地球化学-化学元素丰度与分布[精选].ppt

第2章 化学元素的丰度与分布 2.1 元素丰度的概念和表示方法 2.2 太阳系的化学组成 2.3 地球的化学组成 2.4 地壳的化学组成 2.5 水-岩化学作用 2.1 元素丰度的概念和表示方法 2.1.1 丰度和丰度体系 （1）克拉克值：是地壳中元素的重量百分数的丰度单位。 （2）区域克拉克值：是指地壳不同构造单元中元素的丰度值。如克拉通地壳元素丰度值。 MORB-normalized Spider Diagrams 4. 研究元素和同位素丰度与分布的意义 研究元素丰度是研究地球化学基础理论问题的重要素材之一 宇宙天体是怎样起源的？地球又是如何形成的？地壳与地幔中的主要元素有什么不一样？生命体是怎么产生和演化的？这些研究都离不开地球化学体系中元素丰度分布特征和规律。 元素丰度是每一个地球化学体系的基本数据 可在同一或不同体系中用元素的含量值来进行比较，通过纵向（时间）、横向（空间）上的比较，了解元素动态情况，从而建立起元素集中、分散、迁移活动等一些地球化学概念。从某种意义上来说，也就是在探索和了解丰度这一课题的过程中，逐渐建立起近代地球化学。 2、原子丰度，以原子百分数（原子％）表示的某元素在全部元素的原子总数中的分数。 3、相对丰度，常以原子数/106硅原子为单位。常用于宇宙元素丰度，所以又称为宇宙丰度单位。 1）太阳系物质的同源性 地球、月球、陨石的135Ba/136Ba只在0.01%范围内变化。 2）太阳星云的凝聚过程及物质分异 太阳星云自转加速= 星云盘+原太阳=温度增高引起星云盘内的物质分馏。 元素的化学分馏=随温度降低的凝聚=凝聚物聚集为尘层、粒子团、星子、行星 3）行星形成方式 不均一的吸积说 首先吸积金属铁，然后吸积硅酸盐。 均一的吸积说 吸积过程的物质成分是均匀的，核、幔在后来的演化过程中形成。 A. 大爆炸宇宙的核合成过程（H、He和少量Li、Be、B） 大爆炸诞生时只存在高密度的基本粒子（质子，中子，电子等）和反粒子（反质子，反中子，反电子等），当温度降到1012K时,发生氢核聚变反应： 1H + 1H = 2D+ ?++ ?+ 0.422MeV 2D + 1H = 3He + ?+ 5.493MeV 3He + 3He = 4He + 21H + 12.859MeV B.随后发生氦核聚变反应： 当恒星内部的氢全部转变为氦以后，氢核聚变停止。此时恒星内部收缩，温度升高到100×106K，氦核聚变开始。 4He + 4He = 8Be 8Be + 4He = 12C + ? 12C+ 4He = 16O 16O+ 4He = 20Ne 20Ne + 4He = 24Mg 24Mg + 4He = 28Si 28Si + 4He = 32S (36Ar, 40Ca等) C.中子俘获过程（铁以后的元素） 中子捕获反应是恒星演化到最晚阶段才开始发生的重要反应，由此产生原子序数大于26（Fe）的重元素。 a.慢中子俘获（s 过程）：一个原子的两次中子俘获之间有足够时间让生成核发生衰变（ ?衰变），可合成元素至A=209。 b.快中子俘获（r 过程）：两次俘获时间很短（ ?衰变较少），可合成A=209以后的元素。 4. 太阳系元素丰度规律 2.2.2 陨石的类型和化学组成 ③ 陨石中的60多种有机化合物是非生物合成的“前生物物质”，对探索生命前期的化学演化开拓了新的途径； ④ 可作为某些元素和同位素的标准样品（稀土元素，铅、硫同位素）。 2. 陨石的平均化学成分 图3 CI型碳质球粒陨石元素丰度与太阳元素丰度对比(据涂光炽，1998) 碳质球粒陨石对探讨生命起源的研究和探讨太阳系元素丰度等各个方面具有特殊的意义。 由于CI型碳质球粒陨石的元素丰度几乎与太阳中观察到的非挥发性元素丰度完全一致，碳质球粒陨石的化学成分已被用于估计太阳系中非挥发性元素的丰度。 4．内部金属：铁陨石和石铁陨石内部是有金属铁组成，这些铁的镍含量很高（5－10％）。球粒陨石内部也有金属颗粒，在新鲜断裂面上能看到细小的金属颗粒。 5．磁性：正因为大多数陨石含有铁，所以95％的陨石都能被磁铁吸住。 6．球粒：大部分石陨石是球粒陨石（占总数的90％），这些陨石中有大量毫米大小的硅酸盐球体，称作球粒。在球粒陨石的新鲜断裂面上能看到圆形的球粒。 7．比重：铁陨石的比重为8克/cm3，远远大于地球上一般岩石的比重。球粒陨石由于含有少量金属，其比重也较重。 质子数Z 中子数N 33 34 35 36 37 38 39