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1、地球是一个特殊的物理化学体系 元素矿物岩石第一 节 地球中的元素 宇宙中的元素是通过热核聚变反应，经历了从简单到复杂的形成演化过程的。物质复杂多样 地球上多种多样的物质，都是从基本粒子聚变而成氢开始的,然后是四个氢合成一个氦，氦再进一步合成其它元素 约在150亿年前的大爆炸以后50100万年时，从轻元素到重元素，现今所有的元素就已逐渐形成两千多年前中国李耳 “道生一，一生二，二生三，三生万物”的哲学思想美国化学家克拉克(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
2、值(平均质量百分比)，即元素的丰度。 为了纪念这个创举，命名为克拉克值。 克拉克值：某一种元素在地壳中的平均重量百分含量地壳中各元素的丰度 氧(45.2%）,硅(27.2%) 铝(8%),铁(5.8%),钙(5.06%) 镁(2.77%),钠(2.32%),钾(1.68%) 钛(0.68%),氢(0.14%),锰(0.10%),磷(0.10%) 其它所有元素(0.95%)地壳中其它重要元素 10-5 : Cu 5.5, Pb 1.25, Zn 7, Co 2.5, Ni 7.5 10-6 (g/t) : W 1.5, Sn 2, U 2.7, Mo 1.5, As 1.8 10-7 : Sb
3、2 10-8 : Ag 7, Au 4 10-9 : 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、铝也较多 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 全球的质量近六十万亿亿吨 (5.9761027g) 几乎都集中在平均半径为6371km的固体地球内 以岩石和金属的形态出现,其平均密度为5.52g/cm3(即1立方厘米5.52克)。 大气、水和生物体的总质量
4、不足0.1%。Top 第二节 自然界中的矿物矿物：天然形成的、具有一定化学成分、内部原子排列顺序和物理特征的元素单质和无机化合物。 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 自然金孔雀石金刚石红宝石石英黄铁石矿物肉眼鉴定方法 颜色：对白光中不同波长光波吸收的结果，为吸收光的补色 条痕色：矿物粉末的颜色 透明度：透过可见光的能力 光泽：矿物表面的总光量 硬度：抵抗外来机械力（刻划、压入、研磨）的能力 比重： 磁性： 解理：矿物在外力作用下严格沿
5、着一定的结晶方向破裂，并裂成光滑平面的性质孔雀石白云母方解石Top 第三节 矿物晶体结构 矿物的DNA 绝大部分矿物都是结晶体 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 这种质点的有序排列，就好像生物的基因物质脱氧核糖核酸（DNA）一样 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矿物种数 从20世纪初的两千多种到20世纪90年代的五千多种矿物分类 自然元素矿物： 如金，金刚石、石墨、硫磺，还有铜、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
6、铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、辉钼矿、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： 有石膏、芒硝、重晶石等 碳酸盐矿物： 如方解石、孔雀石 硅酸盐矿物： 自然铂（Pt）（自然元素矿物）黄铁矿（FeS2）硫化物石膏（Ca(H2O)2SO4）（氢氧化物）奥长石（100nNaAlSi3O8nCaAlSi2O8）硅酸盐钾盐（KCl）（卤化物）锡石（SnO2）氧化物方解石（CaCO3）（含氧酸盐）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石英（SiO2） 硅酸盐矿
7、物种类繁多，约占已知矿物种数的1/4，占地壳总重量的85% 其中最常见的就是各类长石、云母、辉石、角闪石、橄榄石等几种，它们广泛分布在地壳与地幔内。硅酸盐矿物的晶体结构黄玉（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） 矿物的非晶质体：黑曜岩、珍珠岩、蛋白石 由于仪器观测精度越来越高，过去许多以为是非晶质的矿物，其实是晶体微小的“隐晶质” 原来被列为非晶质矿物的种数变得越来越少Top 第四节 岩石的科学与情趣 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.Wern
8、er,1750-1815） 火成论 赫 顿（J. Hutton, 17261797） 按岩石成因来进行科学分类 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
9、体现。玉乃“ 石之美 有五德者”，“ 君子必佩玉”。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(Ca2Mg5Si4O112(OH)2) 或阳起石 (Ca2(Mg,Fe)5Si4O112(OH)2）一类，成纤维状，非 常细微 商周两代最盛。商王后妇好的墓中挖出玉器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Jade（玉）这个名词 祖母绿(绿柱石)玉透雕三龙环型饰中国人不仅追求精神，也重视实用 四千多年前就会开采铜矿石、冶炼金属在两千多年前就知道把煤拿来当
10、燃料将矿物岩石用于医药，更有独到之处。 总之，一句话，事情做了不少，但却从来没有人去探索其中的科学奥秘。贤哲们是不去做这些事的，他们醉心的 仍是在天人合一的境界中去领略石头的情趣。爱因斯坦在1953年致斯威策(J.E.Switzer)的信中说过： “西方科学的发展是以两个伟大的成就为基础，那就是：希腊哲学家发明形式逻辑体系（在欧几里得几何学中）以及通过系统的实验发现有可能找出因果关系（在文艺复兴时期）。在我看来，中国的贤哲没有走上这两步，那是不用惊奇的，令人惊奇的倒是这些发现（在中国）全都做出来了。” 主要概念 克拉克值 矿物 岩石 地球地壳中的主要元素 总结与思考 1地球和地壳中丰度最高的前10种元素是那些？为什么存在如此大的差异？ 2矿物和岩石有何区别？ 3如何用肉眼来鉴定矿物？
