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1、热 忱 欢 迎 同 学 们 前 来探求地球奥秘感悟人生真谛 地球科学概论）寄语 地球的物质组成 地球是一个物质世界，近60万亿亿吨的物质几乎都集中在固体地球里面，并主要以岩石和金属的形式出现。其中地核和地幔主要由金属组成，地壳主要由俗称石头的岩石（如石灰岩、花岗岩、砂岩等）组成。岩石又是由各式各样的矿物集合而成（如石灰岩是方解石、白云石等矿物的集合体；花岗岩是石英、长石、黑云母等矿物的集合体）。矿物和金属则是由化学元素结合而成的，有的矿物为元素单质（如金刚石是碳的单质）；有的为元素的化合物（石英是氧和硅的化合物）。在地球演变的进程中，各种岩石、矿物和元素始终进行着成分、能量的交换和状态的变化，
2、原有的岩石和矿物不断遭到破坏，新的岩石和矿物不断形成，尽管其过程是极其缓慢的，但却时刻都在不停地进行着，从而可造成某些元素或矿物的分散和富集作用，形成有价值的矿产资源。人们把在当前技术条件下可以利用的岩石统称为矿石，而把不能利用的称为岩石。从发展的眼光看，自然界所有的岩石都将可能成为矿石。元素矿物 岩石 地壳金属 地核、地幔地球的物理组成 地球的物理组成地球的物质组成 内容提要 3.岩石王国 2.矿物世界 1.地球中的元素地球的容貌 地球的容貌 地球的物质组成 地球的物质组成一、地球中的元素元素概念v元素：具有相同核电荷数（即质子数）的同一类原子称为元素。v原子：元素由带正电荷的质子、呈电中性
3、的中子和带负电荷的电子等基本粒子构成。质子居于中心并可能与中子一起构成原子核，电子围绕原子核作高速运动而形成不显电性的原子。原子的结构和质量分配与太阳系十分相象，电子绕原子核运动占据了比原子核大上亿倍的空间，但原子核却集中了原子几乎全部的质量。v同位素：同一原素具有相同的质子数，但其中子数是可变的，当中子数增加时，原子质量会相应增加，而原子核的电荷数和电子数不会改变。这样，质子数相同但中子数不同的原子在元素周期表中会处于同一位置，人们把这类原子互称为同位素（如11H、21H、31H和23492U、23592U、23892U）。地球的物理组成 地球的物理组成一、地球中的元素元素的形成v根据宇宙大
4、爆炸学说，地球上千姿百态、复杂多样的物质都是从基本粒字通过聚变形成氢开始的，然后再由四个氢合成一个氦，氦再进一步合成其它元素。这样从轻元素到重元素依次核聚变而成。大约在150亿前的大爆炸后50100万年时，现今所有的元素就已通过核聚变而逐渐形成。因此，元素的形成时间远比太阳系形成要早。v根据现代物理、化学理论和实验观察结果，太阳上目前仍在进行着氢合成氦的热核聚变和其它天体化学现象。v现在可以肯定的说，宇宙中的元素通过热核聚变反应，经历了从简单到复杂的形成演化过程。世界万物无不从“一（一个氢）”开始。难怪当代不少科学家对两千多年前期）我国著名的思想家、道家的创始人老子（名李耳）“道生一，一生二，
5、二生三，三生万物（辞海第1235页“老子”词条）”的哲学思想，大为叹服。地球的物理组成 地球的物理组成 元素在地球中的分布其它1.9 其它3 其它1.5 其它2 其它2 其它0.8 其它0.04氦20.9 氦27 硫1.9 钾1.68 钠1.1 钙0.3 氩0.94氢77.2 氢70 该、铝2.2 钠2.30 氯1.9 氮0.5 氧20.94镍2.4 镁2.77 氢10.8 氢6.6 氮78.08镁12.7 钙5.06 氧84.6 碳39.4硅15.2 铁5.8 氧52.4氧29.5 铝8%铁34.6 硅27.2氧45.2地球的物理组成 地球的物理组成 元素在地壳中的分布 目前已知的化学元素有
6、108种，在地壳中发现的有92种。化学元素在各个宇宙体和地球的化学系统（如地球、大气圈、水圈、岩石圈）中的平均含量称为丰度。19世纪末，美国化学家克拉克（F.W.Clarke，1847-1931）根据采自欧美地壳16km范围内的5159个岩石、矿物、土壤、天然水样品的分析数据，于1889年首次发表了地壳50种元素的平均含量，开创了地球化学研究的先河。后人为了纪念克拉克的这一创举，便把元素的地壳丰度称为克拉克值，其中把用重量百分数表示的称为重量克拉克值，用原子百分数表示的称为原子克拉克值。继克拉克之后，许多学者对克拉克值作乐进一步研究、补充和修改。克拉克值研究表明，地壳中元素分布有如下规律：不同
7、元素的克拉克值相差悬殊。O、Si、Al、Fe、Ca、Mg、Na、K等8种元素（称为八大元素）占地壳总重量的98%以上，其余的80多种元素不足2%地壳元素的克拉克值大致随其原子序数的增加而递减 地壳中偶数元素的分布量高于奇数元素，且序数相邻的元素之间偶数元素的分布量一般高于奇数元素 地壳元素在时间和空间上的分配存在不均匀性。某些元素在某个地质历史时期的某些地带相对富集 地球的物理组成 地球的物理组成 矿 物 世 界v 当你漫步于高山峻岭、田野荒原或是都市皇城、乡村小院时，仔细观察，你会发现那些山石、土石、基石、观赏石等无一不是由千姿百态、五颜六色的颗粒所组成的，这些颗粒就是矿物。它是由一种或多种
8、元素在自然条件下形成的。除少数呈气态（硫化氢）和液态（水银）外，绝大多数呈固态。固态矿物往往各异的形态、颜色、光泽、透明度、比重、硬度和其它物理、化学性质，因而构成了姿态万千、色彩斑斓、绚丽璀璨、奥妙无限的矿物世界。v 目前，已知的矿物多达3300余种，并且不断有新的矿物发现。这些矿物是人类乃至整个生物界赖以生存的物质基础，没有矿物，就没有人类，更没有人类的现代文明。地球的物理组成 地球的物理组成二、矿物世界矿物定义 所谓矿物是指地壳中由一种或多种元素在各种地质作用下所形成的天然无机化合物或元素单质，它们大多具有比较固定的化学成分、内部构造、形态特征和物理性质。由一种元素组成的矿物称为单质矿物
9、或自然元素矿物，如自然金（Au）、金刚石（C）、自然硫（S）等；由两种或两种以上元素组成的矿物称为化合物矿物，如岩盐（NaCl）、方解石（CaCO3）、石英（SiO2）等。某些人工合成的矿物称为人造矿物，虽然它们与自然矿物类似，并不是真正意义上的矿物，故常在其名称前冠以“人造”或“合成”二字，如人造金刚石、人造水晶、人造红宝石等，以示与真正矿物的区别。固态矿物按其内部构造可分为晶质矿物和非晶质矿物，当组成矿物的原子、离子或分子等内部质点呈有序规则排列时，称为晶质矿物（如方解石）。当内部质点呈无序排列时称为非晶质矿物（蛋白石）。非晶质矿物可以由胶体化学沉积作用形成（如蛋白石），也可以由岩浆喷发快
10、速冷凝作用形成（如燧石）。这些非晶质矿物在自然界中经过漫长的地质历史时间可逐渐转化为晶质矿物，这种作用称为“脱玻化”作用。地球的物理组成 地球的物理组成二、矿物世界矿物的化学性质 化学结构：矿物中的元素以离子键、共价键、金属键、分子键相连结，按尽量紧密原则作规律性重复排列。由于阴离子较大，所以实际上是阴离子按尽量紧密原则排列，阳离子按电价相等原则有规律地分布于阴离子的空隙之中。晶体中离子排列的格式称为晶体格架或晶体构造。如石盐的晶体格价为立方体。类质同象：矿物的化学成分具有相对稳定性，但由于形成作用的复杂多变和杂质的介入，可使矿物成分在一定范围内发生改变。矿物在结晶过程中，电价和半径相近的离子
11、可以同时进入晶体格架相互替代，但矿物的形态和理化性质未发生根本改变。如闪锌矿（ZnS）中的Zn2+可以部分地被Fe2+（不超过26%）替代，这种化学成分稍有改变但晶体格架保持不变的现象称为类质同象，类质同象矿物仍属同一种矿物。同质多象：同种化学成分的物质，在不同的自然物理化学条件下可以形成形态和物理化学性质完全的矿物。如碳（C）在地壳深部高温高压条件下形成金刚石，在温压较低的变质作用中形成石墨。这种化学成分相同但内部结构迥然不同的现象称为同质多象。地球的物理组成 地球的物理组成二、矿物世界矿物的形态 矿物的形态可分为单一晶体形态和集合体形态两类地球的物理组成 地球的物理组成二、矿物世界物理性质
12、（颜色和条痕）地球的物理组成 地球的物理组成二、矿物世界物理性质（光泽和透明度）地球的物理组成 地球的物理组成二、矿物世界物理性质（解理）地球的物理组成 地球的物理组成二、矿物世界物理性质（硬度）地球的物理组成 地球的物理组成二、多彩的矿物世界物理性质（熔点和磁性）地球的物理组成 地球的物理组成二、矿物世界常见矿物1方解石 方铅矿 橄榄石 辉 石角闪石斜长石 正长石 石 英云 母黄铜矿地球的物理组成 地球的物理组成THANK YOUSUCCESS2023/5/2518 可编辑二、矿物世界常见矿物2赤铁矿褐铁矿磁铁矿 白云石 高岭土红柱石地球的物理组成 地球的物理组成三、富有情趣的岩石王国 岩石
13、是组成地壳和上地幔固体部分的主要物质，由地质作用形成。已命名的多达1000余种。岩石与矿产、工程地质、地貌、构造以及地球演化有着密切关系。岩浆岩和变质岩统称结晶岩 陆地表面的75%和几乎全部洋底为沉积岩。地壳的64.7%为岩浆岩、27.4%为变质岩、7.9%为沉积岩地球的物理组成 地球的物理组成三、岩石王国-岩浆岩概述v定义：由岩浆冷凝形成的岩石称为岩浆岩，也称火成岩v元素组成：O、Si、Al、Fe、Mg、Ca、Na、K、Ti等八种占岩浆岩总量的98%。称为造岩元素v化学成分：SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MgO、CaO、Na2O、K2O、H2O等9种占98v矿物组成：长石、石英、
14、黑云母、角闪石、辉石、橄榄石、霞石、白榴石、磁铁矿、磷灰石等十余种占99%。称为造岩矿物v 根据岩浆岩中矿物的含量和在岩石分类命名中的作用可将造岩矿物分为主要矿物（含量大于10%，是划分大类的依据）、次要矿物（含量小于10%，确定岩石种属的依据）、副矿物（含量小于1%，偶尔可达5%，在分类中不起作用，但可用于研究岩浆岩的形成条件）v 根据造岩矿物的化学成分可分为铁镁质矿物（暗色矿物）和硅铝质矿物（浅色矿物）地球的物理组成 地球的物理组成 玻璃质三、岩石王国-岩浆岩结构隐晶质显晶质斑状结构地球的物理组成 地球的物理组成岩石王国-岩浆岩构造常见：流纹构造气孔构造杏仁构造块状构造尚有：枕状和冷缩节理
15、等构造若气孔被后来形成的矿物充填，即成为杏仁构造岩石中有圆形或拉长圆形的空洞，洞壁较圆滑，为岩浆岩快速冷凝时，气体析出，在粘稠的岩浆中形成起泡。各部分均匀分布，无定向排列。为岩浆岩最常见构造部分先结晶的矿物晶粒定向排列，反映岩浆在已结出部分晶体呈粥状时，曾有过流动，在喷出岩中，有时可见不同成分的隐晶质或玻璃质构成的大致平行的弯曲细纹，是岩浆半流动时造成的，称之为流纹构造。地球的物理组成 地球的物理组成三、岩石王国-岩浆岩分类 岩浆岩一般可根据化学成分、矿物成分、产状和结构进行分类 化学成分分类：岩浆岩的主要化学成分是SiO2，故以其含量变化作为分类依据 酸性岩 SiO2 66%中性岩 SiO2
16、 66-52%基性岩 SiO2 52-45%超基性岩 SiO2 45%当钾、钠含量较高时，称为碱性岩 矿物成分分类：橄榄岩苦橄岩类、辉长岩玄武岩类、闪长岩安山岩类、正长岩粗面岩类、花岗岩流纹岩类 产状和结构分类：分为喷出岩（火山岩）和侵入岩，侵入岩可进一步分为深成侵入岩和浅成侵入岩 地球的物理组成 地球的物理组成岩浆岩常见类型地球的物理组成 地球的物理组成三、岩石王国-沉积岩概述v 定义：在常温常压条件下，由母岩风化剥蚀产物和生物遗体经搬运、沉积、固结等作用过程所形成的岩石。v 化学成分：与火成岩平均化学成分相似，区别是1.与岩浆岩相反，Fe2O3 FeO，形成于地表，铁多为高价铁2.Na2O
17、和K2O总量小于岩浆岩，K、Na活泼，多迁移于水圈3.与岩浆岩相反，Na2O K2O，K易被粘土矿物吸附、含K的云母等矿物在地表环境中稳定4.H2O、CO2等含量高于火成岩5.富含有机质，火成岩几乎没有v 物质成分：沉积岩中已发现的160余种，常见20余种。按成分来源可分为陆源碎屑矿物、自生矿物和次生矿物三类，除母岩原有的矿物外，还有粘土、胶体矿物、易溶矿物、生物遗体和有机质等这些沉积岩特有的表生物质组分。v 分布：主要分布于地表，约占陆表的v 沉积岩的颜色是研究和鉴别的重要内容之一，受沉积环境的影响，一些分散的色素粒子会混入岩石中而使整个岩石变色。如三价铁粒子使岩石呈红色；二价铁粒子使岩石呈
18、绿色；二者混合可使岩石呈紫红色、黄褐色等；锰使岩石呈褐黑色；有机质使岩石呈灰黑色等。地球的物理组成 地球的物理组成三、岩石王国-沉积岩结构v 可分为碎屑结构和非碎屑结构（生物结构和化学结构）v 碎屑结构可进一步分为：砾状结构 d 2mm 砂状结构 d 2-0.05mm 粉砂状结构 d 0.050.005mm 泥状结构 d 0.005mm地球的物理组成 地球的物理组成三、岩石王国-沉积岩构造v可分为层理构造和层面构造两大类v层理有：水平层理 波状层理 斜层理 交错层理 递变（粒序）层理v层面构造有：波痕 泥裂 印模地球的物理组成 地球的物理组成三、岩石王国-沉积岩分类v可分为碎屑岩、泥岩、化学岩
19、和生物化学岩三类v碎屑岩可进一步分为：粗碎屑岩砾岩：粗砾岩、中砾岩、细砾岩、角砾岩等 中碎屑岩砂岩：粗砂岩、中砂岩、细砂岩；石英砂岩、长石砂岩、岩屑砂岩、杂砂岩；钙质砂岩、泥质砂岩等 细碎屑岩粉砂岩：钙质粉砂岩、泥质粉砂岩、铁质粉砂岩等v泥岩（页理发育者称为页岩）可分为：钙质泥岩、硅质泥岩、炭质泥岩、油页岩、黑色泥岩、高岭石泥岩等v化学岩可分为碳酸岩（石灰岩、白云岩）、硅质岩、铁质岩、磷质岩等，石灰岩根据其结构隐晶质灰岩、晶质灰岩、生物碎屑灰岩、鲕状灰岩、竹页状灰岩、泥灰岩等地球的物理组成 地球的物理组成三、岩石王国-沉积岩常见类型v可地球的物理组成 地球的物理组成三、岩石王国-变质岩概述v可地球的物理组成 地球的物理组成三、岩石王国-变质岩结构和构造地球的物理组成 地球的物理组成三、岩石王国-变质岩分类v主要根据变质岩的成因类型进行分类接触变质岩汽液变质岩动力变质岩区域变质岩混合岩角 岩大理岩石英岩矽卡岩蛇纹岩青盘岩云英岩次生石英岩碎裂岩碎粒岩糜棱岩千糜岩板 岩千枚岩片 岩片麻岩粒状岩注入混合岩混合片麻岩混合花岗岩地球的物理组成 地球的物理组成变质岩常见类型v可地球的物理组成 地球的物理组成THANK YOUSUCCESS2023/5/2535 可编辑