地殼是由什么組成的

匿名用戶 | 2017-05-23 01:04

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  • 主量元素：
    主量元素有時也稱為常量元素,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離子形式存在,它們與氧結合形成的氧化物(或氧的化合物),是構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(原子個數),則原子個數最多的元素是：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,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,因此可將整個地殼看成一個硅酸鹽礦物集合體.
    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,因此地球科學家常稱地殼為硅酸鹽巖殼.也有的學者將以中酸性巖為主的部分稱為硅鋁質地殼,將以基性巖為主的部分稱為硅鎂質地殼.
    由此可知：地殼中主量元素的種類(化學成分)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,一般來說不易形成自己的獨立礦物,多以類質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,在各種地質體中的濃度亦低,難以形成自己的獨立礦物,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)結合生成硫鹽和硫化物礦物,這些礦物是金屬礦床的物質基礎 .若礦物結晶時硫含量不充分,硒可以進入礦物中占據硫在晶格中的位置,硫、硒以類質同象的方式在同種礦物中存在.碲與硫的晶體化學性質差別比硒大,故碲通常不進入硫化物礦物,當硫不足時,它可以結晶成碲化物.
    氯、氟等鹵族元素,通過獲得一個電子就形成穩(wěn)定的惰性氣體型(8電子外層)的電層結構,它們形成陰離子的能力甚至比氧、硫更強,只是因為鹵族元素的地殼豐度較氧、硫低得多,限制了它們形成獨立礦物的能力.鹵族元素與陽離子結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.當鹵族元素的濃度較低,不能形成獨立礦物時,它們進入氧化物,在含氧鹽礦物中,常見它們以類質同象方式置換礦物中的氧或羥基
    金屬成礦元素：
    在地質體中金屬元素多形成金屬礦物(硫化物、單質礦物或金屬互化物,部分氧化物),在礦產資源中作為冶煉金屬物質的對象.
    金屬成礦元素按其晶體化學和地球化學習性以及珍稀程度可以分為：貴金屬元素、金屬元素、過渡元素、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礦物,硫化物形式存在,在地質體中含量低,成礦方式多樣,但礦物易分選,元素化學穩(wěn)定性高,成礦物質的經濟價值高；
    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.成礦物質主要通過熱液作用成礦,硫(硒、碲)的富集對成礦過程有重要意義.礦床中成礦元素含量較高,是國民經濟生活中廣泛應用的礦產資源；
    過渡元素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立礦物,主要進入鈣的礦物,在礦物中類質同象置換鈣.較常見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成分,在地殼表層的各種自然過程中起著相當重要的作用.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等對生命的活動有重要意義,具親生物的屬性.某些親生物元素的過量或饋乏不僅會影響生命物體的正常發(fā)育,嚴重時還會引起一些物種的絕滅.
    放射性元素：
    現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號元素釙(Po)起,元素(同位素)的原子質量都等于或大于209,這些原子核都有放射性,它們都是放射性同位素.
    現代核物理技術的高度發(fā)展,已經能夠通過中子活化及核合成技術生成許多新的放射性元素(同位素),若將這些元素計算在內,元素周期表內的元素總數應增加到109個.
    （2）礦物的分類、晶形及其物理性質
    地殼中各種元素多數組成化合物,并以礦物的形式出現.礦物多數是在地殼(地球)物理化學條件下形成的無機晶質固體,也有少數呈非晶質和膠體.礦物學是地球科學中研究歷史最悠久的分支學科之一.自有人類以來就開始了對礦物的認識和利用,人類有了文字就有了對礦物認識的記載.礦物學作為一門獨立的學科已有近三個世紀的歷史了,20世紀20年代以來在礦物學研究中逐步引入了現代科學技術的研究手段和方法,使礦物學進入了由表及里、由宏觀到微觀的研究層次,開始了礦物成分、結構與物理性質、開發(fā)應用綜合研究的新階段.
    迄今發(fā)現的礦物種數已達3000余種.常見的造巖礦物只有十余種,如石英、正長石、斜長石、黑云母、白云母、角閃石、輝石、橄欖石等,其余屬非造巖礦物.按礦物中化學組分的復雜程度可將礦物分成單質礦物和化合物.化合物按與陰離子的結合類型(化學鍵)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陰離子種類可將礦物劃分類,各類中按礦物結構還可以劃分亞類,在亞類中又可以進一步劃分部、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礦物類.硫化物礦物的總特征是：首先,它們由金屬陽離子與硫等陰離子之間以共價鍵方式結合形成.它們在地殼中的總量很低(＜1%),但礦物種較多,占礦物種總數的16.5%.硫化物礦物的生成多與成礦作用有關,即絕大多數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,結晶程度較好,硫與其它元素結合時配位方式多樣,因此晶體結構類型多,晶體形態(tài)多樣,容易識別.
    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,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).
    單質及其類似物:
    它們在礦物分類中也是一個大類,包括由單質原子結晶的礦物和多種原子結合的金屬互殼重量的1%,但成礦能力很強,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.單質礦物中原子以金屬鍵或共價健和分子健相結合,原子間緊密堆積,礦物晶體對稱性高.
    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值
    在礦物學分類中并未劃分此大類,但它們是具特殊經濟意義的礦物群體.經過加工,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：第一是晶瑩艷麗,光彩奪目,即礦物的顏色和光澤質地優(yōu)良.第二是質地堅硬,經久耐用,即寶石礦物的硬度較大；第三是稀少,即礦物產量少,又有一定的價值.據以上特征,能稱為寶石礦物的只可能是氧的化合物和單質礦物中的少數非金屬礦物.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、藍寶石和祖母綠（見彩色照片）.
    鉆石的寶石礦物是金剛石（C）,它屬單質非金屬礦物,是硬度最大的礦物.金剛石結晶溫度(＞1100℃)和壓力(＞40Pa)很高,是元素碳在距地表大約200km或更深處結晶的晶體.
    紅寶石和藍寶石是兩種極貴重的寶石,其寶石礦物都是剛玉（Al2O3）.剛玉雖是較常見的礦物,但能成為寶石礦物的剛玉僅出現在某些石灰?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過沉積作用,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)狀構造硅酸鹽,主要產于巖漿晚期形成的偉晶巖和一些高溫熱液形成的脈狀巖石中,作為寶石礦物的綠柱石主要產在熱液脈中,而且十分罕見.
    礦物的形態(tài)由礦物的晶形和結晶程度決定.礦物的結晶程度主要受礦物生長時的物理化學環(huán)境控制,而礦物的晶形則與礦物的晶體結構有關.晶體是晶體結構的最小單位(晶胞)在三維空間重復增長的結果,如果晶體結構的對稱性高,晶體的對稱性也高.三維對稱的晶體呈粒狀晶體(如金剛石、方鉛礦等),二維對稱的晶體沿C軸發(fā)育的為長柱狀(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構的對應關系,將在巖漿巖組成礦物中作簡要介紹.

    晶體：a石英 b長石 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量,兩者概念不同,但數值相當.決定礦物比重和密度的主要因素是：陽離子的原子量、晶體中的原子間距和原子的配位數.例如,方解石CaCO3和菱鋅礦ZnCO3結構相同,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.
    礦物硬度是礦物內部結構牢固性的表現,主要取決于化學鍵的類型和強度：離子鍵型和共價健型礦物硬度較高,金屬鍵型礦物硬度較低.硬度也與化學鍵的鍵長有關,鍵長小的礦物硬度較大.離子價態(tài)高低和配位數大小對礦物硬度有一定影響,離子價態(tài)高,配位數較大的礦物硬度也較大.
    礦物的顏色由礦物的成分和內部結構決定.組成礦物的離子的顏色,礦物晶體中的結構缺陷,以及礦物中的雜質和包裹體等,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,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明確關系,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光吸收性的強弱.受礦物顏色、裂隙、放射性物質含量等影響,也與化合物化學鍵類型有關.
    礦物表面反射光的能力稱為光澤,按反射光能力由強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鍵型、礦物的成分結構和礦物表面的性質等條件的制約.光澤是評價寶石的重要標志.
    礦物的導電性與化學鍵類型有關,金屬鍵型礦物導電性強、離子鍵和共價鍵礦物不導電或僅有弱導電性.某些礦物有特殊的電學性質,如電氣石在加熱時可產生電荷,具焦電性,石英晶體在加壓時可產生電荷,具壓電性,這些性質被應用于現代技術和軍事工業(yè).
    礦物還有一些其他的物理性質,如過渡性元素的礦物(磁鐵礦、磁黃鐵礦等)常具磁性.某些礦物具磁性是殼幔產生局部磁場的基礎,礦物的熱導性、熱膨脹率、放射性、表面吸附能力等物理性質對礦物的利用價值也有影響.
    匿名用戶 | 2017-05-23 01:04

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