地球化学期末考试总结

第一章绪论1.地球化学的定义：地球化学是研究地球及子系统(含部分宇宙体)的化学组成、化学作用和化学演化的科学（涂光炽）。2.地球化学研究的基本问题第一:元素（同位素）在地球及各子系统中的组成（量）第二:元素的共生组合和存在形式（质）第三:研究元素的迁移（动）第四:研究元素（同位素）的行为第五:元素的地球化学演化第二章自然体系中元素的共生结合规律1.元素地球化学亲和性的定义：在自然体系中元素形成阳离子的能力和所显示出的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。2.亲氧元素、亲硫元素与亲铁元素的特点（1）亲氧元素：能与氧以离子键形式结合的金属（半金属）元素称为亲氧元素。特点：惰性气体结构；电负性小；离子键为主；生成热FeO；主要集中在岩石圈。（2）亲硫元素：能与硫结合形成高度共价键的金属（半金属）元素称为亲硫元素特点：铜型离子；电负性较大；共价键为主；生成热FeO；氧化物--硫化物过渡带（核幔过渡带）（3）亲铁元素：元素在自然界以金属状态产出的一种倾向。铁具有这种倾向，在自然界中，特别是O，S丰度低的情况下，一些元素往往以自然金属状态存在，常常与铁共生，称之为亲铁元素。特点：原子（注意不是指离子）具有d亚层充满或接近充满，接近18-18+2的外电子层结构（惰性金属型构型），电负性中等，第一电离能较高（原子中电子不易被剥夺，也难以夺取外来电子）。常形成金属键晶体（单质或金属互化物）其氧化物和硫化物的生成热都较小位于原子容积曲线的最低部分主要集中于铁-镍核，地壳较少亲铁元素具有多亲合性，也可亲氧、亲硫，Fe是典型代表。3.元素的地球化学化学分类（戈式分类）亲氧（亲石）、亲硫（亲铜）、亲铁、亲气元素。4.类质同象的定义某些物质在一定的外界条件下结晶时，晶体中的部分构造位置随机地被介质中的其他质点（原子、离子、配离子、分子）所占据，结果只引起晶格常数的微小改变，晶体的构造类型、化学键类型等保持不变，这一现象称为“类质同象”。5.Goldschimdt定律定律一：两个离子，如果他们具有相同的电价和离子半径，则易于交换，并以与他们在整个体系中相同的比例进入固熔体。定律二：两个离子，如果他们具有相同的电价，和相似的离子半径，则较小的离子倾向于进入固体相。定律三：两个离子，如果他们具有相似的离子半径，但是电价不同，那么，电价高的离子倾向于进入固体相。第三章自然体系中元素的地球化学迁移1.元素地球化学迁移的定义当元素发生结合状态变化并伴随有元素的空间位移时，称元素发生了地球化学迁移。2.元素地球化学迁移能力的影响因素内因（1）迁移前元素的存在形式（2）晶体化学键类型（3）元素的地球化学性质（半径、电价、电负性、离子电位等）。外因（1）体系中组分的浓度（2）温度、压力（3）环境中PH值、Eh值的变化。3.自然界中常见的正负胶体氢氧化物、碳酸盐胶体是自然界常见正胶体。氧化物、硫化物、单质、腐殖质的胶体多为负胶体(自然界负胶体往往比正胶体量多,因此正胶体往往搬运较近，负胶体搬运较远)。4.水-岩作用的基本类型（1）.氧化还原反应（2）.水解和脱水反应（3）.水合作用（4）.碳酸盐化或脱碳酸盐化（5）.阳离子交换反应5.地球化学障的定义，常见的地球化学障在元素迁移途中，如果环境的物理化学条件发生了急剧变化，导致介质中原来稳定迁移的元素其迁移能力下降，元素因形成大量化合物而沉淀，则这些引起元素沉淀的条件或因素就称为地球化学障。常见的地球化学障：（1）机械障：从河水中机械地分离出重金属的河流砂矿床，是主要为机械障的一个例子。（2）物理-化学障：是由于pH成pH/Eh关系急剧改变而形成的(例如在水土景观中)。（3）生物障：典型例子是戈尔德施密特(1937)所描述的障。在该情况下，森林土壤的腐殖质层起着聚积一定痕量元素的水平障(horizontalbarrier)的作用。（这些元素是由树木从土壤中吸取，然后通过残落物归还到土壤中。不是所有的元素都富集于腐殖质层中，有些元素通过该层进入到了矿质土壤中。因此，地球化学障对其范围内的元素或化学物质的聚积往往是有选择的。）第四章放射性同位素地球化学1.基本概念（同位素、同位素丰度）同位素：原子核内质子数Z相同而中子数N不同的一类核素称为同位素，同一化学元素原子量不同的两种以上原子互为同位素。同位素丰度：(1)绝对丰度：某一同位素在所有各种稳定同位素总量中的相对份额。常以该同位素与1H(取1H＝1012)或28Si(28Si=106)的比值表示。(2)相对丰度(原子丰度）：同一元素各同位素的相对含量（以原子百分数计）。2.同位素定年的基本原理设衰变产物的子体原子数为D*)1(*0teNNND3.几种同位素定年方法（銣-锶、钐-钕、铀-铅）母体：放射性核素子体：母体衰变的产物（1）铷-锶(Rb-Sr)测年及同位素地球化学Rb－Sr同位素测年原理：Rb有2个同位素：72.17%27.83%Sr有4个同位素：82.53%0.56%9.87%7.04%岩浆岩Rb-Sr等时线定年基本假设：岩浆的整个冷却过程中Sr同位素是均一的，即从岩浆中形成的所有矿物或岩石具有相同的锶同位素初始比值；岩浆结晶的时间相对较短，所有的矿物或岩石具有基本相同的年龄；形成以后保持封闭，未受蚀变、变质等外来影响；截距：斜率：年龄：8537Rb8737Rb8838Sr8438Sr8638Sr8738Sr87873738RbSrQ0(1)tDDNe878787λt0Sr=Sr+Rb(e-1)10teDsNDsDDsD8787878686860SrSrRb=+(e1)SrSrSrt87860SrSrb1tme1ln1tma.Rb-Sr等时线法主要适用于测定基性、中性和中酸性岩浆岩的形成年龄。b.变质作用过程中，若矿物Rb-Sr同位素体系开放，但全岩的同位素封闭，则全岩等时线年龄给出原岩的年龄，而矿物等时线年龄给出了最后一次变质事件的年龄。c.变质作用过程中，若全岩Rb-Sr同位素系统被改造，等时线年龄往往不能提供变质岩原岩形成年龄的信息，只代表变质事件的年龄或无意义的年龄信息。d.Rb-Sr等时线法很少用于沉积岩年龄测定，如采用该方法，必须对矿物进行详细的研究，且对制样的要求也非常严格。(2)Sm-Nd法定年和钕同位素地球化学计时方程:其中：Sm、Nd的等时线年龄Y＝a+bX该直线称为等时线斜率：b=eλt-1截距：a=(143Nd/144Nd)初始要获得可靠的Sm-Nd等时年龄，要满足下列条件：（1）所研究的样品具有同时性和同源性；（2）样品形成后，保持Sm、Nd的封闭体系（3）所测样品有较明显的Sm/Nd比值差异4.銣-锶等时线定年需满足的条件1）一套岩石系列的不同岩石，由于岩浆结晶分异作用造成不同岩石的Rb/Sr比值有差异；2）结晶分异作用经历的时间较短，各岩石形成Rb-Sr封闭体系的时间大致相同。3）由于同源岩石具有相同的87Sr/86Sr初始同位素比值；1431431471441441440(1)tNdNdSmeNdNdNd147147144144....cSmSmatwtNdAbSmNdNdatwtSmAbNd1///ln1144147144143144143NdSmNdNdNdNdt现初始总1eNdSmt144147144143144143－＝现初始总NdNdNdNd4）自结晶以来，每个样品都符合定年的基本条件—呈封闭体系。第五章稳定同位素地球化学1.基本概念稳定同位素、同位素效应、同位素分馏系数、δ值、同位素富集系数（包括它们之间的相关换算）稳定同位素：原子核稳定，其本身不会自发进行放射性衰变或核裂变的同位素。同位素效应（Isotopeeffect)：质量数不同的同位素及其化合物在物理和化学性质上的差异，称为同位素效应。同位素分馏：由于同位素效应所造成的同位素以不同比例在不同物质或不同相之间的分配称为同位素分馏。同位素分馏系数：定义为在平衡条件下，经过同位素分馏之后二种物质（或组分）中某元素的相应同位素比值之商。δ值（δvalue）：样品的同位素比值相对于标准样品同位素比值的千分偏差。δ（‰）=［（R样–R标）/R标］X1000=［（R样/R标）-1］X1000δ0(正值）表明样品相对标准富集重同位素δ0（负值）表明样品相对标准亏损重同位素δ=0表明样品与标准同位素比值相同同位素分馏值(富集系数）：在同位素平衡的前提下，两种不同化合物的同类同位素组成δ值的差，称为同位素分馏值△，也被成为富集系数。△A-B＝δA-δB同位素富集系数与同位素分馏系数的关系：αA-B=(10-3δA+1)/(10-3δB+1)103lnαA-B≈δA-δB=ΔA-B2.氢、氧、碳、硫同位素的常用标准H、O同位素标准：氢有1H、2H（D）两个稳定同位素，同位素比值常用2H/1H表示；氧有16O、17O和18O三个稳定同位素，同位素比值常用18O/16O表示。自然界H、O元素的天然产物H2O普遍存在，故二者常采用同一标准样。C同位素标准：碳有12C、13C两个稳定同位素，其同位素比值国际标准是：美国南卡罗莱纳州白垩系皮狄组地层中的美洲拟箭石，用作碳同位素标准。S同位素标准：硫有32S、33S、34S、36S四种稳定同位素。同位素比值通常用34S/32S表示，标准是：•CDT—CanyonDiabloTroilite。CDT是美国亚利桑那州迪亚布洛峡谷中铁陨石中的陨硫铁，用作硫同位素标准。其34S/32S=4500.45×10-5，δ34S=0。任一样品对于不同标准之间δ值的关系可进行换算，设X，A，B分别为待测样和二个标准已知δX-B，δB-A分别为样品对标准B和标准B对标准A的δ值。δX-A＝δX-B+δB-A+δX-B·δB-A×10-33.同位素地质温度计的原理及应用（相关计算）δ值δ（‰）=[(R样/R标)-1]X1000同位素分馏系数α与δ值的关系：103lnαA-B≈δA-δB=ΔA-B即lnαA-B与A,B两种物质的δ值之差相关。同位素平衡分馏系数与温度的关系：α=103lna/T2+b/T+c其中a、b、c分别为常数。1）在一般低温下，a/T2可以忽略，简化：103lnα=b/T+c2）在高温下，b/T可以忽略，简化：103lnα=a/T2+c4.大气降水的氢、氧同位素组成特点；什么是“雨水线”。（“四个效应”）大气降水来源于海洋表面的蒸发。大气降水的氢、氧同位素组成变化较大：δD：+50‰～-500‰，δ18O：+10‰～-55‰。四个效应：1）纬度效应---纬度增加大气降水的δD和δ18O值都减少。2）大陆效应---越向内陆，大气降水的δD和δ18O值越降低。3）海拔高度效应---海拔高度增加，大气降水δD和δ18O值降低。4）季节效应---冬季相对夏季，大气降水亏损重同位素。雨水线：全球雨水H,O同位素组成的一个重要特征是δD值与δ18O值间有明显的线性关系（Craig,1961），该关系式如下：δD=8δ18O+10（注意：1）雨水线不过原点（海水值）；2）干旱和热带地区雨水线的斜率小于8。）第六章微量元素地球化学1.基本概念（能斯特分配定律、相容元素、不相容元素。）能斯特分配定律：在一定的温度和压力条件下，元素在共存相间的分配达到平衡时，其活度比是一常数。不相容元素：K或D1，其特点是在岩浆过程中倾向于富集在熔体相中。相容元素：K或D1，其特点是在岩浆过程中倾向于富集在结晶相（K为分配系数；D为总体分配系数。）2.影响分配系数的主要因素：（1）离子半径（2）.体系的组分（3）.温度（4）.压力（5）.氧逸度。3.岩浆过程中相容元素与不相容元素的变化特征。0.010.111010000.20.40.60.810.010.111010000.20.40.60