第三章 地球的物质组成与 内部圈层,1,第一节 地球的物质组成地球是一个特殊的物理化学体系 元素－矿物－岩石,全球的质量近六十万亿亿吨5.974×1027g,几乎都集中在固体地球内以岩石和金属的形态出现,其平均密度为5.52g/cm3大气、水和生物体的总质量不足0.1%一、地球中的元素,美国化学家克拉克(F.W.Clarke,1847-1931),根据大陆地壳中(地下16Km以内)的5159个岩石、矿物、土壤和天然水的样品分析数据，于1889年第一次算出元素在地壳中的平均含量数值(平均质量百分数)，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,地壳中其它重要元素,10-5 : Cu -5.5, Pb -1.25, Zn-7, Co- 2.5, Ni -7.510-6 (g/t) : W -1.5, Sn -2, U -2.7, Mo -1.510-7 : Sb -210-8 : Ag- 7, Au -410-9 : Pt - 5,整个地球的物质 （按重量计算）各元素的丰度,铁近34.6%，氧为29.5%硅为15.2%，镁为12.7%镍为2.4%， 硫为1.9%，钙和铝为2.2%其它所有元素共占1.5%,地核：大部分以金属状态存在的 铁和镍地壳和地幔：大部分是氧和硅、铝水 圈：以氧和氢为主生物圈：主要为碳、氢、氧和氮大气圈：主要为氮、氧,二、自然界中的矿物,矿物：天然形成的、具有一定化学成分、内部结构，并表现出一定的外部形态和物理、化学特征的元素单质和无机化合物。
矿 物,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其固有的形态特征矿物也有较大的形体，可以用肉眼及简 单的试验方法辨认,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——组成矿物的质点（原子、离子或分子）呈有规律的排列非晶质矿物的内部质点无规律排列，没有固定的形态一）矿物晶体结构,德国物理家冯·劳埃(M.Von Laue, 1879-1960)用X光观测晶体，发现不论晶体的外形如何，内部的原子、离子、分子都是有序的排列,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,自然元素矿物： 金，金刚石、石墨、硫磺 、铜、银、汞等卤化物矿物（F、Cl、Br、I化合物）：石盐、钾盐、萤石等硫化物矿物：黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、辉锑矿、雄黄等氧化物和氢氧化物矿物： 如赤铁矿、磁铁矿、铬铁矿、锡石、铝土矿、软锰矿、硬锰矿、沥青铀矿、石英等含氧酸盐矿物： 最重要的是下面三种： 硫酸盐矿物： 石膏、芒硝、重晶石等 碳酸盐矿物： 方解石、孔雀石 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)2［SO4］）（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,硅酸盐矿物的晶体结构,,硅酸盐的架状结构（长石结构）,层状结构（白云母结构）,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、角闪石、橄榄石等硅酸盐矿物种类繁多，约占已知矿物种数的1/4，占地壳总重量的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,矿物都具有一定的化学成分和内部结构，从而具有一定的形态及物理、化学性质 矿物的形态矿物的物理性质 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,矿物的单体（晶体）及集合体的形状晶体形态是其成分、内部结构的外在反映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:一向延伸（柱状、针状）：石英、角闪石二向延展（板状、片状）：长石、云母三向等长（等轴状 ）：黄铁矿、石榴石,常见矿物单体形态,晶体形态的变化,自形：按矿物自有规律成长的矿物形态它形：没按自有规律生长的矿物形态双晶矿物集合体的形态晶体不同截面的形态,常见矿物集合体形态,如粒状集合体、柱状集合体、晶簇（水晶）、纤维状、放射状等片状、鳞片状等非晶质的如：分泌体（玛瑙），钟乳状（孔雀石）、鲕状、豆状、肾状、钟乳状等,石榴子石-硬石膏-辉锑矿-黄铁矿,石英晶簇,2、矿物的光学性质,矿物的颜色矿物的条痕矿物的透明度矿物的光泽,矿物的颜色,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。
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、白色如对各种波长的光波有选择性的吸收，则呈现各种较鲜艳的颜色，如红、蓝、绿、橙等矿物的条痕,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颜色矿物的条痕比其本身的颜色固定，是鉴定矿物的可靠特征 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矿物的透明度,矿物的透明度就是指矿物透过可见光波的能力，一般以1mm厚的矿物的透光程度为标准，可将矿物的透明度可分为透明（石英、方解石等）,半透明（辰砂、闪锌矿）,不透明（黄铁矿、石墨等）矿物的光泽,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：金属光泽：呈金属新鲜面的光泽，光亮耀眼，不透明，如方铅矿半金属光泽：呈较暗的金属光泽，如磁铁矿金刚光泽：呈金刚石的光泽，如金刚石、白钨矿玻璃光泽：呈玻璃样的光泽，如水晶油脂光泽：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，如石英丝绢光泽，土状光泽,矿物的光泽常与条痕、透明度相互有关,3、矿物的力学性质,矿物的硬度矿物的解理与断口,摩氏硬度计,矿物的硬度：抵抗刻划和研磨的能力,在野外实践中，常把矿物的硬度粗略的划分为小于指甲（2.5）、指甲与小刀(5.5)之间及大于小刀。
矿物的解理与断口,矿物的解理与断口都是矿物在外力作用下，发生破裂的性质解理：矿物晶体在外力作用下严格沿着一定结晶方向破裂，并能裂成光滑平面的性质称为解理这些光滑平面称为解理面如云母和石墨的片状极完全解理，方解石的菱形完全解理，辉石和角闪石的两组中等解理白云母,方解石的三组菱面体解理 （完全解理）,晶面与解理面的区别,黄铁矿（FeS2）硫化物,断 口：矿物晶体在外力作用下沿任意方向破裂， 呈各种凹凸不平的断面，这样的断面叫断口如石英的贝壳状断口三、地球上的岩石,矿物总是集合成为岩石而产出的岩石：自然状态下形成的，由一种或几种矿物、有规律组合而成的矿物集合体岩石是混合物,岩石的成因,水成论 － 魏尔纳(A.G.Werner,1750-1815)火成论 － 赫顿（J.Hutton, , 1726～1797）,地球上的岩石：沉积岩主要来自地表的沉积物（很多沉积于水中），也称水成岩岩浆岩是岩浆冷凝的产物，也叫火成岩变质岩是原岩在固体状态下、经过一定的温度与压力的作用，有时还有新的成分加入，使其内部物质组成或结构发生了不同程度的变化,按岩石成因来进行科学分类,美国西南部三叠系红色砂岩倾斜岩层,沉积岩中常见矿物,石英、白云母、钾长石、 斜长石粘土矿物、方解石、白云石、石英、斜长石、 石膏、硬石膏、赤铁矿、褐铁矿、蛋白石、海绿石等岩屑,岩浆岩中常见矿物,橄榄石:（Mg,Fe)2SiO4 辉石: （Ca,Mg,Fe,Al)2[(Si,Al)2O6] 角闪石:(Ca,Na)2-3(Mg,Fe,Al)5 [(Si,Al)4O11](OH)2 黑云母: K(Mg,Fe)3(AlSi3O10)(OH,F)2 斜长石: Na(AlSi3O8) —— Ca(Al2Si2O8) 钾长石: K(AlSi3O8) 石英: SiO2,变质岩中常见矿物,石榴子石、红柱石、蓝晶石、矽线石、硅灰石、滑石、阳起石、蓝闪石、透辉石、叶蜡石、石墨、蛇纹石、绿帘石、绿泥石等,矿物的有规律组和,岩石的结构：组成岩石的矿物（或岩屑）的结晶程度、颗粒大小、形状及其相互关系。
岩石的构造：岩石中的矿物（或岩屑）颗粒在空间上的分布和排列方式特点四、宝石与玉,宝石:凡矿物颜色鲜艳美观,折光率高,光泽强,透明度好,硬度高(一般在5以上),化学性稳定者.狭义的宝石:金刚石、红、蓝宝石,,钻石：金刚石红宝石：红色透明的刚玉晶体蓝宝石：蓝色透明的刚玉晶体祖母绿、海蓝宝石：翠绿色半透明－透明的绿柱石蓝牙乌：石榴子石,刚玉,祖母绿(绿柱石),海蓝宝石,玉,古人不知道它是什么成分，经过现代技术手段测定，才知道玉不是矿物而是矿物的集合体，即岩石一类大多为透闪石或阳起石类，成纤维状，非常细微,玉,商周两代最盛商王后妇好的墓中出土玉器755件 武王灭商，“ 得佩玉亿有八万”即18万块之多 欧洲人没有这些讲究，哥伦布带回印地安人用来治病的玉，这才有了碧玉（玉）这个名词,玉龙：新石器时代，红山文化1971年内蒙古翁牛特旗出土,玉透雕三龙环型饰,古代中国的学者走的是另一条路,不是去探究岩石的成因和寻求合乎逻辑的分类，而是想从岩石的身上找出精神的价值将玉与普通的石头区别开来，并把它摆到崇高的位置，就是这种追求的表现将玉的色泽、晶莹、柔润、坚固，敲击时声音清纯绵长等特点，看作仁义道德和勇敢机智的体现。
玉乃“ 石之美有五德者”，“ 君子必佩玉”克拉克值矿物岩石地球地壳中的主要元素地球中的主要元素矿物的主要物理性质岩石的结构、构造,重点掌握,第二节、地球的内部圈层,99,一、透视地球的内部,100,1849年英国科学家斯托克斯(G.H.Stokes)证实地震时产生出两种弹性波纵波(P波)纵波的速度快总是领先横波（S波）横波滞后P波与S波都在物体内部传播的， 又叫体波表面波只在地球表面传播，对固体地球 表面的破坏作用最强,101,透视地球内部的是P波与S波 在同一介质中，纵波的速度快，总是领先，横波滞后 地震波的传播速度与介质的密度和弹性性质有关102,103,up=[(k+4/3m)/r]1/2us=(m /r)1/2,k: 介质的体变模量: 介质切变模量（气态、液态物质中为0）r ：介质密度,如果介质是均匀的，P波与S波都应该沿着直线传播，传播速度也应该基本稳定 当地震波在从一种介质进入另一种介质时，会出现折射或反射的现象 如果地震波的传播是沿着弯曲的路径时，则表示沿途介质的性质在发生逐渐的改变104,地震波在地球内部的传播，既是沿着曲线的路径，又有突变的现象。
105,S波只能在固态物质中传播 如果记录表明地球的某个部位S波不能通过，说明这里的物质不是固体 P波传播时只引起物质疏密的变化，不要求物质具有固定的内部结构，因此在气、液或固态物质中都可以传播。