第一章 宇宙和地球中元素的分布与分配.ppt

一、地球的成因 地球是在约46亿年前诞生的。一般均认为地球是由组成太阳和其它行星的同样物质所形成，只是关于形成或者聚集方式存在着不同意见。一部分人认为它是由炽热的气态星云凝聚而成，另外一些人则认为它是宇宙星云通过固态质点逐渐吸积（accretion）而成。由于地球上不仅轻气体（H、He等）严重亏损，而且重气体（Kr、Xe等）的丰度也极度偏低，这些事实有利于地球吸积形成的假说。因为倘若地球是由炽热物质凝聚形成，这些气体均应较之现在具有更高的丰度（赵伦山、张本仁，1988）。 一、地球的成因 目前，关于地球成因较为流行的观点是“星子连续吸积”模型（Murray et al., 1981），该模型认为，原始的太阳星云是由气体和尘粒组成，尘粒的半径约为10-5cm。星际尘粒在绕“原太阳”旋转过程中相互碰撞、粘合，进而形成直径为10~106m的星子。在星云盘中，靠近“原太阳”的星子主要由难熔的金属Fe、Ni及其氧化物所组成；随着与“原太阳”距离的增加，星子的化学组成逐渐被Mg和Fe的硅酸盐以及水、甲烷、氨以及其它的挥发组分的冰所组成。 一、地球的成因 在地球形成之初由金属Fe和Ni的氧化物星子加积而成地核，然后Fe、Mg硅酸盐星子覆盖在地核之上。随着地球的“长大”，在星子捕获产生的热和放射性同位素衰变产生的热的作用下，地球发生融化并在重力的作用下分层。 一、地球的成因 地球增生的最后阶段是挥发性星子的加积作用，这类星子由水、甲烷、氨的冰组成，形成于星云盘的外围。这类冰状星子增生到地球表面以后，很快蒸发成以水和其它挥发分组成的稠密大气圈。随着地球的冷却，从4×109年前开始大气圈中的水汽逐渐凝结为海洋。正是这些海水在地球上形成各种地质作用，并产生了生命 二、地球内部主要壳层特征 1、地球元素丰度计算法 (1) 陨石类比法 (2) 地球模型和陨石类比法 (3) 地球物理类比法 组成地球90%的是Fe, O, Si, Mg四种元素。重量占1%以上的主要有是Ni, Ca, Al, S四种元素。其他所有元素之和，重量仅1%左右。 地球元素丰度计算法 ? （1）陨石类比法： *综合陨石法：取各类陨石的平均化学成分来代表地球的元素丰度. 陨石是太阳系中某颗消失的行星碎块，因此综合的陨石组成应该相似于地球的平均组成（Krauskopf and Bird, 1995）。然而求取陨石平均组成几乎是不可能的，因此采用这种方法难以得到令人满意的结果。 *单一陨石法: 提出只用分布最多的球粒陨石平均元素含量来代表地球的元素丰度（Ahrens, 1965） 地球元素丰度计算法 ? （2）地球模型和陨石类比法： Mason根据现代地球结构模型，认为地球的总体成分基本上取决于地幔和地核的成分和相对质量，关于地幔和地核的成分，他做如下假设： ?球粒陨石的硅酸盐相成分代表地幔和地壳的成分； ?球粒陨石的镍-铁相平均成分加上5.3%的陨硫铁相成分代表地核成分； ?地核和地幔的重量比例分别为32.4%和67.6%。 由此计算全球的元素丰度。由于这种计算方法是采用陨石相分析法，即硅酸盐（Silicate）相、金属（Metal）相和陨硫铁（Trolite）相的分析资料为基础，故又称SMT法。 地球元素丰度计算法 ? （3）地球物理类比法 这是黎彤采用的方法。这种方法在很大程度上基于地球自身的物质成分和地球物理壳层模型等的实测、资料和模拟试验的成果上。 地球元素丰度计算法 ? 首先根据Bullen的地球层壳模型划分出地壳（A）、上地幔（B+C）、下地幔（D）和地核（E+F+G），各层的质量数分别是0.4%、27.7%、30.4%和31.5%。 其次根据地球物理的实测和模拟资料选择四个壳层的物质成分，其中地壳采用Poldervaart的全球地壳模型；上地幔采用Ringwood的地幔岩模型；下地幔采用超基性岩加20%的铁橄榄石综合模型；外核采用FeS模型，内核（F+G）采用金属铁模型，合称Fe-FeS模型。 最后采用各层圈质量加权平均法求出整个地球的元素丰度。这种计算法立足于地球本身、并首先提供了地球内部各壳层的元素丰度数据。 地球的平均化学成分(%) 地球的化学成分特征 这些结果还表明，组成地球90%的是Fe, O, Si, Mg四种元素。 重量占1%以上的主要有是Ni, Ca, Al, S四种元素。其他所有元素之和，重量仅1%左右。 * 三、月球的组成 三、月球和地球若干特征对比 ? （5） 在月球和地球早期，强烈的火山活动都比较普遍。月球高地的形成，广泛分布的月海玄武岩和地球早期产生的中、基性喷出岩后经变质形成的全球广泛分布的绿岩系，是地球可