地殼是由什么組成的

匿名用戶 | 2017-05-23 12:38

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  • 主量元素：
    主量元素有時(shí)也稱為常量元素,是指那些在巖石中(≠地殼中)含量大于1%(或0.1%)的元素,在地殼中大于1%的8種元素都是主量元素,除氧以外的7種元素在地殼中都以陽(yáng)離子形式存在,它們與氧結(jié)合形成的氧化物(或氧的化合物),是構(gòu)成三大類巖石的主體,因此又常被稱為造巖元素.
    地殼中重量百分比最大的10個(gè)元素的順序是：O＞Si＞Al＞Fe＞Ca＞Na＞K＞Mg＞Ti＞H,若按元素的原子克拉克值(原子個(gè)數(shù)),則原子個(gè)數(shù)最多的元素是：O＞Si＞H＞Al＞Na＞Mg＞Ca＞Fe＞K＞Ti.Ti、H(P)在地殼中的重量百分比雖不足1%,但在各大類巖石中頻繁出現(xiàn),也常被稱為造巖元素.
    上述地殼中含量最高的十種元素,在各類巖石化學(xué)組成中都占重要地位.雖然不同類型巖石的礦物成分有差異,但主要礦物都是氧化物和含氧鹽,尤其是各種類型的硅酸鹽,因此可將整個(gè)地殼看成一個(gè)硅酸鹽礦物集合體.
    巖漿巖是地殼中分布最廣的巖石大類,從酸性巖直到超基性巖,主要礦物都是硅酸鹽,不同的是：超基性巖和基性巖主要由鎂、鐵(鈣)的硅酸鹽組成,中、酸性巖主要由鉀、鈉的鋁硅酸鹽和氧化物組成.大陸地殼中上部中酸性巖石占主導(dǎo)的地位,下部中基性巖為主體；大洋地殼以基性巖石為主,因此地球科學(xué)家常稱地殼為硅酸鹽巖殼.也有的學(xué)者將以中酸性巖為主的部分稱為硅鋁質(zhì)地殼,將以基性巖為主的部分稱為硅鎂質(zhì)地殼.
    由此可知：地殼中主量元素的種類(化學(xué)成分)決定了地殼中天然化合物(礦物)的類型；主要礦物種類及組合關(guān)系決定了其集合體(巖石)的分類；而地殼中主要巖石類型決定了地殼的基本面貌.
    微量元素：
    在地殼(巖石)中含量低于0.1%的元素,一般來(lái)說(shuō)不易形成自己的獨(dú)立礦物,多以類質(zhì)同象的形式存在于其它元素組成的礦物中,這樣的元素被稱為微量元素.比如：鉀、鈉的克拉克值都是2.5%,屬主要元素,在自然界可形成多種獨(dú)立礦物.與鉀、鈉同屬第一主族的銣、銫,由于在地殼中的含量低,在各種地質(zhì)體中的濃度亦低,難以形成自己的獨(dú)立礦物,主要呈分散狀態(tài)存在于鉀、鈉的礦物中.
    硫(硒、碲)和鹵族元素：
    在地殼中,除氧總是以陰離子的形式存在外,硫(硒、碲)和鹵族元素在絕大多數(shù)情況下都以陰離子形式存在.雖然硫在特定情況下可形成單質(zhì)礦物(自然硫S2),硫仍是地殼中除氧以外最重要的呈陰離子的元素.硫在熱液成礦階段能與多種金屬元素(如貴金屬Ag、Au,賤金屬Pb、Zn、Mo、Cu、Hg等)結(jié)合生成硫鹽和硫化物礦物,這些礦物是金屬礦床的物質(zhì)基礎(chǔ) .若礦物結(jié)晶時(shí)硫含量不充分,硒可以進(jìn)入礦物中占據(jù)硫在晶格中的位置,硫、硒以類質(zhì)同象的方式在同種礦物中存在.碲與硫的晶體化學(xué)性質(zhì)差別比硒大,故碲通常不進(jìn)入硫化物礦物,當(dāng)硫不足時(shí),它可以結(jié)晶成碲化物.
    氯、氟等鹵族元素,通過(guò)獲得一個(gè)電子就形成穩(wěn)定的惰性氣體型(8電子外層)的電層結(jié)構(gòu),它們形成陰離子的能力甚至比氧、硫更強(qiáng),只是因?yàn)辂u族元素的地殼豐度較氧、硫低得多,限制了它們形成獨(dú)立礦物的能力.鹵族元素與陽(yáng)離子結(jié)合形成典型的離子鍵化合物.離子鍵化合物易溶于水,但氣化溫度較高,在干旱條件下,鹵化物還是比較穩(wěn)定的.當(dāng)鹵族元素的濃度較低,不能形成獨(dú)立礦物時(shí),它們進(jìn)入氧化物,在含氧鹽礦物中,常見(jiàn)它們以類質(zhì)同象方式置換礦物中的氧或羥基
    金屬成礦元素：
    在地質(zhì)體中金屬元素多形成金屬礦物(硫化物、單質(zhì)礦物或金屬互化物,部分氧化物),在礦產(chǎn)資源中作為冶煉金屬物質(zhì)的對(duì)象.
    金屬成礦元素按其晶體化學(xué)和地球化學(xué)習(xí)性以及珍稀程度可以分為：貴金屬元素、金屬元素、過(guò)渡元素、稀有元素、稀土元素.
    貴金屬元素Ag、Au、Hg、Pt等,貴金屬元素在地殼中主要以單質(zhì)礦物,硫化物形式存在,在地質(zhì)體中含量低,成礦方式多樣,但礦物易分選,元素化學(xué)穩(wěn)定性高,成礦物質(zhì)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值高；
    金屬元素Pb、Zn、Cu（又稱賤金屬元素）、Sb、Bi等,在地殼中主要以硫化物形式存在.成礦物質(zhì)主要通過(guò)熱液作用成礦,硫(硒、碲)的富集對(duì)成礦過(guò)程有重要意義.礦床中成礦元素含量較高,是國(guó)民經(jīng)濟(jì)生活中廣泛應(yīng)用的礦產(chǎn)資源；
    過(guò)渡元素Co、Ni、Ti、V、Cr、Mn和W、Sn、Mo、Zr、Hf等,這些元素在自然界多以氧化物礦物形式存在,部分也可形成硫化物(如鉬)或硫鹽(如錫).
    稀有元素Li、Be、Nb、Ta、Ti、Zr在地殼中含量很低,主要形成硅酸鹽或氧化物.
    稀土元素釔和鑭系元素統(tǒng)稱為稀土元素,地殼中稀土元素含量低,但它們常成組分布.稀土元素較難形成自己的獨(dú)立礦物,主要進(jìn)入鈣的礦物,在礦物中類質(zhì)同象置換鈣.較常見(jiàn)的稀土元素礦物和含稀土元素的礦物都是氧化物或含氧鹽類礦物.
    親生物元素和親氣元素：
    主要有C、H、O、N和P、B,它們是組成水圈、大氣圈和生物圈的主要化學(xué)成分,在地殼表層的各種自然過(guò)程中起著相當(dāng)重要的作用.部分微量元素(如Zn、Pb、Se等)以及在地殼表層和水圈中富集的元素Ca、Na、F、Cl等對(duì)生命的活動(dòng)有重要意義,具親生物的屬性.某些親生物元素的過(guò)量或饋乏不僅會(huì)影響生命物體的正常發(fā)育,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起一些物種的絕滅.
    放射性元素：
    現(xiàn)代地殼中存在的放射性元素（同位素）有67種.原子量小于209的放射性同位素僅有十余種,它們是：10Be,14C,40K,50V,87Rb,123Te,187Re,190Pt,192Pe,138La,144Na,145Pm,147Sm,148Sm和149Sm,自84號(hào)元素釙(Po)起,元素(同位素)的原子質(zhì)量都等于或大于209,這些原子核都有放射性,它們都是放射性同位素.
    現(xiàn)代核物理技術(shù)的高度發(fā)展,已經(jīng)能夠通過(guò)中子活化及核合成技術(shù)生成許多新的放射性元素(同位素),若將這些元素計(jì)算在內(nèi),元素周期表內(nèi)的元素總數(shù)應(yīng)增加到109個(gè).
    （2）礦物的分類、晶形及其物理性質(zhì)
    地殼中各種元素多數(shù)組成化合物,并以礦物的形式出現(xiàn).礦物多數(shù)是在地殼(地球)物理化學(xué)條件下形成的無(wú)機(jī)晶質(zhì)固體,也有少數(shù)呈非晶質(zhì)和膠體.礦物學(xué)是地球科學(xué)中研究歷史最悠久的分支學(xué)科之一.自有人類以來(lái)就開(kāi)始了對(duì)礦物的認(rèn)識(shí)和利用,人類有了文字就有了對(duì)礦物認(rèn)識(shí)的記載.礦物學(xué)作為一門獨(dú)立的學(xué)科已有近三個(gè)世紀(jì)的歷史了,20世紀(jì)20年代以來(lái)在礦物學(xué)研究中逐步引入了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的研究手段和方法,使礦物學(xué)進(jìn)入了由表及里、由宏觀到微觀的研究層次,開(kāi)始了礦物成分、結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)、開(kāi)發(fā)應(yīng)用綜合研究的新階段.
    迄今發(fā)現(xiàn)的礦物種數(shù)已達(dá)3000余種.常見(jiàn)的造巖礦物只有十余種,如石英、正長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、黑云母、白云母、角閃石、輝石、橄欖石等,其余屬非造巖礦物.按礦物中化學(xué)組分的復(fù)雜程度可將礦物分成單質(zhì)礦物和化合物.化合物按與陰離子的結(jié)合類型(化學(xué)鍵)劃分大類,主要大類有：硫化物(包括砷、銻、鉍、碲、硒的化合物)；氧的化合物；以及鹵化物.在各大類中按陰離子或絡(luò)陰離子種類可將礦物劃分類,各類中按礦物結(jié)構(gòu)還可以劃分亞類,在亞類中又可以進(jìn)一步劃分部、族和礦物種.
    硫化物及其類似化合物:
    在礦物分類中,硫化物大類還可以分成三個(gè)礦物類.硫化物礦物的總特征是：首先,它們由金屬陽(yáng)離子與硫等陰離子之間以共價(jià)鍵方式結(jié)合形成.它們?cè)诘貧ぶ械目偭亢艿?＜1%),但礦物種較多,占礦物種總數(shù)的16.5%.硫化物礦物的生成多與成礦作用有關(guān),即絕大多數(shù)礦床中的金屬礦物都屬硫化物大類；其次,硫化物類礦物透明度和硬度較低,但通常色澤鮮艷、有金屬(半金屬)光澤、比重也較大；最后,結(jié)晶程度較好,硫與其它元素結(jié)合時(shí)配位方式多樣,因此晶體結(jié)構(gòu)類型多,晶體形態(tài)多樣,容易識(shí)別.
    在成員眾多的硫化物礦物家族中,方鉛礦（PbS）、閃鋅礦（ZnS）、黃銅礦（CuFeS2）、黝錫礦（Cu2SnFeS4）和黃鐵礦（FeS2）、斑銅礦（Cu5FeS4）、雄黃（As4S4）、雌黃（As2S3）、辰砂（HgS）等是最常見(jiàn)的硫化物.此外,還有硒化物和碲硫化物.
    氧的化合物:
    幾乎所有造巖礦物都是硅酸鹽和氧化物,如長(zhǎng)石、云母、角閃石、輝石等.但也有一些氧化物和含氧鹽主要與成礦作用有關(guān),如錫石（SnO2）和黑鎢礦（(FeMn)WO4）、磁鐵礦（Fe2+Fe3+O4）、鈦鐵礦（FeTiO3）,是錫、鎢、鐵礦床中的資源礦物(礦石礦物).
    單質(zhì)及其類似物:
    它們?cè)诘V物分類中也是一個(gè)大類,包括由單質(zhì)原子結(jié)晶的礦物和多種原子結(jié)合的金屬互殼重量的1%,但成礦能力很強(qiáng),如自然銅（Cu）、銀金礦（AgAu）、自然鉑（Pt）、金剛石（C）、石墨（C）和自然硫（S）都可富集成礦.單質(zhì)礦物中原子以金屬鍵或共價(jià)健和分子健相結(jié)合,原子間緊密堆積,礦物晶體對(duì)稱性高.
    寶石礦物:

    寶石鮮艷的顏色和絢麗的光澤使其具有很高的價(jià)值
    在礦物學(xué)分類中并未劃分此大類,但它們是具特殊經(jīng)濟(jì)意義的礦物群體.經(jīng)過(guò)加工,能用于裝飾的礦物,稱為寶石礦物.寶石礦物主要有以下特點(diǎn)：第一是晶瑩艷麗,光彩奪目,即礦物的顏色和光澤質(zhì)地優(yōu)良.第二是質(zhì)地堅(jiān)硬,經(jīng)久耐用,即寶石礦物的硬度較大；第三是稀少,即礦物產(chǎn)量少,又有一定的價(jià)值.據(jù)以上特征,能稱為寶石礦物的只可能是氧的化合物和單質(zhì)礦物中的少數(shù)非金屬礦物.自然界的寶石礦物共有百種,較重要的約20種.最貴重的寶石有四種：鉆石、紅寶石、藍(lán)寶石和祖母綠（見(jiàn)彩色照片）.
    鉆石的寶石礦物是金剛石（C）,它屬單質(zhì)非金屬礦物,是硬度最大的礦物.金剛石結(jié)晶溫度(＞1100℃)和壓力(＞40Pa)很高,是元素碳在距地表大約200km或更深處結(jié)晶的晶體.
    紅寶石和藍(lán)寶石是兩種極貴重的寶石,其寶石礦物都是剛玉（Al2O3）.剛玉雖是較常見(jiàn)的礦物,但能成為寶石礦物的剛玉僅出現(xiàn)在某些石灰?guī)r和中酸性巖漿巖的接觸帶、基性巖墻及純橄欖巖中,成為寶石礦床還需經(jīng)過(guò)沉積作用,即在碎屑礦物中聚集.
    還有一種寶石 祖母綠也十分名貴,它的寶石礦物是綠柱石（Be3Al2〔Si6O18〕）,綠柱石是環(huán)狀構(gòu)造硅酸鹽,主要產(chǎn)于巖漿晚期形成的偉晶巖和一些高溫?zé)嵋盒纬傻拿}狀巖石中,作為寶石礦物的綠柱石主要產(chǎn)在熱液脈中,而且十分罕見(jiàn).
    礦物的形態(tài)由礦物的晶形和結(jié)晶程度決定.礦物的結(jié)晶程度主要受礦物生長(zhǎng)時(shí)的物理化學(xué)環(huán)境控制,而礦物的晶形則與礦物的晶體結(jié)構(gòu)有關(guān).晶體是晶體結(jié)構(gòu)的最小單位(晶胞)在三維空間重復(fù)增長(zhǎng)的結(jié)果,如果晶體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性高,晶體的對(duì)稱性也高.三維對(duì)稱的晶體呈粒狀晶體(如金剛石、方鉛礦等),二維對(duì)稱的晶體沿C軸發(fā)育的為長(zhǎng)柱狀(如針鎳礦),若C軸不發(fā)育的呈片狀(如輝鉬礦、云母等).化學(xué)鍵的各向異性也影響晶體的形態(tài),如金紅石、輝銻礦的八面體化學(xué)鍵沿C軸延伸,它們的晶體發(fā)育成柱狀、針狀或毛發(fā)狀（圖4-1）.硅酸鹽礦物晶形與其結(jié)構(gòu)的對(duì)應(yīng)關(guān)系,將在巖漿巖組成礦物中作簡(jiǎn)要介紹.

    晶體：a石英 b長(zhǎng)石 c石榴子石
    礦物的比重是單位體積中礦物的重量與4℃水重量之比,礦物的密度是單位體積中礦物的質(zhì)量,兩者概念不同,但數(shù)值相當(dāng).決定礦物比重和密度的主要因素是：陽(yáng)離子的原子量、晶體中的原子間距和原子的配位數(shù).例如,方解石CaCO3和菱鋅礦ZnCO3結(jié)構(gòu)相同,但Ca、Zn的原子量分別是40.08和65.57,因而方解石的密度(2.71g/cm3)就比菱鋅礦(4.45g/cm3)小.又如文石和方解石的成分都是CaCO3,但兩者的配位數(shù)分別為9和6,兩者的密度就有差異,分別是2.95g/cm3和2.23g/cm3.
    礦物硬度是礦物內(nèi)部結(jié)構(gòu)牢固性的表現(xiàn),主要取決于化學(xué)鍵的類型和強(qiáng)度：離子鍵型和共價(jià)健型礦物硬度較高,金屬鍵型礦物硬度較低.硬度也與化學(xué)鍵的鍵長(zhǎng)有關(guān),鍵長(zhǎng)小的礦物硬度較大.離子價(jià)態(tài)高低和配位數(shù)大小對(duì)礦物硬度有一定影響,離子價(jià)態(tài)高,配位數(shù)較大的礦物硬度也較大.
    礦物的顏色由礦物的成分和內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定.組成礦物的離子的顏色,礦物晶體中的結(jié)構(gòu)缺陷,以及礦物中的雜質(zhì)和包裹體等,都可影響礦物的顏色.在離子鍵礦物晶體中,礦物的顏色主要與離子的顏色有關(guān),如Cu2+離子為綠色,銅的氫氧化物,碳酸鹽和硫酸鹽礦物都呈綠(黃)色,又如Ca2+離子無(wú)色,Fe2+、Mn2+離子主要呈灰、紅色,故白鎢礦(CaWO4)為灰白色,黑鎢礦(MnFe)WO4為黑 褐色.共價(jià)鍵化合物礦物中離子受極化作用的影響,礦物的顏色與離子的顏色無(wú)明確關(guān)系,如黃銅礦為金黃色,而輝銅礦則是煙灰色.
    礦物的透明度指礦物對(duì)光吸收性的強(qiáng)弱.受礦物顏色、裂隙、放射性物質(zhì)含量等影響,也與化合物化學(xué)鍵類型有關(guān).
    礦物表面反射光的能力稱為光澤,按反射光能力由強(qiáng)到弱可分為金屬光澤、半金屬光澤、金剛光澤和玻璃光澤.礦物光澤受化合物化學(xué)鍵型、礦物的成分結(jié)構(gòu)和礦物表面的性質(zhì)等條件的制約.光澤是評(píng)價(jià)寶石的重要標(biāo)志.
    礦物的導(dǎo)電性與化學(xué)鍵類型有關(guān),金屬鍵型礦物導(dǎo)電性強(qiáng)、離子鍵和共價(jià)鍵礦物不導(dǎo)電或僅有弱導(dǎo)電性.某些礦物有特殊的電學(xué)性質(zhì),如電氣石在加熱時(shí)可產(chǎn)生電荷,具焦電性,石英晶體在加壓時(shí)可產(chǎn)生電荷,具壓電性,這些性質(zhì)被應(yīng)用于現(xiàn)代技術(shù)和軍事工業(yè).
    礦物還有一些其他的物理性質(zhì),如過(guò)渡性元素的礦物(磁鐵礦、磁黃鐵礦等)常具磁性.某些礦物具磁性是殼幔產(chǎn)生局部磁場(chǎng)的基礎(chǔ),礦物的熱導(dǎo)性、熱膨脹率、放射性、表面吸附能力等物理性質(zhì)對(duì)礦物的利用價(jià)值也有影響.
    匿名用戶 | 2017-05-23 12:38

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