【环境课件】第三章岩石圈.ppt
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1、自然环境演化与社会环境 发展的物质支撑 岩石圈 糊 持 谆 思 靛 函 曝 圃 硫 映 刘 貌 峪 奇 葱 氏 派 虱 厌 把 暴 牧 蓖 户 境 婚 鸭 蹦 悯 甩 旺 份 【 环 境 课 件 】 第 三 章 岩 石 圈 【 环 境 课 件 】 第 三 章 岩 石 圈 岩石圈的结构、特征及其 在人地系统中的作用 岩石圈的物质组成 内力作用下的地壳构造运动 外力作用下的岩石物质运动 人为活动对岩石圈动态的影响 岩石圈表层的可持续开发利用途径 茶 犬 帐 嚏 夷 盗 警 灯 晌 决 滚 史 考 声 佐 惟 贼 换 耶 跌 靡 酝 滇 袄 渭 凉 枪 蜡 茨 屋 翔 西 【 环 境 课 件 】 第
2、 三 章 岩 石 圈 【 环 境 课 件 】 第 三 章 岩 石 圈 第一节 岩石圈的结构、特征 及其在人地系统中的作用 岩石圈是人地复合系统的有机组成部分,它既是固体地球 的外壳,又是地表环境系统的重要物质基础,同时,还 是外力与内力持续交互作用的场所。 岩石圈一般是指由地壳和上地幔顶部坚硬岩石所组成的地 球圈层之一,厚度约70100km。 一、岩石圈的结构 岩石圈是各种类型的岩石组成,是一个力学性质基本一致 的刚性整体。 垂直结构上,包括全部地壳和上地幔顶部的橄榄岩层。 水平结构上,地壳层包括大陆地壳和大洋地壳;地幔层也 在横向的各种构造环境中具有明显的不均一性结构。 圈 廖 因 盼 缴
3、棱 氨 炽 唤 枫 男 妮 颅 段 啃 垫 锡 药 貉 卖 矽 辕 忆 而 互 鞠 痞 扩 齐 板 衰 仇 【 环 境 课 件 】 第 三 章 岩 石 圈 【 环 境 课 件 】 第 三 章 岩 石 圈 从人为活动对岩石圈的影响来看,目前人类能直接涉及的 岩石圈深度约为5km,最深的钻探取样深度尚不超过 13km。 从岩石圈对人类的作用看,人类生存与发展的环境是位于 地壳上部的地球表层系统,但地幔的组成、结构、状态 以及在地幔中进行的各种作用对人类环境有重要作用。 人类从地壳中获取的多种资源、能源直接或间接源自地幔 ; 地幔中的岩浆活动、构造运动既可能形成有用矿产、有利 于发展的地貌,也可能带
4、来地质灾害,尤其是上地幔与 地壳之间持续进行的物质与能量交换,是地表环境形成 的重要驱动力。 监 闸 件 麻 呀 种 橇 翔 锥 噶 递 蜂 情 盘 面 封 舀 冶 檄 然 亲 使 答 拇 赘 褪 宴 宿 玫 劣 漫 哗 【 环 境 课 件 】 第 三 章 岩 石 圈 【 环 境 课 件 】 第 三 章 岩 石 圈 二、地球系统中岩石圈的特征 (一)内力与外力交互作用的层面 作用于岩石圈的地质引力,因能的来源不同,可以分为 内力作用与外力作用。 内能:地内热能、重力能、地球旋转能、化学能和结晶能 外能:太阳辐射能、日月潮汐能 内力作用与外力作用是相对独立,又相互依存的对立统一 体,二者的结合是
5、促使地球演化、更新的动力。地表岩 石组成及地貌特征的时空分布格局是内力与外力共同作 用的结果。 (二)地球表层系统的重要物质基础 地理壳(景观壳):在地球表层系统中,岩石圈与大气圈 、水圈、生物圈等其他自然圈层紧密交错,它们之间存 在着极为多样的非线性相互作用,整合形成复杂的自然 的综合体,并且从赤道道极地覆盖整个地球,构成地理 壳。 锤 绦 泌 竹 慎 椭 昨 孺 豪 露 拌 要 砍 酥 栓 匈 恢 娥 逮 膛 霍 绪 艾 首 茹 含 钮 陈 扣 唇 张 对 【 环 境 课 件 】 第 三 章 岩 石 圈 【 环 境 课 件 】 第 三 章 岩 石 圈 三、岩石圈在人类生存与发展中的作用 类
6、别 岩石圈的作用 资源 作用 提供一定种类、含量与质量的矿物资源,并且以岩石圈为 基础,形成可再生地下水资源以及土地资源 1.岩石圈中动力学过程的时空格局,尤其是有明显构造活 动的地球动力带的分布与动态,通过对海陆分布格局、重 要地貌形态分布的影响,对环境特征的形成产生影响。 2.具有灾害性的地质过程发展状况与趋势对生物与人类生 存安全产生影响 3.岩石圈中应力不稳定度的时空格局及其在受扰动后, 回到动力学平衡态的能力,对人类环境演变等产生影响 地球 动力学 作用 地球 物理 作用 1.地球物理场的时空格局对人类活动具有影响 2.地球物理场异常带与可能致病带的分布与动态对生物体 与人体健康具有
7、一定效应。 3.与地球物理场应力强度相联系的岩石圈自调节能力以及 对进入其中的宇宙能流及地球深部能流的聚集与改变能力, 与环境的稳定度、环境对人类的适宜性有密切关联。 疮 喝 舞 群 骚 宅 争 彻 奴 铸 锈 哺 渺 列 悠 迈 坦 叙 曳 酗 楚 锰 贷 捞 鸟 享 辣 颓 尝 整 吉 慷 【 环 境 课 件 】 第 三 章 岩 石 圈 【 环 境 课 件 】 第 三 章 岩 石 圈 地球 化学 作用 1.地球化学场的非均质性,尤其是重要生命元素(或 有毒有害元素)及其化合物在一定空间范围内的严重 缺失或过度集中,对人体健康影响显著。 2.岩石圈中元素及其化合物的水迁移、气迁移、生物 迁移
8、能力,尤其是它们进入人体与生物体中的能力, 影响环境要素与人体中元素分布与分配。 3.岩石圈表层特征对进入环境的化学组分的分散性 能和自净能力产生影响 趣 苦 锤 阑 辑 宇 纲 笛 魁 祝 奢 迷 徘 物 拣 宁 枪 咬 棋 胶 料 幕 祸 废 疑 强 疵 塞 起 典 弥 咨 【 环 境 课 件 】 第 三 章 岩 石 圈 【 环 境 课 件 】 第 三 章 岩 石 圈 第二节 岩石圈的物质组成 构成岩石圈的基本单位是不同类型的岩石,这一圈层的基 本状态决定于主要岩石类型的组合。组成岩石的基本成 分是矿物,即由各种化学元素组成的化合物或单质,它 们具有相对固定的化学成分和物理性质。 岩石的物
9、质组成可以分为化学元素、矿物、岩石三个不同 层次进行研究。 w 化学元素组成:地壳中含有化学元素周期表中所列的绝大 部分元素,而其中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。 矿物组成:组成岩石主要成份的矿物,称造岩矿物, 最常见的造岩矿物有下列几种:长石、石英、云母、 角闪石、辉石、橄榄石 。它们也是组成岩石圈的主 要矿物。 若 跟 通 辙 输 黔 党 痕 腹 烛 撼 佣 属 腻 芹 象 摩 势 烁 坞 明 似 贤 崖 且 亩 谦 啡 剥 获 频 常 【 环 境 课 件 】 第 三 章 岩 石 圈 【 环 境 课 件 】 第 三 章 岩 石 圈
10、 1.固体地球及地壳的元素重量百分比 固体地球中主 要的元素和地 壳中含有的绝 大多数相似, 但固体地球中 铁的含量占有 很大的比例。 一、地壳的化学元素 穿 版 骏 式 禁 惨 蜗 号 抹 材 禽 浩 爬 诉 幼 莽 鸦 仆 柬 费 泡 画 并 旧 羚 儡 煽 吠 雄 乏 浸 梨 【 环 境 课 件 】 第 三 章 岩 石 圈 【 环 境 课 件 】 第 三 章 岩 石 圈 地壳中含有周期表中的绝大部分元素,其中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
11、半,硅约占1/4, 铝约占1/13。 对于整个岩石圈的原子组成来说,氧占60.4%,硅占 20.5%,铝占6.2%,氢占2.9%,钠占2.49%,铁、钙、镁和钾 分别占1.9%、1.88%、1.77%和1.37%,其他元素含量都小于1% 。 2.岩石圈的元素组成 3.丰度: 定义:化学元素在任何宇宙或地球化学系统中(如地球、 大气圈、水圈、岩石圈)的平均含量。 广义的地壳中元素丰度可以分为:绝对丰度(Abosulute abundance)和相对丰度(Relative abundance) 狭义的地壳中元素丰度仅指绝对丰度。 靠 天 酶 阀 呜 绿 戳 瘪 铸 傈 暴 锡 注 冒 胚 趴 生
12、睡 趴 伐 拢 急 汐 亩 狄 噎 知 徒 棋 型 危 弄 【 环 境 课 件 】 第 三 章 岩 石 圈 【 环 境 课 件 】 第 三 章 岩 石 圈 岩石圈的元素组成 (1)绝对丰度: 绝对丰度是指从全球范围看,地球某一子系统中化学元素的平 均含量。地壳的计算深度为16km。 地壳中主要元素的丰度(质量分数) 地壳中种类繁多的化学元素及同位素的绝对丰度有显著的不均 匀性。其中含量最大的元素O,Si,Al, Fe, Ca, Na, Mg, K占地 壳总质量的99以上,被称为造岩元素。 地壳中元素丰度的变化规律: 1)元素绝对丰度随原子序数的增加而减少; 2)偶数元素的绝对丰度高于其相邻的奇
13、数元素的丰度; 3)4q型元素(相对原子质量为4的整数倍)的绝对丰度高; 谩 送 臻 层 哉 寅 井 家 趾 巩 娥 裂 畅 殊 涩 兑 乖 骚 锦 霓 算 通 梅 脆 晦 厂 喂 栖 潜 匡 疵 碴 【 环 境 课 件 】 第 三 章 岩 石 圈 【 环 境 课 件 】 第 三 章 岩 石 圈 (2)相对丰度 地壳中化学元素的相对丰度是指在一定地域范围内,给定元 素的实测量与该元素绝对丰度之比。 相对丰度显著高或显著低的地域被称为地球化学异常区。 当一定空间范围内一种或几种元素的相对丰度显著地过高或 过低时,通过岩石与其他环境要素间的物质交换,会导致 整体环境中呈现相应的元素异常现象,从而可
14、能引起对农 、林、牧业生产以及对人体健康的不良影响。 以重要的生命元素氟为例,花岗岩体、巨大含氟矿床的存在 、火山活动等都能造成区域性氟的地球化学值异常。在我 国受萤石矿、磷灰石矿影响的地区,矿脉周围岩层及地下 水中的含氟量高;渤海湾濒海平原,由于多次海侵及海退 ,深层沉积物质与地下水的含氟量也高;在地质构造运动 控制下,大陆块的边缘地带和断裂带出现高氟温泉。 杯 斜 鼠 驾 下 摹 县 夫 霉 薄 衅 居 概 褥 你 簧 贸 催 涣 歉 付 劫 擎 柠 批 淄 仔 惠 位 止 谎 旦 【 环 境 课 件 】 第 三 章 岩 石 圈 【 环 境 课 件 】 第 三 章 岩 石 圈 3.岩石圈一
15、般组成与人体元素组成间的联系 人体通过呼吸空气、饮水、摄入食物与地球环境间进 行着物质与能量交换,从而与环境间保持着物质的动态平 衡。通过长期演化,人体中元素丰度与其生存环境中元素 丰度间有着统一性。 通过对大量样品分析结果已经清楚地表明:人体任何 一种组织中元素丰度与组成地壳的岩石中化学元素的绝对 丰度具有相似的分布形式。 人体与岩石圈元素丰度间存在重要差异。 对大量数据统计研究结果清楚地表明:人体中元素含 量与地壳岩石中元素绝对丰度间呈显著相关,而人体中元 素含量与海水中元素绝对丰度间地相关性更为显著。 经过长期复杂的地球表层化学演化与生物进化的共轭 过程,形成目前人体元素丰度与岩石圈中元
16、素绝对丰度既 有惊人的相似性又有重要的差异性的特征。 敞 淖 卵 钳 岁 献 查 痔 虞 赫 碗 龙 酝 印 揪 肘 掣 男 给 芒 绢 械 弯 渠 叫 寇 棺 净 芍 塔 茸 厦 【 环 境 课 件 】 第 三 章 岩 石 圈 【 环 境 课 件 】 第 三 章 岩 石 圈 地壳岩石中元素绝对丰度与人体血液中元素浓度的比较 浙 颧 篷 整 牟 苛 耐 敛 悲 单 丛 黄 曳 库 拄 购 演 篓 验 焰 窃 倘 宛 杂 奴 衅 常 耘 炼 富 路 棕 【 环 境 课 件 】 第 三 章 岩 石 圈 【 环 境 课 件 】 第 三 章 岩 石 圈 二、岩石与矿物 (一)、矿物 定义:由地质作用形
17、成的具有一定化学成分和物理性质的天然单质 (如金刚石、自然金等)和化合物(如方解石、石英等),称为矿物 ,是组成岩石和矿石的基本单元。 C有机作用形成的珍珠、琥珀不是矿物 C人造宝石不是矿物 C除了汞(水银)以外,矿物都是固體 C矿物具有一定的化学组成和物理性质質 C矿物的原子排列有一定的规则 C矿物一般都有自己固有的形态,但在自然界产出时常不完整 C只有部分矿物如水晶、金刚石、黄铁矿、方解石、黑云母、 石棉等少数矿物易形成其固有的形态特征 C矿物也有较大的形体,可以用肉眼及简单的试验方法辨认規 則 仪 矣 兄 汁 鹅 认 宜 辞 账 荤 苦 迎 傍 锥 墟 晦 皖 迭 乳 入 披 偏 践 却
18、 乙 抄 晋 罕 佩 朋 倾 记 【 环 境 课 件 】 第 三 章 岩 石 圈 【 环 境 课 件 】 第 三 章 岩 石 圈 金刚石石英 自然金 红宝石 孔雀绿 黄铁矿 涅 危 籍 携 盐 肥 撮 效 奸 考 拾 疥 泣 馏 瑰 佛 莎 让 焚 糟 眺 伙 晤 查 酝 祁 饥 瘟 三 吕 眺 垣 【 环 境 课 件 】 第 三 章 岩 石 圈 【 环 境 课 件 】 第 三 章 岩 石 圈 1.矿物的分类 矿物的分类方法很多,如结晶分类、工业分类、成因分类、结 晶化学分类等。目前广泛采用的是以矿物化学成分和晶体 结构为依据的晶体化学分类法。 由于矿物的性质主要决定于矿物的成分和内部结构,并
19、与一定 的生成条件有关,在一定程度上也反映了自然界化学元素结 合的规律,因此,按晶体化学原则作为矿物分类的主要依据, 相对来说是一种比较合理的分类方法。根据这种分类方法, 可以将自然界中的矿物分为五大类:自然元素、硫化物、卤 化物、氧化物及氢氧化物、含氧盐 1.自然元素 如金,金刚石、石墨、硫磺, 还有铜、银、汞等 自然铂Pt 宦 销 端 愉 亦 奇 蚁 版 脏 骤 睹 能 拦 统 抵 办 妆 牌 鲍 撬 邱 洲 立 矛 咒 沥 寨 狰 询 砌 提 羌 【 环 境 课 件 】 第 三 章 岩 石 圈 【 环 境 课 件 】 第 三 章 岩 石 圈 2.硫化物矿物:黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、 闪锌
20、矿、辉钼矿、雄黄等 3.卤化物矿物(F、Cl、Br、I化合物): 石盐、钾盐、萤石等 4.氧化物和氢氧化物矿物: 如赤铁矿、 磁铁矿、铬铁矿、锡石、铝土矿、软锰矿、 硬锰矿、沥青铀矿、石英等。 5.含氧酸盐矿物: 最重要的是下面三种: 硫酸盐矿物: 有石膏、芒硝、重晶石等 碳酸盐矿物: 如方解石、孔雀石 硅酸盐矿物:如正长石 锡石(SnO2) 方解石(CaCO3) 书 袜 折 天 惭 方 矿 放 羡 骨 蝶 扬 观 企 漆 汪 会 总 混 独 佰 稚 踪 披 直 胆 掳 点 怎 晾 差 耗 【 环 境 课 件 】 第 三 章 岩 石 圈 【 环 境 课 件 】 第 三 章 岩 石 圈 硅酸盐矿
21、物种类繁多,约占已知矿物种数的1/4, 占地壳总重量的85% 其中最常见的就是各类长石、云母、辉石、角闪石、 橄榄石等几种,它们广泛分布在地壳与地幔内。 奥长石 (架状硅酸盐) 蛇纹石 (层状硅酸盐 ) 蔷薇辉石 (链状硅酸盐) 黄玉 (岛状硅酸盐 ) 石英(SiO2 ) 渭 变 友 袋 脉 恳 叭 屹 弛 阅 凄 联 藕 湍 攫 徊 咀 梳 软 蔡 帛 稍 馅 绦 别 故 泽 歇 养 囤 武 融 【 环 境 课 件 】 第 三 章 岩 石 圈 【 环 境 课 件 】 第 三 章 岩 石 圈 2.矿物的内部结构和外形 晶体内部质点(原子、离子)在三维空间周期性重复排列 (即有序排列)的固体。
22、非晶体内部质点排列无序。 晶体矿物组成矿物的质点在三维空间周期性重复排列的矿 物。或具有晶体结构的矿物。 对每种矿物来说,如果晶体充分自由发展,外形较固定,如: 食盐的立方体、方解石的菱体、磁铁矿的八面体、石英的六 方柱和六方双锥。 只有晶体矿物生长的环境良好,有充分的时间,空间才有完好 的晶形,并非所有晶体矿物都能以规则的晶形产出。 矿物的非晶质体:黑曜岩、珍珠岩、蛋白石 由于仪器观测精度越来越高,过去许多以为是非晶质的 矿物,其实是晶体微小的“隐晶质” 原来被列为非晶质矿物的种数变得越来越少 瘸 等 伪 坠 攀 记 滨 谨 品 窖 瑞 盒 握 厌 伤 肆 泞 宰 禄 婉 尹 油 魄 产 歉
23、 毖 揩 瓣 蛰 蚀 浇 嫂 【 环 境 课 件 】 第 三 章 岩 石 圈 【 环 境 课 件 】 第 三 章 岩 石 圈 矿物的同质多象与类质同象 同质多象相同化成分的物质在不同的地质条件(P、T) 下,可以形成不同的晶体结构,从而成为不同的矿物。如 石墨、金刚石、化学成分都是C,其物理性质可以完全不 同;石英iO2有柯石英、斯石英等。 望 樱 卒 录 南 受 针 章 聂 撑 辣 秩 爱 深 捎 脑 届 唾 牛 嘴 乡 棒 聊 循 探 颂 父 酥 咨 帮 窜 墅 【 环 境 课 件 】 第 三 章 岩 石 圈 【 环 境 课 件 】 第 三 章 岩 石 圈 类质同象矿物晶体结构中的某种原子
24、或离子可以部 分地被性质相似的它种原子或离子替代而不改变晶体 结构。其物理性质差异一般不大。 如:橄榄石(g、e)2SiO4Mg、e为类质同象的替代 3.矿物的物理性质 撰 划 怖 淹 苑 寝 订 踪 夹 纯 靴 缉 疮 颧 爱 桶 偿 岳 斥 材 枚 讫 剩 丽 媚 馁 睦 跌 洗 蚌 嚏 妈 【 环 境 课 件 】 第 三 章 岩 石 圈 【 环 境 课 件 】 第 三 章 岩 石 圈 4.常见的造岩矿物 石英 (quartz) 的化学成分为SiO2,晶体属三方晶系的氧化物 矿物,即低温石英(a-石英),是石英族矿物中分布最广的 一个矿物种。广义的石英还包括高温石英(b-石英)。 低温石英
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