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第四节 风化作用地球化学 风化作用地球化学 一、风化作用的特点和研究意义 (一)特点 常压 低温 处于大气圈游离氧和二氧化碳作用下 大气圈-水圈-岩石圈的相互作用 生物和有机质参与 营力:太阳能为主 风化作用地球化学 (二)研究意义 1.风化壳型矿床的形成 Fe Al Mn TR, Nb, Ta, U 风化作用地球化学 2.寻找盲矿的标志 风化作用产物掩盖了矿床,但同时在矿床的土壤及其盖层存在着次生地球化学异常。 风化作用地球化学 3.土壤成分与经济作物的关系 吉林人参 含硼岩系优于其它岩石形成的土壤 烟台苹果 黑云片麻岩优于碳酸岩类岩石形成的土壤 温州蜜桔 长石砂岩和花岗岩优于页岩和砂页岩形成的土壤 贵州茶叶 砂岩分布区优于碳酸岩区 风化作用地球化学 二、风化过程中元素迁移的一般规律 (一)影响风化作用的因素 物理风化 化学风化 生物风化 决定于气候环境(温度和水量) 风化作用地球化学 1. 水、氧及CO2 (1) 水的作用 溶剂 参与对岩石的破坏作用(水合和水解) Fe2O3 + nH2O = Fe2O3?nH2O(水赤铁矿) 2K[AlSi3O8] + 2H2O + CO2 => Al4[Si4O10](OH)84H2O (高岭石) + K2CO3 + 4SiO2 调节环境的pH Eh和大气 CO2含量 调节pH: CO2 + H2O = 2H++ CO3- 4K[AlSi3O8]+10H2O=> Al4[Si4O10](OH)8 ? 4H2O+8SiO2+4K(OH) 调节pH和Eh: 4Fe+2+2H2O+O2 =>4Fe+3+4(OH)- 调节环境的pH Eh和大气CO2含量 大陆碳酸盐岩风化对大气CO2的含量没有影响 CO2 + H2O + CaCO3 ? Ca2++2HCO3- 硅酸盐岩由风化转变为一个海洋碳酸盐分子沉积, 将损失大气中一个CO2分子, 导致大气CO2的含量降低. 4K[AlSi3O8]+10H2O+2CO2 => Al4[Si4O10](OH)8 ? 4H2O(高岭石)+2K2CO3+8SiO2 风化作用地球化学 (2)氧的作用 大气中的游离氧 21%(体积) PO2 = 0.21大气压 溶解于水中的氧,随温度降低含量增加 作用:低价离子 高价离子 风化作用地球化学 (3)CO2的作用 大气中CO2:0.03%(体积) 雨水中CO2:2.14% (体积) 控制水体的pH值 3CO2+3H2O = H2CO3+3H++CO32-+HCO3- 使碳酸岩溶解 CaCO3 + H2CO3 = Ca(HCO3)2 风化作用地球化学 2. pH值 表生带天然溶液的pH值为:4-9 硫化物矿床氧化带:2-3 火山地区强酸性水:1-2 沙漠和碱性湖水:10-12 河水: 7 雨水: 6 海水: 8.5 风化作用地球化学 pH值对元素迁移的控制 一般规律: 低场强元素在pH降低时,溶解度增大(酸性条件下易迁移)。 高场强元素在pH增高时,溶解度增大(碱性条件下易迁移)。 风化作用地球化学 3. Eh值 改变元素的迁移性质,如Fe2+, Fe3+ 风化作用地球化学 4. 矿物和岩石的耐风化能力 氧化物(锆石,金红石,刚玉,尖晶石,锡石,钛铁矿,磁铁矿等) 硅酸盐(橄榄石,辉石,长石,云母) 碳酸岩(石灰岩等) 硫化物(黄铁矿等) 风化作用地球化学 5.气候条件 雨量:决定水与矿物和岩石的接触 温度:控制反应速率 风化作用地球化学 风化作用地球化学 (三)元素的生物地球化学迁移 1.对大气中O2和CO2的控制 2.有机酸对矿物和岩石的风化影响 3.植物对元素的选择性摄取 风化作用地球化学 风化作用地球化学 实习课一微量元素模拟计算 平衡部分熔融: CLi=C0i/[D+F(1-D)] ? 1、河北迁西太古代绿岩带中超镁铁岩的稀土元素含量分别为: La Sm Yb (×10-6) 太古代绿岩带 1.25 0.66 0.70太古代上地幔 0.64 0.39 0.42太古代上地幔 La、Sm、Yb的含量如上表,取该区地幔矿物相比例为:橄榄石63%、斜方辉石22.5%、单斜辉石5%、石榴石5% ,试用平衡实比熔融和收集熔融计算
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