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元素丰度(abundance of elements)是指研究体系中被研究元素的相对含量,用重量百分比表示,地壳元素的丰度又称为克拉克值。

定义

同位素自然界中的 丰度,又称 天然存在比,指的是该同位素在这种元素的所有天然同位素中所占的比例。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自然界中往往分布的比较均匀,取平均值计算比较准确。

元素丰度

即元素的相对含量,是在证认的基础上根据谱线相对强度或轮廓推算出来的。结果表明,绝大多数恒星的元素丰度基本相同:氢最丰富,按质量计约占71%;氦次之,约占27%;其余元素约合占2%。这称为正常丰度。有少数恒星的元素丰度与正常丰度不同,一般说来,这与恒星的年龄有关。
各种元素(或核素)的数密度的相对值。元素的丰度可以用列表法或作图法给出。在列表或作图时,通常都把硅(Si)的丰度值取为10,其他核素的丰度值按比例确定。作图时,通常取核素的质量数为横坐标,丰度值为纵坐标,用折线或曲线把图中的点连起来,所得的曲线称为元素的丰度曲线。它反映元素按质量数的分布规律。

发现历史

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,因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。

地壳元素丰度

元素
化学
符号
大陆上地壳
大陆中地壳
大陆下地壳
大陆地壳整体
大洋地壳
产量
O
46.60%
47.40%
46%
46.71%
46.1%
100,000,000 吨
Si
27.72%
27.71%
27%
27.69%
28.2%
3,880,000 吨
Al
8.13%
8.20%
8.2%
8.07%
8.23%
15,000,000 吨
Fe
5.00%
4.10%
6.3%
5.05%
5.63%
716,000,000 吨
Ca
3.63%
4.10%
5.0%
3.65%
4.15%
112,000,000 吨 (CaO)
Na
2.83%
2.30%
2.30%
2.75%
2.36%
200,000 吨
K
2.59%
2.10%
1.50%
2.58%
2.09%
200 吨
Mg
2.09%
2.30%
2.90%
2.08%
2.33%
350,000 吨
Ti
0.44%
0.56%
0.66%
0.62%
0.56%
99,000 吨
H
0.14%
N/A
0.15%
0.14%
0.14%
P
0.12%
1000ppm
1000 ppm
1300 ppm
1050 ppm
153,000,000 吨
Mn
0.10%
950 ppm
1100 ppm
900 ppm
950 ppm
6,220,000 吨
F
0.08%
950 ppm
540 ppm
290 ppm
585 ppm
Ba
500 ppm
340 ppm
500 ppm
425 ppm
6,000,000 吨
C
0.03%
480 ppm (0.048%)
1800 ppm (0.18%)
940 ppm
200 ppm (0.020%)
8,600,000,000 吨
Sr
370 ppm
360 ppm
370 ppm
137,000 吨
S
0.05%
260 ppm
420 ppm
520 ppm
350 ppm
54,000,000 吨
Zr
190 ppm
130 ppm
250 ppm
165 ppm
7,000 吨
W
160.6 ppm
190 ppm
1.25 ppm (?)
45,100 吨
V
0.01%
160 ppm
190 ppm
120 ppm
7,000 吨
Cl
0.05%
130 ppm
170 ppm
450 ppm
145 ppm
Cr
0.01%
100 ppm
140 ppm
350 ppm
102 ppm
4,000,000 吨
Rb
0.03%
90 ppm
60 ppm
90 ppm
只作研究用途
Ni
80 ppm
90 ppm
190 ppm
84 ppm
1,300,000 吨
Zn
痕量
75 ppm
79 ppm
70 ppm
5,020,000 吨
Cu
0.01%
50 ppm
68 ppm
60 ppm
6,450,000 吨
Ce
68 ppm
60 ppm
66.5 ppm
24,000 吨
Nd
38 ppm
33 ppm
41.5 ppm
7,300 吨
La
32 ppm
34 ppm
39 ppm
12,500 吨
Y
30 ppm
29 ppm
33 ppm
400 吨
N
0.005%
25 ppm
20 ppm
19 ppm
44,000,000 吨
Co
痕量
20 ppm
30 ppm
25 ppm
17,000 吨
Li
20 ppm
17 ppm
20 ppm
39,000 吨
Nb
20 ppm
17 ppm
20 ppm
15,000 吨
Ga
18 ppm
19 ppm
19 ppm
30 吨
Sc
16 ppm
26 ppm
22 ppm
0.50 吨
Pb
14 ppm
10 ppm
14 ppm
2,800,000 吨
Sm
7.9 ppm
6 ppm
7,05 ppm
700 吨
Th
12 ppm
6 ppm
9.6 ppm
31,000 吨
Pr
9.5 ppm
8.7 ppm
9.2 ppm
2400 吨
B
痕量
950 ppm (?)
8.7 ppm
10 ppm
1,000,000 吨
Gd
7.7 ppm
5.2 ppm
6.2 ppm
400 吨
Dy
6 ppm
6.2 ppm
5.2 ppm
100 吨
Hf
5.3 ppm
3.3 ppm
3.0 ppm
50 吨
Er
3.8 ppm
3.0 ppm
3.5 ppm
500 吨
Yb
3.3 ppm
2.8 ppm
3.2 ppm
50 吨
Cs
3 ppm
1.9 ppm
3 ppm
20 吨
Be
2.6 ppm
1.9 ppm
2.8 ppm
364 吨
Sn
痕量
2.2 ppm
2.2 ppm
2.3 ppm
165,000 吨
Eu
2.1 ppm
1.8 ppm
2.0 ppm
400 吨
U
1.8 ppm
2.7 ppm
Ta
2 ppm
1.7 ppm
2.0 ppm
840 吨
Ge
1.8 ppm
1.4 ppm
1.5 ppm
80 吨
Mo
痕量
1.5 ppm
1.1 ppm
1.2 ppm
80,000 吨
As
1.5 ppm
2.1 ppm
1.8 ppm
47,000 吨
Ho
1.4 ppm
1.2 ppm
1.3 ppm
10 吨
Tb
1.1 ppm
0.94 ppm
1.2 ppm
10 吨
Tm
0.48 ppm
0.45 ppm
0.52 ppm
50 吨
Br
0.37 ppm
3 ppm
2.4 ppm
330,000 吨
Tl
0.6 ppm
0.530 ppm
0.850 ppm
30 吨
Sb
0.2 ppm
0.2 ppm
0.2 ppm
53,000 吨
I
痕量
0.14 ppm
0.490 ppm
0.450 ppm
12,000 吨
Cd
0.11 ppm
0.15 ppm
0.15 ppm
13,900 吨
Ag
0.070 ppm
0.080 ppm
0.075 ppm
9950 吨
Hg
0.05 ppm
0.067 ppm
0.085 ppm
8400 吨
Se
痕量
0.05 ppm
0.05 ppm
0.05 ppm
600 吨
In
0.049 ppm
0.160 ppm
0.250 ppm
75 吨
Bi
0.048 ppm
0.025 ppm
0.0085 ppm
6000 吨
Te
0.005 ppm
0.001 ppm
0.001 ppm
215 吨
Pt
0.003 ppm
0.037 ppm
0.005 ppm
30 吨
Au
0.0011 ppm
0.0031 ppm
0.004 ppm
1,400 吨
Ru
0.001 ppm
0.001 ppm
0.001 ppm
0.12 吨
Pd
0.0006 ppm
0.0063 ppm
0.015 ppm
24 吨
Re
0.0004 ppm
0.0026 ppm
0.0007 ppm
4.5 吨
Rh
0.0002 ppm
0.0007 ppm
0.001 ppm
3 吨
Os
0.0001 ppm
0.0018 ppm
0.0015 ppm
0.06 吨
Ir
0.0000003 ppm (?)
0.0004 ppm
0.001 ppm
3 吨
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