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第四节圈层物质能量交换及元素迁移富集

地球不同圈层之间物质交换有多种方式
最主要的大概分为两种

2、地壳—地幔的元素迁移和富集
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板块运动就会伴随着大规模的物质循环,地幔热物质通过对流从大洋中脊涌出形成新的洋壳,并在海沟处老洋壳因俯冲作用被插入大陆岩石圈之下的软流圈,在地幔软流圈被加热并熔融,与地幔物质混合后重新加入地幔的对流循环。
地球的物质循环过程
岩浆射气作用(射气岩浆喷发,当火山活动时炽热的岩浆在上升过程中如遇到水体(地下水或地表水)会立即发生爆炸,产生巨大的向上冲击力,造成上覆地层的挠曲、破裂、坍塌等一系列过程,形成大小不等的近似圆形的低平火山口及基浪堆积物,这就是射气岩浆喷发。)引起的地幔—地壳—水—大气的物质交换,幔源岩浆上升到地壳浅部或溢出地表并伴随气水的喷射,都使地幔物质向地壳、水圈、大气圈迁移。另一方面,岩石在地壳内部也可以因地壳运动或放射性聚热而熔融,转变为岩浆,岩浆冷却凝固形成岩石,导致地壳内部的物质分异。
岩石上升到地表,受风化作用而溶解、破碎呈溶液、碎屑,被水流、风搬运到湖泊、海洋沉积下来,随着地壳的下沉,在地壳深部固结形成岩石,或者随着洋壳俯冲到地幔软流圈加热熔融,重新加入地幔的对流循环。
此外,幔源岩浆以底辟方式加入地壳-成壳作用过程;地壳重融(大陆碰撞、放射性聚热) 都引起物质与元素的大规模的迁移和重新分配。
2、地壳—地幔的元素迁移和富集
元素除通过流体(岩浆) 迁移外,最常见和研究得最多的地球化学作用是含水流体与矿物岩石间的化学反应,被称为水-岩相互作用。从反应性质来看,水-岩相互作用包括溶解、沉淀、吸附和离子交换,以及氧化、还原等化学过程。
(1) 流体作用和地球化学循环
地球表层含水流体可以来自大气降水、大洋水、岩浆水、变质水、同生水和初生水等。
水是一种偶极性分子,具有沸点低、易挥发、溶解能力强、流动性大等特点
水的偶极性使其具有很高的介电常数而成为各种矿物的溶剂。水是弱电解质
水电离方程为:H2O=H++OH-
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自然界中水呈弱酸或弱碱性,主要受酸性与碱性溶解质的控制
自然体系是一种开放体系, 水中同时溶解两种不同的电解质、不同成因水的混合、或水溶液的稀释等使天然水的酸碱度趋于中性,因此自然界水溶液的pH值基本上在4~9的范围内变化。地球表层的元素在上述含水流体的作用下发生不同程度的地球化学循环。
(2) 元素的活化和迁移
对于地球元素的活化和迁移而言,流体的运动是十分关键的。地表和深部均存在着水的循环。地表水或大洋水沿构造断裂或与矿物结合经深埋或构造运动带入深部,在高温条件下被释放,然后上升返回地表。此外,流体也可以因岩浆热引起的热对流和构造压力差而运动,并且总是从高温区向低温区、从高压区向低压区流动。
元素在地壳表层的迁移和富集取决于化合物在水中的存在形式;水溶液的酸碱度(pH值)、氧化还原电位(Eh值);缔合离子和络离子的类型。Na、 K、Ca、Rb、Cs、Sr等元素溶解于天然水体中,一般不发生沉淀。