1、緒 論地球科學(xué)以自然物質(zhì)的組成及其各類運動形式為研究內(nèi)容。地球化學(xué)是地球科學(xué)中研究物質(zhì)成分的主干學(xué)科，以元素及其化學(xué)運動為研究對象，是地球科學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)科之一，是地球化學(xué)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，利用化學(xué)的方法研究地球中元素的含量、分布及化學(xué)變化的地質(zhì)科學(xué)。一、地球科學(xué)與地球化學(xué)1.地球科學(xué)地球科學(xué)簡稱地學(xué)，是數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、天文學(xué)、地學(xué)、生物學(xué)六大基礎(chǔ)自然科學(xué)之一。地球科學(xué)以地球為研究對象，包括環(huán)繞地球周圍的氣體(大氣圈)、地球表面的水體(水圈)、地球表面形態(tài)和固體地球本身。至于地球表面的生物體(生物圈)，由于其研究內(nèi)容廣、分支學(xué)科較多、且研究方法具有特殊性，因而已獨立成一門專門的基礎(chǔ)自然科學(xué)生物

2、學(xué)。但生物的起源與演化、生物體與生存的地球環(huán)境之間的關(guān)系也居于地球科學(xué)的研究范疇。現(xiàn)代地球科學(xué)有三門基本學(xué)科：地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)和地球化學(xué)。此外，還包括地理學(xué)、氣象學(xué)、水文學(xué)、海洋學(xué)、土壤學(xué)、環(huán)境地學(xué)等學(xué)科。2.地球化學(xué)1838年瑞士化學(xué)家Schönbein(申拜因)首次提出了“地球化學(xué)”這個名詞；1842年預(yù)言：“一定要有了地球化學(xué)，才能有真正的地質(zhì)科學(xué)?！钡厍蚧瘜W(xué)的定義：地球化學(xué)是研究地球及其子系統(tǒng)（含部分宇宙體）的化學(xué)組成、化學(xué)機制和化學(xué)演化的科學(xué)。1）從研究對象來看：是地球及其子系統(tǒng)（地殼、地殼及其自然作用體系（巖漿作用、沉積作用、變質(zhì)作用、成礦作用、表生作用、生態(tài)環(huán)境），目

3、前正在向宇宙天體拓展； 2）從研究形式來看：主要是元素和同位素在自然界的化學(xué)運動形式； 3）從研究時間來看：包涵了整個地球、地殼演化和全部地質(zhì)作用時期；對單個元素和同位素來講，是研究它們的發(fā)生、不斷發(fā)展及螺旋式演化的全部歷史。 為此，地球化學(xué)是地質(zhì)學(xué)與化學(xué)相結(jié)合的一門邊緣學(xué)科，但本質(zhì)上是隸屬地球科學(xué)3. 地球化學(xué)的學(xué)科屬性：化學(xué)的主要任務(wù)是闡明化學(xué)元素間的結(jié)合力和結(jié)合方式、嘗試合成新的化合物等；地球化學(xué)是通過應(yīng)用化學(xué)理論來闡明元素的在自然界的行為，并借此探索地球的奧妙，屬地球科學(xué)中的一個二級學(xué)科。地球化學(xué)的發(fā)展大致經(jīng)歷兩個主要階段，一是經(jīng)典地球化學(xué)階段，著重研究元素的豐度、分布和遷移，研究的手

4、段主要是無機化學(xué)、晶體化學(xué)和分析化學(xué)的方法；二是近代地球化學(xué)階段隨著各項技術(shù)的發(fā)展(宇航技術(shù)、高溫高壓實驗技術(shù)、核物理探測技術(shù)等)，地球化學(xué)的研究領(lǐng)域不斷擴展，隨著地球內(nèi)部和宇宙空間發(fā)展，形成了以研究地幔為對象的深部地球化學(xué)和研究隕石、月球、宇宙塵埃化學(xué)。除研究元素外，還發(fā)展了同位素研究，建立了同位素地球化學(xué)在研究手段上更加注意了物理化學(xué)、熱力學(xué)和動力學(xué)的理論和方法，發(fā)展了各種地球化學(xué)的模式研究，形成了地球化學(xué)全面發(fā)展的新時期。二、地球化學(xué)的基本問題1. 地球系統(tǒng)中元素及同位素的組成【靜態(tài)數(shù)量研究-不同地區(qū)不同人種的分布】：豐度與分配一種化學(xué)元素在某個自然體中的重量占這個自然體的全部化學(xué)元素總

5、重量（即自然體的總重量）的相對份額（如百分數(shù)），稱為該元素在自然體中的豐度。因此，元素豐度就是化學(xué)元素在一定自然體中的相對平均含量。同位素【雙胞胎】是具有相同原子序數(shù)的同一化學(xué)元素的兩種或多種原子之一,在元素周期表上占有同一位置,化學(xué)行為幾乎相同,但原子質(zhì)量或質(zhì)量數(shù)不同,從而其質(zhì)譜行為、放射性轉(zhuǎn)變和物理性質(zhì)(例如在氣態(tài)下的擴散本領(lǐng))有所差異。同位素的表示是在該元素符號的左上角注明質(zhì)量數(shù),例如碳14，一般用14C而不用C14.同位素在自然界中的豐度：指的是該同位素在這種元素的所有天然同位素中所占的比例。豐度的大小一般以百分數(shù)表示。人造同位素沒有豐度。周期表上所列的原子量實際上是各種同位素按豐度加

6、權(quán)的平均值，這是因為各種同位素在自然界中往往分布的比較均勻，取平均值計算比較準確。以原子百分數(shù)表示的地殼中某種元素各同位素的相對含量。例如，氧的同位素16O、17O、18O的原子百分數(shù)即同位素豐度（%）為99.76、0.04和0.20。自然界中氟、鈉、鋁、等21種元素都只有一個同位素，因此19F、23Na、27Al、的同位素豐度為100%。某元素的同位素豐度一般是固定的，可是用非常準確的同位素分析發(fā)現(xiàn)，元素的同位素豐度因來源不同而有某些出入，通常有一個暫定的平均值。如10B的豐度為20.316%19.098%，暫定平均值為20.0%，這種差異對輕元素較為明顯。同位素豐度有以下規(guī)律：原子序數(shù)在2

7、7號以前的元素中，往往有一種同位素的豐度占絕對優(yōu)勢。如14N為99.64%，15N為0.36%。大于27號的元素同位素的豐度趨向平均，如錫的10種天然同位素中（112，114，115，116，117，118，119，120，122，124Sn）豐度最大的是120Sn，為32.4%。原子序數(shù)為偶數(shù)的元素中，往往是偶數(shù)中子。元素的分配：探討元素在地球化學(xué)體系中（礦物）之間元素含量的變化與熱力學(xué)條件的依存關(guān)系，如根據(jù)火成巖中微量元素的含量來識別巖石的大類。2.元素的共生組合和賦存形式【靜態(tài)組合及方式-不同地區(qū)各種人種的數(shù)量和比例以及歷史與這些比例的關(guān)系】具有相同或相似遷移歷史和分配規(guī)律的各種元素在地

8、質(zhì)體中有規(guī)律的組合，稱為元素的共生組合。不同元素的存在形式各不相同。地質(zhì)內(nèi)部的各種原子的結(jié)合和存在形式不是任意的、靜態(tài)的，而是有條件的、變化的。它們受地質(zhì)作用物理化學(xué)狀態(tài)的控制，是隨著地質(zhì)歷史的變動而變化的。A早期處于原生還原環(huán)境的黃銅礦(獨立礦物形式)。B晚期由于O2、H2O等表生氧化環(huán)境最終氧化為可溶的CuSO4。C從黃銅礦變?yōu)榱蛩徙~是環(huán)境從還原狀態(tài)轉(zhuǎn)化為氧化狀態(tài)的指示劑。+ + 3. 元素的遷移和循環(huán)元素的重新組合常伴隨元素的空間位移及元素在系統(tǒng)不同部分狀態(tài)的轉(zhuǎn)化，稱為元素的地球化學(xué)轉(zhuǎn)移，元素的分布、分配、共生組合和分散、集中等特征，實質(zhì)上是自然界原子結(jié)合、轉(zhuǎn)化及遷移運動的結(jié)果和表現(xiàn)。地

9、質(zhì)現(xiàn)象： 銅、硫礦體產(chǎn)在花崗閃長斑巖的裂隙帶中； 礦體上方有一個硅化（礦化）碎裂頂蓋； 在地表3線剖面進行巖石地球化學(xué)測量； 其測定結(jié)果在礦體上方出現(xiàn)了Cu元素的低含量區(qū)。而在花崗閃長斑巖中卻出現(xiàn)了高值區(qū)。 原因分析：（1）銅、硫礦體上方的硬而脆的硅化碎裂頂蓋，其中裂隙發(fā)育，在地表氧化條件下（H2O、O2、CO2、有機酸.）。裂隙的原生黃銅礦等硫化物氧化分解，最終 CuFeS2氧化（H2O、O2.） CuSO4，CuSO4易溶于水，部分往下淋濾，（進入原生帶，還原成CuS），部分向兩側(cè)不斷遷移。Cu元素在表生條件下淋失了，形成現(xiàn)存的低值區(qū)。 （2）銅、硫礦體的圍巖是花崗閃長斑巖，其淺部由于巖體

10、中長石等礦物風(fēng)化形成了高嶺石等粘土礦物。取粘土礦物分析Cu的含量，高達10-3到10-4。Cu為什么富集在粘土礦物中呢？原來粘土礦物具陽離子交換反應(yīng)：w 粘土Ca2+ + Cu2+ + SO42-粘土Cu2+ + Ca2+ + SO42- 固 液 固 液分析：由于Cu2+主極化能力大于Ca2+，粘土礦物吸附Cu2+的能力大于Ca2+，為此高嶺土等粘土礦物吸附了大量銅離子，致使在風(fēng)化閃長斑巖中形成了Cu的高值區(qū)。這是Cu的表生作用地球化學(xué)行為所致。弄清楚了引起高值區(qū)的地球化學(xué)原因后，結(jié)合其他證據(jù)，我們即可布置鉆探工程（即忌將鉆探工程布置在Cu的高值區(qū)），這樣的研究還具有指導(dǎo)性找礦的實際意義。 4

11、. 地球的歷史與演化元素和同位素的遷移活動寓于地質(zhì)作用之中，地質(zhì)事件對微量元素的影響有可能跨越后期作用而被保留下來，因此同位素和微量元素組成上的變異能夠為揭示地質(zhì)作用提供直接的證據(jù)。1例如：白堊紀末期（6500萬年前）巨大的陸生恐龍和大量的海洋浮游生物在短期內(nèi)突然滅絕！是什么原因呢？2地球化學(xué)工作者從第三紀/白堊紀界面上1cm厚粘土中測出Ir元素突然增加了20 倍。 當(dāng)時保存下來化石的氧同位素成分測定其海水溫度突然上升，最高可達10。3事件的宏觀地質(zhì)體很難尋找到了，但事件的微觀蹤跡（微量元素、同位素）卻記錄下來了。 三、地球化學(xué)的研究思路和研究方法研究地球化學(xué)的科學(xué)思路：以化學(xué)、物理化學(xué)等基本

12、原理為基礎(chǔ)，以研究原子（包括元素和同位素）的行為為手段，來認識地球的組成、歷史和地球化學(xué)作用過程。那就是在地質(zhì)作用過程中形成宏觀地質(zhì)體的同時，還形成大量肉眼難以辨別的常量元素、微量元素及同位素成分組合的微觀蹤跡，它們包含著重要的定性和定量的地質(zhì)作用信息，只要應(yīng)用現(xiàn)代分析測試手段觀察這些微觀蹤跡以及宏觀的地球化學(xué)現(xiàn)象，便可深入地揭示地質(zhì)作用的奧秘。地球化學(xué)的研究方法：1.與地質(zhì)學(xué)有關(guān)的方法：對樣品的布局和采樣要求。明確的代表性：代表某一地質(zhì)作用的產(chǎn)物；代表某一成因的、某種產(chǎn)狀的地質(zhì)體；樣品盡量避免后期作用的疊加等。 樣品的系統(tǒng)性：為了從比較中說明問題，對研究對象在空間上、時間上、不同成因上的樣品

13、應(yīng)構(gòu)成一個系列。例如研究礦化特征，應(yīng)控制采集礦體、礦化、背景段的樣品；有如環(huán)境污染研究，對污染源、污染區(qū)、背景區(qū)的樣品進行系統(tǒng)采集 樣品的統(tǒng)計性：地球化學(xué)現(xiàn)象同其它地質(zhì)現(xiàn)象一樣具有統(tǒng)計性規(guī)律，要定量地描述地球化學(xué)規(guī)律必須用數(shù)理統(tǒng)計的方法，因為一兩個樣品難以有代表意義，必須由一組樣品構(gòu)成，一組樣品的數(shù)量根據(jù)研究對象復(fù)雜程度規(guī)模大小及測試方法的難易程度而定。2.與化學(xué)有關(guān)的方法：.“量”的測定，應(yīng)用精密靈敏的分析測試方法，以取得元素在各種地質(zhì)體中的含量值。.“質(zhì)”的研究，也就是元素結(jié)合形態(tài)和賦存狀態(tài)的研究 地球化學(xué)作用過程物理化學(xué)條件的測定和計算。 模擬地球化學(xué)過程，進行模擬實驗。四、地球化學(xué)的發(fā)

14、展史和發(fā)展方向幾位有重大貢獻的經(jīng)典地球化學(xué)家1.克拉克(FwC1arke，18471931)，地球化學(xué)的創(chuàng)始人之一從1884年美國地質(zhì)調(diào)查所成立起，克拉克即任主任化學(xué)師，1889年發(fā)表了“化學(xué)元素的dI對豐度”。他根據(jù)1091個分析數(shù)據(jù)，提出了19種元素在地殼中的平均百分含量，這是定量探討地殼化學(xué)組成的最早嘗試。1908年克拉克根據(jù)自己分析的大量數(shù)據(jù)寫出了地球化學(xué)資料，書中發(fā)表了世界上第一份關(guān)于地完中50種元素平均含量的總結(jié)資料，此書至今仍被國際上公認為經(jīng)典的地球化學(xué)著作。在以后的近20年中先后再版過5次。1924年發(fā)行的最后版本，雖然某些部分已經(jīng)過時，但其主體至今仍不失為有價值的重要參考資料

15、。1924年他祁華盛頓(Hswashi“8t。n)合作發(fā)表的“地殼的化學(xué)組成”一文，首先提出了61種元素在地完中的平均含量?？死擞?1年的時間，采用常規(guī)的化學(xué)方法，系統(tǒng)地分析了世界各大洲各類巖石、水和氣體的樣品，致力探討巖石圈、水圈和氣圈的平均化學(xué)成分，其中很多數(shù)據(jù)是他親手測定的。為了表彰克拉克對地球化學(xué)發(fā)展所作的貢獻，俄國地球化學(xué)家菲爾斯曼提議，把地殼中化學(xué)元素的平均含量稱為克拉克值。2. 戈爾施德密，挪威人*地球化學(xué)的奠基人之一。他研究了地球化學(xué)的諸多方面，包括：地球中化學(xué)元素的遷移、組合問題，提出了元素地球化學(xué)分類該分類至今仍是國際上公認的比較好的分類；提出了地球分圈層的假說，通過定量

16、光譜研究了許多元素的地球化學(xué)。符別突出的是他所從事的結(jié)晶化學(xué)方面的研究：1933年他總結(jié)提出了晶體化學(xué)第一定律；1937年他首先繪制出太陽系的元素豐度曲線。在他去世以后，他的部分研究成果由苗爾編輯成專著地球化學(xué)這本書被公認為地球化學(xué)的經(jīng)典著作。3. 菲爾斯曼，俄國人。菲爾斯曼的著作很多。在1934到1939年期間，他總結(jié)丁當(dāng)時積累的大量地球化學(xué)資料，寫成了四卷集地球化學(xué)巨著。歐美學(xué)者稱其為高產(chǎn)的著作家。1922年出版了他的俄羅斯地球化學(xué)，這是第一部區(qū)域地球化學(xué)著作。他對地球化學(xué)的各個領(lǐng)域都有論及，各種天然作用地球化學(xué)，尤其是結(jié)晶作用和生物地球化學(xué)；天然水的地球化學(xué)；個別地區(qū)的地球化學(xué)；結(jié)晶化學(xué)

17、；地球化學(xué)作用中的能量分折等等為使地球化學(xué)形成完整的科學(xué)體系，他不僅進行了系統(tǒng)面全面的理論概括，同時還是一位實踐家，他最早提倡地球化學(xué)找礦方法，并于1940年寫成地球化學(xué)及礦物學(xué)找礦方法，而且在其參與指導(dǎo)下找到了磷灰石礦和銅鎳礦。1912年，他第一次講授丁地球化學(xué)的大學(xué)課程。由于菲爾斯曼在地球化學(xué)發(fā)展的初期，為使原來的經(jīng)驗科學(xué)發(fā)展成為現(xiàn)代的理論科學(xué)有杰出貢獻人們自然把他謄為地球化學(xué)奠基人之一。地球化學(xué)的定義及研究范圍本世紀二十年代BH維爾納斯基(1922)給地球化學(xué)所下的定義是：“地球化學(xué)科學(xué)地研究地殼中的化學(xué)元素，即地殼的原于，在可能范圍內(nèi)也研究整個地球的原子。地球化學(xué)研究原子的歷史、它們在

18、空間上和時間上的分配和運動，以及它們在地球上的成因關(guān)系?！痹谕粫r期，AE費爾斯曼(1922)提出了與上述十分類似的定義：“地球化學(xué)研究地殼中化學(xué)元素原子的歷史及其在自然界的各種不同的熱力學(xué)與物理化學(xué)條件下的行為。”這兩個定義都強調(diào)地球化學(xué)研究地殼中元素的遷移規(guī)律和歷史，只是“在可能范圍內(nèi)”才擴大到整個地球。然而從三十年代vM戈爾德施密待(1933)開始，就把地球化學(xué)的研究擴大到整個地球。例如戈氏的定義為；“地球化學(xué)的主要目的，一方面是要定量地確定地球及其各部分的成分，另一方面是要發(fā)現(xiàn)控制各種元素分配的規(guī)律?！钡厍蚧瘜W(xué)與與研究地球物質(zhì)成分的礦物、巖石、礦床學(xué)和化學(xué)的關(guān)系：地球化學(xué)礦物學(xué)巖石學(xué)礦

19、床學(xué)化學(xué)研究對象全部化學(xué)元素與同位素原子的集合體礦物礦物的集合體巖石有用礦物的集合體礦石、礦床元素及化合物研究內(nèi)容元素在地球、地殼中演化活動的整個歷史只研究元素全部活動歷史過程中的某個階段，元素活動的某個“暫時”存在的形式元素及化合物的化學(xué)性質(zhì)及行為研究對象所處的空間位置地球、地殼地球、地殼實驗室從表中我們可以看到以下幾點：（1）地球化學(xué)是地質(zhì)學(xué)和化學(xué)相結(jié)合的一門邊緣學(xué)科； （2）研究地殼物質(zhì)成分的礦物學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué)等是地球化學(xué)的物質(zhì)基礎(chǔ)，目前正在向土壤、生物、環(huán)境方向拓展； （3）化學(xué)類的基礎(chǔ)學(xué)科（物理化學(xué)、膠體化學(xué)、化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動力學(xué)、量子化學(xué)等）是地球化學(xué)的理論基礎(chǔ)；（4）目前地

20、球化學(xué)研究的范圍主要是巖石圈、水圈、生物圈和大氣圈，并向深部（地幔、地核）及空間（宇宙天體）發(fā)展。第一章 太陽系和地球系統(tǒng)的元素豐度一、基本概念1、地球化學(xué)體系按照地球化學(xué)的觀點，我們把所要研究的對象看作是一個地球化學(xué)體系，每個地球化學(xué)體系都有一定的空間范圍，都處于特定的物理化學(xué)狀態(tài)（C、T、P等），并且有一定的時間連續(xù)性。這個體系可大可小。某個礦物包裹體，某礦物、某巖石可看作一個地球化學(xué)體系，某個地層、巖體、礦床（某個流域、某個城市）也是一個地球化學(xué)體系，從更大范圍來講，某一個區(qū)域、地殼、地球直至太陽系、整個宇宙都可看作為一個地球化學(xué)體系。2、有關(guān)豐度的概念豐度一種化學(xué)元素在某個自然體中的重

21、量占這個自然體的全部化學(xué)元素總重量（即自然體的總重量）的相對份額（如百分數(shù)），稱為該元素在自然體中的豐度。因此，元素豐度就是化學(xué)元素在一定自然體中的相對平均含量。如元素的地殼豐度，元素的地球豐度，元素的太陽系豐度等。如果這個自然體占據(jù)一個較小的空間位置時，習(xí)慣上稱為元素的平均含量。如花崗巖中元素的平均含量，某礦區(qū)中元素的平均含量等。豐度表示法元素豐度常用三種單位來表示，即重量單位、原子單位和相對原子單位。由于采用單位不同，元素豐度有下列三種名稱：（1.重量豐度，以重量單位表示的元素豐度，常用的級序有三種：重量百分數(shù)（wt），用于常量元素；克/噸（g/t）或ppm（parts per milli

22、on，10-6），用于微量元素；毫克/噸（mg/t）或ppb（parts per billion（十億），10-9），常用于超微量元素；微克/噸（g/t）或ppt（parts per trillion（萬億），10-12）。（2.原子豐度，以原子百分數(shù)（原子）表示的某元素在全部元素的原子總數(shù)中的分數(shù)。（3.相對豐度，常以原子數(shù)/106硅原子為單位。也有采用原子數(shù)/104硅原子或原子數(shù)/102硅原子為單位的。這種單位是取硅的原子數(shù)等于一百萬個（106）原子，并以此為基數(shù)，求出其他元素相對原子數(shù)。所以，這種單位實際上就是各種元素的原子數(shù)與一百萬個硅原子的比值。常用于宇宙元素豐度，所以又稱為宇宙豐度

23、單位，簡稱CAU.（Cosmic abundance unit）。選擇硅原子作為對比標準的原因是：1）硅元素在自然界中分布相當(dāng)廣泛，便于對比各種自然體系的豐度值；2）硅是形成不揮發(fā)的穩(wěn)定化合物的元素；3）硅在化學(xué)分析和光譜分析中，都是較易精確測定的元素。取硅原子為106時，絕大部分元素的相對原子數(shù)介于10610-4之間。在上述三種不同單位的元素豐度中，重量豐度是基本的，最常用的，原子豐度和相對豐度都可根據(jù)重量豐度換算取得。此外，在討論稀土元素或某些微量元素的地球化學(xué)問題時，還常用到一種所謂球粒隕石標準化豐度。它實際上是一種以球粒隕石作為背境值的豐度系數(shù)值。主要用來圖解處理，可以構(gòu)筑稀土元素豐度

24、系數(shù)一原子序數(shù)曲線圖解。構(gòu)筑這種圖解的目的是消除普遍存在于稀土元素中的奇偶效應(yīng)，以便將微小的分異變化在圖上顯示出來。這種豐度表示法在微量元素地球化學(xué)中還要作詳細討論。目前已建立的元素豐度體系與元素豐度有關(guān)的幾個名詞的說明：（1.克拉克值： 是地殼中元素重量百分數(shù)的豐度值。這是為了表彰克拉克在這方面所作的卓越貢獻，由費爾斯曼提議而命名的。（2.區(qū)域克拉克值：是指地殼以下不同構(gòu)造單元中元素的豐度值。如地盾區(qū)地殼元素豐度值。（3.豐度系數(shù)：是指某一自然體的元素豐度與另一個可作為背景的自然體的元素豐度的比值，因為豐度體系是多層次的，所以豐度系數(shù)也是多層次的，如以地球豐度為背境，則地殼中該元素的豐度系數(shù)

25、定義為K1=地殼豐度/地球豐度。如以地殼豐度為背境，則全球陸地地殼的該元素豐度系數(shù)定義為K2=陸地地殼豐度/地殼豐度。依次類推。當(dāng)K1時，稱為富集，當(dāng)K1時，稱為貧化。因此，豐度系數(shù)可用來指示元素的富集和貧化及其程度。3.豐度與分布元素在一個體系中的分布，特別是在較大體系中的分布包含兩層含義：元素的相對含量（平均含量）= “豐度”；元素含量的不均一性（分布離散特征數(shù)、分布所服從統(tǒng)計模型）。體系中元素的豐度值實際上只能對這個體系里元素真實含量的一種估計，它只反映了元素分布特征的一個方面，即元素在一個體系中分布的一種集中（平均）傾向；4. 地球化學(xué)研究中常用的含量單位 絕對含量單位 相對含量單位

26、T 噸 % 百分之. ×10-2 Kg 千克 千分之. ×10-3 g 克 mg 毫克 mg(g) 微克 ppm,g/g,mg /g,g/T, 百萬分之一 ×10-6 ng 毫微克 ppb, ng/g, 十億分之一 ×10-9 pg 微微克 ppt, pg/g 萬億分之一 ×10-12 5. 太陽系的組成（1）.太陽系：太陽，行星，行星物體（宇宙塵、彗星、小行星），衛(wèi)星。其中太陽的質(zhì)量占太陽系質(zhì)量的99.8，其它占0.2。（2）.九大行星分類： 地球組行星也稱類地行星：地球、水星、金星和火星木星組也稱類木行：星 巨行星：木星和土星 遠日行星：天

27、王星、海王星和冥王星。類地行星離太陽近，表面溫度高，自轉(zhuǎn)周期長，公轉(zhuǎn)周期短且速度快，體積小，質(zhì)量小，密度大，衛(wèi)星少。類木行星離太陽遠，表面溫度低，自轉(zhuǎn)周期短，公轉(zhuǎn)周期長且速度慢，體積大，質(zhì)量大，密度小，衛(wèi)星多。距太陽由近到遠依次是：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星。二、元素在太陽系中的分布規(guī)律1.估算復(fù)雜系統(tǒng)總體化學(xué)組成的方法：a.主體代表整體：如用太陽的組成代表太陽系的組成，巖漿巖的平均化學(xué)成分代表地殼的平均化學(xué)成分。b.加權(quán)平均：用上、中、下地殼的組成求整體地殼的化學(xué)組成c.擬定模型：如用隕石對比法求地球的化學(xué)組成2.獲取元素宇宙豐度的途徑：a.直接采樣 如測定巖

28、石、各類隕石、月巖、月壤和火星樣品。美國的阿波羅登月采集了月巖和月壤的樣品；1997年的“探路者”號、“勇敢者”號、“機遇”號，測定了火星巖石的成分。b.光譜分析：存在局限性，有些元素產(chǎn)生的輻射波長小于2900，通過大氣層時被吸收而觀察不到；光譜產(chǎn)生于表面，只能代表表面成分。c.利用宇宙飛行器分析測定星云和星際間物質(zhì)及研究宇宙射線d.由物質(zhì)的物理性質(zhì)與成分的對應(yīng)關(guān)系推算。如對行星組成的研究。3.隕石的化學(xué)成分a.隕石的定義及研究意義隕石是從星際空間降落到地球表面上來的行星物體的碎片。隕石是空間化學(xué)研究的重要對象，具有重要的研究意義： 它是認識宇宙天體、行星的成分、性質(zhì)及其演化的最易獲取、數(shù)量最

29、大的地外物質(zhì)； 也是認識地球的組成、內(nèi)部構(gòu)造和起源的主要資料來源； 隕石中的60多種有機化合物是非生物合成的“前生物物質(zhì)”，對探索生命前期的化學(xué)演化開拓了新的途徑； 可作為某些元素和同位素的標準樣品（稀土元素，鉛、硫同位素）。 b.隕石的分類：以隕石中金屬含量為依據(jù)（見表1.2隕石的基本分類）隕石主要是由鎳-鐵合金、結(jié)晶硅酸鹽或兩者的混合物所組成，按成份分為三類： 1）鐵隕石（siderite）主要由金屬Ni, Fe（占98%）和少量其他元素組成（Co, S, P, Cu, Cr, C等）。鐵隕石主要由二種礦物組成，即鐵紋石和鎳紋石，這類隕石平均含金屬98主要為鎳鐵合金，鎳含量在4一30之間。

30、除金屬礦物外，一般還有副礦物，如隕硫鐵(Frs)、磷鐵鎳鈷礦及石墨等這些付礦物呈小團塊散布在金屬中根據(jù)礦物晶體結(jié)構(gòu)和NiFe比值，鐵隕石一般又可劃分成六而體式隕鐵、八面體式隕鐵和富鎳中隕鐵隕石三個亞類也可根據(jù)微量元素參數(shù)法劃分成13個化學(xué)群、包括11個巖漿型和2個非巖漿型兩大類 2）石隕石（aerolite）主要由硅酸鹽礦物組成（橄欖石、輝石）。這類隕石可以分為兩類，即決定它們是否含有球粒硅酸鹽結(jié)構(gòu)，分為球粒隕石和無球粒隕石。 石隕石(AeroUre)主要由硅酸鹽礦物組成。根據(jù)是否含球?？煞譃榍蛄ｋE石和無球粒隕石兩個亞類球粒隕石(Chondrite)是各類隕石中最常見的隕石類型其最大特點是含有

31、球體，具有球粒構(gòu)造。球粒一般由橄欖石和斜方輝石組成，按球粒間的基質(zhì)常由鎳鐵、隕硫鐵、斜長石、橄攬石、輝石等組成。按照球粒隕石的化學(xué)和礦物組成球粒隕石可分成E群(頑火輝石球粒隕石)、O群(普通球粒隕石)和C群（碳質(zhì)球粒隕石）等三大群。其中普通球粒隕石又可劃分為H型（高鐵的普通球粒隕石），L群（低鐵群普通球粒隕石），LL群（低鐵低金屬普通球粒隕石）。這些隕石大都是石質(zhì)的，但也有少部分是碳質(zhì)。碳質(zhì)球粒隕石有一個典型的特點：含有碳的有機化合分子，并且主要由含水硅酸鹽組成。它對探討生命起源的研究和探討太陽系元素豐度等各個方面具有特殊的意義。由于Allende碳質(zhì)球粒隕石的元素豐度幾乎與太陽中觀察到的非揮

32、發(fā)性元素豐度完全一致，碳質(zhì)球粒隕石的化學(xué)成分已被用于估計太陽系中非揮發(fā)性元素的豐度。3) 鐵石隕石（sidrolite）由數(shù)量上大體相等的Fe、Ni和硅酸鹽礦物組成（過渡類型），按兩相比例可劃分為：橄欖隕鐵和中鐵隕石，根據(jù)兩相比例可進一步劃分出橄欖隕鐵、中隕鐵、古英鐵鎳隕石和古銅橄欖隕鐵四個亞類。隕石的主要礦物組成：Fe、Ni合金、橄欖石、輝石等。隕石中共發(fā)現(xiàn)140種礦物，其中39種在地球（地殼淺部）尚未發(fā)現(xiàn)。如褐硫鈣石CaS，隕硫鐵FeS。這說明隕石是在缺水、氧的特殊物理化學(xué)環(huán)境中形成的。c.隕石形成的假說1) 由一個富金屬的核和一個硅酸鹽外層的行星體破裂后分異而來，“一個母體形成隕石”2)

33、不同隕石形成于不同行星母體d.隕石中的有機質(zhì)（碳質(zhì)球粒隕石中發(fā)現(xiàn)60多種）來源1) 在還原態(tài)的原始大氣下合成2) 太陽星云凝聚晚期由CO，H2催化合成。e）隕石的化學(xué)成分要計算隕石的平均化學(xué)成分必須要解決兩個問題：首先要了解各種隕石的平均化學(xué)成分；其次要統(tǒng)計各類隕石的比例。各學(xué)者采用的方法不一致。戈爾德施密特（V.M.Goldschmidt）采用硅酸鹽：鎳-鐵：隕硫鐵=10：2：1的比例來計算隕石的平?jīng)Q化學(xué)成分，結(jié)果如下：元素OFeSiMgSNiAl%32.3028.8016.3012.302.121.571.38CaNaCrMnKTiCoP1.330.600.340.210.150.130.

34、120.11f）結(jié)論：從表中我們可以看到O、Fe、Si、Mg、S、Ni、Al、Ca是隕石的主要化學(xué)成分。   根據(jù)對世界上眾多各類隕石的研究，對隕石成分的看法還不甚一致，但以下一些基本認識是趨于公認的： 它們來自某種曾經(jīng)分異成一個富金屬核和一個硅酸鹽包裹層的行星體，這種天體的破裂就導(dǎo)致各類隕石的形成； 石隕石與地球上的基性、超基性火山巖礦物組成和化學(xué)成分相似，鐵隕石與地核的化學(xué)成分相似，隕石的母體在組成上、核結(jié)構(gòu)上與地球極為相似； 各種隕石分別形成于不同的行星母體，因為各類隕石具有不同的年齡及成分差異和氧同位素比值的不同； 隕石的年齡與地球的年齡相近（隕石利用鉛同位素求得的

35、年齡是45.5±0.7億年； 隕石等地外物體撞擊地球，將突然改變地表的生態(tài)環(huán)境誘發(fā)大量的生物滅絕，構(gòu)成了地球演化史中頻繁而影響深遠的突變事件，為此對探討生態(tài)環(huán)境變化、古生物演化和地層劃分均具有重要意義。4.行星的化學(xué)成分（本部分內(nèi)容以自學(xué)為主）行星表面溫度較低，因而缺乏原子光譜的激發(fā)條件，這排斥了應(yīng)用光譜測定其成分的可能?，F(xiàn)在對于行星化學(xué)成分的了解都是通過間接方法獲得的。因此，目前關(guān)于行星化學(xué)成分的知識還是極貧乏的。主要掌握三個規(guī)律：1) 內(nèi)行星愈靠近太陽，它的金屬含量越高；2) 地球和金星的化學(xué)成分可能十分接近，它們有很相似的直徑和平均密度；3) 由火星和月球的平均密度來看，它們在

36、化學(xué)成分上屬同一類天體。5.太陽系元素豐度規(guī)律太陽是熾熱氣態(tài)物質(zhì)的球體，其直徑為1,391,000公里，質(zhì)量等于1.983×1033克，相當(dāng)于地球質(zhì)量的333,434倍。太陽的表面溫度達6000K，密度為1.41克/厘米3。有關(guān)太陽系元素的豐度估算各類學(xué)者選取太陽系的物體是不同的。有的主要是根據(jù)太陽和其它行星光譜資料及隕石物質(zhì)測定；有的根據(jù)I型球粒隕石，再加上估算方法不同，得出的結(jié)果也不盡相同，表1.8列出了GERM（1998）的太陽系元素豐度（單位：原子數(shù)/106Si原子）對于表1.8的評價：首先這是一種估計值，是反映目前人類對太陽系的認識水平，這個估計值不可能是正確的，隨著人們對

37、太陽系以至于宇宙體系的探索的不斷深入，這個估計值會不斷的修正；它反映了元素在太陽系分布的總體規(guī)律，雖然還是很粗略的，但從總的方面來看，它反映了元素在太陽系分布的總體規(guī)律。如果我們把太陽系元素豐度的各種數(shù)值先取對數(shù)，隨后對應(yīng)其原子序數(shù)作出曲線圖（如圖1.3）時，我們會發(fā)現(xiàn)太陽系元素豐度具有以下規(guī)律：（1）H和He是豐度最高的兩種元素。這兩種元素的原子幾乎占了太陽中全部原子數(shù)目的98。太陽系元素豐度遞減規(guī)律：H>He>O>Ne>N>C>Si>Mg>Fe>S。（2）原子序數(shù)較低的范圍內(nèi)，元素豐度隨原子序數(shù)增大呈指數(shù)遞減，而在原子序數(shù)較大的范圍內(nèi)（

38、Z45）各元素豐度值很相近。（3）奧多-哈根斯法則：原子序數(shù)為偶數(shù)的元素其豐度大大高于相鄰原子序數(shù)為奇數(shù)的元素。具有偶數(shù)質(zhì)量數(shù)（A）或偶數(shù)中子數(shù)（N）的核素豐度總是高于具有奇數(shù)質(zhì)量數(shù)（A）或中子數(shù)（N）的核素。這一規(guī)律也稱奇偶規(guī)律。（4）質(zhì)量數(shù)為4的倍數(shù)（即粒子質(zhì)量的倍數(shù)）的核素或同位素具有較高豐度。此外，還有人指出原子序數(shù)（Z）或中子數(shù)（N）為“約數(shù)”（2、8、20、50、82和126等）的核素或同位素豐度最大。例如，4He（Z=2，N=2）、16O（Z=8，N=8）、40Ca（Z=20，N=20）和140Ce（Z=58，N=82）等都具有較高的豐度。（5）Li、Be和B具有很低的豐度，屬于

39、強虧損的元素，而O和Fe呈現(xiàn)明顯的峰，它們是過剩元素。深入分析：通過對上述規(guī)律的分析，人們認識到在元素豐度與原子結(jié)構(gòu)之間存在著某種固定的關(guān)系。（1）與元素的原子結(jié)構(gòu)有關(guān)。原子核由質(zhì)子和中子組成，其間既有核力又有庫侖斥力，但中子數(shù)和核子數(shù)比例適當(dāng)時，核最穩(wěn)定，而具有最穩(wěn)定原子核的元素一般分布最廣。在原子序數(shù)（Z）小于20的輕核中，中子（N）/質(zhì)子（P）1時，核最穩(wěn)定，為此可以說明4He（Z=2，N2）、16O（Z=8，N=8）、40Ca（Z=20，N=20）等元素豐度較大的原因。（2）與元素形成的整個過程有關(guān)。H和He豐度占主導(dǎo)地位和Li、Be和B等元素的虧損時與元素的起源和形成的整個過程等方面

40、來分析。例如，根據(jù)恒星合成元素的假說，在恒星高溫條件下，可以發(fā)生原子（H原子核）參加的熱核反應(yīng)，最初時刻H的“燃燒”產(chǎn)生He，另外在熱核反應(yīng)過程中Li、Be和B迅速轉(zhuǎn)變?yōu)镠e的同位素42He，為此在太陽系中Li、Be和B等元素豐度偏低的原因可能是恒星熱核反應(yīng)過程中被消耗掉了。 6.太陽系元素起源在最初某一時刻，由質(zhì)子(氫的原于核)組成的氣體因萬有引力作用而被向一處吸引。然后，質(zhì)子云發(fā)生凝聚而收縮，伴隨著收縮過程就釋放出大量引力位能，引起溫度的升高。當(dāng)溫度上升到大約一百萬度絕對溫度時，氫原于核的聚變就能發(fā)生，并產(chǎn)生出氦（He）：1H11H11H2e1H21H12He32He32He32He421

41、H1在合成氦原子核的過程中不僅釋放出能量，同時還釋放出正電子，達就導(dǎo)致中子的形成，后者又產(chǎn)生出電子。這種最初的過程是發(fā)生在一個主序恒星中(a Main Sequence Star )。由于有能量釋放，星體的收縮就暫停下來，直到其中的氫核全部耗盡為止。然后，冷卻了的星體再次收縮、變熱和膨脹而進入紅巨星階段，后者的核心由氦核組成，而溫反達到106K。進一步的核聚變(氦聚變)發(fā)生了，結(jié)果形成一些穩(wěn)定的和不穩(wěn)定的原子核。例如：32He46C12，更多的氦核同這些碳核在一起發(fā)生聚變，就導(dǎo)致8O16、10Ne20、12Mg24的形成。繼續(xù)冷卻、收縮和膨脹又引起上述剛形成的那些核類的聚變，這就可產(chǎn)生出原子序

42、數(shù)達26（鐵)的所有元素的原子核。在這個階段，某些元素不能形成，它們主要是Li、Be、B(在有質(zhì)子參加的熱核反應(yīng)環(huán)境中，它們迅速站交為2He4)。到了這個時刻，恒星就已耗盡其內(nèi)部的能量而變得不穩(wěn)定，即進入超新星階段。超新星可以發(fā)生強烈爆炸，將這些較重的元素拋入太陽系或宇宙空間。太陽系或宇宙元素豐度的規(guī)律的重大意義現(xiàn)在就明顯地顯示出來了。三、地球的結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分 由于缺乏直接研究地球深部物質(zhì)的方法和手段，目前人們關(guān)于地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)和物質(zhì)成分的觀念都是依據(jù)間接資料建立起來的，因此，這些認識基本上還是屬于假說性的，而且存在的爭論很多。1.地球的結(jié)構(gòu)和各圈層的組成；地球具有圈層結(jié)構(gòu)：地殼、地幔和地核2.

43、地球元素豐度研究方法；1) 隕石類比法：直接利用隕石的化學(xué)成分，經(jīng)算術(shù)平均求出地球的元素豐度。計算的假設(shè)條件：隕石在太陽系形成；隕石與小行星帶的物質(zhì)成分相同；隕石是已破碎了的星體碎片；產(chǎn)生隕石的星體，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和成分與地球類似。采用單隕石類比法求出的地球化學(xué)成分鐵的豐度明顯偏低。2) 地球模型和隕石的類比法 在一定的地球模型的基礎(chǔ)上求出各圈層的質(zhì)量及比值，然后選擇隕石類型或隕石相的化學(xué)成分來代表各圈層的元素豐度，最后用質(zhì)量加權(quán)平均法求整個地球的元素豐度。3) 地球物理類比法，也稱層殼模型物理類比法。采用的地球元素豐度盡可能立足于地球自身的物質(zhì)成分和物性模擬實驗的基礎(chǔ)上。3.地球元素豐度及其規(guī)律

44、：地球物質(zhì)的90%由Fe、O、Si、Mg四種元素組成；含量大于1的元素還有Ni、Ca、Al；S、Na、K、Cr、Co、P、Mn和Ti的含量均在0.011%范圍；以上共15中。元素豐度遞減規(guī)律：Fe>O> Si > Mg >Ni> Ca > Al > S >Co>Na4.地球的形成和早期分異（埃爾薩塞假說）：原始地球形成經(jīng)歷一段時期后，在其內(nèi)部大約幾百公里深度溫度達到了金屬鐵的熔點，游離鐵發(fā)生熔融并逐漸匯聚成液態(tài)鐵層。由于液態(tài)鐵的密度大于硅酸鹽，液態(tài)烴層就向地球的中心下沉，形成地核。在熔鐵向中心不對稱下沉?xí)r，導(dǎo)致較輕的硅酸鹽發(fā)生不對稱上升和遭

45、受部分熔融，部分熔融的物質(zhì)上升并形成地殼。因此地殼是三大層圈中最年輕的成員（<42億年）。5、地殼的化學(xué)組成 地殼分為大陸地殼、大洋地殼。大陸占地球表面積的42%，大陸地殼的的質(zhì)量占整個地殼質(zhì)量的79%。大陸地殼豐度是地球各層圈中研究最詳細和較正確的。 大陸地殼由演化的、低密度的巖石組成，使大陸地殼高于海平面，大陸地殼的這種演化的成分在太陽系是獨一無二的，使陸地生物空前繁榮。另外，大陸地殼的化學(xué)組成和演化機制是認識地球總體成分、分異演化和地球動力學(xué)過程的基本化學(xué)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(xué)組成的研究自地球化學(xué)學(xué)科誕生以來一直是研究的中心問題之一。1)

46、大陸地殼化學(xué)組成的研究方法 巖石平均化學(xué)組成法：用主體代表整體，他們的思路是在地殼上部16公里范圍內(nèi)（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，5%沉積巖（4%的頁巖，0.75%的砂巖，0.25%的灰?guī)r），且沉積巖是巖漿巖派生的，因此認為巖漿巖的平均化學(xué)成分實際上可以代表地殼的平均化學(xué)成分。具體做法：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； 對53種元素進行了定量的化學(xué)分析； 其樣品的數(shù)量相當(dāng)于這些樣品在地球表面分布面積的比例；計算時用算術(shù)平均求出整個地殼的平均值。他們的工作具有重大的意義： 開創(chuàng)性的工作，為地球化學(xué)發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)；代表

47、陸地區(qū)域巖石圈成分，其數(shù)據(jù)至今仍有參考價值。2）其它方法：細粒碎屑沉積巖法；大陸地殼生長歷史法；大陸地殼剖面法；區(qū)域大規(guī)模取樣和分析；火山巖中的深部地殼包體研究法；地球物理法。3）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(jié)構(gòu)模型來考慮；其次沒有考慮巖石組成隨深度和構(gòu)造單元的變化。4) 大陸地殼的結(jié)構(gòu)和組成.地殼中元素的豐度特征：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%，比豐度最小的元素Rn為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

48、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。地殼、整個地球和太陽系元素豐度排序?qū)Ρ龋?太陽系：H>He>O> C, N > Ne > Mg, Si> 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

49、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？w 由宇宙化學(xué)體系形成地球的演化（核化學(xué)）過程中必然伴隨著氣態(tài)元素的逃逸。而地球原始的化學(xué)演化（電子化學(xué)）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。 w 由此可見地殼元素得豐度取決于兩個方面的原因: 元素原子核的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性；宇宙物質(zhì)形成地球得整個演化過程中物質(zhì)得分異。 w 總之，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(nèi)元素演化歷史的最終結(jié)果。大陸地殼的結(jié)構(gòu)特征：

50、A大陸地殼的整體平均厚度為37km，上地殼平均厚度為12km，中地殼厚度為11km，下地殼厚度為14km；B 隨溫度增加，溫度和壓力增大、變質(zhì)程度升高，不同深度的巖石對應(yīng)不同的變質(zhì)相，上地殼：綠片巖相和未變質(zhì)的巖石（沉積巖和花崗巖）；中地殼：英云閃長奧長花崗花崗質(zhì)片麻巖為主的角閃巖相巖石下地殼：麻粒巖相巖石組成 C 大陸地殼與原始地幔相比顯示出明顯地富集大離子親石元素和輕稀土元素，明顯地虧損Nb和Ti并顯著富集Pb，具有島孤巖漿巖的特征。6.地殼化學(xué)成分和元素克拉克值的地球化學(xué)意義： 1) 大陸地殼的化學(xué)組成對地幔分異的指示 大陸地殼是通過地幔部分熔融的巖漿向上侵入或噴出形成的，部分熔融形成地

51、殼后殘余的地幔部分就是現(xiàn)在貧化或虧損的地幔。將大陸地殼的元素豐度對原始地幔標準化后的比值可定量衡量元素的相容性。 2) 地殼元素豐度在元素地球化學(xué)行為研究中的意義（詳細）A 控制元素的地球化學(xué)行為 元素的克拉克值在某種程度上影響元素參加許多化學(xué)過程的濃度，從而支配元素的地球化學(xué)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)。B 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

52、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% ）。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。 C 可以為闡明地球化學(xué)?。▓觯┨卣魈峁藴剩豪缭跂|秦嶺地區(qū)進行區(qū)域地球化學(xué)研究表明：東秦嶺是一個富Mo貧Cu的地球化學(xué)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(xué)背景，有利于形成Mo成礦帶。 Mo地殼豐度1

53、×10-6，東秦嶺Mo區(qū)域豐度2.3×10-6， Mo的地球化學(xué)省。 又如：克山病病區(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(dǎo)致人體Mo低水平。D限制了自然體系的狀態(tài)和對元素親氧性和親硫性的限定實驗室條件下可以對體系賦予不同物理化學(xué)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。 在實驗室條件下，化合物組成的劑量可以任意調(diào)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

54、硫鈣石）E 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(zhì)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(zhì)體中集中了濃度克拉克值1意味該元素在地質(zhì)體中分散了區(qū)域濃度克拉克值=某元素在區(qū)域內(nèi)某一地質(zhì)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的能力，Sb銻和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。第二章 元素的結(jié)合規(guī)律與賦存形式 從前一章的論述中，我們已經(jīng)了解到各類隕石、隕石中的主要相(鎳一鐵相、硫化物和硅酸鹽相)、各類巖石、礦石和礦物等都具備不同

55、的化學(xué)成分，它們反映出自然界各元素的共生組合規(guī)律。在這樣的基礎(chǔ)上必然會提出以下諸問題：為什么在不同的自然對象中會出現(xiàn)各自獨特的元素組合?為什么某些元素傾向集中于硅酸鹽相中，而另外的元素則傾向富集于硫化物相或鎳一鐵相中？以及為什么某些元素總是互相緊密共生，而另外一些元素則很少彼此相伴出現(xiàn)呢?這些都涉及到元素在自然條件下的結(jié)合規(guī)律問題，并同元素及由元素組成的分子和晶體的性質(zhì)緊密相關(guān)。此外還與元素的豐度有關(guān)，因為豐度約束了濃度，而化學(xué)反應(yīng)又受制于濃度，元素的結(jié)合規(guī)律與賦存形式又受制于豐度。2.1 元素的結(jié)合規(guī)律和自然體系及自然作用產(chǎn)物的特征1.地球化學(xué)體系的特征 1) 溫度、壓力等條件的變化幅度有限

56、-801800攝氏度 0.0n1010Pa（十萬個大氣壓），在實驗室條件下可從0 K到5×104，壓力可從真空到120萬個大氣壓。 2) 多組分的復(fù)雜體系 92種元素和354種核素，但濃度（豐度）相差懸殊，而化學(xué)反應(yīng)受制于濃度，因此制約了某些化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生；此外陰離子陽離子，制約了某些元素的結(jié)合方式。 3) 體系是開放的，體系不斷進行物質(zhì)與能量交換，地球化學(xué)作用具有分階段單向演化的特征；化學(xué)反應(yīng)受動力學(xué)和熱力學(xué)控制，自然作用過程具有不可逆性和不徹底性。2. 自然過程產(chǎn)物的特征 1) 自然穩(wěn)定的化合物和單質(zhì)的種類有限；礦物總數(shù)大約7大類、200族數(shù)、3000多種。 2) 元素形成自然分類組合的化合物系列，形成特征各異的有規(guī)律的共生元素組合； 3) 自然界形成的化合物（礦物）都是不純的，每一種礦物都構(gòu)成一個成分復(fù)雜、含量變化的混合物系列。3.元素結(jié)合規(guī)律的微觀控制因素：（1）體系的組成（系統(tǒng)的元素豐度）：體系中各元素間存在豐度的差異，使元素間的結(jié)合有一定的傾向性。（2）體系狀態(tài)的穩(wěn)定性：體系的