地球内部构造与物质

1、1. 地球的組成地球的組成1.1 地球之內部與外部地球之內部與外部分化：星體發展出成份不同之同心分化：星體發展出成份不同之同心圓狀層次的作用。圓狀層次的作用。-地球為一個分異的物體，部份熔解地球為一個分異的物體，部份熔解與分化作用將地球轉化成層狀的星與分化作用將地球轉化成層狀的星球。球。(1)地核地核(core)：主要由主要由鐵鐵金屬組成，金屬組成，含有少量鎳與微量其他元素。含有少量鎳與微量其他元素。佔有佔有整個地球整個地球16%的體積和的體積和32%的質量的質量，平均密度為，平均密度為10.78。(2)地函地函(mantle)：環繞地核的中間環繞地核的中間層，由密度中等的層，由密度中等的岩石

2、岩石物質組成。物質組成。佔有整個地球佔有整個地球82%的體積和的體積和68%的的質量。質量。(3)地殼地殼(crust)：密度最低的薄層外密度最低的薄層外殼，可分為殼，可分為大陸地殼與海洋地殼大陸地殼與海洋地殼。地殼厚度地殼厚度 1.2 各層之物理性質各層之物理性質-物理性質（如：岩石強度）隨深度物理性質（如：岩石強度）隨深度而異，乃因而異，乃因壓力壓力與與溫度溫度的變化所致的變化所致，與化學組成無關。，與化學組成無關。-內核內核為地球的固態中心，為地球的固態中心，外核外核之溫之溫-壓狀態，使得鐵金屬呈現熔融狀的壓狀態，使得鐵金屬呈現熔融狀的液態。液態。-地核以上的岩石可分為明顯的三個地核以上

3、的岩石可分為明顯的三個層次：層次：(1) 中層圈中層圈(mesosphere)：自地核自地核-地地函交界處函交界處(2898公里公里)至深度至深度350公里公里間之固態區域，高溫，岩石強度大。間之固態區域，高溫，岩石強度大。(2) 軟流圈軟流圈(asthenosphere) ：深度：深度350100公里間之區域，岩石強度公里間之區域，岩石強度低，溫低，溫-壓之組合促使岩石呈現壓之組合促使岩石呈現高度高度可塑可塑狀態。狀態。厚度約兩百公里，可能厚度約兩百公里，可能由軟而局部熔融的物質組成，為地由軟而局部熔融的物質組成，為地函中的函中的低速帶低速帶。(3) 岩石圈岩石圈(lithosphere)：

4、地球最外地球最外部的一百公里，岩石溫度低，強度部的一百公里，岩石溫度低，強度大，比軟流圈之組成更為堅硬。大，比軟流圈之組成更為堅硬。包包含含地殼和上部地函地殼和上部地函，相當於整個，相當於整個板板塊塊的厚度，約一百公里。的厚度，約一百公里。1.3 各層化學成份的差異各層化學成份的差異A. 地核與地函的成份地核與地函的成份-可由地球內部震波之可由地球內部震波之波速波速來判定。來判定。-地函之組成可藉由地球內部岩漿攜地函之組成可藉由地球內部岩漿攜帶至地表的帶至地表的外來岩塊外來岩塊之分析而推斷之分析而推斷。-整體考慮地球之整體考慮地球之平均密度平均密度(5.52 g/cm3)與隕鐵與隕鐵之成份，可

5、推斷地核之成份，可推斷地核之組成。之組成。-地球內部必須存有具導電性且可對地球內部必須存有具導電性且可對流的流體，方可維繫地磁場之存在流的流體，方可維繫地磁場之存在，部份熔融的鐵金屬為最可能的物，部份熔融的鐵金屬為最可能的物質。震波特性之分析結果確認，質。震波特性之分析結果確認，外外核核確由流體組成。確由流體組成。B. 地殼之組成地殼之組成-組成地殼之岩石多變，且分布不均組成地殼之岩石多變，且分布不均勻。勻。-早期研究假設地殼組成可由火成岩早期研究假設地殼組成可由火成岩之平均成份代表之。之平均成份代表之。-1920年代，挪威地球化學家年代，挪威地球化學家V. M. Goldschmidt分析上

6、次冰期之分析上次冰期之冰積細冰積細粒沈積物粒沈積物之成份，用以探討地殼之之成份，用以探討地殼之組成。組成。-近代研究常將不同的近代研究常將不同的構造環境構造環境列入列入考慮，如：深海盆地、年輕的造山考慮，如：深海盆地、年輕的造山運動帶、大陸邊緣，以及穩定的大運動帶、大陸邊緣，以及穩定的大陸內部。陸內部。元素元素重量重量Oxygen (O)45.20Silicon (Si)27.20Aluminum (Al)8.00Iron(Fe )5.80Calcium (Ca)5.06Magnesium (Mg)2.77Sodium (Na)2.32Potassium (K)1.68元素元素重量重量Tita

7、nium (Ti)0.86Hydrogen (H)0.14Manganese (Mn)0.10Phosphorus (P)0.10All others0.77Total100.002. 礦物礦物定義：定義：(1)自然的無機作用所形成自然的無機作用所形成(2)必需為固體必需為固體(3)具備特定之物理性質具備特定之物理性質(4)具有特定之化學成份具有特定之化學成份(5)內部原子規則性的排列內部原子規則性的排列- -結晶構結晶構造造 2.1 常見礦物常見礦物-以矽酸鹽類礦物最多，氧化物次之以矽酸鹽類礦物最多，氧化物次之，其他則較不常見。，其他則較不常見。2.2 矽酸鹽類礦物矽酸鹽類礦物-矽酸鹽類礦物

8、之基本構造為矽氧四矽酸鹽類礦物之基本構造為矽氧四面體，四個氧分別位於四面體的角面體，四個氧分別位於四面體的角落，中間的空隙則為矽之所在。落，中間的空隙則為矽之所在。-矽酸鹽類礦物之性質依據結晶構造矽酸鹽類礦物之性質依據結晶構造內部，四面體內部，四面體(SiO4)-4之連結方式之連結方式而定。而定。 2.3 氧化物與其他氧化物與其他-氧化物氧化物類礦物由氧離子類礦物由氧離子O-2與其他與其他陽離子之各種結合方式而成。鐵為陽離子之各種結合方式而成。鐵為地殼中含量最多的金屬，最常見的地殼中含量最多的金屬，最常見的氧化鐵礦物即為：磁鐵礦氧化鐵礦物即為：磁鐵礦(Fe3O4)與與褐鐵礦褐鐵礦(Fe2O3)

9、。磁鐵礦磁鐵礦magnetite褐鐵礦褐鐵礦hematite-其他較重要的氧化物尚有：鈾雲母其他較重要的氧化物尚有：鈾雲母類類uraninite(U3O8)(主要之鈾礦主要之鈾礦)，錫，錫石石cassiterite(SnO2)(錫之重要來源錫之重要來源)，金紅石，金紅石rutile(TiO2)(油漆之主要成油漆之主要成份份)。 鈾雲母類鈾雲母類uraninite錫石錫石cassiterite金紅石金紅石rutile-硫化物硫化物：陰離子：陰離子S-2與金屬陽離子之與金屬陽離子之結 合 。 最 常 見 的 有 ： 黃 鐵 礦結 合 。 最 常 見 的 有 ： 黃 鐵 礦p y r i t e (

10、 F e S2) 與 磁 黃 鐵 礦與 磁 黃 鐵 礦pyrrhotite(FeS)。-硫化物中之硫化物中之金屬金屬常為重要的礦源，常為重要的礦源，如：方鉛礦如：方鉛礦galena(PbS)之鉛，閃鋅之鉛，閃鋅礦礦sphalerite(ZnS)之鋅，以及黃銅之鋅，以及黃銅礦礦chalcopyrite(CuFeS2)之銅。之銅。黃鐵礦黃鐵礦pyrite黃鐵礦黃鐵礦pyrite磁黃鐵礦磁黃鐵礦pyrrhotit黃銅礦黃銅礦chalcopyrite方鉛礦方鉛礦galena閃鋅礦閃鋅礦sphalerite2.4 礦物形成之環境指標礦物形成之環境指標-礦物分析結果可提供其形成當時的礦物分析結果可提供其形

11、成當時的溫度溫度-壓力壓力資料，實驗室分析與野外資料，實驗室分析與野外觀察皆有其重要性。如：形成於風觀察皆有其重要性。如：形成於風化層中之礦物受到氣候之控制，沈化層中之礦物受到氣候之控制，沈積岩中之某些特殊礦物可反映積岩中之某些特殊礦物可反映古氣古氣候候條件，過去的海水成份可由鹽礦條件，過去的海水成份可由鹽礦的分析而得。的分析而得。3. 岩石岩石 3.1 描述岩石描述岩石(1) 礦物聚合體：礦物的種類與其相礦物聚合體：礦物的種類與其相對含量。對含量。(2) 岩理：組成礦物的大小、形狀與岩理：組成礦物的大小、形狀與排列方式。排列方式。3.2 三大岩類三大岩類：(1)火成岩火成岩：岩漿冷卻硬化而成，可：岩漿冷卻硬化而成，可