第一章

太陽系和地球系統(tǒng)元素的豐度

(

Part

Ⅰ)7/25/20231

大事件宇宙大爆炸：約137億年前

銀河系：約100億年前

太陽系：約50億年前地球和月球：約45億年前大氣和海洋：約43.5億年前宇宙大爆炸最初15億年創(chuàng)世大爆炸原因

t=100億度(c)

體積極小質(zhì)量極大宇宙的終結(jié):

220億年(?)以后“暗能力”--大爆炸人類在225萬年后絕滅?

地球繞太陽的軌道每隔

250萬年左右變動將使地球進(jìn)入超寒冰河時代

——

約翰法恩登

《地球百科》

1998

7/25/20232a超新星爆炸b-c引力塌陷d物質(zhì)碰撞--結(jié)晶

--繞日旋轉(zhuǎn)e最初均質(zhì)地球表面為巖漿海f斜向受撞--產(chǎn)生月球g內(nèi)部分異--導(dǎo)致核幔h受大規(guī)模隕石撞擊形成大氣與海洋i38億年前隕石激烈撞擊末期地球變冷地幔對流出現(xiàn)生命化學(xué)印記

地球起源

——

距今38億年以前

月球年齡45.27億年

182W20051125science7/25/20233有水氣有生命有陸殼陸殼

厚20~60km平均39km安山質(zhì)成分質(zhì)量的40~100%形成于太古代(據(jù)TDM)形成于39.6億年前（據(jù)加拿大Acasta片麻巖洋殼＜2億年）,生長速率1.65km3/y相當(dāng)于消減帶物質(zhì)返回地幔的速率,即1.3~1.8km3/y

亞當(dāng)夏娃AdamEve獨(dú)一無二的地球

《創(chuàng)造亞當(dāng)》米開朗基羅15087/25/20234認(rèn)識太陽系和地球系統(tǒng)的物質(zhì)組成，對研究太陽系及地球的成因和元素的起源具有重要意義，也為理解地球形成以后的演化、地球各圈層的發(fā)展及元素的遷移和分配規(guī)律提供必要的基礎(chǔ)。7/25/20235太陽系和地球的傾向性認(rèn)識太陽系的化學(xué)元素起源于6.2~7.7Ga以前；行星（包括地球）的形成則在4.57±0.0310Ga以前，并且整個形成過程可能是在較短的時間間隔內(nèi)完成的；地球上第一次出現(xiàn)生命物質(zhì)的時間大約在3.5Ga以前；人類的出現(xiàn)僅有2.0Ma的歷史；7/25/20236在經(jīng)典地質(zhì)學(xué)中較詳細(xì)研究過的地質(zhì)時代僅為地球整個歷史的最后0.6Ga。雖然地球歷史應(yīng)當(dāng)包括地質(zhì)時代更為古老、時間更為悠久的前寒武紀(jì)(長達(dá)約4.0Ga)，但是元素在地質(zhì)歷史之前，就已經(jīng)歷了漫長的演化和分異過程太陽系和地球中元素的原始分布狀態(tài)必然會深刻地影響著后來的地質(zhì)歷史時期中的地球化學(xué)過程。7/25/202371太陽系和地球系統(tǒng)元素的豐度1.1

太陽系的組成及其元素豐度1.2地球的結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分1.3地殼的化學(xué)組成7/25/202381.1

太陽系的組成及其元素豐度1.1.1

概念/術(shù)語1.1.2

太陽系的組成1.1.3

獲取宇宙元素豐度的途經(jīng)1.1.4

隕石的化學(xué)成分及其分類1.1.5

行星和月球的化學(xué)成分1.1.6

太陽的化學(xué)成分1.1.7

星際物質(zhì)和宇宙射線的化學(xué)成分1.1.8

太陽系的元素豐度及元素的起源7/25/202391.1.1常用術(shù)語1、地球化學(xué)體系按照地球化學(xué)的觀點(diǎn)，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，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)。7/25/2023102、元素的分布和豐度元素分布，一般指的是元素在這個體系中的相對含量（平均含量）和元素在體系中的離散程度。體系中元素的相對含量是以元素的平均含量來表示的，即元素的“豐度”?！胺植肌北取柏S度”具有更廣泛的涵義。7/25/202311體系中元素的豐度值實(shí)際上只能對這個體系里元素真實(shí)含量的一種估計(jì)，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。7/25/202312①元素的相對含量（平均含量）=豐度；②元素含量的不均一性（分布離散特征數(shù)、分布所服從的統(tǒng)計(jì)模型）。進(jìn)一步理解元素分布包含的含義7/25/202313從目前的情況來看，地球化學(xué)對元素特征所積累的資料（包括太陽系地球地殼）都僅限于豐度的資料，關(guān)于元素分布的離散程度及元素分布統(tǒng)計(jì)特征研究，僅限于少量范圍不大的地球化學(xué)體系內(nèi)做一些工作。7/25/2023143、元素的分布與分配分布指的是元素在一個化學(xué)體系中（太陽隕石地球地殼某地區(qū)）整體總含量。元素分配指的是元素在各地球化學(xué)體系內(nèi)各個區(qū)域區(qū)段中的含量。分布是整體，分配是局部，兩者是一個相對的概念，既有聯(lián)系也有區(qū)別.7/25/202315地球作為整體，元素在地殼中的分布，也就是元素在地球中分配的表現(xiàn)；把某巖石作為一個整體，元素在某組成礦物中的分布，也就是元素在巖石中分配的表現(xiàn)。例如7/25/202316宇宙學(xué)研究表明：在宇觀尺度上，三維空間在任何時刻都是均勻各向同性的，也就是說所有星系都經(jīng)歷了相似的演化歷程，宇宙?zhèn)€部分都具有均勻的物質(zhì)分布，統(tǒng)一的化學(xué)組成。因此，通常所說的元素宇宙豐度，實(shí)際上是太陽系的元素豐度。元素的宇宙豐度是研究元素起源的理論依據(jù)，是解釋各類天體演化過程的基礎(chǔ)。4.太陽系元素豐度7/25/2023175.絕對含量和相對含量

7/25/2023186.

研究元素豐度意義①元素豐度是每一個地球化學(xué)體系的基本數(shù)據(jù)可在同一或不同體系中進(jìn)行用元素的含量值來進(jìn)行比較，通過縱向（時間）、橫向（空間）上的比較，了解元素動態(tài)情況，從而建立起元素集中、分散、遷移活動等一些地球化學(xué)概念。從某種意義上來說，也就是在探索了解豐度這一課題的過程中，逐漸建立起近代地球化學(xué)。

7/25/202319②研究元素豐度是研究地球化學(xué)基礎(chǔ)理論問題的重要素材之一宇宙天體的起源；地球的形成；地殼中主要元素為什么與地幔中的不一樣？生命的產(chǎn)生和演化？這些研究都離不開地球化學(xué)體系中元素豐度分布特征和規(guī)律。7/25/2023201.1.2

太陽系組成7/25/202321經(jīng)典之說：九大行星7/25/202322在2006年8月24日于布拉格舉行的第26屆國際天文聯(lián)會中通過的第5號決議中，冥王星被劃為矮行星，并命名為小行星134340號，從太陽系九大行星中被除名。所以現(xiàn)在太陽系只有八顆行星。7/25/2023231.1.2太陽系組成7/25/2023247/25/2023251.1.2

太陽系的組成1.太陽系組成2.行星類型：內(nèi)行星(接近太陽的較小行星)——水星、金星、地球、火星，也稱類地行星（巖石質(zhì)行星）；外行星(遠(yuǎn)離太陽的大行星)——木星、土星、天王星、海王星和冥王星，也稱類木行星（冰氣質(zhì)行星）。7/25/2023263.衛(wèi)星不是所有的行星都是有衛(wèi)星的，地球有一個衛(wèi)星-月亮；土星有21個衛(wèi)星（最多）；4.小行星帶

在火星和木星之間存在著數(shù)以兆計(jì)的小行星（小行星帶）。它們的大小相差極大，其中最大的谷神星直徑達(dá)770km。火星和木星之間有幾萬顆小行星組成的小行星帶。

7/25/2023271.1.3

獲取宇宙元素豐度的途經(jīng)7/25/202328

1.光譜法光譜分析儀太陽光譜7/25/202329對太陽和其它星體的輻射光譜進(jìn)行定性和定量分析，但這些資料有兩個局限性：①有些元素產(chǎn)生的波長小于2900?，這部分譜線在通過地球化學(xué)大氣圈時被吸收而觀察不到；②

這些光譜產(chǎn)生于表面，它只能說明表面成分，如太陽光譜只能說明太陽氣的組成。7/25/2023302、直接采樣分析如測定地殼巖石、各類隕石和月巖、火星的樣品。上個世紀(jì)七十年代美國“阿波羅”飛船登月，采集了月巖、月壤樣品；1997年美國“探路者”號，2004年美國的“勇敢者”“機(jī)遇”號火星探測器測定了火星巖石的成分。7/25/2023313、由物質(zhì)的物理性質(zhì)與成分的對應(yīng)關(guān)系來進(jìn)行推算，如對行星組成的研究；4、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。7/25/2023321.1.4

隕石的化學(xué)成分及其分類

隕石的類型

石隕石

鐵隕石和石-鐵隕石

隕石中的有機(jī)質(zhì)

隕石的平均化學(xué)成分

隕石成因7/25/202333①隕石來源；隕石形態(tài)和大?。浑E石的數(shù)量和質(zhì)量。②“隕落”和“發(fā)現(xiàn)”的區(qū)別③隕石研究意義概述7/25/202334表1.1“隕落”和“發(fā)現(xiàn)”隕石的數(shù)目和頻率類型“發(fā)現(xiàn)”的“隕落”的數(shù)目頻率/%數(shù)目頻率/％鐵隕石石-鐵隕石無球粒隕石球粒隕石54553733358.15.70.735.53311566214.61.57.886.1總計(jì)938100.0721100.07/25/2023352009年2月10日美國軍用衛(wèi)星和俄羅斯廢棄軍用衛(wèi)星的相撞，產(chǎn)生上千碎片，可以在太空漂流一百多年；墜落地球可能被當(dāng)成隕石影響對宇宙的正確認(rèn)識7/25/202336隕石是目前最易獲取和數(shù)量最大的地外物質(zhì)，她攜帶著有關(guān)太陽系的化學(xué)成分、起源與演化、有機(jī)質(zhì)起源和太陽系空間環(huán)境等豐富信息。隕石研究表明，絕大多數(shù)降落至地球的隕石起源于火星和木星之間的小行星帶，也有極少數(shù)來自其它天體，如ALHA-81005，EEAT-79001被認(rèn)為分別來自月球和火星表面。7/25/202337人們對隕石類型、組成及其演化途徑已經(jīng)有了比較統(tǒng)一的認(rèn)識，并且通過對隕石的研究對太陽系的早期歷史有了更加清楚的了解。隕石學(xué)已經(jīng)構(gòu)成了天文學(xué)和地質(zhì)學(xué)之間的一門重要交叉學(xué)科。7/25/202338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：①

它是認(rèn)識宇宙天體、行星的成分、性質(zhì)及其演化的最易獲取、數(shù)量最大的地外物質(zhì)；②

也是認(rèn)識地球的組成、內(nèi)部構(gòu)造和起源的主要資料來源；隕石研究意義★7/25/202339③

隕石中的60多種有機(jī)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；④

可作為某些元素和同位素的標(biāo)準(zhǔn)樣品（稀土元素，鉛、硫同位素）。7/25/202340

隕石的類型隕石主要是鎳-鐵合金，或由結(jié)晶硅酸鹽（主要是橄欖石或輝石），或者是兩者混合物所組成。玻璃質(zhì)隕石也有發(fā)現(xiàn)，但數(shù)量很少。與變質(zhì)巖或沉積巖成分相似的隕石從未發(fā)現(xiàn)過。7/25/202341

隕石的類型通常根據(jù)其中的金屬含量將隕石劃分為3大類型：

球粒隕石約含10％金屬1.石隕石{

無球粒隕石約含1％金屬2.石一鐵隕石

鎳-鐵金屬相和硅酸鹽相各50%3.鐵隕石金屬鎳-鐵含量大于90％7/25/202342鐵隕石

石隕石7/25/202343

石隕石石隕石包括球粒隕石和無球粒隕石1、球粒隕石球粒隕石是最常見的一類隕石，占全部石隕石的90%以上①結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：球粒隕石的最大特征石含有球粒，具球粒結(jié)構(gòu)。②球粒組成：一般由撖欖石或斜方輝石組成，有時是玻璃質(zhì)；球粒間的基質(zhì)常為鎳鐵、隕硫鐵、斜長石、橄欖石、輝石等組成。7/25/202344表1.1“隕落”和“發(fā)現(xiàn)”隕石的數(shù)目和頻率類型“發(fā)現(xiàn)”的“隕落”的數(shù)目頻率/%數(shù)目頻率/％鐵隕石石-鐵隕石無球粒隕石球粒隕石54553733358.15.70.735.53311566214.61.57.886.1總計(jì)938100.0721100.07/25/202345③類型：按照礦物和化學(xué)成分，目前對球粒隕石進(jìn)一步劃分為3大群：

E群（頑火輝石球粒隕石）

O群（普通球粒隕石）

C群（碳質(zhì)球粒隕石），少見。普通球粒隕石（O群）又可按成分特征劃分為3個亞群：

H（高鐵群普通球粒隕石）

L（低鐵群普通球粒隕石）

LL（低鐵低金屬普通球粒隕石）亞群。④成分：球粒隕石平均礦物成分大致—鎳-鐵12%，橄欖石46%，紫蘇輝石21%，透輝石4%，斜長石11%。7/25/2023462、無球粒隕石①結(jié)構(gòu)特點(diǎn)無球粒隕石不含球粒，常常比球粒隕石結(jié)晶粗得多。在成分與結(jié)構(gòu)方面，許多無球粒隕石均與地球上的火成巖相似，因此它們可能是由硅酸鹽熔體結(jié)晶形成。②分類：無球粒隕石據(jù)CaO的含量可以劃分為兩個群（或亞類）貧鈣[w（Ca）＝0~3％]富鈣[w（Ca）≥5％]7/25/202347無球粒隕石據(jù)成因可劃分為3類鈣長輝長無球粒隕石系列頑輝石無球粒隕石系列尚未劃分出成因系列的無球粒隕石。③礦物組成無球粒隕石平均礦物成分大致：鎳-鐵1%，橄欖石9%，紫蘇輝石50%，透輝石12%，斜長石25%7/25/2023483、碳質(zhì)球粒隕石①特點(diǎn)碳質(zhì)球粒隕石是球粒隕石的一個特殊類型，其特征是含有碳的有機(jī)化合物分子，并且主要由含水硅酸鹽組成。②類型按化學(xué)成分碳質(zhì)球粒隕石可劃分為I、Ⅱ和Ⅲ等3種（CI、CⅡ和CⅢ）類型。③

研究意義碳質(zhì)球粒隕石雖然十分稀少，但在探討太陽系元素豐度方面卻具有特殊的意義。7/25/202349“阿倫德”CⅢ型（1969年隕落于墨西哥北部）以及其它碳質(zhì)球粒隕石（尤其CI型碳質(zhì)球粒隕石）中，非揮發(fā)性元素的豐度幾乎同太陽中觀察到的元素豐度完全一致（圖1.1）。因此，碳質(zhì)球粒隕石的化學(xué)成分目前已被用于估計(jì)太陽系中非揮發(fā)性元素的豐度。7/25/202350CⅠ型碳質(zhì)球粒隕石元素豐度與太陽元素豐度對比7/25/202351

鐵隕石和石-鐵隕石1.鐵隕石組成：Fe和Ni是鐵隕石中主要元素，在鐵隕石中還含有少量（w<2％）Co、S、P、Cu、Cr和C等元素。7/25/2023522.石-鐵隕石組成：由硅酸鹽相和鐵鎳相組成，前者通常是橄欖石，偶爾有一些輝石，并成為較大的圓粒賦存于海綿狀的Ni-Fe結(jié)構(gòu)中。其他礦物如隕硫鐵也經(jīng)常出現(xiàn)。7/25/202353類型：根據(jù)兩相比例可劃分出橄欖隕鐵和中鐵隕石兩類。石-鐵隕石在礦物成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、化學(xué)成分和演化歷史上都具有石隕石和鐵隕石的雙重特性，它還可以進(jìn)一步劃分為橄欖隕鐵、中隕鐵、古英鐵鎳隕石和古銅橄欖隕鐵4類。7/25/202354曾被認(rèn)為是隕石類的物質(zhì)，它們由富SiO2的玻璃（SiO2平均含量約75％）組成，類似黑曜巖，但化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)與黑曜巖相差很大。人們迄今尚未見到一個隕落的玻隕石，只是由于其特殊的形態(tài)和成分才認(rèn)為是隕石。現(xiàn)在積累的許多有關(guān)資料，傾向把它們視為由于彗星或大型隕石沖擊地球引起物質(zhì)熔化的產(chǎn)物。玻隕石7/25/202355美國亞利桑那州的佩恩蒂得沙漠中的隕石坑—地球上第一個被識別的隕石坑撞擊時間5萬年前（地球大百科123）7/25/202356印度羅納爾隕石坑—目前成為地球鹽分最高湖泊之一，湖的形狀幾乎為完美的圓形；撞擊時間5萬年前7/25/2023577/25/202358隕石撞擊地球證據(jù)黃土底層銥含量異?；鹕剿樾嘉锎嬖谡J(rèn)為是隕石撞擊所致7/25/202359●作為一種近似,以黃土剖面NQ界線附近銥的剩余通量作為全球平均,可以估計(jì)該撞擊物體相當(dāng)于一直徑為2.6km的C1型碳質(zhì)球粒隕石球體。如此巨大的隕石與地球相撞足以誘發(fā)全球性的氣候?yàn)?zāi)變效應(yīng)7/25/202360●黃土高原南緣午城黃土底部火山碎屑的來源和成因7/25/202361He同位素7/25/202362我國首個隕石坑證實(shí)7/25/202363我國首個隕石坑證實(shí)我國首個隕石撞擊坑被廣州地化所陳鳴科研小組證實(shí)2009年11月30日出版的《科學(xué)通報(bào)》54卷

22期上發(fā)表了中科院廣州地化所陳鳴科研小組的研究論文“岫巖隕石撞擊坑的證實(shí)”。該論文報(bào)道了陳鳴等人歷經(jīng)3年探索，證實(shí)了我國第一個隕石撞擊坑-岫巖隕石坑，這一發(fā)現(xiàn)，填補(bǔ)了中國領(lǐng)土上此類獨(dú)特地質(zhì)構(gòu)造形跡的空白。岫巖隕石撞擊坑位于我國遼東半島北部，遼寧省鞍山市岫巖滿族自治縣蘇子溝鎮(zhèn)古龍村，距離岫巖縣城東北方向直線16公里處。隕石坑坐落在低山丘陵之中，鄰近山清水秀的哨子河畔。該坑形態(tài)呈碗狀，平面輪廓似五邊形，直徑1800米，坑深約150米?？訁^(qū)巖石為二十億年前形成的早元古代變質(zhì)巖?？泳壓涂拥锥啾桓⊥?、殘坡積物和第四系湖相沉積物覆蓋?？泳墐?nèi)外坡地小灌木叢生，坑底土地肥沃，莊稼長勢良好。登上隕石坑的環(huán)狀坑緣頂部往下觀望，碗狀坑景色蔚為壯觀，形態(tài)極具震撼力。自20世紀(jì)60年代初期地球表面第一個隕石撞擊坑(美國巴林杰隕石坑)被證實(shí)以來，迄今地球上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)170多個隕石撞擊構(gòu)造，直徑由數(shù)十米到近300公里不等。隕石撞擊坑對研究地球的形成和演化，古氣候、古環(huán)境、和古生物變遷，成巖成礦作用等具有重要的科學(xué)意義，一些隕石坑成為深受民眾關(guān)注的自然科學(xué)博物館和旅游景觀。我國的隕石坑探索起步于20世紀(jì)80年代，先后報(bào)道過一批疑似隕石坑，但由于沒有找到隕石撞擊的關(guān)鍵證據(jù)，我國隕石坑研究一直沒有取得突破。廣州地化所是我國從事沖擊變質(zhì)的重要科研機(jī)構(gòu)，在隕石和隕石坑沖擊變質(zhì)領(lǐng)域取得過一系列國際水平的研究成果。在中國科學(xué)院和國家自然科學(xué)基金委員會的支持下，陳鳴等人于2007年初開始對岫巖坑展開調(diào)查和研究，岫巖縣人民政府對這項(xiàng)科學(xué)探索工作給予了支持和配合?？蒲腥藛T在第一年度的研究中，即在紛雜的坑區(qū)地表巖石中捕捉到了撞擊沖擊波作用遺留的物理變化痕跡，這個發(fā)現(xiàn)為后續(xù)研究提供了關(guān)鍵科學(xué)依據(jù)和明確了探索技術(shù)途徑。7/25/202364經(jīng)過反復(fù)論證以后，研究小組于2009年春夏在岫巖坑內(nèi)設(shè)計(jì)布置了鉆孔，由遼寧省冶金地質(zhì)勘查局四0四隊(duì)承擔(dān)鉆探任務(wù)，實(shí)施了歷時五個多月的科學(xué)鉆探。經(jīng)過地質(zhì)鉆探，揭示了坑體深部的地質(zhì)構(gòu)造并獲得了珍貴的深部巖石樣品。通過對鉆探獲得的巖芯樣品分析，找到了隕石強(qiáng)烈撞擊導(dǎo)致靶區(qū)巖石發(fā)生變形、碎裂和局部熔融，巖石和礦物發(fā)生沖擊變質(zhì)的系列證據(jù)。據(jù)了解，地球表面存在許多環(huán)形坑或環(huán)形構(gòu)造。但一個環(huán)形坑或環(huán)形構(gòu)造的形成是否與隕石撞擊作用有關(guān)，關(guān)鍵是要查明該坑巖石是否受過隕石強(qiáng)烈撞擊伴隨的沖擊波作用。在強(qiáng)烈沖擊波作用下，靶巖將發(fā)生沖擊變質(zhì)。國際科學(xué)界對隕石撞擊坑判別明確了三項(xiàng)沖擊變質(zhì)診斷性指標(biāo)：礦物擊變面狀頁理，礦物擊變玻璃，擊變礦物高壓多形轉(zhuǎn)變。在自然界中，除了地外天體超速撞擊引起的沖擊波作用外，任何其它天然過程或地質(zhì)作用均不能在地質(zhì)體中引發(fā)這類礦物物理變化。如能在地表環(huán)狀地質(zhì)構(gòu)造發(fā)現(xiàn)上述三項(xiàng)指標(biāo)之一，即可確定與隕石撞擊事件有關(guān)。陳鳴等人發(fā)表在《科學(xué)通報(bào)》上的論文上報(bào)告了岫巖隕石撞擊坑的基本地質(zhì)和地貌特征，報(bào)告了“礦物擊變面狀頁理”和其它沖擊效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，證實(shí)了該坑的隕石撞擊成因起源。另據(jù)最新消息，除了已經(jīng)報(bào)告的“礦物擊變面狀頁理”外，陳鳴等人近日又相繼發(fā)現(xiàn)了“礦物擊變玻璃”和“擊變礦物高壓多形”等證據(jù)。隕石撞擊坑三項(xiàng)沖擊變質(zhì)診斷性指標(biāo)全部在岫巖隕石坑中被找到。通過坑內(nèi)物質(zhì)的放射性同位素分析，初步確定隕石撞擊事件發(fā)生在5萬年前。隕石撞擊坑形成后，坑內(nèi)一度發(fā)育成為小湖泊，在上萬年的時間內(nèi)沉積了百米厚的湖泊相沉積物。約3.9萬年前，由于坑緣缺口，湖泊消失，演變?yōu)橥胄蔚匦伟嫉亍?/25/202365

隕石中的有機(jī)質(zhì)隕石，特別是碳質(zhì)球粒隕石中已發(fā)現(xiàn)的有機(jī)化合物有60多種。有關(guān)隕石中有機(jī)質(zhì)的來源主要有兩種觀點(diǎn)：①原始大氣層處于高度還原狀態(tài)，且主要由CH4、NH3、H2O、H2和CO組成，在紫外線照射與放電過程中形成激發(fā)態(tài)自由基，最后合成各種有機(jī)化合物。7/25/202366②星云凝聚晚期，星云中的CO、H2在磁鐵礦、含水硅酸鹽的催化反應(yīng)下合成。后一種方式合成的有機(jī)化合物與碳質(zhì)球粒隕石中發(fā)現(xiàn)的有機(jī)質(zhì)極為相似，且碳同位素組成也相似。7/25/202367隕石中的有機(jī)質(zhì)與地球的污染物是不同的，如Murchison碳質(zhì)球粒隕石中發(fā)現(xiàn)的52種氨基酸的碳原子不對稱并且有外消旋特征，以非蛋白氨基酸為主，還發(fā)現(xiàn)有烴類、雜環(huán)化合物和脂肪酸等?，F(xiàn)在認(rèn)為，地球早期生命系統(tǒng)的化學(xué)演化不一定來源于行星的大氣，而可能來自太陽星云凝聚時已合成的有機(jī)質(zhì)。7/25/202368

隕石的平均化學(xué)成分1.計(jì)算隕石平均化學(xué)成分，必須解決以下兩個問題：①了解各類隕石的平均化學(xué)成分，該問題基本解決；②各類隕石的數(shù)量比例，該問題尚未解決。由于沒有解決后者，所以在隕石平均化學(xué)成分時不同研究者采用的三類隕石比例不同。7/25/2023692.隕石中最廣泛分布的化學(xué)元素：O，F(xiàn)e，Si，Mg，Ni，S，Al和Ca，各類隕石中元素比值取決于隕石的礦物成分3.目前隕石類型數(shù)量上的共識：石隕石多于鐵隕石7/25/202370

隕石成因由于存在三類迥然不同的隕石—石隕石、石-鐵隕石和鐵隕石，人們很自然地會設(shè)想隕石是來自某種曾經(jīng)分異成一個富金屬的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。石鐵隕石來自該金屬核與硅酸鹽幔的界面，而各種石隕石則來自富硅酸鹽幔的不同區(qū)域，這種設(shè)想就成為依據(jù)隕石資料推測地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分的重要根據(jù)之一。7/25/202371現(xiàn)在已經(jīng)有許多證據(jù)表明，由“一個母體形成隕石”的假說是不可取的，原因是：首先，各類隕石具有不同的年齡，而在隕石群之間也存在年齡差異。再者，各群球粒隕石和各種鐵隕石之間均存在著成分間隔以及氧同位素（18O／16O和17O／18O）比例的差別。這些事實(shí)亦表明，每群隕石應(yīng)分別形成于不同的行星母體?；鹦桥c木星之間的小行星帶中存在眾多的小行星，確實(shí)可以成為隕石的來源。7/25/202372

有關(guān)隕石的成因共識盡管對隕石的成因看法還不一致，但以下一些基本點(diǎn)是大家趨向公認(rèn)的：①隕石發(fā)生于太陽系中②

隕石與小行星有許多共同之處③

隕石不是作為單獨(dú)的個體發(fā)生，而是一個較大的分裂物體的碎片④

石隕石與地球上基性及超基性火成巖的化學(xué)組成和礦物組成的連續(xù)性證明，隕石的母體在組成上和構(gòu)造上與地球極為相似。7/25/202373⑤隕石年齡與地球年齡差不多，它們經(jīng)歷了相似的形成與演化過程。⑥

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(yuǎn)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

7/25/2023741.1.5

行星和月球的化學(xué)成分7/25/202375

行星的化學(xué)成分1.太陽系行星（按其成分特點(diǎn)）分類①地球和類地行星：包括地球、水星、金星和火星。其特點(diǎn)是質(zhì)量小、密度大、體積小、衛(wèi)星少。物質(zhì)成分是以巖石為主，富含Mg、Si、Fe等，親氣元素含量低。②巨行星：包括木星和土星它們的體積大、質(zhì)量大、密度小、衛(wèi)星多。如果以地球質(zhì)量和體積為單位，則土星分別為95.18和745，木星分別為317.94和1316。其主要成分為H和He，親石和親鐵元素含量低。7/25/202376③遠(yuǎn)日行星天王星、海王星和冥王星成分是以冰物質(zhì)為主，H的質(zhì)量分?jǐn)?shù)估計(jì)為10％，He、Ne平均為12％。7/25/202377靠近太陽的內(nèi)地行星區(qū)域溫度高，氫/氦等揮發(fā)性物質(zhì)蒸發(fā)，形成體積小而密度大、組成物質(zhì)以Si、Fe、Mn等及其氧化物為主的內(nèi)地行星。外部行星區(qū)域溫度低，揮發(fā)性組分逃逸較少，形成體積大、密度相對較小的、組成物質(zhì)以H、O、N、C為主的外行星。外行星組成與太陽相似。2.行星成分與太陽距離的關(guān)系7/25/202378上述3類行星中巖石物質(zhì)、冰態(tài)物質(zhì)和氣態(tài)物質(zhì)的比值為:

巖石：冰態(tài)：氣態(tài)地球和類地行星1:10－4:10－7～10－12；巨行星0.02:0.07:0.91

遠(yuǎn)日行星0.195:0.68:0.12。7/25/202379表1.2太陽系中某些主要元素的相對豐度太陽系成員氣體H,He

冰態(tài)物質(zhì)C,N,O

巖石物質(zhì)Mg,Si,Fe等太陽1.00.0150.0025類地行星和隕石痕痕1.0木星0.90.1痕土星0.70.3痕天王星、海王星、彗星痕0.850.157/25/2023803行星及衛(wèi)星的化學(xué)組成模式×

根據(jù)平衡凝聚模型，距太陽愈遠(yuǎn)溫度愈低，行星區(qū)凝聚物的成分和含量不同，行星及其衛(wèi)星的化學(xué)組成模型：水星，主要由難熔金屬礦物、鐵鎳合金和少量輝石組成；金星，除上述成分外，還有鉀（鈉）硅酸鹽，但不含水；地球，除上述成分外，還含有透閃石等一些含水硅酸鹽和3種形式的鐵（金屬鐵、FeO和FeS），金屬鐵和FeS形成低熔點(diǎn)混合物，在放射性加熱下熔化、分異，形成早期地核；火星，含有更多的含水硅酸鹽，金屬鐵已完全氧化成FeO或與S結(jié)合形成FeS，沒有金屬鐵的核。7/25/2023813行星結(jié)構(gòu)和成分研究×行星表面溫度低，缺乏原子光譜的激發(fā)條件，其成分只能通過間接方法對比研究。如天體力學(xué)獲得行星質(zhì)量，望遠(yuǎn)鏡和宇宙飛船攝像獲得行星直徑，從而獲知行星密度。行星內(nèi)部Fe-Ni相和硅酸鹽相比例可以通過行星體積和密度來估算?；A(chǔ)：行星大小相近時，密度大的行星中Fe-Ni相比例大于密度小的。（p11）7/25/2023823行星結(jié)構(gòu)和成分研究×

內(nèi)行星和月球的金屬內(nèi)核半徑同各該星體整體半徑的比值：水星0.8，金星0.53，地球0.55，火星0.4（列諾利茲和薩麥爾斯）7/25/2023834行星化學(xué)成分特征×①.在內(nèi)行星成分同其與太陽的距離之間存在著某種聯(lián)系，即行星愈靠近太陽，它的金屬鐵含量愈高，這是有待于從理論上闡明的一條宇宙化學(xué)規(guī)律。②地球和金星的化學(xué)成分可能是十分相近的，因?yàn)樗鼈兙哂泻芟嗨频闹睆胶推骄芏?。③由火星和月球的平均密度看來，它們?yīng)該在化學(xué)成分上屬于同一類型的天體。④外行星的平均密度（大約在0.7～2.47范圍內(nèi)）要比內(nèi)行星的小得多。根據(jù)這一事實(shí)，人們推測在這些巨大行星中氣體應(yīng)占較大比例，根據(jù)各種資料判斷，氫及其化合物應(yīng)是其中的主要成分。7/25/202384

月球的化學(xué)成分7/25/2023851969年7月美國“阿波羅-1l號首次登月成功，開始了人類對地球的衛(wèi)星—月亮表面的物質(zhì)組成和物理性質(zhì)進(jìn)行直接研究的時期。從1969年7月—1972年12月，美國共實(shí)現(xiàn)了6次人類登月活動。即阿波羅-1l、12、14、15、16和17”；同時，前蘇聯(lián)的宇宙自動站“月球-16、20和24”的登月取樣，美蘇兩國的月球探測計(jì)劃成功地自月球采集回382千克的月球表面物質(zhì)的樣品。其中包括結(jié)晶巖石（具巖漿巖結(jié)構(gòu)）、未膠結(jié)的微粒物質(zhì)（亦稱“月壤”）以及角礫巖和顯微角礫巖。通過對月球物質(zhì)的精確分析測定以及宇宙飛行所獲取的其它大量資料，人們對月球的認(rèn)識已深入得多了。7/25/2023862007年10月24日搭載著我國首顆探月衛(wèi)星嫦娥一號的長征三號甲運(yùn)載火箭在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心三號塔架點(diǎn)火發(fā)射。24日18時29分，嫦娥一號衛(wèi)星準(zhǔn)確入軌，此次發(fā)射圓滿成功。衛(wèi)星的太陽帆板展開正常，定向天線已展開到位。

7/25/2023872007年發(fā)射首顆探月衛(wèi)星—

嫦娥一號中國有了自己的第一顆月球衛(wèi)星

嫦娥一號第一次近月制動的成功，標(biāo)志著在38萬多公里之遙的浩渺太空中有了中國星的身影。她將中國人夢想了千年的“嫦娥奔月”神話變成了現(xiàn)實(shí)。

7/25/2023887/25/20238908年的正月十五是嫦娥一號衛(wèi)星首次接受月食考驗(yàn)的日子，21日上午10點(diǎn)16分到12點(diǎn)36分是嫦娥一號經(jīng)歷的月食全陰影時間，由于無法接受太陽光能量，只能依靠蓄電池飛行，在嫦娥一號飛出陰影后，由于中國境內(nèi)測控站無法遙測，在歐空局測控站的幫助之下，他們提供的遙測數(shù)據(jù)表明，嫦娥一號星上的能源功率溫度都在設(shè)計(jì)人員所希望的范圍之內(nèi)，星上狀態(tài)良好?！版隙鹨惶枴痹瓉碓O(shè)計(jì)的衛(wèi)星每127分鐘就要充電一次，大約充電45分鐘，現(xiàn)在可達(dá)到幾個小時不見太陽不充電，是我們能源平衡、功率分配和度過月食獲得很好經(jīng)驗(yàn)，我們今后深空探測還會遇到這個問題。這次是第一次獲得理論上的東西和實(shí)踐結(jié)果，對以后深空探測很有幫助。在嫦娥一號飛出月食陰影后，科研人員把因節(jié)約能源關(guān)掉的星上設(shè)備一一打開，22日早晨六點(diǎn)多鐘，衛(wèi)星將恢復(fù)對月定向工作狀態(tài)。7/25/202390中國首次月球探測工程第一幅月面圖像的飛行效果圖7/25/2023917/25/202392月球表面撞擊坑的主要類型

其中一個形狀奇特的撞擊坑被命名為“嫦娥與狗”

7/25/2023931.月球的主要巖石類型基于月巖、月壤和月塵樣品研究，月球表面的巖石類型主要有三類：①月海玄武巖：類似于大洋拉斑玄武巖，前者富TiO2和FeO。廣泛分布于月球表面的月海區(qū)；同位素測年—31.5~38.5億年。成因：月球內(nèi)部富Ti、Fe和貧Pl的區(qū)域因放射性加熱而部分熔融而成，非月球原始分異產(chǎn)物。7/25/202394②

非月海玄武巖富放射性元素和Pl，鐵鎂礦物和不透明礦物低于月海玄武巖。有一種特殊巖類—克里普巖*，化學(xué)成分本質(zhì)上是玄武巖，但K、REE、難熔元素（U、Th、Rb、Sr、Ba）和磷酸巖含量高于月海玄武巖。成因：富斜長石巖石部分熔融產(chǎn)生。7/25/202395③富鋁高地斜長巖70%是斜長輝長巖，組成月球臺地或高地的巖石，也是月球保存的最古老臺地單元。成因：富鋁斜長巖認(rèn)為是巖漿分離作用產(chǎn)物（Al2O3含量19.1%~36.48%）月球上還發(fā)現(xiàn)成分獨(dú)特的偏酸性巖石，但沒有發(fā)現(xiàn)花崗巖。7/25/202396整體說來，月球是由硅酸鹽組成的固態(tài)球體，它不存在大氣圈。月球的平均密度為3.33g／cm3，而其表面巖石的密度為3.1~3.2g／cm3。平均密度與表面巖石密度之間差異不大，這說明月球物質(zhì)的分異是相當(dāng)弱的。2.月球化學(xué)組成7/25/202397表1.3月巖中元素豐度的級次質(zhì)量分?jǐn)?shù)/％元素>10OSiFe1~10CaMgAl10-1~1.0TiSNaKCrMn10-2~10-1CNPCl

SrYZr

Ba

10-3~10-2FScVCoNiZnNbLaCePrNd

SmGdDy

Er

Yb

Hf

10-4~10-3LiBeBCuGa

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GeTbHoTmInTa7/25/2023983.月球的成因觀點(diǎn)1-撞擊說月球是地球拋出一部分物質(zhì)冷卻后形成——45億年前，火星般大小的隕石撞擊地球，產(chǎn)生大量巖屑飛濺到空中，這些巖屑被地球的重力吸引，冷卻后變成了月球觀點(diǎn)2-俘獲說太陽系中的一個小星體或物質(zhì)，被地球捕獲。觀點(diǎn)3-同源說7/25/2023997/25/20231007/25/20231014.月球研究意義*①月球的研究資料成為地球早期（距今31~46億a）階段演化特征的一個重要方面；7/25/2023102②地球（37~37.5億a）和月球（34~37億a，39.5億a）上所發(fā)現(xiàn)的最古老的巖石同位素年齡非常接近，同時月球距今31億年來幾乎處于“停滯”狀態(tài)，如果將月球原始結(jié)晶巖石看作地殼早期形成的巖石，說明地球上存在的花崗巖質(zhì)大陸殼、水圈和大氣圈都是地球后期演化和發(fā)展過程中產(chǎn)生的。7/25/2023103③月巖在化學(xué)成分、礦物成分、同位素組成等地球化學(xué)特征上，以及密度、彈性波傳播速度等地球物理性質(zhì)上都與大洋玄武巖相似，或地殼硅-鎂層相似，顯示月殼與大洋殼相似，月球缺失大陸型花崗巖地殼。7/25/2023104④月球和地球早期的火山活動普遍，廣泛分布的月海玄武巖和地球早期產(chǎn)生的中、基性噴出巖經(jīng)變質(zhì)形成的全球廣泛分布的綠巖系，是地球和月球演化對比的顯著特征之一。7/25/2023105⑤月球表面缺水，幾乎沒有三價鐵存在，證實(shí)了月球表面沒有大氣圈、和水圈，月球接近于真空狀態(tài)，因而月球表面的生命活動有限，缺失象地球表面的強(qiáng)烈外營力作用，月巖基本保持了原狀而變化不大的“原始巖石”—月球表明是明亮、坑洞密布的高地和深色的海。7/25/2023106有關(guān)月球資料探月工程網(wǎng)http://7/25/20231071.1.6

太陽的化學(xué)成分7/25/2023108太陽是熾熱氣態(tài)物質(zhì)的球體。太陽的直徑為1391000km。太陽的質(zhì)量等于1.983×1033g，相當(dāng)于地球質(zhì)量的333434倍。太陽的平均密度為1.41g／cm3。太陽的表面溫度達(dá)6000K。由于太陽上存在著熱核反應(yīng)，每分鐘從一平方厘米太陽表面能幅射出375859.48J能量。根據(jù)太陽具有那樣高的溫度，可以推斷它的物質(zhì)具有通過熱運(yùn)動而強(qiáng)烈均勻化的條件，從而認(rèn)為太陽大氣圈的化學(xué)成分可能同太陽中心部分的成分相差不大。1.太陽基本特點(diǎn)7/25/20231092.太陽元素豐度的確定方法3.太陽元素組成及元素豐度太陽中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了85種元素太陽中元素豐度方面的最顯著特征是氫和氦具有極大的豐度值，這兩種元素的原子幾乎占了太陽全部原子數(shù)目的98％。7/25/20231101.1.7

星際物質(zhì)和宇宙射線的化學(xué)成分7/25/2023111指分布于星際空間中的極稀薄的氣體和極少量的塵埃，并被視為形成新星的物質(zhì)。它代表著宇宙中最少遭受分餾的物質(zhì)，本應(yīng)成為確定元素宇宙豐度的最有前景的基礎(chǔ)。然而遺憾的是，這種物質(zhì)的總成分是不可能進(jìn)行定量分析的。在地球軌道附近的行星空間中，lcm3約含有5個正離子（絕大部分為質(zhì)子）和5個電子以及氦、碳、氮、氧和重元素的核等。行星際空間還充斥著來自銀河系空間、太陽風(fēng)及行星等的電磁波。1.星際物質(zhì)7/25/2023112①本質(zhì)來自宇宙空問的高強(qiáng)粒子流；宇宙射線粒子的平均能量為1010eV，已探測的最高能量為1020eV。大氣層邊緣處宇宙射線的強(qiáng)度約為1個粒子/cm2。②物質(zhì)組成由質(zhì)子、α粒子、其它較重元素的原子核以及電子、中微子和高能光子（X射線和γ射線）所組成。其中氫原子核——質(zhì)子約占87％，氦原子核——α粒子約占12％，其余為Li、Be、B和C、N、O的原子核及少量的重原子核。2.宇宙射線7/25/20231131.1.8

太陽系的元素豐度及元素的起源7/25/2023114太陽系元素豐度在已知的隕石、太陽、行星物質(zhì)的化學(xué)成分基礎(chǔ)上，地球化學(xué)家們計(jì)算和匯編了宇宙元素豐度（即太陽系