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2018年1月24日 星期三

丁酉(鸡)年十二月初八

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  化学元素及其离子在自然环境中的运动。这种运动使元素及其离子的赋存位置发生变化,并往往使它们相对于原来的分布状态产生分散和富集。这种物质运动在空间上可大到元素及其离子在不同地质圈之间的运移,如幔-壳分异过程;也可小至元素或离子在晶格中的扩散,如矿物内某元素或离子的分布随环境条件改变而发生的有序-无序变化,或在不同晶格位置上的择位和分配。在时间上,可包括地球和地外物质的整个形成时代,如对某元素的地球化学旋回及其演化;也可仅局限于某一地质作用过程,如某成矿阶段中元素的活化-再沉淀过程。在大多数情况下,元素的迁移是由于偏离平衡的体系力求与变化的环境之间达到新的平衡所发生的变化。元素的迁移可以造成原有物质及其体系的元素浓度随时间变化,并可能进一步导致体系中物质的种类、组合和性质上的变化,甚至使旧体系完全崩溃或消失而形成新的平衡系统。在相对平衡的条件下,同样可能存在元素的迁移,此时元素(离子)在体系中的带进带出处于动态平衡状态。例如,现代海水中的元素浓度具有较大的均一性和稳定性,但海洋与地壳、沉积物和大气之间则不断产生相当规模的物质交换。因此,元素的迁移是自然界中普遍存在的永恒的现象。
  影响因素 化学元素在自然界中的迁移能力主要受其原子本身结构所决定的元素物理、化学特性的影响和环境的物理化学条件制约。其中最主要的有以下若干因素。
  ① 原子核的结构和稳定性。主要从二个方面影响元素的迁移,一是原子的质量,直接决定原子在重力场中的迁移行为。最轻的向地球上部转移,如亲气元素;较重的将向下集中,如亲铁和亲铜元素。二是元素的放射性衰变,放射性核素随地球演化原子数逐渐减少,而衰变产物则相应增加。衰变后形成的新元素在迁移能力上不同于母体原子。
  ② 原子的电子层排布。尤其是外电子层的排布对元素形成化合物的能力、化合物键性和能量特征有重要影响,因此决定了它们的熔点、沸点、硬度、电价、半径、配位数、溶解度、电负性、平衡常数、氧化-还原性质、类质同象能力、热力学参数和其他物理化学参数。元素原子的电子层排布是影响元素迁移的最主要内因。
  ③ 环境的温度压力和组成以及氧化-还原电位和酸碱度。在不同体系中和不同平衡条件下,通过改变元素的原子、离子和化合物、络合物的反应方向和反应速率对元素的迁移产生重要影响。其影响规律服从一系列化学热力学和动力学定律。氧化-还原电位影响变价元素的迁移,价态的改变可影响元素的溶解度,由此造成元素迁移能力的变化。许多元素及其化合物的稳定性、溶解度也与溶液的氢离子浓度(即pH值)有关。
  迁移形式和途径 由于元素及其离子和化合物本身的性质,其所处环境条件的不同,元素可以呈多种形式通过不同的途径发生迁移。在各种迁移途径中,扩散和渗滤可发生在各种地质作用,特别是热液作用中。元素迁移形式,以水溶液、胶体吸附及熔融体形式最重要,其次为气态及固态形式。随着环境物理化学条件的变化或迁移途径的转换,元素在迁移过程中的迁移形式也可能发生变化。如各种可溶性络合物形式的转化,或由络合物向胶体聚集物、悬浮物、直至最终发生沉淀的转化。此外,板块运动和人类生活及工业活动的影响是元素发生大规模迁移的另外两种途径。在自然界和人类生活环境中,化学元素的现有分布状态和与此有密切联系的矿物、岩石、矿产分布和环境质量,都是化学元素以各种形式通过不同途径多次迁移、沉淀的结果。这种过程至今仍在继续,并将不断进行下去。
  搞清元素的迁移形式、迁移途径和迁移的影响因素有助于科学探索和生产实践。因此,元素迁移的研究具有重要的理论和实际意义。其研究结果应用极广,包括对各种自然系统,如天体和地壳演化,矿物、岩石、沉积物、矿床的成因研究,对各种自然资源的预测、勘查、开发和综合利用以及对环境污染的预防和监测等。
  参考书目
 南京大学地质系编:《地球化学》,科学出版社,北京,1979。
 赵伦山、张本仁编著:《地球化学》,地质出版社,北京,1988。
 R.M.Garrels and C.L.Christ,Solutions,Minerals and Equilibria,Harper,New York,1965.

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更新时间 : 2009-03-24

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