1、地球中的元素及礦物地球中的元素及礦物 1. 1. 地球中的元素 2. 2. 地球中的礦物 地球的質量近地球的質量近6060萬億億噸萬億億噸 （5.9765.97610102727g g）l幾乎都集中在平均半徑為幾乎都集中在平均半徑為6371km6371km的固體地球內的固體地球內l以巖石和金屬的形態出現以巖石和金屬的形態出現l其平均密度為其平均密度為5.52g/cm5.52g/cm3 3 l大氣、水和生物體的總質量不足大氣、水和生物體的總質量不足0.1%0.1%1. 1. 地球中的元素l宇宙中的元素是通過熱核聚變反應，經歷了從簡單到復雜的形成演化過程的。地球物質復雜多樣地球物質復雜多樣l地球上

2、多種多樣的物質，都是從基本粒子聚變而地球上多種多樣的物質，都是從基本粒子聚變而成氫開始的成氫開始的l然后是四個氫合成一個氦，氦再進一步合成其它然后是四個氫合成一個氦，氦再進一步合成其它元素元素l約在約在150150億年前的大爆炸以后億年前的大爆炸以后50 50 100 100億年時，億年時，從輕元素到重元素，現今所有的元素就已逐漸形從輕元素到重元素，現今所有的元素就已逐漸形成成 美國化學家克拉美國化學家克拉克克 (f.w.clarke,1847-1931)(f.w.clarke,1847-1931)l根據大陸地殼中的5159個巖石、礦物、土壤和天然水的樣品分析數據，于1889年第一次算出元素在

3、地殼中的平均含量數值(平均重量百分比)，即元素的豐度豐度l后人為了紀念這個創舉，將它命名為克克拉克值拉克值。地殼中各元素的豐度地殼中各元素的豐度 氧氧(45.2%(45.2%） 鈉鈉(2.32%)(2.32%) 硅硅(27.2%)(27.2%) 鉀鉀(1.68%)(1.68%) 鋁鋁(8%)(8%) 鈦鈦(0.68%) (0.68%) 鐵鐵 (5.8%)(5.8%) 氫氫(0.14%)(0.14%) 鈣鈣(5.06%) (5.06%) 錳錳(0.10%)(0.10%) 鎂鎂(2.77%)(2.77%) 磷磷(0.10%)(0.10%) 其它所有元素其它所有元素(0.95%)(0.95%)地殼中

4、其它重要元素地殼中其它重要元素l 10-5 : cu 5.5, pb 1.25, zn 7, co 2.5, ni 7.5l10-6 : w 1.5, sn 2, u 2.7, mo 1.5, as 1.8l10-7 : sb 2l10-8 : ag 7, au 4l10-9 : pt 5整個地球的物質（按重量計算）各元素的豐度l 鐵鐵34.6%34.6%；氧氧29.5%29.5%；硅硅15.2%15.2%；鎂鎂12.7%12.7% 鎳鎳2.4%2.4%；硫硫1.9%1.9%；鈣和鋁鈣和鋁2.2%2.2%l 其它所有元素共占1.5% 地核地核： 大部分以金屬狀態存在的鐵和鎳大部分以金屬狀態存在

5、的鐵和鎳l地殼和地幔地殼和地幔 ：大部分是氧和硅。：大部分是氧和硅。 鎂、鐵、鋁也較多鎂、鐵、鋁也較多l水圈水圈 ：以氧和氫為主：以氧和氫為主l生物圈生物圈 ：主要為碳、氫、氧和氮：主要為碳、氫、氧和氮 大氣圈、水圈和生物體中的所有元素的質量和大氣圈、水圈和生物體中的所有元素的質量和地球的總質量相比，不及千分之一地球的總質量相比，不及千分之一自然界物質組成的元素差異2.自然界中的礦物l 天然產出的天然產出的、具有一定化學成分化學成分和和內部晶體結構內部晶體結構的的均勻固體，通常由無機作用所形成l 礦物的集合體礦物的集合體稱為 巖石巖石 巖石是混合物巖石是混合物 請注意分清巖石和礦物孔孔雀雀石石

6、金金剛剛石石紅寶石紅寶石(剛玉剛玉)水水晶晶石英礦物的定義是由天然產出且具有特定礦物的定義是由天然產出且具有特定的（但一般并非固定的）化學成分和內部的（但一般并非固定的）化學成分和內部晶體結構的均勻固體，通常由無機作用所晶體結構的均勻固體，通常由無機作用所形成。形成。 人造礦物不屬地質學范疇 （已知礦物多種） 具一定化學成分（每種礦物有較穩定 的化學成分）。 絕大多數礦物是固態，極個別液態 （g） 固體礦物分為晶體和非晶體。煤碳煤碳花崗巖花崗巖石油石油黃鐵礦晶體礦礦 物物 種種 數數 從從2020世紀初的世紀初的 20002000多種多種 2020世紀世紀9090年代的年代的 50005000

7、多種多種隨著人類認識自然界的能力提高隨著人類認識自然界的能力提高, 發現的礦物種類增多發現的礦物種類增多 晶體晶體內部質點（原子、離子）在內部質點（原子、離子）在三維空間周期性重復排列（即有序排列）的三維空間周期性重復排列（即有序排列）的固體。固體。 非晶體非晶體 內部質點排列無序。內部質點排列無序。 晶體礦物晶體礦物具有晶體結構的礦物。具有晶體結構的礦物。 晶體與非晶體 晶 體格子構造格子構造有序排列的質點按規律將有序排列的質點按規律將幾何點連成的三維空間格子。幾何點連成的三維空間格子。晶形晶形晶體外部形態。晶體外部形態。 礦物晶體內部礦物晶體內部 - - 格子構造格子構造 礦物晶體內部礦物

8、晶體內部 - - 格子構造格子構造 硅酸鹽礦物的晶體結構 島狀島狀 環狀環狀 單鏈狀單鏈狀 雙鏈狀雙鏈狀 片狀片狀 礦物晶體結構 礦物的dna 絕大部分礦物都是晶體絕大部分礦物都是晶體 德國物理家馮德國物理家馮勞埃勞埃(m.von laue, 1879-1960)(m.von laue, 1879-1960)用用x x光光觀測晶體，發現不管晶體的外形如何，內部的原子、觀測晶體，發現不管晶體的外形如何，內部的原子、離子、分子都是離子、分子都是有序的排列有序的排列這種質點的有序排列，就好像生物的這種質點的有序排列，就好像生物的基因物質基因物質 脫氧脫氧核糖核酸（核糖核酸（dnadna）一樣）一樣礦

9、物的各種特征不僅與它的化學成分相關更受到它晶體構造的控制石墨 與 金剛石礦物分類礦物分類l 自然元素礦物：自然元素礦物： 如金，金剛石、石墨、如金，金剛石、石墨、 銅、銀等銅、銀等l 鹵化物礦物：鹵化物礦物： 如如食鹽、鉀鹽、螢石食鹽、鉀鹽、螢石等等l 硫化物礦物：硫化物礦物： 如黃鐵礦、黃銅礦、方鉛礦、如黃鐵礦、黃銅礦、方鉛礦、 閃鋅礦、輝鉬礦、雄黃等閃鋅礦、輝鉬礦、雄黃等l氧化物和氫氧化物礦物：氧化物和氫氧化物礦物：如赤鐵礦、磁鐵礦如赤鐵礦、磁鐵礦 鉻鐵礦、錫石、鋁土礦、軟錳礦、鉻鐵礦、錫石、鋁土礦、軟錳礦、 硬錳礦、石英等硬錳礦、石英等石英石英（siosio2 2）l含氧酸鹽礦物：含氧酸

10、鹽礦物： 最重要的是下面三種：最重要的是下面三種： 硫酸鹽礦物：硫酸鹽礦物： 有有石膏石膏、芒硝芒硝、重晶石重晶石等等 碳酸鹽礦物：碳酸鹽礦物： 如如方解石方解石、孔雀石孔雀石、白云石白云石 硅酸鹽礦物硅酸鹽礦物： 約占已知礦物種數的約占已知礦物種數的1/41/4硅硅 酸酸 鹽鹽 礦礦 物物 l氧離子和硅離子結合的基礎上，再與金屬離子氧離子和硅離子結合的基礎上，再與金屬離子結合而成硅酸鹽礦物結合而成硅酸鹽礦物l種類繁多，約占已知礦物種數的種類繁多，約占已知礦物種數的1/41/4，占地殼，占地殼總重量的總重量的85%85%l其中最常見的就是各類其中最常見的就是各類長石、云母、輝石、角長石、云母、

11、輝石、角閃石、橄欖石閃石、橄欖石等幾種，它們廣泛分布在地殼與等幾種，它們廣泛分布在地殼與地幔內地幔內硅氧四面體硅氧四面體硅酸鹽礦物的晶體結構 島狀 環狀 單鏈狀 雙鏈狀 片狀硅酸鹽的架狀結構（長石結構）硅酸鹽的鏈狀結構（角閃石結構）層狀結構（白云母結構） 同質多象同質多象 與與 類質同象類質同象同質多象同質多象相同化學成分的物質在不同的地相同化學成分的物質在不同的地 質條件（質條件（p、t）下，可以形成不同的）下，可以形成不同的 晶體結構，從而成為不同的礦物。晶體結構，從而成為不同的礦物。如 石墨、金剛石、化學成分都是c，物理性質則完全不同；石英（io2）分柯石英、斯石英等石墨 與 金剛石類質

12、同象類質同象礦物晶體結構中的某種原子或離礦物晶體結構中的某種原子或離 子可以部分地被性質相似的它種原子或子可以部分地被性質相似的它種原子或 離子替代而不改變晶體結構。其物理性離子替代而不改變晶體結構。其物理性 質差異一質差異一 般不大。般不大。如 鐵、鎂橄欖石同質多象同質多象 與與 類質同象類質同象 礦物的礦物的非晶質體非晶質體： 黑曜巖、珍珠巖、蛋白石黑曜巖、珍珠巖、蛋白石l由于儀器觀測精度越來越高，過去許多由于儀器觀測精度越來越高，過去許多以為是非晶質的礦物，其實是晶體微小以為是非晶質的礦物，其實是晶體微小的的“ “ 隱晶質隱晶質”l原來被列為非晶質礦物的種數變得越來原來被列為非晶質礦物的

13、種數變得越來越少越少礦物肉眼鑒定主要是依據礦物的 晶體形態 光學性質 力學性質 其它一些物理性質礦物單體的形態礦物單體的形態（晶形）（晶形）礦物的形態 花瓣狀 礦物集合體形態 瓦狀 板狀 纖維狀 針狀 枝狀 柱狀 礦物集合體形態 礦物集合體形態 豆狀 球狀自色自色 礦物的顏色 礦物的顏色他色他色 假假 色色 礦物的顏色 礦物的條痕實際上就是礦物粉末的顏色,一般,從瓷板上劃出的線條顏色來確定。 有些礦物的顏色與條痕一致，如金的顏色和條痕都是金黃色; 而有些礦物的顏色同條痕不相同 ,如赤鐵礦不管外表是暗紅色還是鐵黑色，但它的條痕總是櫻紅色 ; 礦物光學特征條痕條痕 礦物光學特征條痕條痕 光澤，就是

14、光線照射到礦物表面上反射光的能力 由強強 到 弱弱 可以把光澤分為四級：(1)(1)金屬光澤：金屬光澤：反光很強，如同金、銀的反光， 例如自然銅、方鉛礦、磁鐵礦等。(2)(2)半金屬光澤：半金屬光澤：反光較強，較金屬光澤稍弱，類似沒 有磨光的金屬器皿的反光，如辰砂、黑鎢礦(3)(3)金剛光澤：金剛光澤：象金剛石狀光亮，如金剛石、錫石、 淺色閃鋅礦等。(4)(4)玻璃光澤：玻璃光澤：反光較弱，象玻璃一樣反光。自然界 多數礦物是玻璃光澤，如水晶、正長石等 礦物光學特征光澤光澤 礦物的光澤礦物的光澤金剛光澤金剛光澤半金屬光澤半金屬光澤玻璃光澤玻璃光澤金屬光澤金屬光澤 礦物光澤礦物光澤土狀光澤土狀光澤

15、油脂光澤油脂光澤絲娟光澤絲娟光澤珍珠光澤珍珠光澤 礦物透過光線的程度, 可分為三級。 透明：礦物象玻璃那樣能透過光線， 如水晶，冰洲石均是透明礦物； 半透明：只有邊緣薄處才能透過少量的光線 如閃鋅礦，辰砂等； 不透明：礦物一點光線也透不過去， 如黃鐵礦、磁鐵礦等。礦物的透明程度常與礦物的光澤有關，一般玻璃光澤礦物的透明程度常與礦物的光澤有關，一般玻璃光澤、油脂光澤、金剛光澤的礦物都是透明至半透明的礦、油脂光澤、金剛光澤的礦物都是透明至半透明的礦物；金屬光澤和半金屬光澤的礦物都是不透明礦物。物；金屬光澤和半金屬光澤的礦物都是不透明礦物。礦物的透明度礦物的透明度透明礦物透明礦物不透明礦物不透明礦物

16、半透明礦物半透明礦物礦物的透明度礦物的透明度 摩氏硬度計礦物的硬度德國德國friedrich mohs于于1812年提出年提出 野外缺少摩氏標準礦物時，可用其它簡便工具進行測試: 礦物的硬度用“刻劃能力”來衡量，取決于原子和離子結合在一起的化學鍵的強度。 礦物被敲打后，沿一定方向規則破裂的礦物被敲打后，沿一定方向規則破裂的性質，叫做性質，叫做解理解理。這種破裂面破裂面就稱為解理面解理面。解理面一般非常平滑而有光澤。不同礦物或同一礦物的不同方向上，解理發育的程度是不一樣的。礦物的解理只有一個方向一個方向，稱一組解理；礦物的解理有兩個方向兩個方向，稱二組解理；礦物甚至有三個或四個方向三個或四個方向的解理，稱多組解理。 解理礦物的解理一組解理礦物的解理二組解理礦物的解理三組解理礦物的解理多組解