地球化学课件.ppt

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1、第二章元素的结合与分配自然界没有孤立的原子，原子都是以一定的形式结合并组合存在。如在陨石中，金属相：Fe,Ni,Co,Pt等组合；硅酸盐相：Si,O,Al,Ca,Mg,Fe等组合；硫化物相：S,Fe,Cu,Zn,Ni,Co,Pt等组合。如在地壳岩石中，酸性岩：K,Na,Si,Al,Be,Th等组合；基性岩：Fe,Mg等组合。另外，在不同的岩石、矿物中元素的组合方式千变万化，但在同一类型的岩石中特定的元素又总是相伴出现，这反映自然界元素之间的结合是有一定规律的，它对元素在自然界的存在形式和迁移都有重要影响，对元素结合和共生规律的研究，也是地球化学研究的一个基本课题

2、。元素结合的基本规律本章讨论的自然界控制元素结合的主要规律有以下几种：1、元素的地球化学亲和性2、矿物晶体形成和变化过程的类质同像法则3、晶体场理论的控制一、地壳和地球范围内地球化学体系的特征1)温度、压力等条件的变化幅度与人为制备的条件相比是有限的，如地壳和上地幔的温度变化幅度为-80—1800℃，压力由0.0n一1010Pa(十万大气压)。现代实验设备可以制备的温度极限则可以从接近绝对零度(0.0000-1K)到超高温5×104℃(等离子火焰)，以至到10M℃(聚核反应)；压力可由真空到1.2×1011Pa。2)大量化学组分共存，浓度相差悬殊。任一地质作用都

3、可以看成是由92种元素参加的体系；C＝92，如果考虑同位素则可以有354种核素；92种元素以其各自丰度决定的量比参加化学反应。这与实验室中观察的通常为有限组分数，由高纯试剂，按理论量比设计的化学反应有很大区别。3)开放体系，具多变度单向发展演化的特征。外来成分的加入可以完全改变作用的性质和条件，地球化学作用具有时间上分阶段演化的特征，如一股岩浆期后溶液活动，由于不断加入来自围岩的孔隙溶液和淋取成矿物质，晚期变为后生侧分泌性质的溶液。4)为自发进行的不可逆过程，反应进行的方向、速率、限度受体系能量效应的制约。二、自然作用产物的特点：1）自然稳定相-矿物及各种流体相

4、总数有限，自然化合物种类不多；各种矿物的分布丰度相差很大：如据矿物学统计迄今所发现的矿物总数大约3000多种(不包括天然有机化合物)；矿物化合物大类只7种，矿物总族数不过200；而实验室中人工制取的化合物参数达三十万种，动植物种数达数万种之多。显然地球的物理化学条件相对的变化幅度控制着矿物的总数和种类。2）元素成组分类形成自然组合，如果按阴离子分类，地壳中只有含氧化合物、卤化物、自然元素类，以及稀少的砷化物、硒、碲化物等类矿物。3）与各种阴离子结合的阳离子也组成特征各异的共生元素组合。如Cu、Pb、Zn等主要形成硫化物，K、Na、Ca、Mg等主要形成硅酸盐（或氧

5、化物），Nb、Ta、Zr、Hf、REE等也倾向形成硅酸盐（或含氧盐），Au、Ag和Pt族元素等主要以单质和金属互化物的形式存在。。4）自然稳定相-矿物都不是纯的化合物，每一种矿物都构成一个成分复杂、含量变化的混入物系列。5)在地壳的物理化学条件下、相似的物质组成会使自然作用产物的类型重复出现。如矿物间按一定生成环境形成有规律的共生组合。又如岩石分大类，矿床按类型都由特征的矿物组合构成。这些事实说明，在一定的物理化学环境和一定的物质成分所确定的自然作用体系中，化学反应类型经常会重复出现，并在一定程度上达到平衡。第二节元素的地球化学亲合性元素的地球化学亲和性，主要指

6、阳离子在自然体系中有选择地与某阴离子化合的倾向性。一、元素的地球化学亲和性在自然体系中，元素最普遍的结合方式是阳离子和阴离子之间的结合，按化学计量比计算，地球和地壳中阴/阳离子的总数不相等，且阴离子阳离子，体系中元素丰度的这一特征导致了在地球化学作用过程阳离子对阴离子的争夺，即元素间的结合关系与元素形成阳离子的能力有关。在自然体系中元素形成阳离子的能力和所显示出有选择地与某种阴离子结合的特性，称为元素的地球化学亲和性。它是控制元素在自然界相互组合的最基本规律。实际观察表明，一部分元素只“喜欢”与氧结合形成氧化物和氧盐类，而另一些元素则首先与硫化合形成硫化

7、物。这就形成了地质学熟知的以造岩元素为主体的含氧矿物类组合和以重金属元素为代表的硫化物组合。二者的成因和富集条件是明显不同的。还有一些元素争夺阴离子的能力较弱，这些元素的离子相互结合形成金属或金属互化物。戈尔德施密特最早发现这一现象。他在观察欧洲曼斯费尔德铜矿石冶炼过程中注意到，矿石经冶炼后在炉中形成四个相、金属铁相(集中了铜和重金属硫化物)、硅酸盐炉渣和气相(CO2，H2O）。戈尔德施密特把冶炼过程和陨石中所观察到的铁陨石、陨硫铁以及球粒陨石的化学成分相对比，并结合地质作用中的矿物组合和元素共生规律提出了把元素分为亲氧、亲硫、亲铁、亲气和亲生物的分类。他并且还

8、推测地球内部的壳层结构也