元素地球化学分类

2025-03-06 21:22:23

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回答1：

元素的地球化学性质既与元素的原子结构、元素的物理和化学性质有关，也与地质作用有密切的联系。因此，许多地球化学家都力求在元素周期表的基础上，结合地质作用进行分类。

戈尔德施密特根据元素的电子构型、元素与氧及硫的亲和力以及元素在自然界中实际的分布情况，把元素划分为亲石元素、亲铁元素、亲铜元素、亲气元素四大类。

16.2.1 亲石元素

离子的最外电子层具有8个电子（s²p⁶）的惰性气体型的稳定结构，氧化物形成热大于FeO的形成热，与氧的亲和力强，易熔于硅酸盐熔体，主要集中在岩石圈。主要元素为：Li、Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、B、Al、Sc、Y、REE、Ac、Si、Ti、Zr、Hf、Th、V、Nb、Ta、Pa、W、U。

16.2.2 亲铜元素

离子的最外电子层具有18个电子（s²p⁶d¹⁰）的铜型结构，氧化物形成热小于FeO的形成热，与硫的亲和力强，易熔于硫化铁熔体，主要集中于硫化物-氧化物过渡圈。主要元素为：S、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Hg、Ca、In、Tl、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Se、Te、Po、Br、I、At。

16.2.3 亲铁元素

离子的最外电子层具有8～18个电子的过渡型结构，氧化物形成热最小，与氧及硫的亲合力均弱，易熔于熔铁，主要集中于铁-镍核。主要元素为：C、P、Mo、Tc、Re、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt。

16.2.4 亲气元素

原子的最外电子层具有8个电子。具有挥发性或易形成易挥发化合物，主要集中在大气圈。主要元素为：H、N、O、F、Cl、He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn。

此外，戈尔德施密特还提出“亲生物元素”的概念，这些元素多富集在生物圈中，如C、N、H、O、P、B、Ca、F、Cl、Na、Fe、Cu、Mn、Mg、Si、Al等。

查瓦里茨基以元素的周期表为基础，把元素分为氢、惰性气体族、造岩元素族、岩浆射气元素族、铁族元素、稀有元素族、放射性元素族、钼和钨族元素族、金属矿床的成矿元素族、铂族元素、半金属和重矿化剂族和重卤素族十二个地球化学组或族。维尔纳茨基按元素的地球化学分布特征，把元素分为惰性气体、贵金属、循环元素、分散元素、强放射性元素、稀土元素六大类。费尔斯曼将周期表分为普通场、硫化物场和酸性场，然后再按元素的地球化学分布特点分为酸性岩浆元素、中性岩浆元素、硫化物矿床元素和超基性岩元素四大类。上述分类尽管有不足之处，但仍然得到了比较广泛地应用，为元素地球化学的发展起了重要的促进作用。

在近代地球化学中，随着微量元素分配理论和定量模型的发展，出现了能更本质地反映出元素地球化学特点的定量化分类系统，概括起来大致分为三套系统。

（1）根据元素在固相-液相（气相）间的分配系数，将元素分为不相容元素和相容元素。

相容元素（Compatible elements）易进入或保留在固相中，其总分配系数D＞1。例如，Ni、Co易进入橄榄石，V易进入磁铁矿，Cr易进入尖晶石，Yb易进入石榴子石，Eu易进入斜长石。这一类易进入和保存在矿物或岩石等固体中的元素，是典型的相容元素。

不相容元素（Incompatible elements）易保留或进入在固相共存的熔体或溶液中，其总分配系数D＜1，如Li、Rb、Cs、Be、Nb、Ta、Sn、Pb、Zr、Hf、B、P、Cl、REE、U、Th等。当D值在0.02～0.06之间时称为强不相容元素。有些不相容元素的离子半径或电荷很大，可按晶体化学特征分为大离子亲石元素（Large ion lithophile elements，LIL）和高场强元素（High field strength，HFS）。LIL的离子电位3，不易溶于水，主要指Th、Nb、Ta、P、Zr、Hf、HREE等。Wood等（1979）将分配系数小于1的元素称为亲湿岩浆元素（Hygromagmatophile elements，HYG），它们在熔融过程中进入液相，在结晶过程中进入残余相。分配系数小于0.01的元素称为强亲湿岩浆元素（More-hygromagmatophile），如Rb、Cs、K、U、Th、Ta、Nb、Ba、La、Ce等。

（2）根据元素在熔融过程中挥发与难溶程度，Ringwood（1966）将元素分为挥发元素和难溶元素两组（表16-3）。挥发元素是指那些在1300～1500 ℃，适度还原条件下通常能从硅酸盐熔体中挥发出来的元素；而难熔元素则是指在这种条件下不能挥发的元素。

（3）以元素在地球形成和演化过程中分散与富集的特点，Shchebakov（1974）将元素分为向心元素、最小离心元素、弱离心元素、离心元素和最大离心元素。以元素在陨石中的丰度μ代表地球初始物质浓度，以元素在玄武岩（地幔熔融产物）中的丰度V代表元素离心程度的基本参数，以页岩中元素丰度C代表地壳丰度。赵振华根据V／μ、C／V值的关系将化学元素划分出下列四级：

表16-3 按硅酸盐熔体在高温还原条件下元素的相对挥发性所作的元素分类

① 向心元素C₁（Centripetal elements）：V／μ＜1，C／V＜1

包括Mg、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Ru、Rh、Pt、Os、Ir、Pd、Au。

② 最小离心元素C₂（Minimal-centrifugal elements）：V／μ＞1，C／V＜1

包括P、Na、Ca、Sc、Ti、V、Mn、Zn、C、N、Cl、Br、I。

③ 弱离心元素C₃（Deficiency-centrifugal elements）：V／μ＜1，C／V＞1

包括Ca、Ge、As、Se、Sn、Te、Bi、Re、Mo。

④ 离心元素C₄（Centrifugal elements）：V／μ>1，C／V＞1

包括Li、Rb、Cs、Sr、Ba、Y、REE、Zn、Hf、Nb、Ta、Th、B、Al、In、Tl、Si、Pb、Sb、U、F、O。

此外，还有最大离心元素，是指在水圈、气圈和有机质中的丰度高于陨石、玄武岩和页岩中丰度的那些元素。

回答2：

常用歌德施密特分类法：亲石元素、亲硫元素、亲铁元素、亲气元素