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。
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。
丰度
(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。
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,修斯和尤里根據地球、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。
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 | 年 產量 |
氧 | O | 46.60% | 47.40% | 46% | 46.71% | 46.1% | 100,000,000 噸 |
硅 | Si | 27.72% | 27.71% | 27% | 27.69% | 28.2% | 3,880,000 噸 |
鋁 | Al | 8.13% | 8.20% | 8.2% | 8.07% | 8.23% | 15,000,000 噸 |
鐵 | Fe | 5.00% | 4.10% | 6.3% | 5.05% | 5.63% | 716,000,000 噸 |
鈣 | Ca | 3.63% | 4.10% | 5.0% | 3.65% | 4.15% | 112,000,000 噸 (CaO) |
鈉 | Na | 2.83% | 2.30% | 2.30% | 2.75% | 2.36% | 200,000 噸 |
鉀 | K | 2.59% | 2.10% | 1.50% | 2.58% | 2.09% | 200 噸 |
鎂 | Mg | 2.09% | 2.30% | 2.90% | 2.08% | 2.33% | 350,000 噸 |
鈦 | Ti | 0.44% | 0.56% | 0.66% | 0.62% | 0.56% | 99,000 噸 |
氫 | H | 0.14% | N/A | 0.15% | 0.14% | 0.14% | |
磷 | P | 0.12% | 1000 ppm | 1000 ppm | 1300 ppm | 1050 ppm | 153,000,000 噸 |
錳 | Mn | 0.10% | 950 ppm | 1100 ppm | 900 ppm | 950 ppm | 6,220,000 噸 |
氟 | F | 0.08% | 950 ppm | 540 ppm | 290 ppm | 585 ppm | |
鋇 | Ba | 500 ppm | 340 ppm | 500 ppm | 425 ppm | 6,000,000 噸 | |
碳 | C | 0.03% | 480 ppm (0.048%) | 1800 ppm (0.18%) | 940 ppm | 200 ppm (0.020%) | 8,600,000,000 噸 |
鍶 | Sr | 370 ppm | 360 ppm | 370 ppm | 137,000 噸 | ||
硫 | S | 0.05% | 260 ppm | 420 ppm | 520 ppm | 350 ppm | 54,000,000 噸 |
鋯 | Zr | 190 ppm | 130 ppm | 250 ppm | 165 ppm | 7,000 噸 | |
鎢 | W | 160.6 ppm | 190 ppm | 1.25 ppm (?) | 45,100 噸 | ||
釩 | V | 0.01% | 160 ppm | 190 ppm | 120 ppm | 7,000 噸 | |
氯 | Cl | 0.05% | 130 ppm | 170 ppm | 450 ppm | 145 ppm | |
鉻 | Cr | 0.01% | 100 ppm | 140 ppm | 350 ppm | 102 ppm | 4,000,000 噸 |
銣 | Rb | 0.03% | 90 ppm | 60 ppm | 90 ppm | 只作研究用途 | |
鎳 | Ni | 80 ppm | 90 ppm | 190 ppm | 84 ppm | 1,300,000 噸 | |
鋅 | Zn | 痕量 | 75 ppm | 79 ppm | 70 ppm | 5,020,000 噸 | |
銅 | Cu | 0.01% | 50 ppm | 68 ppm | 60 ppm | 6,450,000 噸 | |
鈰 | Ce | 68 ppm | 60 ppm | 66.5 ppm | 24,000 噸 | ||
釹 | Nd | 38 ppm | 33 ppm | 41.5 ppm | 7,300 噸 | ||
鑭 | La | 32 ppm | 34 ppm | 39 ppm | 12,500 噸 | ||
釔 | Y | 30 ppm | 29 ppm | 33 ppm | 400 噸 | ||
氮 | N | 0.005% | 25 ppm | 20 ppm | 19 ppm | 44,000,000 噸 | |
鈷 | Co | 痕量 | 20 ppm | 30 ppm | 25 ppm | 17,000 噸 | |
鋰 | Li | 20 ppm | 17 ppm | 20 ppm | 39,000 噸 | ||
鈮 | Nb | 20 ppm | 17 ppm | 20 ppm | 15,000 噸 | ||
鎵 | Ga | 18 ppm | 19 ppm | 19 ppm | 30 噸 | ||
鈧 | Sc | 16 ppm | 26 ppm | 22 ppm | 0.50 噸 | ||
鉛 | Pb | 14 ppm | 10 ppm | 14 ppm | 2,800,000 噸 | ||
釤 | Sm | 7.9 ppm | 6 ppm | 7,05 ppm | 700 噸 | ||
釷 | Th | 12 ppm | 6 ppm | 9.6 ppm | 31,000 噸 | ||
鐠 | Pr | 9.5 ppm | 8.7 ppm | 9.2 ppm | 2400 噸 | ||
硼 | B | 痕量 | 950 ppm (?) | 8.7 ppm | 10 ppm | 1,000,000 噸 | |
釓 | Gd | 7.7 ppm | 5.2 ppm | 6.2 ppm | 400 噸 | ||
鏑 | Dy | 6 ppm | 6.2 ppm | 5.2 ppm | 100 噸 | ||
鉿 | Hf | 5.3 ppm | 3.3 ppm | 3.0 ppm | 50 噸 | ||
鉺 | Er | 3.8 ppm | 3.0 ppm | 3.5 ppm | 500 噸 | ||
鐿 | Yb | 3.3 ppm | 2.8 ppm | 3.2 ppm | 50 噸 | ||
銫 | Cs | 3 ppm | 1.9 ppm | 3 ppm | 20 噸 | ||
鈹 | Be | 2.6 ppm | 1.9 ppm | 2.8 ppm | 364 噸 | ||
錫 | Sn | 痕量 | 2.2 ppm | 2.2 ppm | 2.3 ppm | 165,000 噸 | |
銪 | Eu | 2.1 ppm | 1.8 ppm | 2.0 ppm | 400 噸 | ||
鈾 | U | 無 | 1.8 ppm | 2.7 ppm | |||
鉭 | Ta | 2 ppm | 1.7 ppm | 2.0 ppm | 840 噸 | ||
鍺 | Ge | 1.8 ppm | 1.4 ppm | 1.5 ppm | 80 噸 | ||
鉬 | Mo | 痕量 | 1.5 ppm | 1.1 ppm | 1.2 ppm | 80,000 噸 | |
砷 | As | 1.5 ppm | 2.1 ppm | 1.8 ppm | 47,000 噸 | ||
鈥 | Ho | 1.4 ppm | 1.2 ppm | 1.3 ppm | 10 噸 | ||
鋱 | Tb | 1.1 ppm | 0.94 ppm | 1.2 ppm | 10 噸 | ||
銩 | Tm | 0.48 ppm | 0.45 ppm | 0.52 ppm | 50 噸 | ||
溴 | Br | 0.37 ppm | 3 ppm | 2.4 ppm | 330,000 噸 | ||
鉈 | Tl | 0.6 ppm | 0.530 ppm | 0.850 ppm | 30 噸 | ||
銻 | Sb | 0.2 ppm | 0.2 ppm | 0.2 ppm | 53,000 噸 | ||
碘 | I | 痕量 | 0.14 ppm | 0.490 ppm | 0.450 ppm | 12,000 噸 | |
鎘 | Cd | 0.11 ppm | 0.15 ppm | 0.15 ppm | 13,900 噸 | ||
銀 | Ag | 0.070 ppm | 0.080 ppm | 0.075 ppm | 9950 噸 | ||
汞 | Hg | 0.05 ppm | 0.067 ppm | 0.085 ppm | 8400 噸 | ||
硒 | Se | 痕量 | 0.05 ppm | 0.05 ppm | 0.05 ppm | 600 噸 | |
銦 | In | 0.049 ppm | 0.160 ppm | 0.250 ppm | 75 噸 | ||
鉍 | Bi | 0.048 ppm | 0.025 ppm | 0.0085 ppm | 6000 噸 | ||
碲 | Te | 0.005 ppm | 0.001 ppm | 0.001 ppm | 215 噸 | ||
鉑 | Pt | 0.003 ppm | 0.037 ppm | 0.005 ppm | 30 噸 | ||
金 | Au | 0.0011 ppm | 0.0031 ppm | 0.004 ppm | 1,400 噸 | ||
釕 | Ru | 0.001 ppm | 0.001 ppm | 0.001 ppm | 0.12 噸 | ||
鈀 | Pd | 0.0006 ppm | 0.0063 ppm | 0.015 ppm | 24 噸 | ||
錸 | Re | 0.0004 ppm | 0.0026 ppm | 0.0007 ppm | 4.5 噸 | ||
銠 | Rh | 0.0002 ppm | 0.0007 ppm | 0.001 ppm | 3 噸 | ||
鋨 | Os | 0.0001 ppm | 0.0018 ppm | 0.0015 ppm | 0.06 噸 | ||
銥 | Ir | 0.0000003 ppm (?) | 0.0004 ppm | 0.001 ppm | 3 噸 |