物质的地球化学循环

地球上物质的大多数循环过程是在生物和人类出现之前就发生了的。例如河流将悬浮物和溶解物从陆地搬运入海；地球板块运动引起海洋沉积物拔

升并形成新的陆地过程；大气组分的循环和渐次演化过程等。这些过程都可归入地球化学循环。在地球化学循环中，虽然多种元素和它们的各类化合物往往同时参与同一循环，但为研究方便，常将某一元素或某一特定化合物在地球表面的迁移用一个特定的地球化学循环来描述。此外，由于迁移是连续的，物质又是守恒的（很少与地幔或外层空间交换物质），所以物质在地球圈层之间的迁移是循环往复、不见始终的。物质的地球化学循环模型如图 2-3 所示。

图中方框代表储层，箭头所向代表物质迁移径路。物质从某储层流出时， 该储层被称为源；物质自外流入储层时，该储层又被称为汇。为了定量描述一个循环，还需要在方框内标出储层中物质总量（即贮存量），并在箭头处标出两储层间的通量。通量表示为在一定时期内（一般为一年）沿特定径路传质的数量。若某储层中物质浓度保持恒定，这表示在流入量和输出量之间保持平衡，达到了恒定状态。以此我们可定义恒定状态时该物质在该储层中的滞留时间为

= Mi

i R

(2 − 1)

i

式中 Mi——储层中物质 i 的总质量；

Ri——储层中物质 i 的流入速率（或输出速率，写作 Pi）

R = dM i ⁱ dτ

或P = − dM i 

当体系处于恒定状态时，

Pi + Ri = 0

 i dτ 

(2 − 2)

即物质 i 在储层中的流入速率恒定地等于输出速率。

现以铜为例，说明其地球化学循环过程的详情。铜在各环境储层中的数量分布如下：

铜可能在其中任何两个储层间发生质量迁移，这样的径路有 20 种，但只有如下九种是主要的：

按照质量守恒有：

R12 + R15 =&R 21 + R31 + R51

R21 + R24

=&R₁₂ + R₅₂

R51 + R52 =&R15 + R35

基于以上数据和守恒式，可以计算铜在各储层中的滞留时间：大气中为6 天，海水中为 420 年，土壤和植物中为 7000 年，海底沉积物中为 10⁷ 年，

岩石中为 10⁹ 年。