第三章第三章第三章第三章地球的物质组成地球的物质组成地球的物质组成地球的物质组成本章主要内容：本章主要内容：地球中的元素地球中的元素自然界中的矿物自然界中的矿物据据 Press et al., 2003整个地球整个地球地壳地壳一、地球中的元素一、地球中的元素 组成组成地球地球的物质（按质量计）主要为的物质（按质量计）主要为铁、氧、硅、镁铁、氧、硅、镁 等等92种元素种元素 地壳地壳的元素组成以的元素组成以氧、硅、铝、铁、镁氧、硅、铝、铁、镁为主（占为主（占92） 生物圈生物圈以以氧、碳、氢氧、碳、氢为主为主 水圈水圈主要由主要由氧、氢氧、氢组成组成二、自然界中的矿物二、自然界中的矿物 矿物：矿物：天然产出天然产出的、的、无机无机的、的、具有确定化学成分具有确定化学成分的的结晶物质结晶物质。一种天然产出的物质要被称为一种天然产出的物质要被称为一种天然产出的物质要被称为一种天然产出的物质要被称为“ “矿物矿物矿物矿物” ”，它必须：，它必须：，它必须：，它必须： 是固体是固体是固体是固体 （石油和天然气不是矿物）（石油和天然气不是矿物）（石油和天然气不是矿物）（石油和天然气不是矿物） 具有有序的内部结构具有有序的内部结构具有有序的内部结构具有有序的内部结构 是无机物（煤不是矿物）是无机物（煤不是矿物）是无机物（煤不是矿物）是无机物（煤不是矿物）F 为什么要关心矿物为什么要关心矿物? ? 铝铝: 饮料罐饮料罐 石英石英 : 窗玻璃窗玻璃 铜铜: 电线电线 滑石滑石: 爽身粉爽身粉 金、银金、银: 首饰首饰 硅硅: 计算机芯片计算机芯片我们所使用的产品几乎我们所使用的产品几乎 都源于都源于矿物矿物二、自然界中的矿物二、自然界中的矿物1、矿物的晶体结构、矿物的晶体结构 组成矿物的原子组成矿物的原子/ /离子的离子的空间排列型式空间排列型式 矿物的各种特征，不仅与其化学成分有关，更受其晶体结构的控制矿物的各种特征，不仅与其化学成分有关，更受其晶体结构的控制氯氯离离子子钠钠离离子子石盐（石盐（NaCl)的晶体结构的晶体结构石盐晶体石盐晶体二、自然界中的矿物二、自然界中的矿物碳原子碳原子强键强键金刚石（金刚石（C）的晶体结构的晶体结构金刚石金刚石二、自然界中的矿物二、自然界中的矿物石墨（石墨（C）的晶体结构的晶体结构石墨石墨碳原子碳原子强键强键弱键弱键二、自然界中的矿物二、自然界中的矿物 同一矿物、同一晶体结构可以有不同的晶体外部相态同一矿物、同一晶体结构可以有不同的晶体外部相态石英石英(SiO2)晶体晶体二、自然界中的矿物二、自然界中的矿物 同一矿物、同一晶体结构可以有不同的晶体外部相态同一矿物、同一晶体结构可以有不同的晶体外部相态黄铁矿黄铁矿(FeS2)晶体晶体（立方体）（立方体）（五角十二面体）（五角十二面体）岩浆冷却形成晶体岩浆冷却形成晶体在固态条件下重结晶在固态条件下重结晶从溶液中沉淀从溶液中沉淀2、矿物是如何形成的？、矿物是如何形成的？二、自然界中的矿物二、自然界中的矿物结晶作用结晶作用Hematite and Magnetite occurtogether with red chert岩浆冷却形成晶体岩浆冷却形成晶体在固态条件下重结晶在固态条件下重结晶从溶液中沉淀从溶液中沉淀2、矿物是如何形成的？、矿物是如何形成的？二、自然界中的矿物二、自然界中的矿物结晶作用结晶作用Hematite and Magnetite occurtogether with red chert岩浆冷却形成晶体岩浆冷却形成晶体在固态条件下重结晶在固态条件下重结晶从溶液中沉淀从溶液中沉淀2、矿物是如何形成的？、矿物是如何形成的？二、自然界中的矿物二、自然界中的矿物结晶作用结晶作用Hematite and Magnetite occurtogether with red chert3、矿物的物理性质、矿物的物理性质二、自然界中的矿物二、自然界中的矿物 肉眼鉴定矿物的主要依据肉眼鉴定矿物的主要依据F 晶体形态晶体形态 （Crystal shapeCrystal shape）F 颜色颜色 （ColorColor）F 条痕条痕 （StreakStreak）F 光泽光泽 （LusterLuster）F 硬度硬度 （HardnessHardness）F 解理解理 （CleavageCleavage）二、自然界中的矿物二、自然界中的矿物3、矿物的物理性质、矿物的物理性质F 晶体形态晶体形态 矿物一般都有自己固有的形态，矿物一般都有自己固有的形态， 但在自然界产出时多不完整但在自然界产出时多不完整 少数矿物易以其特征的形态产出少数矿物易以其特征的形态产出石英石英石榴石石榴石黄铁矿黄铁矿金刚石金刚石3、矿物的物理性质、矿物的物理性质二、自然界中的矿物二、自然界中的矿物F 颜色颜色 除少数无色透明者外，矿物一般除少数无色透明者外，矿物一般 都有自己的颜色都有自己的颜色 含有杂质时本来的颜色会被改变含有杂质时本来的颜色会被改变 少数矿物易以其特征的颜色产出少数矿物易以其特征的颜色产出橄榄石橄榄石方铅矿方铅矿正长石正长石3、矿物的物理性质、矿物的物理性质二、自然界中的矿物二、自然界中的矿物F 条痕条痕 矿物在白色无釉磁板上划痕的颜色（矿物粉末的颜色）矿物在白色无釉磁板上划痕的颜色（矿物粉末的颜色） 可消除杂质等因素的干扰：比颜色更为可靠的鉴定标志可消除杂质等因素的干扰：比颜色更为可靠的鉴定标志赤铁矿赤铁矿3、矿物的物理性质、矿物的物理性质二、自然界中的矿物二、自然界中的矿物F 光泽光泽 矿物表面对光线的反射质量与强度矿物表面对光线的反射质量与强度 例如：例如： 玻璃光泽玻璃光泽 金属光泽金属光泽 丝绢光泽丝绢光泽石石 英英石石 绵绵黄铁矿黄铁矿黄铁矿黄铁矿3、矿物的物理性质、矿物的物理性质二、自然界中的矿物二、自然界中的矿物F 硬度硬度 矿物抵抗外力刻划、压入、研磨的程度矿物抵抗外力刻划、压入、研磨的程度 相当可靠的鉴定标志相当可靠的鉴定标志 用用摩氏硬度计摩氏硬度计（用作硬度标准的（用作硬度标准的10种矿物）测定种矿物）测定摩氏硬度计摩氏硬度计1. 1. 滑石滑石6. 6. 长石长石2. 2. 石膏石膏7. 7. 石英石英指甲指甲8. 8. 黄玉黄玉3. 3. 方解石方解石铜币铜币9. 9. 刚玉刚玉10.10.金刚石金刚石4. 4. 萤石萤石5. 5. 磷灰石磷灰石刀刃刀刃/ /玻璃玻璃 滑石硬度最小滑石硬度最小 (硬度为硬度为1)、 金刚石硬度最大（硬度为金刚石硬度最大（硬度为10）应用举例：应用举例： 将欲测定的矿物与萤石相将欲测定的矿物与萤石相刻划，若彼此无损伤，则硬刻划，若彼此无损伤，则硬度相等，即所测矿物的硬度度相等，即所测矿物的硬度为为4 4；若此矿物能刻划萤石，；若此矿物能刻划萤石，但不能刻划磷灰石，相反却但不能刻划磷灰石，相反却为磷灰石所刻划，则其硬度为磷灰石所刻划，则其硬度应在应在4 45 5之间，因此可定为之间，因此可定为4.54.5。经切割的钻石经切割的钻石（金刚石，硬度金刚石，硬度1010）经切割的黄玉经切割的黄玉（硬度硬度8 8）红宝石（刚玉，硬度红宝石（刚玉，硬度9 9）3、矿物的物理性质、矿物的物理性质二、自然界中的矿物二、自然界中的矿物F 解理解理 矿物趋于沿一定方向产生破裂面的性质矿物趋于沿一定方向产生破裂面的性质 受晶体结构中的薄弱面控制受晶体结构中的薄弱面控制云母片状云母片状方解石偏菱面体方解石偏菱面体二、自然界中的矿物二、自然界中的矿物4、矿物的类型、矿物的类型按化学成分和主要阴离子按化学成分和主要阴离子/阴离子组合分为阴离子组合分为5大类大类F 自然元素矿物自然元素矿物F 卤化物矿物卤化物矿物F 硫化物矿物硫化物矿物F 氧化物和氢氧化物矿物氧化物和氢氧化物矿物F 含氧酸盐矿物含氧酸盐矿物根据化学式可以直接知道该矿物属于哪一类根据化学式可以直接知道该矿物属于哪一类具相同阴离子的矿物趋于具有相似的性质具相同阴离子的矿物趋于具有相似的性质具相同阴离子的矿物趋于共生于相同的地质环境具相同阴离子的矿物趋于共生于相同的地质环境二、自然界中的矿物二、自然界中的矿物F 自然元素矿物自然元素矿物金（金（Au）、）、金刚石（金刚石（C）、）、硫（硫（S）、）、石墨（石墨（C）金刚石（金刚石（C）硫硫（S）金金（Au）二、自然界中的矿物二、自然界中的矿物F 卤化物矿物卤化物矿物萤石（萤石（CaF2）、）、石盐（石盐（NaCl）、）、钾盐（钾盐（KCl）萤石（萤石（CaF2）石盐（石盐（NaCl）二、自然界中的矿物二、自然界中的矿物F 硫化物矿物硫化物矿物黄铁矿（黄铁矿（FeS2）、）、黄铜矿（黄铜矿（CuFeS2）、）、方铅矿（方铅矿（PbS2）黄铁矿（黄铁矿（FeS2）方铅矿（方铅矿（PbS2）二、自然界中的矿物二、自然界中的矿物F 氧化物和氢氧化物矿物氧化物和氢氧化物矿物赤铁矿（赤铁矿（Fe2O3）、）、磁铁矿（磁铁矿（Fe3O4）、）、软锰矿（软锰矿（MnO2）、）、铝土矿铝土矿（Al2O3nH2O）褐铁矿（褐铁矿（ Fe2O3 nH2O）F 含氧酸盐矿物含氧酸盐矿物 硫酸盐矿物：石膏、芒硝、重晶石硫酸盐矿物：石膏、芒硝、重晶石 碳酸盐矿物碳酸盐矿物: 方解石（方解石（CaCO3）、）、白云石白云石 CaMg(CO3)2、菱锰矿菱锰矿(MnCO3) 硅酸盐矿物硅酸盐矿物 ：种类繁多：种类繁多方解石方解石方解石方解石白云石白云石白云石白云石菱锰矿菱锰矿菱锰矿菱锰矿二、自然界中的矿物二、自然界中的矿物5、重要的矿物、重要的矿物 在目前已知的在目前已知的5000 余种矿物中，只有几十种是常见余种矿物中，只有几十种是常见的。其中最常见的的。其中最常见的 5 类构成了地壳的类构成了地壳的90以上，这些以上，这些矿物都是矿物都是硅酸盐矿物硅酸盐矿物。长石类长石类 斜长石斜长石Ca 和和 Na 的铝硅酸盐的铝硅酸盐架状架状 钾长石钾长石(正长石、微斜长石正长石、微斜长石)K 的铝硅酸盐的铝硅酸盐架状架状辉石类辉石类Fe，Mg硅酸盐硅酸盐单链状单链状 （普通辉石最常见）（普通辉石最常见）（有些含（有些含Al，Na，Ca）闪石类闪石类复杂的复杂的Fe，Mg铝硅酸盐铝硅酸盐双链状双链状 （角闪石最常见）（角闪石最常见）石英石英SiO2架状架状云母类云母类 白云母白云母K的铝硅酸盐氢氧化物的铝硅酸盐氢氧化物层状层状 黑云母黑云母K Fe Mg的铝硅酸盐氢氧化物的铝硅酸盐氢氧化物层状层状二、自然界中的矿物二、自然界中的矿物5、重要的矿物、重要的矿物 硅酸盐矿物晶体结构的基本单元是硅酸盐矿物晶体结构的基本单元是硅氧四面体硅氧四面体：Si4+O2-O2-O2-O2-SiO44-1个硅原子和个硅原子和4个个氧原子结合构成氧原子结合构成硅氧四面体，带硅氧四面体，带4个负电荷：个负电荷： 硅氧四面体可与金属阳离子结合，或彼此连接形成硅氧四面体可与金属阳离子结合，或彼此连接形成多种晶体结构再与金属阳离子结合，或自行结合（形多种晶体结构再与金属阳离子结合，或自行结合（形成石英）。成石英）。链状链状硅酸盐矿物硅酸盐矿物的晶体结构的晶体结构环状环状架状架状层状层状正长石正长石微斜长石微斜长石微斜长石微斜长石斜长石斜长石石英石英普通辉石普通辉石闪石闪石黑云母黑云母白云母白云母l 一些岩石完全由一种矿物构成一些岩石完全由一种矿物构成石灰岩石灰岩 ( (方解石方解石) )l 大多数岩石是由一种以上矿物构成大多数岩石是由一种以上矿物构成花岗岩花岗岩l 一些岩石含有非矿物组分一些岩石含有非矿物组分煤煤( (含有机碎屑含有机碎屑) )黑耀岩黑耀岩 ( (火山玻璃岩火山玻璃岩 - - 非晶质非晶质) )二、自然界中的矿物二、自然界中的矿物6、矿物构成岩石的基本单元、矿物构成岩石的基本单元黑耀岩黑耀岩煤煤石灰岩石灰岩正长石正长石斜长石斜长石黑云母黑云母石英石英4 4 4 4种硅酸盐矿物组合构成花岗岩种硅酸盐矿物组合构成花岗岩种硅酸盐矿物组合构成花岗岩种硅酸盐矿物组合构成花岗岩 岩石（花岗岩）岩石（花岗岩）