地球科学概论课件 3.地球的物质组成 下
地球及各圈层的物质组成
四.地球及各圈层的物质组成地球的物质组成地球是一个特殊的物理化学系统，她有别于太阳系其他行星，不但有生物圈和生命的长期作用，有液态水圈和氮-氧形成的大气圈，还有固体地圈的板块运动。
从而决定了地球系统特有的物质运动与元素行为特征。
关于地球的元素丰度，上地壳、水圈、大气圈的成分可以直接观测，而困难的是下地壳、地幔，尤其是下地幔和地核。
解决这一问题，法金顿（1911）、克拉克（1921）应用陨石类比法；华盛顿（1925）、马逊（1966）应用地球模型和陨石类比法；我国黎彤（1976）应用地球物理类比法研究地球的化学成分和元素丰度，他们的研究虽然有些差别，但其结果有共同特征，即地球主要元素丰度：Fe>O>Mg>Si>Ni>S>Ca>Al>Co>Na 。
地球的化学组成特点是：氧和硫（主要阴离子）原子丰度远小于全部金属阳离子的原子丰度之和，因而地球能有多余的Fe 、Ni 进入地核；并且地球有一些元素表现为亲氧性，成为造岩元素，另一些元素表现为亲硫性，成为金属成矿元素。
目前，许多学者都是借助于宇宙的丰度和已知的观测事实以及地球物理资料来构筑地球模型，主要考虑如下四个方面：①地球作为宇宙天体的一个成员并由宇宙物质演化而来，地球的元素丰度应与宇宙的元素丰度大致相同，因此可以根据宇宙丰度构成地球基本成分的简单模型；②地球基本成分及其分布必须符合深部地震资料所反映的物质密度、比重等物理参数；③地球成分分布必须与地球总的质量和惯性矩相协调；④地球元素分布必须符合地球内部温度、压力分布的状况。
安德森(D.L. Anderson)与Cameron(1982)以宇宙元素丰度为基础建立了简单的地球基本成分模型。
在这个模型中，地核的主要成分是Fe 2O 。
如果大多数Fe 按Fe 2O 的比例进入地核中，那么地核的质量将占地球总质量的30�34%，这与地核是地球质量的33%的情况非常一致。
地球内部结构
地球内部结构概述地球内部结构指的是地球从外部到内部的各个层次和组成部分。
地球内部结构的研究对于我们理解地球的形成、地质活动和地球表面现象具有重要意义。
地球内部结构可以分为三个主要部分：地壳、地幔和地核。
1.地壳：地壳是地球最外层的固体壳层，主要由岩石和土壤组成。
它分为大陆地壳和海洋地壳两种类型。
大陆地壳较厚，平均厚度约为30至70公里，而海洋地壳较薄，平均厚度约为5至10公里。
地壳是地球上生物和人类活动的主要区域，包含着我们生活的大陆和海洋。
2.地幔：地幔位于地壳之下，是介于地壳和地核之间的岩石层。
地幔的厚度约为2900公里，占据了地球体积的大部分。
地幔主要由硅、镁、铁等元素的氧化物和硅酸盐矿物组成。
地幔的温度和压力非常高，因此岩石处于高温高压的固态或部分熔融状态。
地幔的热对流是地球上地质活动的主要驱动力之一。
3.地核：地核是地球的内部部分，由外核和内核组成。
外核是一层液态的铁和镍合金，厚度约为2200公里。
内核是一层固态的铁和镍合金，直径约为内核的一半。
地核的温度非常高，但由于巨大的压力，内核仍能保持固态。
地核的运动和热对流产生了地球的磁场，对地球表面的生物和大气层起到保护作用。
地球内部结构的研究借助地震波传播、地热和地磁测量等技术手段。
通过观测和分析地震波在地球内部的传播速度和路径，科学家可以推断出地球内部的密度、温度和物质组成。
这些研究成果对于地球科学、地质学和地球物理学的发展具有重要意义。
地球内部结构对地球表面现象产生了深远的影响。
地球内部的热对流和岩石圈的运动导致了地震、火山喷发和地质变形等地质灾害和地质现象的发生。
同时，地球内部的热能也是地球上存在生命和维持生态系统的重要条件之一。
因此，深入理解地球内部结构对于我们认识地球的演化历史、地球表面的变化以及环境保护和自然灾害预防具有重要意义。
地壳：地球最外层的固体壳层地壳是位于地球内部结构中最外层的固体壳层，它是我们所生活的大陆和海洋的基础。
地球内部物质组成及其动力学
地球内部物质组成及其动力学地球是我们所生活的星球，从表层看，它是一个蓝色的星球。
而对于地球的内部，我们所知甚少。
地球内部的物质组成及其动力学一直是一个备受科学家研究的话题。
在本文中，我们将探讨地球内部的物质组成及其动力学历程，带领读者一起深入了解地球的内部世界。
一、地球内部物质组成地球的内部分为三个层状结构：地核、地幔和地壳。
地壳包裹在地幔外侧，地幔又包裹在地核之外。
1. 地壳地壳是地球最外层的固体壳体，分为海洋地壳和大陆地壳，厚度普遍在7-70公里之间。
地壳的物质组成丰富多样，包括硅酸盐矿物、石膏、盐川石、炭黑、煤炭等。
海洋地壳主要由玄武岩构成，而大陆地壳则以花岗岩和基性岩为主。
2. 地幔地幔是地球内部的一层，包裹在地核和地壳之间，厚度约为2770公里。
地幔也是地球上体积最大的部分，其物质主要是含有铁、镁和硅的矿物质，比如橄榄岩、辉石岩等。
地幔的物质密度也比地壳高，因此地幔的厚度也比地壳要大得多。
3. 地核地核是地球内部最深处的一个部分，厚度约为3480公里。
地核主要由铁和镍构成，它们的密度比地壳和地幔高得多。
地核分为外核和内核两部分，外核温度很高，主要是通过对流而产生的随机涡流动作生成地磁场。
内核则相对凉爽一些，但温度依然异常高。
二、地球内部的动力学过程除了知道地球的内部物质组成，我们还要了解地球内部的运动过程以及它们对地球表面的影响。
地球内部通常被认为是一个诡异、活跃、变幻无常的环境。
1. 热对流地幔的一部分被加热并且为了释放掉这些热量，发生了对流。
这种对流是由于温度和密度的差异而产生的，热的部分会上升，冷的部分则下降。
这种对流的运动也是一个传热的过程，这种传热对于地球的温度保持非常重要。
2. 岩浆运动地幔中的岩浆也会通过对流运动而经常穿过地壳达到地表。
在地表，岩浆冷却后变成了岩石。
这种过程便构成了火山的形成过程。
不仅如此，岩浆也是地球表面的重要构成，而且还是各种金属矿物的重要来源。
3. 地震和板块构造最引人注目的地球内部动力学现象之一是地震。
地球科学概论(第三章)—中国矿业大学(北京)
第三章地球的内部圈层和地壳的物质组成●重点掌握地球内部圈层划分的依据，内部圈层的划分，各圈层的主要物理状态，地壳的类型，大陆地壳与大洋地壳的异同，矿物的概念，矿物的晶体结构，矿物的形态；岩石的成因分类，三大类岩石的主要特点。
●一般了解地幔、地核的物质组成，元素在地球和地壳中的分布，克拉克值，地壳的重力均衡和重力异常。
2001年8月4日，中国大陆科学钻探工程在江苏省东海县开钻。
钻井所在地毛北镇位于世界上规模最大的超高压变质带－大别苏鲁造山带上。
2005年3月8日完钻，钻进深度5158米。
中国大陆科学钻探是我国"入地"计划的重大突破，也是当前实施的国际大陆科学钻探计划20多个项目中最深的科学钻井。
第一节地球的内部圈层利用地震波可探测地球内部的圈层结构；固体地球内部分为地壳、地幔、地核三个圈层；地壳主要由低密度的富铝硅酸盐岩石组成；地幔主要由密度中等的固态富镁硅酸盐岩石组成；地核主要由高密度的铁镍合金组成，外核呈液态，内核呈固态。
一、内部圈层的划分（一）划分依据——地震波候风地动仪地震波●面波——对固体地球表面破坏最强●体波——纵波（P波）和横波（S波）地震波探测的原理：波传播速度与介质的密度和弹性性质有关，波速变化意味着介质密度和弹性变化；P 波速度高于S波，且S波不能通过液体和气体。
一、内部圈层的划分（二）密度和物性分层●两个一级波速不连续界面莫霍面与古登堡面——分隔地壳、地幔、地核●一个明显的低速带软流圈——分隔岩石圈和中间圈二、主要物理性质●密度地壳平均密度2.7-2.8g/cm3,<地球平均密度5.516g/cm3；●压力与上覆物质重量成正比，按静压力平衡公式计算；●重力地球吸引力和离心力的合力，大致指向地心，影响重力的是下伏物质质量；●温度地温场、常温层（外热层）、地热增温率或地温梯度、地热流密度；二、主要物理性质●磁场地球的偶极磁场，磁轴与地球自转轴夹角15度并绕地理极缓慢迁移（1）地磁三要素：磁偏角、磁倾角、磁场强度（磁感应强度）（2）地磁场的组成：基本磁场（偶极磁场）、变化磁场（非偶极）、磁异常（3）地磁场的成因：自激发电机假说G为地球旋转轴，M为磁极，F为磁力线；地球内部液态外核的差异运动与漩涡可产生感应电流，从而在一定时期内形成较稳定的地磁场。
地球科学概论第三章 地球的内部圈层
变化磁场：是起源于地球外部并叠加在基本磁 场上的各种短期变化磁场。它只占地磁场的很 小部分(＜1％)。这种磁场主要是由太阳辐射、 太阳带电粒子流、 太阳的黑子活动等因素所引 起的。 磁异常：是地球浅部具有磁性的 矿物和岩石所引起的局部磁场， 它也叠加在基本磁场之上。 正磁异常－－－负磁异常 磁异常的研究意义：找矿和揭 示地球物理数据
（四）温度
温度在地球内部的分布状况称为地温场。 通常把地表常温层以下每向下加深100 m所升 高的温度称为地热增温率或地温梯度(温度每 增加1℃所增加的深度则称为地热增温级)。
地球表层平 均地温梯度为3 ℃／100m. 莫霍面处地 温400-1000℃ ，在岩石圈底 部约为1100℃ ，在上、下地 幔界面约为 1900℃，在古 登堡面约为 3700℃，地心 处的温度约为 4300-4500℃。
通常把单位时间内通过地表单位面积的 热量称为地热流密度。目前全球实测的平 均地热流值为1.47×41.686mW/m2，大陆地 表热流的平均值(1.46 HFU)与海底的平均 值(1.47)基本相等。 地表热流值或地温梯度明显高于平均 值或背景值的地区称为地热异常区。 地热及地热异常的研究意义。
（五）磁场
古登堡不连续面(简称古登堡面，G面)位于地下2885 km的深处,从上往下，纵波速度由13.64km/s突然降低为 7.98km/s，横波速度由7.23 km/s向下突然消失, 且地 震波出现极明显的反射、折射现象。
低速带(或低速层)出现的深度一般介于60～250 km之间， 接近地幔的顶部,在低速带内，地震波速度不仅未随深度而 增加，反而比上层减小5％～10％左右；并且，局部地段横 波消失。该圈层称为软流圈。软流圈以上为岩石圈。
因此，地球的内部构造可以以莫霍面和古登堡面 划分为地壳、地幔和地核三个主要圈层。根据次一级 界面，还可以把地幔进一步划分为上地幔和下地幔， 把地核进一步划分为外地核、过渡层及内地核。在上 地幔上部存在着一个软流圈，软流圈以上的上地幔部 分与地壳一起构成岩石圈。
《地球概论》课件
添加 标题
气候带：热带、亚热带、温带、寒带、极地
添加 标题
气候型：热带雨林气候、热带草原气候、热带沙漠气候、热带季风气候、亚热带季风气候、地中海气候、 温带海洋性气候、温带大陆性气候、极地气候、高原气候
添加 标题
气候带的分布：热带、亚热带、温带、寒带、极地
添加 标题
气候型的特点：热带雨林气候、热带草原气候、热带沙漠气候、热带季风气候、亚热带季风气候、地中 海气候、温带海洋性气候、温带大陆性气候、极地气候、高原气候的特点
地球物理模型：建立地球内部结构、地壳运动、地幔对流等模型
实验室分析： 通过实验室 仪器和设备， 对地球的物 质、结构、 演化等进行 分析研究
模拟实验： 通过模拟地 球环境、地 质过程等， 对地球的演 化、地质灾 害等进行研 究
实验设备： 包括显微镜、 光谱仪、地 震仪、地磁 仪等
实验方法： 包括地质年 代测定、地 球化学分析、 地震波分析 等
海洋深度：平均深度约 3800米，最深处为马里 亚纳海沟，深度超过 11000米
海洋温度：从赤道到两极 逐渐降低，热带海域水温 较高，极地海域水温较低
海洋盐度：海水盐度约为 3.5%，不同海域盐度有 所差异
海洋生物：海洋生物种类 繁多，包括鱼类、贝类、 海藻等，是地球上最大的 生物资源库
海洋资源：海洋蕴藏着丰 富的矿产资源、能源资源 和生物资源，是人类重要 的生存和发展空间
地球的表面分为陆地和海洋，陆地面积约为1.49亿平方公里，海洋 面积约为3.61亿平方公里
地球的大气层分为对流层、平流层、中间层、热层和外层，其中对 流层是地球大气层中最低的一层，也是人类活动最频繁的一层。
地核：地球最内层，由铁和 镍等金属组成
地幔：地球中间层，由熔融 的岩石和矿物组成
《地球科学概论绪论》PPT课件
一、地球科学的研究对象 和研究内容
4
5
以地球为研究对象 地球表面形态和固体地球本身 气体-大气圈 水体-水圈 生物的起源与演化、 生物体与地球环境之间的关系
6
地球科学：是系统研究地球 物质的组成、运动、时空演 化及其形成机制的科学。
7
地球科学--理论性与应用性并重的科学。
理论性--揭示自然界奥秘与规律。为人类利用、 适应和改造自然提供科学的方法论。
广阔的范围,是由固体地球(岩石圈）、 流体地球（大气圈、水圈、土壤圈、 生物圈）、社会地球（人类活动）和 行星地球（太阳系、银河系）组成的 一个开放的复杂巨系统， 称为地球系 统(Earth’s System)。
85
86
87
我国地球系Leabharlann 科学研究：地球系统科学卷八
地球系统科学卷五
地球系统科学卷二
地质学的研究内容主要包括固体地球（重点是地壳或岩石圈）的物 质组成、内部构造和形成演化历史。
9
理论研究
(1)研究地球的物质组成方面的学科：结晶学、矿 物学、岩石学等。
(2)研究地球内部构造方面的学科：构造地质 学、构造物理学、区域构造学、 地球动力学等。
(3)研究地球的形成演化方面的学科：古生物 学、地层学、地史学、古地理学、地貌及第四纪地 质学等。
100
101
102
五、本课程特点及要求
（一）、课程特点
1、地学基础课
2、课程体系——四大部分
•
地球的一般知识介绍
•
地球表层地质作用
•
地球内部地质作用
•
地球的形成、演化、资源与环境
103
课程特点 基础性强、图表多、叙述性强 概念多、前后交叉
科学四下《地球的内部结构》课件
科学四下《地球的内部结构》课件
汇报人：
日期:
•地球的内部结构概述
•地壳
•地幔
目录
•外核和内核
•地球的内部结构与地球科学的
关系
01
地球的内部结构概述
地壳地幔外核内核01020304
地球表面的硬壳，由岩石和土
壤组成。
地壳下面的层，主要由固态岩
石组成，但也有部分熔融。
地幔下面的液态金属层，主要
由铁和镍组成。
地球的最内层，主要由固态铁
和镍组成。
地球内部的高温高压
地球内部温度高达数千摄氏度，压力也非常大，这种环境下的物质状态非常特殊。
地球内部的运动
地球内部的地壳、地幔和外核都在不断运动，这种运动形成了地球的地质历史和地貌特征。
地球内部的磁场
地球内部的液态金属外核产生了地球的磁场，对地球的气候、生态系统和人类生活都有重要影响。
了解地球的内部结构有助于我们预测和防范地震、火山等自然灾
害。
了解地球的内部结构有助于我们探索和开发地球内部的资源，如
石油、天然气等。
了解地球的内部结构有助于我们更好地理解地球的形成和演化过
程。
地球的内部结构研究意义
02地壳
由各种岩石组成，包括火成岩、沉积岩和变质岩。
岩石圈
大陆地壳
海洋地壳
主要由花岗岩和玄武岩组成，比海洋地壳更厚、更重。
主要由海洋沉积物和海洋岩浆组成，比大陆地壳更薄、更轻。
03
02
01
地壳的组成。
地球内部物质的组成和形成
地球内部物质的组成和形成地球作为我们熟悉的家园，在表面上展现出了千姿百态的美景。
而这种多样性是由地球内部的物质组成所决定的。
地球内部物质的组成和形成是地球科学研究的重要内容之一，对于了解地球的演化过程以及其他天体的形成起源也有重要意义。
一、地球内部物质的组成地球内部物质的主要组成元素有铁、氧、硅、镁、铝等。
根据这些元素的含量和比例不同，地球内部可分为核、地幔和地壳三个部分。
1.核核是地球内部的最内部部分，由铁和镍等重金属元素构成。
核分为内核和外核两部分，内核主要是固态铁和一小部分镍、硫等元素构成，外核主要是液态铁和少量硫和镍等元素构成。
2.地幔地幔是核与地壳之间的中间层，是地球最厚的部分。
地幔的主要成分为硅、氧、镁和铁等元素，其中镁、铁等元素含量最多。
根据不同的粘度和流动性质，地幔又可分为上地幔和下地幔两个层次。
3.地壳地壳是地球最外部的硬壳，与外界相互作用，构成了地球表面的地形和地貌。
地壳的主要成分有氧、硅、铝和镁等元素，与地幔元素类似，但是比地幔更丰富，形成了地球上的陆地和海洋两个不同的表面特征。
二、地球内部物质的形成地球自诞生以来，经历了漫长的演化过程。
从对地球成因的研究来看，地球内部物质的形成主要是来自于三个方面的因素：原始星际物质、地球内部自身的演化以及雷电活动。
1.原始星际物质的贡献在早期的宇宙演化中，地球作为一个星球与太阳系的其他行星物质入选同处于星云中，与原始星际物质混合着形成了地球。
原始星际物质呈现出了极高的化学复杂性，其中包括各种有机物质、水以及硅酸等物质。
这些物质在地球的形成过程中，成为了地球内部物质的重要来源。
2.地球内部自身演化的作用在地球形成后的演化过程中，地球自身内部的物质也在不断的发生变化。
地球本身的自身内核，经过漫长的岁月沉淀而形成，而地幔和地壳则是由地球本身的内部材料经过各种地质作用涌现而成形。
随着演化不断发展，地球内部材料的形成也变得更加复杂和多样化。
3.雷电活动对地球内部物质的贡献雷电活动在地球的形成和演化过程中也起到了重要的贡献。
地壳成分与地壳结构PPT课件 教科版
石 灰 岩
地 壳 成 分 与 地壳结 构PPT课 件 教 科 版
地 壳 成 分 与 地壳结 构PPT课 件 教 科 版
3.1.3 岩石
地 壳 成 分 与 地壳结 构PPT课 件 教 科 版
地 壳 成 分 与 地壳结 构PPT课 件 教 科 版 地 壳 成 分 与 地壳结 构PPT课 件 教 科 版
地 壳 成 分 与 地壳结 构PPT课 件 教 科 版
地球科学
地 壳 成 分 与 地壳结 构PPT课PT课 件 教 科 版
第 2 部分 地壳•地质•全球构造
第3章 地壳成分与地壳结构 第4章 地质构造 第5章 全球构造体系
地 壳 成 分 与 地壳结 构PPT课 件 教 科 版
地 壳 成 分 与 地壳结 构PPT课 件 教 科 版
3.1.2 矿物
橄 榄 石
地 壳 成 分 与 地壳结 构PPT课 件 教 科 版
地 壳 成 分 与 地壳结 构PPT课 件 教 科 版
石 榴 子 石
地 壳 成 分 与 地壳结 构PPT课 件 教 科 版
3.1.2 矿物
地 壳 成 分 与 地壳结 构PPT课 件 教 科 版
地 壳 成 分 与 地壳结 构PPT课 件 教 科 版
3.1.2 矿物
闪 锌 矿
地 壳 成 分 与 地壳结 构PPT课 件 教 科 版
地 壳 成 分 与 地壳结 构PPT课 件 教 科 版
3.1.2 矿物
石 英
地 壳 成 分 与 地壳结 构PPT课 件 教 科 版
地 壳 成 分 与 地壳结 构PPT课 件 教 科 版
有用元素或矿物的富集成为 矿床。
在自然界常见的11种主要的 造岩矿物是石英、钾长石、斜长 石、云母、角闪石、辉石、橄榄 石、方解石、白云母、褐铁矿、 石榴子石等。
地球科学概论第三章 地球构造
由水平运动造成的构造形迹，大多数比较清楚。 由水平运动造成的构造形迹，大多数比较清楚。 强烈的挤压总是和紧密的褶皱、 强烈的挤压总是和紧密的褶皱、逆掩断层以及断层 面呈波状的辗掩断层相联系。 面呈波状的辗掩断层相联系。 由于褶皱、辗掩而使地壳缩短变形、甚至重复。 由于褶皱、辗掩而使地壳缩短变形、甚至重复。 当重复地层遭受长期风化后， 当重复地层遭受长期风化后，有时会形成飞来峰或 构造窗。 构造窗。
地球内部的主要物理性质
地震波： 地震波： 纵波—质点振动方向与传播方向相同， 纵波—质点振动方向与传播方向相同，速度 任何物质均可通过，又称P 快，任何物质均可通过，又称P波； 横波—质点振动方向与传播方向垂直， 横波—质点振动方向与传播方向垂直，速度 不能通过液态介质，又称S 慢，不能通过液态介质，又称S波； 33km处 波的速度突然增加； 33km处，P波、S波的速度突然增加； 2885km处 的速度下降 下降， 波降至0 2885km处，P波、 S波的速度下降，S波降至0； 5155km处，S波从0变为3.46km/s。 5155km处 波从0变为3.46km/s。 3.46km/s
上部为固态（33~60km）； 上部为固态（33~60km）； 上地幔上部固态与地壳组成岩石圈） （上地幔上部固态与地壳组成岩石圈） 中部为部分熔融状态（60~250km，岩浆发源地） 中部为部分熔融状态（60~250km，岩浆发源地） 中部低速层（部分熔融状态）为软流圈） （中部低速层（部分熔融状态）为软流圈） 下部为固态（250~650km）。 下部为固态（250~650km）。
在大陆内部， 在大陆内部，垂直 运动可以通过大地水准 测量来发现。 测量来发现。 在海边可以利用各 种标志来验证。 种标志来验证。 如 意大利那不勒斯湾 海岸波簇里奥城神庙前 的三根大理石柱， 的三根大理石柱，就因 地壳的升降一渡没入海 中，人们就根据海生动 物在柱上的钻孔痕迹来 判断地壳升降的幅度。 判断地壳升降的幅度。
地球科学概论4地球及各圈层的物质组成
一、地壳元素组合与矿物形成
2.矿物的分类、晶形及其物理性质 矿物的形态 指矿物的单体（晶体）及集合体的形状。 德国物理家冯·劳埃(M.Von Laue, 1879-1960)用X 光观测晶体，发现不论晶体的外形如何，内部的原子、 离子、分子都是有序的排列。 晶体中原子、离子等重复排列的几何图形，称为 晶体结构。 晶体结构包括晶形、晶面、晶棱、角顶、面网。
23
一、地壳元素组合与矿物形成
2.矿物的分类、晶形及其物理性质 硫化物矿物及其类似化合物 方铅矿(PbS)、闪锌矿(ZnS)、黄铜矿(CuFeS2)、黝 锡矿(Cu2SnFeS4)、黄铁矿(FeS2)、斑铜矿(Cu5FeS4)、雄 黄(As4S4)、雌黄(As2S3)和辰砂(HgS)等是最常见的硫化 物矿物。
24
一、地壳元素组合与矿物形成
2.矿物的分类、晶形石及英 其物理性质
氧的化合物和见
的造岩矿物只有十余种，
如石英、正长石、斜长石、 黑云母、白云母、角闪石、
辉石、橄榄石等。有一些
氧化物和含氧盐主要成矿
作用有关，如锡-钨矿床中 的锡石(SnO2)、黑钨矿 （(FeMn)WO4）是资源矿 物。
27
一、地壳元素组合与矿物形成
2.矿物的分类、晶形及其物理性质 矿物的形态 晶体形态是其成分、内部结构的外在反映。具有 一定成分和内部结构的矿物具有一定的晶体形态特征。 晶质矿物在有利的条件下能生长成规则的几何多 面体。这种几何多面体称晶体；包围晶体的平面称晶 面；两个晶面的交线叫晶棱。
28
一、地壳元素组合与矿物形成
15
一、地壳元素组合与矿物形成
2.矿物的分类、晶形及其物理性质 人们最先面对和利用的固体物质是岩石，但要了 解和更有效的利用岩石必须先认识矿物。 矿物是天然（地质作用）形成的固体化合物或单 质，具有一定的化学成分、内部结构，表现出一定的 外部形态和物理、化学特征。是组成地球的基本物质。 大部分矿物为晶质化合物，部分为非晶质的。但 有人认为“矿物是在地壳（地球）物理化学条件下形 成的无机晶质固体”。 至今发现的矿物数已达到了三千余种。
《地球科学概论》第二章 地质学的三大任务
地壳中已发现的化学元素有92种，即元素 周期表中1至92号元素；
地壳中不同元素的含量差别很大，含量最 高的元素氧(47%)与含量最低的氡(10-16)差 1017倍；
含量最高的三个元素氧、硅、铝的总量占地 壳元素总量的84.6%；若加上含量大于1%的元素 铁、钙、钠、钾、镁，总和达98%，剩余的84个 元素重量的百分含量之和仅为2%。
按重量百分比最大的10个元素的顺序是：O ＞Si＞Al＞Fe＞Ca＞Na＞K＞Mg＞Ti＞H
按元素的原子克拉克值，则原子个数最多 的元素是：O＞Si＞H＞Al＞Na＞Mg＞Ca＞Fe＞ K＞Ti。
②微量元素
在地壳(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，，这样 的元素被称为微量元素。多以类质同象的形式存 在于其它元素组成的矿物中 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。
③光泽
④金刚光泽：金刚石一样的光泽，如金刚石、 辰砂、锡石等的光泽。 ⑤玻璃光泽：大多数透明矿物具有的光泽，如 石英、方解石、长石等的光泽。 ⑥油脂光泽：类似油脂或树脂一样的光泽，反 射面由极小的曲面组成。 ⑦珍珠光泽：由于矿物的薄层间夹有空气，产 生内反射而成，如白云母的光泽。 ⑧丝绢光泽：纤维状矿物具有的光泽，如石棉、 纤维状石膏等具有的光泽。 ⑨土状光泽：矿物（如高岭土）具有的光泽。
金属元素：Pb、Zn、Cu（又称贱金属元 素）、Sb、Bi等，在地壳中主要以硫化物形式 存在。成矿物质主要通过热液作用成矿，硫(硒、 碲)的富集对成矿过程有重要意义。矿床中成矿 元素含量较高，是国民经济生活中广泛应用的 矿产资源；
1.4地球的圈层结构课件(共32张PPT)
D 、从震源发生的地震波，纵波比横波先到达地面
2、在莫霍界面以下（ ））
A、纵波和横波传播速度都增加
B、纵波传播速度下降,横波传播速度增加 C、纵波和横波传播速度都下降
D、纵波传播速度增加,横波传播速度下降
3、地球内部圈层划分的依据是（ ）
A
A．地震波速度的变化 B．温度的垂直变化
C．内部压力的变化 D．物质密度的变化
连
续
古登堡界面：地下
面
约2900千米处，纵
波的速度突然下降，
横波完全消失。
不连续面附近波速变化特点及说明的问题
速度（千
米/秒3）3
2900
地震波的传播 速度
P21思考1：在莫霍界面和古登堡界面， 地震波波速的突然变化说明了什么问题？
说明所通过物质状态（组成和密度） 可能发生了变化。
2、推测地幔和地核的物质状态可能是 什么？
阅读课文P21第一、二、三自然段，思考并回答下列问题：
1、 什么是地震波？ 2、地震波分为几类？它们各自的传播特点？ 3、利用地球内部地震波与地球内部圈层构造图，准确说
出什么叫做不连续面？ 4、地球内部有几个不连续面？在它们附近地震波的传播
速度有什么明显变化？ 5、在不连续面附近地震波的传播速度发生了明显变化，
地幔物质是固态（P波和S波都能传 播）；地核的物质状态可能是液体或 气体，因为在古登堡界面附近横波完 全消失，说明横波不能继续传播，而 纵波虽然波速忽然下降，但仍可以继 续向下传播。
不连续面 莫霍界面
地下深度
地下（大陆部分 ）33千米处
古登堡界面 地下2900千米处
波速变化特点 该界面下，P、S波速都明显增加。 在该界面附近，P波速忽然下降，S波完全消失。
内部地球的物质组成
位于地壳之下，由硅、镁、铝、铁等元素 构成的岩石层，占据地球体积的约84%， 温度随深度增加而升高。
外核
内核Байду номын сангаас
地幔之下的液态层，主要由铁和镍组成， 温度极高，达到数千摄氏度，地球的磁场 主要由外核中的熔融铁流动产生。
地球最内部的部分，主要由固态铁和镍组成 ，温度极高，压力极大，是地球的最热部分 。
物质组成与性质差异
岩浆作用
岩浆活动对地壳的形成和演化具有重 要影响，包括地壳增厚、地壳物质更 新、成矿作用等。
地幔对流与板块运动关系
地幔对流
由于地幔内部温度差异和物质密度差异，地幔物质会发生对流运动，形成地幔 对流系统。
板块运动
地幔对流是导致板块运动的主要驱动力之一，板块在地幔对流的作用下会发生 相互碰撞、分离和俯冲等运动。板块运动对地球表面的地貌、地震和火山活动 等具有重要影响。
通过教育和培训等方式，培养 更多对地球科学感兴趣的后备 人才，为地球科学事业的持续 发展注入新鲜血液。
谢谢观看
结构
内核是地球的最内部部分，呈固态状态。由于温度和压力的差异，内核又分为内核和外内 核两部分。内核的结晶结构非常紧密，原子排列有序，形成了坚固的晶体格子。
物理性质
内核的密度极大，达到了10-12克/立方厘米，是地球上最密集的物质之一。由于内核处 于极高的温度和压力环境下，其硬度和强度都非常大，是地球上最坚硬的物质之一。
地壳物质
主要由轻质的硅铝酸盐 矿物组成，如长石、石 英、云母等，密度较低
。
地幔物质
主要由硅镁酸盐矿物组 成，如橄榄石、辉石、 石榴石等，密度和粘度
较高。
外核物质
主要由液态的铁和镍组 成，密度极大，流动性 强，产生地球的磁场。
地球物质组成
探求地球奥秘 感悟人生真谛
－－《地球科学概论）寄语
地球的物理组成
地球的物质组成
元
金属
地核、地幔
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）。
➢ 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
• 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。
铝8% 硅27.2％ 氧45.2％
水圈
其它＜2％ 钠1.1％ 氯1.9％ 氢10.8％ 氧84.6％
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
(a) 手标本
(b) 光学显微照片
(c) 扫描电镜照片
41. 层状结构硅酸盐：高岭石 【Al2Si2O5(OH)4】
(a) 手标本
(b) 扫描电镜照片
42. 层状结构硅酸盐：伊利石
【(K,H3O)(Al,Mg,Fe)2(Si,Al)4O10[ (OH)2,(H2O)] 】
43. 层状结构硅酸盐：蒙脱石族（膨润土）
(a) 单晶
(b) 集合体
硅酸盐矿物 结构分类图
47. 架状结构硅酸盐：石英族【SiO2】
(a) 石英晶簇
(b) 水晶
石英Ti地质温度计 （TitaniQ）
(a) 硅化木
非（微）晶态SiO2
(b) 玛瑙
矿物相对硬度 (Mohs硬度计)
软
相对硬度
参考矿物
常见物品硬度
1
滑石
2
石膏
3
方解石
指甲
4
解理：矿物在外力作用下沿化学键 薄弱结晶方向产生的规则破裂。
解理
一组 两组 三组
断口：矿物在外力作用下形成的
不规则破裂面。
断口
贝壳状 参差状 锯齿状
39. 层状结构硅酸盐：白云母 【KAl3Si3O10(OH, F)2】
40. 层状结构硅酸盐：绿泥石族 【(Fe, Mg, Al)6(Si, Al)4O10(OH)8】
30. 岛状结构硅酸盐：石榴石族 【(Ca, Fe, Mg)3(Al, Fe)2(SiO4)3】
31. 岛状结构硅酸盐： Al2SiO5同质三相体
(a) 红柱石
(b) 夕（硅）线石 (c) 蓝晶石(二硬石)
岛状结构硅酸盐： Al2SiO5同质三相体 红柱石、夕线石与蓝晶石
32. 岛状结构硅酸盐：黄玉 【Al2SiO4(F,OH)2】
萤石
5
磷灰石
6正长石ຫໍສະໝຸດ 小刀7石英8
黄玉
硬
9
10
刚玉 金刚石
矿物化学分类
大类
亚类
自然元素
非
卤化物
硅
氧化物和
酸
氢氧化物
盐
硫化物
(28)
硫酸盐
碳酸盐
磷酸盐
硅酸盐（19）
阴离子 无带电离子
F-, Cl-等 O2OHS2SO42-
CO32PO43SiO44-
实例
Au
石盐【NaCl】 赤铁矿【Fe2O3】、 水镁石【Mg(OH)2】
λ 2dsinθ
常用矿物网址
❖/ （矿物基础知识简介） ❖/ （丰富的矿物图片）
❖ / （矿物基础知识＋图片）
❖昆明理工大学矿物数字博物馆
单链结构硅酸盐：辉石族 【NaAlSi2O6硬玉】
缅甸玉、翡翠
硬玉工艺品：翠玉白菜
硅酸盐矿物 结构分类图
37. 双链结构硅酸盐：角闪石族
【Na (Ca, Na)2(Fe, Mg)5(Si, Al)8O22(OH)2】
双链结构硅酸盐：角闪石族
【Ca2(Fe, Mg)5Si8O22(OH)2软玉】
(a) 昆仑玉、和田玉
(b) 碧玉
咏柳
唐 • 贺知章
碧玉妆成一树高， 万条垂下绿丝绦。 不知细叶谁裁出， 二月春风似剪刀。
(a) 羊脂玉 (b) 石烤鸭
精美软玉工艺品
(c) 五花肉
北京2008年奥运会奖牌：中西合璧
2007. 3. 27
和氏璧、完璧归赵、秦赵之争
硅酸盐矿物 结构分类图
38. 层状结构硅酸盐：黑云母 【K(Fe, Mg)3AlSi3O10(OH, F)2】
ANU
北京离子探针中心
虾米 (shrimp)
激情燃烧 vs. 持之以恒
锆石核－边结构定年： U-Pb年龄离子探针 原位 (in situ) 分析
Zr (4.65) U (3.88) Pb (1.50)
地球最古老锆石
4404Ma
中国最古老锆石发现
硅酸盐矿物 结构分类图
34. 环状结构硅酸盐：绿柱石 【Be3Al2Si6O18】
【(Na, Ca)0.33(Al, Mg)2Si4O10(OH)2 • H2O】
44. 层状结构硅酸盐：滑石 【Mg3Si4O10(OH)2】
硅酸盐矿物 结构分类图
45. 架状结构硅酸盐：斜长石族 【(Na, Ca)Al(Al, Si)Si2O8】
(a) 单晶
(b) 集合体
46. 架状结构硅酸盐：碱性长石族 【(K, Na)AlSi3O8】
33. 岛状结构硅酸盐：锆石族【ZrSiO4】
锆石晶形标型特征与花岗岩成因演 化
岛状结构硅酸盐：锆石 【ZrSiO4】 显微成像技术与锆石内部结构
锆石Ti地质温度计与太古宙地壳形成 条件
锆石难熔性与残留继承性核－边结构： “忠实”记录多次地质事件自然档案
SHRIMP II（迅谱）
(Sensitive High Resolution Ion MicroProbe)
(a) 祖母绿 (b) 海蓝宝石
环状结构硅酸盐：绿柱石 【Be3Al2Si6O18】
(c) 新疆阿尔泰富蕴县可可托海伟晶岩三号脉露天采坑
35. 环状结构硅酸盐：堇青石 【Mg2Al4Si5O18】
硅酸盐矿物 结构分类图
36. 单链结构硅酸盐：辉石族
【(Ca, Na, Fe, Mg) (Al, Fe, Mg) (Si, Al)2O6】
方铅矿【PbS】 重晶石【BaSO4】 方解石【CaCO3】 磷钇矿【YPO4】 锆石【ZrSiO4】
矿 物：常温常压条件下，具有确定化
学组成和特定晶体结构的固态天然无 机（亚）稳定化合物。
偏光/反光显微镜矿物光学鉴定 (a) 干涉图
(b) 反射图
矿物化学组成电子探针(EPMA)定量分析
矿物晶体结构X射线衍射(XRD)测定
地球科学概论
中国科学技术大学地球与空间科学学院 2012年10月15日
第四讲 地球的物质组成（下）
硅氧四面体 结构示意图
O
Si Mg
Fe
硅酸盐矿物 结构分类图
29. 岛状结构硅酸盐：橄榄石族 【(Fe, Mg)2SiO4】
固溶体系列：矿物主要化学组成可 按任意比例进行类质同相代换现象， 具有最简单化学组成的矿物称固溶 体系列端员矿物。