《基础地质学》课程教学资源（PPT课件）地球的物质组成 3.岩石王国 2.矿物世界 1.地球中的元素

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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 金属 地核、地幔 元素 矿物岩石「地壳 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,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

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，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

物质 内容提要 也球中的元 2.物世 3.石 片(ct

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 地球的容貌物质组成

、地球中的元素一元素概念 ☆元素:具有相同核电荷数(即质子数)的同一类原子称为元 素 原子:元素由带正电荷的质子、呈电中性的中子和带负电荷 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。 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1H、2H、31H和234。2U、2352U、23892U)

一、地球中的元素－元素概念 ❖ 元素：具有相同核电荷数（即质子数）的同一类原子称为元 素。 ❖ 原子：元素由带正电荷的质子、呈电中性的中子和带负电荷 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。 ❖ 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1 1H、 2 1H、 3 1H和234 92U、 235 92U、 238 92U）。 地球的物理组成

國之球x 元素一元素的形成 ◇根据宇宙大爆炸学说,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 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50 100万年时,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。 ◇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 ◇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“ 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 生二,二生三,三生万物(《辞海》第1235页“老 子”词条)”的哲学思想,大为叹服

一、地球中的元素－元素的形成 ❖ 根据宇宙大爆炸学说，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50－ 100万年时，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。 ❖ 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。 ❖ 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 一，一生二，二生三，三生万物（《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

地球的物理成 元素在地球中的分布 口其它 氩氮碳氯钾钠钙铝硫 宇宙太阳系地球地壳水圈生物圈大气圈 口钙铝 其它19% 其它3% 其它15%其它<2%其它<2%其它<0.8%其它0.04% 氦20.9% 复27% 硫19% 钾1.68% 钠1.1% 氩094% 氢772% 氢70% 该、铝22% 钠230% 氯19% 氮0.5% 氧20.94% 镍24% 镁277% 氢10.8% 氢66% 氮7808% 镁127% 钙506% 氧846% 碳394% 硅15.2% 铁58% 氧524% 镍镁硅氧铁氦氢 氧29.5% 铝8% □口■口 铁346% 硅272% 氧452%

元素在地球中的分布 宇 宙 太阳系 地 球 地 壳 水 圈 生物圈 大气圈 其 它 氩 氮 碳 氯 钾 钠 钙 铝 硫 钙 铝 镍 镁 硅 氧 铁 氦 氢 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

地球的物理成 元素在地壳中的分布 目前已知的化学元素有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 6km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: 不同元素的克拉克值相差悬殊。0、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

元素在地壳中的分布 ➢ 目前已知的化学元素有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

地球的物理成 矿物世界 ◇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。 ◇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

矿 物 世 界 ❖ 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。 ❖ 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

地球的物理成 、矿物世界一矿物定义 ·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(NaC1)、方解石(CaCO3)、石英 (Si02)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

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

地球血 、矿物世界一矿物的化学性质 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。壘徠中罾子排烈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 定范围内茇生改变。矿物在结晶过程中,电价和半 径相近的离子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 阴离子 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 阳离子 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,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

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