地球化学研究的基本问题

1.地球化学研究的基本问题：①元素（同位素）在地球及各子系统中的组成②元素的共生组合和存在形式③研究元素的迁移④研究元素（同位素）的行为⑤元素的地球化学演化14.研究络合物稳定性的意义:①确定元素沉淀的分离和空间上的分带性。天然水中存在各种元素的络合物，由于其稳定性不同，其迁移能力就有差异，这就导致元素迁移时被搬运的距离和沉淀先后的不同，为此，可造成元素沉淀的分离和空间上的分带性。②络合作用对元素迁移的影响。K不稳愈大，络离子愈不稳定，电离能力愈强——溶液中简单离子愈多，金属离子就会通过化学反应形成难溶的化合物立即沉淀。③致使地壳中某些性质相似元素的分离。地壳中某些性质相似的元素紧密共生，但当它们形成络合物时，由于络合物不稳定常数的差别，导致它们彼此分离。7.岩浆结晶过程和部分熔融过程的判别方法：根据平衡部分熔融和分离结晶作用中微量元素分配的定量模型，可以对成岩过程进行鉴别。判别方法如下。①固—液相分配系数高的相容元素：如Ni,Cr等，在分离结晶作用过程中它们的浓度变化很大，但在部分熔融过程中则变化缓慢；②固—液相分配系数低的微量元素：如Ta、Th、La、Ce等，它们总分配系数很低，近于0，与0.2－0.5比较可忽略不计（称为超岩浆元素）。在部分熔融过程中这些元素浓度变化大，但在分离结晶作用过程中则变化缓慢；③固—液相分配系数中等的微量元素，如HREE、Zr、Hf等，它们的总分配系数与1比较可忽略不计（称亲岩浆元素）。对于平衡部分熔融：CHL=CHo,s/F和CML=CMo,s/(DMo+F)式中：CHL为超岩浆元素在液相中的浓度，CML为亲岩浆元素在液相中的浓度；CHo,s，CMo,s，分别为它们在原始固相中的浓度。F为熔体占母岩的质量分数，反映部分熔融的程度。对于分离结晶作用：CHL=CHo,L/FCML=CMo,L/FCHL/CML=CHo,L/CMo,l=常数。因此，当用CHL/CML对CHL作图时，即用某超岩浆元素（H）与亲岩浆元素（M）浓度比值对超岩浆元素浓度作图时，平衡部分熔融的轨迹为一条斜率为DHo/CMo的直线,而分离结晶作用的轨迹则构成一条水平线。5.类质同象基本规律：（1）戈尔德施密特类质同象法则只是从相互置换的质点的电价、半径的角度来进行判断，因此该法则只适用于离子键化合物。①若两种离子电价相同、半径相似,则半径较小的离子优先进入晶格。因此，离子半径较小的元素集中于较早期结晶的矿物中，而较大离子半径的元素集中于较晚期结晶的矿物中。②若两种离子半径相似而电价不同,则较高价离子优先进入晶格,集中于较早期结晶的矿物中，称为“捕获”；而较低价离子集中于较晚期结晶的矿物中，称为“容许”。③若两种离子电价相同、半径相似(隐蔽法则),丰度高的主量元素形成独立矿物,丰度低的微量元素将按丰度比例进入主量元素的矿物晶格,即微量元素被主量元素所隐蔽。（2）林伍德补充总结的类质同象规律:当阳离子的离子键成分不同时,电负性小的离子优先进入晶格,形成较强的、离子键成分较多的键.(键强较高)的键，它们优先被结合进入矿物晶格。6.太阳系元素的丰度特征：①H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％。②Li、Be和B具有很低的丰度，属于强亏损的元素（核子结合能低，形成后易分解），而O和Fe呈现明显的峰，它们是过剩元素（核子结合能最高，核子稳定）③原子序数较低时，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。④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。具有偶数质子数（A）或偶数中子数（N）的核素丰度总是高于具有奇数A或N的核素，即奇偶规律。⑤四倍规则：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。⑥原子序数(质子数)或中子数是“幻数”的元素丰度高稀土元素Ce与Eu异常产生的原因？Eu分配系数的研究表明：不同矿物具有不同的REE分配系数，斜长石对Eu的分配系数远远大于其它REE；因此，各类岩浆岩中Eu异常的发生常与斜长石的结晶有关。例如：在部分熔融过程中，残余相中大量斜长石的存在，使熔体中产生了明显的正铕异常。在分离结晶过程中，由于斜长石的大量晶出而导致残余焙体中形成明显的负铕异常。碱性花岗岩(A型花岗岩)起源于深源，经部分熔融、分离结晶等复杂成岩过程后，最终将形成具明显负铕异常的“V”字型模式曲线。δCe它反映Ce异常的程度。Ce也是变价元素，在一般情况下呈Ce3+出现，这时它与其它REE的性质相似共同迁移。在氧化条件下，部分可变为Ce4＋,因其离子电位与其他REE差别较大而发生分离；在岩石风化过程中，Ce4＋在弱酸性条件下极易发生水解而停留于原地，致使淋出的溶液中贫Ce，产生Ce负异常;海水强烈亏损Ce（在海水中，Ce的停留时间最短，仅为50年，而其它REE为200一400年）；海洋褐色粘土为中度负铈异常，而锰质结核则为明显的正铈异常。主要类型岩浆岩中元素的分配1．Fe，Mg、Cr，Ni、Co和铂族等，按超基性岩、基性岩、中性岩、酸性岩的顺序含量递减；2．Ca，A1，Ti，V，Mn，Cu和Sc等在基性岩中含量最高，而在超基性岩，中性岩酸性岩中含量降低；3．碱金属元素K、Na、Li、Rb，Cs及Si，Be、Sr、Ba、Zr、Hf、U、Th、Nb，Ta、W，Mo，Sn，Pb和稀土元素等，随着由超基性岩向基性岩，中性岩、酸性岩过渡，其含量明显递增。碱性岩中K，Na的含量达最高值；4．某些元素在各类岩浆岩中的含量变化不大，例如Ge、Sb、As等．二自然界引起同位素成分变化的原因在自然界中放射性衰变和同位素分馏效应是引起同位素成分发生变化的原因：1、放射性衰变：放射性同位素不断自发地发射出质点和能量，改变同位素组成并转变为其它元素的同位素，这种过程称核衰变反应或蜕变。其结果母元素同位素不断减少，而子元素同位素不断增加，从而改变着母元素和子元素同位素的成分。2.同位素分馏效应同位素分馏效应：在地质作用过程中，由于质量差异导致轻稳定同位素(Z＜20)相对丰度发生改变的过程，为同位素分馏效应。不同相(不同矿物、液体、气体)中的同位素组成发生了改变，即产生了同位素分馏，稀土元素在地壳中的分配：地壳中BEE元素分配具以下一些特点：1）.稀土元素的含量：超基性岩→基性岩→中性岩→酸性岩→碱性岩ΣREE是逐渐增加的，稀土元素在地壳中的分配从地幔到地壳ΣREE增加了20多倍，ΣCe/ΣY增加了三倍多；2）.稀土元素的分异：地幔、超基性岩、基性岩中ΣY占优势，随着分异，陆壳及酸性岩、碱性岩以ΣCe占优势；∑w(Ce)含量远比∑w(Y)含量高，∑w(Ce)／∑w(Y)=2.65-2.93，大大超过地幔、地球及陨石中的∑w(Ce)／∑w(Y)比值。3）.稀土元素的奇偶效应：明显呈现出奇偶效应（偶数元素高于相邻奇数元素的丰度），并呈折线式逐渐降低的趋势；为了便于对比研究，需消除奇偶效应，数据需进行标准化处理，即将岩石、矿物中某稀土元素含量除以球粒陨石的含量。例如：La玄武岩含量/La球粒陨石含量=7.28/0.32=22.75；.放射性同位素的性质：放射性同位素在原子核内部发生衰变，其结果是从一个核素转变为另一个核素；衰变是自发的、永久不息的一种恒制反应，而且衰变是按一定比例的；衰变反应不受任何温度、压力、元素的存在形式及其物理化学条件的影响；衰变前核素和衰变后核素的原子数，只是时间的函数