31地壳物质组成与循环

陆地和海洋

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　　地球表面可以分为陆地和海洋两大单元，并且由此分化产生了陆地环境和海洋环境两种截然不同的自然环境。

　　陆地是地表未被海洋淹没的部分，虽然面积仅占全球面积的29％。但它却是人类的栖息之地及主要的活动场所。人类自起源以来，就以陆地为生存依托，在陆地上生息、繁衍、劳动，并且使陆地面貌发生了深刻的变化。因此陆地是地球上人地关系最为密切的人类家园。

　　浩瀚的海洋，被誉为生命的摇篮、资源的宝库。作为地球水圈的主体，海洋对于全球地理环境具有重大而深刻的影响。随着人类生存空间和活动范围不断向海洋拓展，海洋对于人类的生存和发展日益重要。中国的社会和经济发展，也将越来越多地依赖海洋。

§3-1 地壳物质组成与循环

地壳是由岩石组成的，岩石是由矿物组成的。组成地壳的物质处于不断的运动和变化之中。

组成岩石的矿物

　　自然界一切物质都是由化学元素组成的。根据地球化学分析，地壳中自然存在的化学元素已发现的有九十多种。这些元素在地壳中含量差别很大（图3.1）。就是同一种元素在地壳中的分布也是不均匀的。一些稀有元素，如金、铂等，尽管在地壳中含量甚微，但在一定的地质条件下，也可能在一定的地段富集起来被人类开采利用。

　地壳中的化学元素，在一定的地质条件下结合而成的天然化合物或单质，就是矿物。矿物在地球上分布十分广泛，到处可以见到。它与人们的日常生活和生产关系密切。例如我们吃的盐，做铅笔芯用的石墨，制玻璃用的石英，炼铁用的铁矿石，等等，都是矿物。有用矿物在地壳中或在地表富集起来，并且能够被人们开采利用的，就是矿产。矿产是人类生产资料和生活资料的重要来源。

　矿物是地壳物质最基本的组成单元。矿物的种类很多，但常见的只有几十种，其中组成岩石主要成分的造岩矿物不过二三十种，如石英、云母、长石、方解石等（图3.2）。

岩石及其成因

　　地壳中的矿物很少单独存在，它们常常按照一定的规律聚集在一起，就形成了岩石。例如，大理岩主要由方解石集合而成，花岗岩则是由长石、石英和云母等组成的（图3.3）。岩石按成因可以分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。

　　花岗岩和玄武岩的生成有什么不同？

为什么玄武岩形成许多气孔？

　　（一）岩浆岩 岩浆岩是岩浆活动的产物。岩浆是地下深处一种黏稠的高温熔融物质，并含有大量的挥发性气体。岩浆在地下巨大的压力作用下，沿着地壳薄弱地带侵入地壳上部或喷出地表（即火山喷发），随着温度、压力的变化，冷却凝固而形成的岩石，叫做岩浆岩（图3.4），其中火山喷发形成的岩石又称火山岩。岩浆岩种类很多，常见的有花岗岩、玄武岩等。

　　（二）沉积岩 裸露在地表的各种岩石，在风吹、雨打、日晒以及生物作用下，逐渐成为砾石、砂子和泥土。这些碎屑物质被风、流水等搬运后沉积起来，经过压紧固结作用而形成的岩石，叫做沉积岩（图3.5）。按沉积物的颗粒大小，沉积岩可分为砾岩、砂岩、页岩等。还有的沉积岩是由化学沉淀物或生物遗体堆积而成的，如石灰岩。

　　由于沉积岩是一层一层地沉积下来生成的，因而形成了不同的岩层（图3.6）。在岩层中常常能找到已经变成岩石的古生物遗体（如贝壳、骨骼）或遗迹（如足迹、虫穴），即化石。沉积岩是地球历史的记录，而岩层和化石则是记录地球历史的“书页”和“文字”。

地球演化史的记录——地层①和化石

　　根据现有资料，地球年龄大约为46亿年。研究人类社会历史有典籍查阅，有文字物供考证，而研究地球演化历史则主要靠组成地壳的地层。它是地球历史的记录。

　　地壳在发展过程中形成了各个时代的地层，地层中还保存有各种化石。通过研究地层和化石，可以恢复地球历史，确定地质年代。在正常情况下，地层总是按顺序排列的。一个未经变动的沉积岩层，毫无疑问，下面的岩层总是比上面的岩层古老。依据地层层序就可以确定地层的时代。然而，由于地壳运动，地层往往错综复杂，层序已遭破坏，因此需要根据化石来确定地层顺序和时代。

　　我们知道，生物总是从低级到高级，由简单到复杂不断进化的。生物进化既具有不可逆性，又具有阶段性。地质时期的许多种生物，在地球上生活了一段时间后就灭绝了。因此，不同时代的地层一般含有不同的化石，而相同时代的地层中往往保存着相同或相似的化石（图3.7）。这样，我们就可以根据岩层中的化石来恢复地层顺序，从而确定地质年代。

　　研究地层还可以重塑古地理环境。地层中的化石，有的是陆地或淡水生物，有的属海洋生物。根据岩层的组成物质和化石特征，人们就可以推知沉积时的地理环境。例如，富含珊瑚化石的石灰岩，表示的是温暖的浅海环境；有丰富植物化石的含煤地层，表示当时是森林茂密的湿热环境。

为什么地点3缺失B层？有哪几种可能？

　　（三）变质岩 地壳中已生成的岩石，在岩浆活动、地壳运动产生的高温、高压条件下，使得原来岩石的成分、性质发生改变，由此形成的岩石称为变质岩。例如，石灰岩受热变成大理岩（图3.8），页岩受挤压变质成为坚硬的板岩。

　　在各类岩石形成过程中，有用矿物富集就形成了矿产。含矿产的岩石就是矿石。矿石的优劣常用品位②来表示。还有一些岩石本身就是矿产，如石灰岩是烧石灰、制水泥的重要原料，煤是重要的能源矿产，花岗岩、大理岩是优良的建筑材料和装饰材料。

地壳物质循环

　　新陈代谢是宇宙间永恒的普遍规律。看上去似乎稳定坚固的地壳，其实每时每刻都在发生变化。从前面所述各类岩石的形成过程中不难看出，三大类岩石可以相互转化，组成地壳的物质处于不断的运动和变化之中。地球内部的岩浆，在岩浆活动过程中上升冷却凝固，形成岩浆岩。岩浆岩在地表外力的侵蚀、搬运、堆积作用下，形成沉积岩。同时，这些已生成的岩石经变质作用形成变质岩。各类岩石在地壳深处或地壳以下被高温熔化，又成为岩浆回到地球内部。从岩浆到形成各种岩石，又到新岩浆的产生，这一运动变化过程，构成了地壳物质循环（图3.9）。

　　地壳物质的循环运动是自然界最重要的物质循环之一。地壳物质在其自身不断循环和转化的同时，与地球内部和地球外部也在不断进行物质交换与能量转化。特别是由大气、水、生物界直接参与并起重要作用的地表物质循环，对地球表面的自然地理环境具有重大而深刻的影响。地表岩石的形成，地貌的变化，土壤层的发育，都与此密切相关。

①地层是地壳发展过程中形成的各种成层岩石的总称，也包括变质和火山成因的成层岩石。

②品位中指矿石中有用成分的单位含量（以质量分数、g/t、g/m³等表示），它是衡量矿石质量的主要标志。

活动

1、简要说明三大类岩石的相互转化过程，并按你自己的理解，画一幅表示地壳物质循环的示意图。

2、有条件的学校，可以观察岩石标本，参观地质博物馆或自然博物馆，并采集当地岩石标本。