2第一章太阳系和地球系统的元素分布和分配
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第一章 太阳系和地球系统元素的丰度
( Part Ⅰ)
2020/8/6
1
宇宙大爆炸
2020/8/6
最 初 15 亿 年
大事件
宇宙大爆炸：约137 亿年前 银河系：约100 亿年前 太阳系：约 50 亿年前
地球和月球：约 45 亿年前 大气和海洋：约 43.5亿年前
创世大爆炸 原因
t = 100 亿度( c) 体积极小 质量极大
比较，通过纵向（时间）、横向（空间）上的比较， 了解元素动态情况，从而建立起元素集中、分散、 迁移活动等一些地球化学概念。
♣从某种意义上来说，也就是在探索了解丰度这一课
题的过程中，逐渐建立起近代地球化学。
2020/8/6
19
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
宇宙天体的起源； 地球的形成； 地壳中主要元素为什么与地幔中的不一样？ 生命的产生和演化？ 这些研究都离不开地球化学体系中元素丰度分
的相对含量（平均含量）和元素在体系中 的离散程度。
• 体系中元素的相对含量是以元素的平均含
量来表示的，即元素的“丰度”。
• “分布” 比“丰度”具有更广泛的涵义。
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11
➢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，它只 反映了元素分布特征的一个方面，即元 素在一个体系中分布的一种集中（平均） 倾向。
4.57±0.0310Ga以前，并且整个形成过程可 能是在较短的时间间隔内完成的； • 地球上第一次出现生命物质的时间大约在 3.5Ga以前； • 人类的出现仅有2.0Ma的历史；
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6
• 在经典地质学中较详细研究过的地质时代仅 为地球整个历史的最后0.6Ga。
• 虽然地球历史应当包括地质时代更为古老、 时间更为悠久的前寒武纪(长达约4.0Ga)， 但是元素在地质历史之前，就已经历了漫长 的演化和分异过程
布特征和规律。
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地 球 独一无二的
有水气
有生命
有陆壳
陆壳 厚 20~60 km 平均 39 km
安山质成分 质量的40 ~ 100% 形成于太古代 ( 据
TDM ) 形成于 39.6 亿年前（ 据加拿大Acasta片麻岩洋
壳＜2 亿年 ）,生长速率 1.65 km3 / y 相当于消
减带物质返回地幔的速率,即 1.3 ~ 1.8km3 / y
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1.1.1 常 用术 语
• 1、地球化学体系
• 按照地球化学的观点，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 体系都有一定的空间，都处于特定的物理化 学状态（C、T、P等），并且有一定的时间 连续。
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2、元素的分布和丰度
• 元素分布，一般指的是元素在这个体系中
➢因此，通常所说的元素宇宙丰度，实际上是太阳
系的元素丰度。
➢元素的宇宙丰度是研究元素起源的理论依据，是
解释各类天体演化过程的基础。
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5. 绝对含量和相对含量
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6. 研究元素丰度意义
♣① 元素丰度是每一个地球化学体系的基本数据
♣可在同一或不同体系中进行用元素的含量值来进行
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4
♣认识太阳系和地球系统的物质组成，
对研究太阳系及地球的成因和元素的起 源具有重要意义，也为理解地球形成以 后的演化、地球各圈层的发展及元素的 迁移和分配规律提供必要的基础。
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太阳系和地球的倾向性认识
☻太阳系的化学元素起源于6.2~7.7Ga以前； • 行星（包括地球）的形成则在
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3、元素的分布与分配
➢分布指的是元素在一个化学体系中（太阳
陨Fra Baidu bibliotek地球地壳某地区）整体总含量。
➢元素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.
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例如
➢地球作为整体，元素在地壳中的分布，也
就是元素在地球中分配的表现；
➢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。
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4. 太阳系元素丰度
➢宇宙学研究表明：在宇观尺度上，三维空间在任
何时刻都是均匀各向同性的，也就是说所有星系 都经历了相似的演化历程，宇宙个部分都具有均 匀的物质分布，统一的化学组成。
宇宙的终结:
220亿年(?)以后 “暗能力”--大爆炸
—— 约翰 法恩登 《地球百科》
1998
人类在 225万年 后绝灭? 地球绕
太阳的轨道每隔 250万年左右变动 将使地球进入超 寒冰河时代2
月球年龄45.27亿年 182W 2005 11 25 science
2020/8/6
地球起源
—— 距今38 亿年以前
2020/8/6
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进一步理解元素分布包含的含义
➢①元素的相对含量（平均含量）= 丰度； ➢②元素含量的不均一性（分布离散特征数、
分布所服从的统计模型）。
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从目前的情况来看，地球化学对元素特征所积 累的资料（包括太阳系地球地壳）都仅限于 丰度的资料，关于元素分布的离散程度及元 素分布统计特征研究，仅限于少量范围不大 的地球化学体系内做一些工作。
• 太阳系和地球中元素的原始分布状态必然会 深刻地影响着后来的地质历史时期中的地球 化学过程。
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1 太阳系和地球系统元素的丰度
➢1.1 太阳系的组成及其元素丰度 ➢1.2 地球的结构和化学成分 ➢1.3 地壳的化学组成
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1.1 太阳系的组成及其元素丰度
• 1.1.1 概念/术语 • 1.1.2 太阳系的组成 • 1.1.3 获取宇宙元素丰度的途经 • 1.1.4 陨石的化学成分及其分类 • 1.1.5 行星和月球的化学成分 • 1.1.6 太阳的化学成分 • 1.1.7 星际物质和宇宙射线的化学成分 • 1.1.8 太阳系的元素丰度及元素的起源
a 超新星爆炸
b-c 引力塌陷 d 物质碰撞--结晶
--绕日旋转 e 最初均质地球
表面为岩浆海 f 斜向受撞--产生月球 g 内部分异--导致核幔 h 受大规模陨石撞击
形成大气与海洋 i 38亿年前
陨石激烈撞击末期 地球变冷地幔对流 出现生命化学印记
3
《创造亚当》 米开朗基罗 1508
亚当 夏娃 Adam Eve
( Part Ⅰ)
2020/8/6
1
宇宙大爆炸
2020/8/6
最 初 15 亿 年
大事件
宇宙大爆炸：约137 亿年前 银河系：约100 亿年前 太阳系：约 50 亿年前
地球和月球：约 45 亿年前 大气和海洋：约 43.5亿年前
创世大爆炸 原因
t = 100 亿度( c) 体积极小 质量极大
比较，通过纵向（时间）、横向（空间）上的比较， 了解元素动态情况，从而建立起元素集中、分散、 迁移活动等一些地球化学概念。
♣从某种意义上来说，也就是在探索了解丰度这一课
题的过程中，逐渐建立起近代地球化学。
2020/8/6
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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
宇宙天体的起源； 地球的形成； 地壳中主要元素为什么与地幔中的不一样？ 生命的产生和演化？ 这些研究都离不开地球化学体系中元素丰度分
的相对含量（平均含量）和元素在体系中 的离散程度。
• 体系中元素的相对含量是以元素的平均含
量来表示的，即元素的“丰度”。
• “分布” 比“丰度”具有更广泛的涵义。
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➢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，它只 反映了元素分布特征的一个方面，即元 素在一个体系中分布的一种集中（平均） 倾向。
4.57±0.0310Ga以前，并且整个形成过程可 能是在较短的时间间隔内完成的； • 地球上第一次出现生命物质的时间大约在 3.5Ga以前； • 人类的出现仅有2.0Ma的历史；
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• 在经典地质学中较详细研究过的地质时代仅 为地球整个历史的最后0.6Ga。
• 虽然地球历史应当包括地质时代更为古老、 时间更为悠久的前寒武纪(长达约4.0Ga)， 但是元素在地质历史之前，就已经历了漫长 的演化和分异过程
布特征和规律。
2020/8/6
20
地 球 独一无二的
有水气
有生命
有陆壳
陆壳 厚 20~60 km 平均 39 km
安山质成分 质量的40 ~ 100% 形成于太古代 ( 据
TDM ) 形成于 39.6 亿年前（ 据加拿大Acasta片麻岩洋
壳＜2 亿年 ）,生长速率 1.65 km3 / y 相当于消
减带物质返回地幔的速率,即 1.3 ~ 1.8km3 / y
2020/8/6
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1.1.1 常 用术 语
• 1、地球化学体系
• 按照地球化学的观点，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 体系都有一定的空间，都处于特定的物理化 学状态（C、T、P等），并且有一定的时间 连续。
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2、元素的分布和丰度
• 元素分布，一般指的是元素在这个体系中
➢因此，通常所说的元素宇宙丰度，实际上是太阳
系的元素丰度。
➢元素的宇宙丰度是研究元素起源的理论依据，是
解释各类天体演化过程的基础。
2020/8/6
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5. 绝对含量和相对含量
2020/8/6
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6. 研究元素丰度意义
♣① 元素丰度是每一个地球化学体系的基本数据
♣可在同一或不同体系中进行用元素的含量值来进行
2020/8/6
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♣认识太阳系和地球系统的物质组成，
对研究太阳系及地球的成因和元素的起 源具有重要意义，也为理解地球形成以 后的演化、地球各圈层的发展及元素的 迁移和分配规律提供必要的基础。
2020/8/6
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太阳系和地球的倾向性认识
☻太阳系的化学元素起源于6.2~7.7Ga以前； • 行星（包括地球）的形成则在
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3、元素的分布与分配
➢分布指的是元素在一个化学体系中（太阳
陨Fra Baidu bibliotek地球地壳某地区）整体总含量。
➢元素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.
2020/8/6
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例如
➢地球作为整体，元素在地壳中的分布，也
就是元素在地球中分配的表现；
➢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。
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4. 太阳系元素丰度
➢宇宙学研究表明：在宇观尺度上，三维空间在任
何时刻都是均匀各向同性的，也就是说所有星系 都经历了相似的演化历程，宇宙个部分都具有均 匀的物质分布，统一的化学组成。
宇宙的终结:
220亿年(?)以后 “暗能力”--大爆炸
—— 约翰 法恩登 《地球百科》
1998
人类在 225万年 后绝灭? 地球绕
太阳的轨道每隔 250万年左右变动 将使地球进入超 寒冰河时代2
月球年龄45.27亿年 182W 2005 11 25 science
2020/8/6
地球起源
—— 距今38 亿年以前
2020/8/6
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进一步理解元素分布包含的含义
➢①元素的相对含量（平均含量）= 丰度； ➢②元素含量的不均一性（分布离散特征数、
分布所服从的统计模型）。
2020/8/6
13
从目前的情况来看，地球化学对元素特征所积 累的资料（包括太阳系地球地壳）都仅限于 丰度的资料，关于元素分布的离散程度及元 素分布统计特征研究，仅限于少量范围不大 的地球化学体系内做一些工作。
• 太阳系和地球中元素的原始分布状态必然会 深刻地影响着后来的地质历史时期中的地球 化学过程。
2020/8/6
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1 太阳系和地球系统元素的丰度
➢1.1 太阳系的组成及其元素丰度 ➢1.2 地球的结构和化学成分 ➢1.3 地壳的化学组成
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1.1 太阳系的组成及其元素丰度
• 1.1.1 概念/术语 • 1.1.2 太阳系的组成 • 1.1.3 获取宇宙元素丰度的途经 • 1.1.4 陨石的化学成分及其分类 • 1.1.5 行星和月球的化学成分 • 1.1.6 太阳的化学成分 • 1.1.7 星际物质和宇宙射线的化学成分 • 1.1.8 太阳系的元素丰度及元素的起源
a 超新星爆炸
b-c 引力塌陷 d 物质碰撞--结晶
--绕日旋转 e 最初均质地球
表面为岩浆海 f 斜向受撞--产生月球 g 内部分异--导致核幔 h 受大规模陨石撞击
形成大气与海洋 i 38亿年前
陨石激烈撞击末期 地球变冷地幔对流 出现生命化学印记
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《创造亚当》 米开朗基罗 1508
亚当 夏娃 Adam Eve