最新西北大學(xué)地球化學(xué)課件第一章1

1、1 太陽(yáng)系和地球系統(tǒng)的元素分布與分配,主 要 內(nèi) 容 （重點(diǎn)為太陽(yáng)系、地殼元素的豐度特征、克拉克值概念及其地質(zhì)意義等） 1.1 太陽(yáng)系及其化學(xué)成分 1.2 地球的結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分及化學(xué)分帶 1.3 地殼的元素豐度 1.4 元素在巖石和礦物中的分布與分配,1.1 太陽(yáng)系及其化學(xué)成分,1.1.1 銀河系、太陽(yáng) 系簡(jiǎn)介（科普知識(shí)）,1.1.1.1 銀河系 1光年=9.5萬(wàn)億公里; 天文單位：太陽(yáng)和地球之間的距離，約149597870公里,1.1.1.2 太陽(yáng)系:由太陽(yáng)、行星、行星物體（宇宙塵、慧星、小行星）和衛(wèi)星所組成，其中太陽(yáng)集中了太陽(yáng)系99.86%的質(zhì)量,1.1 太陽(yáng)系及其化學(xué)成分,太陽(yáng)系家族的主

2、要成員,1.1.1.2 太陽(yáng)系: 按距太陽(yáng)遠(yuǎn)近排列依次為類地行星（水星、金星、地球、火星）、巨行星（木星、土星）、遠(yuǎn)日行星（天王星、海王星和冥王星）。,1.1.1.2 太陽(yáng)系: （1）太陽(yáng),1.1.1.2 太陽(yáng)系: （2）水 星,1.1.1.2 太陽(yáng)系: （3）金星： 與地球大小相近,1.1.1.2 太陽(yáng)系: （4）火星 大?。杭s為地球大小的一半； 表面為紅色,1.1.1.2 （4）火星,1.1.1.2 （4）火星 它和地球一樣有著一年四季的變化：它自轉(zhuǎn)周期比地球多半個(gè)多小時(shí)，公轉(zhuǎn)周期比地球長(zhǎng)一倍，約為687日。 火星大氣比地球的稀薄，其中95%是二氧化碳，氮占3%，還有數(shù)量極少的氧和水份?；?/p>

3、星上曾有過(guò)洪水，地面上也有一些小河道，十分清楚地證明了許多地方曾受到侵蝕。所以火星表面存在過(guò)水，甚至可能有過(guò)大湖和海洋。 地表溫度：-140 20度，平均-63度,1.1.1.2 （4）火星 “水手谷”：長(zhǎng)約4000公里的巨大峽谷，它是在遠(yuǎn)古時(shí)期的洪水和火山活動(dòng)的共同作用下形成的。 奧林匹斯山：高約2萬(wàn)7千米，是地球最高峰珠穆朗瑪峰高度的三倍。它是太陽(yáng)系中最高的山峰。 衛(wèi)星：兩個(gè)，直徑都不到80公里。,1.1.1.2 太陽(yáng)系: （5）木星 大小：1300個(gè)地球大； 表面：為液態(tài)氫組成； 紅斑：在南半部,1.1.1.2 太陽(yáng)系: （6）土星 特點(diǎn)：個(gè)體大； 表面為液態(tài)（成份以氫、氦為主）； 衛(wèi)星

4、最多；溫度低； 有美麗的行星環(huán)（草帽狀）,（6） 土星,1.1.1.2 太陽(yáng)系: （7）天王星 特點(diǎn)： 1986年“旅行者2號(hào)”飛經(jīng)過(guò) 有8000公里的水；高溫高壓； 蘭綠色； 成份主要為氫、氦、氨等,（8）海王星： 大小與天王星相似; 宇宙飛船旅行者2號(hào)于1989年8月25日造訪過(guò)海王星; 內(nèi)部是熔巖、水、液氨和甲烷的混合物組成的。外面的一層是氫、氦、水和甲烷組成的氣體的混合物。 甲烷賦予了海王星云層藍(lán)色的外觀。,1.1.1.2 太陽(yáng)系: （9）冥王星 特點(diǎn)： 距地球遠(yuǎn)； 溫度低；,1.1.1.2 （10）地球,1.1.1.2 （10）地球,1.1.1.2 （11）小行星,1.1.1.2 （

5、12）月球,1.1.1.2 （12）月球,1.1.1.2 （16） 航天事業(yè)： 1969年7月20日人類登上月球,1.1.1.2 （15）月球： 人類登月,1.1.1.2 （13）隕石坑,1.1.1.2 （13）隕石 通古斯 大爆炸之謎,（科學(xué)網(wǎng)電子雜志200866期）俄科學(xué)家宣稱解開(kāi)百年前通古斯大爆炸之謎 由隕石撞擊引起 通古斯大爆炸發(fā)生在100年前的1908年6月30日。爆炸地點(diǎn)位于石泉通古斯卡河流域，位置在北緯60.55度、東經(jīng)101.57度。據(jù)記載，當(dāng)天早上7時(shí)許，一個(gè)火球狀天體自東南向西北方向劃過(guò)天際，其亮度和太陽(yáng)相當(dāng)，數(shù)分鐘后，一道強(qiáng)光照亮了整個(gè)天空，并且伴隨有蘑菇狀云出現(xiàn)。爆炸發(fā)

6、生之際，耀眼奪目，巨響如雷。方圓千公里之內(nèi)，都聽(tīng)到了巨大的轟鳴聲。爆炸發(fā)生后的最初幾個(gè)晝夜，在整個(gè)北半球，均可看到奇異天象，例如明亮異常的黃昏，出現(xiàn)白夜現(xiàn)象，銀光閃閃的云層等等。而且爆炸還引發(fā)了地震，震級(jí)達(dá)到4.7或5級(jí)。據(jù)估計(jì)，爆炸釋放能量相當(dāng)于一枚中級(jí)當(dāng)量的中子彈。 100年來(lái)，人們圍繞通古斯大爆炸發(fā)生的原因一直爭(zhēng)論不休，但誰(shuí)也沒(méi)有找到能令人信服的答案。來(lái)自莫斯科國(guó)立大學(xué)（Moscow State University）的地質(zhì)學(xué)家葉夫根科列斯尼科夫（Evgeniy Kolesnikov）今年（2008）找到了有力的證據(jù)：當(dāng)?shù)氐牡貙痈邼舛鹊乃嵊旰屯寥乐泻亢芨叩慕饘巽炞C明那次大爆炸是由一個(gè)類

7、似于彗星的隕石撞擊引起的。 當(dāng)?shù)氐牡貙油寥涝?jīng)受過(guò)高濃度酸雨的沖刷。當(dāng)大爆炸發(fā)生后，大約有超過(guò)20萬(wàn)噸氮?dú)饣\罩在這個(gè)區(qū)域，而爆炸使得當(dāng)?shù)氐臏囟壬仙?200到2700攝氏度。在如此高的溫度下，氧氣和氮?dú)獍l(fā)生反應(yīng)生成大量的氮氧化物。氮氧化物在遇到大氣中的水蒸氣后形成具有強(qiáng)腐蝕性的硝酸雨，最后落在這個(gè)區(qū)域。 土壤中金屬銥的含量比一般土壤要高出50倍，但是這種金屬在地球上非常稀少，而太空隕石中卻非常豐富。土壤中如此高含量的金屬銥只可能是來(lái)自外太空。,1 太陽(yáng)系和地球系統(tǒng)的元素分布與分配 1.1 太陽(yáng)系及其化學(xué)成分,1.1.2 太陽(yáng)系化學(xué)成分 確定太陽(yáng)系或宇宙元素豐度的途徑有： （1）測(cè)定地殼或地球巖

8、石、各類隕石和月球巖石的樣品； （2）對(duì)太陽(yáng)及其它星體輻射的光譜進(jìn)行定性和定量測(cè)定； （3）利用宇宙飛行器對(duì)鄰近地球的星體進(jìn)行就近觀察和測(cè)定或取樣分析； （4）分析測(cè)定氣體星云和星際間物質(zhì)； （5）分析研究宇宙射線（如對(duì)太陽(yáng)系以外的部分）,1.1.2 太陽(yáng)系化學(xué)成分,1.1.2.1 隕石的化學(xué)成分 一、隕石的分布 隕石：落到地球上的行星物體的碎塊，可能起源于慧星，或來(lái)自火星與木星之間的小行星帶。,1.1.2.1 隕石的化學(xué)成分 二、隕石分類： （1）鐵隕石：含金屬90%以上，其中Fe、Ni含98%，2%為少量Co、S、P、Cu、Cr、C等；鐵隕石約占隕石總量的6%10%；礦物成分：鐵紋石型自然

9、鐵（立方體心格子）， 鎳紋石型自然鐵（立方面心格子），隕硫鐵相當(dāng)于FeS（磁黃鐵礦）、鉻鐵礦、隕碳等. （2）石隕石(占隕石總量92%左右)：球粒隕石約含10%金屬；無(wú)球粒隕石約含1%金屬。 （3）石鐵隕石：約50%金屬，占隕石總量2%左右 （4）玻隕石：富SiO2,認(rèn)為是慧星或大隕石沖擊地球引起物質(zhì)熔化“濺落”的物質(zhì)。,1.1.2 太陽(yáng)系化學(xué)成分,1.1.2.1 隕石的化學(xué)成分 二、隕石分類： 球粒隕石（約占隕石的84%）：含有球體，具有球粒構(gòu)造，球粒一般為橄欖石和斜方輝石?；|(zhì)由鎳鐵、隕硫鐵、斜長(zhǎng)石、橄欖石、輝石組成。劃分為： E群頑火輝石球粒隕石，比較稀少； O群普通球粒隕石: H亞群高

10、鐵群，橄欖石古銅輝石球粒損石；L亞群低鐵群，橄欖紫蘇輝石球粒隕石； LL亞群低鐵低金屬亞群； C群碳質(zhì)球粒隕石，含有碳的有機(jī)化合物和含水硅酸鹽，如烷烴、芳烴、烯烴、氨基酸、鹵化物、硫代化合物等。為研究生命起源提供重要信息。分型、型和型。 型其非揮發(fā)性組成代表了太陽(yáng)系星云的非揮發(fā)性元素豐度。,1.1.2 太陽(yáng)系化學(xué)成分,1.1.2.1 隕石的化學(xué)成分 二、隕石分類： 非球粒隕石（占隕石8%） 不含球粒，常比球隕石結(jié)晶粗得多,與地球上的火成巖相似, 可能由硅酸鹽熔體結(jié)晶而成。 貧鈣的（CaO03%）； 富鈣的（CaO3%以上），其中斜長(zhǎng)無(wú)球粒隕石和 古銅鈣長(zhǎng)無(wú)球粒隕石分布最廣。,1.1.2.1 隕

11、石的化 學(xué)成分 三、化學(xué) 成分： 球粒隕石 Si、H、 C、Na、 N、Mn、 K、Zn、 F、Cl,各類球粒隕石中某些元素的相對(duì)豐度（相對(duì)于Si=106時(shí)的原子比值） （據(jù).和.）,1.1.2.1 隕石的化學(xué)成分 三、化學(xué)成分,吉林隕石的平均化學(xué)成分 ： （重量） 類型為普通球粒隕石中的： H亞群高鐵群,（12）樣品數(shù)目 （歐陽(yáng)自遠(yuǎn)等，1979，貴陽(yáng)地化所）,1.1.2.1 隕石的化學(xué)成分 三、化學(xué)成分 ：規(guī)律性,1 太陽(yáng)系和地球系統(tǒng)的元素分布與分配 1.1 太陽(yáng)系及其化學(xué)成分 1.1.2 太陽(yáng)系化學(xué)成分,1.1.2.2 行星及月球的化學(xué)成分 一、行星物理學(xué)參數(shù)特征：,1.1.2.2 行星及

12、月球的化學(xué)成分 一、行星物理學(xué)參數(shù)特征：,4,1.1.2.2 行星及月球的化學(xué)成分 一、行星物理學(xué)參數(shù)特征：,內(nèi)行星金屬相與整體星球半徑的比例示意圖：水星0.8,金星0.53,地球0.55,火星0.4 （據(jù)趙倫山等，1998）,水,1.1.2.2 行星及月球的化學(xué)成分 一、行星物理學(xué)參數(shù)特征： 行星的內(nèi)部構(gòu)造：,1.1.2.2 行星及月球的化學(xué)成分 一、行星物理學(xué)參數(shù)特征： 行星大氣層特點(diǎn)： 類地行星較缺原始星云中的氣體如H、He等，而遠(yuǎn)日行星卻較富,行星大氣層的特點(diǎn),據(jù)涂光熾等資料匯編，1984,（續(xù)表）,1 太陽(yáng)系和地球系統(tǒng)的元素分布與分配 1.1 太陽(yáng)系及其化學(xué)成分 1.1.2 太陽(yáng)系化

13、學(xué)成分,1.1.2.2 行星及月球的化學(xué)成分 二、月球物理化學(xué)參數(shù)特征：,（一）月球基本情況： 自1969年7月20日阿婆羅11載人登月發(fā)射以來(lái)，共有七次發(fā)射，成功六次，有十三名宇航員登上月球，并在月球上生活近300小時(shí)，他們共帶回343磅月球巖石.目前，1：100萬(wàn)月地圖已完成. 1.質(zhì)量：7.3531025g； 2.體積：2.1191010(KM)3 ； 3.直徑：D = 3476KM ； 4.密度:d平均= 3.33g/(cm)3; 5.表面晝夜溫差：150; 6.內(nèi)部溫度：很低,與表面差不多； 7.月球重力1/6地球重力； 8.月球表面:無(wú)水、接近真空，低氧條件,不斷有隕石襲擊月面;

14、9.地貌：環(huán)形山、月海、高地,1.1.2.2 行星及月球的化學(xué)成分 二、月球物理化學(xué)參數(shù)特征： （一）月球基本情況：,10.月球主要營(yíng)力為隕石撞擊和極個(gè)別火山噴氣； 11.月巖內(nèi)含多種有機(jī)化合物和氨基酸,但無(wú)生命跡象. 12.月表無(wú)大氣,直接受太陽(yáng)風(fēng)轟擊.,產(chǎn)生系列宇宙成因核. 13.月球圈層構(gòu)造: 0-25 KM 上月殼；25-65 KM下月殼； 65-1000 KM 月幔；大于1000 KM 月核,1.1.2.2 行星及月球的化學(xué)成分 二、月球物理化學(xué)參數(shù)特征：,（二）月巖種類和成分： 月巖全部為火成巖，不含游離氧，不含水及OH-的礦物（如角閃石、黑云母） 月海巖石 Ca質(zhì)斜長(zhǎng)石 玄武巖或

15、顯微輝長(zhǎng)巖 單斜輝石 富TiO2、FeO、Cr 玄武質(zhì)熔巖 鈦鐵礦 Mn、Co、Ni、Ree 少量橄欖石 月海玄武巖不是原始分異的產(chǎn)物，而且月球形成后外殼冷凝分異時(shí)，受到小行星和隕石撞擊，使200KM表面巖石熔化，在隕石坑盆地中形成玄武質(zhì)熔巖-年齡38億年。,1.1.2.2 行星及月球的化學(xué)成分 二、月球物理化學(xué)參數(shù)特征：,（二）月巖種類和成分： 月球“高原”區(qū)： 斜長(zhǎng)巖 A含斜長(zhǎng)石比“月海”多得多 橄長(zhǎng)巖 年齡41-44億年。 為斜長(zhǎng)輝長(zhǎng)巖 蘇長(zhǎng)巖 輝長(zhǎng)巖 B克里普巖Kreep，地球上未見(jiàn)，是一種富鉀、稀土元素和磷的巖石。,1.1.2.2 行星及月球的化學(xué)成分 二、月球物理化學(xué)參數(shù)特征,（三

16、）月球元素豐度： A：月巖中元素的豐度 月巖中元素的豐度 （以數(shù)值級(jí)次表示）（據(jù)和綜合資料，1976）,B：月球主要元素豐度排序： O、Si、Fe Ca、Mg、Al、Ti S、Na、K、Cr、Mn 10% 10%1% 10.1%,1.1.2.2 行星及月球的化學(xué)成分 三、太陽(yáng)的化學(xué)成分：,通過(guò)測(cè)定太陽(yáng)光譜中不同波長(zhǎng)譜線強(qiáng)度，可得到太陽(yáng)表層元素的豐度： 氫和氦占據(jù)98%,太陽(yáng)表層的元素豐度（對(duì)Si=106原子的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值） （據(jù)Ross and Aller ，1976）,1.1.2.3 太陽(yáng)系化學(xué)成分及其特征,1.1.2.3 太陽(yáng)系化學(xué)成分及其特征,1.1.2.3 太陽(yáng)系化學(xué)成分及其特征,特征規(guī)

17、律：1.HHeONeNCSiMgFeS 2.H和He占據(jù)全部原子數(shù)目的98; 3.各元素豐度隨原子序數(shù)增大而呈指數(shù)下降;在Z大于45之后豐度 值 又相近； 4.原子序數(shù)為偶數(shù)的豐度大于相鄰的奇數(shù)者;中子數(shù)為偶數(shù)的同位素豐度大于相鄰的奇數(shù)者;質(zhì)量數(shù)為偶數(shù)的同位素豐度大于相鄰的奇數(shù)者 -奧多-哈根斯法則 5.四倍規(guī)則： 質(zhì)量數(shù)為4的倍數(shù)如O（A=16），Mg、S等 6.Li、Be、B豐度很低,虧損元素（核子結(jié)合能低，形成后易分解） ； 7.Fe和O過(guò)量（核子結(jié)合能最高，核子穩(wěn)定）; 8.原子序數(shù)(質(zhì)子數(shù))或中子數(shù)是“幻數(shù)”的元素豐度高:如氦、氧、鈣等： 2、 8、 14、 20、 28、 50、 82、 126 He 、O 、14Si(42) 、Ca 、Ni、 Sn 、 82Pb(208),1 太陽(yáng)系和地球系統(tǒng)