岩石圈的物质组成

专题14 岩石圈的物质组成上海中学叶栋教学目的及其与人类生产、生活的关系。通过阅读“岩浆岩形成示意图同形成条件及其特点。通过阅读“沉积岩层”剖面图和“化石”专栏，分析沉积岩形成的条件及其主要特征。知道变质岩的形成的条件及其主要特征。知道组成地壳的化学元素，矿物、矿产的概念，常见的造岩矿物。别主要的岩浆岩、沉积岩和变质岩。型的地域差异性及其成因。把握土壤资源的意义和人类对土壤的形成和进展的影响。通过岩石、矿物、土壤等有关的教学，培育学生科学的资源观和环境观，生疏自然资源学习中来，开展探究式的学习活动。引导学生从生活实际动身，擅长观看、觉察、了解和争论的科学态度。教材分析接，受到来自地球内部内力作用的影响，如地壳运动、火山、地震等。从而综合性地影响着圈，如岩石圈表层的凹凸起伏，直接影响着气候、生物等的生长、水体的储积等，并形成相和土壤是人类生活、生产不行缺少的自然资源。地震等地质现象发生的根本单元。因此，本单元教材也是下一单元教材的预备。10本单元教材主要从合理利用地质资源和保护地质环境的角度土壤的类型、特点及其与人类活动的关系。“北京郊区的活山与死山义，侵入岩，喷出岩的不同形成条件及其特点，沉积岩、变质岩形成的条件及其主要特征。让学生生疏岩石的三大成因类型及其对人类的意义是本单元的教学重点，识别主要的岩浆岩、沉积岩和变质岩是本单元教学的难点。在“矿物”这段内容中，教材介绍了组成地壳的主要化学元素，矿物、矿产的概念和常见的造岩矿物。了解组成地壳的主要化学元素和识别主要造岩矿物是本单元教学的重点。教材中配有“岩石和矿物的识别”的思考与实践活动，供有条件的学校开展室内岩石、矿物标本鉴定、野外考察活动或地质小组课外活动时参考。性及其成因和人类对土壤形成和进展的影响是本单元的教学重点和难点。教学建议本单元可安排1.510.5课时。本单元的教学，可从地球内部三大圈层的划分、岩石圈的范围开头，并概略地指出，岩石圈是由岩石组成的，岩石是由矿物组成的，矿物是由化学元素组成的。成过程。晶，往往形成致密的、用肉眼无法识别其矿物颗粒的隐晶质构造，甚至是玻璃质构造。岩、页岩、石灰岩的标本，或指导学生看教材中的图片，使学生生疏沉积岩主要种类，并指出煤也是沉积岩。状矿物定向排列〔片理构造、片麻状构造〕的状况。出示大理岩标本，指出它是由石灰岩变质而成，让学生比较大理岩和石灰岩的构造，了解变质岩形成过程中的重结晶现象。指导学生看教材中的“黄山生产、生活有重要意义。在“矿物”局部的教学中，可以先介绍矿物的概念，组成地壳的主要化学元素。教师可出示石英、长石、云母、方解石等矿物标本，使学生生疏了解主要造岩矿物，指出岩石就是矿物的集合体，有用矿物的集合体则称为矿产。指导学生阅读“宝石”专栏，使学生了解自然宝石就是自然界中的贵重矿物。关于“岩石与矿物的识别岩石的活动，上海市区虽然难见大的山体或大面积的岩体出露，但城市建筑、装潢材料、生活用品中，有很多不同种类的岩石，也可指导学生收集、识别与鉴定。力的关系，使学生知道肥沃的土壤是水、肥、气、热协调，对农作物起高产、稳产的作用。教师应当对土壤的形成过程和土壤的剖面构造作确定的介绍类型的地域差异性。对土壤资源的意义和人类对土壤形成和进展的影响应作重点讲解系的理解。参考资料岩浆的活动性，可以向着压力降低的地方——地壳的裂开薄弱地带迁移，侵入地壳或喷出地表。浆侵入活动；当岩浆喷出地面时，称为喷出活动或火山活动。较少，粘性大，流淌性差；基性岩浆的二氧化硅含量较少，铁、镁含量增加，粘性小，流淌性好。岩浆温度大致为700～1200℃，其差异与岩浆的成分有关，岩浆愈偏基性，温度就愈高。矿物是由地质作用所形成的自然单质或化合物。它们具有相对固定的化学组成，呈固态者还具有确定的内部构造；它们在确定的物理化学条件范围内稳定，是组成岩石和矿石的根本单元。目前的矿物约有3000种左右，绝大多数矿物都呈固态消灭。依据固态矿物的性状其质点在三维空间呈周期性重复排列。结晶矿物往往具有规章的几何外形，具有平坦的晶面、笔直的晶棱。胶体矿物除少数为被膜状外，多呈鲕状、肾状、葡萄状、结核状和钟乳状等浑圆形态。除固体矿物外，也有少数呈液态〔如自然汞、石油等〕或气态〔如自然气等〕以及有机物〔如琥珀等〕。矿物的分类方法很多，目前广泛承受的是结晶化学分类法。这种方法将矿物分为自然1/3，1/3自然矿物称宇宙矿物或陨石矿物。个部门。矿物就单体而言，大小悬殊，有的用肉眼或用一般的放大镜可见，称为显晶呈不规章的颗粒存在于岩石或土壤之中。单体形态有粒状、板状、片状，柱状、针状、纤维状各种类型。矿物的物理性质矿物的物理性质有颜色，光泽，硬度，解理，密度和磁性等，它们是肉眼鉴定矿物的重要标志。假色。光泽，玻璃光泽四级。透亮度指矿物透过可见光的程度。断面。断口按外形可分贝壳状、锯齿状、参差状、平坦状等。不完全解理、极不完全解理〔无解理〕等。硬度指矿物抵抗外力作用的机械强度相互刻划比较得来的，共分十个等级，从110度分别是滑石、石膏，方解石，萤石、磷灰石，正长石，石英，黄玉，刚玉和金刚石。密度是指矿物的质量和其体积的比值，常用单位为克/厘米３。此外，矿物还有弹性，挠性、脆性、延展性、发光性、磁性等物理性质。常见造岩矿物石英SiO2 晶体多为六方柱，有完整晶体者称水晶，透亮至半透亮，因含杂质而颜色各异，硬度7，小刀刻不动，玻璃光泽，无解理，化学性质极稳定，不溶于任何酸。是重要造岩矿物，常见于花岗岩类和砂岩中，在花岗岩类岩石中呈无晶形的颗粒状。正长石K[AlSi3O8]肉红色或浅黄色，玻璃光泽，板状或短柱状晶体，完全解理，硬度6，小刀刻不动。是花岗岩类、砂岩和变质岩中的主要矿物。在地表易风化，变成高岭土或铝土矿。斜长石Na[AlSi3O8]-Ca[AlSiO2O8]白色或灰白色，板状或短柱状晶体，有一组完全解理，硬度6—6.5，小刀刻不动。是岩浆岩、沉积岩和变质岩中分布最广的矿物。在地表比正长石更简洁风化。黑云母K(Mg,Fe)3[AlSi3O10][OH]2 片状晶体有一组极完全解理能分解成极薄片，薄片有弹性，透亮或半透亮，黑绿色至黑色，玻璃光泽，硬度2—3，小刀极易刻动。是酸性岩浆岩及变质岩的重要造岩矿物。在地表极简洁风化，变成绿泥石等次生矿物。角闪石Ca2Na(Mg,Fe″)4(Al,Fe)[(Si,Al)4O112[OH]2 长柱状晶体，暗绿色，硬度5—6，有两组完全解理。是重要造岩矿物，常见于花岗岩、闪长岩、玄武岩、片岩和片麻岩中，在地表简洁风化，变成绿帘石及绿泥石等。辉石〔Ca，Na〕(Mg,Fe，Al)[(Si,Al)2O6]短柱状晶体，暗绿色至黑色，玻璃光泽，5—6，有两组完全解理。为基性岩及超基性岩的主要造岩矿物。在地表简洁风化。橄榄石(Mg,Fe)2[SiO4]粒状晶体，橄榄绿色，玻璃光泽，硬度6.5—7。是基性和超基性岩浆岩的重要造岩矿物，不与石英共生。在地表易风化成蛇纹石。方解石CaCO3 晶体常为菱面体，无色透亮者称冰洲石，玻璃光泽。硬度3，小刀易刻HCl产生气泡。主要在外力作用下在湖海中化学沉积，或生物遗体沉积而成，是石灰岩和大理岩的主要造岩矿物。岩石一种或多种自然矿物组成的具有确定构造构造的集合〔少数由自然玻璃质或胶体或生物遗骸组成。岩石是组成地壳的物质之一，它主要是固态物质，构成了地球的岩石16公里范围内，95％以上是火成岩，沉积岩则缺乏5％，变质岩更少。有的岩石本身就是矿产。主要岩浆岩花岗岩地球上分布最广泛的一种酸性深成岩。颜色以浅灰、肉红色为主，中、粗粒构造，块状构造。矿物成分中石英可达25%以上，为不规章粒状；长石约占30－60%；黑云母约占5%。花岗岩岩体往往很大，常形成巨大山脉的核心。我国很多名山胜地如华山、黄山、北京八达岭等都是由花岗岩构成的。玄武岩一种黑色致密、比重较大的岩石。主要矿物成分是基性斜长石和一般辉石，也常含有少量的橄榄石和角闪石。玄武岩具隐晶质、斑状构造。常有气孔、杏仁构造。玄武岩是地壳上分布最广的基性喷出岩，如印度德干高原就是由玄武岩构成的。主要沉积岩砾岩直径大于2毫米的岩石碎屑叫做砾，已经磨圆了的俗称卵石。砾和卵石被其他物质胶结起来形成的岩石称为砾岩。砾石多半为较坚硬的岩屑或矿物组成，如石英、燧石等。由二氧化硅胶结的砾岩特别结实，抗风化力气最强。砂岩由砂粒胶结而成的。砂粒的成分以石英为主，其次是长石，重矿物很少。砂岩90%以上的石英砂粒，则称为石英砂岩，质地坚硬，纯者可用做玻璃原料。页岩主要由颗粒细小的粘土矿物组成。具有明显的页理构造，可以分裂成薄片，好象书页，故称页岩。页岩颜色因含杂质而呈黑、灰、红、绿、黄等色。质地致密，常形成不透水层。抗风化力气弱，在地形上往往形成低山沟谷。石灰岩主要由方解石组成，致密性脆，硬度不大，小刀可以刻动。一般为灰白色，因含有杂质颜色变深，呈现黄、褐、灰黑等色。遇稀盐酸起泡。石灰岩易受溶蚀，在暖热多雨的石灰岩地区，常发育成奇峰异洞。在钢铁冶金，烧石灰，制水泥等方面都要用到石灰岩。主要变质岩大理岩是石灰岩经过重结晶变质而成。矿物成分以方解石为主，白云石次之。等粒色泽美观，硬度不大，简洁雕刻，是工艺和建筑上广泛应用的装饰石材。云南大理是我国大理岩著名的产地，大理岩即因此而得名。板岩颗粒极细，不易识别。颜色多种多样，有灰、黑、灰绿、紫、红等色。岩性致密均匀，容易劈成薄板，称为板理构造。质地坚硬，击之有动听响声。板岩可以做石板、缸盖和屋瓦等。片岩主要由片状、柱状矿物如云母、绿泥石、滑石、角闪石等组成，它们可以形成云母片岩、绿泥石片岩等。片状和柱状矿物在压力作用下沿确定方向排列形成片理构造。片理面凹凸起伏，具较强的丝绢光泽，沿片理极易劈开。片岩多由沉积岩或某些火成岩而成，是一种变质较深的岩石。片麻岩这是变质很深的岩石，多由岩浆岩和沉积岩变质而成。晶粒较粗，片状、柱状矿物〔云母、角闪石等〕和粒状矿物〔长石、石英等〕相间定向排列，黑白相间，形成断续条带状，称为片麻构造。岩性较硬，但极易风化裂开。这种岩石分布地区，常代表年龄最古老的地带。片麻岩在我国北方分布较广。主要岩浆岩分类鉴定表超基性岩基性岩中性岩酸性岩SiO2含颜色量%<45黑—绿黑45—52黑灰—灰52—65灰—灰绿>65灰白—肉红指示矿物石英无无少，<5%较多矿物成分正长石无无极少20—40%斜长石<15%>50%>50%<30%辉石〔主〕辉石〔主〕角闪石〔主〕橄榄石〔主〕黑云母〔主〕主要暗色矿物及其含量比辉石〔次〕>95%橄榄石〔次〕黑云母〔次〕角闪石〔次〕角闪石〔次〕辉石<25%40—50% 25—40%岩石产状构造构造岩石类型气孔流纹隐晶质流纹岩喷出岩金伯利岩玄武岩安山岩斑状石英斑岩侵入浅成岩气孔块状细粒斑状苦橄玢岩辉绿岩辉绿玢岩闪长岩花岗斑岩中粒 橄榄岩岩 深成岩块状辉长岩闪长玢岩花岗岩粗粒 辉岩三大类岩石的分布、产状、构造、构造和矿物成分分 按重量布 按面积情最多的岩石况

岩浆岩花岗岩、玄武岩、安山岩、流纹岩侵入岩

沉积岩5%75%页岩、砂岩、石灰岩

变质岩片麻岩、片岩、千枚岩、大理岩产状 层状产出喷出岩

多随原岩产状而定大局部为结晶的岩构造 石：粒状、斑状等局部为隐晶质多为块状构造理岩、石英岩、角岩等〕石英、长石、理岩、石英岩、角岩等〕石英、长石、石英、长石、辉石、矿物成分 橄榄石、辉石、角闪石、云母等外，角闪石、云母等机质等常含变质矿物，如石

〔砂〕泥质构造〔微小结晶〕层理构造常含生物化石

变晶构造〔粒状、斑状、鳞片状等〕大局部具片理构造〔片麻状、条带状、片状、千枚状、板状〕局部为块状构造〔大榴子石、滑石、石墨、榴子石、滑石、石墨、红柱石等土壤石圈、水圈，大气圈和生物圈相互严密接触地带的土壤圈，是地理环境系统的一个子系统。生物、气候、地形、时间等成土因素综合作用下的产物。岩石风化后形成的疏松碎屑物是形方向和过程，而且通过垦殖耕作、浇灌、施肥等，可以根本转变土壤性质，甚至培育出的土壤类型。图1 图1 土壤的组成图土壤矿物质是岩石风化或搬运、沉积的土壤固体局部9538％以上，是组成土壤的根底物质。有风化过程中未转变化学组成的原始成岩矿物和风化、成土过程中形成的生矿物两10铁所占的含量比例最多。矿物质经风化分解后，能释放出植物所需的钾、磷，钙、镁等养分，对土壤肥力有亲热的关系。料等，其含量多少，是衡量土壤肥力凹凸的重要标志。可分腐殖质和非腐殖质两类，其中腐殖质约占土壤有机质总量的大局部。有机质的根本成分是纤维素、木质素、蛋白质、淀粉、70～80％，而沙质土、荒漠土，有机质含量可低至千分之几。在土壤有机质分解为简洁化合物的过程中和其他各种养格外，还具有适中的粘结性，较强的吸取代换性能以及缓冲力气等很多特点，应求。4土壤的发生、发育起着重要的作用，土壤中的养分物质必需溶于土壤水中才能被植物吸取，土壤水还参与土壤中有机质、矿物质的积存、转化和迁移。很大，土壤构造的通气状况，直接影响土壤空气的组成及数量。构造不好或水分过多不良的土壤，易积存大量的二氧化碳，影响植物生长。土壤质地土壤质地按土壤固体颗粒粗细程度及其组合比例可分沙土0．05～150～70％及以上，蓄水力气弱，养分含量小，保肥力气较差，土温变化大，但透水性、通气性良好，易于耕作。粘土粒径0.001毫米以下的粘粒占30～40％及以上，保水和保肥力气较好，含有丰富的养分，土温较稳定，但通气、透水性较差，耕作较困难。壤土粒径0.01～0.0540％上下，质地介于粘土与沙土之间，是较抱负的农业土壤。土壤构造微生物的活动和耕作性能等都有很大影响。土壤构造的类型有：团粒构造的组合状况，有利于农业生产。土壤肥力指土壤为植物生长供给和协调养分条件及环境条件的力气的反映。土壤肥力因素有水、肥、气、热等，其中为植物生长供给必要的水分和养分成分的约。性、充分性和数量的适度性。壤养分、水分，调控土壤酸碱度，转变土壤物质组成、构造及土体构造类型等。中国土壤分类简表土 纲热带和亚热带的富铝土〔红壤〕温顺潮湿地区的淋溶土〔棕壤〕林灌地区的半淋溶土〔褐土〕千里草原的钙层土干旱地区的石膏—盐层土〔漠土〕难长庄稼的盐碱土各色各样的岩性土平原地区的半水成土低凹地的水成土水稻土世界屋脊上的高山土

土 类砖红壤、赤红壤、红壤、黄壤、燥红土黄棕壤、棕壤、暗棕壤、漂灰土、灰色森林土褐土、灰褐土、土、绵土黑钙土、栗钙土、棕钙土、灰钙土、黑垆土灰漠土、灰棕漠土、棕漠土、龟裂土盐土、碱土紫色土、黑色石灰土、红色石灰土、磷质石灰土、风沙土、火山灰土草甸土、潮土、砂礓黑土、灌淤土、黑土、白浆土沼泽土、泥炭土水稻土亚高山草甸土、高山草甸土、亚高山草原土、高山草原土、高山漠土、高山寒漠土中国土壤的水平地带性分布中国土壤的水平地带性分布，在东部潮湿、半潮湿区域，表现为自南向北随气温带而壤，暖温带为棕壤和褐土，温带为暗棕壤，寒温带为漂灰土，其分布与纬度根本全都，故又14〔灰黑土、黑钙土、栗钙土、棕钙土、灰漠土、灰棕漠土，其分布与经度根本全都，故又称经度水平地愈干旱；距离海洋愈近，受潮湿季风的影响愈大，气候愈潮湿。由于气候条件不同，生物因素的特点也不同，对土壤的形成和分布，必定带来重大的影响〔图2〕。中国主要土壤类型土壤名称分布地区形成条件一般特征砖红壤海南岛、雷州半岛、西双版纳和台湾岛南部，大致位于北纬22°以南地区。热带季风气候。年平均23～26℃，年平1600～2023季雨林。性无机养分大量流失，酸性。赤红壤滇南的大部，广西、广东的南部，福建的东南部，以及台湾省的中南22°至25°之间。为砖红壤与红壤之间的过渡类型。南亚热带季风气候区。气温较砖红壤地区略21～22℃1200～2023植被为常绿阔叶林。风化淋溶作用略弱于砖质地较粘重，肥力较差，呈酸性。红壤和黄壤长江以南的大局部地区以及四川盆地四周的山地。中亚热带季风气候区。气候温顺，雨量充分，16～26℃，年降水量1500毫米左右。植被为亚热带常绿阔叶林。黄壤形成的热量条件比红壤略差，而快，流失多，故土壤中腐殖质少，土性较粘，因淋溶作用较强，故钾、钠、1113水湿条件较好。层呈黄色。黄棕壤北起秦岭、淮河，南到亚热带季风区北缘。夏既具有黄壤与红壤富铝大巴山和长江，西自青季高温，冬季较冷，年藏高原东南边缘，东至15～18℃，长江下游地带。是黄红年降水量为750～1000壤与棕壤之间过渡型土毫米。植被是落叶阔叶高，类。林，但杂生有常绿阔叶树种。棕壤山东半岛和辽东半岛。暖温带半潮湿气候。夏季暖热多雨，冬季严寒干旱，年平均气温为5～14℃500～1000厘米。植被为暖温带落叶阔叶林和针阔叶混交林。土壤中的粘化作用猛烈，还产生较明显的淋溶作用，使钾、钠、钙、镁都被淋失，粘粒向下淀积。土层较厚，质地比较粘重，表层有机质含量较高，呈微酸性反响。暗棕壤东北地区大兴安岭东中温带潮湿气候。年平坡、小兴安岭、张广才-1～5℃岭和长白山等地。冷而漫长，年降水量600～1100毫米。是温带针阔叶混交林下形成壤，的土壤。寒棕壤〔漂大兴安岭北段山地上寒温带潮湿气候。年平〔氧化铁灰土〕部，北面宽南面窄。均气温为-5℃，年降水被复原随水流失的漂洗450～550为亚寒带针叶林。殖酸形成螯合物向下淋溶并淀积的灰化作用〕。机质分解慢，有效养分少。褐土山西、河北、辽宁三省暖温带半潮湿、半干旱连接的丘陵低山地区，季风气候。年平均气温陕西关中平原。11～14℃500～700上都集中在夏季，冬季层较厚，肥力较高。干旱。植被以中生和旱生森林灌木为主。黑钙土大兴安岭中南段山地的东西两侧，东北松嫩平原的中部和松花江、辽河的分水岭地区。栗钙土内蒙古高原东部和中部的宽阔草原地区，是钙层土中分布最广，面积最大的土类。棕钙