太阳系元素丰度研究现状论文

自从1889年F.W.克拉克发表元素在地壳中的平均含量的资料以来﹐人们已经积累了大量有关陨石﹑太阳﹑恒星﹑星云等各种天体中元素及其同位素分布的资料。1937年﹐戈尔德施米特首次绘制出太阳系的元素丰度曲线。1956年﹐修斯和尤里根据地球﹑陨石和太阳的资料绘制出更详细﹑更准确的元素丰度曲线。1957年﹐伯比奇夫妇﹑福勒和霍伊尔就是以该丰度曲线为基础﹐提出他们的核合成假说的。四十年代﹐人们只知道大多数恒星的化学组成与太阳相似而就认为分布在整个宇宙的元素丰度可能是一样的。但是﹐后来的研究发现﹐在不同类型的恒星上﹐元素的分布有很大的差异。目前﹐有关元素丰度的资料﹐主要是太阳系内的天体的﹐但也有一些其他天体的。1973年﹐卡梅伦综合了许多人的工作﹐绘制了一个更广泛的太阳系的元素丰度分布图。丰度的大小一般以百分数表示。人造同位素的丰度为零。 周期表上所列的原子量实际上是各种同位素按丰度加权的平均值，这是因为各种同位素在自然界中往往分布的比较均匀，取平均值计算比较准确。

化学元素在一定自然体系中的相对平均含量。按照不同自然体系计算出来的元素丰度，有地壳元素丰度、地球元素丰度、太阳系元素丰度和宇宙元素丰度等。这些元素丰度分别反映出化学元素在地壳、地球、太阳系和宇宙物质中的相对平均含量。 元素丰度是地球化学和宇宙化学的基本研究课题，这方面的研究为这两门学科的形成和发展奠定了基础。研究地球及其各个地圈的元素丰度，属於地球化学的一个重要领域。经典地球化学就是在研究地壳元素丰度的基础上发展起来的。1889年美国化学家F.W.克拉克发表了第一篇关於元素地球化学分布的论文，将来自不同大陆岩石的许多分析数据分别求得平均值，进而得出陆壳中元素的丰度。为了表彰他的卓越贡献，国际地质学会将地壳元素丰度命名为“克拉克值”。 不同自然体系的元素丰度，是根据组成该体系的主要物质的化学成分，用加权平均法计算出来的。例如，岩石是组成地壳的主要物质，地壳元素丰度就是根据各种岩石的化学成分用加权平均法求得的。 在元素丰度表中列出的化学元素，通常都包括从原子序数为1的氢，到原子序数为92的铀。但其中一些含量很低，难以精确测定的元素丰度值尚不能算出。 计算元素丰度可以采用不同的单位，按照计算单位的不同，元素丰度可分为重量丰度、原子丰度和相对丰度。重量丰度以重量单位(如克/吨)表示；原子丰度以原子百分数表示；相对丰度以相对於 100万个硅原子的原子数表示，单位写作(原子数/106Si原子)。其中重量丰度是最基本的数据，它是直接从自然体系中主要物质的化学成分计算出来的数值，原子丰度和相对丰度都是根据重量丰度换算出来的。 用不同计算单位表示的元素丰度，各有不同的用途。例如，重量丰度常用来表示本自然体系的背景值，或用来求出任一元素在本自然体系中的分布量；原子丰度可用来求出各元素在本自然体系中的同位素丰度，以及原子或离子的体积百分数；相对丰度则主要是用来对比两个或两个以上自然体系的原子数。 在一些地球化学文献中，以ppm作为重量单位。它表示百万分之一。因此，1ppm=1克/吨=1×10-6。此外，由於宇宙元素丰度常以相对丰度表示，所以有人称相对丰度单位(原子数/106Si原子)为宇宙丰度单位，简写成Cau。 元素丰度的研究包括下列3方面的基本内容： 第一，研究元素丰度的计算方法，修订元素丰度的计算值。50年代以来，为了从根本上改进地壳元素丰度的计算方法，A.A.波尔德瓦尔特和..罗诺夫等先后提出了全球地壳模型；并计算了地壳的主要化学成分的平均值。从60年代起，黎彤等在计算中国岩浆岩平均化学成分的基础上，重新计算了地壳及其基本构造单元中的元素丰度，以后又求出地球及其地圈的元素丰度，从而初步建立起多层次的地球、地壳和区域地壳的元素丰度体系。 第二，揭露化学元素在自然界的分布规律，阐明形成这些规律的原因。例如，A.G.W.卡梅伦主要根据陨石化学分析以及恒星和星云光谱分析资料求得的宇宙元素丰度具有如下分布特徵和规律：氢和氦具有最大的丰度值，占全部元素重量的99％以上；各元素的宇宙丰度，具有随原子序数的增加而减少的总趋势；有些元素的丰度偏低，如锂、铍、硼和钪。有些元素的丰度则偏高，如铁、镍和铅；原子序数为偶数的元素，比其相邻两侧的原子序数为奇数的元素具有较高的丰度。恒星演化核合成理论认为，化学元素的各种核类，是在宇宙合成及恒星演化各个阶段中逐步合成的，从而形成了上述分布特徵和规律。 第三，研究元素丰度及其规律性的应用。如在研究太阳系起源和地球物质的化学演化等理论问题上的应用，以及在寻找、综合利用矿产资源和环境保护等实际问题上的应用。 参考书目 黎彤、倪守斌著：《地球和地壳的化学元素丰度》，地质出版社，北京，1990。