地球化學微量元素都有哪些

① 化學中常量元素和微量元素有哪些

已被確認與人體健康和生命有關的必需微量元素有18種，即有鐵、銅、鋅、鈷、錳、鉻、硒、碘、鎳、氟、鉬、釩、錫、硅、鍶、硼、銣、砷等。這每種微量元素都有其特殊的生理功能。

所謂微量元素，在環境地球化學中，是指僅佔地球組成部分的0.01%的60餘種元素，它們的含量一般在1×10-8～1×10-88之間。在醫學領域，從人體的結構來看，占人體總重量萬分之一以下者即為微量元素。

② 什麼是微量元素，都有哪些

元素是構成世界上萬物的基本要素。目前已知的元素有100多種，但人體中必不可少的僅25種。按照它們在體內的含量大致可分成兩類：凡是含量超過人體體重萬分之一的元素稱為宏量元素，共有11種，即碳、氫、氧、氮、磷、硫、鉀、鈉、氯、鈣、鎂，它們構成了人體體重的99.95
%；另外14種元素即鐵、鋅、銅、碘、氟、錳、鉬、鈷、鉻、硒、錫、硅、鎳、釩，它們每一種的含量都不滿體重的萬分之一，故稱為微量元素。
微
量元素在體內的含量很少，但它們參與體內各種酶或激素的合成，影響核酸的代謝，協助普通元素的輸送，調節人體的各項生理功能，所以不能缺乏，一旦缺乏便會
影響人體的新陳代謝，從而引起各種疾病。另外，體內微量元素過多也不好，會引起中毒，如人體對硒的正常需要量和中毒量之間相差不到10倍。
除了上面所提及的14種人體必需的微量元素外，還有一些微量元素在體內的含量已基本查清楚，但它們是否為人體所必需尚在研究中，如砷、鋇、鋰等。還有一些元素基本上已被認為對人類是有害的，如鉛、鎘、鈹等。

③ 什麼是微量元素,都包括哪些

微量元素指人體內含量介於體重0.01%-0.005%的元素。微量元素約有70種，包括鐵、碘、鋅、硒、氟、銅、鈷、鎘、汞、鉛、鋁、鎢、鋇、鈦、鈮、鋯、銣、鍺和稀土元素等，以上諸元素在體內不能產生與合成，需由食物來提供。
隨著科學的進展，人們的認識不斷擴大，微量元素的數量還會增加。微量元素的來源主要有食物和飲水。隨著工業化的發展，污染特別是工業污染也已成為微量元素攝入的一個重要來源，這種情況在礦區尤為嚴重。動物性食物中微量元素含量大於植物性食物，吸收也好於植物性食物。

④ 化學中常量元素和微量元素有哪些

已被確認與人體健康和生命有關的必需微量元素有18種，即有鐵、銅、鋅、鈷、錳、鉻、硒、碘、鎳、氟、鉬、釩、錫、硅、鍶、硼、銣、砷等。這每種微量元素都有其特殊的生理功能。
所謂微量元素，在環境地球化學中，是指僅佔地球組成部分的0.01%的60餘種元素，它們的含量一般在1×10-8～1×10-88之間。在醫學領域，從人體的結構來看，占人體總重量萬分之一以下者即為微量元素。

⑤ 什麼是微量元素,都包括哪些

微量元素是指在人體中含量低於0.01%-0.005%的元素，大約有70種，包括鐵、碘、鋅、硒、氟、銅、鈷、鎘、汞、鉛、鋁、鎢、鋇、鈦、鈮、鋯、銣、鍺等。

什麼是微量元素,都包括哪些

微量元素，又叫痕量元素，是相對主量元素來劃分的，雖然在人體內含量極其微小，但是具有強大的生物科學作用。

微量元素中的必需微量元素是生物體不可以缺少的元素，比如鉻、錳、硒等，其中諸元素在體內不能產生與合成，需由食物來提供。

微量元素的來源主要有食物和水，一般來說，動物性食物中的微量元素含量大於植物性食物。

⑥ 地球化學微量元素包括稀土元素嗎

稀有元素包括鋰、銣、銫、鈹、鋯、鉿、鈮、鉭8種元素,這些元素都屬於地殼中豐度值較低（除鋯外都低於4ppm）的親石元素，並常在酸性岩類或鹼性岩類的分異體或交代體中以多種獨立礦物形式富集。
典型分散元素如鍺、鎵、鉈、銦等
微量元素有許多同義詞和近義詞，如痕量元素、微跡元素、次要元素、少量元素、雜質元素、附屬（副）元素、稀有元素、分散元素等。
稀土就是化學元素周期表中鑭系元素——鑭(La）、鈰(Ce）、鐠(Pr）、釹(Nd）、鉕(Pm）、釤(Sm）、銪(Eu）、釓(Gd）、鋱(Tb）、鏑(Dy）、鈥(Ho）、鉺(Er）、銩(Tm）、鐿(Yb）、鑥(Lu），以及與鑭系的15個元素密切相關的元素—釔(Y)和鈧(Sc)共17種元素，稱為稀土元素。

⑦ 化學中常量元素和微量元素有哪些

所謂微量元素，在環境地球化學中，是指僅佔地球組成部分的0.01%的60餘種元素，它們的含量一般在1×10-8～1×10-88之間。在醫學領域，從人體的結構來看，占人體總重量萬分之一以下者即為微量元素。 微量元素在人體內含量甚微，總量不足體重的萬分之五。如鐵、鋅、銅、錳、鉻、硒、釩、碘等。隨著科學的進展，人們的認識不斷擴大，這些微量元素的數目還會增加。 人體需要的元素都要通過食物與飲水來供應，但是，無論是宏量無素或微量元素，決非韓信帶兵那樣「多多益善」。也就是說，必須嚴格地控制在某一水平，多了或少了都會有不良後果，甚至會引起疾病。 對每一種必需元素人體都有對應的酶來「管制」它，使元素按人體需要控制在一定濃度。如果人體某一元素少了，酶就對攝人某元素化合物進行加工，合成人體所需的某元素化會物；反之，如果攝入某元素過量，酶就會把它「驅逐出境」，以保證它在一定濃度范圍內。酶的這一工作保證元素的代謝和平衡。 由於酶在體內含量極微，所以人體調節元素代謝和平衡能力是有限的。這就要求人們應科學地攝人必需元素量，既不可太多，又不可太少，就是對宏量元素也是如此。例如人體攝入糖、脂肪等碳、氫、氧組成的化合物過量，也會得肥胖症、心血管病等；對微量元素同樣如此，例如鐵是微量元素，是紅血球主要成分，缺少它，人體血紅蛋白不易合成，導致貧血，但一旦多了，也會得多鐵症，嚴重者會「鐵中毒」死亡。 這里必須指出的是，有人對有毒無素和微量元素作用混淆不清，誤稱有毒無素為微量元素這是錯誤！同時，不可把微量元素稱為有毒或有害元素。下面舉二例來說明： 硒是微量元素，人體非它不可，它在人體內有抗細胞老化、抗癌等重要功能，如果缺硒就會導致心肌病變、貧血等疾病。但是，人體含硒量不可過高，過高也會引起惡心腹瀉和神經中毒。如每天硒攝人量超過0.0001克，人會中毒，直至死亡。又如砷也有類似情況。盡管硒和砷的化合物劇毒，人體需要量極少，但決不可稱它們為有毒元素 另外一例是，鎘是有害元素，常混入銅礦.鋅礦等礦物中，在冶煉過程中、進入廢渣,再被雨水沖刷進入河( 湖）水，被動植物吸收，造成鎘污染,當隔進入人體,會跟人體蛋白質結合成有毒的鎘硫蛋白,危害造骨功能,從而造成骨質疏鬆、骨萎縮變形、全身酸痛等。日本神通河兩岸常見的骨痛病，鎬是罪魁禍首。1972年世界衛生組織宣稱，人體缺乏排鎘功能，每日攝入量應為零，即不可攝入鎘，因此，不要因為在人體查到殘留的微量鎘而誤稱它為微量元素。一句話，鎘不可稱微量元素。 對微量元素，雖然人體需要很少，但不可忽視攝取，主要是要提倡科學的飲食結構，攝取必需的微量元素，目前我國獨生子女多，家庭常對他們過分寵愛，以致偏食，造成某些元素的缺乏，這是必須注意的。由於飲食結構不合理，美國兒童普遍缺鐵，而中國兒童不同程度的缺鋅。據上海有關部門統計，有75%兒童不同程度的缺鋅，這是發人深省的數字啊！因此，我們要提倡「樣祥吃，身體好」，同時還應多吃些粗糧、雜糧等。此外，要告誡孩子們不可偏食，更不可造成某些營養物過剩，保持營養平衡。 微量元素在人體中的主要功能是： 1運載常量元素，把大量元素帶到各組織中去。 2充當生物體內各種酶的活性中心，促進新陳代謝。酶在生物體內是許多化學反應必不可少的催化劑，而許多微量元素卻是酶的組成部分或激活劑。例如鋅與200多種酶的活性或結構有關。 3參與體內各種激素的作用。如鋅可以促進性激素的功能，鉻可促進胰島的作用等。 鐵。鐵在人體中含量約為4—5克。鐵在人體中的功能主要是參與血紅蛋白的形成而促進造血。在血紅蛋白中的含量約為72%。鐵元素在菠菜、瘦肉、蛋黃、動物肝臟中含量較高。 銅。正常成人體內含銅100—200毫克。其主要功能是參與造血過程；增強抗病能力；參與色素的形成。銅在動物肝臟、腎、魚、蝦、蛤蜊中含量較高；果汁、紅糖中也有一定含量。 鋅。對人體多種生理功能起著重要作用。參與多種酶的合成；加速生長發育；增強創傷組織再生能力；增強抵抗力；促進性機能。鋅在魚類、肉類、動物肝腎中含量較高。 氟。是骨骼和牙齒的正常成分。可預防齲齒，防止老年人的骨質疏鬆。含氟量較多的食物有糧食(小麥、黑麥粉)、水果、茶葉、肉、青菜、西紅柿、土豆、鯉魚、牛肉等。 硒。成年人每天約需0.4毫克。硒具有抗氧化，保護紅細胞的功用，並發現有預防癌症的作用。硒在小麥、玉米、大白菜、南瓜、大蒜和海產品中含量較豐富。 碘。通過甲狀腺素發揮生理作用，如促進蛋白質合成；活化100多種酶；調節能量轉換；加速生長發育；維持中樞神經系統結構。碘海帶、紫菜、海魚、海鹽等中含量豐富。 微量元素與人類健康有密切關系。它們的攝入過量、不足、或缺乏都會不同程度地引起人體生理的異常或發生疾病。微量元素最突出的作用是與生命活力密切相關，僅僅像火柴頭那樣大小或更少的量就能發揮巨大的生理作用。值得注意的是這些微量元素必須直接或間接由土壤供給。根據科學研究，到目前為止，已被確認與人體健康和生命有關的必需微量元素有18種，即有鐵、銅、鋅、鈷、錳、鉻、硒、碘、鎳、氟、鉬、釩、錫、硅、鍶、硼、銣、砷等。這每種微量元素都有其特殊的生理功能。盡管它們在人體內含量極小，但它們對維持人體中的一些決定性的新陳代謝卻是十分必要的。一旦缺少了這些必需的微量元素，人體就會出現疾病，甚至危及生命。國外曾有報道：機體內含鐵、銅、鋅總量減少，均可減弱免疫機制(抵抗疾病力量)，降低抗病能力，助長細菌感染，而且感染後的死亡率亦較高。微量元素在抗病、防癌、延年益壽等方面都還起著不可忽視的作用。

⑧ 微量元素組成及其地球化學特徵

1.微量元素組成

油頁岩中微量元素含量受多種因素控制，元素地球化學性質復雜，礦區不同層位油頁岩微量元素含量變化較大(表4-18)，以Ba含量最高，微量元素均未達到工業品位。油頁岩段中V、Cr、Co、Ga、Rb、Nb、Cs、Ba、Pb、Cu、Zn元素的平均含量較中-下煤層間油頁岩層明顯富集;Th、U、Ni、Zr元素平均含量與中-下煤層間油頁岩層很相近;中-下煤層間油頁岩層富集Sr元素。

2.微量元素地球化學特徵

微量元素Sr、Ba化學性質十分相似，它們均可以形成可溶性重碳酸鹽、氯化物和硫酸鹽進入水溶液中，與鍶相比，鋇的化合物溶解度要低如河水所攜帶的Ba²⁺在與SO^2-₄相遇時很容易形成難溶硫酸鋇而發生沉澱作用因而多數鋇元素在近岸沉積物中富集，碳酸鹽礦物對鍶的捕獲能力較強，因此，Sr/Ba值常用來作為區分淡水和鹹水的沉積標志，鹹水沉積時Sr/Ba＞1;淡水沉積時Sr/Ba＜1，礦區不同層位油頁岩Sr/Ba值為0.20～0.89，均小於1，說明其古鹽度很低，反映出湖水介質屬淡水內陸湖盆環境的特徵，通過分析比較，發現油頁岩段中部Sr/Ba比值變化較大，表明沉積水體的鹽度在一定范圍內具明顯的波動性，沉積環境也在不斷地變化。

表4-48 達連河礦區油頁岩微量元素分析結果表W_B10-6

表4-19 達連河礦區油頁段元素相關素數表

元素V、Cr、Co、Ni為鐵族微量元素，V、Ni含量與粘土礦物、有機質含量及沉積物沉積時含氧程度關系密切，一般V/Ni比值與沉積時氧化還原電位有關，礦區油頁岩V/Ni比值為1.14～6.17，總體反映的是弱氧化—弱還原的沉積環境。

3.微量元素的相關性

微量元素的相關性主要受元素的地球化學性質、沉積環境、表生作用及成岩作用的影響，這些作用使元素發生分異而相關性變差，礦區油頁岩段微量元素R型聚類分析結果表明(表4-19)，在相關系數檢驗水平是0.9時，REE與Co正相關，Al₂O₃與Rb、Cs、Zr、Nb、Cu、Zn相關性好，Cr與Ni正相關，而其他微量元素的相關性相對較差(圖4-18)，分析認為由於研究區古氣候、物源區母岩風化作用、沉積環境發生了較大變化，導致了微量元素之間的相關性呈現較復雜現象。

圖4-18 達連河礦區油頁岩段微量元素R型聚類分析圖

⑨ 微量元素概念

雖然微量元素豐度很低,只是組成我們所研究體系的很小一部分,由於以下原因,它們所提供的地球化學和地質學信息量的宏大與重要卻與它們的豐度不成比例。首先,微量元素的含量變化幅度遠大於主量元素,經常達到許多數量級 (圖5-1)。這是由於微量元素的含量變化范圍不像主量元素那樣受到限制或相互制約,後者總量之和必須達到100%,因此它們的含量不是獨立的,而是相互制約的。其次,微量元素涵蓋的元素種類遠大於主量元素。在大多數地球化學體系中,10 種或少於 10 種的主量元素構成了體系99%以上的組成,餘下80 種微量元素雖然含量所佔份額很低,但每個元素都有其特殊的化學性質,甚至是獨特的性質,每種元素的含量變化均蘊含著獨特的地球化學信息。因此微量元素所提供的信息量遠大於主量元素。第三,一個元素的含量越低,它的行為越有可能具有規則,即溶液化學的理想行為,越不易受到與其絕對豐度有關因素的影響。因此微量元素可以提供控制岩石演化外部變數的信息 (White,2013;Shaw,2006)。

圖5-1 西班牙中部 Pena Negar 雜岩體 83 個花崗岩類岩石的分析數據

(據Shaw,2006)

表明微量元素 Li和B的含量變化范圍超過2個數量級,而主量元素SiO₂ 和K₂ O的變化范圍則很小。微量元素含量對於形成條件的變化更為敏感

微量元素的行為變化很大,且有選擇性,對於主量元素不敏感的過程非常敏感。比如地幔中發生部分熔融的深度,地幔熔融形成熔體的組成與壓力的關系不大,即總是形成玄武岩漿。然而一定的微量元素對於部分熔融的深度卻十分敏感,這是由於微量元素的分配系數是壓力的函數。在更大尺度上,地幔的組成似乎是相對均一的,或者至少在產生玄武岩漿的那部分是均一的,實際情況也確實如此,因為僅僅根據形成的岩漿中的主量元素很難證明地幔的非均一性。與此形成鮮明對比,已有充分證據證明地幔中微量元素的濃度變化范圍相當大,微量元素特別是與同位素比值結合在一起,能夠提供顯示不同地幔儲庫變化的化學指紋。

什麼是微量元素? 從字面意思上,是指以低豐度存在於岩石、礦物或流體中的元素。一般習慣於將各種地質體系中呈微量或痕量 (<0.1%)的元素稱為微量元素。地球化學中的主量元素 (major elements)是指使得地球化學樣品具有鮮明特點,即構成樣品中主要礦物的元素。例如,燧石灰岩中的主量元素包括Ca、C、Si和O。對於大多數普通岩石來說,人們常將O、Si、Al、Fe、Ca、Mg、Na、K、Ti這九種組成地殼和地幔質量 99%的元素稱為主量元素。

微量 (trace)元素,又可以稱為痕量元素,是指那些不形成特徵礦物的元素,或不構成體系中化學計量組分的元素,或對礦物/熔體組成不構成化學計量約束的元素。這一定義尚有些模糊:一方面一個元素在一個體系中是微量元素,在另一個體系中卻不是。如元素 K在大洋中脊玄武岩中的豐度很少超過1500×10^-6 ,從來不能以自己獨立相的形式存在,應是微量元素,但在花崗岩中肯定不是一種微量元素。此外,上述定義也不適用於流體體系。如海水只有一個相——流體相,因此沒有化學計量的問題。除了Cl^-、

、

、

、Mg²⁺、Ca²⁺、K⁺和Na⁺ (當然還有H₂ O)以外,其他都是微量元素。微量元素的第二個定義是指在相當大程度上不會影響體系的化學或物理性質的元素。這也有問題,如微量元素或至少是少量元素可以影響礦物的顏色,如鉻透輝石的綠色等;再如CO₂ ,在大氣圈中的豐度只有360×10^-6 ,但卻對大氣圈對於紅外輻射的透明度甚至氣候產生深刻的影響。微量元素的第三個定義 (嚴格定義):只要在所研究的客體 (地質體、岩石、礦物等)中的含量 (活度/濃度)低到可以近似地用稀溶液定律描述其行為,該元素可稱為微量元素 (Marshall et al.,1999;White,2013)。表明微量元素都是具有足夠稀釋濃度的元素。

在微量元素和主量元素之間還可以劃出一類稱為少量元素 (minor elements),又稱為副元素 (Hawkes et al.,1962;Shaw,2006)。這類元素是指構成重要副礦物的主要組成和/或在較大程度上進入主要礦物結構的元素。它們的豐度在 0.1%～1%之間,或0.1%～0.3% (Marshall et al.,1999)。如 H、C、S、K、P、Ti、Cr、Mn、F等,有時在它們構成相的化學計量組成意義上是主量元素,形成磷灰石、螢石和鋯石等。少數情況下,許多微量元素也可以形成自己的獨立礦物,在其中成為主要組分。例如鉻鐵礦(FeCr₂ O₄ )中的Cr和獨居石 (Ce,La)PO₄ 中的Ce和La等。

由於微量元素在體系中的低濃度 (或活度),使得它們難以形成一種獨立相,而是以次要組分存在於其他組分所形成的礦物固溶體、熔體或溶液中。

在礦物中,微量元素主要以下列形式存在:

表面吸附 (surface adsorption) 外來離子被吸附在晶體表面的擴散層內,與那些化學鍵不完全飽和的表面原子呈靜電相互作用;

吸留 (occlusion) 在晶體的增生中吸附在晶面的雜質被後來增生的晶層所圈閉;

在固溶體中呈類質同象替代主要組分 在晶體晶格的規則位置微量元素替代主要組分;

間隙固溶體 (interstitial solid solution) 與上類似,只是微量元素占據的是晶格中的間隙位置。

目前的測定表明在很低的痕量 (ultratrace concentration levels)水平上,前兩種情況可能起作用。其中第一種情況主要與具有高表面質量比的礦物有關,如膠體的情況。後兩種作用是在地球化學中最為重要的過程,可以歸結為熱力學原因。所以大多數情況下微量元素在礦物中是呈固溶體形式存在的 (Ottonello,1997)。

⑩ 微量元素的分類

微量元素經常成組進行研究,偏離成組行為或有規律變化的行為可以作為成岩過程的標志。具有類似行為的微量元素組合也能夠幫助我們簡化那些難用的數據。可以根據微量元素在周期表上的位置,或者根據它們在岩漿過程中的行為以及元素的離子半徑和電荷進行分類。

1.一般性分類

White (2013)把在地球中的硅酸鹽部分,即總硅酸鹽地球 (Bulk Silicate Earth-BSE)中,摩爾豐度超過 1%的7 種元素O、Mg、Si、Fe、Al、Ca和Na以外的元素都歸為微量元素。在周期表上,元素又被分為揮發性元素 (H、N、He、Ne、Ar、Kr、Xe)、半揮發性元素 (C、As、Sb、S、Se、Te 和鹵族元素)、鹼性/鹼土微量元素 (Li、K、Rb、Sr、Ba)、第一過渡系列金屬元素、稀土元素、高場強元素、貴金屬元素以及 U/Th衰變系列元素等。

Rollinson (1993)指出,周期表中上述各組元素都具有特殊的地球化學意義,其中最明顯的是以下三組元素:原子序數從57～71的鑭系元素或稀土元素 (REE)、原子序數為44～46和76～79號的鉑族元素 (PGE)或稱為貴金屬元素 (包括 Au)以及原子序數為21～30的第一過渡系列元素 (包括 Fe 和 Mn)。這三組元素相應都有類似的地球化學性質,因此在地質作用過程中具有相似的地球化學行為。但情況並非完全如此,這是由於地質過程能夠利用元素的顯微化學差異將一種元素與該組其他元素分離。因此微量元素地球化學的任務之一就是發現究竟是哪種地質過程產生了這樣的效應,並定量研究這種特殊過程的強度和廣度。

2.根據分配系數進行分類

在建立微量元素的分配系數後,可以根據微量元素在內生地質作用即岩漿過程中固相和液相 (氣相)之間的分配行為將微量元素分為相容元素與不相容元素兩類 (圖5-16)。

圖5-16 一些元素的離子半徑與化合價關系圖

(據Marshall et al.,1999)

當地幔物質發生熔融時,微量元素將展現出對於熔體相或固相的偏愛。固相部分熔融或岩漿結晶過程中偏愛固相的微量元素被稱為相容元素 (compatible element),比如那些偏愛進入像橄欖石和輝石等普通礦物的Mg 和 Fe 位置的元素;偏愛熔體相的元素被稱為不相容元素 (incompatible element)或濕親岩漿元素 (hygromagmatophile element),比如那些在硅酸鹽熔體分離結晶過程中被排擠出主礦物晶格而聚集於殘余熔體中的元素。根據微量元素分配系數,凡是在固相(礦物)和液相(熔體)之間分配系數

≥1的元素都是相容元素,分配系數

<1的元素都是不相容元素。

在實際地質過程中,元素的相容和不相容性有程度上的差異,在不同組成的熔體中,微量元素的行為會發生改變。如在地幔礦物中磷是不相容元素,在部分熔融過程中將很快集中於熔體相中,但是在花崗岩中,即使作為微量元素,磷也是相容元素,因為它被容納於少量副礦物磷灰石中。

3.根據元素電荷與離子半徑的比值進行的分類

根據元素離子的電荷/半徑比值可以對不相容元素進行再分類。具有類似比值的元素呈現非常相似的地球化學行為。

元素的離子電位等於離子電荷與離子半徑之比值。離子電位又被稱為場強 (field strength),指陽離子單位表面積所帶的靜電荷,表徵離子在化學反應中吸引價電子的能力。根據場強將微量不相容元素分為高場強元素和低場強元素 (圖5-16)。

根據離子電位,進一步將大離子和/或高電價的不相容元素分為大離子親石元素 (Large Ion Lithophile Element,LILE)和高場強元素 (High Field Strength Element,HFSE)。

高場強元素的離子電位大於 2.0,它們是離子半徑小的高電荷陽離子。在地球化學上,高場強元素包括所有+3 價、+4 價的離子,還有部分+5 價和+6 價的離子,如Ti³⁺、Zr⁴⁺、Hf⁴⁺、Ta⁴⁺、Nb⁵⁺、Th⁴⁺、U⁴⁺、U⁶⁺、部分稀土元素、鉑族元素等。雖然它們也適應於許多礦物中的陽離子位置,但是這些攜帶較多電荷的小離子能產生較強的靜電場,很難替代普通造岩礦物中的主量元素,需要更多的補償類質同象才能達到電荷平衡,這樣的替代在能量上是不利的。Zr、Hf 是中等不相容元素,Nb、Ta 是高度不相容元素,它們的電負性略大於鹼性、鹼土以及 REE 元素,使得它們在成鍵時具有更強的共價鍵性,也不利於與礦物中的元素呈類質同象替代。

高場強元素一般在水溶液中特別難溶,在風化和變質過程中非常不活潑,可以用於火成岩形成構造環境的判別,與那些來自離散板塊邊緣的元素相比,來自會聚板塊邊緣的火成岩虧損高場強元素,這被認為是與消減帶有關岩漿作用的鑒別特徵。雖然它們的虧損原因還不十分理解,至少部分是因為這些元素的溶解度低,造成在削減洋殼搬運它們進入岩漿產生帶因脫水產生的水溶液中發生虧損,可以用於研究古火成岩岩套的形成環境。

大離子親石元素又稱為低場強元素 (Low Field Strength Elements,LHSE),它們的離子電位小於 2.0 ,是離子半徑大的低電荷陽離子。包括 K、Rb、Cs、Sr、Ba、REE、Th和U。目前認為,此類元素局限於具有較小離子電位的親石元素,它們的離子半徑大於Ca²⁺和Na⁺,一般是那些形成造岩礦物的最大陽離子。根據這一定義,低場強的大離子親石元素局限於K、Rb、Cs、Sr、Ba和輕稀土元素LREE (Marshall et al.,1999)。

該組元素的離子半徑和電荷制約了它們在岩漿過程中的行為。在玄武岩和超基性岩中有兩類陽離子晶格位置:被Si和Al占據的小的四面體位置 (有時為 Fe³⁺和 Ti⁴⁺),和被Ca、Mg或Fe甚至Na占據的更大的八面體位置。鹼性和鹼土元素的離子半徑大於八面體位置,這些元素在這些位置替代時會造成晶格的局部畸變,這在能量上不利。因此當熔融或結晶作用發生時,這些元素偏向於集中在熔體相中。從元素的活動性上,低場強元素活動性較強,屬於活潑元素,在地質歷史的地幔部分熔融過程中,伴隨著熔體噴發或侵入進入地殼,使得地殼特別是上地殼富集這些不相容元素。

圖5-17是White提出的地球化學分類周期表,分類主要依據的是元素的地球化學行為。以展開式元素周期表為基礎,根據元素在地質過程中的地球化學行為,將元素分為9類:①揮發性元素,包括5個惰性氣體元素和 H、N;②半揮發性元素,包括鹵族元素、半揮發元素S、Se、Te、As、Sb 以及 C;③主量元素,指構成地球和地殼物質主要組成的元素,如 O、Al、Si、Na、Mg、Ca、Fe;④第一過渡系列元素;⑤高場強元素;⑥貴金屬元素;⑦鹼性 鹼土微量元素;⑧稀土及其相關元素;⑨U/Th衰變系列元素。

圖5-17 根據元素地球化學行為分類的地球化學周期表

(據 White,2013)