微量元素地球化学原理
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第四章微量元素地球化学第一节微量元素地球化学基本原理一、微量元素概念(是相对的概念)主量元素(主要元素、常量元素):岩石的主要组成部分,含量>0.1wt%,通常用氧化物的重量百分数来表示(wt%);微量元素(痕量元素、痕迹元素):难以形成独立矿物,浓度<0.1%,通常用ppm或ppt表示。
Gast(1968)对微量元素的定义是:不作为体系中任何相的主要化学计量组分存在的元素。
微量元素的另一定义为,在所研究的地球化学体系中,其地球化学行为服从稀溶液定律(亨利定律,Henry’s Law)的元素。
常(主)量和微量元素在自然界中是相对的概念,常因所处的体系不同而相互转化。
如Cr在大多数地壳岩石中为微量元素,但在超基性岩中可呈常量元素;Fe在岩石中是常量元素,但在有机物中多为微量元素;Zr在岩石中是微量元素,但在锆石中为常量元素;K在地壳整体中是主量元素,但它在陨石中却被视为微量元素。
在自然界中,主要的常量元素的含量变化范围有限(多小于1个数量级),而微量元素的变化范围较大(常达2个数量级),明显超过常量元素。
例如:SiO2在基性、中基性、中酸性和酸性岩浆的平均含量分别约为45、52、65和75 (wt%),其相对变化量为1.7;Rb在基性、中基性、中酸性和酸性岩浆的平均含量分别约为0.2、4.5、100和200 ppm,相对变化量为1000。
二、微量元素的特点1、微量元素的概念难以用严格的定义进行描述;2、自然界“微量”元素的概念是相对的,应基于所研究的体系;3、低浓度(活度)是微量元素的核心特征,在宏观上表现常为不能形成自己的独立矿物(相),近似服从稀溶液定律(亨利定律)。
三、微量元素在共存相中的分配规律地球化学过程中元素的地球化学行为在实质上表现为,当所在的介质条件发生变化时,其在相关共存的各相(液—固、固—固等)之间发生重新分配过程。
自然过程总量趋向于达到不同尺度的平衡,元素在平衡条件下,相互共存各相之间的分配取决于元素及矿物的晶体化学性质(内因)及物理化学条件(外因)。
沉积物中微量元素的地球化学特征地球上的沉积物扮演着记录地质历史和探索地球化学特征的重要角色。
其中,微量元素作为其组成部分之一,在地球化学过程中扮演着重要的角色。
本文将探讨沉积物中微量元素的地球化学特征,包括其分布、来源和影响。
一、微量元素的分布微量元素广泛存在于各种类型的沉积物中,包括海洋沉积物、湖泊沉积物以及河流沉积物。
这些微量元素的存在形式可以是溶解态、胶体态和颗粒态。
其中,溶解态的微量元素更容易被生物吸收和转运,胶体态的微量元素则容易随着水流迁移和沉积,而颗粒态的微量元素则随着颗粒的沉积而固定在沉积物矩阵中。
二、微量元素的来源微量元素可以来自多种源头,包括地壳、大气、河流和生物活动。
地壳是微量元素最主要的来源之一,其中含有丰富的微量元素矿物。
大气中的微量元素则来自于大气沉降和火山喷发等过程。
河流水体中的微量元素主要来自于母岩的风化和溶解过程,随着河流的流动被携带到海洋中。
此外,生物活动也是微量元素的重要来源,生物体能够吸收和富集微量元素,并通过死亡和沉降进入沉积物中。
三、微量元素的地球化学过程沉积物中微量元素的存在不仅受到来源的影响,还受到地球化学过程的影响。
其中,主要的地球化学过程包括沉积作用、迁移和转化。
沉积作用是指微量元素从水体中转移到沉积物中的过程,其中包括颗粒沉降、随水流迁移和生物富集等过程。
迁移是指沉积物中微量元素的再循环过程,受到水体和岩石的影响。
转化是指微量元素在沉积物中的物质转化过程,包括溶解和复合物形成等。
四、微量元素的环境影响微量元素的存在对环境具有重要影响。
一方面,微量元素可以作为环境污染物导致生态系统的破坏。
例如,重金属微量元素污染会引起水生生物的毒性作用,破坏生态平衡。
另一方面,微量元素也可以作为环境指示物用于环境变化的研究。
例如,微量元素在沉积物中的分布可以用于解释古环境变化和气候演化的过程。
综上所述,沉积物中微量元素的地球化学特征表现出其分布、来源和地球化学过程的特点。
微量元素地球化学原理微量元素地球化学原理是一种新兴的学科,旨在探索地球上微量元素的形成和分布机理。
它融合了来自地质学、化学、物理等学科的理论和方法,建立一个新的以地球化学气候系统为基础的概念框架,为微量元素地球化学研究奠定了基础。
一、微量元素的理论特性1、元素组成微量元素包括金属元素、有机微量元素、无机非金属元素以及其他的元素。
它们的分布受多种因素的影响,因此,微量元素可以用来揭示地球化学气候系统内部结构和过程。
2、组成分异常微量元素在一定化学体系中的分布特征可能异常。
这种特殊的特征常常表明存在着特定的外部影响,因此微量元素的地球化学研究非常重要。
3、源头复杂微量元素的来源和运移都相当复杂,其来源可能包括大气、水体、岩石、现今的生物和地球的将来发展,在自然过程中其运移过程繁琐复杂,其分布对地球进行综合分析是必要的。
二、微量元素的调查研究1、实验调查实验调查可以探测表层土壤中痕量元素的污染浓度,以及表层工业污染,包括重金属污染等,可以利用检测设备进行测试,并结合实例利用,为研究贡献新的数据和见解。
2、地球化学调查地球化学调查主要是研究元素分布和微量元素的变化及其机制,主要方法是对表层地壳的岩石、沉积物、火山熔岩、泉水、热液等进行化学分析、X射线衍射分析、热重分析和元素分析等.3、计算模拟计算模拟也是微量元素的调查研究的重要手段,采用模型可以更好地对富集和淋漓机制进行模拟,,从而揭示分布变化机制,为后续微量元素研究奠定基础。
三、微量元素的发展前景1、应用前景随着社会经济的发展,应用微量元素的需求也日益增加,如新能源的发展、新型材料的研发、环境污染防治等,对微量元素的研究也提出了更高的要求,因此,地球化学作为一个新兴的学科,有望在未来催生出更多突破性成果。
2、可持续性发展在可持续发展的背景下,微量元素的研究非常重要,它不仅仅是一个探索、分析和解释大自然规律的学科,更是一个探索、促进社会经济发展的重要技术基础,应用前景十分广阔。