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应用地球化学
概论
微量元素(minor elements)依不同学者给出了不同的定义。盖斯特(Gast, 1968)定义微量元素“不作作系内任何相主要组份存的非化学计量的分散元素”。
按此定义,微量元素是相对的,在一个体系中为微量元素,而在另一个体系中可能为常量元素。比如,K、Na在超基性岩中可做微量元素。在长石类岩石中不能做微量元素。Zr在锆英石中不是微量元素,但在长石中都是微量元素。Fe一般情况下不是微量元素,但闪锌矿中Fe都是微量元素。
所以根据含量来划分微量元素是不准确的。所以有人从热力学角度来定义微量元素:在研究的对象中元素的其含量低到可可近似地用稀溶液定律来描述其行为,则该元素可称为微量元素。必须注意的是,这里指的稀溶液,与我们常说的稀溶液概念不同,将在后面予以说明。
微量元素与痕量元素(trace elements)常有不少人看做相同的,实际上,这两者是有判别的,一般认为,前者的含量高于后者。但是为了方便起见,常可以看做微量元素的含量范围包括了痕量元素,
因此,多数情况下,人们常用微量元素这一概念,而不用痕量元素这一概念。
第一章微量元素地球化学的基本问题1. 稀溶液
在讨论稀溶液概念之前,首先说明溶液的概念,说到溶液,大家都不陌生。然而,从地质热力学和述语来看。溶液可定义为:“两种或两种以上物质均匀混合而且彼此呈分子状态分布者”。从此定义可知,溶液不单纯为液体,它也包括气态、液态和固态。在地质体种,溶液多为固态。如铅锌矿(方铅矿和闪锌矿)均匀混合体,可看手作溶液,含Fe闪锌矿也可看作溶液,因为Fe2+替代Zn2+,以FeS形式与Zn供存,等等。
溶液两部分构成,其中含量较少的部分称为溶质,含量较多的部分称为溶剂。
若溶液含溶质极少则该溶液称之为稀溶液。凡含有微量元素的矿物,岩石乃至地质体,均可看做稀溶液。
稀溶液的性质
在一定温度下,稀溶液中溶质的活度等于纯溶质的活度乘以溶液中溶质的摩尔分数。
设i为某一微量元素,其活度为ai,xi为其摩尔分数,当xi→0时,就有ai正比于xi,这就是享利定律,其图如上,即当xi→0时,ai→kixi,其中ki是i组分的享利定律常数,它与xi无关,但与P、T有关。图
我们讲自然界任何体系中微量元素变化时,总是先有一个十分重要的前提——微量元素的行为服从享利定律。
这一假定前提在地质体系中是否正确?
Wood和Fraser(1970)做过一些研究。
Drake和Weill(1975)做了一些实验,其结果见图。
分配系数
能恩斯特分配系数的定义:在一定的温度(T),压力(P)条件下,溶质在两平衡相间的浓度比为一常数。
即:固相中i组分的浓度比液相中i组分的浓度。
对于两个固相α和β(或A和B),同样成立: