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1、第三章第三章 地球的物质组成与地球的物质组成与 内部圈层内部圈层1第一节第一节 地球的物质组成地球的物质组成地球是一个特殊的物理化学体系地球是一个特殊的物理化学体系元素矿物岩石元素矿物岩石全球的质量近六十万亿亿吨全球的质量近六十万亿亿吨 5.974105.974102727g gn n几乎都集中在固体地球内几乎都集中在固体地球内n n以岩石和金属的形态出现以岩石和金属的形态出现, ,其平均密度其平均密度 为为5.52g/cm5.52g/cm3 3。n n大气、水和生物体的总质量不足大气、水和生物体的总质量不足0.1%0.1% 。一、地球中的元素一、地球中的元素美国化学家克拉克美国化学家克拉克
2、( (F.W.Clarke,1847-1931F.W.Clarke,1847-1931) )n n根据大陆地壳中根据大陆地壳中( (地下地下16Km16Km以内以内) )的的 51595159个岩石、矿物、土壤和天然水个岩石、矿物、土壤和天然水 的样品分析数据，于的样品分析数据，于18891889年第一次年第一次 算出元素在地壳中的平均含量数值算出元素在地壳中的平均含量数值 ( (平均质量百分数平均质量百分数) )，即元素的丰度，即元素的丰度 。地质学上把元素在地壳中 的平均质量百分含量称为元素 的克拉克值。而某一地区某种化学元素 的质量百分比称为该元素的丰 度值。地壳主要元素的平均质量百分比
3、地壳中其它重要元素n n1010-5-5 : Cu -5.5, Pb -1.25, Zn-7,: Cu -5.5, Pb -1.25, Zn-7,Co- 2.5, Ni -7.5 Co- 2.5, Ni -7.5n n1010-6-6 (g/t) : W -1.5, Sn -2, U -2.7, (g/t) : W -1.5, Sn -2, U -2.7, Mo -1.5 Mo -1.5n n1010-7-7 : Sb -2: Sb -2n n1010-8-8 : Ag- 7, Au -4: Ag- 7, Au -4n n1010-9-9 : Pt - 5: Pt - 5整个地球的物质 （按重
4、量计算）各元素的丰度n铁近34.6%，氧为29.5%n硅为15.2%，镁为12.7%n镍为2.4%， 硫为1.9%，n钙和铝为2.2%n其它所有元素共占1.5% n n地核：大部分以金属状态存在的地核：大部分以金属状态存在的 铁和镍铁和镍n n地壳和地幔：大部分是氧和硅、铝地壳和地幔：大部分是氧和硅、铝n n水水 圈：以氧和氢为主圈：以氧和氢为主n n生物圈：主要为碳、氢、氧和氮生物圈：主要为碳、氢、氧和氮n n大气圈：主要为氮、氧大气圈：主要为氮、氧二、自然界中的矿物二、自然界中的矿物矿物：天然形成的、具有一定化矿物：天然形成的、具有一定化 学成分、内部结构，并表现出一学成分、内部结构，并表
5、现出一 定的外部形态和物理、化学特征定的外部形态和物理、化学特征 的元素单质和无机化合物。的元素单质和无机化合物。矿矿 物物n n矿物一般都有自己固有的形态，但在自然矿物一般都有自己固有的形态，但在自然 界产出时常不完整界产出时常不完整n n只有部分矿物如水晶、金刚石、黄铁矿、只有部分矿物如水晶、金刚石、黄铁矿、 方解石、黑云母、石棉等少数矿物易形成方解石、黑云母、石棉等少数矿物易形成 其固有的形态特征其固有的形态特征n n矿物也有较大的形体，可以用肉眼及简矿物也有较大的形体，可以用肉眼及简 单单 的试验方法辨认的试验方法辨认石榴子石-硬石膏-辉锑矿-黄铁矿孔雀石方解石固体矿物按结晶程度分类固
6、体矿物按结晶程度分类晶质矿物晶质矿物 非晶质矿物非晶质矿物绝大部分矿物都是结晶体晶质矿物具有空间格子结构晶质矿物具有空间格子结构 组成矿物的质点（原子组成矿物的质点（原子 、离子或分子）呈有规律的、离子或分子）呈有规律的 排列。排列。 非晶质矿物的内部质点无规非晶质矿物的内部质点无规 律排列，没有固定的形态。律排列，没有固定的形态。（一）矿物晶体结构n n德国物理家冯德国物理家冯 劳埃劳埃(M.Von Laue, (M.Von Laue, 1879-1960)1879-1960)用用X X光观测晶体，发现不光观测晶体，发现不 论晶体的外形如何，内部的原子、论晶体的外形如何，内部的原子、 离子、
7、分子都是离子、分子都是有序的排列有序的排列金矿物的各种特征不仅与它的化学成分相关更 受到晶体构造的控制（二）矿物的分类（二）矿物的分类n n自然元素矿物：自然元素矿物： 金，金刚石、石墨、硫磺金，金刚石、石墨、硫磺 、铜、铜 、银、汞等、银、汞等n n卤化物矿物（卤化物矿物（F F、ClCl、BrBr、I I化合物）：化合物）：石盐、钾石盐、钾 盐、萤石等盐、萤石等n n硫化物矿物：硫化物矿物：黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿 、辉锑矿、雄黄等、辉锑矿、雄黄等n n氧化物和氢氧化物矿物：氧化物和氢氧化物矿物： 如赤铁矿、磁铁矿、如赤铁矿、磁铁矿、 铬铁矿、锡石、铝土
8、矿、软锰矿、硬锰矿、沥青铬铁矿、锡石、铝土矿、软锰矿、硬锰矿、沥青 铀矿、石英等。铀矿、石英等。n n含氧酸盐矿物：含氧酸盐矿物： 最重要的是下面三种：最重要的是下面三种：n n硫酸盐矿物：硫酸盐矿物： 石膏、芒硝、重晶石等石膏、芒硝、重晶石等n n碳酸盐矿物：碳酸盐矿物： 方解石、孔雀石方解石、孔雀石n n硅酸盐矿物：硅酸盐矿物：自然金自然铂（Pt）（自然元素矿物）钾盐（KCl） （卤化物）黄铁矿（FeS2） 硫化物锡石（SnO2）氧化物石膏（Ca(H2O)2SO4）（硫酸盐）方解石（CaCO3）（碳酸盐）硅酸盐矿物氧离子和硅离子结合的基 础上，再与金属离子结合而 成硅酸盐矿物硅酸盐矿物的晶
9、体结构硅酸盐的架状结构（长石结构）层状结构（白云母结构）n n硅酸盐矿物广泛分布在地壳与地幔硅酸盐矿物广泛分布在地壳与地幔 内。最常见的是长石、云母、辉石内。最常见的是长石、云母、辉石 、角闪石、橄榄石等。、角闪石、橄榄石等。n n硅酸盐矿物种类繁多，约占已知矿硅酸盐矿物种类繁多，约占已知矿 物种数的物种数的1/41/4，占地壳总重量的，占地壳总重量的85% 85% 黄玉（岛状硅酸盐）蔷薇辉石（链状硅酸盐）蛇纹石（层状硅酸盐）奥长石（架状硅酸盐）（三）矿物的肉眼鉴定（三）矿物的肉眼鉴定 矿物都具有一定的化学成分和矿物都具有一定的化学成分和 内部结构，从而具有一定的形内部结构，从而具有一定的形
10、态及物理、化学性质态及物理、化学性质 。 l矿物的形态l矿物的物理性质光学性质： 颜色、条痕、光泽、透明度力学性质：硬度、解理、断口 其它性质：比重、密度、磁性、电性、挠性、脆性等1、矿物的形态n矿物的单体（晶体）及集合体的形状 。n晶体形态是其成分、内部结构的外在 反映。n具有一定成分和内部结构的矿物具有 一定的晶体形态特征晶质矿物在有利的条件下能 生长成规则的几何多面体。 这种几何多面体称晶体。包围晶体的平面称晶面。两个晶面的交线叫晶棱。锡石（SnO2）氧化物矿物单体形态:l一向延伸（柱状、针状）：石英、角闪石 l二向延展（板状、片状）：长石、云母 l三向等长（等轴状 ）：黄铁矿、石榴石常
11、见矿物单体形态晶体形态的变化晶体形态的变化n n自形：自形：按矿物自有规律成长的矿物形态按矿物自有规律成长的矿物形态n n它形：它形：没按自有规律生长的矿物形态没按自有规律生长的矿物形态n n双晶双晶n n矿物集合体的形态矿物集合体的形态n n晶体不同截面的形态晶体不同截面的形态常见矿物集合体形态常见矿物集合体形态n n如粒状集合体、柱状集合体、晶簇如粒状集合体、柱状集合体、晶簇 （水晶）、纤维状、放射状等（水晶）、纤维状、放射状等 片状、鳞片状等片状、鳞片状等n n非晶质的如：分泌体（玛瑙），钟非晶质的如：分泌体（玛瑙），钟 乳状（孔雀石）、鲕状、豆状、肾乳状（孔雀石）、鲕状、豆状、肾 状、
12、钟乳状等状、钟乳状等石榴子石-硬石膏-辉锑矿-黄铁矿石英晶簇2 2、矿物的光学性质、矿物的光学性质n n矿物的颜色矿物的颜色n n矿物的条痕矿物的条痕n n矿物的透明度矿物的透明度n n矿物的光泽矿物的光泽矿物的颜色矿物的颜色矿物的颜色是矿物对白光中不同波长光波矿物的颜色是矿物对白光中不同波长光波吸收的结果，所呈的颜色为被吸收光的补色。吸收的结果，所呈的颜色为被吸收光的补色。如果对各种波长的光波普遍而均匀的吸收，则随如果对各种波长的光波普遍而均匀的吸收，则随 吸收程度不同而呈黑、灰、白色。吸收程度不同而呈黑、灰、白色。如对各种波长的光波有选择性的吸收，则呈现各如对各种波长的光波有选择性的吸收，
13、则呈现各 种较鲜艳的颜色，如红、蓝、绿、橙等。种较鲜艳的颜色，如红、蓝、绿、橙等。矿物的条痕矿物的条痕n n矿物的条痕是矿物粉末的颜色，一般是指矿物的条痕是矿物粉末的颜色，一般是指 矿物在白色瓷板上划擦时所留下的粉末的矿物在白色瓷板上划擦时所留下的粉末的 颜色。颜色。n n矿物的条痕比其本身的颜色固定，是鉴定矿物的条痕比其本身的颜色固定，是鉴定 矿物的可靠特征。矿物的可靠特征。如赤铁矿的表面颜色有红色、钢灰色、铁如赤铁矿的表面颜色有红色、钢灰色、铁 黑色等，但其条痕总是樱桃红色的。黑色等，但其条痕总是樱桃红色的。矿物的透明度矿物的透明度n n矿物的透明度就是指矿物透过可见光波的矿物的透明度就是
14、指矿物透过可见光波的 能力，一般以能力，一般以1mm1mm厚的矿物的透光程度为厚的矿物的透光程度为 标准，可将矿物的透明度可分为标准，可将矿物的透明度可分为n n透明（石英、方解石等）透明（石英、方解石等）, ,n n半透明（辰砂、闪锌矿）半透明（辰砂、闪锌矿）, ,n n不透明（黄铁矿、石墨等）。不透明（黄铁矿、石墨等）。矿物的光泽矿物的光泽矿物表面对可见光的反射能力。矿物表面对可见光的反射能力。根据矿物反射能力的大小可将矿物光泽分为：根据矿物反射能力的大小可将矿物光泽分为：n n金属光泽：呈金属新鲜面的光泽，光亮耀眼，金属光泽：呈金属新鲜面的光泽，光亮耀眼， 不透明，如方铅矿不透明，如方铅
15、矿n n半金属光泽：呈较暗的金属光泽，如磁铁矿半金属光泽：呈较暗的金属光泽，如磁铁矿n n金刚光泽：呈金刚石的光泽，如金刚石、白钨金刚光泽：呈金刚石的光泽，如金刚石、白钨 矿矿n n玻璃光泽：呈玻璃样的光泽，如水晶玻璃光泽：呈玻璃样的光泽，如水晶n n油脂光泽：具玻璃光泽的矿物，因反射表面不油脂光泽：具玻璃光泽的矿物，因反射表面不 平，使部分光散射而呈油脂状光泽，如石英平，使部分光散射而呈油脂状光泽，如石英n n丝绢光泽，土状光泽丝绢光泽，土状光泽光泽透明度条痕 金属光泽不透明黑色 半金属光泽半透明深彩色 金刚光泽半透明、透明浅彩色 玻璃光泽透明无色、白色矿物的光泽常与条痕、透明 度相互有关3
16、 3、矿物的力学性质、矿物的力学性质n n矿物的硬度矿物的硬度n n矿物的解理与断口矿物的解理与断口摩氏硬度计硬 度 等 级1 2 3 4 56 7 8 9 10代 表 矿 物滑石石膏方 解 石萤 石磷灰石正长石石英黄玉刚玉金刚石矿物的硬度：抵抗刻划和研磨的能力n n在野外实践中，常把矿物的硬度粗略在野外实践中，常把矿物的硬度粗略 的划分为的划分为小于指甲（小于指甲（2.52.5）、指甲与）、指甲与 小刀小刀(5.5)(5.5)之间及大于小刀。之间及大于小刀。矿物的解理与断口矿物的解理与断口矿物的矿物的解理解理与与断口断口都是矿物在外力都是矿物在外力 作用下，发生破裂的性质。作用下，发生破裂的性质。n n解理：解理：矿物晶体在外力作用下矿物晶体在外力作用下严格严格 沿着一定结晶方向破裂沿着一定结晶方向破裂，并能裂成，并能裂成 光滑平面的性
