第2章地球的物质组成

1、l克拉克值克拉克值l矿物矿物l岩石岩石l地球地壳中的主要元素地球地壳中的主要元素l地球中的主要元素地球中的主要元素l矿物的主要物理性质矿物的主要物理性质l岩石的结构、构造岩石的结构、构造第二章第二章 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一、地球中的元素全球的质量近六十万亿亿吨全球的质量近六十万亿亿吨5.9765.97610102727g gl几乎都集中在固体地球内几乎都集中在固体地球内l以岩石和金属的形态出现以岩石和金属的形态出现, ,其平均密其平均密度为度为5.52g/cm5.52g/cm3 3。l大气、水和生物体的总

2、质量不足大气、水和生物体的总质量不足0.1%0.1%。美国化学家克拉克美国化学家克拉克(F.W.Clarke,1847-1931)l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主要元素的平均质量百分比氧氧 硅硅 铝铝 铁铁 钙钙 O O SiSi AlAl FeFe CaCa 4646.05.05 27.8827.88 8.

3、138.13 5.175.17 3.653.65 钠钠 钾钾 镁镁 钛钛 氢氢 NaNa K K MgMg TiTi H H 2.782.78 2.582.58 2.062.06 0.620.62 0.140.14 地壳中其它重要元素地壳中其它重要元素l 10-5 : Cu -5.5, Pb -1.25, Zn-7, l Co- 2.5, Ni -7.5l10-6 (g/t) : W -1.5, Sn -2, U -2.7, l Mo -1.5l10-7 : Sb -2l10-8 : Ag- 7, Au -4l10-9 : Pt - 5整个地球的物质整个地球的物质（按重量计算）各元素的丰度（按

4、重量计算）各元素的丰度l铁近34.6%，氧为29.5%l硅为15.2%，镁为12.7%l镍为2.4%， 硫为1.9%，l钙和铝为2.2%l其它所有元素共占1.5% l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l地壳和地幔：大部分是氧和硅、地壳和地幔：大部分是氧和硅、铝铝l水水 圈：以氧和氢为主圈：以氧和氢为主l生物圈：主要为碳、氢、氧和氮生物圈：主要为碳、氢、氧和氮l大气圈：主要为氮、氧大气圈：主要为氮、氧二、自然界中的矿物矿物：天然形成的、具有矿物：天然形成的、具有一定化学成分、内部结构一定化学成分、内部结构，并表现出一定的外部形，并表现出一定的外部形态和物理、化

5、学特征的元态和物理、化学特征的元素单质和无机化合物。素单质和无机化合物。矿矿 物物l矿物一般都有自己固有的形态，但在自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然界产出时常不完整l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、方解石、黑云母、石棉等少数矿物易形成其固有的形态特征形成其固有的形态特征l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 单的试验方法辨认单的试验方法辨认石榴子石石榴子石-硬石膏硬石膏-辉锑矿辉锑矿-黄铁矿黄铁矿孔雀石孔雀石方解石方解石固体矿物按结晶程度分类固体矿物按结晶程度分类晶质

6、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l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金矿物的各种特征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l自然元素矿物：自然元素矿物： 如金，金刚石、石墨、硫磺如金，金刚石、石墨、硫磺 、铜、银、汞等、铜、银、汞等l卤化物矿物（卤化物矿物（F

7、 F、ClCl、BrBr、I I化合物）：化合物）：石盐石盐、钾盐、萤石等、钾盐、萤石等l硫化物矿物：硫化物矿物：黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、辉锑矿、雄黄等锌矿、辉锑矿、雄黄等l氧化物和氢氧化物矿物：氧化物和氢氧化物矿物： 如赤铁矿、磁铁如赤铁矿、磁铁矿、铬铁矿、锡石、铝土矿、软锰矿、硬锰矿、铬铁矿、锡石、铝土矿、软锰矿、硬锰矿、沥青铀矿、石英等。矿、沥青铀矿、石英等。l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：l 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l 碳酸盐矿物：碳酸盐矿物： 方解石、孔雀石方解石、孔雀

8、石l 硅酸盐矿物：硅酸盐矿物：自然铂（自然铂（Pt）（自然元素矿物）（自然元素矿物）钾盐（KCl）（卤化物）黄铁矿（FeS2）硫化物锡石（SnO2）氧化物石膏石膏（Ca(H2O)2SO4）（硫酸盐）（硫酸盐）方解石（方解石（CaCO3）（碳酸盐）（碳酸盐）硅酸盐矿物硅酸盐矿物l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）l 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% l 最常见的是长石、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。黄玉黄玉（岛状硅酸盐）（岛状硅酸盐）蔷薇

9、辉石蔷薇辉石（链状硅酸盐）（链状硅酸盐）蛇纹石（层状硅酸盐）奥长石（架状硅酸盐）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内部结构，从而具有一定的形态及物理、化学性质 。 l矿物的形态矿物的形态l矿物的物理性质矿物的物理性质 光学性质：光学性质： 颜色、条痕、光泽、颜色、条痕、光泽、 透明度透明度 力学性质：力学性质：硬度、解理、断口硬度、解理、断口 其它性质：其它性质：比重、密度、磁性、比重、密度、磁性、 电性、挠性、脆性等电性、挠性、脆性等1 1、矿物、矿物的形态的形态l指矿物的单体（晶体）及集合体的指矿物的单体（晶体）及集合体的形状。形状。 晶

10、体形态是其成分、内部结构的外晶体形态是其成分、内部结构的外在反映。在反映。 具有一定成分和内部结构的矿物具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有一定的晶体形态特征 晶质矿物在有利的条件下晶质矿物在有利的条件下能生长成规则的几何多面体。能生长成规则的几何多面体。 这种几何多面体称这种几何多面体称晶体。 包围晶体的平面称包围晶体的平面称晶面。 两个晶面的交线叫两个晶面的交线叫晶棱。锡石（SnO2）氧化物矿物单体形态矿物单体形态:l一向延伸（柱状、针状）：石英、角闪石一向延伸（柱状、针状）：石英、角闪石l二向延展（板状、片状）：长石、云母二向延展（板状、片状）：长石、云母l三向等长（等

11、轴状三向等长（等轴状 ）：黄铁矿、石榴石）：黄铁矿、石榴石常见矿物单体形态常见矿物集合体形态l如粒状集合体、柱状集合体、晶如粒状集合体、柱状集合体、晶簇（水晶）、纤维状、放射状等簇（水晶）、纤维状、放射状等片状、鳞片状等片状、鳞片状等l非晶质的如：分泌体（玛瑙），钟乳状（孔雀石）、鲕状、豆状、肾状、钟乳状等晶体形态的变化晶体形态的变化l自形：按矿物自有规律成长的矿物形态l它形：没按自有规律生长的矿物形态l双晶l矿物集合体的形态l晶体不同截面的形态石榴子石石榴子石-硬石膏硬石膏-辉锑矿辉锑矿-黄铁矿黄铁矿石英晶簇2、矿物的光学性质、矿物的光学性质l矿物的颜色l矿物的条痕l矿物的透明度l矿物的光泽

12、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吸收的结果，所呈的颜色为被吸收光的补色。色。如果对各种波长的光波普遍而均匀的吸收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。，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、呈现各种较鲜艳的颜色，如红、蓝、绿、橙等。橙等。矿物的条痕l矿物的条痕是矿物粉末的颜色，一般是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指矿物在白色瓷板上划擦时

13、所留下的粉末的颜色。末的颜色。l矿物的条痕比其本身的颜色固定，是鉴矿物的条痕比其本身的颜色固定，是鉴定矿物的可靠特征。定矿物的可靠特征。 如赤铁矿的表面颜色有红色、钢灰色、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。铁黑色等，但其条痕总是樱桃红色的。矿物的透明度l矿物的透明度就是指矿物透过可见光波矿物的透明度就是指矿物透过可见光波的能力，一般以的能力，一般以1mm厚的矿物的透光程厚的矿物的透光程度为标准，可将矿物的透明度可分为度为标准，可将矿物的透明度可分为l透明（石英、方解石等）透明（石英、方解石等）,l半透明（辰砂、闪锌矿）半透明（辰砂、闪锌矿）,l不透明（黄铁矿、

14、石墨等）。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。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：l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，如方铅矿l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l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l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l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，

15、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l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金属光泽不透明黑色半金属光泽半金属光泽半透明深彩色金刚光泽金刚光泽半透明、透明浅彩色玻璃光泽玻璃光泽透明无色、白色矿物的光泽常与条痕、透明度相互有关3、矿物的力学性质、矿物的力学性质l矿物的硬度l矿物的解理与断口摩氏硬度计摩氏硬度计硬度等级 1 2 3 4 5 6 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l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

16、的硬度粗略的划分为的划分为小于指甲（小于指甲（2.5）、指甲与）、指甲与小刀小刀(5.5)之间及大于小刀。之间及大于小刀。矿物的解理与断口 矿物的矿物的解理解理与与断口断口都是矿物在外都是矿物在外力作用下，发生破裂的性质。力作用下，发生破裂的性质。l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严格沿着一定结晶方向破裂格沿着一定结晶方向破裂，并能，并能裂成光滑平面的性质称为解理。裂成光滑平面的性质称为解理。l这些光滑平面称为解理面。这些光滑平面称为解理面。 解理等级解理等级出现的难易出现的难易平滑程度平滑程度极完全极完全易易最平滑最平滑完全完全易易 平滑平滑中等中等不易不易中等中等不完全

17、不完全难难差差极不完全极不完全最难、不出现最难、不出现最差最差白云母白云母方解石的三组菱面体解理方解石的三组菱面体解理（完全解理）（完全解理）晶面与解理面的区别晶面与解理面的区别晶面解理面1、为晶体生长的最外 面的一层平面，受 打击立即消失；2、一般较暗淡；3、可出现生长纹；4、一般不太平整，常 有凸凹不平的痕迹。1、为晶体内部构造上 连接力弱的方向， 受打击后可连续出 现相互平行的平面；2、一般较光亮；3、不出面晶面纹；4、比较平整。黄铁矿（FeS2）硫化物断断 口：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l矿物总

18、是集合成为岩石而产出的l岩石：自然状态下形成的，由一岩石：自然状态下形成的，由一种或种或几种矿物、有规律组合几种矿物、有规律组合而成而成的矿物集合体的矿物集合体l岩石是混合物岩石是混合物岩石的成因岩石的成因l水成论水成论 魏尔纳魏尔纳(A.G.Werner,1750-1815)l火成论火成论 赫顿赫顿l（J.Hutton, , 17261797）地球上的岩石：沉积岩沉积岩主要来自地表的沉积物（很多沉积于水中），也称水成岩岩浆岩岩浆岩是岩浆冷凝的产物，也叫火成岩变质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

19、进行科学分类美国西南美国西南部三叠系部三叠系红色砂岩红色砂岩倾斜岩层倾斜岩层沉积岩中常见的矿物沉积岩中常见的矿物石英、白云母、钾长石、石英、白云母、钾长石、 斜长石斜长石粘土矿物、方解石、白云石、石粘土矿物、方解石、白云石、石膏、硬石膏、赤铁矿、褐铁矿、膏、硬石膏、赤铁矿、褐铁矿、蛋白石、海绿石等蛋白石、海绿石等岩屑岩屑岩浆岩中常见矿物岩浆岩中常见矿物 橄榄石（橄榄石（Mg,Fe)2SiO4 辉石（辉石（Ca,Mg,Fe,Al)2(Si,Al)2O6 角闪石角闪石(Ca,Na)2-3(Mg,Fe,Al)5(Si,Al)4O11(OH)2 黑云母黑云母K(Mg,Fe)3(AlSi3O10)(OH,F)2 斜长石斜长石Na(AlSi3O8) Ca(Al2Si2O8) 钾长石钾长石K(AlSi3O8) 石英石英SiO2变质岩中常见的矿物变质岩中常见的矿物石榴子石、红柱石、蓝晶石、石榴子石、红柱石、蓝晶石、矽线石、硅灰石、滑石、阳起矽线石、硅灰石、滑石、阳起石、蓝闪石、透辉石、叶蜡石石、蓝闪石、透辉石、叶蜡石、石墨、蛇纹石、绿帘石、绿、石墨、蛇纹石、绿