第4章 地球及各圈层的物质组成

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1、一.地球的物质组成二.地壳的结构与物质组成三.深部圈层的物质成分四.圈层内和圈层间的物质(能量)交换地球的物质组成及化学演化地球太阳天王星海王星冥王星金星水星火星土星木星太阳系的主要天体地球是一个特殊的物理化学系统，它不仅表层有水圈和氮-氧型的大气圈、由于生命的长期作用发育有生物圈，还有分异良好的内部圈层——岩石圈、地幔和地核。从而决定了地球及各圈层特有的物质运动与元素行为特征。本讲涉及的地球组成以地球的内部圈层物质为主，因为内部圈层的物质主要以固相存在，又称其又被称为固体地球部分。固体地球的组成通常分三种物质层次来进行研究，它们是矿物、岩石和化学成分。

2、一.地球的物质组成人们最先面对和利用的固体物质是岩石，但要了解和更有效的利用岩石必须先认识矿物。矿物是自然界形成的稳定单质和化合物，大部分矿物为晶质化合物，部分为非晶质的。但有人认为“矿物是在地壳(地球)物理化学条件下形成的无机晶质固体”。（一）矿物组成至今发现的矿物数已达到了三千余种。矿物的晶型和基本特性矿物的基本物理特性包括：矿物的形态、比重、硬度、透明度、颜色、光泽和矿物的导电性等。每一种矿物都有它基本的化学组成。矿物的物理性质受其化学组成和形成条件的制约。下面来看一下矿物的物理性质与矿物化学成分及其形成条件之间的关系。矿物成分、形成条件和物理性质

3、的关系（以碳为例）(＞1100℃、＞40Kb)矿物的形态矿物的形态由矿物晶形和结晶程度决定。矿物的结晶程度主要受矿物生长时的物理化学条件控制（生长速度慢的结晶程度高）；而矿物的晶形则与矿物的晶体结构有关。晶格结构的对称性高，晶体的对称性也高：三维对称的晶体呈粒状或等轴状(如金刚石、方铅矿等)。二维对称的晶体沿C轴发育成长柱状(如针镍矿、辉锑矿)或毛发状；C轴不发育的呈片状(如辉钼矿、云母等)。矿物的形态矿物按化学组分的复杂程度可分成单质矿物和化合物。化合物按阴离子的类型及结合方式(化学键)划分大类，主要大类有：硫化物(包括砷、锑、铋、碲、硒的化合物)；氧

4、化合物；以及卤化物。在各大类中又按阴离子或络阴离子的种类进一步划分类，各类矿物按结构还可以划分亚类，在亚类中还可以再划分出部、族和矿物种。2、矿物分类单质及其类似物在矿物分类中属同一个大类，包括由单一原子结晶的矿物和多种原子相互结合的金属互化物。单质类矿物约占地壳重量的1%，但成矿能力很强，如自然铜（Cu）、银金矿（AgAu）、自然铂（Pt）、金刚石（C）、石墨（C）和自然硫（S）都可富集成矿。单质矿物中原子以金属键或共价键和分子键相结合，原子间紧密堆积，矿物晶体的对称性高。单质及其类似物硫化物矿物及其类似化合物硫化物大类分成三个矿物类。它们的共同特征是

5、：1.由金属阳离子与硫等阴离子以共价键方式结合。硫化物在地壳中的总量很低(＜1%)，但矿物种较多(占16.5%)，矿床中的金属矿物大多是硫化物；2.矿物透明度和硬度较低，但色泽鲜艳、有金属(半金属)光泽、比重也较大；3.结晶程度较好，由于配位方式多，因此晶体形态多样，容易识别。方铅矿（PbS）、闪锌矿（ZnS）、黄铜矿（CuFeS2）、黝锡矿（Cu2SnFeS4)、黄铁矿（FeS2）、斑铜矿（Cu5FeS4）、雄黄（As4S4）、雌黄（As2S3）和辰砂（HgS）等是最常见的硫化物矿物。辰砂几乎所有造岩矿物都是硅酸盐和氧化物，常见的造岩矿物只有十余种，如

6、石英、正长石、斜长石、黑云母、白云母、角闪石、辉石、橄榄石等。有一些氧化物和含氧盐主要成矿作用有关，如锡-钨矿床中的锡石（SnO2）、黑钨矿（(FeMn)WO4）是资源矿物。氧的化合物和含氧盐石英黑云母正长石辉石橄榄石角闪石宝石矿物经过加工，能用于装饰的矿物，称为宝石矿物。宝石矿物的主要特点：一是晶莹艳丽，光彩夺目，即矿物的颜色和光泽优良；二是质地坚硬，经久耐用；三是稀少，即矿物产出量低。现有宝石矿物主要有20种。最贵重的宝石有四种：钻石、红宝石、蓝宝石和祖母绿。(二)岩石组成岩石是地质作用的产物，由一种或一种以上的矿物或岩屑组成的有规律的集合体。岩石是

7、组成地壳和岩石圈的基本物质。岩石的类型复杂多样，按岩石形成的自然作用类型，可将它们分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大岩类。岩浆岩岩浆岩是由熔浆冷凝结晶而成的岩石，它有两个成因系列：一类是由熔浆侵入地壳并在地壳中结晶形成的岩石，称为侵入岩；另一类是岩浆喷出地表、在海水或大气中冷却形成的岩石，称为火山岩。按岩浆岩的产出状态侵入岩又可以分为岩基、岩株、岩墙、岩枝、岩盆、岩被、岩脉等；火山岩常形成不同的地貌，如火山链、火山湖等。岩浆岩的产出状态火山颈岩基岩株岩脉岩床玄武岩高地岩床岩盖岩浆岩分类花岗岩花岗闪长岩闪长岩辉长岩橄榄岩流纹岩安山岩玄武岩正长石橄榄石霞石斜长石

8、角闪石辉石石英黑云母侵入喷出花岗岩由三种主要矿物组成，它们是浅色柱状长石、无色透