地球的化学演化.ppt

第二章 元素在地球各圈层中的分布 第四节 地球的化学演化 第四节 地球的化学演化 根据地质和地球化学综合研究成果，已知迄今46亿年的地球历史中经历了几个重大的地质时期： 1、37亿年前（冥古宙） 太阳系原始星云物质经重力聚集产生吸积作用，逐步形成了密度较大的星体。地球在早期的吸积过程中逐渐形成了原始的地核、地幔和地壳。 地球的化学演化 由于地球的去气作用，产生了地球外部的大气圈。原始大气圈的成分主要是H2、H2O、CH4 NH3、N2、CO、CO2、H2S以及少量的惰性气体。由于游离氧很少，所以大气圈具有还原性质。 40亿年左右，地球遭受了强烈的陨石冲击 火山活动加强，扩大了原始的水圈和大气圈。 原始水圈中因含有HF、H3BO4和SiO2，估计当时地表水的PH值接近于l-2． 地球的化学演化 这一时期地壳的组成和性质尚无确切地质记录，认识主要来自类地行星的对比分析。 2、37—25亿年（太古宙） 内动力地质作用：太古宙地壳广泛分布着玄武岩、科马提岩（橄榄岩岩浆），与花岗岩组成绿岩-花岗岩地体。 化学沉积作用：以条带状硅-铁建造最为特征 这一时期的水圈具有较低的PH值（约在2-5之间）和较高的温度， 地球的化学演化 橄榄质岩浆和花岗质岩浆的广泛出现表明这一时期上地幔和地壳温度远比现今高得多。 关于原始地壳化学组成的基本观点： (1) 最早的地壳可能是玄武质的，地壳再熔融形成花岗岩，使地壳不断演化。 (2) 最早的地壳可能是酸性或中酸性的,是早期地幔分异形成的。 地球的化学演化 地表玄武质岩石在酸性介质作用下，大量Ca、Mg、Fe被溶解带入海洋，为这一时期特大型沉积铁矿的形成奠定了物质基础。铁的沉积使海水中的Ca、Mg浓度不断增大，但并无钙、镁的广泛沉积，指示当时水圈具有弱酸性。 地球的化学演化 成矿作用：表生沉积矿产以铁矿为特征， 也是地球演化历史中铁的最重要的成矿期。 内生成矿作用： 主要与绿岩-花岗岩有关，主要矿产：与科马 提岩有关的Cu-Ni硫化物矿床、与绿岩-花岗 岩有关的超大型金矿床。主要成矿元素有： Cr Ni Co Cu Au Ag Zn和铂族元素等， Zn与Cu共生。 地球的化学演化 3、25—16亿年（古元古代） 世界主要克拉通基本形成，地壳趋于稳定，火山活动减弱，裂谷发育。 幔源基性岩浆侵人地壳形成广泛的层状侵入体和基性岩墙群，并伴有Cr、Ni、Co、Cu、Fe、P 和铂族元素的富集成矿。 地球的化学演化 生物作用： 这一时期藻类生物大量繁殖，光合作用增强，大气游离氧增加。大气中CO和CH4的氧化，使CO2含量显著增加． 地球的化学演化 成矿作用： 出现层控超大型热水沉积Pb-Zn矿床, 开始出现层控型Cu矿床（产于白云岩内）、出现超大型泻湖蒸发型矿床: MgCO3 (菱镁矿) CaCO3 FeCO3 MnCO3 （菱锰矿）和超大型沉积变质改造的硼镁铁矿床等。 元古宙水圈的性质发生了重大变化，突出 特征是PH值增大，它导致CO2在水中溶解 度增大 降低了MgCO3 CaCO3 FeCO3 开始沉淀的浓度，由此引发了大规模碳酸岩 的沉积。 地球的化学演化 什么因素使海水PH值增大： 早期水圈体积相对较小，酸性水圈的形成是强烈火山活动作用的结果，火山气体的持续排放使大气中CO2、H2S等酸性气体不断浓集，大气与水圈的气体溶解平衡，决定了早期水圈具有酸性强和相对还原性质。 水圈PH值的增大需要从水圈、岩石圈的相互作用方面去思考 。 大气CO2与海洋间的平衡： 25℃溶度积 CO2+Mg2++H2O MgCO3+2H+ MgCO3（1×10-5) CO2+Ca2++H2O CaCO3+2H+ CaCO3（3.8×10-9) CO2+ Fe2++H2O FeCO3+2H+ FeCO3 (3.2×10-11) Fe2++H2O Fe(OH)2+2H+ Fe(OH)2 (8×10-16) 5.5 7.2 Fe3++H2O Fe(OH)3+2H+ Fe(OH)3 (3×10-39) 2.2 3.2 Mn2++H2O Mn(OH)2+2H+ Mn(OH)2 (1.9×10-13) 8.5 10 Ca(OH)2 (5.5×10-6)