元素地球化学迁移研究实例
地球化学中的元素迁移与地球演化
地球化学中的元素迁移与地球演化地球化学是研究地球上元素的分布、迁移和演化的学科。
元素的迁移、转化和演化是地球化学中的重要概念。
本文旨在探讨地球化学中的元素迁移与地球演化。
一、元素迁移1. 大气的化学反应大气中的化学反应和气候变化会导致元素的迁移。
例如，空气中的二氧化碳可以通过光合作用被植物吸收。
但是，如果大气中的二氧化碳过多，这会导致气候变化，从而影响植物、动物和人类的生活。
2. 地球内部的活动地球内部的活动可以导致元素的迁移。
例如，火山喷发会释放大量的二氧化硫和二氧化碳，这些化合物可以迁移到大气中。
地震可以引起水的迁移，使地下水和地表水的量减少或增加。
3. 水文循环水文循环是指地球上水从大气、陆地、河流、湖泊和地下水中循环。
水循环可以导致元素的迁移。
例如，雨水可以在流经泥土和岩石时溶解许多化学物质，如盐和氧化物。
这些溶解的物质可以在水循环过程中被运输到其他地方。
二、地球演化1. 地球的起源地球的起源始于46亿年前，当时太阳系的尘埃和气体聚集在一起形成了行星原始物质云。
这些物质经历了相当长时间的凝聚和熔化，形成了一个小行星，也就是我们现在的地球。
2. 大陨石撞击在地球早期的几亿年中，地球曾遭受数次大撞击。
这些撞击激发了地球的内部能量和热力学运动，导致了地球内部物质的循环和迁移。
这些撞击也使地球表面的岩石和矿物质发生了巨大的化学变化。
3. 活动板块地球表面的21个板块在持续不断地移动。
板块的移动导致了地球内部物质的运动和迁移，也导致了地球表面的地震和火山喷发。
这些运动和迁移使得大量的元素从地球内部向外部迁移。
三、结论地球化学中的元素迁移和地球演化是密切相关的。
地球上发生的各种化学和地球物理过程会导致元素的转化和迁移，从而对地球表面的化学组成和演化产生深刻影响。
了解和研究这些过程对我们了解地球的过去和现在具有十分重要的意义。
磁铁矿的环境地球化学行为和有害元素迁移
磁铁矿的环境地球化学行为和有害元素迁移磁铁矿是世界上重要的金属矿石之一，广泛用于钢铁行业的生产。
然而，磁铁矿的开采和加工过程中可能会导致环境问题，包括有害元素的迁移和污染。
因此，了解磁铁矿的环境地球化学行为和有害元素迁移是非常重要的。
磁铁矿主要由氧化铁矿物组成，如磁铁矿（Fe3O4）、赤铁矿（Fe2O3）和铁红石（Fe2O3·3H2O）等。
这些矿物在自然环境中不易溶解，通常稳定存在于地下。
然而，磁铁矿的开采和处理将矿石暴露在空气和水中，可能导致氧化反应的发生，使矿物中的有害元素得以释放。
磁铁矿中存在的有害元素主要包括重金属和放射性元素。
重金属如铅、镉、铬和汞等，在自然环境中可进入生物体内，引发许多健康问题。
放射性元素如钍和铀具有放射性衰变特性，可能危害人体健康。
因此，磁铁矿的开采和加工过程中必须采取有效的环保措施，以减少这些有害元素的迁移和排放。
磁铁矿的环境地球化学行为与周围环境条件密切相关。
水分是磁铁矿中有害元素迁移的重要媒介之一。
在大量降水或水体出现倒灌时，矿区的水位可能上升，导致矿物中的有害元素被溶解和迁移。
此外，土壤和岩石中存在的微生物也可能参与磁铁矿的环境地球化学过程，并对有害元素的迁移产生影响。
影响磁铁矿的环境地球化学行为和有害元素迁移的因素还包括酸碱度、氧化还原条件和有机物的存在等。
低pH条件下，矿物的溶解速度增加，有害元素被释放的风险增加。
氧化还原条件与有害元素的形态转化密切相关，某些元素在还原条件下容易与有机物结合形成难溶性沉淀物，从而减少迁移的风险。
同时，有机物的存在可能与有害元素发生复杂的相互作用，进一步影响其迁移和转化行为。
针对磁铁矿的环境地球化学行为和有害元素迁移，可以采取多种措施进行防治。
首先，加强矿区的环境监测工作，及时发现有害元素的异常释放和迁移现象。
其次，实施合理的开采和加工技术，减少有害元素的产生和释放。
例如，矿石的预处理可以剔除大部分富含有害元素的块矿体；通过适当的矿石破碎、磨矿和选矿工艺，进一步提高有害元素的分离率和回收率。
第三章_地表地球化学作用与元素迁移
内容提要
化学作用与化学迁移 水-岩化学作用
物理化学条件特征 作用的基本类型 天然水的类型 迁移形式
水-岩化学作用影响因素
内因—体系组成 外因—物理化学环境
实例分析与讨论
风化作用 硫化物矿床风化 沉积过程
元素迁移过程中的热力学规律和动力学控制
自然界的物质是不断运动的，元素也必然包含其中 。地球自形成以来，其化学组成的演化就从未停止。因 此组成地球的各圈层和各圈层内部不同尺度物质体系的 化学组成是时间的函数。
2.水-岩化学作用的物理化学条件
根据水-岩化学作用温度范围的差异，将其分为低温和高 温两类水-岩化学作用。它们的物理化学条件分别具有如 下特点：
低温水-岩化学反应 体系中水过量(水圈直接作用) 活性强(水富含作用剂、具有流动性)
有生物和有机质的参加 富氧和富二氧化碳
温度(<200C)和压力相对较低
不同尺度体系的化学不均一性是驱使化学作用发生的 原因之一，如高含量矿体成矿元素的含量呈中心式向周 边围岩扩散；环境物理化学条件的改变也是导致化学作 用产生的重要因素，如地表条件下岩浆岩的风化蚀变、 不同地幔深度温度和压力的差异引进的地幔物质对流等 。地球化学组成和环境条件的持续演化意示了地球的化 学作用的普遍性，而不同圈层边界在化学组成和环境条 件上的显著差异，导致了强烈的化学作用产生。
(2)等阴离子法：假设元素迁移前后体系中氧离子的数量没有 变化，以160个氧离子为基础，分别计算出元素迁移前后 与其结合的阳离子的数量，以判断发生迁移的元素及变化 量；
(3)稳定元素法：假设元素迁移过程中，某(些)元素没有发生 明显的变化，即该元素的绝对含量保持了相对稳定。通过 对比在体系变化前后该元素相对含量的变化，确定出校正 因子，进而对其它元素的含量进行校正。这类元素有Ti(或 其它HFSE)、V等。
地球化学中的元素流失与富集机制探究
地球化学中的元素流失与富集机制探究地球化学是一门研究地球内外界的物质、能量及其变化规律的学科，旨在揭示地球是如何运转的。
其中，元素的分布与循环是地球化学的基本研究内容之一。
随着人类对地球的探索深入，越来越多的元素出现了流失或富集的情况，这背后隐藏着怎样的机制呢？一、元素流失地球上的元素由于各种因素的影响，会出现流失的情况。
主要包括物理流失、化学流失和生物流失等。
1.物理流失：地球上的元素会受到各种物理变化的影响，如风化侵蚀、沉积作用、火山喷发等。
这些变化可导致地质物质中元素分子的分离，从而出现元素流失的情况。
例如，陨石撞击地球时，地球表面的物质受到极大的冲击，其中一些元素就会从原有的地层中分离出来，进而流失。
2.化学流失：地球表面的元素还受到化学变化的影响。
例如，化学反应使得元素之间结合能力发生改变，导致元素从一个物种向另一个物种转移。
例如，铁元素可以在地球表面被氧气氧化而形成氧化铁，进而导致铁离子从土壤中流失。
这种化学反应还可以促进元素之间结合，使得富集起来的元素变得更加富集。
3.生物流失：生命活动也可对元素流失产生影响。
例如，某些生物需要大量的元素作为营养，它们通过寻找能够满足营养需求的物质来摄取营养。
这些生物可能会促进元素的流失，导致在地球表面持续存在的元素变少。
二、元素富集地球上元素的分布并不均匀，有些地方富集了某种元素。
主要包括深部挤压、生物富集、矿床形成等。
1.深部挤压：地球的内部结构很复杂，而其中的一部分物质可能被挤压到了地质层位的极深处。
这里的物质受到高温和高压的影响，促使某些元素从原有的物质结构中脱离出来，并且不断地富集起来。
例如，钻入地球深处可以找到几乎纯铁的地方，印证了这一点。
2.生物富集：一些生物在摄取营养过程中会富集某些元素，这些元素存储在生物体内。
例如，海水中富含钠元素，而沉积于海底的动植物携带有钠元素，这导致海底富集了钠元素。
3.矿床形成：地球上的矿床中可能富含某种元素，例如，黄金矿床富含大量黄金，铜矿床富含大量铜等。
地球化学元素在地质环境中的迁移与富集规律研究
地球化学元素在地质环境中的迁移与富集规律研究地球化学元素是地壳中不可或缺的组成部分，它们的分布和迁移对地球的物质循环和生物生存都至关重要。
在地质环境中，地球化学元素经历一系列的迁移过程，最终导致了它们在地壳中的富集。
研究地球化学元素的迁移与富集规律不仅可以揭示地球内部物质运动的机制，还对矿产资源勘探和环境保护都有重要意义。
首先，我们来探讨地球化学元素的迁移过程。
地球化学元素可以通过多种方式从一处地质区域迁移到另一处。
其中，水体是地球化学元素迁移的重要介质之一。
水中的溶解态元素可以通过水流的运动迁移到不同的地方。
例如，河流和大洋中的水流可以将溶解态元素带到远处，形成不同地区元素分布的差异。
此外，地下水也是元素迁移的重要媒介，它可以滤过地层、岩石等介质，将元素带到地下深处。
地震、火山等地质灾害也会造成地球化学元素的迁移，例如火山喷发会释放出大量的气体和物质，其中包含地球化学元素，通过大气传播到其他地区。
其次，地球化学元素在地质环境中的富集过程也是一个值得探讨的话题。
富集是指地球化学元素在特定地质区域中含量超过普通地区的现象。
地球化学元素富集的原因有多种，其中地质过程起到了关键作用。
例如，地壳中的构造活动会导致地层的抬升和推移，使得地下深处的元素被向上运送，从而在地表富集。
同时，地壳中的岩浆活动也会将地下的元素释放到地表，形成富集型岩石。
氧化还原反应也会导致元素的富集，例如在富含有机质的沉积岩中，元素会与有机质结合形成独特的矿石矿物。
研究地球化学元素的迁移与富集规律对矿产资源的勘探具有重要意义。
在勘探矿产资源时，了解元素的迁移与富集规律可以帮助我们找到矿床的位置和规模。
例如，如果我们知道地下水是元素迁移的媒介，那么我们可以通过分析地下水中的元素含量来确定矿床的可能存在。
而了解元素富集的原因，则可以指导我们选择合适的勘探方法和技术。
此外，对元素迁移与富集规律的研究还可以帮助我们解释一些地质现象，如地下水污染、地表元素异常等，从而为环境保护提供科学依据。
地球化学中的元素地球化学行为与地球形成机制
地球化学中的元素地球化学行为与地球形成机制地球化学是研究地球及其组成物质的科学领域，涉及元素的起源、分布和演化过程。
元素地球化学行为是指元素在地球体内的循环、迁移、转化和沉积规律。
地球形成机制则涉及地球的起源及其演变过程。
本文将以这两个关键领域为中心，探讨元素地球化学行为和地球形成机制之间的关系。
1. 元素地球化学行为1.1 常见元素的地质分布地球地壳中常见的元素主要有氧、硅、铝、铁等。
这些元素的地质分布与地球地壳的成分及构造有关。
例如，硅是地壳中含量最多的元素，主要以硅酸盐的形式存在于岩石中。
1.2 元素的地球内循环过程元素在地球内部存在循环过程，这一过程包括元素的迁移、转化和沉积。
例如，地球的内部热运动促使地幔中的岩浆上涌，将地幔中的元素带到地表形成火山岩等。
同时，元素还可以通过水体、大气和生物体的介导而进入地球系统的不同部分。
1.3 元素地球化学行为的影响因素元素地球化学行为受多种因素影响，包括环境条件、地球化学反应和生物活动等。
例如，水体的氧化还原条件会影响金属元素的溶解度和形态分布，而生物体的吸收作用和代谢过程会改变元素的化学性质和行为。
2. 地球形成机制2.1 地球的起源关于地球的起源，有几个主要学说，包括原初星云学说、原始地壳分层学说和行星撞击学说等。
这些学说从不同角度解释了地球形成的机制，涉及到物质的凝聚、凝集和重组过程。
2.2 地球的分层结构地球内部分为地壳、地幔和核心，不同层次的物质组成和性质各异。
地球的分层结构与地球形成机制密切相关，例如，地核的铁镍合金构成了地磁场的产生机制。
2.3 地球的演化过程地球的演化是一个复杂的过程，涉及到地球内部的物质循环、地壳板块的漂移和地质作用等。
这些过程与元素地球化学行为紧密相连，共同推动着地球的演化和变化。
结论：元素地球化学行为与地球形成机制之间存在密切的联系和相互作用。
元素地球化学行为揭示了地球物质起源、循环和演化的规律，为研究地球形成机制提供了有力的依据和理论支持。
3-元素的地球化学迁移-2
18 18
Fe2+≌Fe3+
Fe2+<Fe3+ Fe3+
过渡环境
弱氧化环境 氧化环境
河南理工大学-机械与动力学院
水-岩化学作用的影响因素
河南理工大学-机械与动力学院 12 12
水-岩化学作用的影响因素
自然氧化－还原环境的极限 前述氧化还原反应是在溶液 中进行的。地壳中极端氧化 还原条件界限由水的稳定场 确定。强氧化条件上限由 H2O分解为O2的Eh0确定： H2O=1/2O2+2H++2eEh0=1.23v 地壳氧化还原条件的下限为 H2O的还原反应： ++2eH2=2H Eh0=0.00v 河南理工大学 -机械与动力学院
生物风化 ：植物根劈作用，动物活动等
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21 21
水-岩化学作用实例
化学风化是指岩石和矿物在表生水、二氧化氧碳等作 用下的分解过程，涉及岩石圈、大气圈、水圈和生物圈 的相互作用以及元素的地球化学循环。 1)风化作用的化学反应类型 （1）溶解作用
（2）氧化作用
（3）水解作用 （4）离子交换作用
水-岩化学作用的影响因素
氧化还原反应的地球化学意义
1）介质氧化还原电位决定了离子在水中的状态及其共 生关系: 酸性介质中： Fe2+→Fe3++eEh0=0.77 V Mn2++2H2O→MnO2+4H++2e- Eh0=1.28v Eh<0.77v的还原环境中，铁不能氧化为Fe3+，Fe2+与 Mn2+共生； 1.28v>Eh>0.77v的氧化环境中，Fe2+氧化为Fe3+, Fe3+与Mn2+共生；
8-10元素的地球化学迁移
4H+＋K+＋3Al(OH)2－＋2CaCO3＋3SiO2
铁橄榄石的碳酸Leabharlann 化过程：Fe2SiO4＋4H2CO3→2Fe(HCO3)2＋H4SiO4
水-岩化学作用
5）阳离子交换反应 钠长石的钾长石化 NaAlSi3O8＋K+=KAlSi3O8＋Na+ 钠长石 钾长石 绿泥石化: Mg4Al4Si2O10(OH)8+4Fe2+=Fe4Al4Si2O10(OH)8 +4Mg2+ 镁绿泥石 铁绿泥石
水-岩化学作用
2.水－岩化学作用的基本类型
1）氧化还原反应
具有不同价态元素的电子转移， 如Fe2+-Fe3+, Mn2+Mn4+, U4+-U6+等。反应是可逆的，进行方向受体系氧 逸度控制。 铁橄榄石的氧化作用： 2Fe2SiO4＋O2＋4H2O＝2Fe2O3＋2H4SiO4 硫化物的氧化作用: 3FeS＋8.5O2＋3H2O ＝ 2Fe3O4＋3H2SO4 还原作用是氧化作用的逆过程，如三价铁还原为亚铁， 硫酸盐中的高价硫还原为负二价硫等： 2Fe2O3· H2O＋C＝4FeO＋CO2＋3H2O
地球系统化学作用和化学迁移
2.元素的地球化学迁移 观察元素迁移的方法 ① 确定元素发生迁移首先应测定元素在空间、时间和 不同成因介质中含量的变化（等体积法和等阴离子 法）。 ② 观察元素赋存状态的变化 ：如花岗岩中钠长石钾长 石化、黑云母的白云母化，是元素迁移作用的结果。 ③ 作用物理化学条件的测算：各种地质地球化学界面 的对比，如内外接触带、海水－沉积物界面、氧化 －还原界面、地层中不同岩性间的界面等。
除同生水、海水和地表水外，岩石圈中的水与地壳的 “去流体”作用有关。
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元素地球化学迁移研究实例
矿床地质特征：
锡矿体为锡石石英脉，根部插入花岗岩中。
花岗岩主体为黑云母花岗岩，矿体下部部分黑云母已经白云母化-二云母花岗岩，花岗岩钠长石化。
剖面中矿脉及蚀变带具分带结构。
矿脉内的矿物组合为锡石-石英；矿脉旁的矿物组合为事变矿物组合-云英岩化：长石蚀变为钠长石，黑云母蚀变为白云母，含蚀变矿物黄玉和萤石。
矿脉上部，两侧对称发育云英岩化，向外由钠长石化和白云母化花岗岩过渡为未变质黑云母花岗岩，在脉旁云英岩中分布有锡石、萤石和黄玉；含矿脉下部，云英岩蚀变带宽度变窄，钠长石化和白云母化花岗岩宽度加大，向外过渡为未变质的黑云母花岗岩。
花岗岩中Sn的活化：
含矿花岗岩中锡含量16-30ppm，高出酸性岩克拉克值4-5倍。
不含矿花岗岩含锡3-5ppm。
赋存形式：80%-100%的Sn集中于黑云母（Bi）中，黑云母中Sn含量均匀，80-400ppm。
显微镜下未发现锡石颗粒。
将Bi研细到200-300目，用碘化钾溶剂无法提取到其中的锡，说明黑云母花岗岩中锡主要以类质同象形式进入Bi晶格：
Li+ + Sn4+→ Mg2+ + Fe3+
黑云母发生白云母化蚀变后，白云母中的锡含量大大低于黑云母中的锡含量。
暗示发生了元素的迁移。
巴尔苏科夫认为Bi的白云母化过程为：
含Sn黑云母 + K+→白云母 + Sn4+ + (Mg,Fe)2+
交代的同时Sn被排出晶格，花岗岩中大量Sn被淋滤带出进入蚀变溶液，据计算没m³白云母化花岗岩约带出10-60gSn，这是锡石-石英脉Sn的主要来源。
也造成锡石-石英脉下部花岗岩中呈现锡的负异常。
在综合分析上述资料基础上，巴尔苏科夫认为，在富集Sn方面起主要作用的是岩浆期后自变质作用。
Sn的搬运和沉淀：
矿脉上部矿物组合显示有K、Ca、Na带入，下部矿物组合显示有Na置换Ca。
矿脉下部花岗岩的钠长石化和白云母化表明自变质溶液早期富Na并具有碱性。
锡石-石英脉以及云英岩中的萤石（CaF2），黄玉（Al2[SiO4](F,OH)2）等反映了氟对锡的搬运作用。
F的活动以及云英岩化作用中Ca、Mg、K等的淋滤表明在锡石沉淀时，热液的pH值已有所下降。
包裹体成分测定表明：成矿热液含大量F、Na、K、Ca、Cl、HCO3-等，锡石形成温度250-300℃，溶液pH<6-8.3。
为证实F对Sn的搬运及可能的F-Sn络合物，进行了成矿模拟实验。
配置了与包裹体成分相近的溶液，在含氟钠-钾-氯化物溶液中，在300℃，500×105Pa及pH=8-10条件下，同时存在重碳酸，硼酸和二氧化硅时，形成稳定[Sn(F6-X,OH X)]型氟-氢氧络离子。
pH降到7.5-8.0时，络离子水解，Sn呈锡石析出。
实验所得氟-氢氧络合物形成，稳定和分解条件同形成过程物理化学条件基本吻合。
成矿溶液由碱性逐渐中和，释放出HF与其它组分作用形成含氟矿物。
锡成矿模型：
巴尔苏科夫指出：富Na和F的岩浆期后碱性溶液由深部沿裂隙向上运移，使花岗岩发生自变质作用，长石发生钠长石化，黑云母发生白云母化，黑云母晶格中的Sn被活化。
Sn 进入溶液形成Na2[Sn(F6-X,OH X)]络合物向上运移，此时溶液具碱性，络合物稳定。
黑云母被白云母交代的同时释放出Fe2+和Mg2+，它们与溶液中的B、SiO2、As、S结合形成电气石(Na，Ca)(Mg，Fe)3B3Al6Si6(O,OH,F)31和毒砂（FeAsS）。
含Na2[Sn(F6-X,OH X)]溶液继续上升，经钠长石化，溶液中Na浓度降低，pH值下降。
当溶液变为弱碱性至中性时，氟锡络合物不稳定，通过高温水解形成锡石和游离HF：
Na2[Sn(F6-X,OH X)] SnO2+ 2NaF + 2HF（3.1）
这将引起热液迅速酸化，酸性溶液作用于上部花岗岩，导致碱金属淋滤带出形成云英岩：3KAlSiO3O6＋2HF KAl2[AlSi3O10][OH]2＋2KF ＋6SiO2
钾长石白云石石英（3.2）
KAlSiO3O6＋4HF Al2[SiO3]F2＋5SiO2＋2KF ＋H2O
钾长石黄玉（3.3）HF与围岩Ca作用形成萤石；这样，巴尔苏科夫系统说明了Sn在深部带出和在上部的集中，解释了矿脉及蚀变的垂直分带、各带矿物组合及Sn在矿脉两侧的分配。
总结：
由此例可见，元素迁移过程常常包含几个环节和集中作用机制，它们之间相互制约，每个环节的作用机制都可以用代表性化学反应表述：如锡矿形成中Sn的活化机制时花岗岩中黑云母的白云母化，反应方程式为：
含Sn黑云母 + K+→白云母 + Sn4+ + (Mg,Fe)2+
Sn4+在含矿溶液中络合迁移及水解沉淀用下式表示：
Na2[Sn(F6-X,OH X)] SnO2 + 2NaF + 2HF
两个反应方程概略地说明了Sn从活化到迁移沉淀的基本化学过程及其所反映的地质因素，成为元素迁移的化学模型。
元素迁移的化学模型虽然只定性（或半定量）地说明迁移的性质，但是最基本的作用机制，是进一步深入研究的必要前提。