地壳的化学元素组成

一、地壳的化学元素组成

矿物是地壳中各种地质作用所形成的产物，而地壳的化学元素组成是形成各种矿物的物质基础。所以必须了解地壳的化学元素组成。

（一）化学元素的地壳丰度

在元素周期表中，大部分的元素在地壳中都可发现，但各元素在地壳中的含量各不相同。而各元素在地壳中的平均含量值被称为元素在地壳中的丰度，研究元素的地壳丰度一直是地质学家和地球化学家非常重视和孜孜不断追求的研究课题。从19世纪美国学者克拉克到今天，许多学者都在研究地壳元素丰度，不断改进研究成果，编写出了多种地壳元素丰度表。人们为了纪念克拉克的功绩，把地壳化学元素平均含量的质量百分数称为“克拉克值”。

由于各元素的原子量不同，质量克拉克值不能反映元素的数目，而元素参加反应形成矿物过程中，原子数目起着很大的作用，所以人们将元素的质量克拉克值进行换算为原子克拉克值。

各种元素在地壳中的丰度是不相同的，丰度最大的O和丰度最小的Rn在质量上相差10¹⁷倍。在地壳中，分布最广泛的元素为O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg八种元素，各自的分布规律见表7－1。

表7－1　地壳中分布最广泛的元素特征（据R.Mason，1966）

从表7－1中可看出，这八种元素占地壳总质量的98.59％，其中O几乎占去了地壳质量的1/2，Si占去了地壳质量的1/4多。将质量百分比换算成体积百分比时，O占去了地壳体积的93％以上，其他离子主要充填于O组成的空隙中。

元素间地壳丰度的差异是受各元素原子核结构的稳定性影响。一般随着原子序数的增大，核内质子间的斥力增加大于核的引力，导致核结合能降低，使得原子核不稳定性增加，也引起元素丰度降低。一般地壳丰度值高的元素位于元素周期表的前部分，自Co（Z=27）后元素丰度值急剧降低。

（二）元素丰度对矿物的影响

自然界由地质作用形成的矿物种属比较有限，截至目前形成的矿物种近4000种左右，而人们从实验室合成的化合物已超过几十万乃上百万种。二者差异很大的原因除了矿物的形成和稳定的条件比较苛刻外，也受各元素在地壳中的丰度制约。

从目前已知矿物种的数目分析，丰度高的元素形成的矿物种属多。例如上表中的八种元素是地壳中元素丰度最大者，所以它们形成的矿物种属和数量构成地壳的绝大部分，分布广泛，是构成地壳的物质分子。

但矿物种属的形成还与元素本身的地球化学行为有关。有些元素虽然丰度低，甚至特低，但可以形成独立的矿物种，可富集形成矿床，如Au、Ag、Bi、Hg等元素；另一些元素，虽然丰度较高，甚至比Au、Ag、Bi、Hg等元素的丰度高很多，但不形成独立的矿物种，也不富集形成矿床，以分散的形式存在于其他的矿物中呈微量形式出现，如Rb、Cs、Ga、In等。