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水圈的化学演化

2021-04-07 20:14动植物百科 人已围观

简介[拼音]:shuiquan de huaxue yanhua [外文]:chemical evolution of the hydrosphere 水圈的形成及其在地球历史中化学成分的变化。水圈指地球表层各种水体的总称。它包括海洋、河流、湖泊、冰川、积...

水圈的形成及其在地球历史中化学成分的变化。水圈指地球表层各种水体的总称。它包括海洋、河流、湖泊、冰川、积雪等地表水,地下水和大气中的水。水圈中的水在太阳辐射和重力作用下,以蒸发、降水和径流方式不断循环。在这一过程中水对岩石矿物进行着改造,使原来不稳定的矿物溶解,使元素重新活化,迁移、分异和沉淀,形成新的地表条件下稳定的矿物组合,在有利条件下形成各种矿产。另一方面,在循环过程中水不断地与岩石发生各种复杂的化学反应,改变着自己的化学组成和性质。

水圈和气圈都是地球内部物质长期熔融分异释放到地面上来的挥发性产物,在地球引力场作?a 224/271348.html' target='_blank' style='color:#136ec2'>孟禄巯吕葱纬傻摹5厥吩缙冢嘟裨?6~40亿年间,地球物质的熔融分异作用进行得很剧烈,去气作用强烈频繁,地表气温高于水沸点,所有的挥发性气体都积聚在大气中形成稠密的火山气圈(见大气圈的化学演化)。总大气压约在100个大气压左右,其中水蒸气分压最高,二氧化碳分压居第二位,含大量强酸性气体和还原性气体,炽热潮湿,没有水圈和水的循环。

大约距今40亿年,火山去气作用开始减弱,气温下降导致火山气圈冷凝,生成了水圈。原始海水具有强酸性和强还原性,其pH值约为 0.3,Eh值也低至足以使大量铁、锰、铜、硫等元素呈低价离子形式 (Fe2+、Mn2+、Cu+、S2-)运移,并汇聚于海盆形成沉积矿床。水圈由地史早期的强酸性和强还原性向地史晚期的弱碱性和强氧化条件的演化贯穿在整个地质历史中,并伴随着火山-沉积旋回而频繁波动。在火山去气作用期间,大量强酸性气体 (HCl、HF、SO2、H2S等)和还原性组分(CO、CH4、H2、NH3、H2S等)喷到地表,使大气和水圈迅速变为相应的强酸性和还原性;随后在火山间歇期,风化淋滤作用和海解作用又使海水pH值升高,向碱性发展;水的光解反应和绿色植物的光合作用不断生成游离氧,对还原组分氧化消耗,又使水圈向氧化环境转化。火山去气作用期间形成强酸性和还原性雨水的风化淋滤条件,使大量铁、铝、锰、铜、铅、锌离子 (Fe2+、Al3+、Mn2+、Cu+、Pb2+、Zn2+)和硅酸、磷、钒、钼、钨等活化迁移;火山间歇期又形成pH值较高和偏氧化的饱含二氧化碳气雨水的风化淋滤条件,使铀酰络合离子(UO卂)、铜离子(Cu2+)、硫酸根离子(SO厈)等活化迁移。它们到达海盆以后,将伴随海水pH、Eh值的波动分异沉淀,形成沉积矿床和矿源层。

距今26亿年的太古宙,海水pH值一直很低,CO2在海水中溶解度低,且不能通过海水形成碳酸盐沉淀。火山作用释放出的CO2都富集在大气中,形成稠密的 CO2大气圈。这个阶段多为强酸性和还原性雨水的风化淋滤条件,各种元素大量活化迁移,海底热液也为海水成矿作用提供了大量矿质来源。这个时期风化壳矿床不发育,主要形成铁、铝、钛、锆、金和硅石等惰性元素的沉积矿床。

距今26~6亿年间的元古宙,地球去气作用进一步减弱,火山间歇期增长,海水化学环境的演化随火山-沉积旋回具有强烈波动的特点,且在火山间歇期海水pH值、Eh值升高,变为弱酸性和弱还原至弱氧化性海水,导致碳酸盐等一系列弱酸盐的沉淀。这个阶段形成的主要沉积矿床有鞍山式条带状铁硅建造,铁、镁、锰的碳酸盐矿床,白云岩、灰岩,铁铜铅锌等多金属硫化物矿床,硼酸盐、稀土和磷酸盐等矿床。

地史晚期,大约距今6亿年开始,地球去气作用大大减弱,地壳逐渐趋于稳定。海水pH值、Eh值进一步上升,变为弱碱性和强氧化性海水环境。随着海水pH值上升,CO2周期性地向沉积圈转移,大气CO2分压随之降低,到现在已降至0.03%大气压,并与海水保持着动态平衡。CO2含量的降低和游离氧在大气中积累的结果又使大气逐渐变为N2-O2型气圈。雨水pH值进一步升高的结果,导致铁、铝、锰风化壳矿床的广泛发育和陆表厚大土壤层的形成,后者又成为动植物在陆地发生发展的基础。风化淋滤作用中元素带出强度的减弱,使海水中的成矿作用规模收缩。在现代表生条件下,在pH值较高和强氧化的表生水中一些元素仍能活化迁移,如被粘土矿物吸附弱的钙、镁、钠、钾、氯、硫酸根等离子(Ca2+、Mg2+、Na+、K+、Cl-、SO厈)能在海水中大量富集,在有利条件下形成碳酸盐、石膏和食盐等沉积矿产。有机界的发展、有机质的埋藏和转化又为煤、石油、天然气等有机矿产的形成提供了条件。

不同地质时期,海底不同成因的热液是海水成矿的重要物质来源。特别是伴随内生岩浆分异、岩石变质和混合岩化等作用形成的,与地球去气作用有关的热液,因具酸性和还原性而溶解着大量成矿物质,进入海水后,一方面影响海水化学环境,同时带入的成矿物质又受海水化学环境的制约分异沉淀。地史早期海水pH值、Eh值低,热液与海水的化学性质差别较小,热液带入的成矿物质在海水中运移较远,常与海水溶解的成矿物质一起分异沉淀而多显沉积特征;地史晚期海水pH值、Eh值相对较高,热液进入海水后迅速被中和和被氧化,带入的成矿物质运移不远甚至就地沉淀,多显热液成矿特征。

水圈是地球物质演化分异的产物,水圈化学性质的演化,和地球内部物质的演化一样是一个不可逆的历史演变过程。


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