丰度

研究體系中被研究元素的相對含量

元素丰度(abundance of elements)是指研究體系中被研究元素的相對含量,用重量百分比表示,地殼元素的丰度又稱為克拉克值

定義


一種化學元素在某個自然體中的重量占這個自然體總重量的相對份額(如百分數),稱為該元素在自然體中的丰度。
同位素在自然界中的丰度,又稱天然存在比,指的是該同位素在這種元素的所有天然同位素中所佔的比例。丰度的大小一般以百分數表示。人造同位素的丰度為零。
周期表上所列的原子量實際上是各種同位素按丰度加權的平均值,這是因為各種同位素在自然界中往往分佈的比較均勻,取平均值計算比較準確。

元素丰度


丰度
丰度
(1)克拉克值:是地殼中元素的重量百分數的丰度單位。
(2)區域克拉克值:是指地殼不同構造單元中元素的丰度值,如克拉通地殼元素丰度值。
(3)丰度係數 :是指某一自然體的元素丰度與另一個可作為背景的自然體的元素丰度的比值。
例:以地球丰度為背景,則地殼中該元素的丰度係數定義為:
K=地殼丰度/地球丰度;
當K>1時,稱為富集,當K<1時,稱為虧損。
即元素的相對含量,是在證認的基礎上根據譜線相對強度或輪廓推算出來的。結果表明,絕大多數恆星的元素丰度基本相同:氫最豐富,按質量計約佔71%;氦次之,約佔27%;其餘元素約合佔2%。這稱為正常丰度。有少數恆星的元素丰度與正常丰度不同,一般說來,這與恆星的年齡有關。
各種元素(或核素)的數密度的相對值。元素的丰度可以用列表法或作圖法給出。在列表或作圖時,通常都把硅(Si)的丰度值取為10,其他核素的丰度值按比例確定。作圖時,通常取核素的質量數為橫坐標,丰度值為縱坐標,用折線或曲線把圖中的點連起來,所得的曲線稱為元素的丰度曲線。它反映元素按質量數的分佈規律。
因此,元素丰度就是化學元素在一定自然體中的相對平均含量。如元素的地殼丰度,元素的地球丰度,元素的太陽系丰度等。如果這個自然體佔據一個較小的空間位置時,習慣上稱為元素的平均含量。如玄武岩中元素的平均含量,某礦區中元素的平均含量等。
地球化學的體系:泛指一定範圍內或同類的事物按照一定的秩序和內部聯繫組合而成的整體,體系可大可小。

發現歷史


自從1889年F.W.克拉克發表元素在地殼中的平均含量的資料以來,人們已經積累了大量有關隕石太陽、恆星、星雲等各種天體中元素及其同位素分佈的資料。1937年,戈爾德施米特首次繪製出太陽系的元素丰度曲線。1956年,修斯尤里根據地球、隕石和太陽的資料繪製出更詳細、更準確的元素丰度曲線。1957年,伯比奇夫婦、福勒和霍伊爾就是以該丰度曲線為基礎,提出他們的核合成假說的。四十年代,人們只知道大多數恆星的化學組成與太陽相似,因而就認為分佈在整個宇宙的元素丰度可能是一樣的。但是,後來的研究發現,在不同類型的恆星上,元素的分佈有很大的差異。目前,有關元素丰度的資料,主要是太陽系內的天體的,但也有一些其他天體的。1973年,卡梅倫綜合了許多人的工作,繪製了一個更廣泛的太陽系的元素丰度分布圖。

地殼元素丰度


元素
化學
符號
大陸上地殼大陸中地殼大陸下地殼大陸地殼整體大洋地殼
產量
O46.60%47.40%46%46.71%46.1%100,000,000 噸
Si27.72%27.71%27%27.69%28.2%3,880,000 噸
Al8.13%8.20%8.2%8.07%8.23%15,000,000 噸
Fe5.00%4.10%6.3%5.05%5.63%716,000,000 噸
Ca3.63%4.10%5.0%3.65%4.15%112,000,000 噸 (CaO)
Na2.83%2.30%2.30%2.75%2.36%200,000 噸
K2.59%2.10%1.50%2.58%2.09%200 噸
Mg2.09%2.30%2.90%2.08%2.33%350,000 噸
Ti0.44%0.56%0.66%0.62%0.56%99,000 噸
H0.14%N/A0.15%0.14%0.14%
P0.12%1000 ppm1000 ppm1300 ppm1050 ppm153,000,000 噸
Mn0.10%950 ppm1100 ppm900 ppm950 ppm6,220,000 噸
F0.08%950 ppm540 ppm290 ppm585 ppm
Ba500 ppm340 ppm500 ppm425 ppm6,000,000 噸
C0.03%480 ppm (0.048%)1800 ppm (0.18%)940 ppm200 ppm (0.020%)8,600,000,000 噸
Sr370 ppm360 ppm370 ppm137,000 噸
S0.05%260 ppm420 ppm520 ppm350 ppm54,000,000 噸
Zr190 ppm130 ppm250 ppm165 ppm7,000 噸
W160.6 ppm190 ppm1.25 ppm (?)45,100 噸
V0.01%160 ppm190 ppm120 ppm7,000 噸
Cl0.05%130 ppm170 ppm450 ppm145 ppm
Cr0.01%100 ppm140 ppm350 ppm102 ppm4,000,000 噸
Rb0.03%90 ppm60 ppm90 ppm只作研究用途
Ni80 ppm90 ppm190 ppm84 ppm1,300,000 噸
Zn痕量75 ppm79 ppm70 ppm5,020,000 噸
Cu0.01%50 ppm68 ppm60 ppm6,450,000 噸
Ce68 ppm60 ppm66.5 ppm24,000 噸
Nd38 ppm33 ppm41.5 ppm7,300 噸
La32 ppm34 ppm39 ppm12,500 噸
Y30 ppm29 ppm33 ppm400 噸
N0.005%25 ppm20 ppm19 ppm44,000,000 噸
Co痕量20 ppm30 ppm25 ppm17,000 噸
Li20 ppm17 ppm20 ppm39,000 噸
Nb20 ppm17 ppm20 ppm15,000 噸
Ga18 ppm19 ppm19 ppm30 噸
Sc16 ppm26 ppm22 ppm0.50 噸
Pb14 ppm10 ppm14 ppm2,800,000 噸
Sm7.9 ppm6 ppm7,05 ppm700 噸
Th12 ppm6 ppm9.6 ppm31,000 噸
Pr9.5 ppm8.7 ppm9.2 ppm2400 噸
B痕量950 ppm (?)8.7 ppm10 ppm1,000,000 噸
Gd7.7 ppm5.2 ppm6.2 ppm400 噸
Dy6 ppm6.2 ppm5.2 ppm100 噸
Hf5.3 ppm3.3 ppm3.0 ppm50 噸
Er3.8 ppm3.0 ppm3.5 ppm500 噸
Yb3.3 ppm2.8 ppm3.2 ppm50 噸
Cs3 ppm1.9 ppm3 ppm20 噸
Be2.6 ppm1.9 ppm2.8 ppm364 噸
Sn痕量2.2 ppm2.2 ppm2.3 ppm165,000 噸
Eu2.1 ppm1.8 ppm2.0 ppm400 噸
U1.8 ppm2.7 ppm
Ta2 ppm1.7 ppm2.0 ppm840 噸
Ge1.8 ppm1.4 ppm1.5 ppm80 噸
Mo痕量1.5 ppm1.1 ppm1.2 ppm80,000 噸
As1.5 ppm2.1 ppm1.8 ppm47,000 噸
Ho1.4 ppm1.2 ppm1.3 ppm10 噸
Tb1.1 ppm0.94 ppm1.2 ppm10 噸
Tm0.48 ppm0.45 ppm0.52 ppm50 噸
Br0.37 ppm3 ppm2.4 ppm330,000 噸
Tl0.6 ppm0.530 ppm0.850 ppm30 噸
Sb0.2 ppm0.2 ppm0.2 ppm53,000 噸
I痕量0.14 ppm0.490 ppm0.450 ppm12,000 噸
Cd0.11 ppm0.15 ppm0.15 ppm13,900 噸
Ag0.070 ppm0.080 ppm0.075 ppm9950 噸
Hg0.05 ppm0.067 ppm0.085 ppm8400 噸
Se痕量0.05 ppm0.05 ppm0.05 ppm600 噸
In0.049 ppm0.160 ppm0.250 ppm75 噸
Bi0.048 ppm0.025 ppm0.0085 ppm6000 噸
Te0.005 ppm0.001 ppm0.001 ppm215 噸
Pt0.003 ppm0.037 ppm0.005 ppm30 噸
Au0.0011 ppm0.0031 ppm0.004 ppm1,400 噸
Ru0.001 ppm0.001 ppm0.001 ppm0.12 噸
Pd0.0006 ppm0.0063 ppm0.015 ppm24 噸
Re0.0004 ppm0.0026 ppm0.0007 ppm4.5 噸
Rh0.0002 ppm0.0007 ppm0.001 ppm3 噸
Os0.0001 ppm0.0018 ppm0.0015 ppm0.06 噸
Ir0.0000003 ppm (?)0.0004 ppm0.001 ppm3 噸