一、丰度的含义
丰度,全称元素丰度(abundance of elements),是化学及地球化学中的重要概念,指一种化学元素在特定自然体(如地壳、地球、太阳系、星际介质等)中的相对含量,即该元素重量占所在自然体总重量的相对份额,也可扩展为同位素在元素天然同位素组成中的占比。其核心作用是定量描述元素或同位素在研究体系中的分布规律,为分析物质来源、演化过程提供基础依据。
需注意,丰度描述的是“相对含量”而非绝对含量,且天然同位素的丰度在短时间尺度内相对稳定,但会因天体演化、地质作用、核反应等过程发生长期变化;人造同位素的天然丰度则为零。
二、丰度的分类
(一)按研究对象分类
元素丰度:针对化学元素的整体含量分析,是最基础的丰度类型。根据研究范围不同,可细分为地壳丰度(又称克拉克值)、区域克拉克值(地壳特定构造单元的元素丰度)、地球丰度、太阳系丰度、宇宙丰度等。例如,宇宙中氢元素丰度最高,按质量计约占71%,氦次之约占27%,其余元素合计仅占2%,这一比例被称为“正常丰度”。
同位素丰度:又称天然存在比,指某元素的特定同位素在该元素所有天然同位素中的占比。例如,铀元素有三种天然同位素(²³⁸U、²³⁵U、²³⁴U),其天然摩尔分数丰度分别为99.2739–99.2752%、0.7198–0.7202%、0.0050–0.0059%,同位素丰度差异主要源于同位素稳定性及核合成过程。
(二)按计量方式分类
重量丰度:以重量单位表示的丰度,是最常用的计量方式,单位包括百分数(%)、ppm(百万分之一)、ppb(十亿分之一)、ppt(万亿分之一)等。例如,氧元素在水中的重量丰度为89%,人体中氧元素重量丰度约65%。
原子丰度:以原子百分数(原子%)表示,反映元素在原子层面的分布比例,即某元素原子数占体系总原子数的分数。例如,水中氢原子数占比约66.7%,氧原子数占比约33.3%,与重量丰度存在显著差异。
相对丰度:常用于宇宙元素研究,以“原子数/10⁶硅原子”为单位(又称宇宙丰度单位),通过固定硅元素丰度为基准,便于不同元素在宇宙尺度上的含量对比,绘制元素丰度曲线以反映质量数与丰度的分布规律。