地球、地壳中化学元素的分布和分配.doc

地球、地壳中化学元素的分布和分配引言对于大地构造各级单元中化学元素及其同位素的丰度, 我们利用构造地球化学这门正在兴起的边缘学科来解决这一个基本任务, 这项任务包括：1、元素丰度值的计算2、丰度规律的研究3、丰度在理论和实际问题上的应用。根据V.M. Victor Moritz Goldschmidt对元素的地球化学分类，本文从其中3组元素组合对相关内容进行分析比较，分别是亲铁元素（所选元素：Fe、Co、Ni、Pt）、亲铜元素（所选元素：Cu、Zn、Ag、Cd等）、亲气元素（所选元素：F、Cl、C等），另外，本文也对稀土元素（所选元素：La、Ce、Nd）进行了比较。又通过对元素采样的不同方法的比较，从而选取适合的方法来得出结论。大陆上地壳，中地壳，下地壳元素之比较地壳可以分为大陆地壳和大洋地壳，通过对出露地表的大陆地壳剖面、深部地壳包体、实验岩石学和地球物理测深等多学科的研究，揭示出大陆地壳可分为上、中、下地壳三层组成。全球大陆上地壳平均厚度为12 km，中地壳厚度为11 km,下地壳厚度为14 km,大陆地壳整体平均厚度为37km。表一元素Fe Ni Co Pt上地壳50400ppm47ppm17.3ppm0.5ppm中地壳60200ppm33.5ppm22ppm0.85ppm下地壳85700ppm88ppm38ppm2.7ppm中/上1.190.7131.271.7下/上1.71.872.25.4图一 大陆上、中、下地壳亲铁元素对比图0123456FeNiCoPt元素丰度值比上地壳中地壳下地壳由图表一，展示了大陆上、中、下地壳之间亲铁元素的比较情况，其总体趋势大致为亲铁元素丰度值随着地壳深度的增加而增加。表二元素CuZnGaAsSeAgCdSbTlPbBi上地壳ppm286717.54.80.090.0530.090.40.9170.16中地壳ppm2669.517.53.10.0640.0480.0610.280.2715.20.17下地壳ppm2678130.20.20.0650.10.10.3240.2图二 大陆上、中、下地壳亲铜元素对比图0.010.1110100CuZnGaAsSeAgCdSbTlPbBi元素丰度值/ppm上地壳中地壳下地壳由图表二，反映了亲铜元素的变化情况，各元素变化趋势相近，Cu、Bi等元素在地壳中分布较平均，As、Sb等元素呈现随地壳深度增加而减少的趋势，Se、Ag等元素则为中地壳含量最少。元素 S F Cl上地壳621ppm557ppm294ppm中地壳249ppm527ppm182ppm下地壳345ppm570ppm250ppm表三图三 大陆上、中、下亲气元素对比图0100200300400500600700SFCl元素丰度值/ppm上地壳中地壳下地壳由图表三，反映了亲气元素在大陆地壳不同层位的含量变化情况，中地壳亲气元素含量最低，上地壳硫含量比下部高出很多.表四元素 La Ce Nd上地壳31ppm63ppm27ppm中地壳 24ppm53ppm25ppm下地壳8ppm20ppm11ppm图四 大陆上、中、下稀土元素对比图010203040506070LaCeNd元素丰度值/ppm上地壳中地壳下地壳由图表四，展示了大陆上、中、下地壳之间稀土元素的比较情况，其反映的变化趋势一致，稀土元素的丰度值均随地壳由下到上逐渐升高。由上述统计数据可得，由上地壳至下地壳亲铁元素含量升高，说明由上地壳至下地壳岩石岩性逐渐由偏酸性转为偏基性；亲铜元素中，各元素变化趋势相近，Cu、Bi等元素在地壳中分布较平均， As、Sb等元素呈现随地壳深度增加而减少的趋势，Se、Ag等元素则为中地壳含量最少；稀土元素在地壳中由下地壳至上地壳明显升高。不同方法测得大陆地壳元素风丰度的差异及浅析地壳可分为大陆地壳和大洋地壳。大陆占地球表面的41%，大陆地壳质量占整个地壳质量的79%，加之大陆是人们生活和获取资源的主要场所，因此大陆地壳是地壳化学组成研究的中心。大陆地区由演化的、低密度的岩石组成，使大陆高于海平面。大陆地壳这种演化的成分在太阳系是独一无二的，也明显有别于洋壳和地幔成分。虽然大陆地壳在质量上仅占整个地球重质量的0.35%，但最重要的不相容元素（如Cs、Rb、K、U、Th和La）在大陆地壳中的总量占地球中这些元素总量的20%以上，因此大陆地壳是一个重要的地球化学储库。大陆地壳的平均厚度为37-40km，最厚的喜马拉雅山脉可达80km。大陆可分为花岗质的上部地壳和较基性的下部地壳。大陆地壳不易返回地幔，已知最老的大陆地壳年龄为44亿年。大陆地壳的化学组成和演化机制是认识地球总体成分、分异演化和地球动力学过程的基本地球化学前提。有两种基本方法可以用来测定大陆上地壳的元素组成。方法一：收集暴露于地表的岩石的成分，并对其进行加权平均 。在许多实验模型中，都通过暴露于地表的岩石元素含量平均值来计算大陆上地壳主要元素丰度，同时也有一些研究提供了微量元素的元素丰度。对于在风化过程中被分流的可溶性元素（如Na、Ca、Sr、Ba等）来说，这是唯一可以准确估计它们丰度值的方法。 Shaw et al. (1967, 1976, 1986) 和 Eade and Fahrig (1971, 1973)都运用方法一推算出加拿大前寒武纪地层元素丰度对比。两种方法都通过区域具有代表性的样本反应了出露地表的岩层内的元素丰度。前者策略的样本数较小，后者则覆盖了不同的区域，但他们的结果相同。同时，前者也对微量元素的含量进行了测定。考虑到微量元素的可变性更大，所以平均之间存在较大差异。使用该方法测得了主要元素在大陆上地壳中的元素丰度值，但对于许多微量元素丰度的估计要依赖于在自然界内大规模的对沉降和冰川作用抽样的结果。这种方法主要应用于在风化过程中没有被溶解的元素，在测定大陆上地壳内稀土元素的丰度中格外有效。方法二：确定不互溶元素在细粒碎屑沉积岩或冰川沉积物中的平均含量，并通过含量数据来推断大陆上地壳的元素组成。 1.沉积岩许多元素在水中的溶解度很低，因此它们在沉积岩中富集，而且可以提供稳定的源地的元素含量值。在水中具有刚溶解度的元素在沉积过程中更易分馏，因此它们在细粒碎屑沉积岩中的含量并不能代表源地的元素丰度。这些元素包括碱金属和碱土金属元素和B、Re、Mo、Au和U。相比之下，一些元素在水中的溶解度较低，便可较准确地提供源地的化学元素（如稀土元素、Y、Sc、Th等）组成。2.冰川沉积物和黄土冰川机械性侵蚀它穿越的岩石，并在移动的过程中均匀“碾压”可代表基岩岩性的岩石。由于介于剥蚀和沉积之间的时间很短，所以在搬运和沉积的过程中，冰川沉积物经历了很少的化学风化。因此冰川沉积物有利于测定大陆上地壳的化学元素丰度。黄土是来自冰川沉积平原的细粒风成沉积物。Taylor et al. (1983)和Gallet et al. (1998)通过从不同地区采集多种黄土样本发现稀土元素的含量是恒定不变的且与页岩中的平均含量近似相等。 同样的，Nb、Ta和Th在也表现出了与稀土元素的强烈正相关性。因此，黄土样本提供了一个可以准确估计大陆上地壳溶解度较低元素、不互溶元素和微量元素的平台。但是运用不同的方法可以得到不同的结果。比如运用方法一在地表露头中测得的Ba的平均丰度高于运用方法二在黄土中测得的Ba丰度；运用方法一在地表露头中测得的 B 的平均丰度低于运用方法二在黄土中测得的 B 丰度；运用方法一在地表露头中无法测得Th的平均丰度，而运用方法二在黄土中则可以测得，因为镧与中度至高度可溶的不兼容的微量元素在黄土。尽管黄土推导出部分从风化源地区,