为什么地壳(和海洋)中的钙含量比其他地方要丰富得多?(相对而言…)

Question

在整个地球内部，以及我们的太阳系和星系等，镁的原子数量至少是钙的14倍(或更多)。

但是，在地壳和海洋中，钙的原子数量至少和镁一样多....

为什么会这样?钙的密度更大/更重....它们都是第2组....

Answer 1

这里需要考虑两个因素。镁离子更小，因此形成更紧凑的配方单位，它们也经常与铁离子混合，使配方单位重量比你想象的要重。富含镁元素的镁铁质岩石，同时也含有铁元素和紧密的离子，与含钙较多的岩石(甚至是镁铁质岩石)相比，确实会增加重量，并且倾向于深入地壳和地幔。

虚假交易

镁可能会形成比钙更轻的原子，但它也会形成更小的原子——尤其是当金属形成阳离子时，就像在最常见的矿物中，金属与氧结合在一起。所以镁化合物的配方重量更小但体积更小。如果我们比较相应的钙和镁化合物的密度，我们会发现这些影响几乎抵消了。这些例子的数据来自维基百科:

${曹}$ \文本：3.34 g / cm³

${分别}$ \文本：3.6 g / cm³

$ {Ca} _2 \ \文本文本{SiO} _4 $：3.28 - -3.33 g / cm³(斜硅钙石)

$ {Mg} _2 \ \文本文本{SiO} _4 $：3.21 - -3.33 g / cm³(镁橄榄石)

因此，在一个镁铁质岩石不含铁的世界里，它们的总体密度差异很小。啊，但是他们有。

绿色环保，但重装上阵

为什么玉通常是绿色的?最常见的玉石矿物是软玉它主要是一种轻度水化的钙镁硅酸盐，其中混合了少量铁，从而呈现出绿色，至少铁含量很低。的这种矿物的配方是拗口的:$ {Ca} _2 \ \文本颜色{绿}{\文本{(毫克、铁)}}{Si} _8 _5 \文本文本\ {O} _ {22} {(OH)}美元_2 \文本．正如文中用合适的绿色表示的那样，铁和镁混合在一起，而不是钙。同样的道理也适用于更简单的绿色，橄榄石，${(毫克、铁)}\文本文本_2 \ {SiO} _ {4} $除了橄榄石比软玉含有更多的铁之外。

镁和钙都属于第2族，都形成带+2电荷的离子。但这并不意味着它们在矿物结构中是混合的。为了很好地适应精确的、紧密堆积的固相，离子不仅必须在晶格位置上具有一致的电荷，它们还必须具有一致的大小。钙离子，离子半径为114 pm(离子半径数据来自维基百科)，它们太大了，不适合镁离子半径为86 pm的地方。在高自旋状态下带+2电荷的铁(过渡金属的氧化物通常有高自旋离子)在晚上92分进入，虽然不完美，但与镁的电荷/大小相似得多。青玉中的软玉只含少量铁，而橄榄石的铁镁比可以从橄榄石($ {Mg} _2 \ \文本文本{SiO} _4 $)到黑暗的法亚利特$ \文本{菲}{SiO} _4 $ _2 \文本,大范围的密度来匹配—从3.2到4.5 g/cm³。这个范围盖过了我们之前看到的不含铁的钙和镁化合物之间的微小差异。

因此，铁和镁的普通离子体积小，而铁的原子量相对较重，这一组合使得富镁岩石足够富铁，并且紧密地包裹在一起，从而使它们重量下降。钙通过自身的离子增加了额外的体积，并在其矿物晶格的晶格位置保持不含铁，因此含钙矿物的密度较小，倾向于漂浮到地壳(甚至大陆地壳)。

地球上的精华

这个答案可以与那个答案相比较在这里关于火星地壳。在那里，我们发现镁比钙更多。虽然上述钙、镁、铁的分化在那里发生，但缺乏特定的大陆地壳意味着分化较少。因此，火星地壳的成分更接近富含镁和铁的地幔，而不是地球地壳。