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Geochemie I. WS 2006/2007. Prof. Dr. K. Mengel. Institut für Mineralogie und mineralische Rohstoffe. Tab.1Die 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 100Massen-%entspricht10 6 Teilen in 10 6 Teilen

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Presentation Transcript


Geochemie i

Geochemie I

WS 2006/2007

Prof. Dr. K. Mengel

Institut für Mineralogie und mineralische Rohstoffe


Geochemie i

Tab.1Die 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


Geochemie i

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

100Massen-%entspricht106Teilen in 106 Teilen

„ 106ppm

10Massen-%„ 105ppm

1Massen-%„ 104ppm

0,1Massen-%„ 1000ppm

0,01Massen-%„ 100ppm

1ppm„ 1000ppb

0,01ppm„ 10ppb

0,001ppm„ 1ppb

0,001ppb„ 1ppt

Beispiele:

5400ppm=0,54Massen-%

1630ppb=1,63ppm

0,028ppm=28ppb

2560ppt=2,56ppb


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Tab.2 Die am häufigsten betrachteten Nebenbestandteile und Spurenelemente

最常见的微量元素和其它成分


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Tab.3 gegenseitiger Ersatz von chemischen Hauptkomponenten

在晶格中能互相替换的化学元素


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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


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Periodensystem der Elemente元素周期表


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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+


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Mischkristalle 混合晶

1. Beispiel:Olivin (Mg,Fe)2SiO4例一:橄榄石

EndgliedForsteritMg2SiO4

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.


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Mischkristalle 混合晶

2. Beispiel: Feldspäte例二: 长石

EndgliedKalifeldspat (Orthoklas) KAlSi3O8

EndgliedNatriumfeldspat (Albit)NaAlSi3O8

EndgliedCalciumfeldspat (Anorthit)CaAl2Si2O8

Or

Al

An


Geochemie i

Mischkristalle 混合晶

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

EndgliedDiopsidCaMgSi2O6

EndgliedHedenbergitCaFeSi2O6

EndgliedEnstatitMg2Si2O6

EndgliedFerrosilitFe2Si2O6

Cpx

Mischungslücke

Opx


Geochemie i

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.


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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


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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-.


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  • 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


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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)


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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)


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Logarithmische Darstellung der Häufigkeit der Elemente im Kosmos

元素出现机率的对数表示


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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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Tab.6 Schalenaufbau der Erde 地球的层状构造


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Tab.7 Erdkern 地核


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Tab.8 Chemische Hauptkomponenten Erdmantel: 地幔主要化学成分:


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Tab.9 Spurenelemente Erdmantel: 地幔的微量元素


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Tab.10Chemische Zusammensetzung der ozeanischen Kruste:

海洋地壳的化学组成:


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Tab.11 Spurenelemente in der ozeanischen Kruste: 海洋地壳的微量元素


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Ozeanische Kruste海洋地壳


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Tab.12Chemische Zusammensetzung der Kontinentalen Kruste:

大陆地壳的化学组成:


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Tab.13 Spurenelemente in der kontinentalen Kruste: 大陆地壳的微量元素


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Kontinentale Kruste 大陆地壳


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Tab.14 Chemische Hauptkomponenten von Granitoiden:


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Tab.15 Spurenelemente in Granitoiden:


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Tab.16 Chemische Zusammensetzung von Sedimentgesteinen:

沉积岩的化学成分:


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Tab.17 Spurenelemente in der kontinentalen Kruste:


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Tab.18 Chemische Zusammensetzung des Meerwassers 海水的化学成分


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