地球科学概论课件 2.地球的物质组成 上

2.3. 矿物定义: 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。
2.4. 矿物化学分类
大类
亚类
阴离子
实例
自然元素 无带电离子
Au
卤化物
F-, Cl-等
石盐【NaCl】
非
氧化物和
硅
氢氧化物
酸
硫化物
盐
硫酸盐
碳酸盐
磷酸盐
硅酸盐
O2OHS2SO42CO32PO43SiO44-
盐
硫酸盐
碳酸盐
磷酸盐
硅酸盐
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】
方铅矿【PbS】 重晶石【BaSO4】 方解石【CaCO3】 磷钇矿【YPO4】 锆石【ZrSiO4】
13. 硫化物：方铅矿 【PbS】
14. 硫化物：闪锌矿【ZnS】
15. 硫化物：雄黄 【AsS】
16. 硫化物：雌黄 【As2S3】
17. 硫化物：辰（朱、硃、丹）砂 【HgS】
18. 复合硫化物：黄铜矿 【CuFeS2】
19. 复合硫化物：黄铁矿 【FeS0S2-】
(a) 黄铁矿单晶
(b) 黄铁矿晶簇 与晶纹
矿物化学分类
方铅矿【PbS】 重晶石【BaSO4】 方解石【CaCO3】 磷钇矿【YPO4】 锆石【ZrSiO4】
6. 氧化物：赤铁矿 【Fe2O3】
镜铁矿
前寒武纪 条带状
（硅）铁建造 （BIF） 时控特征
BIF成因实验模拟
火星BlueBerry（Fe2O3）发现与确证
7. 氧化物：刚玉 【Al2O3】
1.3. 地球总（整）体化学组成规律
1. 不同元素含量分布极不均匀。含量最高Fe（32％） 与最低In（0.007ppm）之间相差8个数量级以上；
2. 元素含量随原子序数增加而有规律降低，原子序数 为偶数元素含量高于相邻奇数元素含量；
3. 与太阳相比，地球明显经历过强烈分异与去气。 地球：Fe O Si Mg Ca Al Na 太阳：H He O Ne N C Si Mg Fe
9. 复合氧化物：磁铁矿【Fe2+Fe 3+2O4】
10. 氢氧化物：水镁石 【Mg(OH)2】
11. 氢氧化物：铝土矿 【Al2O(OH)4】
12. 氢氧化物：针铁矿 【FeO(OH)】
褐铁矿【赤铁矿＋针铁矿混合物（铁锈）】
矿物化学分类
大类
亚类
自然元素
卤化物
非
氧化物和
硅
氢氧化物
酸
硫化物
金刚石地质成因示意图
金刚石人工合成技术： CVD (Chemical Vapor Deposition)
2.45mm高、1天长成
人工合成微粒与纳米金刚石薄膜及其 应用
天然金刚石全球空间分布示意图
矿床类型：原生 vs. 次生（砂矿） 应用：地质压力计 vs. 珠宝首饰（20％）vs. 工业领域（80％）
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8日
第四讲 地球的物质组成（上）
1.1. 地球的化学构成 http://www.chemsoc.org/viselements/
http://www.webelements.com/
1.2. 地球总（整）体化学组成
克拉克值：全球大陆地壳元素平均 含量。
2. 自然元素：金刚石与石墨
同质多相 (polymorphism)：矿物化学组成 相同（近），晶体结构不同现象，这些矿 物 互 为 同 质 多 相 体 （ 多 型 ， polytype）。 矿物同质多相体之间的转变称为相变。
世界著名金刚石
(a) 1886年首次在南非 发现Eureka（10.73ct）
大类
亚类
自然元素
卤化物
非
氧化物和
硅
氢氧化物
酸
硫化物
盐
硫酸盐
Байду номын сангаас
碳酸盐
磷酸盐
硅酸盐
阴离子 无带电离子
F-, Cl-等 O2OHS2SO42-
(b) 南非616未切割钻石
(c) 世界著名已切割 Millennium Star钻石
（203.04/777ct）
(d) Minton金刚石八面体7厘米
1carat (ct) = 0.2g
自然界五光十色金刚石
金刚石磷光
Diamonds are forever!? 钻石恒久远，一颗永流传 热力学不平衡 vs. 动力学亚稳态
(a) 红宝石
(b) 蓝宝石
类质同相 (isomorphism)：离子电位【＝ Z （ 离 子 电 价 ） /r （ 离 子 半 径 ） 】 相 同 （近）的离子彼此代换而不改变矿物晶体 结构的现象，这些矿物互为类质同相体。
8. 氧化物：金红石【TiO2】
金红石Zr地质温度计 Ti (1.75) Zr (2.33)
俄罗斯Mir金刚石矿山露天采坑
矿物化学分类
大类
亚类
自然元素
卤化物
非
氧化物和
硅
氢氧化物
酸
硫化物
盐
硫酸盐
碳酸盐
磷酸盐
硅酸盐
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】
方铅矿【PbS】 重晶石【BaSO4】 方解石【CaCO3】 磷钇矿【YPO4】 锆石【ZrSiO4】
赤铁矿【Fe2O3】、 水镁石【Mg(OH)2】
方铅矿【PbS】
重晶石【BaSO4】 方解石【CaCO3】 磷钇矿【YPO4】
锆石【ZrSiO4】
分类是人们对自然认识的阶段性总结，是不
能不要的约定，又是不要死守的约定。
1. 自然元素：黄金【Au】与铂金【Pt】
1karat (k) = 4.167%Au
2. 岩石圈 常见矿物与识别
2.1. 化学键类型
❖离子键 ❖共价键 ❖金属键 ❖（分子键）范德华力
2.2. 化合物
❖成因：天然 vs. 人工合成 ❖组成：无机 vs. 有机 ❖结构：结晶态 vs. 非晶态 ❖稳定性：稳定 vs. 亚稳定 vs. 不稳定 ❖状态：固体 vs. 液体 vs. 气体
3. 卤化物：石盐 【NaCl】
4. 卤化物：钾盐 【KCl】
5. 卤化物： 萤石
【CaF2】
矿物化学分类
大类
亚类
自然元素
卤化物
非
氧化物和
硅
氢氧化物
酸
硫化物
盐
硫酸盐
碳酸盐
磷酸盐
硅酸盐
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】