地殼元素豐度的確定
克拉克最早開始計算地殼的平均化學(xué)成分.他采用包括巖石圈、水圈和大氣圈的廣義地殼.它們的質(zhì)量比分別是93％、7％、0.03％.因而他得到的地殼平均化學(xué)成分,實際上是這三個地圈化學(xué)組成的綜合.
克拉克的大氣圈和水圈的化學(xué)組成引用前人發(fā)表的工作,自己則從事巖石圈平均化學(xué)組成計算.他采用的火成巖和沉積巖的質(zhì)量比為95％和5％.對于火成巖,他選擇了5159個分析質(zhì)量好的巖石化學(xué)資料.按照數(shù)據(jù)的地理分布,劃分出48個區(qū)域,求得各地區(qū)平均,然后歸納成包括各大洲和洋島的9個大區(qū)域.求得每一個區(qū)域的平均后,再計算整個地殼的平均值.每次平均的方式有所不同.對于沉積巖,他選擇了676個沉積巖組合樣化學(xué)全分析資料.同時將沉積巖分為頁巖、砂巖和灰?guī)r,它們的質(zhì)量關(guān)系為4％,0.75％和0.25％.按照質(zhì)量加權(quán)平均求得地殼的沉積巖平均成分.最后,按照火成巖和沉積巖的質(zhì)量比加權(quán)求得巖石圈地殼的平均化學(xué)成分.以三個地圈的平均化學(xué)組成為基礎(chǔ),算得廣義地殼的元素豐度.克拉克計算地殼元素豐度的有效深度為16km,因為當(dāng)時所知的最高山峰和最深海溝的高差和這相當(dāng).克拉克計算中的一個主要問題是參與計算的巖石化學(xué)資料地理分布極不均一,面積僅占20％的北美、歐洲、樣品數(shù)占70％以上.面積占29％的亞洲大陸,樣品數(shù)僅有2％.
自從克拉克首次發(fā)表了地殼元素豐度值后,許多學(xué)者相繼進(jìn)行了比較簡便的計算,并將結(jié)果與克拉克計算的結(jié)果進(jìn)行對比,以論證其方法的可靠性.
戈爾德施密特采用了一種很有趣的簡潔辦法來檢驗克拉克的數(shù)據(jù).在挪威南部古老片麻巖地區(qū),有一種分布很廣的冰川泥.他認(rèn)為,這種冰川粘土可作為大面積分布的結(jié)晶巖石的平均化學(xué)成分.他選取了77個樣品進(jìn)行分析,所得結(jié)果與克拉克的5159個樣品結(jié)果除了CaO和Na2O偏低外,其余都很接近.Na2O和CaO含量偏低是因水合作用和溶解作用導(dǎo)致Na和Ca的淋失.
維諾格拉多夫于1949年發(fā)表了地殼元素豐度數(shù)據(jù).他是根據(jù)粘土和頁巖的平均化學(xué)成分求得的.他發(fā)現(xiàn),這種平均化學(xué)成分與克拉克的豐度值很相似.1962年,維諾格拉多夫又發(fā)表了他用兩份酸性巖和一份基性巖的平均化學(xué)組成算得的地殼元素豐度值.這些豐度值對他1949年發(fā)表的豐度數(shù)據(jù),已作了較大的修改.從現(xiàn)代地殼結(jié)構(gòu)模型來看,維諾格拉多夫取酸性巖和基性巖的質(zhì)量比為2∶1,大體上相當(dāng)于這兩類巖石在大陸地殼內(nèi)的質(zhì)量比,而不包括大洋殼.
泰勒（S.R.Taylor）于1964年發(fā)表了大陸地殼的元素豐度.他采用花崗巖和玄武巖的質(zhì)量比為1∶1進(jìn)行計算.并簡單地用花崗巖和玄武巖的標(biāo)樣來代替.泰勒取花崗巖和玄武巖質(zhì)量比為1∶1,大體上接近這兩類巖石在包括大洋殼在內(nèi)的整個地殼質(zhì)量比值.因此,他的大陸地殼豐度實際上應(yīng)為全球地殼的元素豐度.
綜觀以上地殼元素豐度計算,可以發(fā)現(xiàn)存在以下幾個主要問題.如地殼概念不統(tǒng)一,未能按現(xiàn)代地殼結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行計算；地殼深度的確定是人為的,未考慮莫霍面在大洋和大陸的不同；大多數(shù)計算忽略了海洋地殼,而它占整個地殼質(zhì)量的1/3以上；未考慮地殼物質(zhì)成分隨深度變化的因素等等.
針對上面提出的問題,波德瓦爾特（A.Poldervaart,1955）和羅諾夫（A.b.PoHob,1957）等在計算地殼元素豐度時,均采用了符合現(xiàn)代地殼結(jié)構(gòu)的全球地殼模型.計算過程中,波德瓦爾特把整個地殼分成四個區(qū)域：①深洋區(qū)——大洋盆地地殼；②淺洋區(qū)（近海區(qū)）——大陸坡和大陸架,以及邊緣海槽地殼；③臺盾區(qū)——前寒武紀(jì)地盾和地臺的地殼；④褶皺區(qū)——顯生宙褶皺帶的地殼.以各自的莫霍面作為計算深度的下限.用各區(qū)質(zhì)量比例加權(quán)平均,求出整個地球的平均化學(xué)成分.羅諾夫等則把地殼分成大陸型、次大陸型和大洋型三種類型,于1957年和1976年二次提出地殼元素豐度值.
黎彤在計算中國巖漿巖平均化學(xué)成分的基礎(chǔ)上,采用波德瓦爾特的全球地殼模型,將全球劃分成地盾區(qū)、褶皺區(qū)、淺洋區(qū)和深洋區(qū)四個構(gòu)造單元.在計算各類巖石元素平均含量時,綜合考慮了Turekian,Wedepohl及維諾格拉多夫的最新資料,并結(jié)合中國各類巖漿巖主要元素數(shù)據(jù),首先計算出各構(gòu)造單元的元素豐度,然后由質(zhì)量加權(quán)求算全球地殼元素豐度值.為了檢驗豐度結(jié)果的可靠性,黎彤等還分別求出整個地殼中結(jié)晶巖和沉積巖的元素平均含量,再按結(jié)晶巖和沉積巖的質(zhì)量比例（92.1％和7.1％）,加權(quán)平均算出整個地殼的元素豐度.以資對照.
各主要學(xué)者所得地殼元素豐度值列入表2.13和表2.14.比較表中數(shù)據(jù)可以看出,盡管采用的計算方法不同,但所得到的元素豐度互相還是比較接近的.因此,我們可以有一定根據(jù)地說,現(xiàn)在已經(jīng)有了較可靠的有關(guān)地殼化學(xué)元素組成的估計值.特別是對主要元素.