地壳和地幔的元素组成

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1、地球化学Geochemistry第二章地壳和地幔的元素分布第一节地球的结构第二节地壳中化学元素的分布第三节地幔的元素组成第四节地壳与地幔的相互作用及物质交换地球内部主要壳层特征1、地壳莫霍面以上，其厚度变化大，5km-80km，，最厚的喜马拉雅山地区可达80km，而洋壳的厚度通常不足10km。最老的大陆地壳年龄为3.8～4.2Ga。现有的大洋地壳都是小于200Ma的中生代以来的产物。大陆地壳的岩石组成模型1)上地壳（硅铝层），上部由未变质的岩石和绿片岩相岩石组成，如沉积岩和花岗质侵入体；上地壳的下

2、部（由英云闪长岩－奥长花岗岩－花岗片麻岩为主的角闪岩相岩石组成，富Si、K、Rb、U、Th等）下地壳（硅镁层）则由成分不同的麻粒岩相岩石组成。2)大洋地壳大洋地壳的结构：洋壳总成分相当于玄武岩，它由玄武岩、辉长岩加上不厚的（1～2km）的海洋沉积物构成。2、地幔地幔是地球最大的层圈，它从莫霍面到核－幔边界，体积占地球的83％，质量占67％。原始地幔形成于地球增生的最初几百万年，当Fe-Ni分异形成地核时，由留下的富Fe、Mg的硅酸盐物质堆积形成的初始地幔称为原始地幔。地幔的岩石组成模型1)上地幔（

3、铁镁硅酸盐）深度约从10km到400km，其质量约占地球的10％，主要由橄榄石及辉石组成，相当于橄榄岩和榴辉岩。2）、过渡带地幔有时也作为上地幔的一部分。从400km到670km深处，其质量占地球的7.5％。硅酸盐的矿物结构产生相变，橄榄石在400km处矿物结构转变为尖晶石结构；近700km时又从尖晶石结构转变为钙钛矿结构。3）、下地幔深度由670km至2900km，其质量约占地球的49％。矿物物理实验支持下地幔可能由Mg、Si、O和Fe组成，具有钙钛矿（CaTiO3）晶体构造，称之为镁硅酸盐的钙

4、钛矿（Mg、Fe）SiO3结构，形成于很高压力（即>20GPa）。此外，伴随镁方铁矿（Mg、Fe）O，Si、Fe及O相对于上地幔更为富集。Spinel（尖晶石）MgAl2O4Perovskite（钙钛矿）第二章地壳和地幔的元素分布第一节地球的结构第二节地壳中化学元素的分布第三节地幔的元素组成第四节地壳与地幔的相互作用及物质交换第二章地壳和地幔的元素分布第二节地壳中化学元素的分布一.地壳中化学元素丰度研究意义与方法二.地壳中的化学元素的分布特点.丰度的研究意义丰度是每一个地球化学体系的基本数据。近代

5、地球化学正是在探索和了解丰度这一过程中逐渐形成的。一些重要的地球化学基本理论问题都离不开地球化学体系中元素丰度分布特征和规律研究。1、地壳元素丰度（克拉克值）研究的意义a、控制元素的地球化学行为克拉克值可以支配元素的地球化学行为，如同属碱金属元素，K、Na等常形成独立的盐类矿床，而Rb和Cs等呈分散状态。元素克拉克值限定矿物种类及种属限定了自然体系的状态。对元素的结合状态有影响。b、克拉克值是判断元素集中和分散及其程度的标尺。查明区域的特征元素对于地球化学省的划分，确定地质体的含矿专属性，对矿床的

6、找寻及评价等关系十分密切。在环境研究方面，对于污染源的追溯及治理、地方病防治，都有重要作用。全国范围内区域地球化学测量及填图将对农业规划及环境规划等起着重要的指导作用。d、可以阐明地壳的形成及演化以及板块构造运动有关的动力学问题。克拉克方法（最早开始计算地壳的平均化学成分，1924年他和华盛顿（ClarkeFWandWashingtonHS）发表了“地球的化学组成”，首次提出了元素的地壳平均含量。其方法：假设地壳的厚度为16km，即最高的山脉及最深的海洋的高差。并采用包括岩石圈、水圈和大气圈的广义

7、地壳，它们的质量比分别是93%、7%、0.03%。又假定岩石圈中火成岩占95%、沉积岩占5%（其中页岩4%、砂岩0.75%、石灰岩0.25%），而这5%的沉积岩是火成岩派生的，因此认为火成岩的平均化学成分代表地壳的平均化学成分。根据世界上8602个火成岩的岩石化学数据（53种元素），从中选择了分析质量较好的5159个数据作为岩石圈中大陆和海洋火成岩平均化学成分计算的基础。其计算的地壳平均化学成分实际上是这三个地圈化学组成的综合。按48个地理区域用算术平均法求得各区平均值，再归纳为9个大洲和大洋岛屿

8、区域的平均值，最终求出整个地壳的平均值。2.地壳中化学元素丰度研究方法克拉克方法意义：1、开创性的工作，而地球化学发展打下了良好的基础。2、代表大陆地壳岩石圈成分。后来，费尔斯曼（1928～1938）又基本遵循克拉克的方法，利用自己的研究成果汇编了地壳元素丰度表，并进行了地壳中元素的原子百分数即元素“原子克拉克值”的计算。2)简化方法：a、戈尔德施密特戈尔德施密特（Goldschmidt，1954）采用挪威南部广泛分布的冰川粘土作为天然的地壳混合样品。分析了77个这种物质的样品，计