地球化學基礎原理

地球化學基礎原理

作者：卡卡西1地球化學的定義和基本問題地球化學的研究內容地球化學的基本思想地球化學的研究方法什么是地球化學？地球化學是研究地球及部分天體的化學組成(composition)、化學作用(process)和化學演化(evolution)的學科。

——涂光熾（1985）地球科學化學地球化學化學組成化學演化化學作用3地球化學研究的基本問題元素（同位素）在地球及各子系統(tǒng)中的組成元素的共生組合和存在形式元素（同位素）的遷移元素（同位素）示蹤地球演化4元素（同位素）在地球及各子系統(tǒng)中的組成也就是元素（同位素）在地球及各子系統(tǒng)中的含量；以及含量在不同空間、時間中的變化；這一問題是地球化學研究的出發(fā)點和基礎資料561.地球不同儲庫的元素（同位素）組成一樣嗎？內核外核地幔地殼71.地球不同儲庫的元素（同位素）組成一樣嗎？硅酸鹽地球的元素豐度White,200581.地球不同儲庫的元素（同位素）組成一樣嗎？元素的相容性D=phase1/phase2Gaoetal.,1998,GCA92.同一儲庫不同時間的元素（同位素）組成一樣嗎Tangetal.,2016放射成因同位素元素含量1087Sr/86Sr=87Sr/86Srinitial+87Rb/86Sr(eλt-1)放射成因同位素2.同一儲庫不同時間的元素（同位素）組成一樣嗎DRb/Sr>1DRb/Sr>1Rb比Sr更不相容，隨著時間的演化，大陸地殼的Sr同位素比值升高113.地球的年齡是如何獲得的？ClairPatterson放射成因同位素衰變元素的共生組合和存在形式這一問題就是研究元素在不同的物理化學條件下的存在形式和結合方式。地質體內部的各種元素（同位素）的結合和存在形式不是任意的、靜態(tài)的，而是有條件的、變化的；隨著地質歷史中物理化學狀態(tài)的變動而變化。是研究地質作用的物理化學條件及變動歷史的基礎。124

大概率是綠色的，無氧海洋富Fe2+134.早期地球什么顏色？古元古大氧化事件新元古氧化事件現(xiàn)今值ModernMiddleAgeEarlyEarth145.地質歷史時期土壤和海水的Fe/S比值變化嗎低高Fe:Fe2+,Fe3+S:S2-~S6+Fe:高價態(tài)不活動，低價態(tài)活動S:低價態(tài)不活動，高價態(tài)活動古元古大氧化事件新元古氧化事件現(xiàn)今值ModernMiddleAgeEarlyEarthFe/S土壤

=Fe/S海洋=Fe/S土壤

=Fe/S海洋=高低155.地質歷史時期土壤和海水的Fe/S比值變化嗎166.知道“俯沖工廠”嗎？Tatsumi,2005,GSAToday板塊俯沖過程中，發(fā)生變質脫水，不同元素的流體活動性不一樣。Kogisoetal.,1997,EPSL17質體內部的各種元素（同位素）的結合和存在形式不是任意的、靜態(tài)的，而是有條件的、變化的；隨著地質歷史中物理化學狀態(tài)的變動而變化FromWhite,2006親鐵元素、親銅元素、親石元素流體活動元素、流體不活動元素易揮發(fā)元素、難揮發(fā)元素。。。元素（同位素）的遷移指元素(同位素)因其性質不同，在自然界各種外界條件影響下，不斷結合和分離的運動。元素（同位素）遷移是地球化學研究的核心問題。18197.Ureyreaction:CO2+CaSiO3=CaCO3+SiO2CO2

↑

Temp↑

Weathering↑

CO2

↓

Temp↓

208.沒有宏體化石，如何示蹤早期地球可能存在的生命活動地幔碳的δ13C值為：-5有機碳富集12C，和無機碳之間存在一個固定的差值：about30permilMojzsiset

al.,

199621穩(wěn)定同位素（isotope）和同位素分餾（isotopefractionation）元素（同位素）示蹤地球演化地球的歷史是一個由大量地質事件構成的漫長時間序列。元素和同位素的遷移伴隨于地質作用之中，并有可能越過后期疊加作用而被保留。因此，化學元素（同位素）對地球（天體）演化具有示蹤作用。22239.沒有碳循環(huán)，地球還宜居嗎？“CarboncyclekeepsEarthfromfateofVenus,Mars”

-DavideF.Coppedge2410.板塊構造理論和物質循環(huán)192619671905191719111953量子力學相對論分子生物學10-10m100m106m1015m1025m原子/微觀

生物體/介觀

地球/宏觀

宇宙/巨觀

板塊構造理論25化學組成存在形式化學遷移化學演化化學循環(huán)小結：不同尺度地質體的地球化學研究層次：地球化學研究內容26天體、地球和地質體中元素豐度元素地球化學親和性、共生組合和賦存形式地球化學熱力學和地球化學動力學元素的地球化學遷移微量元素地球化學放射性同位素地球化學穩(wěn)定同位素地球化學有機地球化學。。。27地球化學基本思想掌握地球化學的基本原理，基本知識和基本技能。學會將地球科學問題轉換為地球化學問題，使用地球化學的思維方法和方法技術將地球化學中的感性推斷轉變?yōu)槔硇岳斫猓娢⒅?，然后返回地質學研究，站在新的科學高度理解地質學問題。核心：各類地質體的化學物相、元素和同位素組成、物相反應關系及相應參數(shù)記錄了地質事件發(fā)生的時間、地點、和過程等。地球化學的研究方法28樣品采集樣品分析科學問題樣品分析29檢測限(detectionlimit):測試方法能夠測試的最低含量，是背景噪音相對于元素信號的函數(shù)；精度(precision):

分析數(shù)據(jù)的重現(xiàn)率；用相對標準偏差即標準差被平均值除（重復樣）準確度(accuracy):測試含量值與真實含量值接近的程度（標樣）樣品分析精確靈敏的測試方法EPMA、ICP-MS、MC-ICP-MS、TIMS、SIMS…EPMAMC-ICP-MSSIMS30研究元素的結合形式和賦存狀態(tài)SEM、Raman

spectrometer…SEMRamanSepectrometer31地質作用過程的物理化學條件測定直接測定、計算host

mineralfluid

inclusion榴輝巖相圖32自然作用的時間參數(shù)同位素年代學等時線鋯