物形成時物理化學條件等因素所控制。查明其原因必須要確定各組成礦物中元素的含量。進行共生礦物內元素平均含量的平衡計算。5.研究元素在巖石中各組成礦物間的分配地球和太陽系的化學組成課件地球和太陽系的化學組成課件六、小結及思考題地球是太陽系的一個行星，地殼是地球的外部圈層，因此，太陽系、地球、地殼的元素豐度共同遵循太陽系元素豐度的基本規(guī)律，如奇偶規(guī)律、隨原子序數(shù)增大元素豐度遞減等。在太陽系物質形成地球、地球分異出地殼的過程中發(fā)生過化學分異，導致三者間在組成和元素豐度上也存在差異。一個自然體系的豐度在與外界的相互作用過程中會不斷發(fā)生演化，

因此，地殼現(xiàn)今的元素豐度并不能代表它形成和演化過程中的元素豐度。元素豐度是自然體系的基本化學特性，它決定了體系內化學作用和化學演化的基本特征，也控制著與相鄰體系的物質交換，地殼、尤其上地殼的元素豐度與人類生存活動密切相關，最受人們的關注，研究成果也最豐富。復雜體系元素豐度的研究已積累了很多有成效和有啟發(fā)性的思路和方法，地球化學參考模型GERM綜合了對太陽系、地球、地殼等化學組成和元素豐度的最新研究成果。

六、小結及思考題地球是太陽系的一個行星，地殼是地球的六、思考題

(1)太陽系、地球、地殼的元素豐度特征。

(2)太陽、行星、隕石對太陽系元素豐度研究的貢獻。

(3)隕石研究對地球形成和組成演化的意義。

(4)地球各圈層化學組成的基本特征。

(5)地球和地殼元素豐度研究的難點是什么。

(6)上地殼元素豐度的方法對比。

(7)元素豐度研究在地球化學研究中的地位。六、思考題(1)太陽系、地球、地殼的元素豐度特征。地殼的化學演化75%形成于太古宙，25%形成于后太古宙第五節(jié)地球發(fā)展歷史中的化學演化地殼的化學演化第五節(jié)地球發(fā)展歷史中的化學演化2.地殼演化的沉積地球化學證據(jù)主要元素證據(jù)（下表）2.地殼演化的沉積地球化學證據(jù)

地殼與地?；瘜W微量元素證據(jù)Eu,REE等（圖）La、Th、U(下表)地殼與地幔化學微量元素證據(jù)地球和太陽系的化學組成課件3.地殼演化的沉積物Nd同位素模式年齡證據(jù)3.地殼演化的沉積物Nd同位素模式年齡證據(jù)地球和太陽系的化學組成課件巖石圈的形成最初由低溫星云塵埃物質積聚而成。在萬有引力作用下，物質微?；ハ辔纬尚〉膱F塊→星子→再吸引→原始地球—吸積，分異-地殼、地幔巖石圈的形成原始地殼和大陸地殼原始地殼是指地球上主要由巖漿作用生成的最初的固態(tài)表面.大洋地殼?原始地殼和大陸地殼地殼的增生和再造

50%的地殼應該在太古代時就形成了地殼重熔巖石主要為花崗質巖石,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負異常.地殼的增生和再造

50%的地殼應該在太古代時就形成了一、37億年前(冥古宙)原始的地球和太陽系其他行星都是由氣體和塵埃組成的。

一、37億年前(冥古宙)原始的地球和太陽系其他行星都是由氣體康德-拉普拉斯星云說太陽系的星球的物質，在初時都為大量基本微粒，充滿整個的宇宙空間，現(xiàn)在已形成的星體就在這空間中運轉”。他認為是萬有引力的作用，使這些原始彌漫的星云物質逐漸分別凝聚，形成了包括地球在內的太陽系的各天體?？档?拉普拉斯星云說康德-拉普拉斯星云說太陽系的星球的物質，在初時都為大量基本微粒，充滿整個的宇宙空間，現(xiàn)在已形成的星體就在這空間中運轉”。他認為是萬有引力的作用，使這些原始彌漫的星云物質逐漸分別凝聚，形成了包括地球在內的太陽系的各天體?？档?拉普拉斯星云說康德-拉普拉斯星云說太陽系的星球的物質，在初時都為大量基本微粒，充滿整個的宇宙空間，現(xiàn)在已形成的星體就在這空間中運轉”。他認為是萬有引力的作用，使這些原始彌漫的星云物質逐漸分別凝聚，形成了包括地球在內的太陽系的各天體。康德-拉普拉斯星云說斯密特俘獲說原始太陽隨銀河系公轉，在經(jīng)過有大量星際物質彌漫的空間時，將它們吸引在周圍，成為行星的物質來源的，用外來物質形成包括地球在內的九大行星。斯密特俘獲說布逢碰撞說銀河系中一顆快速運動的恒星撞擊原始太陽，濺起大量物質成為行星的物質來源的，積聚形成包括地球在內的九大行星。布逢碰撞說金斯潮汐說在另一顆恒星經(jīng)過太陽旁邊時，把太陽物質吸引出來形成一條狀星云，后來此條狀星云在環(huán)繞太陽旋轉中，分裂凝聚增大密度而成行星。太陽太陽外來星金斯潮汐說太陽太陽外來星原始地球化學分異①重力能+撞擊動能+放射性熱能→使原始地球熔融（位能）40K26AlFe的熔化溫度在地球形成后

600Ma于幾百公里深度即可達到。②原始地球金屬鐵熔融后逐漸匯聚成“巨滴”由于重力原因，向地心沉沒，同時產(chǎn)生大量的位能轉化的熱能，使地球內部溫度高達2000℃。巨滴熔鐵沉沒時間約需105年。③與此同時，較輕的硅酸鹽上浮、形成地幔；地幔部分熔融，又分異出玄武質巖漿、巖漿結晶分異，形成中酸性巖以上的地殼巖石，故地殼中巖石最大年齡不超過40億年。④在分異中，元素分配受其密度和原子量的影響較小，主要是受其硅酸鹽、硫化物、金屬相的影響。

原始地球化學分異塵埃向中心聚集的過程中，由于引力的作用，體積收縮，壓力加大，會釋放出大量的熱量。放射性元素的蛻變和隕石的撞擊，也都要放出熱能。地球物質處于熱的熔融狀態(tài)。地球內部圈層的形成塵埃向中心聚集的過程中，由于引力的作用，體積收縮，壓力加重力的作用與高溫的影響，地球里面的物質發(fā)生部分熔融，使重者下沉，輕者上浮，出現(xiàn)了大規(guī)模的物質分異和遷移，形成了從里向外，物質密度從大到小的圈層結構。鐵和鎳比較重，向中心聚集－地核。較輕的硅酸鹽物質形成地幔和地幔之上的地殼。地球內部圈層的形成重力的作用與高溫的影響，地球里面的物質發(fā)生部分熔融，使原始地球上的水還很少，大約只有現(xiàn)代的1／10。約在40億年左右，地球遭受了強烈的隕石沖擊、火山活動加強，導致了地球內部水和氣體的外逸，擴大了原始的水圈和大氣圈。

原始地球上的水還很少，大約只有現(xiàn)代的1／10。最初大氣圈的成分主要是水蒸汽，還有一些二氧化碳、甲烷、硫化氫和氯化氫等。由于游離氧很少，還原性直到距今38億年前，地球上的大氣仍是缺氧和呈酸性的隨著時間的流逝，地球上的溫度逐漸降低（低于100°C），大氣中的水蒸汽陸續(xù)凝結出來，形成廣闊的海洋（水圈）。地球外部圈層的形成最初大氣圈的成分主要是水蒸汽，還有一些二氧化碳、甲烷、由于未發(fā)現(xiàn)被保留下來的地質實體，因而，對這一時期地殼的組成和性質的判斷尚無確切依據(jù)。由于未發(fā)現(xiàn)被保留下來的地質實體，因而，對這一時期地殼的組成和目前測得公認的最古老巖石(西格陵蘭灰色片麻巖中的斜長角閃巖包體)的年齡為37億年，標志著地球演化進入到太古宙時期的開始。二、37—25億年(太古宙）目前測得公認的最古老巖石(西格陵蘭灰色片麻巖中的斜長角閃巖最初大氣圈的成分主要是水蒸汽，還有一些二氧化碳、甲烷、硫化氫和氯化氫等，仍然是酸性的。太古宙早期地表水仍然是酸性的。地殼表部在酸性水的破壞下，Na+、K+、Ca+、Mg2+、Al’、Fe’和其他金屬離子被帶出，并與主要由內生熱液活動逸出的Cl-、F-和B-等加入水圈。這些元素進入海洋，從而增加了海水的氯度和鹽度。

地球外部圈層的形成二、37—25億年(太古宙）最初大氣圈的成分主要是水蒸汽，還有一些二氧化碳、甲烷、太古宙地殼具有獨特的巖石組合。廣泛的、間歇性玄武巖(及少量橄欖巖巖漿)火山噴發(fā)和后期改造，形成了現(xiàn)代保存的綠巖帶和綠巖包體，并伴生有大面積分布的花崗質巖石。太古宙地殼具有獨特的巖石組合。廣泛的、間歇性玄武巖(及少量花崗質巖石的化學成分具有兩個不同的特點：一種是富鈉的奧長花崗巖和英云閃長巖，分布廣泛；另一種是分布較少的鉀質的石英二長巖和酸性花崗巖。前者已部分被變質作用改造為片麻巖，其化學成分表現(xiàn)為隨ca含量的減少w(K）／w（Na)比值相當恒定。后者具有較明顯的侵入巖特征，其化學成分特點是w(K）／w(Na）比值隨Ca含量的增加而減小。玄武質巖漿活動不僅表現(xiàn)為廣泛的火山噴發(fā)，還形成幾期次的基性脈體群利層狀巖體的入侵?；◢徺|巖石的化學成分具有兩個不同的特點：對于太古宙地殼的演化模式，爭論較大的是早期地殼的化學組成問題。太古宙最早的地殼可能是玄武巖質的認識，尚無充分根據(jù)，而地殼是酸性的或中酸性的可能性則更大。最早地殼形成之后，玄武巖質和少量橄欖巖質巖漿的多次噴發(fā)、入侵和變質形成了不同期次的綠巖地體。花崗質巖石可能是早地幔分熔和綠巖及早地殼的改造所產(chǎn)生。在每一個地質旋回和整個太古宙中，花崗質巖石的演化都具有早期富鈉、晚期富鉀的總趨勢，而且這種趨勢具有全球性。對于太古宙地殼的演化模式，爭論較大的是早期地殼的化學組成問太古宙是地球歷史中的重要成礦時期。與綠巖和花崗質巖石有關的礦床有Cr、Ni、Co、cu、Au、Ag、Pb、Zn和鉑族元素等*沉積礦床以磁鐵石英巖建造為特點。條帶狀鐵礦的形成除了必要的鐵的物源外，大氣和地表水中氧的含量增加具有重要影響。太古宙以來，由于大氣和水中游離氧的不斷增加，到中、晚階段，海水中的鐵不斷與游離氧結合形成鐵的氧化物或氫氧化物而沉淀。與此同時件隨有SiO2膠體的沉淀，形成了太古宙特征的硅鐵建造。太古宙是地球歷史中的重要成礦時期。整個太古宙階段，全球性深變質作用發(fā)育，巖漿活動頻繁。伴隨地幔和地殼物質的轉化及綠巖和花崗質巖石的改造，造巖元素K、Na、Mg、si、AI、Fe等都有較大幅度的遷移和重新分配，形成了太古宙變質巖的多樣性。整個太古宙階段，全球性深變質作用發(fā)育，巖漿活動頻繁。三、25—16億年(古元古代)距今25億年的地史界限在地球發(fā)展歷史中具有劃時代的重大意義。這一時期，世界主要克拉通基本形成，地殼相對穩(wěn)定，陸殼火山活動減弱，裂谷發(fā)育。幔源基性巖漿侵入地殼形成層狀侵入體和脈體群(基性巖事件)，并伴有Cr、Ni、Co、Cu、Fe、P和鉑族元素的富集成礦。三、25—16億年(古元古代)距今25億年的地史界限在地球發(fā)在此階段內，地表生物圈中隨著藻類的繁殖，光合作用增強，游離氧增加。由于CO和CH4的氧化，CO2的含量顯著增加。此時水圈已轉化為氫化物一碳酸鹽水圈，廣泛發(fā)生CaCO3、MgCO3、FeCO3、MnCO3的沉積，并開始見有生物沉積和大量的碎屑沉積。此時，沉積鐵礦床已從單純的硅鐵建造演化為碳酸鹽與條帶狀硅鐵建造相伴生。。地球外部圈層的形成在此階段內，地表生物圈中隨著藻類的繁殖，光合作用增強，游離四、16—5.7億年(中、新元古代)中、新元古代以來，克拉通經(jīng)過擴大、分裂、聚合、再擴大等過程，地殼相對穩(wěn)定，幔源巖漿活動減弱。全球范圍內未見有鉻的內生成礦活動，僅有與基性巖利斜長巖有關的Cu、Ni、Co、鉑族、Fe和P的成礦。四、16—5.7億年(中、新元古代)中、新元古代以來，克拉通在太古宙至古、中元古代的漫長歷史時期中，大陸地盾區(qū)地殼演化的總趨勢是，由老至新，K、si的含量遞增，AI、Fe、Mg、物、Na的含量遞減。在太古宙至古、中元古代的漫長歷史時期中，大陸地盾區(qū)地殼演化地球和太陽系的化學組成課件此階段內地球表生作用進一步加強，藻類大量繁殖，光合作用增加了游離氧的濃度。由于CO被大量氧化為CO2，從而為碳酸鹽的大量析出創(chuàng)造了條件。與古元古代相比，世界范圍的碳酸巖的大量沉積，是從新元古代才開始的。與碳酸巖同生的礦床主要為菱鐵礦和赤鐵礦、菱鎂礦和白云石等，它們常形成巨大規(guī)模的表生堆積。此階段內地球表生作用進一步加強，藻類大量繁殖，光合作用增加地表氧化作用的加強使水圈SO46-的濃度增加，此時水圈已轉化為氧化物—碳酸鹽—硫酸鹽水圈，海水的pH值接近中性。隨著水圈化學性質的變化，海水中進入并溶解了較多的Fe、AI、cu、Ni、Mn金屬，它們在海水的不同深度以不同的礦物形式沉淀下來。在富氧的淺水區(qū)，以氧化物和氫氧化物形式析出；在深部則以碳酸鹽和硫化物形式沉淀。其他表生金屬礦床有Au、U和稀土元素等。地表氧化作用的加強使水圈SO46-的濃度增加，此時水圈已轉五、5．7億年—現(xiàn)在(顯生宙）顯生宙開始的標志，首先是生物進入了更高的顯生階段。海生腔腸動物、軟體動物、蠕蟲動物、腕足類和節(jié)肢動物開始出現(xiàn)，至晚古生代出現(xiàn)了陸生動植物。生物的質變性發(fā)展，進一步促進了水圈、大氣圈的氧化和氮的循環(huán)。早期的大氣圈為N2—CO2—O2型，在陸生植物出現(xiàn)以后轉化為N2—O2型。五、5．7億年—現(xiàn)在(顯生宙）顯生宙開始的標志，首先是生物生物的大量繁