地球内部构造与物质

地球內部構造與物質1.地球的組成1.1

地球之內部與外部分化：星體發展出成份不同之同心圓狀層次的作用。-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球。(1)地核(core)：主要由鐵金屬組成，含有少量鎳與微量其他元素。佔有整個地球16%的體積和32%的質量，平均密度為10.78。(2)地函(mantle)：環繞地核的中間層，由密度中等的岩石物質組成。佔有整個地球82%的體積和68%的質量。(3)地殼(crust)：密度最低的薄層外殼，可分為大陸地殼與海洋地殼。地殼厚度1.2

各層之物理性質-物理性質（如：岩石強度）隨深度而異，乃因壓力與溫度的變化所致，與化學組成無關。-內核為地球的固態中心，外核之溫-壓狀態，使得鐵金屬呈現熔融狀的液態。-地核以上的岩石可分為明顯的三個層次：(1)中層圈(mesosphere)：自地核-地函交界處(2898公里)至深度350公里間之固態區域，高溫，岩石強度大。(2)軟流圈(asthenosphere)

：深度350～100公里間之區域，岩石強度低，溫-壓之組合促使岩石呈現高度可塑狀態。厚度約兩百公里，可能由軟而局部熔融的物質組成，為地函中的低速帶。(3)岩石圈(lithosphere)：地球最外部的一百公里，岩石溫度低，強度大，比軟流圈之組成更為堅硬。包含地殼和上部地函，相當於整個板塊的厚度，約一百公里。1.3

各層化學成份的差異A.地核與地函的成份-可由地球內部震波之波速來判定。-地函之組成可藉由地球內部岩漿攜帶至地表的外來岩塊之分析而推斷。-整體考慮地球之平均密度(5.52g/cm3)與隕鐵之成份，可推斷地核之組成。-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，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，外核確由流體組成。B.地殼之組成-組成地殼之岩石多變，且分布不均勻。-早期研究假設地殼組成可由火成岩之平均成份代表之。-1920年代，挪威地球化學家V.M.Goldschmidt分析上次冰期之冰積細粒沈積物之成份，用以探討地殼之組成。-近代研究常將不同的構造環境列入考慮，如：深海盆地、年輕的造山運動帶、大陸邊緣，以及穩定的大陸內部。元素重量％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元素重量％Titanium(Ti)0.86Hydrogen(H)0.14Manganese(Mn)0.10Phosphorus(P)0.10Allothers0.77Total100.002.礦物定義：(1)自然的無機作用所形成(2)必需為固體(3)具備特定之物理性質(4)具有特定之化學成份(5)內部原子規則性的排列-結晶構造

2.1

常見礦物-以矽酸鹽類礦物最多，氧化物次之，其他則較不常見。2.2

矽酸鹽類礦物-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內部，四面體[(SiO4)-4]之連結方式而定。

2.3

氧化物與其他-氧化物類礦物由氧離子O-2與其他陽離子之各種結合方式而成。鐵為地殼中含量最多的金屬，最常見的氧化鐵礦物即為：磁鐵礦(Fe3O4)與褐鐵礦(Fe2O3)。磁鐵礦magnetite褐鐵礦hematite-其他較重要的氧化物尚有：鈾雲母類uraninite(U3O8)(主要之鈾礦)，錫石cassiterite(SnO2)(錫之重要來源)，金紅石rutile(TiO2)(油漆之主要成份)。

鈾雲母類uraninite錫石cassiterite金紅石rutile-硫化物：陰離子S-2與金屬陽離子之結合。最常見的有：黃鐵礦pyrite(FeS2)與磁黃鐵礦pyrrhotite(FeS)。-硫化物中之金屬常為重要的礦源，如：方鉛礦galena(PbS)之鉛，閃鋅礦sphalerite(ZnS)之鋅，以及黃銅礦chalcopyrite(CuFeS2)之銅。黃鐵礦pyrite黃鐵礦pyrite磁黃鐵礦pyrrhotit黃銅礦chalcopyrite方鉛礦galena閃鋅礦sphalerite2.4

礦物形成之環境指標-礦物分析結果可提供其形成當時的溫度-壓力資料，實驗室分析與野外觀察皆有其重要性。如：形成於風化層中之礦物受到氣候之控制，沈積岩中之某些特殊礦物可反映古氣候條件，過去的海水成份可由鹽礦的分析而得。3.岩石

3.1

描述岩石(1)礦物聚合體：礦物的種類與其相對含量。(2)岩理：組成礦物的大小、形狀與排列方式。3.2

三大岩類：