地球科学概论.docx
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地球科学概论
地球科学概论
《地球科学概论》复习资料
一、绪论
地球科学是研究地球的科学重点研究地球表层的物质、结构与构造.1.研究对象:
地球地球的时、空、源①地球的结构:
层圈状(slide)②地球的构造:
指地球各个部分之间关系及其它们的分布规律及演化。
如大气圈、水圈、岩石圈、地幔、地核壳幔作用山脉-盆地,大陆-海洋;③地球物质:
各种元素-矿物-岩石-矿床-地层它们的分布及其迁移富集规律④地质事件:
地壳运动在地表反映.如地震、火山、海啸、褶皱、断裂等;⑤预测和预防将来发生的地质事件地质学的基本原理:
19世纪初期英国地质学家莱伊尔将今论古通过观测现在正在进行的地质事件,来研究过去曾经发生的地质过程.第一章行星地质概述●地球在宇宙中的大小只是太平洋中一滴水。
第一节宇宙演化宇宙、宇宙的起源(宇宙大爆炸理论)第二节太阳系及其起源一.太阳系1.构成:
太阳(恒星)八大行星(水金地火木土天海;木星最大,土星次之。
2.太阳系行星的3特征①轨道共面性:
全部行星轨道近圆形,且几乎在同一轨道面上运动(偏心率不大的椭圆即近圆的轨道。
②转动同向性:
除金星外大多数行星逆时针绕太阳公转自转也都逆时针大多数卫星亦逆时针绕行星转动。
③物质一致性:
其它星球上发现的元素地球上均存在。
3.类地行星水、金、地、火特点:
体积小、密度大、质量小、旋转慢、卫星少。
但类木行星(木、土、天、海),则反之。
二.撞击作用Impacting1.定义:
天外物质对地球的超高速猛烈冲击作用。
●天外星体的残骸称陨石。
即流星超高速冲入地球大气层后,到达地表未被烧尽的部分。
是宇宙地质学的主要研究对象。
●陨石一般沿双曲线轨道运动,进入大气层后速度为14.2km/sec。
●可分石陨石、铁陨石、石-铁陨石等。
1.1石陨石●占所有陨石的94。
●密度3-3.5g/cm3。
●多为硅酸盐矿物:
橄榄石、辉石、斜长石;金属FeNi含量只占20。
●球粒陨石:
由1-2mm直径的玻璃质小球粒所组成。
地球岩石中无此结构。
1.2铁陨石●占所有陨石的4.5。
●密度8-8.5g/cm3。
成分:
●金属铁80-95镍5-20。
1.3石-铁陨石:
成分介于两者之间密度5.5-6g/cm3。
2.确定冲击坑Impactcrater的依据1.击变矿物:
柯石英。
2.击变玻璃:
矿物从有序→无序转变。
3.击变角砾岩:
猛烈撞击的喷射物;边缘遭受强烈熔化。
4.击变构造:
放射状石英裂纹、冲击碎裂锥。
shattercone5.地球物理:
具明显的重力负异常。
6.撞击坑:
大小不一,有简单也有复杂的形态。
7.有陨石分布:
陨石表面有气孔,其内部具特殊的结构构造。
三太阳系起源(了解)1.Kant德哲学家微粒假说:
行星和太阳同时形成,都是由星际物质所组成。
2.Laplace法星云假说:
行星是从原始太阳分化出来的。
一靠自身,二靠外力。
3.J.H.Jeans英天文家气体潮生说外力说)4.戴文赛教授星云收缩说第二章地球的形貌怎样判断地球是球体?
科学家认为:
第一、地球极近似于旋转椭球体,这是地球自转导致的,表明地球有弹塑性;第二、地球不是严格的旋转椭球体,说明地球内部物质分布不均匀。
§1地表形态的基本特征地表形态又称地形或地貌,是我们最直接感受到的地球特征,也是与人类生活和生产的关系最为密切的自然特征之一。
地貌可以根据规模分为四级,每一级都有形态各异的地貌组合。
规模不同、形态各异的地貌是在不同的地球内、外营力下形成的,这些营力也可称为地貌营力。
地貌基本要素:
地貌营力、地表物质、地貌发育时间;§2内营力与构造地貌内营力在地表形成大陆与海洋、构造山系与拗陷盆地等基本地貌格架,总的趋势是增加起伏。
内营力改变地表形态的根本原因是板块运动内营力地貌主要有:
断裂地貌、褶皱地貌、火山地貌等§3外营力地貌外营力对地表不停地进行着风化,剥蚀,搬运和堆积(沉积)作用,使高山夷平,低谷填满,地表向准平原化发展。
总的趋势是削高填低。
外营力改变地表形态的主要作用是水圈循环外营力地貌主要有:
河流地貌、洪水地貌、喀斯特(岩溶)地貌、风沙地貌、冰川地貌、海岸地貌等§4地貌的空间尺度:
四级划分方案从最大的空间尺度上看地貌,有大陆和海洋。
在次一级尺度上,大陆内部有山地、高原、平原、盆地;海洋中有大洋盆地、大洋中脊、海沟。
更次一级尺度上,以山地为例,可分为分水岭、坡地、谷地。
最小尺度上,谷地可分为河床、河漫滩、阶地。
高原与平原,盆地与丘陵§5地貌演化在各种地貌营力的作用下,地貌在不断形成、发展和演变中经历的各种阶段和过程称为地貌演化。
河流地貌的演化在所有地貌类型中是极具代表性的一种。
根据其发育特征,可以将它的演化过程划分为四个不同的“年龄”段(幼年期阶段—青年期阶段—壮年期阶段—老年期阶段)。
其它成因的地貌演化过程均可与之类比内-外过程相互交叉、循环往复,呈现出一定的地貌轮回。
地貌的变化发展受地球内营力作用、外营力作用和时间三个因素的影响。
第三章地球的物理性质及圈层结构§1地球的主要物理性质1.密度(平均为5.517g/cm3):
地球内部的物质密度大于地表;并且地球物质的密度分布在整体上是不均匀的2.重力:
地球的重力在不同地区,不同深度的部位都不相同;在地球内部,不同深度部位上的重力会受到不同因素的综合影响;在地心处,计算重力的公式与其它部位的计算有所不同(G地心=0)重力异常——由于地球各部分的物质组成和地壳构造不同,因而实际测量的重力值往往与理论值不符,称为重力异常。
地球重力随纬度变化而变化,根据理论计算出各地的正常重力值称为理论计算值。
正异常——实测重力值大于理论值,一般为金属矿区,由于物质密度大,对地面物质的引力较大。
负异常——实测重力值小于理论值,一般为石油,炔,石膏等非金属矿区,物质密度小,引力小。
利用重力异常找矿的方法称为重力探矿法。
并且对研究地球的形状,地壳的物质组成,地壳的构造,地壳运动和地震等都是有很高的价值。
3.压力:
地球某处的压力是由上覆地球物质的重量产生的静压力。
地球内部压力是随深度加大而逐渐增高的。
深度每增加1km,压力增加27.5MPa(1MPa=1兆帕斯卡=106N/m2)。
。
4.地磁场:
位于南半球的叫磁南极(S)和位于北半球的称为磁北极(N)地磁轴与地球自转轴的夹角现在约为11.5度地磁三要素:
磁场强度、磁偏角、磁倾角地磁异常:
和地球有重力异常类似,地球也有磁场异常正常磁场:
可近似看作均匀磁化球体的磁场各地经过校正和清除变化等影响的地磁要素数据。
地磁异常:
实际测量到的地磁场与正常磁场的差异。
大于正常磁场者为正异常,反映地下有磁性物质如铁矿等;反之为负异常,反映地下有反磁性物质,如石油等。
古地磁法——地球磁场是在不断变化的,有日变化,年变化,也有长期的周期变化(磁极倒转)。
通过对岩石中剩余磁性的研究,了解地质历史上磁场的变化,例如通过对比不同时期的古地磁极的位置或同一地点不同时期所处的磁纬度可以帮助了解地壳不同部分的相对位移情况,据古地磁场反转周期则可确定岩石的形成年代。
5.温度:
外热层(变温层)日变化一般为1—1.5m,年变化影响深度达20—30m;常温层——与当地年平均温度大致相当,常年不变,其深度一般为20—40m;增温层——地温随深度增加而逐渐增加,受地球内部热能影响,深度每增加100米升高的温度称为地温梯度。
一般大陆为1—5℃/100m,海底为4—8℃/100m。
外热层(变温层)和常温层受太阳辐射影响。
地球内部热能的来源问题尚无定论。
一般认为,由岩石中放射性元素衰变释放的热是地热的主要来源。
这种热能据估算可以达到每年2.14×1021焦耳。
其次,因地球本身的重力作用过程也可以转化出大量热能,其总热量可能十分接近于放射性热能。
此外,地球自转的动能和地球物质不断进行的化学作用等都可以产生大量热能。
§2.地球的圈层结构一.地球外部圈层结构:
大气圈、水圈和生物圈;圈层交错。
(一)大气圈是地球的最外圈,由空气、水气和尘埃组成,对地表气候分带和生命活动起着很大的作用。
其底界为海、陆表面,没有明显的上界,为自然过渡到星际空间。
五层结构:
1.对流层——大气圈的下部,底界为海、陆表面~18KM高空。
由于温度、湿度分布不均匀,大气产生对流。
是地球上风云,雨雪、冰川等气候现象以及各种外力地质作用的发源地,对改变地表形态起着非常重要的作用。
2.平流层、3.中间层和4.热成层,称为电离层,是无线电波的传播层。
5.扩散层——大气圈的最外层,地球引力极小,一部分大气分子可逃逸到星际空间去。
作用:
过滤太阳的有害射线;焚毁闯入地球的宇宙层埃;净化大气和水源,保护地球和生物。
(二)水圈hydrosphere包括存在地球岩石中、地球表面和空中固态、液态和气态的水的总称。
水体的存在形式多样:
江、河、湖、冰、海、水蒸气等。
水圈的总量是不变的,约1386×106km3,在不同条件下以固、液、气态不断地相互转化着,同时也以蒸发、运移、降水等方式经久不息地循环着,从而达到平衡。
水在这样不停的运动中,以各种方式对地面(或地下)岩石进行破坏、改造,并且把破坏的物质带到另一些地方堆积下来,形成削高补低结果。
水圈的循环作用产生重要结果:
不断地制造淡水供给陆地;净化了空气和大自然;将陆地表面的松散泥沙及溶解物质送入海洋。
(三)生物圈是指地球表层由生物及其活动地带所构成的连续圈层。
生物从高等到低等,从动物到植物,乃至细菌和微生物等生活于地球表面一定范围的陆地、水体、土壤及空气中,构成了一个基本连续的圈层。
目前已知的生物有近两百万个种。
生物的演化发展受控于自然环境的演化。
生物参加到一切地质作用过程之中,是形成矿产、改造地形、改变环境的一重要动力;各地质时期保存的生物化石,可作为当时自然历史条件的见证,成为地质学中确定地质年代,分析推断古环境的有力物证。
二、地球内部圈层结构:
圈层同心内部加热,重力分异与分层是地球内部圈层形成的根本原因主要根据地球物理方面,(地震波不连续面)再结合宇宙方面依据(陨石)、地质方面依据(高温、高压试验,深部岩石资料)。
划分成地壳、地幔和地核三大圈层。
莫霍面:
地壳与地幔的分界。
古登堡面:
地幔与地核的分界,证实外核为液态。
(三)地球内部各圈层的特点岩石圈:
由上地幔盖层和地壳组成的圈层50-100km平均厚度60km由固态岩石组成。
大陆区较厚大洋区较薄厚。
脆性的坚硬岩石层地形、地貌和构造现象都发生于此层,矿产资源、动力活动也发生于此。
软流圈又称软流层或低速层:
一个柔性层或塑性层。
平均深度60-220km特点是地震波速明显降低说明物质处于融熔状态。
高温高压条件柔性可塑状态,受力易流动。
在其上面的运动可能是一种相对的剪切滑动→对构造运动、岩浆活动和地球动力学研究是一重大突破。
地幔圈:
软流圈以下古登堡面以上的圈层。
平均深度220-2891km。
古登堡面:
地幔圈与地核分界面平均深度2891km地震P波突然变小S波突然消失。
地核:
古登堡面以下到地心部分主要成分为Fe。
地壳:
地表以下莫霍面以上由固态岩石组成的圈层。
莫霍面:
地壳下界面地震波波速在此突然加大。
地壳结构:
a.上地壳又称硅铝层或花岗质岩壳:
仅在大陆区发育平均厚15km主要成分为Si、Al;b.下地壳又称硅镁层或玄武质岩壳:
大陆和大洋均发育的连续圈层平均深度11km主要成分为Si、Fe、Mg、Al。
地壳类型:
a.陆壳:
由上地壳和下地壳组成的地壳平均厚33kmb.洋壳:
仅由下地壳组成的地壳平均厚7km。
第四章地球的物质组成第一节元素及矿物1.元素是构成地球的最基本物质由同种原子所组成.1.1同位素:
是中子数不同(原子量不同)的同种元素的变种.同种元素的同位素,物化性质基本相同.总共有300余种.可分放射性和稳定两种同位素.放射性同位素:
主要有U238U235U234Th232Rb87K40等稳定同位素:
主要有O16O17O18C12C13S32S33S36等2.丰度:
一种化学元素在某个自然体中的重量占这个自然体的全部化学元素总重量(即自然体的总重量)的相对份额(如百分数),称为该元素在自然体的丰度。
克拉克值:
中上地壳中50种元素的平均含量.美国科学家克拉克采集了世界各地的样品5159个;用取得的化学分析数据求出了16公里厚的地壳内50种元素的平均百分重量后人称克拉克值.国际通用.元素丰度:
化学元素在一定自然体中的相对平均含量。
克拉克值又称地壳元素的丰度。
岩石化学全分析中常用氧化物的重量百分数表示。
该元素的重量百分数:
WaXW0/m——要求会计算!
地壳中元素的相对平均含量是极不均一的,丰度最大的元素是O:
47,与丰度最小的元素Rn的6x10-16相差达1017倍。
相差十分悬殊。
前九种元素:
O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg、Ti—记住前八种!
3.元素地球化学常见分类有:
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。
4.晶体Crystal定义:
内部原子或离子在三维空间呈周期性平移重复排列的固体.或晶体是具有晶格构造的固体.这种固态物质称结晶质晶质晶质构成的物体即晶体.非晶质体:
内部原子或离子在三维空间不呈规律性重复排列的固体.如火山玻璃,超冷液体。
自然界极少。
在一定条件下,非晶质体可向晶质体转化。
如火山玻璃→玉髓。
5矿物定义:
由天然产出且具有特定的(但一般并非固定的)化学成分和内部结构构造的均匀固体.自然界广泛。
6矿物的6项基本特征特征1.绝大多数矿物都是晶体。
特征2.矿物随处可见.现已发现矿物3300余种,绝大部分(99)分布于地壳中。
特征3.矿物的化学成分基本稳定但可有杂质。
特征4.矿物可分为三大类①自然元素矿物:
AuCuSC金钢石石墨.自然界很少.②分子化合物(分硫化物,卤氟与氯化物,氧化物三种):
如SiO2-石英NaCl-石盐FeS2-黄铁矿.自然界常见.③复杂分子团矿物:
主要是硅酸盐矿物.种类多含量高分布广占地壳总重量75.如KMgFe3SiO3AlO10OHF2黑云母特征5.水石油天然气不是矿物非固体;煤也不是排列无序;花岗岩不是矿物岩石).特征6.矿物具有同质多象和类质同象现象。
同质多象:
化学成分相同、但质点的排列方式不同(结构不同)的现象。
将形成不同的矿物。
如:
C金刚石(高压)-石墨(常压);类质同象:
化学成分稍有不同,但质点的排列方式相同(结构相同)的现象。
属于同一种矿物。
如:
橄榄石(Mg2SiO4—Fe2SiO4)。
7.五类矿物1自然元素:
金自然铜石墨金刚石2硫化物:
FeS2黄铁矿3卤氟与氯化物:
CaF2萤石NaCl石盐4氧化物:
SiO2石英Al2O3刚玉氢氧化物:
MgOH2水镁石5含氧盐复杂分子团矿物.主要包括四种:
硫酸盐:
CaSO4硬石膏磷酸盐:
CeLaPO4独居石碳酸盐:
CaCO3方解石MgCO3白云石硅酸盐:
KAl2Si3AlO10OH2白云母第二节矿物的物理性质1.矿物的形态1.1单体形态单形:
由形状相同、大小相等的规则平面组成的晶体如黄铁矿的立方体。
聚形:
由两种或两种以上形态不同、大小不等的晶面组成的晶体。
如石英(六方柱带锥状)1.2集合体Aggregate:
矿物微粒聚集体.一向的呈纤维状如石棉二向的呈鳞片状绢云母三向的呈粒状橄榄石1.3特殊集合体:
放射状如硅灰石CaSiO3钟乳状如钟乳石晶族状如石英鲕状、葡萄状、肾状如赤铁矿.矿物的形态由矿物晶形和结晶程度决定2光学性质Optical2.1透明度Transparency:
矿物薄片厚0.03mm能透过光线者称透明矿物如石英云母长石方解石等.不透光者称不透明矿物.所有金属矿物都是不透明矿物.2.2光泽Luster:
矿物的反光能力金属光泽:
反射很强所有金属矿物均此光泽.非金属光泽:
反射较弱,透明矿物的光泽.可细分金刚光泽金刚石玻璃光泽长石油脂光泽石英断口丝绢光泽绢云母珍珠光泽白云母土状光泽高岭石6种2.3颜色Color与条痕Streak颜色:
白蓝红黑浅绿紫红等自色Diochromatic:
被化学成分和内部结构所决定的矿物本色.如方铅矿的铅灰色.他色Allochromatic:
混入杂质后的矿物颜色.如石英无色紫晶紫色Fe多蔷薇石英Fe少烟水晶含Mn假色:
表面氧化或吸附他物后的颜色.如褐色黄铁矿.条痕色:
矿物粉末的颜色。
用瓷板划之紫红的赤铁矿呈樱红色黄铜的黄铜矿呈墨绿色3力学性质Mechanical:
在外力下的表现3.1硬度Hardness:
抵抗外力的强度记牢10种不同硬度的矿物摩氏硬度记:
1滑石2石膏3方解石4萤石5磷灰石6长石7石英8黄晶9刚玉10金刚石硬度大的可刻动小的.指甲为2-2.5小刀为5-5.5玻璃63.2解理Cleavage:
外力下矿物按质点结合力最弱的网面定向开裂◆极完全解理云母◆完全方解石◆中等角闪石◆不完全橄榄石◆极不完全石英3.3断口:
解理不发育矿物在外力下的不规则裂开.贝壳状石英锯齿状石膏参差状黄铁矿平坦状高岭土3.4弹性:
受力后能恢复原状的.如云母.3.5挠性:
受力后不能恢复原状的又称范性变形如蛭石3.6延展性:
可用外力任意改变其形状的.延:
一维展:
二维黄金第三节矿物的鉴定肉眼鉴定:
看外形色光泽-掂比重-敲硬度仪器鉴定:
偏光显微镜化学成分分析SEMTEMScanTransmissionElectricMicroscope激光探针第四节常见矿物1常见的:
方解石CaCO3石英SiO2长石。
云母2贵重的:
金刚石C金Au银Ag3工艺品:
玛瑙SiO2红宝石蓝宝石Al2O3(刚玉)4工业原料:
赤铁矿Fe2O3磁铁矿Fe3O4黄铜矿CuFeS25药用:
辰砂HgS雄黄As4S46环境示踪矿物HP/LT:
蓝闪石、多硅白云母、红帘石俯冲碰撞带UHP:
柯石英、金刚石陆内深俯冲gt100公里深度7偏光镜下常见的:
长石石英云母辉石角闪石方解石第五节岩石岩石:
地质作用的产物,由一种或一种以上的矿物或岩屑组成的有规律的集合体。
岩石是组成地壳和岩石圈的基本物质。
按形成方式,岩石可分三大类:
火成岩:
占地壳岩石体积64.7沉积岩:
占地壳岩石体积7.9,地表面积75变质岩:
占地壳岩石体积27.4.三类岩石的形成条件和相互转化(可用图的形式)在地壳—地幔范围内,三类岩石处于不断地循环演化过程中,即:
在地下深部,沉积岩和岩浆岩可通过变质作用成为变质岩;在地球表面,岩浆岩、变质岩可通过风化—搬运—沉积转变成沉积岩;当变质岩、沉积岩进入地下更深处,在一定的温度压力条件下被熔融形成岩浆,再经历冷却结晶作用又可生成岩浆岩。
第五章岩浆作用(Magmatism)与火成岩Igneousrock火山(Volcano)常伴有地震是一种严重危害人类生存的地质灾害.岩浆magma:
是上地幔和地壳深处形成的、炽热而富含挥发分的具有粘性的硅酸盐熔融体。
●成分:
硅酸盐1-8以水为主的挥发物质●源区:
地表之下50-200公里;●条件:
温度800-1200°C;压力10千巴大气压(40公里)岩浆作用:
岩浆发育、运动、固结成火成岩的作用.岩浆喷出地表的过程称火山作用.早期爆炸喷出晚期地表溢流.未到达地壳而在地下某深处冷凝结晶固结的过程称为侵入作用.由于岩浆高温、高压,具有潜在的活动能量,能沿早先地壳活动中形成的薄弱带(如断层带)向低压方向运动。
由岩浆作用形成的岩石称岩浆岩。
二类火成岩●侵入岩:
地下深处冷凝结晶的岩浆岩.●火山岩:
岩浆喷到地表、气体逃逸、冷凝而成的岩石.又分火山碎屑岩(喷到空中炸碎的岩浆与围岩碎块落下堆积而成和熔岩地表溢流而冷凝两种.第一节喷出作用Extrusion,Eruption与喷出岩1.喷出作用Extrusion也称火山作用,特指喷出地表的岩浆作用。
●喷出与否与地壳的活动有关。
有地壳活动才能打破岩浆的平衡地壳产生断裂岩浆才能顺之上涌●喷出强度与岩浆的粘性有关viscosity岩浆由二部分构成:
硅氧四面体或硅铝氧化物和金属阳离子.SiO4-4、AlSi3O8-K,Na,Ca,Mg,Fe,前者含量高,则岩浆粘性大呈酸性难流动故多为爆发相反之粘性小呈基性易流动多表现为喷溢相.2.火山喷发物质的构成a.气体:
水汽、二氧化碳、硫化物等.b.固体:
围岩及早先冷凝的岩浆岩,被岩浆喷出脱离地表在空中炸碎后冷凝成固结体称火山碎屑岩.c.熔融体:
熔岩(熔岩流、熔岩被多面形分布)表面具柱状节理(冷凝收缩而成的六边形柱体),总与流面垂直。
3火山构造:
火山喷发形成的地形。
一般由火山锥、火山口及火山通道等组成。
火山通道:
岩浆流出的地.
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