元素丰度的概念
作者:残颜发布时间:2023-02-06浏览:476
2.1.1.1 元素丰度
元素丰度(abundance of elements)是指化学元素在一定自然体系中的相对平均含量。这里的自然体系,可以是太阳、地球、月球、行星等天体,也可以是地壳、地幔、水圈、大气圈、生物圈等地球的各个圈层体系,但地球化学研究中常常指次级的天然地质体系,如岩浆岩、沉积岩、变质岩等,有时还指更低层次的自然体系,如不同岩石单位、某地层单位、某生物种群以及某物种等等。研究地球及其圈层的元素丰度,本教材常用某岩石作为自然体系,因为对于微量元素而言,样品所代表的地质体本身就是一个宏观的体系。经典地球化学就是在研究地壳元素丰度的基础上发展起来的。1889年美国化学家F.W.克拉克发表了第一篇关于元素地球化学分布的论文,他将来自不同大陆岩石的许多分析数据分别求得平均值,进而得出陆壳中元素的丰度。为了表彰他的卓越贡献,国际地质学会将地壳元素丰度命名为“克拉克值”。
不同自然体系的元素丰度,是根据组成该体系的主要物质的化学成分,用加权平均法计算出来的。例如,岩石是组成地壳的主要物质,地壳元素丰度就是根据各种岩石的化学成分用加权平均法求得的。
计算元素丰度可采用不同的单位,按照计算单位的不同,元素丰度可分为质量丰度、原子丰度和相对丰度。质量丰度以重量单位表示;原子丰度以原子百分数表示;相对丰度以相对于一百万个硅原子数表示,单位写作原子数/106Si原子。其中质量丰度单位是最基本的数据,它是直接从自然体系中主要物质的化学成分计算出来的数值,原子丰度和相对丰度都是根据质量丰度换算出来的。
用不同计算单位表示的元素丰度,各有不同的用途。例如,质量丰度常用来表示自然体系的背景值,或用来求出任一元素在自然体系中的分布量;原子丰度可用来求出各元素在自然体系中的同位素丰度,以及原子或离子的体积百分数;相对丰度则主要是用来对比两个或两个以上自然体系的原子数。
在过去的地球化学文献中,常以ppm作为质量丰度单位。它表示百万分之一,即1ppm=1g/t=1×10–6。现在我国规定用1×10–6或1×10–4%表示质量丰度单位,国际上仍广泛用ppm为质量丰度单位。由于宇宙元素丰度常常以相对丰度表示,所以又称相对丰度单位(原子数/106Si原子)为宇宙丰度单位,缩写成Cau。
在微量元素地球化学研究中,元素丰度是该自然体系(可以是某岩石,下同)中某一种元素的含量,用符号C表示。
2.1.1.2 元素丰度的广义概念
元素丰度是该自然体系中i个元素含量的幂函数的连乘,用符号A表示
地球化学原理与应用
对于元素含量,当i=1,n=1时
A=C
由上式,元素的含量常用符号C表示。除元素的含量外,由式(2.1)知,常见的广义的元素丰度(用符号A表示)还包括:
1)该自然体系中某两种元素含量的比值(如:Th/U)称元素含量比。此时C1=Th含量,C2=U含量;幂 n1=1,n2=-1,则:
A=C1/C2
2)该自然体系中某种元素含量的倒数(如:1/La),称元素含量倒数。此时i=1,幂n=-1,则:
A=1/C
3)该自然体系中某两种或两种以上元素含量的乘积(如:Sm·Tb)称元素含量积。此时含量C1=Sm,含量C2=Tb;幂n1=n2=1,则:
A=C1×C2
4)该自然体系中某种元素含量的平方值(如:Ce2)称元素含量平方。此时i=1,n=2,则:
A=C2
5)该自然体系中某种元素含量的开方值,称元素含量方根。此时i=1,n=1/2,则:
A=C1/2
6)该自然体系中两种以上元素有积、商、平方和开方值的多种组合,其中一类组合:
A=C1/(C2×C3)1/2
式中元素的广义丰度A称C1异常,如Eu异常:
Euo=Eu/(Sm×Gd)1/2
此时,元素的广义丰度A=Euo;i=1,2,3;C1=Eu,C2=Sm,C3=Gd;幂n1=1n2=n3=-1/2。
另一类组合:
A=(C1×C2)/(C3×C4)
式中元素的广义丰度A称C1C2异常,如Sm Tb异常或中稀土异常:
Mo=(Sm×Tb)/(La×Yb)
此时,A=Mo;i=1,2,3,4;C1=Sm,C2=Tb,C3=La,C4=Yb;幂n1=n2=1,n3=n4=-1。
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