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Geochemie I

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Geochemie I. WS 2006/2007. Prof. Dr. K. Mengel. Institut für Mineralogie und mineralische Rohstoffe. Tab.1 Die chemischen Hauptkomponenten folgender Elemente als Oxide 矿物与岩石的主要化学成分 , 以其主要元素的氧化物来表示. Kasten 1: Massen-%, ppm, ppb, ppt 100 Massen-% entspricht 10 6 Teilen in 10 6 Teilen

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geochemie i

Geochemie I

WS 2006/2007

Prof. Dr. K. Mengel

Institut für Mineralogie und mineralische Rohstoffe

slide3

Tab.1 Die chemischen Hauptkomponenten folgender Elemente als Oxide

矿物与岩石的主要化学成分, 以其主要元素的氧化物来表示

slide4

Kasten 1: Massen-%, ppm, ppb, ppt

100 Massen-% entspricht 106 Teilen in 106 Teilen

„ 106 ppm

10 Massen-% „ 105 ppm

1 Massen-% „ 104 ppm

0,1 Massen-% „ 1000 ppm

0,01 Massen-% „ 100 ppm

1 ppm „ 1000 ppb

0,01 ppm „ 10 ppb

0,001 ppm „ 1 ppb

0,001 ppb „ 1 ppt

Beispiele:

5400 ppm = 0,54 Massen-%

1630 ppb = 1,63 ppm

0,028 ppm = 28 ppb

2560 ppt = 2,56 ppb

slide5

Tab.2 Die am häufigsten betrachteten Nebenbestandteile und Spurenelemente

最常见的微量元素和其它成分

slide6

Tab.3 gegenseitiger Ersatz von chemischen Hauptkomponenten

在晶格中能互相替换的化学元素

slide7

Tab.4 Beispiele für den Einbau von Spurenelementen auf Kristallgitterplätze von Hauptelementen

微量元素占有主要元素的晶格位置的一些例子

slide9

Kasten 2: Ionenradius und Ladung der Seltenen Erden (REE) 稀土元素的离子半径和价

In der Natur liegen die REE immer als dreiwertige Kationen vor, Ausnahmen sind

Ce4+ und Eu2+. Die Ionenradien der dreiwertigen REE nehmen von La bis Lu ab.

Die Differenz im Ionenradius zwischen La und Lu beträgt fast 20 %.

Wegen der sehr großen Ähnlichkeit benachbarter REE z. B. La und Ce oder Yb und Lu sind diese in ihrem geochemischen Verhalten sehr ähnlich. Jedoch kann das Ce4+ sehr deutlich unterschiedlich im Vergleich mit La3+ und Pr3+ reagieren. Dies ist der Fall bei stark oxidierenden Bedingungen. Bei reduzierenden Bedingungen wird das Verhalten von Eu2+ entkoppelt von den benachbarten REE Sm3+ und Gd3+.

Eu2+

Ce4+

slide10

Mischkristalle 混合晶

1. Beispiel: Olivin (Mg,Fe)2SiO4 例一:橄榄石

Endglied Forsterit Mg2SiO4

Endglied Fayalit Fe2SiO4

Mg2SiO4 Mg1.5Fe0.5SiO4 MgFeSiO4 Mg0.5Fe1.5SiO4 Fe2SiO4

100% 75% 50% 25% 0 % Mg

0% 25% 50% 75% 100 % Fe

Die Mischung beider Endglieder ist lückenlos.

slide11

Mischkristalle 混合晶

2. Beispiel: Feldspäte 例二: 长石

Endglied Kalifeldspat (Orthoklas) KAlSi3O8

Endglied Natriumfeldspat (Albit) NaAlSi3O8

Endglied Calciumfeldspat (Anorthit) CaAl2Si2O8

Or

Al

An

slide12

Mischkristalle 混合晶

3. Beispiel: Pyroxene (Ca,Fe,Mg)2Si2O6

Endglied Diopsid CaMgSi2O6

Endglied Hedenbergit CaFeSi2O6

Endglied Enstatit Mg2Si2O6

Endglied Ferrosilit Fe2Si2O6

Cpx

Mischungslücke

Opx

slide13

T [°C]

T [°C]

1400

1400

1200

1200

Solvus

1000

1000

Enss + Diss

800

800

600

600

0.5

0.2

0.8

Enstatit

Diopsid

Kasten 3: Mischungslücken und Solvus 混溶空隙区与完全混溶界

Die Mischungsverhältnisse von Endgliedern kann u. a. von Temperatur und Druck abhängen. Oft steigt mit zunehmender Temperatur die Mischbarkeit von Endgliedern. In einem T-X-Diagramm beschreibt der Solvus die Temperaturkurve, oberhalb welcher eine vollständige Mischbarkeit vorhanden ist. Die Fläche unterhalb des Solvus beschreibt die Mischungslücke.

Beispiel:

Diopsid CaMgSi2O6 und Enstatit Mg2Si2O6

Innerhalb der Mischungslücke koexistieren

also zwei Minerale: Enstatit mit geringen

Gehalten von Diopsid im Gitter (Enss) und

Diopsid mit geringen Gehalten von Enstatit

im Gitter (Diss); ss steht für solid solution.

Die Anteile von Di in En und von En in Di

sind temperaturabhängig.

slide14

Mg2+

Ni2+

SiO44-

Spurenelemente: kompatibel vs. inkompatibel 微量元素: 兼容与不兼容

Beispiel 1: Silikatische Schmelze mit Mg2+, SiO4- (Hauptkomponenten) und Ni2+ (Spurenelement) in Lösung und koexistierendem Kristall Mg2SiO4 [Cs(Ni) > Cl(Ni)].

例一: 含有Mg2+, SiO4-(主要成分) 和 Ni2+(微量元素)的硅酸盐熔化液处于液体和

晶体Mg2SiO4 [Cs(Ni) > Cl(Ni)] 共存中

slide15

Na+

Br-

Cl-

Spurenelemente: kompatibel vs. inkompatibel 微量元素: 兼容与不兼容

Beispiel 2: In einem stark eingedunsteten Meerwasser mit den Hauptkomponenten Na+ und Cl- kristallisiert das Mineral Halit (NaCl). Br- ist als Spurenelement in der Meerwasser-Lösung vorhanden.

例二: 海水(含主要成分Na+和Cl-)蒸发后, 结晶出NaCl. 海水含有微量的溴Br-.

slide16

Cl bei inkompatiblem Verhalten eines Spurenelements

C0

0

1.0

f

  • Cl bei kompatiblem Verhalten eines Spurenelements

C0

0

1.0

f

Kasten 4: Spurenelementanreicherung und -Verarmung in einer Flüssigkeit im Gleichgewicht mit einem Festkörper

在液体与固体的平衡中, 微量元素在液体中的加浓和减贫

slide17

Tab.5 Kosmische Elementhäufigkeiten in Atomen pro 106 Atome Si

宇宙中元素的出现机率(每106个硅原子中的原子数)

slide18

Tab.5 Kosmische Elementhäufigkeiten in Atomen pro 106 Atome Si

(Fortsetzung 续表) 宇宙中元素的出现机率(每106个硅原子中的原子数)

slide19

Logarithmische Darstellung der Häufigkeit der Elemente im Kosmos

元素出现机率的对数表示

slide20

Erdkruste 地壳

3 – 10 km Tiefe bzw.

0 – 40 km Tiefe

Oberer Erdmantel 上地幔

40 – 670 km Tiefe

Unterer Erdmantel 下地幔

670 – 2900 km Tiefe

Erdkern 地核

2900 – 6300 km Tiefe

Schalenaufbau der Erde 地球的层状构造

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