文档介绍：第三章岩石圈
固体地球的最外层由固态岩石组成的圈层即为岩石圈。岩石圈是由上地幔上部软流圈之上的固体部分和地壳组成的。大陆上岩石圈厚,结构层次多,成分复杂。海洋上岩石圈薄,结构层次少,成分相对简单。岩石圈的结构和性质决定了地球表层的结构与轮廓,并与地球的外部圈层相互作用,构成了地球表层系统。
岩石圈表层是人类生活的场所。人类的食物主要依赖于岩石表层的土壤的生产力。没有岩石,也就没有土壤,人类的食物来源将会成问题。没有固体岩石圈的支撑,水圈的形态将会明显不同于现在,对生物、人类将会产生巨大的影响。岩石作为重要的建筑材料,是人类修筑房屋,建造公路、桥梁、水库、大坝等不可缺少的材料。
岩石圈的矿物是人类生活资料的重要来源。几乎所有生活用品,都离不开矿物的利用。人类的进化以及人类改造世界的程度,是与人类利用矿物资源的程度密切相关的。随着人类对金属矿床的利用和冶炼技术的发展,人类也从石器时代、陶器时代,演进到铜器时代,煤、铁时代,石油、有色金属时代,核能与电子(硅)产品时代。
矿物是人类生产资料的重要来源。尽管太阳能、核能、水能、地热能、潮汐能、波浪能的开发利用越来越广泛,但到目前为止天然矿质燃料仍然是世界主要的能源。这些矿质燃料来自岩石圈。地热能也是来自岩石圈或通过岩石圈到达地表的。核能的原料,相当一部分也来自岩石圈。
岩石圈在为人类提供立地条件和丰富的矿物资源的同时,还因岩石圈的运动而产生各种地质灾害,威胁着人类的生存和生活。主要的地质灾害有地震、火山、崩塌、滑坡等。它们毁坏建筑,堵塞交通,危及生物与人类生命安全,应加以警惕和防范。
第一节 岩石圈的物质组成
地壳是指固体地球表面的刚性外壳,属于岩石圈的上部。分析地壳的组成物质一般从化学成分、矿物和岩石三方面来说明。元素是组成地壳的物质基础,大多数情况下各种元素化合物形成各种矿物,各种不同矿物又组成各种岩石。
一、化学成分与矿物
(一)化学成分
在地球和其他星体上天然存在92种元素。其他的一些元素是在实验室里人工合成的。在地壳中,O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg等8种主要元素占98%以上,其他元素共占1%~2%。化学元素在地壳中平均含量称克拉克值。地壳中化学元素的平均含量相差极为悬殊。氧几乎占有一半,硅约占
1/4,铝约占1/13(-1)。元素的地球化学分类方案较多,从地壳化学组成的角度出发,结合元素的地球化学行为将地壳中元素的丰度分为主量元素、微量元素、硫(硒、碲)和卤族元素、金属成矿元素、亲生物元素和亲气元素、放射性元素。
-1 地壳中主要元素的克拉克值
元素
O
Si
Al
Fe
Ca
Na
K
Mg
Ti
H
P
C
Mn
S
Ba
重量
%
1
2
3
注:;;
主量元素有时也称为常量元素,是指那些在岩石中(≠地壳中)含量大于l%(%)的元素,在地壳中大于l%的8种元素都是主量元素,除氧以外的7种元素在地壳中都以阳离子形式存在,它们与氧结合形成的氧化物(或氧的化合物),是构成三大类岩石的主体,因此又常被称为造岩元素。
地壳中重量百分比最大的10个元素的顺序是:O>Si>Al>Fe>Ca>Na>K>Mg>Ti>H,若按元素的原子克拉克值(原子个数),则原子个数最多的元素是:O>Si>H> Al > Na >Mg>Ca>Fe>K>Ti。Ti、H在地壳中的重量百分比虽不足l%,但在各大类岩石中频繁出现,也常被称为造岩元素。
上述地壳中含量最高的十种元素,在各类岩石化学组成中都占重要地位。虽然不同类型岩石的矿物成分有差异,但主要矿物都是氧化物和含氧盐,尤其是各种类型的硅酸盐,因此可将整个地壳看成一个硅酸盐矿物集合体。
(二)矿物
地壳中的各种化学元素,在各种地质作用下不断进行化合,形成各种矿物。矿物是在各种地质作用下形成的具有相对固定化学成分和物理性质的均质物体,是组成岩石的基本单位。
地壳是由大约3 000种矿物组成的,矿物在形成岩石和塑造地表形态中扮演了重要角色。一些矿物在构建人类文明的过程中一直发挥着重要作用。例如,在史前时期,人类用铁矿石来制造