《元素地球化学》思考题练习题20141228word97

《元素地球化学》课程思考题/练习题（2014年秋季学期）第一部分（提示：思考和回答下列问题时，手边应该至少有一张好用的元素周期表）1.如何理解地球化学与化学的关系？2.按照宇宙大爆炸假说，试述宇宙的元素和物质的形成历史。3.试述：从位于中心的太阳向外，经过类地行星，到类木行星，主要元素组成的变化规律。可以将H/He、亲铁元素、亲石元素、其他特殊元素分别论述。4.除了H、He等几个轻元素之外，光谱显示的太阳组成与实测(+计算)获得的地球组成极为一致，试析其含义。5.太阳系的元素丰度，为什么存在奇偶效应。6.为什么选择陨石（通常选择球粒陨石）作为地球物质演化（元素和同位素）的起点？7.试述大洋中脊玄武岩（MORB）在地球圈层分异中的意义。8.比较原始地幔和平均大洋地壳的主要组分，找出其中最突出的差别，至少举出三项。9.大陆地壳划分为上、下地壳的依据是什么？指出大陆上、下地壳主元素组成的主要差别。10.如何理解元素地球化学分类的必要性？如何理解元素地球化学分类的相对性？针对戈尔德施密特分类和Railsback分类，比较二者分类依据和分类方案结果的异同。11.如何理解区分离子类型的必要性？通常依据原子和离子的哪些特征区分离子类型？12.如何定义离子半径？实际（有效）离子半径受到哪些因素的影响？13.为什么Fe3+的离子半径比Fe2+的离子半径小？能否得出下列普遍规律：对于多价态元素来说，电荷高的离了半径小于电荷低的离子半径？如果是，那么为什么？14.Zn2+与Mg2+的离子半径相近，但在天然矿物中，前者经常呈四面体配位，而后者则主要为八面体配位。为什么?15.仔细观察下列矿物的组成，锆石ZrSiO4、斜锆石ZrO2、独居石CePO4、石盐NaCl、萤石CaF2、黄铜矿CuFeS2、磷灰石Ca5[PO4]3(F,Cl,OH)、雄黄As2S3、莫桑石SiC、铱锇矿IrOs、钯铂矿Pd2-4Pt1-9、碲铅矿PbTe、碲金矿AuTe2，指出其中化学键的类型（金属键/离子键/共价键），并阐明各自的依据。16.通过查阅和比较各种地球化学参数，说明为什么K+/Tl+、Na+/Cu+、Na+/Li+、C4+/S4+不易发生类质同象替代？17.锆石ZrSiO4形成于内生过程，通常都含有一定量的U，但是却几乎不含Pb，因此成为U-Pb定年的理想矿物。根据这一现象，判断内生过程U和Pb的正常价态。18.举例说明对周期表中的斜对角线规律的认识。可用Li作为实例。19.举例说明溶解度和溶度积的异同。20.简要解释几个重要概念(定义、数学表达和导出过程)：分配系数，能斯特定律，亨利定律，相容元素，不相容元素，大离子亲石元素，高场强元素。21.微量元素有哪些主要赋存形式?不同赋存形式的微量元素，其地球化学行为有什么差别？22.什么叫分配系数？哪些因素可以影响分配系数？并进一步说明，这些因素对分配系数的影响程度。既然分配系数是变化的，为什么在大部分岩浆演化过程模拟计算中，可以认为分配系数基本不变？23.从分配系数的差别入手，依据REE配分形式，阐明为什么MORB来自亏损地幔？24.简述球粒陨石标准化的REE配分图中Eu正异常和负异常的一般含义。25.Be的地球化学性质表现出两面性，一方面，Be可以是正常的二价金属阳离子，表现出弱碱性；另一方面，Be与O、F、OH结合形成酸根络阴离子，如[BeO4]6-、[BeF4]2-、[BeO3(OH)]5-等。试析其原因，并列出其他具有类似两面性地球化学特征的元素。26.自然界中Ni、Co、Cu的丰度相近，但Ni和Co的独立矿物很少见，而Cu的独立矿物常见，并可以形成各种类型的矿床，试说明其原因。27.试论Cr与Ni的分散与富集同尖晶石类矿物的关系。28.基性岩中V的丰度较高，但很少出现钒的独立矿物，试说明其原因。29.试述K/Rb、Sr/Ba、Cr/Ni比值在刻画岩浆演化过程中的应用及其机理。30.在风化壳，哪些组分易于溶解流失，哪些组分倾向于残留下来？31.试析在超基性岩的风化壳中最可能富集哪些组分。32.黑色页岩往往富含多种微量元素，甚至富集成为矿体。分析：在黑色页岩中可能有哪些地球化学障对元素的富集起重要作用。33.在结晶岩石中，不同造岩矿物的REE配分型式是否存在差别？试论造成这一差别的矿物的晶体化学因素（提示：LREE和HREE倾向于替代造岩矿物中不同的阳离子，以及进入不同的配位位置）。对于泥质沉积物，REE几乎均匀地分布在沉积物中。若经历高级变质作用形成斑状变晶结构（斑晶＋基质），变斑晶为石榴石，基质为云母、长石、石英等矿物，则稀土元素在岩石中的分布会发生何种改变？34.简述影响阳离子配位数的影响因素，简述阳离子半径/阴离子半径（R阳离子/R阴离子）的大小和变化对阳离子配位数的制约关系。35.简述Sr/Ba、Sr/Ca、Th/U、Mn/Fe比值对于鉴别海相和陆相沉积物的作用。第二部分1.推导公式：a)批次部分熔融b)分离结晶c)两端元混合的格式：元素-元素图、元素-比值图、比值-比值图。如何检验Rb-Sr同位素等时线是不是混合线？2.分析测试手段：a)某厂家给定其产品玻璃棒中Cu含量为5ppm，Pb含量为5ppm，用什么测试方法比较好？b)如果我们想了解某光纤（直径约100微米）不同圈层中元素含量，应该选择什么仪器？c)如果我们想利用头发研究环境随时间的变化，应该选择什么分析仪器？3.基本原理应用：a)判断两个元素不相容性差异的方法有哪些？举例说明。b)与其他稀土元素不同，Eu和Ce往往具有两个价态。他们在哪些矿物中容易富集？简要论述为什么？c)有人采到了一块石榴辉石岩样品。如何判断该岩石是岩浆结晶形成的堆晶岩还是由辉石岩变质形成的？d)斜长石和单斜辉石都是富Ca矿物，在斜长石中Eu2+会和Ca发生高度的类质同象置换，但在单斜辉石中却不能，请分析其原因。e)如果在某玄武岩中发现有许多橄榄石斑晶，如何利用其中的微量元素组成判别这些橄榄石斑晶究竟是玄武岩捕获的地幔橄榄石还是在喷发过程中结晶的橄榄石？f)如果某辉长岩由Cpx+Pl+Opx组成，那么元素Sr、La、Yb和Ni分别主要分布在哪种矿物中？如果该辉长岩在大陆碰撞过程中经历超高压变质形成了榴辉岩（Cpx+Gt），上述元素经重新分配后的分布情况又如何？如果该榴辉岩又经历了后期的折返，发生了由榴辉岩向角闪岩的相变（该过程有外来流体的加入），那么哪些元素最可能记录流体的加入？如果这些榴辉岩在地表又发生了显著的风化作用，那么哪些元素可能会发生显著变化？g)地幔橄榄岩部分熔融形成玄武岩的过程中，玄武岩常量元素含量变化较小（如SiO2），但许多微量元素（如REE）会发生显著变化，请分析其原因。h)大陆地壳主要有两种增生方式：板内以玄武岩为主的垂向增生和聚合边缘岛弧火山岩作用的侧向增生。然而和幔源的OIB和MORB玄武岩相比，在微量元素分布图上大陆地壳具有明显的Nb（Ta）亏损和Pb富集特征，试分析其形成原因。4.Thefollowingrepresentsthemajorandminorelementcompositionintermsofweightpercent(wt.%)oxideofadioriticrock.SiO2TiO2Al2O3FeOMgOMnOCaONa2OK2OP2O558.20.7417.16.513.790.127.012.831.40.1a.ConvertMgO,FeOandAl2O3wt.%toMg,Fe,andAlppmb.CalculatethenumberofcorrespondingmolesofMg,Fe,andAl.c.CalculatetheMg#ortherock,whichisthemolarratioMg/(Mg+Fe).5.Themineralolivineisrepresentedbythefollowingchemicalformula(Mg0.9Fe0.1)2SiO4.Calculatethecompositionofthisolivineintermsofwt.%MgO,FeOandSiO2.WhatisitsMg#?6.Thedissolvedcobalt(Co)concentrationofseawateriscontrolledbytheinputsandoutputsofCointotheocean.Inanidealizedsystem,let’sassumethattheonlyinputofCointotheoceanisviariverwatersandthedominantoutputofCoisinoxidizedpelagicclays.a.Thepresent-dayCoconcentrationinriverwatersis~0.1microg/kgandinseawateris0.002microg/kg.Theglobalriverineflowofwaterintooceansis3.6x1016kg/yr.Calculatetherate(microg/year)atwhichCoenterstheoceanviarivers.Themassoftheoceansis1.4x1021kg;calculatethepresentdaytotalamountofCointheoceans.b.AssumethattheCoconcentrationofseawaterisatsteady-state.Whatdoessteady-statemean?WhatistherateatwhichComustprecipitatefromtheoceansinpelagicsedimentsinordertomaintainsteady-state.c.Atsteadystate,theaverageresidencetime(yr)ofaCoatomintheoceanisequaltooutswinswresJmJmt//Eq.1wheremswisthetotalmassofCointheoceans,JinisthetotalinputofCointooceansviariverwaters,andJoutisthetotaloutputofCofromtheoceansviasedimentation.Usingpartsa)orb),calculatetheresidencetimeofCoinseawatertoday.d.Assumethattheoutput(microg/yr)ofCofromseawaterviaauthigenicsedimentationisproportionaltothetotalamountofCoinseawater,MCo,sw,thatis,swCooutkMJ,Eq.2wherekistheproportionalityconstant.Calculatek.Hint(assumesteadystate).e.ShowthatthechangeintotalmassofCoinseawatercanbeexpressedasswCoinoutinswCokMJJJdtdM,,Eq.3ThisequationcanbeintegratedtoyieldMCo,swasafunctionoftimegivenspecificinitialconditions.ShowthatthesolutiontotheaboveequationisktoswCoktinswCoeMekJM,,1Eq.4wheretistime,oswCoM,istheinitialamountofCointheoceansattimet=0.MakeagraphofthisequationforthecaseinwhichoswCoM,iszeroandoswCoM,istwiceashighasthepresent-days