铈异常是指矿物中(Ce)浓度相对于某些标准(通常是球粒陨石大洋中脊玄武岩(MORB))富集或亏损的现象。在地球化学中,如果铈相对于其他稀土元素(REE)富集,则铈异常被称为“正”,如果铈相对于其他稀土元素亏损,则铈异常被称为“负”。[1]

铈异常的大小以δCe值度量,通常使用铈的标准化值与其相邻的(La)与(Pr)元素标准化值平均值的比值,δCe大于1为铈正异常;δCe小于1为铈负异常。

铈氧化态

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铈是一种稀土元素镧系元素),镧系元素都能够形成三价(3+)离子,但铈与元素具有额外的化合价。铈能够形成四价(4+)离子。三价的Ce3+可在碱性条件下被大气中的氧气 (O2) 氧化为四价的Ce4+[2]

铈异常与溶解度降低有关,伴随着 Ce(III) 氧化为 Ce(IV)。在还原条件下,Ce3+相对可溶,而在氧化条件下,四价铈生成的CeO2则会沉淀。[1]在含氧或缺氧条件下沉积的沉积物可以长期保留Ce3+或Ce4+的地球化学特征,因为其没有被早期成岩作用所影响。[1]

锆石中的铈异常

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氧化铈-氧化锆的晶体结构。 Ce4+与 Zr4+具有相同的电荷和相似的离子半径,导致元素取代,因此出现正铈异常。 [1]

锆石(ZrSiO4) 常见于长英质火成岩中。 [3]由于Ce3+和Ce4+都可以取代,所以锆石常呈正铈异常。 [3] Ce4+比 Ce3+更容易取代锆,因为Ce4+(离子半径 0.97Å)与Zr4+(离子半径 0.84Å)具有相同的电荷和相似的离子半径。 [1]因此,岩浆的氧化态决定了锆石中的Ce异常。 [3]如果氧逸度高,更多的Ce3+将氧化成Ce4+并取代Zr4+,从而在锆石结构中产生更大的正铈异常。在较低的氧逸度水平下,铈异常的程度也会较低。 [3]

煤中的铈异常

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负铈异常

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煤中的铈通常呈现较弱的负异常,即铈的浓度略低于其他稀土元素[2]煤中铈异常受沉积源区的影响。 [2]在以玄武岩为主的镁铁质地区,如中国的新德煤矿所在地区,开采的煤炭未发现铈异常。 [2]而在长英质岩区开采的煤炭,如中国的古叙煤田,呈现弱的负铈异常。 [2]负铈异常也可归因于采煤区的风化和氧化。 [2]在氧化过程中,Ce3+被氧化为四价成为CeO2沉淀析出,从而在煤中留下较少的铈。 [1]

正铈异常

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虽然煤中的铈异常通常为负值,但极少情况下也可能存在正值。[4]这种情况通常见于在火山喷发时,火山灰被风化成具有正铈异常的镁铁质凝灰岩[1]俄罗斯远东地区的巴甫洛夫斯克矿床在其铁-锰氢氧化物矿石中即存在明显的正铈异常。[4]铈可被氧化为四价的Ce4+,从而富集到四价的Mn(IV) 氧化物中,而其他稀土元素则不会取代离子,导致这类矿石中出现正铈异常。 [4]

也可以看看

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外部链接

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参考

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  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 Thomas, J. B.; Bodnar, R. J.; Shimizu, N.; Chesner, C. A. Melt Inclusions in Zircon. Reviews in Mineralogy and Geochemistry. 2003, 53 (1): 63–87. Bibcode:2003RvMG...53...63T. ISSN 1529-6466. doi:10.2113/0530063.  引用错误:带有name属性“:0”的<ref>标签用不同内容定义了多次
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 Dai, Shifeng; Graham, Ian T.; Ward, Colin R. A review of anomalous rare earth elements and yttrium in coal. International Journal of Coal Geology. 2016, 159: 82–95. ISSN 0166-5162. doi:10.1016/j.coal.2016.04.005. 
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 Zhong, Shihua; Seltmann, Reimar; Qu, Hongying; Song, Yingxin. Characterization of the zircon Ce anomaly for estimation of oxidation state of magmas: a revised Ce/Ce* method. Mineralogy and Petrology. 2019, 113 (6): 755–763. ISSN 0930-0708. S2CID 201713664. doi:10.1007/s00710-019-00682-y  (英语). 
  4. ^ 4.0 4.1 4.2 Laveuf, C.; Cornu, S. A review on the potentiality of Rare Earth Elements to trace pedogenetic processes. Geoderma. 2009, 154 (1–2): 1–12 [2023-05-18]. doi:10.1016/j.geoderma.2009.10.002. (原始内容存档于2022-08-15) (英语).