3 地球化学课程核心内容整理 Part III- 地球化学体系的元素共生组合规律
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《地球化学》课程教学大纲一、课程基本信息中文名称:地球化学英文名称:Geochemistry开课学院:资源与环境学院课程编码:9712012030属性:理论学分: 3 总学时:48 实验学时:8 上机学时:0适用专业:地质学专业先修课程:填入课程号填入课名称9712004040 岩浆岩岩石学9712006030 变质岩岩石学9712007035 沉积岩岩石学、9712008050 构造地质学大纲执笔:矿物与岩石教研室夏青松大纲审批:资源与环境学院学术委员会教学院长:廖明光制定(修订)时间:2013年3月二、目的与任务及能力培养地球科学以自然物质的组成及其各类运动形式为研究内容。
地球化学是地球科学中研究物质成分的主干科学,以元素及其化学运动为研究对象,是地球化学的基础学科之一。
通过《地球化学》课程教学,使学生认识地球化学的学科性质、主要研究领域及其研究的根本问题、基本理论及研究方法;并在此基础上了解地球化学在地球科学中的地位及初步建立地球化学思维。
地球化学是地学专业的基础课之一,也是地球化学专业的专业基础课,是地球化学、资源勘查、环境等专业及地质学专业理科基地班学生进一步选修地球化学专题课程的基础。
三、基本要求通过课程学习领会地球化学的研究思路和方法,掌握地球化学基本概念、基本原理和研究方法,学会用地球化学原理分析和解决地球科学问题。
通过地球化学作业、专题读书报告编写和答辩等环节使学生的分析问题能力得到提高。
四、教学内容、要求及学时分配本课程介绍地球化学的学科地位、定义、学科性质、研究内容和研究方法;自然体系中元素和同位素的分布规律及其研究意义;自然体系中元素的结合规律和赋存形式及其研究意义;自然体系中水-岩化学作用和水介质中元素的迁移规律及其控制因素;地球化学热力学与动力学方法原理在研究地球化学作用过程中应用;微量元素地球化学和同位素地球化学方法原理及其在岩石圈体系中应用。
具体教学要求、重点、难点及学时分配如下:(一)理论教学(共40学时)绪论………………………………………………………………………………………(2学时)目的与要求:地球化学学科的性质定义及在地球科学中的地位。
1、地球化学:就是地球的化学,它是研究地球(广义的也包括部分天体)的化学组成、化学作用及化学演化的学科,它是地学和化学的边缘学科。
2、丰度:一种化学元素在某个自然体中的重量占这个自然体的全部化学元素总重量的相对份额,元素丰度是化学元素在一定自然体中的相对平均含量。
3、类质同象:某种物质在一定外界条件下结晶时,晶体中的部分构造位置被介质中的其他元素(如原子、离子、络离子、分子)所占据而只引起晶格常数的微小改变,晶格构造类型、化学键类型、离子正负电荷的平衡保持不变或相近,这种现象称为类质同象。
4、稀土元素:指原子序数从57到71的15个镧系元素,在周期表中属ⅢB族,同族中的39号元素钇一般也看做稀土元素。
5、分配系数:分为简单分配系数、复合分配系数、对数分配系数、总分配系数,总分配系数D又称岩石分配系数,是矿物的简单分配系数和岩石中矿物的百分含量乘积的代数和。
// 总分配系数:又称为岩石的分配系数,它是用来讨论微量元素在岩石(矿物集合体)和与之平衡的熔体之间的分配关系的。
6、地球化学亲和性: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的与某种阴离子结合的特性;主要有亲氧性元素、亲硫性元素、亲铁性元素。
7、微量元素(?):又称痕量元素,指研究体系中元素含量小于0.1%的元素。
8、环境地球化学:是介于环境科学和地球化学之间的一门新兴边缘交叉学科,研究人类赖以生存的地球环境的化学组成、化学作用、化学演化与人类相互关系的科学。
9、不相容元素(ICE):D小于1的元素, 随着结晶程度的增长而逐步在残余岩浆中富集.如Rb、Cs、Ba、Sr、Zr、Nb、Th、REE、P等10、相容元素(CE):D大于1的元素,倾向在矿物晶体中富集,并随这些矿物的晶出而逐步在残余岩浆中贫化.如Fe、Co、Ni、Cr、Mg等11、生物标志化合物:指沉积有机质、原油、油页岩、煤中那些来源于活的生物体,在有机质演化过程中具有一定稳定性,没有或较少发生变化,基本保存了原始生化组分的碳骨架,记载了原始生物母质的特殊分子结构信息的有机化合物。
《地球化学》章节笔记第一章:导论一、地球化学概述1. 地球化学的定义:地球化学是应用化学原理和方法,研究地球及其组成部分的化学组成、化学性质、化学作用和化学演化规律的学科。
它是地质学的一个分支,同时与物理学、生物学、大气科学等多个学科有着密切的联系。
2. 地球化学的研究对象:- 地球的固体部分,包括岩石、矿物、土壤等;- 地球的流体部分,包括大气、水体、地下水等;- 地球生物体,包括植物、动物、微生物等;- 地球内部,包括地壳、地幔、地核等。
3. 地球化学的研究内容:- 地球物质的化学组成及其时空变化;- 地球内部和外部的化学过程;- 元素的迁移、富集和分散规律;- 地球化学循环及其与生物圈的相互作用;- 地球化学在资源、环境、生态等领域的应用。
二、地球化学的研究方法与意义1. 地球化学的研究方法:- 野外调查与采样:包括地质填图、钻孔、槽探、岩心采样等;- 实验室分析:包括光学显微镜观察、X射线衍射、电子探针、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、原子吸收光谱(AAS)等;- 地球化学数据处理:包括统计学分析、多元回归、聚类分析等;- 地球化学模型:建立地球化学过程的理论模型和数值模型;- 同位素示踪:利用稳定同位素和放射性同位素研究地球化学过程。
2. 地球化学研究的意义:- 揭示地球的形成和演化历史;- 了解地球内部结构、成分和动力学过程;- 探索矿产资源的形成机制和分布规律;- 评估和治理环境污染问题;- 理解地球生物圈的化学循环和生态平衡;- 为可持续发展提供科学依据。
三、地球化学的发展历程与现状1. 地球化学的发展历程:- 起源阶段:19世纪初,地质学家开始关注矿物的化学组成;- 形成阶段:19世纪末至20世纪初,维克托·戈尔德施密特等科学家奠定了地球化学的基础;- 发展阶段:20世纪中叶,地球化学在理论、方法、应用等方面取得显著进展;- 现代阶段:20世纪末至今,地球化学与分子生物学、环境科学等学科交叉,形成新的研究领域。
地球化学复习资料地球化学复习资料地球化学是研究地球上各种元素及其在地球内外圈层中的分布、迁移和转化规律的科学。
它不仅是地球科学的重要分支,也是研究地球演化和资源勘探的基础。
在地球化学的学习过程中,我们需要掌握一些重要的知识和概念,下面将对其中的一些内容进行复习。
一、地球的成分和结构地球是由各种元素组成的,主要包括铁、氧、硅、镁等。
这些元素在地球内部以不同的方式分布,形成了地球的结构。
地球可以分为地壳、地幔和地核三个主要部分。
地壳是地球最外层的一层,主要由硅酸盐矿物组成。
地幔是地壳与地核之间的一层,主要由硅、镁、铁等元素组成。
地核是地球的内核,主要由铁和镍等重金属元素组成。
二、地球化学循环地球化学循环是指地球上各种元素在地球内外圈层之间的迁移和转化过程。
地球化学循环可以分为大气圈、水圈、岩石圈和生物圈等几个部分。
大气圈是指地球上的气体层,其中包括氧气、二氧化碳等。
水圈是指地球上的水资源,包括海洋、河流、湖泊等。
岩石圈是指地球上的岩石层,其中包括地壳和地幔。
生物圈是指地球上的生物体,包括植物、动物等。
三、地球化学元素地球化学元素是指地球上各种元素的种类和含量分布。
地球上的元素可以分为常量元素、痕量元素和微量元素等几个类别。
常量元素是地球上含量最丰富的元素,主要包括氧、硅、铝等。
痕量元素是地球上含量较少但对地球化学过程有重要影响的元素,主要包括锰、铜、锌等。
微量元素是地球上含量非常少的元素,主要包括金、银、铂等。
四、地球化学过程地球化学过程是指地球上各种元素在地球内外圈层中的迁移和转化过程。
地球化学过程可以分为地球化学风化、沉积作用、岩浆活动等几个环节。
地球化学风化是指地球上岩石和矿物受到气候、水文等因素的作用而发生分解和溶解的过程。
沉积作用是指地球上岩石和矿物在水体中沉积和沉淀的过程。
岩浆活动是指地球上岩浆从地幔上升到地壳的过程,形成火山和岩浆岩等地质现象。
五、地球化学资源地球化学资源是指地球上含有有用元素和化合物的矿石和矿床。
1、地球化学研究涉及以下四个基本问题:(1)地球系统中元素及同位素的组成(丰度和分配)问题。
地球化学研究的第一个基本任务是研究元素在地球及各子系统中的化学成分和元素平均含量。
(2)元素的共生组合和赋存形式问题。
具有相同或相似迁移历史和分配规律的各种元素在地质体中有规律的组合,称为元素的共生组合。
(3)元素的迁移和循环。
元素的重新组合常伴随元素的空间位移及元素在系统不同部分状态的转化,这样的过程称作元素的地球化学迁移。
元素的迁移是地球化学研究的核心问题之一。
(4)地球的历史及演化。
2、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。
3、地球化学体系的特点是:①有一定的空间范围;②在一定的物理化学条件下,处于特定的物理化学状态;③有一定的时间连续性。
4、根据陨石中的金属含量先将陨石划分为三大类:石陨石、铁陨石和石-铁陨石。
石陨石按其中是否具球粒结构又分为球粒陨石和无球粒陨石。
5、球粒陨石与无球粒陨石以“是否含硅酸盐类球粒”来区分的。
6、太阳系的九大行星可以划分为三种类型:(1)地球和类地行星,包括地球、水星、金星和火星。
(2)巨行星,包括木星和土星。
(3)远日行星,即天王星、海王星、冥王星。
7、太阳系元素丰度的规律:(1)原子序数较低的范围内,元素丰度随原子序数增大成指数递减,而在原子序数较大的范围内(Z>45)个元素丰度值很相近。
(2)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。
(3)H和He是丰度最高的两种元素。
(4)与He相邻的Li、Be和B具有很低的丰度,属于强亏损的元素。
(5)在元素丰度曲线上O和Fe呈现明显的峰,它们是过剩元素。
(6)质量数为4的倍数的核素或同位素具有较高丰度。
8、地球元素丰度值:H>He>Li>Be。
9、通常将元素在宇宙体或较大的地球化学系统中的平均含量称为“丰度”。
第一章太阳系和地球系统的元素丰度第1节基本概念1、地球化学体系按照地球化学的观点,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,并且有一定的时间连续。
这个体系可大可小。
某个矿物包裹体,某矿物、某岩石可看作一个地球化学体系,某个地层、岩体、矿床、某个流域、某个城市也是一个地球化学体系,从更大范围来讲,某一个区域、地壳、地球直至太阳系、整个宇宙都可看作为一个地球化学体系。
地球化学的基本问题之一就是研究元素在地球化学体系中的分布(丰度)、分配问题,也就是地球化学体系中“量”的研究。
2、分布和丰度体系中元素的分布,一般认为是指的是元素在这个体系中的相对含量(平均含量),即元素的“丰度”,体系中元素的相对含量是以元素的平均含量来表示的。
体系中元素的丰度值实际上只能对这个体系里元素真实含量的一种估计;元素在一个体系中的分布,特别是在较大体系中决不是均一的。
3、分布与分配分布指的是元素在一个地球化学体系中(太阳、陨石、地球、地壳某地区)整体总含量。
元素的分配指的是元素在各地球化学体系内各个区域、区段中的含量。
分布是整体,分配是局部,两者是一个相对的概念,既有联系也有区别. 把某岩石作为一个整体,元素在某组成矿物中的分布,也就是元素在岩石中分配的表现.4第2节元素在太阳系中的分布规律(一)获得太阳系丰度资料的主要途径。
主要有以下几种:1、光谱分析:对太阳和其它星体的辐射光谱进行定性和定量分析,但这些资料有两个局限性:一是有些元素产生的波长小于2900Å,这部分谱线在通过地球化学大气圈时被吸收而观察不到;二是这些光谱产生于表面,它只能说明表面成分,如太阳光谱是太阳表面产生的,只能说明太阳气的组成。
2 、直接分析:如测定地壳岩石、各类陨石和月岩、火星的样品.上个世纪七十年代美国“阿波罗”飞船登月,采集了月岩、月壤样品,1997年美国“探路者”号,2004年美国的“勇敢者”、“机遇”号火星探测器测定了火星岩石的成分。
绪论:1.地球化学的定义:地球化学是研究地球及其子系统(含部分宇宙体)的化学组成、化学机制和化学演化的科学。
2.地球化学研究的基本问题:(1)地球系统中元素及同位素的组成问题(2)元素的共生组合和赋存形式问题(3)元素的迁移和循环(4)地球的历史与演化。
第一章:1.陨石的分类: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类:(1)铁陨石:主要由金属Ni-Fe(98%)和少量其它矿物如磷铁镍古矿[(Fe,Ni,Co)3P]、陨硫铁(troilite)(FeS)、镍碳铁矿(Fe3C)和石墨(graphite)等组成。
(2)石陨石:主要由硅酸盐矿物silicate minerals组成。
根据它是否含有细小而大致相近的球状硅酸盐结构而进一步分为球粒陨石和无球粒陨石。
球粒主要是橄榄石和辉石,有时为玻璃;无球粒陨石缺乏球粒结构,成分上与前者也有差异。
(3)石-铁陨石:由数量大体相等的Ni-Fe 和硅酸盐(主要是橄榄石,偶尔辉石)组成。
2.地壳、地球和太阳系元素丰度组成特征及其差异的原因:太阳系:H>He>O>C>Ne>N>Fe>Si>Mg>S;特征规律:1.原子序数较低的范围内,元素的丰度随原子序数增大而呈指数递减,而在原子序数较大的范围内(Z>45)个元素丰度值很接近;2.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;3.H 和He的丰度最高的两种元素;4.与He向邻近的Li和Be、B具有很低的丰度,属于强亏损的元素;5.在元素丰度曲线上O和Fe呈明显的峰,它们是过剩元素;6.质量数为4的倍数的核素和同位素具有较高丰度;地球:Fe>O>Mg>Si>Ni>S>Ca>Al>Co>Na;特征:1.地球物质的90%由Fe、O、Si和Mg四纵元素组成;2.含量大于1%的元素有Ni、Ca、Al、和S;3.Na、K、Cr、Co、P、Mn和Ti的含量均在0.01%-1%扥范围;地壳:O>Si>Al>Fe>Ca>Na>K>Mg>Ti>H ;特征:①与地球和太阳系相比,最丰富的十种元素是O-Si-Al-Fe-Ca-Na-K-Mg-Ti-H;②不均匀性:前13种元素占地壳总重的99.7%;其余只占0.3%。