化学元素的地球丰度研究

化学元素的地球丰度研究

张翰至

（山东省寿光现代中学262703）

摘要：随着科学技术的进步，我国对地球化学元素的丰度研究也日益增多，人们对于化学元素的地球丰度认识也更为深入。基于此，本文将针对地壳、地幔、地核的元素丰度进行分析，进而提出地球的元素丰度的研究分析，希望可以对化学元素的地球丰度研究有所帮助。

关键词：化学元素；地球丰度；飞地幔；地核

引言

化学元素的地球丰度研究对于人类对地球认知程度的提升有着重要的影响。长期以来，不管是物理学界，还是化学界，都比较关注化学元素的地球丰度研究问题，但是，现阶段，相关的理论研究还不够成熟，具体的研究方法也不够科学，而地球又具有一定的持续变化性，所以本文针对化学元素的地球丰度的研究分析是具有一定的实际意义的。

1地壳的元素丰度

研究地壳的化学元素丰度是化学元素的地球丰度研究的必要组成部分。现阶段，国外对于地壳元素丰度的研究，还局限于陆地地壳的元素丰度，缺乏全面性。与此同时，对于整个地球来说，地壳的质量只占到了地球的0.4。由此可以看出，对于整个地球常量元素的丰度计算，地壳与水圈、大气圈以及生物圈的差别不大，在此分量上，是基本上可以忽略不计的。本质上都没有差别,其在地球总质量当中所占的分量很小,所以在研究中也可以忽略不计。但是，对于整个地球的微量元或超微量元素的丰度计算来说，地壳的研究就很必要了。在有些地壳中所含的微量或是超微量元素，在地幔中的含量是比较少的，所以以地壳成分对来进行计算值考量是必要的。通常情况下，在进行化学元素的地球丰度计算的过程中，对于某些微量或是超微量元素的地壳丰度计算一般会以0.4作为标准值来进行。也就是说，虽然地壳的元素丰度比较低，但是对于化学元素地球丰度的微量以及超微量元素研究来说，还是具有一定的研究价值的。

2地幔的元素丰度

地幔元素丰度的研究是化学元素的地球丰度研究的重要环节。在高中物理课程学习的过程中，我们可以从地球层壳模型中看出，地幔处于两个一级界面M与G之间的层面，地幔的厚度在2883公里左右，地幔的质量比较大，其可以达到地球总质量的68.1%，由此可以看出，地幔作为地球最大的地壳层，对其的丰度计算十分关键。而要想进行地幔元素丰度的计算，首先需要进行地幔的分解，通常情况下，相关研究人员会把地幔以R界面为分解界线，把地幔分为上地幔和下地幔两个部分，这样不仅可以提高对飞地幔的元素丰度研究的科学性，还可以在很大程度上提高上地幔和其衍生物间化学演进关系反应的科学性与合理性。通过相关的研究与计算可以得出，上地幔的质量为整个地球质量的2.77以上，而对于下地幔来说，其质量只有地球的4.04[1]。

3地核的元素丰度

地核拥有较多金属元素，但是具体是由什么物质构成还存在着争议。传统学者认为主要是由铁和铁镍合金构成是的，也就是说，铁是最多的元素，但随着研究的深入，近年来模拟实验发现，纯铁或者铁镍合金的密度是大于地核的，且体积小于地核，由此可以看出，在地核中至少有一种质量较轻，但是体积较大，而且可以提高声速率的合金元素存在。也是因为此，学界有了硫和硅的猜测，并以此为基础建立了Fe-FeS地核模型以及Fe-Si地核模型。不管是从理论还是从实验来看，硫和硅所发挥的作用大体相同，但是还无法确定哪一种模型更接近实际。甚至还引入了地球起源的热成论与冷成论，进行了硅重量的研究，进而发现通过硅重量的变化是可以得到相应的结果的，所以，对于这个研究的参与者和支持者来说，是比较反对铁-硫模型学派的相关研究的。在铁-硫模型学派通常情况下是以平均分子量以及密度资料等来地核中硫含量的计算的，并得出硫元素的含量在12-14之间，与此同时，FeS的存留，还会降低地核物质的熔点。而且他们认为在铁-硅合金形式时是需要还原条件以及大气存在的，所以认为硫不会从地球中逸出。但考虑到铁陨石有FeS的成分，所以本文采取了地核的含硫量12%进行地核元素丰度值的计算。

4地球的元素丰度

地球的元素丰度计算是需要先进行地壳、上地幔、下地幔以及地核的元素丰度值计算，并以该计算结果为基础，进行层壳质量加权平均来进行计算的。地球的元素丰度的计算，需要以地球自身的物质成分、物理性质实测资料以及模拟试验成果为背景进行。由于各个计算者的模型以及方法的差异，计算的结果也有所不同。例如，F.W.克拉克计算的铁值67.20，L.A.阿伦司计算的铁值25.1，而B.马逊认为地核是一个铁镍核。长期以来，地球也在经历着的化学元素的变革，元素分布也会随之调整，也就是说，当下的元素丰度值计算，只是当下的地球化学场的反应，不能代表地球的原始化学场，也不能表示过去某一阶段的化学场，这一计算结果仅仅是各个演化阶段的延续以及发展。也就是说，我们要想运用丰度值来进行地球物质化学演化的研究，就必须认识到地球内部的基本层壳以及地球外部构成都是特定阶段的产物，具有空间相邻、时间相继的特点[2]。

结束语：综上所述，要想研究化学元素的地球丰度，就要做好地壳、上地幔、下地幔以及地核的元素丰度值的计算，认识到地球分布的空间相邻、时间相继的演化特点，才能提高化学元素的地球丰度研究的有效性与科学性，从而促进人们对地球了解程度的提升，进而为相关技术的研发探讨提供借鉴。

参考文献：

[1]唐坤.兴蒙—华北地球化学走廊带元素时空分布与对比[D].中国地质大学(北京),2017.

[2]蒋志.一百年绕地球一圈的学问——黎彤先生与地壳元素丰度的研究[A].中国地质学会地质学史研究会,2010:3.