地球化学原理4

1、 活化是指元素在一定条件下从一种稳定存活化是指元素在一定条件下从一种稳定存在形式变化成为不稳定的存在形式。在形式变化成为不稳定的存在形式。 在所有的活化中，都需要一定的能量才能在所有的活化中，都需要一定的能量才能实现。不同存在形式的元素被活化的难易程度实现。不同存在形式的元素被活化的难易程度不同，所需要的能量也不同，活化的难易程度不同，所需要的能量也不同，活化的难易程度不同。元素活化是在各种因素发生变化的条件不同。元素活化是在各种因素发生变化的条件下发生的，影响元素活化的因素非常多。下发生的，影响元素活化的因素非常多。 表生环境中元素的活化表生环境中元素的活化 表生环境中元素的活化主要受外界环

2、境的表生环境中元素的活化主要受外界环境的变化而引起元素由原来的活动性不强甚至没有变化而引起元素由原来的活动性不强甚至没有活动性变为活动性。表生环境元素活化与表生活动性变为活动性。表生环境元素活化与表生地质作用有关，特别是与风化作用有关。表生地质作用有关，特别是与风化作用有关。表生环境中元素受外界氧化还原环境和酸碱度的影环境中元素受外界氧化还原环境和酸碱度的影响最为明显，同时气候条件也有一定的影响。响最为明显，同时气候条件也有一定的影响。 氧化还原氧化还原Eh 氧化还原条件是影响变价元素发生活化的最重氧化还原条件是影响变价元素发生活化的最重要因素。氧化环境条件的改变直接影响到元素价态要因素。氧化

3、环境条件的改变直接影响到元素价态的变化。元素的价态直接影响元素在自然界的存在的变化。元素的价态直接影响元素在自然界的存在形式，因为价态不同就会形成不同的化合物或矿物，形式，因为价态不同就会形成不同的化合物或矿物，其化学活性也就不同。其化学活性也就不同。 如四价铀在自然界一般难迁移，而一旦氧化形如四价铀在自然界一般难迁移，而一旦氧化形成六价铀，则非常容易迁移：成六价铀，则非常容易迁移： UO2+O+H2O=(UO2)2+2OH- 酸碱性酸碱性 pH 酸碱性是元素发生活化的又一重要因酸碱性是元素发生活化的又一重要因素。很多元素在中性或碱性条件下是稳定素。很多元素在中性或碱性条件下是稳定的，但在酸性

4、环境中就会发生反应、溶解，的，但在酸性环境中就会发生反应、溶解，进而活化迁移。进而活化迁移。 温温 度度 元素的活化受温度的影响元素的活化受温度的影响 潮解和溶解潮解和溶解 一些易溶的化合物，在湿度较大的环境中容易发生潮解，元素就一些易溶的化合物，在湿度较大的环境中容易发生潮解，元素就会被活化、流失。潮解一般是物理作用过程。会被活化、流失。潮解一般是物理作用过程。 物质溶解可以使固相的化合物进入溶液相，从而使原来在固相中物质溶解可以使固相的化合物进入溶液相，从而使原来在固相中比较稳定的元素发生迁移。比较稳定的元素发生迁移。 物质溶解有几种方式：一些容易溶解的化合物或者单质，物质溶解有几种方式：

5、一些容易溶解的化合物或者单质，在水溶液中就可以溶解，这种溶解的多少关键在于化合物的溶解在水溶液中就可以溶解，这种溶解的多少关键在于化合物的溶解度；另一种方式就是不容易溶于水的物质（矿物）在酸或者碱性度；另一种方式就是不容易溶于水的物质（矿物）在酸或者碱性条件下可以溶解，元素因此进入液相，发生活化、迁移，这种溶条件下可以溶解，元素因此进入液相，发生活化、迁移，这种溶解关键因素在于物质的性质和环境的酸碱性。溶解既可以是物理解关键因素在于物质的性质和环境的酸碱性。溶解既可以是物理作用过程，也可以是化学作用过程。作用过程，也可以是化学作用过程。 价态变化价态变化 变价元素可以在环境氧化还原条件发生变化

6、时，变价元素可以在环境氧化还原条件发生变化时，由一种价态变为另一种价态。如果变价元素从一由一种价态变为另一种价态。如果变价元素从一种稳定的价态转变为一种活动的价态，那么这个种稳定的价态转变为一种活动的价态，那么这个变价元素就被活化。变价元素就被活化。 价态变化引起元素活化的最根本原因在于环境氧价态变化引起元素活化的最根本原因在于环境氧化还原条件的变化，而价态变化过程中可以有化化还原条件的变化，而价态变化过程中可以有化学作用，也可能有生物化学作用。学作用，也可能有生物化学作用。 生物活化生物活化 生物活化是指元素在生物生命过程中，由于生生物活化是指元素在生物生命过程中，由于生物体生命的代谢而导致

7、元素由不活动状态转变物体生命的代谢而导致元素由不活动状态转变为活动状态的过程。最显著的是生物化学作用。为活动状态的过程。最显著的是生物化学作用。 另一方面，生物体在生长过程中从无机环境中另一方面，生物体在生长过程中从无机环境中吸收元素，构成新的活动成分，其本身就是一吸收元素，构成新的活动成分，其本身就是一种活化。种活化。 元素的迁移是指元素从一种存在形式转变元素的迁移是指元素从一种存在形式转变成另一种存在形式并伴随着一定的空间位移的成另一种存在形式并伴随着一定的空间位移的运动过程。运动过程。 研究元素迁移的形式、途径和化学机理是研究元素迁移的形式、途径和化学机理是研究核素分布、分配、分散、集中

8、的关键。研究核素分布、分配、分散、集中的关键。 在地球化学体系中，元素呈气态、液态、在地球化学体系中，元素呈气态、液态、固态存在，气态或液态（包括岩浆与水溶液）固态存在，气态或液态（包括岩浆与水溶液）为活动态，固态（包括各种矿物与岩石）为相为活动态，固态（包括各种矿物与岩石）为相对的稳定态。元素在固相中的扩散迁移速率极对的稳定态。元素在固相中的扩散迁移速率极小，某些固态化合物的迁移都是借助其它流体小，某些固态化合物的迁移都是借助其它流体的作用，例如砂矿物随水流共同迁移。因而地的作用，例如砂矿物随水流共同迁移。因而地球化学体系中元素迁移规律的核心问题是元素球化学体系中元素迁移规律的核心问题是元素

9、的固态化合物与液态（气态）的转换问题。的固态化合物与液态（气态）的转换问题。 根据迁移机理及驱动力，地球化学根据迁移机理及驱动力，地球化学体系中元素的迁移可以分为三种基本形式：体系中元素的迁移可以分为三种基本形式： 物理迁移物理迁移 化学迁移化学迁移 生物迁移生物迁移 物理迁移是指物质（元素）以物理形式进行物理迁移是指物质（元素）以物理形式进行迁移，迁移过程中物质保持原有的化学性质。迁移，迁移过程中物质保持原有的化学性质。 机械迁移机械迁移 扩散迁移扩散迁移 渗滤迁移渗滤迁移 机械迁移机械迁移 机械迁移是由于物质（元素）在迁移过程中依靠外力或机械迁移是由于物质（元素）在迁移过程中依靠外力或外部

10、介质，本身的物质组成没有发生变化，如自然灾害中的外部介质，本身的物质组成没有发生变化，如自然灾害中的崩塌、滑坡、泥石流等发生时，物质（元素）在势能及动能崩塌、滑坡、泥石流等发生时，物质（元素）在势能及动能的作用下发生迁移，但这种迁移距离有限。另一种机械迁移的作用下发生迁移，但这种迁移距离有限。另一种机械迁移方式如河流、湖泊、海洋中的泥砂随着水体由高处向低处迁方式如河流、湖泊、海洋中的泥砂随着水体由高处向低处迁移，这也是在水体的势能和动能共同作用下的迁移，但这种移，这也是在水体的势能和动能共同作用下的迁移，但这种迁移一般距离较大。物质（元素）以悬浮物或气溶胶形式在迁移一般距离较大。物质（元素）以

11、悬浮物或气溶胶形式在气相中的迁移也是一种典型的机械迁移，它主要依靠风能进气相中的迁移也是一种典型的机械迁移，它主要依靠风能进行迁移。行迁移。 扩散迁移扩散迁移 扩散迁移主要发生在相对静止的流体相（包括液体和气体）中。如扩散迁移主要发生在相对静止的流体相（包括液体和气体）中。如在静止的水体中加一种有色物质如墨水，过一会就会发现加入的墨水就完在静止的水体中加一种有色物质如墨水，过一会就会发现加入的墨水就完全混溶了。扩散迁移的主要动力是在该体系中物质（元素）的浓度差。一全混溶了。扩散迁移的主要动力是在该体系中物质（元素）的浓度差。一般来说，扩散迁移是在一个相对稳定的体系中物质从浓度高的地方向浓度般来

12、说，扩散迁移是在一个相对稳定的体系中物质从浓度高的地方向浓度低的地方迁移的一种现象。在一个系统内，元素或物质的浓度不同，元素低的地方迁移的一种现象。在一个系统内，元素或物质的浓度不同，元素或物质的质点将自动地从高浓度向低浓度迁移，直到达到均一为止。扩散或物质的质点将自动地从高浓度向低浓度迁移，直到达到均一为止。扩散的实质是使系统内部各部份达到均一化的过程。引起扩散的原因是由于系的实质是使系统内部各部份达到均一化的过程。引起扩散的原因是由于系统内部存在的浓度差，统内部存在的浓度差，介质本身并不介质本身并不定发生移动定发生移动。扩散是自动发生的一。扩散是自动发生的一个连续的物质迁移的过程。个连续的

13、物质迁移的过程。 渗滤迁移渗滤迁移 渗滤迁移主要发生在具有一定孔隙度的物质的两侧及其附近。如在用渗滤迁移主要发生在具有一定孔隙度的物质的两侧及其附近。如在用滤膜进行过滤时，水分子及溶解在水中的物质可以通过滤膜进行迁移，而滤膜进行过滤时，水分子及溶解在水中的物质可以通过滤膜进行迁移，而溶液中的杂质则不能透过。渗透迁移的动力主要是压力差，浓度差也可以溶液中的杂质则不能透过。渗透迁移的动力主要是压力差，浓度差也可以导致在可渗透介质的两侧进行迁移。导致在可渗透介质的两侧进行迁移。 渗滤作用是指溶液沿着介质中细小的毛细管空隙运动时渗滤作用是指溶液沿着介质中细小的毛细管空隙运动时(这种细小的毛这种细小的毛

14、细管孔隙相当于一种半透膜细管孔隙相当于一种半透膜)溶质和溶剂的速度不同而发生分异的现象。引溶质和溶剂的速度不同而发生分异的现象。引起渗滤的主要原因是由于起渗滤的主要原因是由于“半透膜半透膜”两侧所存在的压力差。和扩散作用不两侧所存在的压力差。和扩散作用不同，同，渗滤作用时溶液是流动的，元素随溶液的流动而迁移渗滤作用时溶液是流动的，元素随溶液的流动而迁移。 化学迁移是最常见、最主要和最复杂的一种迁移化学迁移是最常见、最主要和最复杂的一种迁移形式。化学迁移的本质是元素在外界物理化学条件发形式。化学迁移的本质是元素在外界物理化学条件发生变化时由原来相对比较稳定的状态变为不稳定状态，生变化时由原来相对

15、比较稳定的状态变为不稳定状态，即元素发生了活化。活化了的元素其活动性大大增强，即元素发生了活化。活化了的元素其活动性大大增强，容易迁移，这一过程就是元素的化学迁移。化学迁移容易迁移，这一过程就是元素的化学迁移。化学迁移最常见的是元素在水溶液和熔体中的迁移，此外，元最常见的是元素在水溶液和熔体中的迁移，此外，元素也可以在气相中进行化学迁移。根据元素化学迁移素也可以在气相中进行化学迁移。根据元素化学迁移所处的介质的不同，元素的化学迁移可以分为：所处的介质的不同，元素的化学迁移可以分为： 熔体迁移；熔体迁移； 溶液迁移；溶液迁移； 气体迁移。气体迁移。 生物迁移是指元素通过生物作用而发生生物迁移是指

16、元素通过生物作用而发生转化、迁移的现象。生物迁移的最大特点是转化、迁移的现象。生物迁移的最大特点是元素在生物生命活动过程中发生的迁移。最元素在生物生命活动过程中发生的迁移。最典型的生物迁移是植物的光合作用和微生物典型的生物迁移是植物的光合作用和微生物的分解作用及生态系统中元素在生物链中的的分解作用及生态系统中元素在生物链中的传递。传递。 元素一旦被活化后，就会产生不同形式的迁移，而这种迁元素一旦被活化后，就会产生不同形式的迁移，而这种迁移不是无止境的，元素最终还是要在一定的条件下转变成为相移不是无止境的，元素最终还是要在一定的条件下转变成为相对稳定的状态而停留下来。其最终表现形式是元素的富集或

17、者对稳定的状态而停留下来。其最终表现形式是元素的富集或者分散。分散。 元素富集的根本原因在于元素的稳定性发生了变化，即由不元素富集的根本原因在于元素的稳定性发生了变化，即由不稳定状态变为稳定状态，导致元素这种变化的是元素在迁移过稳定状态变为稳定状态，导致元素这种变化的是元素在迁移过程中的物理化学条件的变化。程中的物理化学条件的变化。 当物理化学条件的变化表现为突变时，造成元素的集中沉淀当物理化学条件的变化表现为突变时，造成元素的集中沉淀富集；而当物理化学条件的变化为渐变时，造成元素的分散沉富集；而当物理化学条件的变化为渐变时，造成元素的分散沉淀。淀。 根据富集机理及方式，地球化学体根据富集机理

18、及方式，地球化学体系中元素的富集也可以分为三种基本形式：系中元素的富集也可以分为三种基本形式： 物理富集物理富集 化学富集化学富集最重要最重要 生物富集生物富集 元素沉淀富集的地球化学突变界面元素沉淀富集的地球化学突变界面 地球化学垒地球化学垒 地球化学障地球化学障 地球化学界面地球化学界面 强调突变的环境条件是元素沉淀富集的决定性因素。强调突变的环境条件是元素沉淀富集的决定性因素。上世纪上世纪90年代初注意流体性质的改变对地球化学垒的年代初注意流体性质的改变对地球化学垒的影响。之后人们又开始重视水影响。之后人们又开始重视水岩反应或流体岩反应或流体岩石岩石反应导致元素沉淀作用。反应导致元素沉淀作用。 元素在流体运移过程中，只有当化学平衡被元素在流体运移过程中，只有当化学平衡被破坏时才能引起沉淀，也只有当这种变化突发时