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01章 元素丰度与分布.ppt
第一节 元素的宇宙丰度 第二节 元素在地球中的分布
第二节 元素在地球中的分布
一． 地球元素平均成分 二． 地壳元素平均成分 三． 地幔成分
第二节 元素在地球中的分布
一、地球的圈层构造及化学组成 1.圈层构造 地壳：上地壳和下地壳 地幔：上地幔和下地幔 地核：外核和内核
Crust 0
1000 Mantle
0.44
0.42
0.41
6.50
6.25
6.04
单一陨石类比法 艾伦司 （109.0645） 35.0 0.7 14.4 1.30 17.8 0.05 2.3 0.085 1.40 0.05 0.25 0.2 25.1 0.08 1.35
第二节 元素在地球中的分布
(2)地球模型-陨石类比法 按地球的各主要圈层的比例计算： 地核 ：32.4%，球粒陨石的镍铁金属相+5.3%陨
Ni, Co, Cu, Ag, Au, Mo, U, Cd, As, Sb
第二节 元素在地球中的分布
(3) 元素在岩石各矿物中的分配 载体矿物和富集矿物的概念 载体矿物：在岩石中某元素主要赋存的矿物 富集矿物：某元素的含量远远高于岩石平均含量的
矿物
Pb、Zn 在花岗岩各矿物中的分配
矿物 石英
岩石中矿 矿物中 物含量 Pb 含量
星带的物质相同；c.陨石是破坏了的星体碎片；d. 产生陨石的星体其内部结构和成分分布与地球类 似
元素 C O Na Mg Al Si P S K Ca Ti Cr Mn Fe Co Ni
陨石类比法求得的地球元素丰度（wt%）
法令顿
综合陨石类比法 契尔文斯基
克拉克
（109.0141） 10.10
3% b.岩石圈中（地壳） 岩浆岩： 页岩： 砂岩： 灰岩 95% 4% 0.75% 0.25%
地球化学第一章太阳系和地球系统的元素分布和分配3
➢因为地壳中O, Si, Al, Fe, K, Na, Ca等元素
丰度最高，浓度大，容易达到形成独立矿 物的条件。
➢自然界浓度低的元素很难形成独立矿物
，如硒酸锂(Li2SeO4)和硒酸铷(Rb2SeO4)； 但也有例外，“Be”元素地壳丰度很低 (1.7×10－6)，但是它可以形成独立的矿物 Be3Al2Si6O18(绿柱石)
➢浓度克拉克值=某元素在区域内某一地质体
中平均含量/某区域元素的丰度值
第一章 太阳系和地球系统的元素
2007年4月5日
丰度PartⅢ
14
浓集系数
定义为：某元素最低可采品位/某元素的 克拉克值,反映了元素在地壳中倾向于集 中的能力。
Sb和Hg浓集系数分别为25000和14000， Fe的浓集系数为6，这说明Fe成矿时只要 克拉克值富集6倍即可
第一章 太阳系和地球系统的元素
2007年4月5日
丰度PartⅢ
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➢③限制了自然体系的状态
➢实验室条件下可以对体系赋予不同物
理化学状态，而自然界体系的状态受到
限制，其中的一个重要的因素就是元素
丰度的影响。
➢例如，酸碱度—pH值在自然界的变化
范围比在实验室要窄很多，氧化还原电 位也是如此。
第一章Байду номын сангаас太阳系和地球系统的元素
第一章 太阳系和地球系统的元素
2007年4月5日
丰度PartⅢ
2
1.3.5 元素地壳丰度研究的地球 化学意义 ★
元素地壳丰度(克拉克值)是地球化学中 一个很重要的基础数据。它确定了地壳 中各种地球化学作用过程的总背景，它 是衡量元素集中、分散及其程度的标尺， 本身也是影响元素地球化学行为的重要 因素。
第1章 太阳系的组成和元素丰度
设任一元素(i)在某一自然体(j)中的质量
为Qij，该自然体的总质量为Mj，则元素i在 该自然体中的丰度值Aij为： Aij = Qij/Mj Aij就是i元素在j自然体中的平均相对含量 例如：铝在地壳中的丰度就是铝在地壳中 的平均相对含量。而铝在地壳中的质量Qij 则是铝在地壳中的绝对含量。这种绝对含 量称为分布量-abundance.
元素丰度常用三种单位表示即重量 单位、原子单位和相对原子单位。由于 采用单位的不同，元素丰度有下列三种 名称： 1）质量丰度 2）原子丰度 3）相对丰度
1）质量丰度是以质量单位表示的元素丰度。 常用的质量级序有三种: (1) 质量百分数(质量％或wt%)，常用于表示常 量元素的丰度； (2) 克/吨(g/t)或ppm(parts per million)，以百万 分之一(10-6)的质量为单位.常用于表示微量元 素的丰度； (3) 毫克/吨(mg/t)或ppb(parts per billion)，以十 亿分之一(10-9)质量为单位.常用于表示超微量 元素的丰度
5.绝对含量和相对含量
绝对含量单位 T kg 吨 千克 ％ ‰ ppm、μg/g、 g/T ppb、μg/kg 相对含量单位 百分之 千分之 百万分之 十亿分之 ×10-2 ×10-3 ×10-6 ×10-9
g
mg μg
克
毫克 微克
ng
pg
毫微克
微微克
ppt、pg/g
万亿分之
×10-12
地球化学中对常量元素（或称主要元素） 的含量一般用重量百分数（%），而对微 量元素则一般用百万分之一来表示。 表示方法：g/t(克/吨)、μg/g、ppm 1g/t = 1μg/g = 10-4% =10-6
2第一章太阳系和地球系统的元素分布和分配
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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。
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5
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 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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1.1.4.1 陨石的类型
• 通常根据其中的金属含量将陨石划分为3大类 型： 球粒陨石 约含10％金属 • 1.石陨石 { 无球粒陨石 约含1％金属 • 2.石一铁陨石 镍-铁金属相和硅酸盐相各50% • 3.铁陨石 金属镍-铁含量大于90％
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铁陨石
石陨石
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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
• • • • • • • •
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1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.1.4 1.1.5 1.1.6 1.1.7 1.1.8
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1.1.2 太阳系组成
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1.1.2 太阳系的组成
• 1. 太阳系组成 • 2. 行星类型：
内行星 (接近太阳的较小行星)——水星、金星、地球、 火星，也称类地行星（岩石质行星）；
♣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 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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1.1.4.1 陨石的类型
• 通常根据其中的金属含量将陨石划分为3大类 型： 球粒陨石 约含10％金属 • 1.石陨石 { 无球粒陨石 约含1％金属 • 2.石一铁陨石 镍-铁金属相和硅酸盐相各50% • 3.铁陨石 金属镍-铁含量大于90％
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铁陨石
石陨石
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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
• • • • • • • •
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1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.1.4 1.1.5 1.1.6 1.1.7 1.1.8
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1.1.2 太阳系组成
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1.1.2 太阳系的组成
• 1. 太阳系组成 • 2. 行星类型：
内行星 (接近太阳的较小行星)——水星、金星、地球、 火星，也称类地行星（岩石质行星）；
地球化学考试题
地球化学考试题绪论1.概述地球化学学科的特点。
答题要点：1) 地球化学是地球科学中的⼀个⼆级学科；2) 地球化学是地质学和化学、物理化学和现代科学技术相结合的产物； 3) 地球化学既是地球学科中研究物质成分的主⼲学科，⼜是地球学科中研究物质运动形式的学科；地球化学既需要地质构造学、矿物学、岩⽯学作基础，⼜能更深刻地揭⽰地质作⽤过程的形成和发展历史，使地球科学由定性向定量化发展； 4) 地球化学已形成⼀个较完整的学科体系，仍不断与相关学科结合产⽣新的分⽀学科； 5) 地球化学作为地球科学的⽀柱学科，既肩负着解决当代地球科学⾯临的基本理论问题—天体、地球、⽣命、⼈类和元素的起源和演化的重⼤使命，⼜有责任为⼈类社会提供充⾜的矿产资源和良好的⽣存环境。
2. 简要说明地球化学研究的基本问题。
答题要点： 1）地球系统中元素及同位素的组成问题； 2）地球系统中元素的组合和元素的赋存形式； 3）地球系统各类⾃然过程中元素的⾏为（地球的化学作⽤）、迁移规律和机理； 4）地球的化学演化，即地球历史中元素及同位素的演化历史。
3. 简述地球化学学科的研究思路和研究⽅法。
答题要点：研究思路 1）由于地球化学本质上是属于地球科学，所以其⼯作⽅法应遵循地球科学的思维途径；2）要求每个地球化学⼯作者有⼀个敏锐的地球化学思维，也就是要善于识别隐藏在各种现象中的地球化学信息，从⽽揭⽰地质现象的奥秘；3）具备有定性和定量测定元素含量及鉴别物相的技术和装置。
研究⽅法：⼀）野外阶段：1）宏观地质调研。
明确研究⽬标和任务，制定计划； 2）运⽤地球化学思维观察认识地质现象；3）采集各种类型的地球化学样品。
⼆）室内阶段：1）“量”的研究，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分配量。
元素量的研究是地球化学的基础和起点，为此，对分析⽅法的研究的要求：⾸先是准确；其次是⾼灵敏度；第三是快速、成本低。
2）“质”的研究，即元素的结合形式和赋存状态的鉴定和研究。
地球化学复习资料讲解
地球化学复习资料绪论1.地球化学：地球化学研究地壳（尽可能整个地球）中的化学成分和化学元素及其同位素在地壳中的分布、分配、共生组合、集中分散及迁移循徊规律、运动形式和全部运动历史的科学。
2.研究对象：地球（、、、、、、）太阳系3.研究内容：①元素的分布、分配②元素集中、分散、共生组合、迁移规律核心：元素的化学作用和变化。
4.学科特点（1）对象：地球、地壳等及地质作用用地球化学方法研究以认识自然作用。
（2）以化学等为基础，着重于化学作用。
矿物岩石学：由结构构造了解成因构造地质学：由物理运动了解过程古生物学：由形态获得信息（3）理论性与应用性理论性：从化学角度查明过程、原因应用性：生态环境及治理、农业。
矿产资源勘探、开发5.地球化学的研究方法I.野外工作方法(1).现场宏观观察：①地质现象的时空结构②查明区内各种地质体的岩石-矿物组成及相关作用关系③由此提供有关地球化学作用的空间展布、时间顺序和相互关系(2)地球化学取样:①代表性②系统性(空间、时间、成因)③统计性..室内研究方法（1）精确灵敏的测试方法（2）研究元素的结合形式和赋存状态（3）作用过程物理化学条件的测定(、、ƒo2、、、)(4)自然作用的时间参数(5)实验室模拟自然过程(6)多元统计计算和建立数学模型6.地球化学的发展趋势经验性→理论化定性→定量单学科研究→多学科结合研究理论和方法的发展使其参与和解决重大科学问题的能力不断增强。
第一章太阳系和地球系统元素的丰度1.太阳系元素组成的研究方法直接采样分析（地壳岩石、陨石等）光谱分析(太阳）由物质的物理性质与成分的对应关系推算（行星）利用飞行器观察、直接测定或取样分析测定气体星云或星际间物质分析研究宇宙射线2.陨石：落到地球上的行星物体碎块，即从行星际空间穿越大气层到达地表的星体残骸3. 陨石的分类4.陨石的化学成分(1)铁陨石：主要由金属(98%)和少量其它矿物如磷铁镍古矿[()3P]、陨硫铁（)、镍碳铁矿（3C)和石墨等组成。
应用地球化学-1太阳系和地球系统的元素分布
前人对于地球及不同壳层中元素及同位素丰度的 查定，几乎包括了元素周期表中的所有元素（人工 合成的除外）。
2020年7月22日星期
中南大学彭建堂制作
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三
1.地球的结构和各圈层的成分
2020年7月22日星期 三
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目前对于地球内部 结构和组成的了解 只能是间接的。
研究方法：地球物 理、模拟实验和与 天体物质对比。
2020年7月22日星期
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8
三
3.分布、分配(distribution)的定义
元素的分布是指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。
元素的分配是指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。例如，把地球作为整体，元素 在地壳中的分布，也就是元素在地球中的分配的表 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。
Ra：元素a的相对丰度；Na:元素a的原子量 Wa：元素a的重量百分数；Wsi：Si的重量百分数 28.09是Si的原子量
2020年7月22日星期
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6
三
元素常用含量单位：以重量丰度(WB)为例
10-2（百分含量，%）、 10-6（parts per million， 1/百万，ppm，g/t，μg/g) 10-9 （parts per billion， 1/10亿，ppb，mg/t，ng/g) 10-12 (parts per trillion，1/万亿，ppt，μg/t，pg/g)
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三
2020年7月22日星期
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三
1.地球的结构和各圈层的成分
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目前对于地球内部 结构和组成的了解 只能是间接的。
研究方法：地球物 理、模拟实验和与 天体物质对比。
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三
3.分布、分配(distribution)的定义
元素的分布是指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。
元素的分配是指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。例如，把地球作为整体，元素 在地壳中的分布，也就是元素在地球中的分配的表 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。
Ra：元素a的相对丰度；Na:元素a的原子量 Wa：元素a的重量百分数；Wsi：Si的重量百分数 28.09是Si的原子量
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三
元素常用含量单位：以重量丰度(WB)为例
10-2（百分含量，%）、 10-6（parts per million， 1/百万，ppm，g/t，μg/g) 10-9 （parts per billion， 1/10亿，ppb，mg/t，ng/g) 10-12 (parts per trillion，1/万亿，ppt，μg/t，pg/g)
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三
第1章 太阳系的组成和元素丰度,地球剖析
地球成因：46亿年前诞生，由形成太阳和其他行星的同 样物质所构成。形成方式有两种假说：
★炽热的气态星云凝聚（均一增生再熔融分异） ★冷的固态质点逐渐吸积（非均一增生说)。地球轻气
体H、He等及重气体Kr、Xe等都强亏损有利该说。目 前，星子连续吸积说较流行。
太阳星云自转加速=> 星云盘+原太阳 =>温度增高引起星云盘内的物质分 馏。靠近原太阳的星子主要由难熔的 金属Fe、Ni及其氧化物所组成，与原 太阳距离的增加，星子的化学组成逐 渐被Mg和Fe的硅酸盐以及水、甲烷 （CH4)、氨(NH3)以及其他的挥发组 分的冰所组成
又叫SMT法(硅酸盐相S-金属相M-硫化物相T)
（1）地球元素丰度的研究方法
③地球物理类比法(黎彤，1976):在布伦模 型A+B+C+D+E +F+G(层)基础上,提出各 层圈（地壳、上地幔、下地幔、外核、 内核）质量分数和物质成分，再加权平 均计算获得地球元素丰度
（2）地球元素丰度及其规律
先分壳幔核三层
布伦模型:A、B、C、D、E、F、G
地球结构概要
区域
大陆地壳 海洋地壳
上地幔 过渡带 下地幔 外核 内核
深度
0-50 0-10 10-400 400-650 650-2890 2890-5150 5150-6370
占总地球质 量的比率 0.00374 0.00099
0.103 0.075 0.492 0.308 0.017
华盛顿，1925；Mason,1966：地球模型-陨石类比法 黎彤，1976：地球物理类比法 请与 教材73页“整体地球成分估值，McDonough2003”对比
（2）地球元素丰度及其规律
★炽热的气态星云凝聚（均一增生再熔融分异） ★冷的固态质点逐渐吸积（非均一增生说)。地球轻气
体H、He等及重气体Kr、Xe等都强亏损有利该说。目 前，星子连续吸积说较流行。
太阳星云自转加速=> 星云盘+原太阳 =>温度增高引起星云盘内的物质分 馏。靠近原太阳的星子主要由难熔的 金属Fe、Ni及其氧化物所组成，与原 太阳距离的增加，星子的化学组成逐 渐被Mg和Fe的硅酸盐以及水、甲烷 （CH4)、氨(NH3)以及其他的挥发组 分的冰所组成
又叫SMT法(硅酸盐相S-金属相M-硫化物相T)
（1）地球元素丰度的研究方法
③地球物理类比法(黎彤，1976):在布伦模 型A+B+C+D+E +F+G(层)基础上,提出各 层圈（地壳、上地幔、下地幔、外核、 内核）质量分数和物质成分，再加权平 均计算获得地球元素丰度
（2）地球元素丰度及其规律
先分壳幔核三层
布伦模型:A、B、C、D、E、F、G
地球结构概要
区域
大陆地壳 海洋地壳
上地幔 过渡带 下地幔 外核 内核
深度
0-50 0-10 10-400 400-650 650-2890 2890-5150 5150-6370
占总地球质 量的比率 0.00374 0.00099
0.103 0.075 0.492 0.308 0.017
华盛顿，1925；Mason,1966：地球模型-陨石类比法 黎彤，1976：地球物理类比法 请与 教材73页“整体地球成分估值，McDonough2003”对比
（2）地球元素丰度及其规律
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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；
2020/8/6
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
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。
2020/8/6
16
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。
2020/8/6
9
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。
2020/8/6
10
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
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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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
陨石地球地壳某地区）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
2020/8/6
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。
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
第一章 太阳系和地球系统元素的丰度
( Part Ⅰ)
2020/8/6
1
Байду номын сангаас
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
2020/8/6
12
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。
布特征和规律。
2020/8/6
20
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
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。
2020/8/6
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。
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
• 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
7
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
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
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地球起源
—— 距今38 亿年以前
➢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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• 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
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。
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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
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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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
陨石地球地壳某地区）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
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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。
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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
第一章 太阳系和地球系统元素的丰度
( Part Ⅰ)
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Байду номын сангаас
宇宙大爆炸
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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
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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。
布特征和规律。
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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
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。
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。
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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
• 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
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
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地球起源
—— 距今38 亿年以前
➢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