德清
贝尔纳 (R.A.Berner,1980)在研究沉积成岩作用中提出认识早期成岩作用化学机制的“三个层次”:第一层次:对实际沉积物剖面进行详细观察和测定,综合导出化学反应方程。以硫酸盐还原为硫化物为例,沿沉积物剖面随深度增加 浓度下降,H2S浓度增高,H2S浓度与剖面中有机质含量呈正比。由此导出化学反应方程:地球化学式中:CH2O为组成有机质主要成分的碳水化合物分子式。反应式定性地说明 还原为H2S的同时,有机质氧化为CO2,溶解于水形成 ,有机质是还原剂。第二层次:根据热力学计算和实验对反应的条件、方向和限度进行定量的估计,如经实验证明反应 (4-7)必须有细菌参加,细菌是反应的催化剂。同时根据反应自由能的计算得出反应在有溶解氧的条件下不能进行的结论。第三层次:建立在体系中各有关反应的速率关系基础上的定量描述和预测:贝尔纳根据成岩作用基本公式推导出硫酸盐反应速率及其与沉积物各种深度上硫酸盐浓度和新陈代谢有机物的浓度关系,以及沉积速率等多方面因素与硫酸盐反应速率之间的方程式:地球化学地球化学式中:c为溶解硫酸盐的浓度;Ds 为扩散系数;G为可代谢的有机碳的浓度 (每单位固相物质的摩尔数);K为硫酸盐还原反应速率常数;L为化学计量系数 (每一摩尔有机碳氧化为CO2,被还原的硫酸盐的摩尔数,通常为 );ω为沉降速率; ,ϕ为孔隙度。给定或实测式 (4-8)、(4-9)中的各参数,求解方程即可计算出沉积物剖面各深度(x)上单位时间内生成 H 2 S的量,以及可能形成的黄铁矿的含量。贝尔纳提出的研究成岩作用的“三个层次”代表了现代地球化学研究元素迁移的三个深度:①建立作用的基本化学模型,并给予定性解释;②定量计算反应发生的热力学控制条件及过程进行的方向和限度,并进行地质因素的分析;③应用动力学原理,综合考虑作用地质环境因素以及有关反应速率和物质输运机制的制约关系,推导出在不同深度上反应产物单位时间内生产量的数学模型。官方服务官方网站