元素丰度(abundance of elements)是指研究体系中被研究元素的相对含量,用重量百分比表示,地壳元素的丰度又称为克拉克值。
定义
一种化学元素在某个自然体中的重量占这个自然体总重量的相对份额(如百分数),称为该元素在自然体中的丰度。
同位素在自然界中的丰度,又称天然存在比,指的是该同位素在这种元素的所有天然同位素中所占的比例。丰度的大小一般以百分数表示。人造同位素的丰度为零。
周期表上所列的原子量实际上是各种同位素按丰度加权的平均值,这是因为各种同位素在自然界中往往分布的比较均匀,取平均值计算比较准确。
元素丰度
(1)克拉克值:是地壳中元素的重量百分数的丰度单位。
(2)区域克拉克值:是指地壳不同构造单元中元素的丰度值,如克拉通地壳元素丰度值。
(3)丰度系数 :是指某一自然体的元素丰度与另一个可作为背景的自然体的元素丰度的比值。
例:以地球丰度为背景,则地壳中该元素的丰度系数定义为:
K=地壳丰度/地球丰度;
当K>1时,称为富集,当K<1时,称为亏损。
即元素的相对含量,是在证认的基础上根据谱线相对强度或轮廓推算出来的。结果表明,绝大多数恒星的元素丰度基本相同:氢最丰富,按质量计约占71%;氦次之,约占27%;其余元素约合占2%。这称为正常丰度。有少数恒星的元素丰度与正常丰度不同,一般说来,这与恒星的年龄有关。
各种元素(或核素)的数密度的相对值。元素的丰度可以用列表法或作图法给出。在列表或作图时,通常都把硅(Si)的丰度值取为10,其他核素的丰度值按比例确定。作图时,通常取核素的质量数为横坐标,丰度值为纵坐标,用折线或曲线把图中的点连起来,所得的曲线称为元素的丰度曲线。它反映元素按质量数的分布规律。
因此,元素丰度就是化学元素在一定自然体中的相对平均含量。如元素的地壳丰度,元素的地球丰度,元素的太阳系丰度等。如果这个自然体占据一个较小的空间位置时,习惯上称为元素的平均含量。如玄武岩中元素的平均含量,某矿区中元素的平均含量等。
地球化学的体系:泛指一定范围内或同类的事物按照一定的秩序和内部联系组合而成的整体,体系可大可小。
发现历史
自从1889年F.W.克拉克发表元素在地壳中的平均含量的资料以来,人们已经积累了大量有关陨石、太阳、恒星、星云等各种天体中元素及其同位素分布的资料。1937年,戈尔德施米特首次绘制出太阳系的元素丰度曲线。1956年,修斯和尤里根据地球、陨石和太阳的资料绘制出更详细、更准确的元素丰度曲线。1957年,伯比奇夫妇、福勒和霍伊尔就是以该丰度曲线为基础,提出他们的核合成假说的。四十年代,人们只知道大多数恒星的化学组成与太阳相似,因而就认为分布在整个宇宙的元素丰度可能是一样的。但是,后来的研究发现,在不同类型的恒星上,元素的分布有很大的差异。目前,有关元素丰度的资料,主要是太阳系内的天体的,但也有一些其他天体的。1973年,卡梅伦综合了许多人的工作,绘制了一个更广泛的太阳系的元素丰度分布图。
地壳元素丰度
元素化学符号大陆上地壳大陆中地壳大陆下地壳大陆地壳整体大洋地壳年产量氧O46.60%47.40%46%46.71%46.1%100,000,000 吨硅Si27.72%27.71%27%27.69%28.2%3,880,000 吨铝Al8.13%8.20%8.2%8.07%8.23%15,000,000 吨铁Fe5.00%4.10%6.3%5.05%5.63%716,000,000 吨钙Ca3.63%4.10%5.0%3.65%4.15%112,000,000 吨 (CaO)钠Na2.83%2.30%2.30%2.75%2.36%200,000 吨钾K2.59%2.10%1.50%2.58%2.09%200 吨镁Mg2.09%2.30%2.90%2.08%2.33%350,000 吨钛Ti0.44%0.56%0.66%0.62%0.56%99,000 吨氢H0.14%N/A0.15%0.14%0.14%-磷P0.12%1000 ppm1000 ppm1300 ppm1050 ppm153,000,000 吨锰Mn0.10%950 ppm1100 ppm900 ppm950 ppm6,220,000 吨氟F0.08%950 ppm540 ppm290 ppm585 ppm-钡Ba-500 ppm340 ppm500 ppm425 ppm6,000,000 吨碳C0.03%480 ppm (0.048%)1800 ppm (0.18%)940 ppm200 ppm (0.020%)8,600,000,000 吨锶Sr-370 ppm360 ppm-370 ppm137,000 吨硫S0.05%260 ppm420 ppm520 ppm350 ppm54,000,000 吨锆Zr-190 ppm130 ppm250 ppm165 ppm7,000 吨钨W-160.6 ppm190 ppm-1.25 ppm (?)45,100 吨钒V0.01%160 ppm190 ppm-120 ppm7,000 吨氯Cl0.05%130 ppm170 ppm450 ppm145 ppm-铬Cr0.01%100 ppm140 ppm350 ppm102 ppm4,000,000 吨铷Rb0.03%90 ppm60 ppm-90 ppm只作研究用途镍Ni-80 ppm90 ppm190 ppm84 ppm1,300,000 吨锌Zn痕量75 ppm79 ppm-70 ppm5,020,000 吨铜Cu0.01%50 ppm68 ppm-60 ppm6,450,000 吨铈Ce-68 ppm60 ppm-66.5 ppm24,000 吨钕Nd-38 ppm33 ppm-41.5 ppm7,300 吨镧La-32 ppm34 ppm-39 ppm12,500 吨钇Y-30 ppm29 ppm-33 ppm400 吨氮N0.005%25 ppm20 ppm-19 ppm44,000,000 吨钴Co痕量20 ppm30 ppm-25 ppm17,000 吨锂Li-20 ppm17 ppm-20 ppm39,000 吨铌Nb-20 ppm17 ppm-20 ppm15,000 吨镓Ga-18 ppm19 ppm-19 ppm30 吨钪Sc-16 ppm26 ppm-22 ppm0.50 吨铅Pb-14 ppm10 ppm-14 ppm2,800,000 吨钐Sm-7.9 ppm6 ppm-7,05 ppm700 吨钍Th-12 ppm6 ppm-9.6 ppm31,000 吨镨Pr-9.5 ppm8.7 ppm-9.2 ppm2400 吨硼B痕量950 ppm (?)8.7 ppm-10 ppm1,000,000 吨钆Gd-7.7 ppm5.2 ppm-6.2 ppm400 吨镝Dy-6 ppm6.2 ppm-5.2 ppm100 吨铪Hf-5.3 ppm3.3 ppm-3.0 ppm50 吨铒Er-3.8 ppm3.0 ppm-3.5 ppm500 吨镱Yb-3.3 ppm2.8 ppm-3.2 ppm50 吨铯Cs-3 ppm1.9 ppm-3 ppm20 吨铍Be-2.6 ppm1.9 ppm-2.8 ppm364 吨锡Sn痕量2.2 ppm2.2 ppm-2.3 ppm165,000 吨铕Eu-2.1 ppm1.8 ppm-2.0 ppm400 吨铀U-无1.8 ppm-2.7 ppm-钽Ta-2 ppm1.7 ppm-2.0 ppm840 吨锗Ge-1.8 ppm1.4 ppm-1.5 ppm80 吨钼Mo痕量1.5 ppm1.1 ppm-1.2 ppm80,000 吨砷As-1.5 ppm2.1 ppm-1.8 ppm47,000 吨钬Ho-1.4 ppm1.2 ppm-1.3 ppm10 吨铽Tb-1.1 ppm0.94 ppm-1.2 ppm10 吨铥Tm-0.48 ppm0.45 ppm-0.52 ppm50 吨溴Br-0.37 ppm3 ppm-2.4 ppm330,000 吨铊Tl-0.6 ppm0.530 ppm-0.850 ppm30 吨锑Sb-0.2 ppm0.2 ppm-0.2 ppm53,000 吨碘I痕量0.14 ppm0.490 ppm-0.450 ppm12,000 吨镉Cd-0.11 ppm0.15 ppm-0.15 ppm13,900 吨银Ag-0.070 ppm0.080 ppm-0.075 ppm9950 吨汞Hg-0.05 ppm0.067 ppm-0.085 ppm8400 吨硒Se痕量0.05 ppm0.05 ppm-0.05 ppm600 吨铟In-0.049 ppm0.160 ppm-0.250 ppm75 吨铋Bi-0.048 ppm0.025 ppm-0.0085 ppm6000 吨碲Te-0.005 ppm0.001 ppm-0.001 ppm215 吨铂Pt-0.003 ppm0.037 ppm-0.005 ppm30 吨金Au-0.0011 ppm0.0031 ppm-0.004 ppm1,400 吨钌Ru-0.001 ppm0.001 ppm-0.001 ppm0.12 吨钯Pd-0.0006 ppm0.0063 ppm-0.015 ppm24 吨铼Re-0.0004 ppm0.0026 ppm-0.0007 ppm4.5 吨铑Rh-0.0002 ppm0.0007 ppm-0.001 ppm3 吨锇Os-0.0001 ppm0.0018 ppm-0.0015 ppm0.06 吨铱Ir-0.0000003 ppm (?)0.0004 ppm-0.001 ppm3 吨