第2章地球的物質(zhì)組成

1、l克拉克值克拉克值l礦物礦物l巖石巖石l地球地殼中的主要元素地球地殼中的主要元素l地球中的主要元素地球中的主要元素l礦物的主要物理性質(zhì)礦物的主要物理性質(zhì)l巖石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造巖石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造第二章第二章 地球的物質(zhì)組成地球的物質(zhì)組成地球是一個(gè)特殊的物理化學(xué)體系地球是一個(gè)特殊的物理化學(xué)體系 元素礦物巖石元素礦物巖石一、地球中的元素全球的質(zhì)量近六十萬億億噸全球的質(zhì)量近六十萬億億噸5.9765.97610102727g gl幾乎都集中在固體地球內(nèi)幾乎都集中在固體地球內(nèi)l以巖石和金屬的形態(tài)出現(xiàn)以巖石和金屬的形態(tài)出現(xiàn), ,其平均密其平均密度為度為5.52g/cm5.52g/cm3 3。l大氣、水和生物體的總

2、質(zhì)量不足大氣、水和生物體的總質(zhì)量不足0.1%0.1%。美國化學(xué)家克拉克美國化學(xué)家克拉克(F.W.Clarke,1847-1931)l根據(jù)大陸地殼中(地下16Km以內(nèi))的5159個(gè)巖石、礦物、土壤和天然水的樣品分析數(shù)據(jù)，于1889年第一次算出元素在地殼中的平均含量數(shù)值(平均質(zhì)量百分?jǐn)?shù))，即元素的豐度。 地質(zhì)學(xué)上把元素在地殼中的平均質(zhì)量百分含量稱為元素的克拉克值。 而某一地區(qū)某種化學(xué)元素的質(zhì)量百分比稱為該元素的豐度值。地殼主要元素的平均質(zhì)量百分比地殼主要元素的平均質(zhì)量百分比氧氧 硅硅 鋁鋁 鐵鐵 鈣鈣 O O SiSi AlAl FeFe CaCa 4646.05.05 27.8827.88 8.

3、138.13 5.175.17 3.653.65 鈉鈉 鉀鉀 鎂鎂 鈦鈦 氫氫 NaNa K K MgMg TiTi H H 2.782.78 2.582.58 2.062.06 0.620.62 0.140.14 地殼中其它重要元素地殼中其它重要元素l 10-5 : Cu -5.5, Pb -1.25, Zn-7, l Co- 2.5, Ni -7.5l10-6 (g/t) : W -1.5, Sn -2, U -2.7, l Mo -1.5l10-7 : Sb -2l10-8 : Ag- 7, Au -4l10-9 : Pt - 5整個(gè)地球的物質(zhì)整個(gè)地球的物質(zhì)（按重量計(jì)算）各元素的豐度（按

4、重量計(jì)算）各元素的豐度l鐵近34.6%，氧為29.5%l硅為15.2%，鎂為12.7%l鎳為2.4%， 硫?yàn)?.9%，l鈣和鋁為2.2%l其它所有元素共占1.5% l地核：大部分以金屬狀態(tài)存在的地核：大部分以金屬狀態(tài)存在的 鐵和鎳鐵和鎳l地殼和地幔：大部分是氧和硅、地殼和地幔：大部分是氧和硅、鋁鋁l水水 圈：以氧和氫為主圈：以氧和氫為主l生物圈：主要為碳、氫、氧和氮生物圈：主要為碳、氫、氧和氮l大氣圈：主要為氮、氧大氣圈：主要為氮、氧二、自然界中的礦物礦物：天然形成的、具有礦物：天然形成的、具有一定化學(xué)成分、內(nèi)部結(jié)構(gòu)一定化學(xué)成分、內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并表現(xiàn)出一定的外部形，并表現(xiàn)出一定的外部形態(tài)和物理、化

5、學(xué)特征的元態(tài)和物理、化學(xué)特征的元素單質(zhì)和無機(jī)化合物。素單質(zhì)和無機(jī)化合物。礦礦 物物l礦物一般都有自己固有的形態(tài)，但在自礦物一般都有自己固有的形態(tài)，但在自然界產(chǎn)出時(shí)常不完整然界產(chǎn)出時(shí)常不完整l只有部分礦物如水晶、金剛石、黃鐵礦只有部分礦物如水晶、金剛石、黃鐵礦、方解石、黑云母、石棉等少數(shù)礦物易、方解石、黑云母、石棉等少數(shù)礦物易形成其固有的形態(tài)特征形成其固有的形態(tài)特征l礦物也有較大的形體，可以用肉眼及簡礦物也有較大的形體，可以用肉眼及簡 單的試驗(yàn)方法辨認(rèn)單的試驗(yàn)方法辨認(rèn)石榴子石石榴子石-硬石膏硬石膏-輝銻礦輝銻礦-黃鐵礦黃鐵礦孔雀石孔雀石方解石方解石固體礦物按結(jié)晶程度分類固體礦物按結(jié)晶程度分類晶質(zhì)

6、礦物晶質(zhì)礦物非晶質(zhì)礦物非晶質(zhì)礦物絕大部分礦物都是結(jié)晶體絕大部分礦物都是結(jié)晶體晶質(zhì)礦物具有空間格子結(jié)構(gòu)組成礦物的質(zhì)點(diǎn)（原子、離子或分子）呈有規(guī)律的排列。非晶質(zhì)礦物的內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)無規(guī)律排列，沒有固定的形態(tài)。（一）礦物晶體結(jié)構(gòu)l德國物理家馮勞埃(M.Von Laue, 1879-1960)用X光觀測晶體，發(fā)現(xiàn)不論晶體的外形如何，內(nèi)部的原子、離子、分子都是有序的排列金金礦物的各種特征礦物的各種特征不僅與它的化學(xué)成分相關(guān)更受到晶體構(gòu)造的控制（二）礦物的分類（二）礦物的分類l自然元素礦物：自然元素礦物： 如金，金剛石、石墨、硫磺如金，金剛石、石墨、硫磺 、銅、銀、汞等、銅、銀、汞等l鹵化物礦物（鹵化物礦物（F

7、 F、ClCl、BrBr、I I化合物）：化合物）：石鹽石鹽、鉀鹽、螢石等、鉀鹽、螢石等l硫化物礦物：硫化物礦物：黃鐵礦、黃銅礦、方鉛礦、閃黃鐵礦、黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦、輝銻礦、雄黃等鋅礦、輝銻礦、雄黃等l氧化物和氫氧化物礦物：氧化物和氫氧化物礦物： 如赤鐵礦、磁鐵如赤鐵礦、磁鐵礦、鉻鐵礦、錫石、鋁土礦、軟錳礦、硬錳礦、鉻鐵礦、錫石、鋁土礦、軟錳礦、硬錳礦、瀝青鈾礦、石英等。礦、瀝青鈾礦、石英等。l含氧酸鹽礦物：含氧酸鹽礦物： 最重要的是下面三種：最重要的是下面三種：l 硫酸鹽礦物：硫酸鹽礦物： 石膏、芒硝、重晶石等石膏、芒硝、重晶石等l 碳酸鹽礦物：碳酸鹽礦物： 方解石、孔雀石方解石、孔雀

8、石l 硅酸鹽礦物：硅酸鹽礦物：自然鉑（自然鉑（Pt）（自然元素礦物）（自然元素礦物）鉀鹽（KCl）（鹵化物）黃鐵礦（FeS2）硫化物錫石（SnO2）氧化物石膏石膏（Ca(H2O)2SO4）（硫酸鹽）（硫酸鹽）方解石（方解石（CaCO3）（碳酸鹽）（碳酸鹽）硅酸鹽礦物硅酸鹽礦物l氧離子和硅離子結(jié)合的基礎(chǔ)上，再與金屬離子結(jié)合而成硅酸鹽礦物硅酸鹽礦物的晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽的架狀結(jié)構(gòu)（長石結(jié)構(gòu)）層狀結(jié)構(gòu)（白云母結(jié)構(gòu)）l 硅酸鹽礦物種類繁多，約占已知礦物種數(shù)的1/4，占地殼總重量的85% l 最常見的是長石、云母、輝石、角閃石、橄欖石等幾種。它們廣泛分布在地殼與地幔內(nèi)。黃玉黃玉（島狀硅酸鹽）（島狀硅酸鹽）薔薇

9、輝石薔薇輝石（鏈狀硅酸鹽）（鏈狀硅酸鹽）蛇紋石（層狀硅酸鹽）奧長石（架狀硅酸鹽）奧長石（架狀硅酸鹽）（三）礦物的肉眼鑒定（三）礦物的肉眼鑒定礦物都具有一定的化學(xué)成分和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而具有一定的形態(tài)及物理、化學(xué)性質(zhì) 。 l礦物的形態(tài)礦物的形態(tài)l礦物的物理性質(zhì)礦物的物理性質(zhì) 光學(xué)性質(zhì)：光學(xué)性質(zhì)： 顏色、條痕、光澤、顏色、條痕、光澤、 透明度透明度 力學(xué)性質(zhì)：力學(xué)性質(zhì)：硬度、解理、斷口硬度、解理、斷口 其它性質(zhì)：其它性質(zhì)：比重、密度、磁性、比重、密度、磁性、 電性、撓性、脆性等電性、撓性、脆性等1 1、礦物、礦物的形態(tài)的形態(tài)l指礦物的單體（晶體）及集合體的指礦物的單體（晶體）及集合體的形狀。形狀。 晶

10、體形態(tài)是其成分、內(nèi)部結(jié)構(gòu)的外晶體形態(tài)是其成分、內(nèi)部結(jié)構(gòu)的外在反映。在反映。 具有一定成分和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的礦物具具有一定成分和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的礦物具有一定的晶體形態(tài)特征有一定的晶體形態(tài)特征 晶質(zhì)礦物在有利的條件下晶質(zhì)礦物在有利的條件下能生長成規(guī)則的幾何多面體。能生長成規(guī)則的幾何多面體。 這種幾何多面體稱這種幾何多面體稱晶體。 包圍晶體的平面稱包圍晶體的平面稱晶面。 兩個(gè)晶面的交線叫兩個(gè)晶面的交線叫晶棱。錫石（SnO2）氧化物礦物單體形態(tài)礦物單體形態(tài):l一向延伸（柱狀、針狀）：石英、角閃石一向延伸（柱狀、針狀）：石英、角閃石l二向延展（板狀、片狀）：長石、云母二向延展（板狀、片狀）：長石、云母l三向等長（等

11、軸狀三向等長（等軸狀 ）：黃鐵礦、石榴石）：黃鐵礦、石榴石常見礦物單體形態(tài)常見礦物集合體形態(tài)l如粒狀集合體、柱狀集合體、晶如粒狀集合體、柱狀集合體、晶簇（水晶）、纖維狀、放射狀等簇（水晶）、纖維狀、放射狀等片狀、鱗片狀等片狀、鱗片狀等l非晶質(zhì)的如：分泌體（瑪瑙），鐘乳狀（孔雀石）、鮞狀、豆?fàn)?、腎狀、鐘乳狀等晶體形態(tài)的變化晶體形態(tài)的變化l自形：按礦物自有規(guī)律成長的礦物形態(tài)l它形：沒按自有規(guī)律生長的礦物形態(tài)l雙晶l礦物集合體的形態(tài)l晶體不同截面的形態(tài)石榴子石石榴子石-硬石膏硬石膏-輝銻礦輝銻礦-黃鐵礦黃鐵礦石英晶簇2、礦物的光學(xué)性質(zhì)、礦物的光學(xué)性質(zhì)l礦物的顏色l礦物的條痕l礦物的透明度l礦物的光澤

12、礦物的顏色礦物的顏色是礦物對白光中不同波長光波礦物的顏色是礦物對白光中不同波長光波吸收的結(jié)果，所呈的顏色為被吸收光的補(bǔ)吸收的結(jié)果，所呈的顏色為被吸收光的補(bǔ)色。色。如果對各種波長的光波普遍而均勻的吸收如果對各種波長的光波普遍而均勻的吸收，則隨吸收程度不同而呈黑、灰、白色。，則隨吸收程度不同而呈黑、灰、白色。如對各種波長的光波有選擇性的吸收，則如對各種波長的光波有選擇性的吸收，則呈現(xiàn)各種較鮮艷的顏色，如紅、藍(lán)、綠、呈現(xiàn)各種較鮮艷的顏色，如紅、藍(lán)、綠、橙等。橙等。礦物的條痕l礦物的條痕是礦物粉末的顏色，一般是礦物的條痕是礦物粉末的顏色，一般是指礦物在白色瓷板上劃擦?xí)r所留下的粉指礦物在白色瓷板上劃擦?xí)r

13、所留下的粉末的顏色。末的顏色。l礦物的條痕比其本身的顏色固定，是鑒礦物的條痕比其本身的顏色固定，是鑒定礦物的可靠特征。定礦物的可靠特征。 如赤鐵礦的表面顏色有紅色、鋼灰色、如赤鐵礦的表面顏色有紅色、鋼灰色、鐵黑色等，但其條痕總是櫻桃紅色的。鐵黑色等，但其條痕總是櫻桃紅色的。礦物的透明度l礦物的透明度就是指礦物透過可見光波礦物的透明度就是指礦物透過可見光波的能力，一般以的能力，一般以1mm厚的礦物的透光程厚的礦物的透光程度為標(biāo)準(zhǔn)，可將礦物的透明度可分為度為標(biāo)準(zhǔn)，可將礦物的透明度可分為l透明（石英、方解石等）透明（石英、方解石等）,l半透明（辰砂、閃鋅礦）半透明（辰砂、閃鋅礦）,l不透明（黃鐵礦、

14、石墨等）。不透明（黃鐵礦、石墨等）。礦物的光澤 礦物表面對可見光的反射能力。礦物表面對可見光的反射能力。 根據(jù)礦物反射能力的大小可將礦物光澤分為：根據(jù)礦物反射能力的大小可將礦物光澤分為：l金屬光澤：呈金屬新鮮面的光澤，光亮耀眼，金屬光澤：呈金屬新鮮面的光澤，光亮耀眼，不透明，如方鉛礦不透明，如方鉛礦l半金屬光澤：呈較暗的金屬光澤，如磁鐵礦半金屬光澤：呈較暗的金屬光澤，如磁鐵礦l金剛光澤：呈金剛石的光澤，如金剛石、白鎢金剛光澤：呈金剛石的光澤，如金剛石、白鎢礦礦l玻璃光澤：呈玻璃樣的光澤，如水晶玻璃光澤：呈玻璃樣的光澤，如水晶l油脂光澤：具玻璃光澤的礦物，因反射表面不油脂光澤：具玻璃光澤的礦物，

15、因反射表面不平，使部分光散射而呈油脂狀光澤，如石英平，使部分光散射而呈油脂狀光澤，如石英l絲絹光澤，土狀光澤絲絹光澤，土狀光澤光澤透明度條痕金屬光澤金屬光澤不透明黑色半金屬光澤半金屬光澤半透明深彩色金剛光澤金剛光澤半透明、透明淺彩色玻璃光澤玻璃光澤透明無色、白色礦物的光澤常與條痕、透明度相互有關(guān)3、礦物的力學(xué)性質(zhì)、礦物的力學(xué)性質(zhì)l礦物的硬度l礦物的解理與斷口摩氏硬度計(jì)摩氏硬度計(jì)硬度等級 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10代表礦物 滑 石 石 膏 方 解 石 螢 石 磷 灰 石 正 長 石 石 英 黃 玉 剛 玉 金 剛 石礦物的硬度l在野外實(shí)踐中，常把礦物的硬度粗略在野外實(shí)踐中，常把礦物

16、的硬度粗略的劃分為的劃分為小于指甲（小于指甲（2.5）、指甲與）、指甲與小刀小刀(5.5)之間及大于小刀。之間及大于小刀。礦物的解理與斷口 礦物的礦物的解理解理與與斷口斷口都是礦物在外都是礦物在外力作用下，發(fā)生破裂的性質(zhì)。力作用下，發(fā)生破裂的性質(zhì)。l解理解理 礦物晶體在外力作用下礦物晶體在外力作用下嚴(yán)嚴(yán)格沿著一定結(jié)晶方向破裂格沿著一定結(jié)晶方向破裂，并能，并能裂成光滑平面的性質(zhì)稱為解理。裂成光滑平面的性質(zhì)稱為解理。l這些光滑平面稱為解理面。這些光滑平面稱為解理面。 解理等級解理等級出現(xiàn)的難易出現(xiàn)的難易平滑程度平滑程度極完全極完全易易最平滑最平滑完全完全易易 平滑平滑中等中等不易不易中等中等不完全

17、不完全難難差差極不完全極不完全最難、不出現(xiàn)最難、不出現(xiàn)最差最差白云母白云母方解石的三組菱面體解理方解石的三組菱面體解理（完全解理）（完全解理）晶面與解理面的區(qū)別晶面與解理面的區(qū)別晶面解理面1、為晶體生長的最外 面的一層平面，受 打擊立即消失；2、一般較暗淡；3、可出現(xiàn)生長紋；4、一般不太平整，常 有凸凹不平的痕跡。1、為晶體內(nèi)部構(gòu)造上 連接力弱的方向， 受打擊后可連續(xù)出 現(xiàn)相互平行的平面；2、一般較光亮；3、不出面晶面紋；4、比較平整。黃鐵礦（FeS2）硫化物斷斷 口：口：礦物晶體在外力作用下沿任意方向破裂， 呈各種凹凸不平的斷面，這樣的斷面叫斷口。如石英的貝殼狀斷口。三、地球上的巖石l礦物總

18、是集合成為巖石而產(chǎn)出的l巖石：自然狀態(tài)下形成的，由一巖石：自然狀態(tài)下形成的，由一種或種或幾種礦物、有規(guī)律組合幾種礦物、有規(guī)律組合而成而成的礦物集合體的礦物集合體l巖石是混合物巖石是混合物巖石的成因巖石的成因l水成論水成論 魏爾納魏爾納(A.G.Werner,1750-1815)l火成論火成論 赫頓赫頓l（J.Hutton, , 17261797）地球上的巖石：沉積巖沉積巖主要來自地表的沉積物（很多沉積于水中），也稱水成巖巖漿巖巖漿巖是巖漿冷凝的產(chǎn)物，也叫火成巖變質(zhì)巖變質(zhì)巖是原巖在固體狀態(tài)下、經(jīng)過一定的溫度與壓力的作用，有時(shí)還有新的成分加入，使其內(nèi)部物質(zhì)組成或結(jié)構(gòu)發(fā)生了不同程度的變化按巖石成因來

19、進(jìn)行科學(xué)分類美國西南美國西南部三疊系部三疊系紅色砂巖紅色砂巖傾斜巖層傾斜巖層沉積巖中常見的礦物沉積巖中常見的礦物石英、白云母、鉀長石、石英、白云母、鉀長石、 斜長石斜長石粘土礦物、方解石、白云石、石粘土礦物、方解石、白云石、石膏、硬石膏、赤鐵礦、褐鐵礦、膏、硬石膏、赤鐵礦、褐鐵礦、蛋白石、海綠石等蛋白石、海綠石等巖屑巖屑巖漿巖中常見礦物巖漿巖中常見礦物 橄欖石（橄欖石（Mg,Fe)2SiO4 輝石（輝石（Ca,Mg,Fe,Al)2(Si,Al)2O6 角閃石角閃石(Ca,Na)2-3(Mg,Fe,Al)5(Si,Al)4O11(OH)2 黑云母黑云母K(Mg,Fe)3(AlSi3O10)(OH,F)2 斜長石斜長石Na(AlSi3O8) Ca(Al2Si2O8) 鉀長石鉀長石K(AlSi3O8) 石英石英SiO2變質(zhì)巖中常見的礦物變質(zhì)巖中常見的礦物石榴子石、紅柱石、藍(lán)晶石、石榴子石、紅柱石、藍(lán)晶石、矽線石、硅灰石、滑石、陽起矽線石、硅灰石、滑石、陽起石、藍(lán)閃石、透輝石、葉蠟石石、藍(lán)閃石、透輝石、葉蠟石、石墨、蛇紋石、綠簾石、綠、石墨、蛇紋石、綠