课程名称:地球化学 第一章太阳系和地球系统的元素丰度 、基本概念 1、地球化学体系 按照地球化学的观点,我们把所要研究的对象看作是一个地球化学体系,每个地球化 学体系都有一定的空间范围,都处于特定的物理化学状态(C、T、P等),并且有一定的 时间连续性。 这个体系可大可小。某个矿物包裹体,某矿物、某岩石可看作一个地球化学体系,某 个地层、岩体、矿床(某个流域、某个城市)也是一个地球化学体系,从更大范围来讲, 某一个区域、地壳、地球直至太阳系、整个宇宙都可看作为一个地球化学体系。 有关丰度的概念 ①丰度 一种化学元素在某个自然体中的重量占这个自然体的全部化学元素总重量(即自然体 的总重量)的相对份额(如百分数),称为该元素在自然体中的丰度。因此,元素丰度就 是化学元素在一定自然体中的相对平均含量。如元素的地壳丰度,元素的地球丰度,元素 的太阳系丰度等。如果这个自然体占据一个较小的空间位置时,习惯上称为元素的平均含 量。如花岗岩中元素的平均含量,某矿区中元素的平均含量等。 ②丰度表示法 元素丰度常用三种单位来表示,即重量单位、原子单位和相对原子单位。由于采用单 位不同,元素丰度有下列三种名称 (1重量丰度,以重量单位表示的元素丰度,常用的级序有三种:重量百分数(wt%), 用于常量元素;克吨(gt)或ppm( parts per million,106),用于微量元素;毫克/吨(mgt) 或ppb( parts per billion(十亿),109),常用于超微量元素;微克/吨(μg/t)或pt( parts per trillion(万亿),10-12) (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 (3相对丰度,常以原子数/10硅原子为单位。也有采用原子数/104硅原子或原子数/102 硅原子为单位的。这种单位是取硅的原子数等于一百万个(10°)原子,并以此为基数,求 出其他元素相对原子数。所以,这种单位实际上就是各种元素的原子数与一百万个硅原子 的比值。常用于宇宙元素丰度,所以又称为宇宙丰度单位,简称CAU.( Cosmic abundance unit)。选择硅原子作为对比标准的原因是:1)硅元素在自然界中分布相当广泛,便于对 比各种自然体系的丰度值;2)硅是形成不挥发的稳定化合物的元素:3)硅在化学分析和 光谱分析中,都是较易精确测定的元素。取硅原子为10°时,绝大部分元素的相对原子数 介于106—10+之间。 在上述三种不同单位的元素丰度中,重量丰度是基本的,最常用的,原子丰度和相对 丰度都可根据重量丰度换算取得。 此外,在讨论稀土元素或某些微量元素的地球化学问题时,还常用到一种所谓球粒陨 石标准化丰度。它实际上是一种以球粒陨石作为背境值的丰度系数值。主要用来图解处理, 可以构筑稀土元素丰度系数一原子序数曲线图解。构筑这种图解的目的是消除普遍存在于 稀土元素中的奇偶效应,以便将微小的分异变化在图上显示出来。这种丰度表示法在微量 元素地球化学中还要作详细讨论 ③目前已建立的元素丰度体系 大庆石油学院 地球科学学院
课程名称：地球化学 第 6 页 大庆石油学院 地球科学学院 第一章 太阳系和地球系统的元素丰度 一、基本概念 1、地球化学体系 按照地球化学的观点，我们把所要研究的对象看作是一个地球化学体系，每个地球化 学体系都有一定的空间范围，都处于特定的物理化学状态（C、T、P 等），并且有一定的 时间连续性。 这个体系可大可小。某个矿物包裹体，某矿物、某岩石可看作一个地球化学体系，某 个地层、岩体、矿床（某个流域、某个城市）也是一个地球化学体系，从更大范围来讲， 某一个区域、地壳、地球直至太阳系、整个宇宙都可看作为一个地球化学体系。 2、有关丰度的概念 ①丰度 一种化学元素在某个自然体中的重量占这个自然体的全部化学元素总重量（即自然体 的总重量）的相对份额（如百分数），称为该元素在自然体中的丰度。因此，元素丰度就 是化学元素在一定自然体中的相对平均含量。如元素的地壳丰度，元素的地球丰度，元素 的太阳系丰度等。如果这个自然体占据一个较小的空间位置时，习惯上称为元素的平均含 量。如花岗岩中元素的平均含量，某矿区中元素的平均含量等。 ②丰度表示法 元素丰度常用三种单位来表示，即重量单位、原子单位和相对原子单位。由于采用单 位不同，元素丰度有下列三种名称： （1.重量丰度，以重量单位表示的元素丰度，常用的级序有三种：重量百分数（wt％）， 用于常量元素；克/吨（g/t）或 ppm（parts per million，10-6），用于微量元素；毫克/吨（mg/t） 或 ppb（parts per billion（十亿），10-9），常用于超微量元素；微克/吨（μg/t）或 ppt（parts per trillion（万亿），10-12）。 （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。也有采用原子数/104 硅原子或原子数/102 硅原子为单位的。这种单位是取硅的原子数等于一百万个（106）原子，并以此为基数，求 出其他元素相对原子数。所以，这种单位实际上就是各种元素的原子数与一百万个硅原子 的比值。常用于宇宙元素丰度，所以又称为宇宙丰度单位，简称 CAU.（Cosmic abundance unit）。选择硅原子作为对比标准的原因是：1）硅元素在自然界中分布相当广泛，便于对 比各种自然体系的丰度值；2）硅是形成不挥发的稳定化合物的元素；3）硅在化学分析和 光谱分析中，都是较易精确测定的元素。取硅原子为 106 时，绝大部分元素的相对原子数 介于 106—10-4 之间。 在上述三种不同单位的元素丰度中，重量丰度是基本的，最常用的，原子丰度和相对 丰度都可根据重量丰度换算取得。 此外，在讨论稀土元素或某些微量元素的地球化学问题时，还常用到一种所谓球粒陨 石标准化丰度。它实际上是一种以球粒陨石作为背境值的丰度系数值。主要用来图解处理， 可以构筑稀土元素丰度系数一原子序数曲线图解。构筑这种图解的目的是消除普遍存在于 稀土元素中的奇偶效应，以便将微小的分异变化在图上显示出来。这种丰度表示法在微量 元素地球化学中还要作详细讨论。 ③目前已建立的元素丰度体系
课程名称:地球化学 类木行星 陆地地壳丰度{地盾区地壳 褶皱区地壳丰度 地壳丰度 戋洋区地壳丰度 宇宙丰度-太阳系丰度{地球丰度 海洋地壳丰度1深羊区地壳丰度 上地幔丰度 下地幔丰度 地核丰度 类地行星 ④与元素丰度有关的几个名词的说明: (1.克拉克值:是地壳中元素重量百分数的丰度值。 这是为了表彰克拉克在这方面所作的卓越贡献,由费尔斯曼提议而命名的 (2区域克拉克值:是指地壳以下不同构造单元中元素的丰度值。如地盾区地壳元素 丰度值 (3丰度系数:是指某一自然体的元素丰度与另一个可作为背景的自然体的元素丰度 的比值,因为丰度体系是多层次的,所以丰度系数也是多层次的,如以地球丰度为背境, 则地壳中该元素的丰度系数定义为K1=地壳丰度地球丰度 如以地壳丰度为背境,则全球陆地地壳的该元素丰度系数定义为K2=陆地地壳丰度/ 地壳丰度。依次类推。当K>1时,称为富集,当K<1时,称为贫化。因此,丰度系数可 用来指示元素的富集和贫化及其程度。 3丰度与分布 元素在一个体系中的分布,特别是在较大体系中的分布包含两层含义:①元素的相对 含量(平均含量)=“丰度”;②元素含量的不均一性(分布离散特征数、分布所服从统计 模型)。体系中元素的丰度值实际上只能对这个体系里元素真实含量的一种估计,它只反 映了元素分布特征的一个方面,即元素在一个体系中分布的一种集中(平均)倾向 4.地球化学研究中常用的含量单位 绝对含量单位 相对含量单位 吨 % 百分之…×102 千克 千分之 0 克 毫克 微克 ppm,y/gug/gg/T,百万分之 毫微克pb,ng/g 十亿分之 微微克pt,pg/g 万亿分之 5.太阳系的组成 (1)太阳系:太阳,行星,行星物体(宇宙尘、彗星、小行星),卫星。其中太阳的质量 占太阳系质量的998%,其它占0.2% (2)九大行星分类 地球组行星也称类地行星:地球、水星、金星和火星 木星组也称类木行 巨行星:木星和土星 远日行星:天王星、海王星和冥王星 类地行星离太阳近,表面温度高,自转周期长,公转周期短且速度快,体积小,质量小, 密度大,卫星少。 类木行星离太阳远,表面温度低,自转周期短,公转周期长且速度慢,体积大,质量大, 密度小,卫星多 大庆石油学院 地球科学学院
课程名称：地球化学 第 7 页 大庆石油学院 地球科学学院 ④与元素丰度有关的几个名词的说明： （1.克拉克值： 是地壳中元素重量百分数的丰度值。 这是为了表彰克拉克在这方面所作的卓越贡献，由费尔斯曼提议而命名的。 （2.区域克拉克值：是指地壳以下不同构造单元中元素的丰度值。如地盾区地壳元素 丰度值。 （3.丰度系数：是指某一自然体的元素丰度与另一个可作为背景的自然体的元素丰度 的比值，因为丰度体系是多层次的，所以丰度系数也是多层次的，如以地球丰度为背境， 则地壳中该元素的丰度系数定义为 K1=地壳丰度/地球丰度。 如以地壳丰度为背境，则全球陆地地壳的该元素丰度系数定义为 K2=陆地地壳丰度/ 地壳丰度。依次类推。当 K＞1 时，称为富集，当 K＜1 时，称为贫化。因此，丰度系数可 用来指示元素的富集和贫化及其程度。 3.丰度与分布 元素在一个体系中的分布，特别是在较大体系中的分布包含两层含义：①元素的相对 含量（平均含量）= “丰度”；②元素含量的不均一性（分布离散特征数、分布所服从统计 模型）。体系中元素的丰度值实际上只能对这个体系里元素真实含量的一种估计，它只反 映了元素分布特征的一个方面，即元素在一个体系中分布的一种集中（平均）倾向； 4. 地球化学研究中常用的含量单位 绝对含量单位 相对含量单位 T 吨 % 百分之.... ×10-2 Kg 千克 ‰ 千分之.... ×10-3 g 克 mg 毫克 g() 微克 ppm,/g,g /g,g/T, 百万分之一 ×10-6 ng 毫微克 ppb, ng/g, 十亿分之一 ×10-9 pg 微微克 ppt, pg/g 万亿分之一 ×10-12 5. 太阳系的组成 （1）.太阳系：太阳，行星，行星物体（宇宙尘、彗星、小行星），卫星。其中太阳的质量 占太阳系质量的 99.8％，其它占 0.2％。 （2）.九大行星分类： 地球组行星也称类地行星：地球、水星、金星和火星 巨行星：木星和土星 远日行星：天王星、海王星和冥王星。 类地行星离太阳近，表面温度高，自转周期长，公转周期短且速度快，体积小，质量小， 密度大，卫星少。 类木行星离太阳远，表面温度低，自转周期短，公转周期长且速度慢，体积大，质量大， 密度小，卫星多。 木星组也称类木行： 星
课程名称:地球化学 距太阳由近到远依次是:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王 二、元素在太阳系中的分布规律 1估算复杂系统总体化学组成的方法 a.主体代表整体:如用太阳的组成代表太阳系的组成,岩浆岩的平均化学成分代表地壳 的平均化学成分。 b.加权平均:用上、中、下地壳的组成求整体地壳的化学组成 c拟定模型:如用陨石对比法求地球的化学组成 2获取元素宇宙丰度的途径: a直接采样如测定岩石、各类陨石、月岩、月壤和火星样品。美国的阿波罗登月采集了 月岩和月壤的样品:1997年的“探路者”号、“勇敢者”号、“机遇”号,测定了火星岩石 的成分。b.光谱分析:存在局限性,有些元素产生的辐射波长小于2900A,通过大气层时 被吸收而观察不到:光谱产生于表面,只能代表表面成分。 c.利用宇宙飞行器分析测定星云和星际间物质及研究宇宙射线 d由物质的物理性质与成分的对应关系推算。如对行星组成的研究。 3陨石的化学成分 a.陨石的定义及研究意义 陨石是从星际空间降落到地球表面上来的行星物体的碎片。陨石是空间化学硏究 的重要对象,具有重要的研究意义 ①它是认识宇宙天体、行星的成分、性质及其演化的最易获取、数量最大的地外物质 ②也是认识地球的组成、内部构造和起源的主要资料来源; 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)。 b.陨石的分类:以陨石中金属含量为依据(见表1.2陨石的基本分类 陨石主要是由镍铁合金、结晶硅酸盐或两者的混合物所组成,按成份分为三类: 1)铁陨石( siderite)主要由金属NiFe(占98%)和少量其他元素组成(Co,S,PCu 〔r,C等)。铁陨石主要由二种矿物组成,即铁纹石和镍纹石,这类陨石平均含金属 98%.主要为镍铁合金,镍含量在4%一30%之间。除金属矿物外,一般还有副矿物 如陨硫铁(Frs)、磷铁镍钴矿及石墨等.这些付矿物呈小团块散布在金属中,根据矿物 晶体结构和Ni/Fe比值,铁陨石一般又可划分成六而体式陨铁、八面体式陨铁和富镍 中陨铁陨石三个亚类.也可根据微量元素参数法划分成13个化学群、包括11个岩浆 型和2个非岩浆型两大类 2)石陨石( aerolite)主要由硅酸盐矿物组成(橄榄石、辉石)。这类陨石可以分为两 类,即决定它们是否含有球粒硅酸盐结构,分为球粒陨石和无球粒陨石 石陨石( AeroUre)主要由硅酸盐矿物组成。根据是否含球粒可分为球粒陨石和无球粒陨 石两个亚类.球粒陨石( Chondrite)是各类陨石中最常见的陨石类型.其最大特点是含有 球体,具有球粒构造。球粒一般由橄榄石和斜方辉石组成,按球粒间的基质常由镍铁 陨硫铁、斜长石、橄揽石、辉石等组成。按照球粒陨石的化学和矿物组成球粒陨石可 分成E頵顽火辉石球粒陨石)、O群(普通球粒陨石)和C群(碳质球粒陨石)等三大群。 其中普通球粒陨石又可划分为H型(高铁的普通球粒陨石),L群(低铁群普通球粒陨 石),LL群(低铁低金属普通球粒陨石)。 这些陨石大都是石质的,但也有少部分是碳质。碳质球粒陨石有一个典型的特点: 含有碳的有机化合分子,并且主要由含水硅酸盐组成。它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 Allende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 大庆石油学院 地球科学学院
课程名称：地球化学 第 8 页 大庆石油学院 地球科学学院 距太阳由近到远依次是：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王 星。 二、元素在太阳系中的分布规律 1.估算复杂系统总体化学组成的方法： a.主体代表整体：如用太阳的组成代表太阳系的组成，岩浆岩的平均化学成分代表地壳 的平均化学成分。 b.加权平均：用上、中、下地壳的组成求整体地壳的化学组成 c.拟定模型：如用陨石对比法求地球的化学组成 2.获取元素宇宙丰度的途径： a.直接采样 如测定岩石、各类陨石、月岩、月壤和火星样品。美国的阿波罗登月采集了 月岩和月壤的样品；1997 年的“探路者”号、“勇敢者”号、“机遇”号，测定了火星岩石 的成分。b.光谱分析：存在局限性，有些元素产生的辐射波长小于 2900 A ，通过大气层时 被吸收而观察不到；光谱产生于表面，只能代表表面成分。 c.利用宇宙飞行器分析测定星云和星际间物质及研究宇宙射线 d.由物质的物理性质与成分的对应关系推算。如对行星组成的研究。 3.陨石的化学成分 a.陨石的定义及研究意义 陨石是从星际空间降落到地球表面上来的行星物体的碎片。陨石是空间化学研究 的重要对象，具有重要的研究意义： ① 它是认识宇宙天体、行星的成分、性质及其演化的最易获取、数量最大的地外物质； ② 也是认识地球的组成、内部构造和起源的主要资料来源； 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）。 b.陨石的分类：以陨石中金属含量为依据（见表 1.2 陨石的基本分类） 陨石主要是由镍-铁合金、结晶硅酸盐或两者的混合物所组成，按成份分为三类： 1）铁陨石（siderite）主要由金属 Ni, Fe（占 98%）和少量其他元素组成（Co, S, P, Cu, Cr, C 等）。铁陨石主要由二种矿物组成，即铁纹石和镍纹石，这类陨石平均含金属 98％．主要为镍铁合金，镍含量在 4％一 30％之间。除金属矿物外，一般还有副矿物， 如陨硫铁(Frs)、磷铁镍钴矿及石墨等．这些付矿物呈小团块散布在金属中．根据矿物 晶体结构和 Ni／Fe 比值，铁陨石一般又可划分成六而体式陨铁、八面体式陨铁和富镍 中陨铁陨石三个亚类．也可根据微量元素参数法划分成 13 个化学群、包括 11 个岩浆 型和 2 个非岩浆型两大类． 2）石陨石（aerolite）主要由硅酸盐矿物组成（橄榄石、辉石）。这类陨石可以分为两 类，即决定它们是否含有球粒硅酸盐结构，分为球粒陨石和无球粒陨石。 石陨石(AeroUre)主要由硅酸盐矿物组成。根据是否含球粒可分为球粒陨石和无球粒陨 石两个亚类．球粒陨石(Chondrite)是各类陨石中最常见的陨石类型．其最大特点是含有 球体，具有球粒构造。球粒一般由橄榄石和斜方辉石组成，按球粒间的基质常由镍铁、 陨硫铁、斜长石、橄揽石、辉石等组成。按照球粒陨石的化学和矿物组成球粒陨石可 分成 E 群(顽火辉石球粒陨石)、O 群(普通球粒陨石)和 C 群（碳质球粒陨石）等三大群。 其中普通球粒陨石又可划分为 H 型（高铁的普通球粒陨石），L 群（低铁群普通球粒陨 石），LL 群（低铁低金属普通球粒陨石）。 这些陨石大都是石质的，但也有少部分是碳质。碳质球粒陨石有一个典型的特点： 含有碳的有机化合分子，并且主要由含水硅酸盐组成。它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 Allende 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
课程名称:地球化学 第9页 于估计太阳系中非挥发性元素的丰度 3)铁石陨石( sidrolite)由数量上大体相等的Fe、Ni和硅酸盐矿物组成(过渡类型), 按两相比例可划分为:橄榄陨铁和中铁陨石,根据两相比例可进一步划分出橄榄陨铁、 中陨铁、古英铁镍陨石和古铜橄榄陨铁四个亚类, 陨石的主要矿物组成:Fe、N合金、橄榄石、辉石等。陨石中共发现140种矿物,其 中39种在地球(地壳浅部)尚未发现。如褐硫钙石CaS,陨硫铁FeS。这说明陨石是 在缺水、氧的特殊物理化学环境中形成的。 c陨石形成的假说 1)由一个富金属的核和一个硅酸盐外层的行星体破裂后分异而来,“一个母体形成陨 石 2)不同陨石形成于不同行星母体 d陨石中的有机质(碳质球粒陨石中发现60多种)来源 1)在还原态的原始大气下合成 2)太阳星云凝聚晚期由CO,H2催化合成。 e)陨石的化学成分 要计算陨石的平均化学成分必须要解决两个问题:首先要了解各种陨石的平均化学成 分;其次要统计各类陨石的比例。各学者采用的方法不一致。戈尔德施密特 ( V M Goldschmidt)采用硅酸盐:镍-铁:陨硫铁=10:2:1的比例来计算陨石的平决化学 成分,结果如下 元素 O S Mg S N %32.30288016.3012.302.121.571.38 K 0.3 1.33 0210.150.130.120.11 f)结论 (1)从表中我们可以看到O、Fe、Si、Mg、S、Ni、A、Ca是陨石的主要化学成分 (2)根据对世界上众多各类陨石的研究,对陨石成分的看法还不甚一致,但以下一些基 本认识是趋于公认的: ①它们来自某种曾经分异成一个富金属核和一个硅酸盐包裹层的行星体,这种天体的 破裂就导致各类陨石的形成 ②石陨石与地球上的基性、超基性火山岩矿物组成和化学成分相似,铁陨石与地核的 化学成分相似,陨石的母体在组成上、核结构上与地球极为相似 ③各种陨石分别形成于不同的行星母体,因为各类陨石具有不同的年龄及成分差异和 氧同位素比值的不同 ④陨石的年龄与地球的年龄相近(陨石利用铅同位素求得的年龄是455±0.7亿年 ⑤陨石等地外物体撞击地球,将突然改变地表的生态环境诱发大量的生物灭绝,构成 了地球演化史中频繁而影响深远的突变事件,为此对探讨生态环境变化、古生物演化 和地层划分均具有重要意义 4行星的化学成分(本部分内容以自学为主) 行星表面温度较低,因而缺乏原子光谱的激发条件,这排斥了应用光谱测定其成分的 可能。现在对于行星化学成分的了解都是通过间接方法获得的。因此,目前关于行星化学 成分的知识还是极贫乏的。 大庆石油学院 地球科学学院
课程名称：地球化学 第 9 页 大庆石油学院 地球科学学院 于估计太阳系中非挥发性元素的丰度。 3) 铁石陨石（sidrolite）由数量上大体相等的 Fe、Ni 和硅酸盐矿物组成（过渡类型）， 按两相比例可划分为：橄榄陨铁和中铁陨石，根据两相比例可进一步划分出橄榄陨铁、 中陨铁、古英铁镍陨石和古铜橄榄陨铁四个亚类。 陨石的主要矿物组成：Fe、Ni 合金、橄榄石、辉石等。陨石中共发现 140 种矿物，其 中 39 种在地球（地壳浅部）尚未发现。如褐硫钙石 CaS，陨硫铁 FeS。这说明陨石是 在缺水、氧的特殊物理化学环境中形成的。 c.陨石形成的假说 1) 由一个富金属的核和一个硅酸盐外层的行星体破裂后分异而来，“一个母体形成陨 石” 2)不同陨石形成于不同行星母体 d.陨石中的有机质（碳质球粒陨石中发现 60 多种）来源 1) 在还原态的原始大气下合成 2) 太阳星云凝聚晚期由 CO，H2 催化合成。 e）陨石的化学成分 要计算陨石的平均化学成分必须要解决两个问题：首先要了解各种陨石的平均化学成 分 ； 其次 要 统计 各 类陨 石的 比 例。 各 学者 采用 的 方法 不 一致 。戈 尔 德施 密 特 （V.M.Goldschmidt）采用硅酸盐：镍-铁：陨硫铁=10：2：1 的比例来计算陨石的平决化学 成分，结果如下： 元素 O Fe Si Mg S Ni Al % 32.30 28.80 16.30 12.30 2.12 1.57 1.38 Ca Na Cr Mn K Ti Co P 1.33 0.60 0.3 4 0.21 0.15 0.13 0.12 0.11 f）结论： ⑴从表中我们可以看到 O、Fe、Si、Mg、S、Ni、Al、Ca 是陨石的主要化学成分。 ⑵根据对世界上众多各类陨石的研究，对陨石成分的看法还不甚一致，但以下一些基 本认识是趋于公认的： ①它们来自某种曾经分异成一个富金属核和一个硅酸盐包裹层的行星体，这种天体的 破裂就导致各类陨石的形成； ②石陨石与地球上的基性、超基性火山岩矿物组成和化学成分相似，铁陨石与地核的 化学成分相似，陨石的母体在组成上、核结构上与地球极为相似； ③各种陨石分别形成于不同的行星母体，因为各类陨石具有不同的年龄及成分差异和 氧同位素比值的不同； ④陨石的年龄与地球的年龄相近（陨石利用铅同位素求得的年龄是 45.5±0.7 亿年； ⑤陨石等地外物体撞击地球，将突然改变地表的生态环境诱发大量的生物灭绝，构成 了地球演化史中频繁而影响深远的突变事件，为此对探讨生态环境变化、古生物演化 和地层划分均具有重要意义。 4.行星的化学成分（本部分内容以自学为主） 行星表面温度较低，因而缺乏原子光谱的激发条件，这排斥了应用光谱测定其成分的 可能。现在对于行星化学成分的了解都是通过间接方法获得的。因此，目前关于行星化学 成分的知识还是极贫乏的
课程名称:地球化学 主要掌握三个规律: 1)内行星愈靠近太阳,它的金属含量越高 2)地球和金星的化学成分可能十分接近,它们有很相似的直径和平均密度 3)由火星和月球的平均密度来看,它们在化学成分上属同一类天体。 5太阳系元素丰度规律 太阳是炽热气态物质的球体,其直径为1,391,000公里,质量等于1.983×103克,相 当于地球质量的333434倍。太阳的表面温度达6000K,密度为141克/厘米3。有关太阳 系元素的丰度估算各类学者选取太阳系的物体是不同的。有的主要是根据太阳和其它行星 光谱资料及陨石物质测定:有的根据Ⅰ型球粒陨石,再加上估算方法不同,得出的结果也 不尽相同,表1.8列出了GERM(1998)的太阳系元素丰度(单位:原子数/10Si原子) 对于表18的评价: 首先这是一种估计值,是反映目前人类对太阳系的认识水平,这个估计值不可能是 正确的,随着人们对太阳系以至于宇宙体系的探索的不断深入,这个估计值会不断的修正 它反映了元素在太阳系分布的总体规律,虽然还是很粗略的,但从总的方面来看,它反映 了元素在太阳系分布的总体规律 如果我们把太阳系元素丰度的各种数值先取对数,随后对应其原子序数作出曲线图(如图 1.3)时,我们会发现太阳系元素丰度具有以下规律 (1)H和He是丰度最高的两种元素。这两种元素的原子几乎占了太阳中全部原子数目的 98%。太阳系元素丰度递减规律:H>He>O>Ne>N>C>Si>MgFe>S (2)原子序数较低的范围内,元素丰度随原子序数增大呈指数递减,而在原子序数较大 的范围内(Z>45)各元素丰度值很相近 (3)奥多哈根斯法则:原子序数为偶数的元素其丰度大大高于相邻原子序数为奇数的元 素。具有偶数质量数(A)或偶数中子数(N)的核素丰度总是高于具有奇数质量数(A) 或中子数(N)的核素。这一规律也称奇偶规律。 (4)质量数为4的倍数(即a粒子质量的倍数)的核素或同位素具有较高丰度。此外, 还有人指出原子序数(Z)或中子数(N)为“约数”(2、8、20、50、82和126等)的核素 或同位素丰度最大。例如,He(Z=2,N=2)、10(Z=8,N=8)、4Ca(Z=20,N=20)和 140Ce(Z=58,N=82)等都具有较高的丰度 (5)Li、Be和B具有很低的丰度,属于强亏损的元素,而O和Fe呈现明显的峰,它们 是过剩元素 深入分析:通过对上述规律的分析,人们认识到在元素丰度与原子结构之间存在着某种固 定的关系 (1)与元素的原子结构有关。原子核由质子和中子组成,其间既有核力又有库仑斥力, 但中子数和核子数比例适当时,核最稳定,而具有最稳定原子核的元素一般分布最广。在 原子序数(Z)小于20的轻核中,中子(N)/质子(P)=1时,核最稳定,为此可以说明 4He(Z=2,N=2)、10(Z=8,N=8)、4Ca(Z=20,N=20)等元素丰度较大的原因 2)与元素形成的整个过程有关。H和He丰度占主导地位和Li、Be和B等元素的亏损 时与元素的起源和形成的整个过程等方面来分析。例如,根据恒星合成元素的假说,在恒 星高温条件下,可以发生原子(H原子核)参加的热核反应,最初时刻H的“燃烧”产生 He,另外在热核反应过程中Li、Be和B迅速转变为He的同位素←2He,为此在太阳系中 Li、Bε和B等元素丰度偏低的原因可能是恒星热核反应过程中被消耗掉了。 6太阳系元素起源 在最初某一时刻,由质子(氢的原于核)组成的气体因万有引力作用而被向一处吸引 然后,质子云发生凝聚而收缩,伴随着收缩过程就释放出大量引力位能,引起温度的升高 当温度上升到大约一百万度绝对温度时,氢原于核的聚变就能发生,并产生出氦(He): H1+1H→1H2+e++ 大庆石油学院 地球科学学院
课程名称：地球化学 第 10 页 大庆石油学院 地球科学学院 主要掌握三个规律： 1) 内行星愈靠近太阳，它的金属含量越高； 2) 地球和金星的化学成分可能十分接近，它们有很相似的直径和平均密度； 3) 由火星和月球的平均密度来看，它们在化学成分上属同一类天体。 5.太阳系元素丰度规律 太阳是炽热气态物质的球体，其直径为 1,391,000 公里，质量等于 1.983×1033 克，相 当于地球质量的 333,434 倍。太阳的表面温度达 6000K，密度为 1.41 克/厘米 3。有关太阳 系元素的丰度估算各类学者选取太阳系的物体是不同的。有的主要是根据太阳和其它行星 光谱资料及陨石物质测定；有的根据 I 型球粒陨石，再加上估算方法不同，得出的结果也 不尽相同，表 1.8 列出了 GERM（1998）的太阳系元素丰度（单位：原子数/106Si 原子） 对于表 1.8 的评价： 首先这是一种估计值，是反映目前人类对太阳系的认识水平，这个估计值不可能是 正确的，随着人们对太阳系以至于宇宙体系的探索的不断深入，这个估计值会不断的修正； 它反映了元素在太阳系分布的总体规律，虽然还是很粗略的，但从总的方面来看，它反映 了元素在太阳系分布的总体规律。 如果我们把太阳系元素丰度的各种数值先取对数，随后对应其原子序数作出曲线图（如图 1.3）时，我们会发现太阳系元素丰度具有以下规律： （1）H 和 He 是丰度最高的两种元素。这两种元素的原子几乎占了太阳中全部原子数目的 98％。太阳系元素丰度递减规律：H>He>O>Ne>N>C>Si>Mg>Fe>S。 （2）原子序数较低的范围内，元素丰度随原子序数增大呈指数递减，而在原子序数较大 的范围内（Z＞45）各元素丰度值很相近。 （3）奥多-哈根斯法则：原子序数为偶数的元素其丰度大大高于相邻原子序数为奇数的元 素。具有偶数质量数（A）或偶数中子数（N）的核素丰度总是高于具有奇数质量数（A） 或中子数（N）的核素。这一规律也称奇偶规律。 （4）质量数为 4 的倍数（即 α 粒子质量的倍数）的核素或同位素具有较高丰度。此外， 还有人指出原子序数（Z）或中子数（N）为“约数”（2、8、20、50、82 和 126 等）的核素 或同位素丰度最大。例如，4He（Z=2，N=2）、16O（Z=8，N=8）、40Ca（Z=20，N=20）和 140Ce（Z=58，N=82）等都具有较高的丰度。 （5）Li、Be 和 B 具有很低的丰度，属于强亏损的元素，而 O 和 Fe 呈现明显的峰，它们 是过剩元素。 深入分析：通过对上述规律的分析，人们认识到在元素丰度与原子结构之间存在着某种固 定的关系。 （1）与元素的原子结构有关。原子核由质子和中子组成，其间既有核力又有库仑斥力， 但中子数和核子数比例适当时，核最稳定，而具有最稳定原子核的元素一般分布最广。在 原子序数（Z）小于 20 的轻核中，中子（N）/质子（P）＝1 时，核最稳定，为此可以说明 4He（Z=2，N＝2）、16O（Z=8，N=8）、40Ca（Z=20，N=20）等元素丰度较大的原因。 （2）与元素形成的整个过程有关。H 和 He 丰度占主导地位和 Li、Be 和 B 等元素的亏损 时与元素的起源和形成的整个过程等方面来分析。例如，根据恒星合成元素的假说，在恒 星高温条件下，可以发生原子（H 原子核）参加的热核反应，最初时刻 H 的“燃烧”产生 He，另外在热核反应过程中 Li、Be 和 B 迅速转变为 He 的同位素 4 2He，为此在太阳系中 Li、Be 和 B 等元素丰度偏低的原因可能是恒星热核反应过程中被消耗掉了。 6.太阳系元素起源 在最初某一时刻，由质子(氢的原于核)组成的气体因万有引力作用而被向一处吸引。 然后，质子云发生凝聚而收缩，伴随着收缩过程就释放出大量引力位能，引起温度的升高。 当温度上升到大约一百万度绝对温度时，氢原于核的聚变就能发生，并产生出氦（He）： 1H1＋1H1→1H2＋e ＋＋γ