地球内部结构
当我们讨论地球上的矿物时,通常指的是地壳中的矿物,因为地壳是唯一可供我们直接探索的部分。地壳是一层薄薄的固体外壳,厚度可达 100 公里,其下方依次是地幔、外核(液态)和内核(固态)。
地壳中元素丰度
矿物是由 90 种天然元素混合形成的,最常见的矿物往往由地壳中最丰富的元素组成。以下是地壳中主要元素的丰度:
元素 | 符号 | 丰度 (%) |
---|---|---|
氧 | O | 46.0 |
硅 | Si | 27.7 |
铝 | Al | 8.2 |
铁 | Fe | 4.1 |
钙 | Ca | 3.6 |
钠 | Na | 2.8 |
钾 | K | 2.5 |
镁 | Mg | 2.0 |
钛 | Ti | 0.4 |
氢 | H | 0.1 |
磷 | P | 0.1 |
锰 | Mn | 0.1 |
地壳中的常见矿物
1. 长石(Feldspar)
地壳含量:52%
长石是地壳中最丰富的矿物之一,实际上是一个矿物家族的统称。根据化学成分的不同,长石主要分为以下两类:
- 斜长石(Plagioclase Feldspar) (Na,Ca)[(Si,Al)AlSi2] O8,占地壳的 39%。主要矿物包括:钠长石(Albite)和钙长石(Anorthite)。
- 钾长石(Potassium Feldspar) ,包括正长石(Orthoclase)和微斜长石(Microcline),占地壳的 12%。
2. 石英(Quartz)
地壳含量:12%
石英是地壳中最常见的单一矿物,其主要成分是二氧化硅(SiO2)。由于其硬度较高(莫氏硬度 7)且抗风化能力强,石英在沉积岩中也十分常见。
3. 辉石(Pyroxene)
地壳含量:11%
辉石族矿物具有链状硅酸盐结构,常见种类包括:
- 普通辉石(Augite)
- 顽火辉石(Hypersthene)
- 钙铁辉石(Diopside)
4. 云母(Mica)
地壳含量:5%
云母是一组片状硅酸盐矿物,因其片层结构而具有良好的解理性。常见种类包括:
- 金云母(Phlogopite)
- 白云母(Muscovite)
- 黑云母(Biotite)
5. 角闪石(Amphibole)
地壳含量:5%
角闪石与辉石类似,也是链状硅酸盐矿物,但它们具有双链结构。最常见的角闪石矿物是普通角闪石(Hornblende)。
6. 粘土矿物(Clay Minerals)
地壳含量:5%
粘土矿物主要以超细颗粒的形式存在于沉积岩中,主要包括高岭石(Kaolinite)和蒙脱石(Montmorillonite)。
7. 其他矿物
地壳含量:3%(硅酸盐矿物),8%(非硅酸盐矿物)
地壳中还存在其他种类的矿物,例如:
- 碳酸盐矿物 (如方解石 Calcite 和白云石 Dolomite)
- 氧化物矿物 (如磁铁矿 Magnetite)
- 硫化物矿物 (如黄铁矿 Pyrite)
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地幔中的矿物
地幔厚度约 2900 公里,占地球总体积的 87%。由于极端的高温高压,地幔中的矿物与地壳中的矿物有所不同。
1. 橄榄石(Olivine)
橄榄石是地幔的主要矿物,其主要组成包括:
- 镁橄榄石(Forsterite,Mg2SiO4)
- 铁橄榄石(Fayalite,Fe2SiO4)
2. 尖晶石(Spinel)
在 30-60 公里深度,橄榄石中的铝主要以尖晶石的形式存在。
3. 镁铝榴石(Pyrope Garnet)
在 60 公里以下,地幔中的铝质相主要为镁铝榴石。
4. 布里奇曼石(Bridgmanite)
布里奇曼石是地球上最常见的矿物,但它仅存在于 660 公里以下的地幔深处,无法通过火山作用带到地表。
地核中的矿物
地核主要由铁(Fe)和镍(Ni)组成,还含有一定量的重元素,如金(Au)和铂(Pt)。
- 外核(Outer Core) 是液态金属。
- 内核(Inner Core) 是固态金属,可能是一个巨大的铁镍晶体。
1. 镍纹石(Taenite)
镍纹石是一种铁镍合金,在某些陨石中可见,可能与地核成分相似。