微量元素的地球化学行为

如题所述

从所分析的12个微量元素含量在碳酸盐岩红色风化壳剖面中的分布(图1-4)来看,除Sr以外,其他11个微量元素Cu、Pb、Zn、Ni、Co、Cr、Rb、F、B、As和Cl在碳酸盐岩风化成土过程中都有不同程度的富集。各剖面微量元素含量的变化基本上没有出现明显的过渡趋势,仅在剖面底部岩土界面附近几个样品之间部分微量元素存在一定的过渡演化特征,说明在碳酸盐岩风化成土过程中微量元素经历了较为强烈的均一化作用,微量元素大都发生了迁移和再分配,不同微量元素或同一微量元素在红色风化壳剖面的不同地带存在较大的含量变化。这是在碳酸盐岩风化成土过程中微量元素演化的两个共同特征。同时,由于受碳酸盐岩中微量元素的原始丰度、风化条件(如气候、水文、地质等)、介质环境(pH、Eh等)以及微量元素本身地球化学性质的差异,在碳酸盐岩风化成土过程中微量元素的地球化学行为也存在明显差异。根据波雷诺夫(Б.Б.Ποлынов,1934,1948)和佩雷尔曼(А.И.Πерельман,1962)的研究,可将本书分析的12个微量元素大致分为三大类:活动性强(B、Cl、Sr、F)、活动性弱(Rb、As、Cu、Pb、Zn、Ni)和惰性(Cr、Co)。

硼(B)、氯(Cl)、锶(Sr)、氟(F)是较典型的活动性微量元素,除Sr以外,B、Cl和F都属于矿化剂及卤素元素,在风化成土过程中具有相似的地球化学行为。B是亲石元素,易溶解于溶液中,在水溶液pH为4.7~6.7时溶解性最高,常形成离子在水中迁移。B在风化壳中的迁移与碳酸盐岩风化程度及风化壳的粘土矿物和氧化铁(氢氧化铁)矿物含量有密切关系,因为B很易被二八面体型粘土矿物(如高岭石、伊利石)和针铁矿等氢氧化铁矿物吸附,从而在风化壳中达到富集。在风化壳剖面中B的含量分布与八面体型粘土矿物高岭石、伊利石和针铁矿等氢氧化铁矿物的增长呈正相关。Cl主要赋存于碳酸盐岩的副矿物中(如磷灰石),碳酸盐岩经风化以后,Cl被溶解析出。由于Cl-溶解度较大,易溶解于水中,呈Cl的阴离子或络阴离子的化合物形式,随水溶液迁移,一部分被矿物表面吸附,在风化壳中相对富集。F是所有元素中电负性最强的元素,碳酸盐岩中的F在亚热带温暖湿润的气候条件下,极易被溶解进入水溶液中迁移。由于碳酸盐岩红色风化壳中广泛发育对F具有吸附性的针铁矿,控制了碳酸盐岩风化成土过程中F的地球化学行为,使碳酸盐岩红色风化壳对F具有较强的吸附能力和吸附容量。本书将在有关章节对这一问题进行专门论述。

Sr虽然与B、Cl、F同为活动性微量元素,但Sr在碳酸盐岩风化成土过程中的地球化学行为与活动性主量元素Ca极为相似,两者在碳酸盐岩红色风化壳中的分布特征也极为相似(图1-3、图1-4),都具有相似的地球化学演化历程,其含量随红色风化壳风化程度的加深而减少。

铷(Rb)、砷(As)、铜(Cu)、镍(Ni)、铅(Pb)、锌(Zn)同属风化壳中活动性较弱的微量元素,在风化壳剖面上的分布也具有相似的分异性特征和变化特点,反映它们具有相似的地球化学行为和演化历程。但Pb、Zn在剖面上的分布特征与Rb、As、Cu、Ni有所不同,Pb、Zn主要富集于红色风化壳的岩土过渡带附近,这可能与碳酸盐岩红色风化壳岩土过渡带附近具有较高的pH值及粘土矿物的吸附作用有关,因为Pb、Zn在水溶液中的溶解度都具有随pH增大而降低的特点。在同样条件下的水溶液中,Zn较Pb具有更大的溶解度和迁移能力。因此,在红色风化壳中Zn常较Pb具有更广泛的分布范围和更高的富集程度。

虽然铬(Cr)、钴(Co)在元素周期表中与Cu、Ni同属过渡族元素,具有相似的元素地球化学性质;但是在碳酸盐岩风化成土过程中具有不同的地球化学特征和活动性,其活动性较Cu、Ni更弱,属于惰性元素。在碳酸盐岩红色风化壳中,Cr、Co主要富集于剖面中上部,并表现出很强的亲铁性,与剖面中氧化铁矿物含量变化具有较好的相关性。在表层环境中,Cr、Co主要被粘土矿物吸附,常呈有机态形式存在。

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