1、地球的物质组成,黄定华 中国地质大学（武汉） 地球生物学系,聚焦地球,从太阳系看地球：地球是一个由两部发动机组成的动力系统； 从月球上看地球：地球是一个略带梨形的蓝色椭球； 从卫星上看地球，地球上最显著的景观是陆洋对峙的地貌格局； 从飞机上看地球，高低起伏、千姿百态的高山深谷，河海湖盆，构成了一幅绚丽多彩的地理长卷； 到野外、在室内看地球，我们会看到什么呢？,我们将看到地球的物质组成和它们的内部结构,学习要点,在地球的各圈层内和圈层间，都有物质(能量)的交换。 物质重组是地球运动的重要侧面,对地球物质组成的了解在三个不同的层次上进行，即地球上的矿物，岩石和地球的化学成分。 分层次把握各自特征是
2、关键,掌握不同圈层的总体组成特征是基本要求,矿物是自然界形成的稳定单质和化合物，大部分矿物为晶体，部分是非晶质的。每一种矿物都有它基本的化学组成和物理特性,至今发现的矿物已达三千余种,1 矿物,1.矿物的晶体化学分类,自然元素：如石墨、自然金；硫化物：如方铅矿、黄铁矿、黄铜矿；氧化物及氢氧化物：如磁铁矿、赤铁矿、石英等；含氧盐：可细分为硅酸盐类（如橄榄石、辉石、正长石、斜长石）、碳酸盐类（如方解石）、硫酸盐类（如石膏）；卤化物：如石盐。,几乎所有造岩矿物都是硅酸盐和氧化物，常见的造岩矿物只有十余种，如石英、方解石、正长石、斜长石、黑云母、白云母、角闪石、辉石、橄榄石等。,氧的化合物和含氧盐,有
3、一些氧化物和含氧盐与主要的成矿作用有关，如锡-钨矿床中的锡石（SnO2）、黑钨矿（(FeMn)WO4）都是资源矿物。,矿物的基本物理特性包括： 矿物的晶形、比重、硬度、透明度、颜色、光泽和矿物的导电性等。,2. 矿物的物理性质,矿物的单体形态: 单形:由形状相同、大小相等的规则平面组成的晶体,如黄铁矿的立方体。 聚形:由两种或两种以上形态不同、大小不等的晶面组成的晶体。 矿物集合体：由多个单形或聚形组成。,3.矿物的形态特征,晶体习性: 晶体结晶时趋向于形成某一习惯性形态的现象。可分为:一向延长：呈柱状、针状或纤维状，如石英、角闪石，纤维状石膏等。二向延长:呈板状或片状,如云母等。三向延长:呈
4、粒状,如黄铁矿等。,矿物的形态由矿物晶形和结晶程度决定,矿物的结晶程度主要受矿物生长时的物理化学条件控制（生长速度慢的结晶程度高）；而矿物的晶形则与矿物的晶体结构有关。晶格结构的对称性高，晶体的对称性也高：三维对称的晶体呈粒状或等轴状(如金刚石、方铅矿等)。二维对称的晶体沿C轴发育成长柱状(如针镍矿、辉锑矿) 或毛发状；C轴不发育的呈片状(如辉钼矿、云母等)。,4.矿物的结晶程度和对称性,矿物 的 形态,显晶集合体:规则集合体(双晶)不规则集合体(粒、状、片、柱状；放射状、纤维状、晶簇)隐晶质或胶态集合体:结核体(鲕状,小于2mm、豆状,2-5mm、结核,大于5mm)分泌体:常具同心层状构造,
5、如玛瑙。特殊形态的集合体：钟乳状、葡萄状、肾状集合体。 隐晶集合体,矿物的集合体形态,颜色:矿物对不同波长可见光线吸收和反射的效应。 条痕:指矿物粉末的颜色,以矿物在瓷板上擦划的痕迹颜色为依据。 光泽:矿物表面对可见光波的反射能力,按强弱可分四级(金属、半金属、金刚、玻璃光泽) 透明度:指矿物充许可见光透过的程度。常分三级:透明(水晶)、半透明(闪锌矿)、不透明(黄铁矿、磁铁矿)。,5.矿物的光学性质,解理:矿物晶体在外力作用下,严格沿着一定结晶方向裂开成光滑平面的性质。常分五级:,6.矿物的力学性质,极完全(云母)、,完全(方铅矿)、,中等(角闪石)、,不完全(磷灰石)、,极不完全(石英)。
6、,硬度:矿物抵抗外来某种机械作用(如刻画)的能力,摩氏硬度计: 1-滑石, 2-石膏, 3-方解石, 4-萤石, 5-磷灰石,6-正长石,7-石英,8-黄玉,9-刚玉, 10-金刚石,矿物的物理性质受其化学组成和形成条件的制约。,宝石矿物,经过加工，能用于装饰的矿物，称为宝石矿物。宝石矿物的主要特点：一是晶莹艳丽，光彩夺目，即矿物的颜色和光泽优良；二是质地坚硬，经久耐用；三是稀少，即矿物产出量低。 现有宝石矿物主要有20种。最贵重的宝石有四种：钻石、红宝石、蓝宝石和祖母绿。,岩石是地质作用的产物，由一种或一种以上的矿物或岩屑组成的有规律的集合体。岩石是组成地壳和岩石圈的基本物质。,2 岩石,岩
7、石的类型复杂多样，按岩石形成的自然作用类型，可将它们分为 岩浆岩、沉积岩和变质岩三大岩类,岩浆岩是由熔浆冷凝结晶而成的岩石，它有两个成因系列：一类是由熔浆侵入地壳并在地壳中结晶形成的岩石，称为侵入岩；另一类是岩浆喷出地表、在海水或大气中冷却形成的岩石，称为火山岩。,1.岩浆岩,岩浆是上地幔和地壳深处形成的、炽热而富含挥发分的具有粘性的硅酸盐熔融体。 岩浆作用是指岩浆从形成至运移到地下浅处或喷出地表，再冷凝成岩的过程。 根据岩浆是否喷出地表可分为侵入作用和火山作用。 由岩浆作用形成的岩石称岩浆岩。,岩浆、岩浆作用与岩浆岩,岩浆岩的产出状态,岩浆岩的岩石化学分类,根据岩浆中SiO2含量分为: 酸性
8、岩浆岩(SiO266%)； 中性岩浆岩(SiO266-53%)； 基性岩浆岩(SiO253-45%)； 超基性岩浆岩(SiO245%)。,岩 浆 岩 分 类 表,岩浆岩矿物成分特点： 主要矿物:在岩石中含量较多,是确定岩石名称不可缺少的矿物,如橄榄石、辉石、角闪石、正长石、石英等。 次要矿物:在岩石中含量较少,对划分岩石大类不起作用但可作为确定种属名称的矿物。如黑云母、石英等。 副矿物:含量极少,对岩石分类命名不起作用的矿物。如磁铁矿等。,岩浆岩成分,岩浆岩的结构:是指其组成物质的结晶程度、颗粒大小、自形程度及其相互关系。 根据结晶程度分类:全晶质结构;半晶质结构;玻璃质结构 根据矿物颗粒绝对
9、大小分类: 显晶质结构(伟晶结构,颗粒直径10mm;粗粒结构,10-5mm;中粒结构,5-2mm;细粒结构,2-0.1mm) 隐晶质结构:矿物颗粒细小,放大镜分辨不出矿物。 根据矿物颗粒相对大小分类: 等粒结构:不等粒结构（斑状结构,似斑状结构），连续不等粒结构。,岩浆岩的结构,根据矿物颗粒相对大小分类: 等粒结构:岩石中同种矿物颗粒大致相等。 斑状结构:岩石中矿物颗粒大小悬殊,大的称为斑晶,小的称为基质,基质为隐晶质或玻璃质,。斑晶往往结晶稍早,自形程度高。 似斑状结构:与斑状结构相似,只是基质为显晶质。 连续不等粒结构:矿物颗粒连续变化，分不出基质与斑晶,斑状结构花岗岩,流纹构造:不同颜色
10、的条纹和气孔等平行排列。 气孔构造:当挥发分从熔浆中逸出时,形成气泡,当岩浆快速冷凝成岩时,气泡保留下来,为不规则状空洞。 杏仁构造:气孔构造中气孔被后期物质充填而形成的构造。 枕状构造:常见于海底溢出的基性熔岩中,由大小不等的枕状体堆积而成。,岩浆岩的构造:是指岩石中不同矿物集合体之间的排列方式和充填方式。主要类型有: 块状构造：矿物分布均匀，无一定排列方向。 斑杂构造:不同部位矿物组合或颜色有很大差异,杂乱无章。 条带构造:不同结构或矿物成分呈条带相间平行排列。,岩浆岩的构造,海底火山喷发形成的枕状熔岩,地壳内早先形成的岩石（岩浆岩、沉积岩、变质岩）为适应新的地质环境和物理化学条件，总体在
11、固态下发生矿物组成、化学成分和结构构造改变的，统称为变质作用。,经变质作用形成的岩石称为变质岩。变质岩形成后还可经历新的变质作用过程，有些变质岩是多次变质作用的产物 由沉积岩变质而形成的称为副变质岩,由岩浆岩变质而形成的称为正变质岩,3.变质岩,区域变质作用:大面积分布的由多种因素综合起作用而使岩石变质的作用。区域变质岩主要分布于构造活动带。区域变质岩种类繁多，按变质程度的不同有板岩千枚岩片岩片麻岩麻粒岩。 混合变质作用:介于变质作用与典型岩浆作用之间的地质作用,既有熔融相存在,又有变质交代作用发生。在该变质作用中长石、石英等低熔点矿物重熔和分异，形成长英质脉体，并与残留的变质岩基体一起组成各
12、种混合岩。常见的有眼球状混合岩、混合花岗岩等,变质作用的类型,变质作用使岩石中发生了矿物相转变，因此变质岩划分不同的相系。区域变质作用的温度、压力范围较宽，一般先按变质作用的压力将变质岩划分出低压、中压和高压三个变质相系，再按变质矿物组合划分变质相。每一个变质相系和变质相都对应特征的矿物或矿物组合。变质作用属内生地质作用，变质矿物往往有较高的结晶程度，与岩浆矿物很相似；变质作用往往是在定向压力下发生的，因此即使是非等粒矿物在变质过程也往往发生定向排列(呈现定向构造)，形成与沉积岩相似的层状构造；这是变质岩的重要鉴别特征,1.在岩浆岩或沉积岩中的主要造岩矿物,如石英、长石、云母、方解石等在变质岩
13、中也常见。 2.变质岩中出现特征变质矿物(能指示变质条件的矿物),如石榴子石、红柱石、硅灰石、石墨等。 3.变质岩中矿物特点:片状、针状、柱状矿物较多,分子体积小、比重大的多,变形现象发育。,变质岩的矿物成分,变余结构:变质岩中保留原岩结构特点的结构,如变余砾状结构。 变晶结构:在变质过程中由变质结晶和重结晶所新形成的结构(与岩浆岩结晶结构相比,不同在于:同一世代变晶矿物没有明显先后顺序,矿物的自形程度取决于结晶能力,而不是先结晶的好)。 压碎结构:由于岩石和矿物变形变位形成的结构,可分为角砾状、碎裂和糜棱结构。 交代结构:交代作用形成的一种结构。特点是新矿物的产生伴随着旧矿物被交代溶解，矿物
14、颗粒边界不规则或呈港湾状。,变质岩的结构,等粒粒状变晶结构,可进一步分为粗粒(3mm)、中粒(3-1mm)、细粒(1-0.1mm)和显微(0.1mm)粒状变晶结构。 角岩结构:泥质岩石经热接触变质形成的显微变晶结构。 斑状变晶结构:类似于岩浆岩中的斑状结构(由两组大小具明显差异的颗粒组成)，与斑状结构不同点在于,大的称变斑晶,小的称基质,二者都为变质结晶矿物,变斑晶多为结晶能力较强的特征变质矿物,如石榴子石和红柱石等,其形成与基质同时或稍晚,其在基质中一般不出现。 鳞片变晶结构:主要由云母、绿泥石等片状矿物组成的变晶结构。 鳞片粒状变晶结构:由大量粒状和少量片状矿物组成的变晶结构。 纤维变晶结
15、构:主要由纤维状矿物组成的变晶结构。,变晶结构分类,混合花岗岩中的水滴状石英,变余构造:岩石变质后保留的原岩构造,如变余杏仁构造。 变成构造:变质作用过程中新形成的构造。可分为： 斑点状构造:岩石中分布一些大小不等的斑点。 板状构造:岩石呈现一种互相平行的劈理面,如同板状,新生矿物极少。 千枚状构造:小片状矿物定向排列而呈现出的定向构造,常见丝绢光泽。,变质岩的构造,具板状构造的变质板岩,片状构造:大量片状矿物定向排列而呈现出的定向构造。 片麻状构造:大量粒状矿物和少量片状矿物定向排列而显示的定向构造。 眼球状构造:刚性矿物(长石、黄铁矿等)呈透镜状、扁豆状沿定向构造平行排列的一种构造。,沉积
16、岩由沉积作用形成，形成于富水环境，分布于陆表盆地及海洋盆地中。,2.沉积岩,先成岩石在经历了外力作用的风化，剥蚀，搬运和沉积过程后，在陆表盆地或海洋盆地中再经压实，脱水，固结，然后成岩。,沉积岩最显著的特征是成层性，在岩石剥露区常可以看到成层的岩石，这就是沉积岩。 组成沉积岩的物质来自陆地上已生成的各类岩石，它们称为沉积岩的母岩(或源岩)。火山喷出物，生物物质和水体中的化学沉淀物也是沉积岩的组成部分，在一定条件下，沉积岩中还有宇宙物质加入。沉积岩根据沉积物搬运和沉积的方式分为陆源碎屑岩、火山碎屑岩和化学、生物化学沉积岩三大类。,陆源碎屑岩 陆源碎屑岩按颗粒大小可分为：砾岩(2mm)、砂岩(20
17、.05mm)、粉砂岩(0.05 005mm)和泥岩(0.005mm)。,页岩 (0.005mm),砂岩 (20.05mm),砾岩 (2mm),在地壳地幔范围内，三类岩石处于不断地循环演化过程中，即：在地下深部，沉积岩和岩浆岩可通过变质作用成为变质岩；在地球表面，岩浆岩、变质岩可通过风化搬运沉积转变成沉积岩；当变质岩、沉积岩进入地下更深处，在一定的温度压力条件下被熔融形成岩浆，再经历冷却结晶作用又可生成岩浆岩。,4.三类岩石的形成条件和相互转化,沉积岩,变质岩,火成岩,沉积岩,变质岩,水成论与火成论之争,化学组成的不均一性和随时间组成的发展演化是地球化学组成的两个基本特征。,3 地球化学组成的基
18、本特征,地球中含量大于10%的元素有 Fe、O、Si、Mg； 含量大于1%的元素有 Ni、S、Ca、Al； 含量高于0.1%的元素有 Na、Cr、Co、P和Mn， 以上元素的总量超过99%，可代表地球的整体化学组成,1.地球中最多的元素,地壳中的元素丰度,为纪念克拉克在地壳化学成分研究中的贡献，将地壳元素的平均重量百分含量称为克拉克值，也称元素丰度克拉克值前10名元素依次为: O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg、Ti、H， 这10种元素共占地壳总重量的98%。,太阳系和地球、地壳前十位化学元素的对比,太阳系 H、He、O、Ne、N、C、Si、Mg、Fe、S 地 球 Fe、O、Mg、Si
19、、Ni、S、Ca、Al 、Co、Na 地 壳 O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg、Ti、H,三者化学组成的相似性：组成它们的物质主要是位于元素周期表上方的元素和Fe ； 三者化学组成的差异性：地球比太阳系富Fe、Mg、S和贫气态物质组分；地球比地壳富Mg、Fe和贫Al、K、Na。,地球整体在物理性质和化学组成上都是不均一的，这种不均一性在垂向上的最突出表现是物质的物理性质和化学组成随深度变化，即在一定的深度上物质的物理性质出现了一些明显的不连续界面，因此得出了地球具圈层结构的认识。此外，在各圈层的内部物质的物理性质和化学组成也是不均一的。,2.地球的化学不均一性,地球化学不均一性的表现
20、是多方面的。不同圈层间、同一圈层的不同构造层间、以及同一构造层内，地球物质的化学不均一性都有所表现。,分层研究法 （由各个部分求整体成分的方法）本研究方法的原理是整体是由部分组成的，知道了各部分的化学组成和各自在整体中的份额，就可以由部分的组成求整体的成分。分层研究法通常用地壳、地幔和地壳三部分的成分来计算地球的平均成分，知道了地壳、地幔和地壳的化学组成，又知道了三圈层的体积和密度（即它们的质量比例），就可以计算地球的平均组成了。,总体研究法（行星陨石对比研究法）总体研究法的基本原理是：地球和陨石的母体都是太阳系的行星，它们都与太阳系成分有亲缘关系；陨石基本上都是由硅酸盐相、金属相和硫化物相三
21、种相成分组成的，地球物质也主要由这三种相成分组成的地壳和地幔中为硅酸盐相，地核是金属相，三者都含有硫化物相。因此，陨石的成分可作为研究地球的重要资料。,陨石（meteorite）的研究成果 陨石的年龄 已收集到的不同陨石群的年龄不同，但用不同方法测定的陨石的最老年龄集中于45-47亿年；推测地球的形成年龄即为46-47亿年。 陨石的成因 陨石是小行星的碎片。但“一个母体形成陨石”的观点已被“众多小行星母体形成”的观点所取代。由于认为小行星的形成时间和形成方式与地球相似，对比陨石的成因可以了解地球的成因和组成。,陨石分类按陨石中金属的含量分类第一级分类 铁陨石（iron meteorite） 金
22、属含量 90% 石-铁陨石 （lithosiderite） 约 50% 石陨石 球粒陨石（chondrit e） 约 10% 无球粒陨石 约 1%,炭质球粒陨石是含有炭的有机化合物分子，主要由含水的硅酸盐组成。研究的重要意义主要表现在： 可以用来探讨生命起源； 代表太阳星云平均化学成分，对探讨太阳系元素丰度方面具有重要意义。例如炭质球粒陨石的化学成分已被用于估计太阳系中非挥发性元素的丰度。 至今在陨石中共发现140种矿物，其中有39种在地球（地壳）中尚未发现过，如褐硫钙石CaS，陨硫铁FeS等。以上矿物的出现反映陨石是在缺水、缺氧的环境中形成的。,研究陨石的新进展 通过撞击坑和玻璃陨石（柯石英
23、、超石英、金刚石等）研究某些地质体形成的环境和条件； 为生态环境灾变与生物灭绝提供地球化学证据（E/K等）； 预测、防止（陨石、小行星撞击事件）灾变事件的发生； 研究陨石中有机质可了解生命前期有机质形成和演化，探索地球生命物质的起源。,地壳的结构 地壳可以分为大陆地壳和大洋地壳，两者在结构上存在明显差异。 大陆地壳厚度较大，平均3335公里。受重力均衡作用的控制，在高山区存在山根(mountain roots)，使该处地壳厚度增大，如喜马拉雅和安第斯山的地壳厚度分别达近80公里和70公里。 大洋地壳厚度及厚度变化均较小，总厚为810km，最薄仅1.6km。,3.地壳的结构与物质组成,地壳的岩石
24、类型,大陆地壳的岩石类型 沉积岩仅占地壳总体积的5%，但由于它广泛分布于陆地表面及海洋盆地中，因而它占据了地表面积的75%。 变质岩约占地壳总体积的四分之一。 岩浆岩约占地壳总体的 67.6%。 大洋陆地壳的岩石类型 主体为58km的玄武质岩石，其上有厚约0.5km未固结沉积物，大洋地壳被大洋水复盖。,地壳的结构与组成示意图,40年前据地震波速认为大陆地壳可分为两层上层由花岗质和花岗闪长质岩石（硅铝层）组成；下层由玄武质岩石(硅镁层)组成。 近二十年来由超深钻、更精密的地震波研究、以及地表的地壳剖面观察，发现下地壳的玄武岩层（硅镁层）并不连续，从而动摇了地壳整体均匀的分层概念。 近年来对某些大
25、陆地区多种地球物理资料的综合分析和系统的地球化学研究，分辨出上下两层地壳间还存在一个明显的高导低速层，认为地壳具三分层结构（三明治结构）。,大陆地壳具分层结构吗?,大陆地壳和大洋地壳的化学组成是不同的，这一特征可以从它们不同的岩石组成来认识：大洋地壳主体为基性岩；大陆地壳主体为酸性岩。,4.元素的地球化学分类,元素地球化学分类的方案很多，常见分类有： 主量元素、微量元素、硫(硒、碲)和卤族元素、金属成矿元素、亲生物元素和亲气元素、放射性元素。,主量元素 主量元素也称为常量元素或造岩元素，是岩石（或研究系统）中含量大于1%(或0.1%)的元素，如地壳中大于1%的8种元素（OSiAlFeCaNaK
26、Mg）是地壳中的主量元素。 除氧以外的7种主量元素在地壳中都以阳离子的形式存在，它们与氧结合形成氧化物(或氧的化合物)，是构成三大类岩石的主体，Ti、H(P)在地壳中的重量百分比不足1%，但在各类岩石中频繁出现，故也称为造岩元素。 由于地壳和岩石圈中的主要矿物都是氧化物和含氧盐类矿物，尤其是各种类型的硅酸盐，因此可以将整个地壳看成是一个硅酸盐矿物集合体。,微量元素 地壳(岩石)中含量低于0.1%的元素，一般来说不易形成自己的独立矿物，而以类质同象的形式存在于其它元素组成的矿物中，这类元素被称为微量元素。 如：钾、钠的克拉克值都是2.5%，属主要元素，在自然界可形成多种独立矿物；与钾、钠同属第一
27、主族的铷、铯，由于在地壳中的含量低，在各种地质体中的浓度亦低，难以形成自己的独立矿物，主要呈分散状态存在于钾、钠的矿物中，铷、铯就是微量元素,硫(硒、碲)和卤族元素 在绝大多数情况下，地壳中硫(硒、碲)和卤族元素都以阴离子形式存在，硫是除氧以外最重要的呈阴离子的元素。硫在热液阶段能与多种金属元素结合生成硫化物矿物，是形成金属矿床的物质基础。当硫含量不充分时，硫、硒常以类质同象的方式存在于硫化物矿物中。碲通常结晶形成碲化物。氯、氟等卤族元素形成阴离子的能力比氧、硫更强，与阳离子结合形成典型的离子键化合物；只是因为丰度较氧、硫低得多，限制了它们形成独立矿物的能力。当不能形成独立矿物时，它们以类质同
28、象方式进入氧化物或含氧盐矿物中。,金属成矿元素 金属成矿元素按其晶体化学和地球化学习性、珍稀程度分为：贵金属元素、金属元素、过渡元素、稀有元素、稀土元素。 贵金属元素 Ag、Au、Hg、Pt等在地壳中主要以单质矿物，硫化物形式存在，含量低，成矿方式多样，但矿物易分选，化学稳定性高。 金属元素 Pb、Zn、Cu、Sb、Bi等，在地壳中主要以硫化物形式存在。主要通过热液作用成矿，硫(硒、碲)的富集对成矿有重要意义。,过渡元素 Co、Ni、Ti、V、Cr、Mn和W、Sn、Mo、Zr、Hf等为过渡元素，在自然界多以氧化物矿物形式存在，部分也可形成硫化物 稀有元素Li、Be、Nb、Ta、Ti、Zr在地壳
29、中含量很低，主要形成硅酸盐或氧化物。 稀土元素 钇和镧系元素统称为稀土元素，地壳中含量低，但它们常成组分布。稀土元素较难形成自己的独立矿物，主要类质同象进入钙的矿物。较常见的稀土元素矿物和含稀土元素的矿物都是氧化物或含氧盐类矿物,亲生物元素和亲气元素 主要有C、H、O、N和P、B，它们是组成水圈、大气圈和生物圈的主要化学成分，在地壳表层的各种自然过程中起着相当重要的作用。 部分微量元素(如Zn、Pb、Se等)以及在地壳表层和水圈中富集的元素Ca、Na、F、Cl等对生命的活动有重要意义，具亲生物的属性，它们的过量或馈乏不仅会影响生命物体的正常发育，严重时还会引起一些物种的绝灭。但这些元素的主体不
30、是亲生物元素。,放射性元素 现代地壳中存在的放射性元素（同位素）有67种。原子量小于209的放射性同位素有十余种，如10Be,14C, 40K, 87Rb, 147Sm，自84号元素钋(Po)起，元素(同位素)的原子质量都等于或大于209，这些原子核都有放射性，都是放射性同位素 现代核物理技术的高度发展，已经能够通过中子活化及核合成技术生成许多新的元素(放射性同位素)，若将这些元素计算在内，元素周期表内的元素总数 已增加到了114个。,地幔 莫霍面是公认的地壳-地幔边界。地幔的底界大约位于2900km深处。地幔的总厚度接近2900km，物质密度介于地壳-地核之间，地幔体积约占地球体积的82.2
31、6%，质量约占地球总质量的67.0%。 地幔最上部由坚硬的硅酸盐岩石组成，它们和地壳一起构成了岩石圈。人类虽生活在地球表层，但人类的生存环境不仅与水圈、大气圈和生物圈相关，也与地幔的组成、结构和状态有关。地壳中的资源都直接或间接源自地幔，而地幔中的岩浆、构造活动可以造福人类，也可能给人类带来灾难。,5.深部圈层的物质组成,地幔的物质总组成 目前人类还不能直接采取深度超过13km的任何物质样品。除了幔源岩浆及其所携带的少量地幔岩石样品可给地球科学家提供最深达约200km深处的样品外，人类直接研究地幔的愿望并未实现 现今对地幔(及地核)结构和成分的研究主要依赖地球物理资料和陨石的研究成果，不少认识
32、仍有较大的推断成分。,地核 地核中最主要的元素是Fe和Ni，所以地核常被称为铁镍核，但纯铁镍核与地核已知的地球物理资料不一致，它有太高的密度和太低的地震波速，因此地核中可能渗杂了较轻的元素。 目前推测外地核（E层）由液态铁组成，其中镍含量达10%，并有大约15%较轻的元素，如硫、硅、氧、钾、氢等。内地核由刚性很高的、在极高压（3.310113.61011帕）下结晶的固体铁镍合金组成。,地球物质循环 地球系统（固体地球和地球表层）不同圈层间的物质交换常表现为一种物质循环特征：在不同类型岩石间存在物质循环；亲生物元素、大气和水的循环也是物质循环特征的表现。,地球经历了原始化学分异后，形成了核、幔、
33、壳组成的同心圈层结构； 地球形成早期球外物质的加入对地球演化产生了一定的影响； 圈层结构形成至今地球一直在进行化学演化。,6.圈层内和圈层间的物质（能量）交换,地球的形貌，结构和组成变化,地球从聚合成太阳系的一个行星（近47亿年前）起，经历的变化主要可以概括为： 1、在地球形成初期，熔融的地球最早进行的化学作用是分异成圈过程，即由均一的物质分解出不混熔的液滴，不混熔的液滴不断聚集，导致密度大的物质下沉形成地核，实现了核、幔分异； 2、随之，地幔逐渐冷却固化，易融物质因其熔点和密度较低，逐渐上浮至地球表层，冷却后形成地壳。地球圈层结构的形成以地球的化学分异作用为主，其中包括重力分异等物理过程。,
34、圈层形成后地球的化学演化 地球在分异成圈后，固体地球各圈层间、同一圈层内和固体地球与外部圈层间仍频繁进行组分交换，使地球的化学组成持续演化，只是规模和强度不如地球形成早期。 岩石圈的演化过程 早期在高能状态下生成了镁铁质岩浆，冷凝后形成原始岩石圈，当时热点的规模也非常大； 随后长英质岩浆上升、生成的沉积岩开始褶皱； 继后，部分熔融的中性和长英质岩浆上升形成原始大陆地壳、并开始生成变质岩，现代壳幔结构的形成。,大型热点形成的火山岩,绿岩带,沉积岩开始褶皱,地幔对流,地壳,地幔,早期沉积盆地,长英质岩石,大陆褶皱构造,部分原始地壳下沉到地幔,早期的镁铁岩和沉积岩开始转变成变质岩,部分熔融的长英质岩
35、浆上升,部分熔融的中性和长英质岩浆上升形成原始大陆地壳,深剥蚀面,原始地壳,俯冲板块地壳物质被带至地幔,地幔岩发生部分熔融，产生的熔浆上升至地壳,大陆地壳,上地幔,地幔,板块俯冲过程,地球物质循环 地球系统（固体地球和地球表层）不同圈层间的物质交换常表现为一种物质循环特征：在不同类型岩石间存在物质循环；亲生物元素、大气和水的循环也是物质循环特征的表现。,氧、碳在大气、水和生物间的循环,地球化学演化的研究意义1、地球科学基础问题的研究，如地球和生命的起源2、地球化学演化形成各类矿床增加资源；3、造成环境污染及其它灾害：当岩浆喷出地表时，除形成火山岩外，大量的火山喷汽进入大气圈，部分随大气降水会转入水圈和生物圈。在岩浆喷发前和喷发时还常伴发地震。,Class over. Thanks,
