中国地质大学地球科学概论教学课程part4.ppt

第三章 地球的物质组成 一、地球中的元素 二、自然界中的矿物 三、矿物晶体结构 —— 矿物的DNA 四、岩石的科学与情趣 全球的质量近六十万亿亿吨5.976×1027g 几乎都集中在平均半径为6371km的固体地球内 以岩石和金属的形态出现 其平均密度为5.52g/cm3 (即1立方厘米5.52克) 大气、水和生物体的总质量不足0.1%， 物质复杂多样 地球上多种多样的物质，都是从基本粒子聚变而成氢开始的 然后是四个氢合成一个氦，氦再进一步合成其它元素 约在150亿年前的大爆炸以后50 – 100万年时，从轻元素到重元素，现今所有的元素就已逐渐形成 宇宙中的元素是通过热核聚变反应，经历了从简单到复杂的形成演化过程的。 两千多年前中国李耳 “ 道生一，一生二，二生三，三生万物”的哲学思想 美国化学家克拉克(F.W.Clarke,1847-1931) 根据大陆地壳中的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(平均重量百分比)，即元素的丰度 后人为了纪念这个创举，将它命名为克拉克值。 地壳中各元素的丰度 氧(45.2%）,硅(27.2%) 铝(8%),铁(5.8%),钙(5.06%) 镁(2.77%),钠(2.32%),钾(1.68%) 钛(0.68%),氢(0.14%),锰(0.10%),磷(0.10%) 其它所有元素(0.95%) 地壳中其它重要元素 10-5 : Cu 5.5, Pb 1.25, Zn 7, Co 2.5, Ni 7.5 10-6 : W 1.5, Sn 2, U 2.7, Mo 1.5, As 1.8 10-7 : Sb 2 10-8 : Ag 7, Au 4 10-9 : Pt 5 整个地球的物质（按重量计算）各元素的丰度 34.6%是铁，29.5%为氧 15.2%为硅，12.7%为镁 2.4%为镍，1.9%为硫，2.2%为钙和铝 其它所有元素共占1.5% 地核： 大部分以金属状态存在 的铁和镍 地壳和地幔 ：大部分是氧和硅 镁、铁、铝也较多 水圈 ：以氧和氢为主 生物圈 ：主要为碳、氢、氧和氮 大气圈、水圈和生物体中的所有元素的质量和地球的总质量相比，不及千分之一 二、自然界中的矿物 把天然产出的、具有一定化学成分和物理特征的元素和化合物称为 矿物 把矿物的集合体称为 岩石 古人常分不清岩石和矿物 玉(jade) 古人不知道它是什么成分，经过现代技术手段测定，才知道玉不是矿物 而是矿物的集合体，即岩石一类 大多为透闪石(Ca2Mg5[Si4O11]2(OH)2) 或阳起石 (Ca2(Mg,Fe)5[Si4O11]2(OH)2）一类，成纤维状，非常细微 矿 物 矿物也有较大的形体，可以用肉眼及简单的试验方法辨认 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 只有部分矿物如水晶、金刚石、黄铁矿、方解石、黑云母、石棉等少数矿物易形成其固有的形态特征 矿物肉眼鉴定方法 颜色：矿物吸收可见光后呈现的色调。 条痕色：矿物粉末的颜色。 透明度：可见光透过矿物的程度。 光泽：矿物表面反射光波的能力。 硬度：矿物抵抗外力刻划的能力。 比重： 磁性： 解理：矿物受力后沿一定方向规则裂开的性质。 三、矿物晶体结构 ─ 矿物的DNA 绝大部分矿物都是结晶体 德国物理家冯·劳埃(M. Von Laue, 1879-1960)用X光观测晶体，发现不管晶体的外形如何，内部的原子、离子、分子都是有序的排列 这种质点的有序排列，就好像生物的基因物质──脱氧核糖核酸（DNA）一样 矿物的各种特征 不仅与它的化学成分相关 更受到它晶体构造的控制 矿物种数 从20世纪初的两千多种 20世纪90年代的五千多种 矿物分类 自然元素矿物： 如金，金刚石、石墨、硫磺，还有铜、银、汞等 卤化物矿物： 如石盐、钾盐、萤石等 硫化物矿物： 如黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、辉钼矿、雄黄等 氧化物和氢氧化物矿物： 如赤铁矿、磁铁矿、铬铁矿、锡石、铝土矿、软锰矿、硬锰矿、沥青铀矿、石英等。 含氧酸盐矿物： 最重要的是下面三种： 硫酸盐矿物： 有石膏、芒硝、重晶石等 碳酸盐矿物： 如方解石、孔雀石 硅酸盐矿物： 硅酸盐矿物 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 种类繁多，约占已知矿物种数的1/4，占地壳总重量的85% 其中最常见的就是各类长石、云母、辉石、角闪石、橄榄石等几种，它们广泛分布