绪论：
1.地球化学：地球化学是研究地球及其子系统(含部分宇宙)的化学组成、化学作用和化学演化的科学.
2.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
3.地球化学的研究思路：
“见微而知著”。通过观察原子、研究元素（同位素），以求认识地球和地质作用地球化学现象。
4.简述地球化学的研究方法：
A.野外工作方法：
①宏观地质调研
②运用地球化学思维观察、认识地质现象
③在地质地球化学观察的基础上，根据目标任务采集各种地球化学样品
B.室内研究方法：
④量的测定，应用精密灵敏的分析测试方法，以取得元素在各种地质体中的含量值
⑤质的研究，也就是元素结合形态和赋存状态的研究
⑥动的研究，地球化学作用过程物理化学条件的测定和计算。包括测定和计算两大类。
⑦模拟地球化学过程，进行模拟实验。
⑧测试数据的多元统计处理和计算。
第一章：基本概念
1.地球化学体系：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时间连续，具有一定的空间，都处于特定的物理化学状态（T、P等）
2.丰度：一般指的是元素在这个体系中的相对含量（平均含量）。
3.分布：元素的分布指的是元素在一个化学体系中（太阳、陨石、地球、地壳、某地区）整体的总的含量特征。
4.分配：元素的分配指的是元素在各地球化学体系内各个区域、各个区段中的含量。
5.研究元素丰度的意义：
①元素丰度是每一个地球化学体系的基本数据
以在同一体系中或不同体系中用元素的含量值来进行比较，通过纵向（时间）、横向（空间）上的比较，了解元素基本特征和动态情况，从而建立起元素集中、分散、迁移等系列的地球化学概念。是研究地球、研究矿产的重要手段之一。
②研究元素丰度是研究地球化学基础理论问题的重要素材之一。
宇宙天体是怎样起源的？地球又是如何形成的？地壳中主要元素为什么与地幔中的主要元素不一样？生命是怎么产生和演化的？这些研究都离不开地球化学体系中元素丰度分布特征和分布规律。
6.获得太阳元素丰度的主要途径：
光谱分析；直接分析；利用宇宙飞行器分析测定；研究宇宙射线
7.陨石研究的意义：
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）。
8.陨石的类型：
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，按成份分为三大类
铁陨石
石陨石
石铁陨石
9.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
10.地壳元素的丰度特征：
①地壳中元素的相对平均含量是极不均一的，丰度最大的元素是O=47%，与丰度最小的元素Rn=6×10-16相差达1017倍。
前九种元素：O Si Al Fe Ca Na K Mg Ti占98.13%
前五种: 82.58%
前十五种元素占99.61%，其余元素仅占0.39%
这表明：地壳中只有少数元素在数量上起决定作用，而大部分元素居从属地位。
②对比地壳、整个地球和太阳系元素丰度数据发现，它们在元素丰度的排序上有很大的不同：
太阳系：H 地球： Fe 地壳： O 地壳和地球与太阳系或宇宙相比，明显地贫H, He, Ne, N等气体元素；地壳与整个地球相比，则地壳中明显贫Fe和Mg，而富集Al和K和Na。 11.元素在主要岩石类型中的分布： A.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． B.主要类型沉积岩中元素的分配 沉积岩由于处于表生环境下，元素在各类岩石中的含量变化更加明显。 1．碱金属元素Li，Na、K、Rb，Cs和Si、A1等在页岩和泥质岩中含量最高，碳酸盐岩中最低，含量之差常达10倍(Li，Cs)至数10倍(K，Na)； 2．碱土金属元素Ca、Mg和Sr在碳酸盐中含量最高，砂岩中最低。与它们的克拉克值相比，在硫酸盐中的富集程度可达10至100倍．但Mg在深海碳酸盐沉积物中并不富集，这是因为MgCO3溶解度大于CaCO3。由于Mg2+离子在大洋深部环境能交换微粒长石中的K，形成绿泥石，因而海洋泥质沉积物比钙质沉积物相对富Mg(约高5倍)． 3．过渡族元素Mn，Co，Ni等在深海沉积物中含量高，因而在深海沉积物中形成了巨大的海底锰结核矿产，并伴有Ni、Co等可供综合作用。与Mn类似，在深海沉积物中富集的元素还有B、Na、Ba、P、S、Cu、Mo、Pb及卤素元素F、Cl、Br，I等，它们的含量都高于各自在岩浆岩中含量的最高值。 C.变质岩中元素的分配 各类变质岩的化学成分受原岩(沉积岩和火成岩)的控制．一般地说变质岩石中元素的含量并不因其变质类型和变质程度的不同面有明显差异。 第二章：元素的结合规律和赋存形式 1.戈尔德施密特的地球化学分类： 是以地球的起源和内部构造的假说为基础的。他根据化学元素的性质与其在地球地圈内的分配之间的关系将元素分为五个地球化学组： ①亲石元素；②亲铜元素；③亲铁元素；④亲气元素；⑤亲生物元素 2.元素的地球化学亲和性：是指在自然体系中元素形成阳离子的能力以及阳离子在自然体系中有选择地与某阴离子结合的倾向性。 3.元素的地球化学亲和性的原因： ①元素基本化学性质:电子构型、电负性、极化力、电离势等有关； ②化合反应的能量效应:元素与氧化合按自由能ΔGf由高负值向低负值顺序进行。 ③与元素的丰度因素：化学反应的制动原理. ④元素结合的物理化学条件（宏观上：元素化合反应的能量效应） 4.元素的地球化学亲和性分类： ①亲氧性元素：只有能与氧以离子键性结合的金属才是亲氧元素 ②亲硫性：只有能与硫结合形成高度共价键性质的金属才会显示亲硫倾向 ③铁性元素：元素在自然界以金属状态产出的一种倾向性。 5.地壳中元素的赋存形式： 独立矿物；超显微非结构混入物；胶体吸附；与有机质结合；类质同象 6.类质同象：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性质类似的原子、离子、配位子、分子等其它质点所占据,结果只引起晶格常数的微小改变,但晶体的构造类型、化学键型等保持不变，这一现象称为类质同象。 7.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。 8.内潜同晶:两种离子浓度大致相等,而一种元素以分散量进入另一元素的晶格内,可以分出主要元素和次要元素时,这时次要元素就隐蔽在主要元素之中,称为内潜同晶。 9.内潜同晶链:多个性质相似的元素依次连续的内潜同晶称为内潜同晶链。 10.补偿类质同象：常量元素丰度制约微量元素形成类质同象。 第三章：元素的地球化学迁移 1.元素的地球化学迁移：元素在地质作用中由一种存在形式变为另一种存在形式,并伴随着一定的空间位移的运动过程,叫元素的迁移。 2.交代反应：在难溶化合物的饱和溶液中出现能够形成更低活度积的化合物的离子时，则原矿物溶解,活度积更低的化合物沉淀，这种作用称为“交代反应”。 3.标准电极电位：氧化一还原电位是一个相对值，电化学中规定：在25℃溶液中，氧化态和还原态的浓度均为lmol时，平衡共存所测出的半反应的电极电位称为标准电极电位，用Eho表示。 4.地球化学障：在元素迁移过程中，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，这些引起元素沉淀的条件或因素就称为地球化学障。 5.氧化障、还原障：自然界氧化还原反应使元素变价，造成元素性质截然改变，导致元素原有的迁移状态在短距离内发生沉淀，这种现象称为氧化障或还原障。 6.离子电位π：用阳离子的离子电位（π）来定性表示,阳离子(包括H+)对氧(O2-)的争夺能力的不同。 7.环境的氧化还原电位：环境中各种离子间氧化还原反应达到平衡时的电位，称之为环境的氧化还原电位。环境的氧化还原电位是衡量自然环境氧化或还原某种元素(离子或原子)能力的量。 8.络合物的不稳定常数：络合物的平衡常数称为络合物离解常数，亦称络合物的不稳定常数，用K不来表示。 9.同离子效应：当在难溶化合物的饱和溶液中加入与该化合物有相同离子的易溶化合物时，原难溶化合物的溶解度将会降低，称为共同离子效应。同离子效应也受活度积原理的制约，是活度积原理在特定条件下的表现。 10.元素为什么会发生迁移？影响迁移的因素有哪些？ 原因： 地壳中的元素互相结合组成各种矿物、岩石等，对于其元素的整个历史来看，只是一个暂时的片断，它是在某个物理化学条件下，元素相对稳定、相对静止的一个暂时形式。随着地壳物质的不断运动和物理化学环境的改变，这种相对稳定性将遭到破坏，元素将以各种方式发生活化转移，早先形成的矿物、岩石及其组合将不断转变为新的矿物、新的岩石和新的 组合，相应地元素也发生转移和再分配并以一种新的形式再相对稳定下来。 影响因素： ①元素迁移前的存在形式：元素原来呈吸附状态，则容易发生迁移；若元素已进入到矿物晶格内部，形成了独立矿物或呈类质同象，则难迁移。 ②化学键性质：离子键和分子键化合物由于易溶入水溶液，较易迁移；共价键和金属键化合物则较难迁移。 ③元素的地球化学性质：离子的电价、半径等，它们既决定了元素结合成化合物时的化学键性，又控制了元素在水溶液中的迁移形式，对元素在水介质中的稳定性有重要影响。 ④体系中相伴生组分的类型和浓度 ⑤体系中物理化学强度参数的空间变化(浓度差、压力差、温度差等) ⑥环境的pH和Eh值变化，都会影响元素的迁移形式和迁移能力 11.元素迁移化学模型的研究方法。 a.确定元素发生迁移； b.观察元素赋存状态：岩石和矿石中矿物组合的变化； c.地质作用物理化学条件的测算 12.举例说明介质的PH值对元素迁移的控制规律： (1)介质的pH值控制金属离子的溶解迁移 大部分金属元素在水体中以氢氧化物的形式存在．氧氧化物为碱性组分，它们在酸性溶液中溶解，溶液碱性增强时将使其沉淀．不同元素的氢氧化物发生沉淀的PH不同，它们的迁移能力将因氢氧化物的沉淀而降低。例如： pH<6,酸性条件下：Ca、Sr、Ba、Cu、Zn、Cd、Cr+3、Fe+2、Mn+2、Ni+2呈离子迁移; pH>7,碱性条件下：Cr+3、Mo+6、V+5、As+5 、Se+6—呈高价离子迁移当， pH>7,碱性条件下，也不利于胶体形成。 (2)同一元素不同价态的氢氧化物沉淀时的pH值不同: 例如：对于Fe2+和Fe3+来说生成其氢氧化物的pH值要求不同： FeSO4+2H2O → Fe(OH)2↓+ 2H2SO4 (pH=5.5) Fe2(SO4)3+6H2O → 2Fe(OH)3↓+ 3H2SO4 (pH=2.48) Fe3+只能在强酸性(pH<2.48)水溶液中迁移，一旦pH值增高，Fe(OH)3将会很快沉淀下来。 (3) 介质pH值的变化控制所有包括H+及OH-反应的平衡移动方向(电离反应、复分解反应、水解、中和及络合反应) 例如：U氧化一还原反应受pH关系控制 3H2O+2Fe2++(U+6O2)2+=U+4O2↓+Fe2O3+6H+ H+增加，酸性增加，则平衡向左移，形成(U+6O2)2+ ——迁移 ; H+减少，碱性增加，则平衡向右移，形成U+4O2 ——沉淀 . 13.举例说明环境的Eh值对元素迁移的控制规律： 与大气接触的各种地表环境中，O2是过剩组分。 在局部环境中,氧分压控制环境的氧化-还原电位。例如，开阔海面及表层水，PO2=0.21，Eh=+0.3ev;海底有机质堆积区为缺氧环境PO2=10-100，Eh=-0.60ev 。 水分解放出O2，而地壳中H2O是大量的，水控制了地壳中氧化条件的上限 自然界氧化还原环境的极限是由水的稳定场来确定: 水稳定上限: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e Eh0=1.23V Eh0=1.23-0.059pH 其意义是一旦地壳中Eh0>1.23V的半反应氧化态物质出现 O3+2H++2e→H2O+O2 ↑水稳定的下限: H2→2H++2e Eh0=0V，Eh0=-0.59pH 其意义是，当地壳中出现Eh0低于0.00V的半反应还原态物质出现。 例如：Fe与水反应: Fe+H2O→Fe2++2e+O2-+H2↑ 使之氧化为Fe2+，其结果是Fe耗尽。因此，水对还原态物质(Fe)是氧化剂。 H2O的稳定范围控制了地壳中元素可能的价态。 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。 第四章：微量元素地球化学 1.微量元素：地球化学体系中含量低于0.1%,不参加化学计量计算或者服从稀溶液亨利定律的元素称成为微量元素。 2.能斯特分配定律与分配系数及其研究意义： ①能斯特分配定律：在一定的温度和压力下，微量组份在两共存相中的活度比为常数，而与该组分的绝对浓度无关，这个常数称为分配系数，它可以表示一种组分在两个共存相中的分配关系。 ②分配系数： ③研究意义： a.微量元素分配系数温度计：分配系数与温度、压力有关；也就是说T、P是常数时，KD为常数。 b.定量研究元素的分配：元素分配的微观理论只能定性地解释元素的分配关系，至于具体分配的量是多少，微观理论无法回答。而应用分配系数，可以具体地计算共生平衡矿物中的分配量。 c.检验成岩、成矿过程的平衡性 一定温度、压力下各相处于平衡时，元素在共存矿物间的分配系数为一常数，可据此来检验自然过程是否达到平衡。 d.判别岩浆结晶过程中微量元素的地球化学行为 3.总分配系数：微量元素在岩石与熔体之间的总分配系数，常用岩石中所有矿物的分配系数与岩石中各矿物含量的乘积之和来表达。 4.相容元素：当固相(结晶相)和液相(熔体相，流体相)共存时，若微量元素易进入固相，称为相容元素． 5.不相容元素：若微量元素易进入液相，称为不相容元素。 6.微量元素地质温度计的原理与方法： 原理：在影响分配系数的各种因素中，温度是很重要的。分配系数(KD)与体系温度的倒数呈线性关系：lnKD=-(△H/RT)+B 方法：在一定范围内，△H可看做常数，一个理想的地质温度计应具有尽可能大的△H值。在设计地质温度计的步骤： ①需要在不同温度条件下测定分配系数值； ②计算出微量元素的分配系数； ③用分配系数的对数值与相对应的绝对温度倒数作图； ④求出三直线的斜率和截距，求得到一组△H和B值； ⑤根据直线斜率判别所选元素是否适合做地质温度计，通常直线的斜率较大时，表明所选元素两相间的分配系数对温度均比较敏感，可以作为地质温度计。 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/ F CML=CMo,L /F CHL/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。 8.稀土元素：稀土元素是指周期表中原子序数从57到71的镧系15个元素加上原子序数为39的钇(Y)，共16个元素。 镧（lan)、铈（shi)、镨（pu）、钕（nv)、钷（po）、钐(shan)、铕（you)、钆（ga）、铽（te）、镝（di）、钬（huo)、铒（er)、铥（diu)、镱（yi）、镥（lu）、钇（Yi） 第五章：同位素地球化学 1.天然放射性同位素的衰变反应： ①α衰变: 原子核放射出由2个质子和2个中子组成的α质点（即He核） ②β衰变:原子核中一个中子分裂为一个质子和一个电子（β-粒子），同时放出反中微子γ ③γ衰变:该衰变类型往往是继于α衰变和β衰变后发生的，原子核仍处于高能状态，原子核以γ射线释放过剩能量。 ④K层捕获:它是β-衰变的逆反应（并非可逆反应），是原子核自发地从核外电子轨道上捕获一个电子，与一个质子结合变成一个中子，质子数减少1个。 ⑤重核裂变：重同位素自发地分裂为2-3片原子量大致相同的碎片。如：238U、235U和232Th 等重核都可能发生这种裂变。 2.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 3.半衰期：对于任一放射性同位素体系，原子衰变到初始原子数的一半所需的时间称为半衰期。 4.常用的同位素测年法： 5.举例说明每种同位素测年方法的原理。 环境化学 第一章绪论 1环境环境是指与某一中心事物有关相适应的周围客观事物的总和中心事物是指被研究的对象对人类社会而言环境就是影响人类生存和发展的物质能量社会自然因素的总和1972年联合国在瑞典斯德哥尔摩召开了人类环境会议通过了《人类环境宣言》 2构成环境的四个自然圈层包括土壤岩石圈大气圈和水圈 3为保护人类生存环境联合国将每年的4月22定位世界地球日 6月5日定位世界环境日 4环境保护的主要对象是由于人类生产生活活动所引起的次生环境问题主要包括环境污染和生态破环两个方面 5环境问题全球环境或区域环境中出现不利于人类生存和发展的各种现象称为环境问题原生环境问题自然力引发也称第一类环境问题火山喷发地震洪灾等次生环境问题人类生产生活引起生态破坏和环境污染反过来危及人类生存和发展的现象也称第二类环境问题目前的环境问题一般都是次生环境问题生态破坏人类活动直接作用于自然生态系统造成生态系统的生产能力显著减少和结构显著该变如草原退化物种灭绝水土流失等当今世界上最引人注目的几个环境问题温室效应臭氧空洞酸雨等是由大气污染所引起的 6环境污染由于人为因素使环境的构成状态发生变化环境素质下降从而扰乱和破坏了生态系统和人们的正常生活和生产条件造成环境污染的因素有物理化学和生物的三个方面其中化学物质引起的约占8090环境污染物定义进入环境 后使环境的正常组成和性质发生直接或间接有害于人类的变化的物质称为环境污染物污染物的性质和环境化学行为取决于它们的化学结构和在环境中的存在状态五十年代日本出现的痛痛病是由镉Cd 污染水体后引起的五十年代日本出现的水俣病是由 Hg 污染水体后引起的 重要污染物 1 元素CrHgAsPbCl 2 无机物CONOxSO2KCN 3 有机化合物和烃类烷烃饱和芳香烃苯环不饱和非芳香烃不饱和不带苯环多环芳烃 4 金属有机和准金属有机化合物四乙基铅三丁基锡 5 含氧有机化合物环氧乙烷醚醇醛酮酚有机酸等 6 有机氮化合物胺腈硝基苯三硝基苯TNT 7 有机卤化物氯仿四氯化碳PCBs氯代二恶英氯代苯酚 8 有机硫化合物硫醇类甲硫醇硫酸二甲酯 9 有机磷化合物有机磷农药磷酸二甲酯磷酸三乙酯 按受污染物影响的环境要素可分为大气污染物水体污染物土壤污染物等按污染物的形态可分为气体污染物液体污染物和固体废物按污染物的性质可分为化学污染物物理污染物和生物污染物优先控制污染物概念基于有毒化学物的毒性自然降解的可能性及在水体中出现的概率等因素从多种有机物中筛选出的优先控制物 7认识过程 20世纪60年代人们只把环境问题作为污染来看待没有认识到生态破坏的问题 20世纪70年代 1972年联合国瑞典斯德哥尔摩人类环境会议 应用地球化学复习题总结 1、化探：地球化学找矿法简称化探，是以地球化学和矿床学为理论基础，以地球化学分散晕（流）为主要研究对象，利用矿床在形成及以后的变化过程中，成矿元素或伴生元素所形成的各种地球化学分散晕进行找矿的方法。 2、元素的地球化学亲合性：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倾向性。 3、Goldschmit 的元素地球化学分类：亲石元素（即亲岩元素或亲氧元素) 、亲硫元素（即亲铜元素）、亲铁元素、亲气元素、亲生物元素 4、地球化学异常：是相对于地球化学背景区而言的，是指与地球化学背景区相比有显著差异的元素含量富集区或贫化区 5、地球化学指标：指一切能提供找矿信息或者其他地质信息的、能够直接或间接测量的地球化学变量。 6、地球化学场：如果把地球化学背景和发育在其中的地球化学异常当作一个整体看待，元素在该体系中的分布构成了地球化学场。 7、勘查地球化学：是地球化学的实践应用，是一门运用地球化学基本理论和方法技术，解决人类生存的自然资源和环境质量等实际问题的科学。是研究地球表层系统物质组成与人类生存关系，并能产生经济效益和社会效益的学科。 8、原生环境：指天然降水循环面以下直到岩浆分异和变质作用发生的深部空间的物理化学条件的总和。 9、次生环境（或表生环境）：是地表天然水、大气影响所及的空间所具有物理化学条件的总和。 10、地壳元素丰度：是指地壳中化学元素的平均含量，也称克拉克值，是为了表彰在这方面作出卓越贡献的美国化学家克拉克而命名的。 11、浓度克拉克值（相对丰度）：化学元素在某一局部地段或某一地质体中的平均含量与地壳丰度的比值。 12、矿石浓集系数：矿石的平均品位与该元素地壳丰度之比。 13、最低浓集系数：矿床的最低可采品位与其地壳丰度之比。 14、表生地球化学环境的特点：是一个温度压力低，以含二氧化碳和多组分水为介质的物理化学综合环境。 15、地球化学景观：是指所有影响表生作用的外部元素的总和。 16、景观地球化学：就是研究化学元素在各种景观条件下迁移沉淀的规律。 17、检出限：定义为某一分析方法或分析仪器能可靠地测试出样品中某一元素的最小重量或质量（μg或n g）。 蛇绿岩中地幔橄榄岩成因及构造意义研究 研究目的和意义： 地幔橄榄岩是蛇绿岩超镁铁岩的主要岩石类型。在蛇绿岩的形成过程和构造侵位的过程中，地幔橄榄岩还会遭受部分熔融作用，熔体萃取作用，以及地幔交代等多种地质作用的影响和改造。不同的地质作用会产生相应的矿物组合，通过对蛇绿岩中的地幔橄榄岩不同时代矿物组合特征的研究，可以进一步对蛇绿岩形成构造背景的认识，对于恢复蛇绿岩的形成和演化至关重要。 拟解决的问题： 1.地幔橄榄岩的形成过程中所经历的地质作用，如部分熔融作用，熔体抽取作用，流体-岩石反应，熔体-岩石反应等。 2.蛇绿岩的形成环境，如SSZ环境和MOR环境[1]。 拟研究的手段和方法： 1. 岩石学 对岩石的结构，构造，风化程度以及变质程度以及组成矿物进行研究，对岩石进行定名，如地幔橄榄岩包含纯橄岩，方辉橄榄岩以及二辉橄榄岩。 2. 矿物学 对岩石的组成矿物进行观察研究，地幔橄榄岩中不同时代的矿物的矿物组合具有不同的结构特征，反映了岩石成因的复杂性和多阶段演化的特征。 地幔橄榄岩中的矿物会保存地幔橄榄岩形成和演化历史的印记，尤其是地幔橄榄岩的矿物组合及化学特征对认识地幔橄榄岩的成因和恢复蛇绿岩的形成背景至关重要。对地幔橄榄岩中的橄榄石，斜方辉石，单斜辉石，尖晶石等矿物的化学成分进行研究和分析。 室内试验工作显示，尖晶石二辉橄榄岩在10—20 kbar的压力范围内，随着岩石熔融程度的增加，岩石中单斜辉石的含量迅速减少，斜方辉石的含量将逐渐降低。橄榄石的Fo和NiO含量，辉石的Mg#和Cr2O3含量，铬尖晶石的Cr#值将逐渐增加，而辉石和全岩的Al2O3和TiO2将逐渐减少[2]。 尖晶石的Cr#值是地幔岩熔融程度、源区亏损程度以及结晶压力的灵敏指示剂，Cr#反映了地幔部分熔融程度的增加[3]，经历较高程度部分熔融和萃取的橄榄岩具有较高的Cr#值。Dick 和Bullen（1984）根据铬尖晶石的成分将阿尔卑斯型地幔橄榄岩分为三中类型：Ⅰ型：铬尖晶石的Cr#<60;Ⅲ型：铬尖晶石的Cr#>60；Ⅱ型：为一种过渡类型，铬尖晶石的Cr#包含Ⅰ型和Ⅲ型地幔橄榄岩中的铬尖晶石。其中Ⅰ型地幔橄榄岩可能反映了洋中脊大洋岩石圈的环境，相当于深海橄榄岩，其部分熔融程度较低；Ⅲ型地幔橄榄岩，形成于岛弧环境，经历了较高程度的部分熔融；Ⅱ型地幔橄榄岩，则反映了复合来源的特征[3]。 利用铬尖晶石的Cr#—Mg#图解，可以判断地幔橄榄岩的形成环境，即为SSZ型还是MOR 地球化学复习题 绪论 1、地球化学的定义。 答：地球化学是研究地球(包括部分天体)的化学组成、化学作用和化学演化的科学。 2、地球化学的任务。 答：1）地球及其子系统中元素及其同位素的组成，即元素的分布和分配问题；2）元素的共生组合和赋存形式；3）元素的迁移和循环；4）地球的历史和演化。5）基础理论和应用的发展。 3、地球化学的研究思路和工作方法。 答：研究思路：以化学、物理化学等基本原理为基础，以研究原子（包括元素和同位素）的行为为手段，来认识地球的组成、历史和地球化学作用。工作方法：野外：地质考察+样品采集（代表性、系统性、统计性、严格性）。 室内： --岩矿鉴定 --分析测试：早期容量法、离子色谱法和比色法，现今X射线荧光光谱XRF、ICPAES、--ICPMS、固体质谱、AAS等。 --元素结合形式和赋存状态的研究：化学分析、晶体光学、X射线衍射、拉曼谱、微区分析（电子探针、离子探针）等。 --作用过程的物理化学条件的测定：温度（包裹体、矿物、同位素）、压力、pH、Eh、盐度等。 --自然作用的时间参数：同位素测年。 --模拟实验。 --多元统计计算和数学模型。 4、地球化学学科的特点。 答：1、基础科学成果的应用.2、地质科学的发展.3、更广泛的数字模拟。 第一章太阳系和地球系统的元素丰度 1、对比元素在地壳、地球和太阳系中分布规律的异同点，并解释其原因。 答：相同点：元素的丰度均随原子系数增大而减小。均符合奇偶定律。 不同点：与太阳系或宇宙相比，地壳和地球都明显地贫H, He, Ne, N等气体元素；而地壳与整个地球相比，则明显贫Fe和Mg，同时富集Al, K和N a。 原因： 2、研究克拉克值有何地球化学意义。 答：可作为元素集中、分散的标尺。控制元素的地球化学行为。A)影响元素参加地壳中地球化学过程的浓度。B)限定自然界的矿物种类及种属。C) 限制了自然体系的状态。 3、地球各圈层化学组成的基本特征。 答：地壳：①地壳中元素的相对平均含量是极不均一的。②元素的克拉克值大体上随原子序数的增大而减小。地幔：元素分布不均，铁镁含量增高。地核：铁镍含量占绝大部分，其它元素仅占极少部分。水圈、大气圈和生物圈在地球总质量中所占的比例很小，对地球总体成分的影响不大。 4、陨石研究的意义 答：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； 第5章生态系统及其稳定性 【考纲知识梳理】 一、生态系统的概念及范围 1、概念：生物群落与它的无机环境相互作用而形成的统一整体，叫生态系统。 2、范围：有大有小，其中生物圈是地球上最大的生态系统，它是地球上的全部生物及其无机环境的总和。 二、生态系统的组成成分 成分构成作用（主要生理过程）营养方 式 地位 非生物成分非生物的物 质和能量 光、热、水、土，气为生物提供物质和能量 生物成分生产者 绿色植物、光合细 菌、化能合成细菌 将无机物转变成有机 （光合作用化能合成用） 自养型 生态系统的 基石 消费者 动物、寄生微生物、 根瘤菌 消费有机物（呼吸作用） 异养型 生态系统最 活跃的成分分解者腐生微生物、蛔虫分解动植物遗体（呼吸作用） 生态系统的 关键成分 三、生态系统的营养结构 1、食物链：生态系统中各生物之间由于食物关系而形成的一种联系。 2、食物网：在一个生态系统中，许多食物链彼此相互交错连接形成的复杂的营养结构。 3、食物链和食物网是生态系统的营养结构，是生态系统物质循环和能量流 动的渠道。 二、食物链和食物网的分析 1、每条食物链的起点总是生产者，如课本中的阳光不能纳入食物链，食物链终点是不能被其他生物所捕食的动物，即最高营养级，食物链中间不能做任何停顿，否则不能算作完整的食物链。 2、食物网中同一环节上所有生物的总和称为一个营养级，如书中第二营养级的生物有食草昆虫、鼠。 3、同一种生物在不同食物链中可以占有不同的营养级。 4、在食物网中，两种生物之间的种间关系有可能出现不同的类型，如书中青蛙和蜘蛛的关系既是捕食又是竞争关系。 5、食物网中，某种生物因某种原因而大量减少时，对另外一种生物的影响，沿不同食物链分析的结果不同时应以中间环节少为依据。 6、食物网的复杂程度主要取决于有食物联系的生物种类，而非取决于生物的数量。 第2节生态系统的能量流动 【考纲知识梳理】 一、能量流动的概念和过程 1、概念：生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。 2、能量流动的过程： （1）输入 ①源头：太阳能。 ②总值：生产者所固定的太阳能。 （2）传递 ①途径：食物链和食物网。 应用地球化学考试重点 绪论 1、应用地球化学：运用地球化学基本理论和方法技术，解决人类生存的自然资源和环境质量的实际问题的学科。地球化学是其理论基础。 2、应用地球化学研究内容： 元素分布与矿产资源 元素在各介质中的含量 元素的分布与分配 地球化学异常与指标 矿床的成因（矿床学为主） 矿床的储量（找矿勘探课程为主） 3、地球化学找矿与其它探矿方法的比较： （1）与地球物理相比，地化方法已成为其有效的辅助手段之一，在评价和解释地球物理异常时，可排除其多解性。 在某种意义上说是一种直接的找矿方法，因而成果的推断解释较物探法简单、直接。 （2）同时，它较地质钻探等投资少。 （3）地质物化探综合运用，则更能提高找矿的效果。 （4）传统的地质找矿方法，以矿物学和岩石学的观察为基础，要求要有可见标志。所以必须要求矿物的粒度在光学显微镜的分辨能力以上。而地球化学方法是依靠分析测试手段探测其微观标志 （5）任何一种找矿方法，都有一个应用条件问题，都要根据研究区地形地貌自然景观条件的不同，以及目标矿种的地球化学特征的不同，选择相宜的方法技术。 4、应用地球化学研究领域 第一章 1、地球化学旋回：地幔物质分异出的岩浆及地壳重熔物质形成的岩浆上升结晶形成岩浆岩，经构造运动进入表生环境，经风化剥蚀，搬运沉积，形成沉积岩，沉积岩经沉降或俯冲作用到达地壳深部，发生变质或重熔作用，形成岩浆，完成一个大循环。 2、常组组分分布特征： 地壳的物质成分与上地幔最有成因联系。起源于地幔。 地壳：便于采样→数据较多。 地幔：不能采样→数据少。 遵循化学计量原则形成自然矿物 地壳：易熔的硅铝长英质成分（Si、Al、Ca）和Ｋ、Na、水增加，以长英质浅色矿物为主。 地幔：难熔组分Mg、Fe、Ni、Co、Cr；以铁镁暗色矿物为主。 岩石圈中十余种常量元素占总量的绝大部分。 常量元素在地壳中总量占99. 9%以上 3、微量元素的分布规律：（判断/填空） 不受化学计量原则控制 ?微量元素分布服从概率分布规律，既有随机性，又有统计性。 ?从地核到地壳的垂直方向上，分散在结晶矿物中的微量元素在地球化学旋回中产生了分异作用，有些元素(亲石元素)具有明显的从地核，下地幔向上地幔，最终在地壳中富集。 ?微观上受元素类质同象置换条件制约，少部分以超显微非结构混入物（在矿物结晶生长时混入晶格缺陷或机械包裹）。 ?宏观上受元素分配系数制约，以某种统计规律反映富集贫化趋势。 元素的地球化学分类 4、谢尔巴科夫分类方法： 谢尔巴科夫用元素的向心力和离心力描述这种向地球外圈贫化或富集的趋势 谢尔巴科夫分类方法：向心元素、最弱离心元素、弱离心元素、离心元素 ?每次重熔，不相容元素和相容元素都产生一次分离，从而使晚期的岩浆较早期的岩浆更富集不相容元素。5、巴尔科特把岩浆岩演化的这种规律总结为极性演化，即酸性岩越来越酸性，基性岩越来越基性。这为矿产评价 与找矿提供了思路，即在时代最新的花岗岩类岩体中寻找不相容元素的矿床。 6、戈尔德施密特提出划分为亲铁、亲硫(亲铜)、亲氧(亲石)、亲气、亲生物元素的分类方案 7、从超基性岩到酸性岩，还具有由相容元素组合变为不相容元素组合的特征。 8、正常分布与异常分布： 一般将遵从常规、不悖常理、无特别异举即为正常，其核心是从众，相反即为异常。 地球化学的正常分布，也就是某一空间中多数位置上元素含量所具有的相对波动不大的特征。 地球化学中的异常，是指某一区段的地球化学特征明显不同于周围无矿背景区的现象。 9、背景区元素含量：背景上限、背景值、背景下限 10、把异常区内高于正常上限Ca的样品数n’与总样品数n的比值n’/n称为异常率。 异常率的大小，不仅与成矿作用的强度、规模有关，成矿作用越强，越接近矿化中心，异常率越高。 11、背景值分为四级：全球的背景值、地球化学省的背景值、区域的背景值、局部的背景值。 12、地球化学省：在地壳的某一大范围内，某些成分富集特征特别明显，不止是一两类岩石中元素丰度特别高，而 且该种元素的矿床常成群出现，矿产出现率也特别高。通常将地壳的这一区段称为地球化学省。地球化学省实质上是一种地球化学异常，它是以全球地壳为背景的规模巨大的一级地球化学异常。 13、地球化学指标：是指一切能提供地球化学信息或地质信息的，能直接或间接测定的地球化学变量。地球化学指 标在三度空间和时间上的分布与演化称为地球化学场。 14、地球化学场有以下特征： （1）与地球物理场相比，它没有严格的数学公式或化学定律进行准确的描述、推断、或延拓，它是具体点上地球化学环境（化学、热力学、动力学）综合制约的结果，可以定性推测而不能准确推算。 （2）地球化学场是一个连续的非均匀场。 （3）地球化学场是一个不可逆动态演化的非稳定场。 （4）地球化学场的指标不具有传递性。 15、地球化学障：凡是浓度梯度极大值所在的点，叫做地球化学障，其实质就是地球化学环境发生骤然变化，元素 活动性发生急剧改变的地段（A·И·彼列尔曼）。它是一种地球化学环境的边界。 16、50年代阿伦斯（1954，1957）提出常量元素服从正态分布，微量元素服从对数正态分布规律，概括了当时最 有影响的认识。地质体中元素含量的概率分布型式与该地质体经历的地质作用过程有关。 维斯捷里斯(V.B.Visteeius.1960)的“地球化学过程的基本定律”最有代表性：单一地球化学过程所形成的地质体，元素含量服从正态分布；由数个地球化学作用过程叠加所形成的复合地质体中元素含量偏离正态分布，并且多为正偏分布（其中有些服从对数正态分布）。 恩《地球化学》练习题 第一章太阳系和地球系统的元素丰度（答案） 1.概说太阳成份的研究思路和研究方法。 2.简述太阳系元素丰度的基本特征。 3.说说陨石的分类及相成分的研究意义. 4.月球的结构和化学成分与地球相比有何异同？ 5.讨论陨石的研究意义。 6.地球的结构对于研究和了解地球的总体成分有什么作用？ 7.阐述地球化学组成的研究方法论。 8.地球的化学组成的基本特征有哪些？ 9.讨论地壳元素丰度的研究方法。 10.简介地壳元素丰度特征。 11.地壳元素丰度特征与太阳系、地球对比说明什么问题？ 12.地壳元素丰度值（克拉克值）有何研究意义？ 13.概述区域地壳元素丰度的研究意义。 14.简要说明区域地壳元素丰度的研究方法。 15.岩浆岩中各岩类元素含量变化规律如何？ 16.简述沉积岩中不同岩类中元素含量变化规律。 第二章元素结合规律与赋存形式（答案） 1.亲氧元素和亲硫元素地球化学性质的主要差异是什么？ 2.简述类质同像的基本规律。 3.阐述类质同像的地球化学意义。 4.简述地壳中元素的赋存形式及其研究方法。 5.举例说明元素存在形式研究对环境、找矿或农业问题的意义。 6.英国某村由于受开采ZnCO3矿的影响，造成土壤、房尘及饮食摄入Cd明显高于其国标，但与未受污染的邻村相比，在人体健康方面两村没有明显差异，为什么？ 第三章自然界体系中元素的地球化学迁移（答案） 1.举例说明元素地球化学迁移的定义。 2.举例说明影响元素地球化学迁移过程的因素。 3.列举自然界元素迁移的标志。 4.元素地球化学迁移的研究方法。 5.水溶液中元素的迁移形式有那些？其中成矿元素的主要迁移形式又是什么？ 6.解释络离子的稳定性及其在地球化学迁移中的意义。 7.简述元素迁移形式的研究方法。 8.什么是共同离子效应？什么是盐效应？ 9.天然水的pH值范围是多少？对于研究元素在水介质中的迁移、沉淀有何意义？ 10.举例说明Eh、pH值对元素迁移的影响。 11.非标准电极电位E及环境的氧化还原电位Eh，在研究元素地球化学行为方面有什么作用？ 12.试述影响元素溶解与迁移的内部因素。 13.自然界中地球化学热力学体系基本特点是什么？ 14.自然体系中哪些特征可作为体系达到平衡态的证据与标志？ 15.讨论相律及其应用。 环境地学知识点整理 1、 环境地学概念：环境地学属于环境科学的分支学科之一，它以人-地系统为研究对象，研究人-地系统的组成、结构、发展变化规律，并运用地球科学一系列分支学科的理论和方法来调节和控制、改造和利用人—地系统的科学。 2、 环境地学分支学科：环境气象学、环境水文学、环境土壤学、环境海洋学、环境生态学、环境地质学、环境地球化学、环境物理学 3、 太阳系是由恒星太阳、行星及其卫星、小行星、矮行星、彗星、流星体和行星际物质构成的天体系统。太阳是太阳系的中心天体，占太阳系总质量的99.86%，其他天体都在太阳的引力作用下绕其公转。 4、 太阳大气层从内到外可分为光球、色球、日冕3层。 5、 开普勒三大定律：①行星沿椭圆轨道运动，太阳位于椭圆的一个焦点上；②在行星绕太阳运动的过程中，它的向径（行星与太阳的连线）单位时间内扫过的面积相等；③行星公转周期T 的平方与行星轨道长半径a 的立方成正比，即： 6、 地球圈层结构表 7、 地球表层系统是由大气圈、水圈、生物圈、土壤圈、岩石圈和人类智慧圈所组成的复杂开放系统，也是环境科学、环境地学和地理科学重要的研究内容。（补充30页图2-11） 8、 大气要素：①气温：华氏温度（F ）与摄氏温度（C ）的换算关系为C=5(F-32)/9或F=32+9C/5。大气的温度一般以百叶箱中干球温度为代表。②气压；③湿度：a 、相对湿度（f ）是指空气中的实际水汽压与同温度条件下的饱和水汽压的比值（用百分数表示），即f=e/E ，相对湿度直接反映空气距离饱和的程度。B 、露点（T d ）在气压一定的情况下，并保持空气中水汽含量不变，使空气 中国地质大学(武汉)远程与继续教育学院 地球化学课程作业1（共 3 次作业） 学习层次：专升本涉及章节：绪论——第一章 一．名词解释 1．克拉克值：指元素在地壳中的平均含量。 2．地球化学体系：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，都处于特定的物理化学状态（T、P等），并且有一定的时间连续。根据研究需要，这个体系可大可小。 3．元素丰度：将元素在地球化学体系中的平均含量称之为丰度，它是对这个体系里元素真实含量的一种估计，即元素在一个体系中分布的一种集中（平均）倾向。 4．大陆地壳：地表向下到莫霍面，厚度变化在5-80km，分为上部由沉积岩和花岗岩组成的硅铝层，下部由相当于玄武岩、辉长岩或麻粒岩等组成的硅镁层两部分组成。 二．填空题 1. 陨石的主要类型有石陨石、铁陨石和石铁陨石三类。 2. 元素的丰度主要是针对相对较大的体系而言，例如太阳系、地球和大陆地壳。而元素的含量主要针对相对较小的体系而言，例如研究对象是某矿物、某流体包裹体或某块岩石。 3. 就结构分层而言，地球自地表向下可依次分为地核、地幔和地壳三个主要圈层。 4. 地球化学主要研究和解决（1）地球系统中元素及同位素的组成，（2）地球系统中元素的共生组合和元素的赋存形式，（3）元素的迁移和循环，（4）元素在自然界所发生的各种地质作用中的行为，（5）元素的地球化学演化和（6）地球的历史及其演化等六个方面的主要问题。 三．简答题 1. 简要介绍太阳系元素丰度的基本特点。 答：（1）、H和He是丰度最高的两元素，几乎占了太阳中全部原子数目的98%；（2）、原子序数较低的元素，丰度随原子序数增大呈指数递减，而原子序数较大的（Z＞45）各元素丰度值很相近；（3）、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。这一规律即奇偶规律；（4）、质量数为4的倍数的核素或同位素具有较高丰度。原子序数（Z）或中子数（N）为“幻数”（2、8、20、50、82和126等）的核素或同位素丰度最大。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。 2. 说明地球的圈层结构和对应物质组成。 答：答：地球大体上分地壳、地幔和地核三个大的圈层。其中地壳为地表向下到莫霍面，厚度变化在5-80km，包括大陆地壳（上部硅铝层，由沉积岩层和花岗岩、片麻岩等组成，富Si、K、Rb、Th、U等元素下部硅镁层，相当于玄武岩、辉长岩或麻粒岩相岩石。）和大洋地壳（上部2km为未固结的海相沉积物下部为硅镁层（玄武质岩层））。地幔为莫霍面以下到~2900km，分上地幔（~410km，主要由致密、刚性的Fe-Mg硅酸盐岩组成，即斜长石相-石榴石相橄榄岩）、过渡带（是一个温度相当于岩石熔点的可流动塑性层，又称软流层）和 地球化学赵伦山张本仁 韩吟文马振东等 P 1：地球化学基本问题) P 5：克拉克值，地球化学发展简史（几个发展阶段） P31：元素丰度，表示单位元素在地壳平均化学丰度―――确定方法，克拉克值， P37：元素克拉克值的地球化学意义 P68：类质同象和固溶作用 P81：元素的赋存状态――1，5种 P88: 元素迁移 P 123: 相律 P169: 衰变定律 P181：痕量元素地球化学，稀土元素的研究方法和意义（痕量元素=微量元素） 复习内容及答案汇总 一、地球化学研究的基本问题、学科特点及其在地球科学中的地位（P1－） 地球化学是研究地球及相关宇宙体的化学组成、化学作用和化学演化的科学，在地球化学发展历史中曾经历了较长时间的资料积累过程，随后基于克拉克、戈尔施密特、维尔纳茨基、费尔斯曼等科学家的出色工作，地球化学由分散的资料描述逐渐发展为有系统理论和独立研究方法的学科。目前地球化学已发展成为地球科学领域的重要分支学科之一，与岩石学、构造地质学等相邻学科相互渗透与补充，极大地丰富了地球科学研究内容，在地质作用过程定量化研究中已不可或缺。 地球化学的研究思路和学科特点是：（1）通过分析常量、微量元素和同位素组成的变化，元素相互组合和赋存状态变化等追索地球演化历史；（2）利用热力学等现代科学理论解释自然体系化学变化的原因和条件，探讨自然作用的机制；（3）将地球化学问题置于地球和其子系统（岩石圈、地壳、地幔、地核等）中进行分析，以个系统的组成和状态约束作用过程的特征和元素的行为。 围绕原子在自然环境中的变化及其意义，地球化学研究主要涉及四个基本问题：（1）研究地球和动质体中元素和同位素的组成；（2）研究元素的共生组合和赋存形式；（3）研究元素的迁移和循环；（4）研究元素和同位素迁移历史和地球的组成、演化历史、地球化学作用过程。 二、简述痕量元素地球化学研究解决的主要问题 痕量元素地球化学理论使许多地质难题迎刃而解，其可解决的主要问题有： 元素地球化学分类 yuansu diqiu huaxue fenlei 元素地球化学分类 geochemical classification of the elements 在元素周期表的基础上，结合元素的自然组合及各种地球化学特征，对化学元素进一步的分类。它反映了化学元素在自然界的分布规律及其相互间的共生组合特征与其原子结构的密切关系。元素的地球化学分类较多，被广泛采用的是V.M.戈尔德施密特及A.H.扎瓦里茨基的分类。 戈尔德施密特的分类是以其地球起源和内部构造的假说为基础的，他根据化学元素的性质与其在各地圈内的分配之间的关系，将元素分为4个地球化学组，如图1戈尔德施密特元素地球化学分类图所示。①亲石元素，离子最外层具有2个或8个电子，呈惰性气体型稳定结构，与O、F、CL亲合力强，多组成氧化物或含氧盐，特别是硅酸盐,形成大部分造岩矿物,并主要集中在岩石圈；②亲铜元素，离子最外层具有 18个电子的铜型结构，与S、Se、Te亲和力强，多形成硫化物和复杂硫化物；③亲铁元素，离子最外层具有8～18个电子的过渡型结构，与O及S的亲和力均较弱,主要集中在地球深部的铁镍核中；④亲气元素，为惰性气体，呈原子或分子状态集中在地球的大气圈中。此外，戈尔德施密特还划分出亲生物元素，这些元素多富集在生物圈中。 扎瓦里茨基的分类能够从原子结构这一最本质的原因去理解元素在自然界的分布与组合规律。按这种分类，化学元素被分成 12族（图2扎瓦里茨基元素地球化学分类图）:①氢族；②造岩元素族(Li、Be、Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Rb、Sr、Cs和Ba)；③惰性气体族 (He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn)；④挥发分元素族(B、C、N、O、F、P、S、Cl)；⑤铁族(Ti、V、Cr、Mn、F e、Co、Ni);⑥稀土稀有元素族 (Sc、Y、Zr、Nb、TR、Hf、Ta等)；⑦放射性元素族(Fr、Ra、Ac、Th、Pa、U等）；⑧钨钼族 (Mo、Tc、W、Re)；⑨铂族(Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt)；⑩硫化矿床成矿元素族 (Cu、Zn、Ge、Ag、Cd、In、Sn、Au、H g、Tl、Pb等)；□半金属元素族(As、Sb、Bi、Se、Te、Po)；□重卤素元素族(Br、I、At)。 除了上述这些系统的分类外，还有根据特定的地质作用对元素进行地球化学分类的。如在描述岩浆分异结晶作用或部分熔融过程中，把进入结晶相或残留相的称为相容元素，而进入熔体相的称为不相容元素等。 参考书目南京大学地质学系编：《地球化学》（修订本），科学出版社，北京，1979。赵伦山、张本仁编著：《地球化学》，地质出版社，北京，1988。 （王中刚） 概率与统计试卷（1） 1、(9分) 从0，1，2，3，4，5这六个数中任取三个数进行排列，问取得的三个数字能排成三位数且是偶数的概率有多大. 2、（9分）用三个机床加工同一种零件，零件由各机床加工的概率分别为0.5、0. 3、0.2，各机床加工的零件为合格品的概率分别为0.9 4、0.90、0.95，求全部产品的合格率. 3、（11分）某机械零件的指标值?在［90，110］内服从均匀分布，试求： （1）?的分布密度、分布函数；（2）?取值于区间（92.5，107.5）内的概率. 4、（9分）某射手每次射击打中目标的概率都是0.8，现连续向一目标射击，直到第一次击中为止.求“射击次数”的期望. 5、（17分）对于下列三组参数，写出二维正态随机向量的联合分布密度与边缘分布密度. 6、（15分）求下列各题中有关分布的临界值. 1 1）?02.05(6)，?02.01(9)； 2）t0.01(12)，t0.05(8)； 3）F0.025(5,10)，F0.95(10,5). 7、（11分）某水域由于工业排水而受污染，现对捕获的10条鱼样检测，得蛋白质中含汞浓度（%）为 0.213 0.228 0.167 0.766 0.054 0.037 0.266 0.135 0.095 0.101，若生活在这个区域的鱼的蛋白质中含汞浓度?～N（?，?2），试求?＝E?，?2＝D?的无偏估计. 8、（12分）某种导线的电阻服从正态分布N(?，?2)，要求电阻的标准差不得超过0.004欧姆. 今从新生产的一批导线中抽取10根，测其电阻，得s*＝0.006欧姆. 对于?＝0.05，能否认为这批导线电阻的标准差显著偏大？ 9、（7分）某校电器（3）班学生期末考试的数学成绩x（分）近似服从正态分布N（75，10），求数学成绩在85分以上的学生约占该班学生的百分之几？ 2 2 概率与统计试卷（2） 1、(9分)已知某城市中有50%的用户订日报，65%的用户订晚报，85%用户至少这两种报中的一种，问同时订两种报的用户占百分之几. 2、（9分）从4台甲型、5台乙型电脑中，任取3台，求其中至少要有甲型与乙型电脑各一台的概率。 3、（10分）在10件产品中有3件次品，从中任取2件，用随机变量?表示取到的次品数，试写出?的分布列. 4、（11分）盒中有五个球，其中有三白二黑，从中随机抽取两个球，求“抽得的白球数”的期望. 5、（12分）设随机变量?的分布密度为 ?3x2 ，0?x?2；? p(x)=?8?0，其它.? 且?＝3?＋2，求E?与D?. 6、（12分）一机器制造直径为?的圆轴，另一机器制造内径为?的轴 0.51?y?0.53?2500 当0.49?x?0.51, 衬，设(?,?)的联合分布密度为p(x)=?，若0 其它? 轴衬的内径与轴的直径之差大于0.004且小于0.36，则两者可以相适衬，求任一轴与任一轴衬适衬的概率. 7、（13分）设?1，?2，?，?n是总体?的样本，试求：E、D、ES*2. 第一篇地球化学知识点整理（狼图腾） 整理方法：课本+笔记+参考资料 注：有些并非很重要！ 一、名词解释 1?地球化学：是研究地球（包括部分天体）的化学组成、化学作用和化学演化的学科。 2?元素的丰度值：指各种化学元素在一定自然体系中的相对平均含量。 3?陨石：是降落在地球上的行星物质的碎块。 4?克拉克值：指地壳中元素重量百分数的丰度值。 5?丰度系数：指某一自然体的元素丰度与另一个可作为背景的自然体元素丰度的比值。 6?克里普岩：是岩浆分异或残余熔浆结晶形成的富含挥发组分元素的岩石，其富K、REE 和P。 7?元素的地球化学亲和性：指在地球化学作用过程中，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。 8?类质同像：指矿物在一定的物理化学条件下结晶时，晶体结构中某种质点（原子、离子、配离子、分子）被其他类似的质点所代替，结果只引起晶格常数的微小改变，晶体的构造类型、化学键类型等均保持不变的现象。 9?微量元素地球化学：是借助各种现代分析测试技术，基于微量元素地球化学的基本理论研究微量元素在地球及其子系统中的分布、化学作用及其演化的学科。 10. 微量元素：指在所研究体系中（地质体、岩石、矿物、流体/熔体等）的含量低到可 以近似地用稀溶液定律描述其地球化学行为的元素。 11. 稀溶液定律（即亨利定律）：在极稀薄溶液中，溶质的活度正比于溶质的摩尔浓度。 12. 分配系数：微量元素i在平衡共存的两相之间的质量浓度比值。 13. （1）相容元素：（表述1）在岩浆结晶过程中，那些容易以类质同像的形式进入固体的微量元素。（表述2）岩浆结晶或固相部分熔融过程中偏爱矿物相的微量元素 （2）不相容元素：岩浆结晶或固相部分熔融过程中偏爱熔体或溶液相的微量元素。 14. 元素地球化学迁移：元素从一种赋存状态转变成为另一种赋存状态，并经常伴随元素组合和分布上的变化以及空间位移的作用。 15. 地球化学障：在元素迁移过程中，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，则这些影响元 素沉淀的条件或因素就称为地球化学障。 16. 原始地幔：地核形成以后，地壳形成以前的地幔。 17. 亏损地幔：原始地幔经过部分熔融形成地壳以后残余的地幔。 18. 富集地幔：由于板块俯冲作用将地壳物质再循环返回地幔后所形成的地幔。 19. 五重简并：在一个孤立的过渡金属离子中，五个d轨道的能级相同，电子云呈球形 对称，电子在五个d轨道的分布概率相同，称为"五重简并”。 20. 晶体场分裂：当过渡金属离子处在晶体结构中时，由于晶体场的非球形对称特征，使d轨道的能级产生差异，称为“晶体场分裂”。 21. 晶体场分裂能：将一个孤立的过渡金属离子放在正八面体配位的晶体中时，五个d 轨道都受到配位体负电荷的排斥，轨道总的能级提高；由于正八面体配位场中配位体质点处 于直角坐标的三个垂直轴方向，故dr轨道电子云的瓣指向配位体，使两个dr轨道电子的被 排斥力比d?轨道的被排斥力大，dr轨道的能级要比d?轨道电子的能级高得更多，dr轨道电子的能级与d?轨道电子能级间的能量差，称为“晶体场分裂能”。 22. 晶体场稳定能：d轨道电子能级分裂后的d电子能量之和，相对于未分裂前d电子 能量之和的差值，称为“晶体场稳定能”。 23. 八面体择位能:离子八面体配位的晶体场稳定能减去其四面体配位的晶体场的稳定能。 1、应用地球化学的概念:它是一门运用地球化学基本理论和方法技术，解决人类生存的自然资源和环境质量等实际问题的学科。简而言之，是研究地球表层系统物质组成与人类生存关系，并能产生经济效益和社会效益的学科。 2．用地球化学的研究内应容及方法 （1）矿产勘查地球化学方面，研究成矿元素及其伴生元素的空间分布规律与矿产的联系。研究元素在集中分散过程中与矿体周围各类介质中形成的地球化学异常与矿床的联系，异常形成机制、影响因素、发现异常和解释评价异常的方法技术。 （2）环境地球化学方面，研究对人类生存与发展、对人类健康有影响的化学元素的分布分配及其存在形态。 （3）农业土壤地球化学方面，研究对作物生长有益或必需元素在土壤中的丰缺程度以及有毒、有害元素在土壤中的富集程度。 （4）研究一切化学元素及其化合物在地球表层系统中的分布分配、活动演化可能给人类生存带来直接或间接影响，例如地震、地热、环境改造与治理，利用地球化学作用于土壤改良、土壤施肥等等。 应用地球化学的研究方法基本可分为两方面，其一是现场采样调查评价研究，其二是实验研究。 ①地质观察与样品采集； ②样品加工及分析测试； ③数据的统计分析； ④地球化学指标及异常研究； ⑤地球化学图表的编制； ⑥异常评价及验证、探矿工程布置；资料研究，指导农业种植结构调整，地 方病发病机理研究及环境问题研究等。 3、第四套应用地球化学方法命名系统：地球化学岩石测量、地球化学土壤测量、水系沉积物测量、水化学测量、地球化学气体测量和地球化学生物测量。 4、丰度值一般均在10-2％以上元素称之为“常量元素”。 丰度均在10-2％以下。故称之为“微量元素”。常用重量百万分率（10-4％）表示，书写用ppm（part per million）代表。 lppm=10-6=10-4％=0.0001％=1 元素地球化学 第一章：导论 ◆地球化学的三个主要分支：①元素地球化学②同位素地球化学③实验地球化学 ◆元素地球化学：是地球化学最主要的分支学科，它通过逐一阐明个别元素的地球化学和宇宙化学特征及其与其它元素的组合关系来研究自然界化学演化规律的学科,是地球化学的传统研究内容和主干学科。它力求完整地了解元素的地球化学旋回及其演化历史和原因,揭示元素含量变化对自然过程的指示意义 ◆元素地球化学主要研究内容和任务： （1）每个或每组化学元素的地球化学性质； （2）元素或元素群在自然界的分布、分配情况； （3）元素相互置换、结合、分离的规律和机制； （4）元素的存在形式、组合特点、迁移条件； （5）每个元素的地球化学旋回及其演化历史和原因 （6）应用于地球资源、环境和材料的研究、预测、开发和保护。 ◆元素地球化学的研究方法： （1）地质研究方法； （2）高灵敏度、高精度、快速和经济的测定和分析手段：ICP-MAS、ICP-AES、X荧光、电子探针等等； （3）各种地球化学模拟实验研究； （4）一些物理化学、热力学等理论的应用； （5）计算机技术在处理大量数据方面的广泛应用。 ◆戈尔德施密特的元素地球化学分类： 亲铁元素Siderophile：富集于陨石金属相和铁陨石中的化学元素。它们与氧和硫的结合能力均弱,并易溶于熔融铁中；在地球中相对于地壳和地幔,明显在地核内聚集。其离子最外层电子数在8～18之间。典型的秦铁元素有镍、钴、金、铂族元素。 亲石元素lithophile：在陨石硅酸盐相中富集的化学元素;在地球中它们明显富集在地壳内,有较大的氧化自由能。在自然界中都以氧化物,含氧盐，特别是硅酸盐的形式出现。如硅、铝、钾、钠、钙、镁、铷、锶、铀、稀土元素等。其离子最外层电子数为2或8。 亲铜元素chalcophile：在陨石硫化物相和陨硫铁(FeS)中富集的化学元素；在自然界中,它们往往易与S2-结合成硫化物和复杂硫化物。如硫、铜、锌、铅、镉、砷、银、硒、碲、锑等。其离子最外层有18个电子。 亲硫元素sulphophile：指不易与氧、氟和氯结合，而易于形成硫化物、硒化物、碲化物、砷化物等矿物的元素。该术语现一般理解为与“亲铜元素”同义，并包括一些亲铁元素。 亲气元素atmophile：组成地球大气圈的主要元素,惰性气体元素,以及主要呈易挥发化合物存在的元素。如氢、氮、碳、氧、及惰性气体元素等。 亲生物元素biophile：集中在有生命的动植物内的元素。C, H , O, N, P, S, Cl, I, (B), (Ca, Mg, K, Na), (V, Mn, Fe, Cu) ◆有关其他元素分类的常用术语： 常量元素：组成物质主要结构和成分的元素，它们常占天然物质总组成的99%以上，并决定了物质的定名和大类划分。 微量元素(trace element, microelement)：物质中除了那些构成主要结构格架所必须的元素之外，所有以低浓度存在的化学元素。其浓度一般低于0.1%，在大多数情况下明显低于0.1%而仅达到ppm乃至ppb数量级。 次要元素(minor element)：在文献中单独出现时时与微量元素同义；当两者同时出现时，一般指含量为1～5的化学元素。 稀有元素(rare element)：在低壳中分布量较低，但易于在自然界高度富集形成较常见的矿物和独立工业矿床的的化学元素。如REE、Nb、Ta、Be、Li、（W）等。 分散元素(dispersed element)：在地壳中元素丰度低，并且其离子半径和电荷等化学性质与地壳中的高丰度元素(硅、铝、钙、铁、钾、钠等)相似的一类微量元素。因上述性质，它们在自然界中大多以类质同像置换形式分散存 地球化学(专升本)阶段性作业1 总分：100分得分：0分 一、单选题 1. 克拉克值是指元素在(1) 中的平均含量(5分) (A) 地壳 (B) 地球 (C) 所研究的任意对象 (D) 球粒陨石 参考答案：A 2. (2) 的化学成分被认为最接近原始的太阳系化学组成(5分) (A) 铁陨石 (B) 碳质球粒陨石 (C) 火星陨石 (D) 太阳光谱 参考答案：B 3. 从元素化学组成角度，大陆地壳可分为上部的(3) 层和下部的硅镁层(5分) (A) 硅酸盐 (B) 硅铝 (C) 碳酸岩 (D) 沉积岩 参考答案：B 4. (4) 被认为是代表了古大洋地壳组成的典型岩石组合(5分) (A) 橄榄岩 (B) 辉长岩 (C) 蛇绿岩套 (D) 碳酸盐岩+石英砂岩 参考答案：C 5. 以下不是地幔组成岩石类别的一种岩石是(5) (5分) (A) 二辉橄榄岩 (B) 麻粒岩 (C) 方辉橄榄岩 (D) 辉石岩 参考答案：B 6. 元素的(6) 研究是地球化学研究的第一根本要务(5分) (A) 丰度 (B) 种类 (C) 分布规律 (D) 化学性质 参考答案：A 二、多选题 1. 陨石的主要类型包括(7) 。(5分) (A) 石陨石 (B) 铁陨石 (C) 石铁陨石 (D) 月球陨石 参考答案：A,B,C 2. 就分层结构而言，地球自地表向其内部包括(8) 等主要圈层。(5分) (A) 地壳 (B) 地幔 (C) 软流圈 (D) 地核 参考答案：A,B,D 3. 全球大陆地壳整体的化学组成为(9) 。(4分) (A) 酸性 (B) 安山质 (C) 花岗闪长质 (D) 基性 参考答案：B,C 4. 以下属于研究深部地壳物质及其化学组成的手段和方法的是(10) 。(4分) (A) 火山岩中的各类捕获岩石包体 (B) 构造侵位而暴露在地表的深部地壳断面 (C) 地球物理探测技术反演 (D) 人工区域大规模采集地表岩石样品 参考答案：A,B,C 5. 地球化学是研究地球（包括部分天体）的(11) 的科学。(4分) (A) 岩石组成 (B) 化学作用 (C) 化学组成 (D) 化学演化 参考答案：B,C,D 三、判断题 1. 橄榄岩是组成下地壳的主要岩石类型_____ (4分) 正确错误 参考答案：错误 解题思路： 2. 陨石主要是指来自星际空间的地球以外星体的岩石碎片_____ (4分) 正确错误 参考答案：正确 解题思路： 3. 地球化学属于化学学科，主要认识和解决地球上元素的化学性质及行为等问题_____ (4分) 正确错误 参考答案：错误 解题思路： 4. 运用细粒碎屑沉积物法能更精确地获取大陆上部地壳的全部元素化学组成_____ (4分) 正确错误 参考答案：错误 解题思路：《环境化学》(第二版)(戴树桂)知识点总结和部分课后习题答案
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