碳酸盐岩风化成土过程中稀土元素的活动性和分异( 二 )


稀土元素铈在碳酸盐岩红色风化壳中的分异明显 , 有的甚至强烈 。两个典型碳酸盐岩红色风化壳剖面样品均存在Ce的负异常 , 有的样品δCe甚至低于0.1 , 显示铈的强烈亏损 。碳酸盐岩红色风化壳剖面中、下部及岩土过渡带附近pH值一般都在7 以上 , 呈现碱性环境 。碱性环境对稀土元素铈的迁移十分有利 。特别是在碳酸盐岩红色风化壳岩土过渡带 , 处于碳酸盐岩风化前锋 , 岩溶水对方解石和白云石的溶蚀 , 使风化流体pH值增加 , 形成风化前锋岩土过渡带的碱性环境 , 并伴随大量的阴离子产生 , 这不需要很高的氧化电位(一般认为+0.3 eV就足够了)就可以将Ce3+氧化成Ce4+ , 并极易与络合形成较稳定的可溶性络合物迁移 , 提高了稀土元素铈的活动性 , 使其在风化前锋岩土过渡带与其他稀土元素发生分离和贫化亏损 。其他稀土元素由于不易形成这样的稳定络合物 , 而被粘土矿物吸附富集(王中刚等 , 1989) 。因此 , 在碳酸盐岩红色风化壳岩土过渡带粘土矿物一侧常出现稀土元素总量的高度富集和铈元素极度亏损同时存在的稀土元素地球化学景观 。实验表明 , 在1mol/L的碳酸盐溶液中 , Ce4+、重稀土和钇均具有较高的溶解度 , 表明这些离子更容易与络合 , 形成稳定的可溶性络合物(王中刚等 , 1989) 。Moller(1993)和Johannesson等(1994)的研究也发现 , 在一些碱性湖泊水中有Ce的正异常出现 , 这种正异常可能与Ce3+氧化成Ce4+并与水中的形成稳定的可溶性络合物有关 。
由此可见 , 碳酸盐岩风化成土过程中稀土元素的活动性和分异特征主要取决于稀土元素自身的原子结构及化学性质特点和风化成土环境的物理化学条件 , 特别是介质pH值的大小 , 即风化流体的酸碱度 。碳酸盐岩风化前锋岩土过渡带铈的负异常和强烈亏损是由于岩土过渡带的碱性环境和碱性风化流体(岩溶水) , 使Ce3+被氧化成Ce4+ , 与岩溶水中的络合形成稳定的可溶性络合物 , 并被岩溶水带出 , 造成铈与其他稀土元素的分异 , 而产生强烈亏损所致 。

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