地球化学课件3第1章二、地球的结构和化学成分1、2-谢财富.ppt

1、第一章是太阳系和地球系统中元素的丰度，第二章是地球的结构和化学成分。首先，我们将讨论两个概念：1)丰度，分布：丰度(分布)(这两个词在欧洲和美国是混合的，前者表示丰度，后者表示中国的分布):它指宇宙或更大的地球化学系统中元素的平均含量(本书)。或者更大的自然系统中元素的平均含量。如太阳、行星、陨石、地球、地壳等。强调整个(母)和大型地球化学系统的丰度类型：重量丰度(WB)、原子丰度和相对丰度(宇宙丰度)。常见的元素含量单位有：以重量丰度(WB)为例，10-2(百分比含量，%)，10-6(百万分之一，百万分之一，百万分之一，克/吨，克)Ppb，1/100百万，毫克/吨，纳克/克)，10-12(百

2、万分之一，百万分之一，克/吨，克/克)，2。地球的结构和化学成分。元素构成宇宙分布强调整体的一部分(母体中的每一个子体)，这通常用于小的地质体，如岩石和矿物。丰度(分布)和分布是相对的概念，例如地球上元素的平均含量、相对于太阳系的分布以及相对于地壳、地幔、地核等的丰度。两个基本知识：1)地球在天体分类系统中的位置：宇宙超星系团、星系团、银河系、太阳系、地球、天空和地球。宇宙是一个包含所有时间和空间范围的自然系统，是最高层次的系统。在宇宙学的尺度上，三维空间在任何时刻都是均匀和各向同性的，所有星系都经历了相似的演化过程，物质分布也是均匀的。因此，我们可以从太阳系的化学成分推断宇宙的物质分布。像其

3、他类地行星一样，地球内部的物质组成是不均匀的，有壳、地幔和核心结构。地球的起源：它诞生于46亿年前，由形成太阳和其他行星的相同物质组成。关于形成模式有两种假设：热气体星云凝结(均匀吸积，然后熔化分化)，冷固体粒子逐渐吸积(非均匀吸积理论)。地球上的轻气体h、He和重气体Kr、Xe都处于强亏损状态，这对理论是有益的。目前，星子连续吸积理论很流行。太阳星云旋转加速度=星云圆盘原太阳=温度升高引起的星云圆盘物质分馏。原太阳附近的星子主要由难熔金属铁、镍及其氧化物组成。随着距原太阳距离的增加，星子的化学成分逐渐由镁和铁的硅酸盐和冰的水、甲烷(CH4)、氨(NH3)等挥发性成分组成。(1)地球结构和元素

4、丰度1。地球的内部结构被认为是由不同的层组成的，如地壳、地幔和地核。主要依据是地球物理数据(间接数据)，如地震波传播速度的变化和地球中物质密度的不均匀分布，纵波(纵波)横波(横波)，1。地球内部结构，布伦(1975) B层包括岩石圈地幔和4001000公里的过渡层(过渡带)，它分为三层：地壳和地幔核心，布伦模型：A，B，C，D，E，F，G，地球结构概要，引自安德森(1993)，2。地球元素丰度：(1)地球元素丰度研究方法：陨石类比法：b .陨石和小行星成分相同；陨石是被摧毁的恒星碎片；产生陨石的恒星在内部结构和组成上与地球相似。各种陨石的平均值(如克拉克，1924)，问题：如何确定陨石的比例？

5、有许多铁陨石被发现，但实际上有许多陨石坠落下来，所以结果是铁高，氧，镁，硅低，而球粒陨石是平均的(例如，阿伦斯，1965)，和问题：铁低！(凝聚形成地球的星子都离太阳很近，它们差别太大，富含难熔元素，与球粒陨石不同)，与现代地球中铁的估算值相比(超过30%)，(1)地球元素丰度的研究方法，地球模型陨石类比法(华盛顿，1925；梅森，1966):按地球各大圆的比例计算：地核：32.4%，地幔壳以球粒陨石为代表的镍-铁金属相(占总数的27.1%)，陨石硫-铁(硫化物相) (占5.3%): 67.6%，以球粒陨石的平均硅酸盐成分为代表，也称SMT法(硅酸盐相S-) (1)地球元素丰度的研究方法，地球

6、物理类比法(李彤，1976)3360，基于Buren 提出各层(地壳、上地幔、下地幔、外核和内核)的质量分数和物质组成，然后用加权平均法计算地球元素丰度。 (2)地球元素丰度及其规律，请梅森，1966:地球模型-陨石类比法李彤，1976:地球物理类比法，(2)地球元素丰度及其规律，铁氧硅镁90%；含量大于1%的元素：镍、钙、铝、硫；元素钠、钾、铬、钴、磷、锰和钛，含量为0.01%-1%。地球元素丰度遵循太阳系元素丰度的基本规律，如奇偶规律、递减规律等。但是地球上亲水元素的含量很低(为什么？)，(这种相似是由于起源相同，但不同的是，地球的物质有过分的不同，如太阳风赶走了挥发性成分)，欧阳自远，1

7、983年，Kr，(2)。地壳成分和元素丰度。地壳成分(1)大陆地壳：由沉积岩、变质岩、侵入岩和火山岩组成，平均厚度为3740公里，覆盖了700%的地壳质量。其高度演化的化学成分在太阳系中是独特的，靠近地表、深部、辉长岩、花岗岩、上地壳、下地壳、微酸性火成岩和沉积岩、长英质麻粒岩、镁铁质麻粒岩、(1)大陆地壳，根据暴露的地表剖面，大陆地壳的地球物理分层结构模型(根据上地壳的平均厚度地壳：拉张带薄，挤压造山带厚(即使根部已被移除)。(1)大陆地壳，由欧洲3000公里的地质-地球物理剖面确定，上地壳中深成岩的体积比，花岗岩和花岗闪长岩77%石英闪长岩8%闪长岩1%辉长岩13%正长岩，斜长石和橄榄岩1

8、%，总量为100%，(1)大陆地壳，海洋沉积物(12公里)-海洋玄武岩席状岩脉群辉长岩-超镁铁质堆积岩(海洋地壳之上)，上地幔变形橄榄岩(2)海洋地壳主要由目前，海洋地壳为200Ma(J老(J之后)，其总成分相当于苦橄玄武岩。(2)地壳的成分和元素丰度。两种表示方法：1 .重量克拉克值：地壳中元素的重量平均含量；2 .原子克拉克值：重量克拉克值/元素的原子量=元素的原子克拉克值；3 .地壳成分和元素丰度；4 .大陆地壳化学成分的研究方法，如克拉克和华盛顿(1924)，维诺格拉多夫(1962)(1基性岩石2酸性岩石)，泰勒(1964)(1花岗岩1基性岩石)，(2)地壳成分和元素丰度。 克拉克方法

9、(1924):(8602个火成岩数据中的511个50个元素)a .岩石圈：水圈：大气93% 7% 0.03% B .岩石圈中的岩浆岩(地壳):页岩：砂岩：石灰岩95% 4% 0.75% 0.25%具体计算过程：1 . 计算48个区域的平均化学成分。计算9个区域的平均化学成分。16公里的计算厚度是人工确定的，没有考虑莫霍面；虽然考虑了海洋岛，但忽略了海洋地壳的物质组成，它实际上代表了大陆(上)地壳的元素丰度，以及(2)地壳的组成和元素丰度。goldschmidt (77块冰川粘土)是最早的细碎屑沉积岩的方法。Taylor和McLenan(1985)发展了这种方法的特点：细碎屑岩的源物质来自于剥蚀

10、区，源区出露岩石的天然平均样品经济、快速，适用于区域地壳成分的估算。钠、钙、锶、钡等易溶元素不准确，细碎屑岩的稀土元素组成模式与现今大陆上地壳一致，但含量稍高。如果下降20%-30%，就能实现。由于后者的碳酸盐岩和应时砂岩含稀土较少，(2)地壳的成分和元素丰度，Taylor and Maclennan (1985):目前，大陆地壳质量的75%形成于太古宙(2镁铁质1长英质=安山岩)，25%形成于后太古宙，后太古宙大陆生长主要发生在岛弧区，代表物质为岛弧安山岩，提出了大陆地壳(一般)化学成分的安山岩模型。另外，下地壳成分的计算：假设下地壳占大陆地壳厚度的75%，上地壳占25%，根据质量平衡，下地

11、壳成分可以通过从整个地壳中减去上地壳得到：a .对大陆地壳生长历史的不同认识(再循环)b .对不同时期大陆地壳原始物质性质的不同认识(2)地壳的成分和元素丰度，以及大尺度区域高山等(1992，1998)华东地区。大陆地壳剖面法(选择合适的剖面，如意大利Ivrea，有5个标志)、地球物理方法(主要地震波速度与化学成分之间的关系)、火山岩中的地壳深部包裹体(主要碱性玄武岩中的麻粒岩包裹体)、大陆地壳成分模型法(根据大陆地壳剖面、地壳深部包裹体、实验岩石学、地球物理等)。):大陆地壳化学成分的英云闪长岩模型(Wedeboll，1995)，大陆地壳化学成分的英云闪长岩模型(Wedeboll，1995)

12、，3)。地壳元素丰度特征，3)地壳元素丰度特征(规律)比较：太阳系、地球和地壳中的前10个元素：地球：太阳-太阳-太阳-地壳：地球-地球-地球-地球-地球-地球-地球-地球-地球-地球-地球-地球-地球-地球-地球-地球-地球-地球-地球-地球-地球-地球-地球-地球-地球-地球-地球-地球-地球-地球-地球-地球-地球-地球-地球-地球-地球地壳平均化学成分和元素克拉克值，3。地壳元素的丰度特征(规律)，各种元素的丰度极不均匀。氧、硅和铝占82%。氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾和镁占98%。前13种元素占地壳总重量的99.7%。其余仅占0.3 O，与Rn相差1017倍，其丰度随原子序数的增加而降

13、低，但锂、铍和硼除外；232、238、235；贵金属、硒、碲等。像太阳系一样，李、铍和硼仍有缺陷。3)地壳中除惰性气体和少数元素(偶元素含量为86%)外，其余元素的丰度均高于奇数。但是，也有反偶数规则，如：3Li4Be16S，23V24Cr25Mn四重规则(质量数是四的倍数)。4A类型：12c 7Li、11B、24mg、28si、32s、40ca、48ti、52cr、56fe、140ce、232th、238u占87。19f、23na、27al、31p、35cl、39k、51v、55mn、59co、63cu、75as、107ag占13%。4a2(如238 U等)。)和4q1(例如9 Be)仅占0

14、。n%。3)地壳元素丰度的特征不同于六大规律，在奇偶元素丰度的对数曲线上有峰的元素的原子数差为6或6的倍数。例如，偶数编号的8O、14Si、20Ca、26Fe、38Sr、50Sn、56Ba、74W、82Pb和90Th(偶数编号规则的特例)具有最高丰度(60)。偶奇型次之，偶奇型：35；奇奇：5。核壳层规则(幻数):质子数为2，8，14，20，28，50，82，中子数为2，8，14，20，28，50，82，126的原子核具有较高的稳定性(核壳层中充满了核子，原子核最稳定)，具有较大的分布和放射性蜕变：U238，U235 Pb206，Pb207，Pb208，Ar40，Sr87随时间增加(地壳元素的

15、丰度特征)，元素丰度在宇宙中的分布与元素的化学性质无关，而主要受原子核结构的控制。然而，地壳元素的丰度也受地球形成前分异和形成后地球化学演化的控制，这与其化学性质有关。2。地壳的平均化学成分和元素的克拉克值，4。元素克拉克值的地球化学意义，大陆地壳化学成分对壳幔分异的指示，高克拉克值=独立矿物(钾、钠)的低克拉克值=同晶元素(铷、铯)的克拉克值与可形成矿物数量的关系，4。元素克拉克值的地球化学意义，克拉克值，即元素集中分散的克拉克值的浓度概念，4)元素克拉克值的地球化学意义，判断元素富集和整合地壳矿物能力的浓度系数：某些元素的截止品位/克拉克值，4)元素克拉克值的地球化学意义，低浓度系数更容易富集和整合矿物(但不是绝对的，有些元素具有很强的富集能力)硅， 铝、铁、铜、锌和银分别需要富集50600倍和2000倍才能达到工业品位(矿石主要形成于古生代以后)。 为计算资源潜力，美国矿产储量r(吨)=A(10-6) 106 (McKelvey，1960)；地壳质量按1公里深计算，世界资源潜力为r(吨)=2