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第17章 岩石 土壤和矿物

岩石

我们知道地球是一个由不同物质和不同状态的同心圈层构造所组成的球体。这些圈层可以分为外部圈层和内部圈层。其内部圈层可以分为地壳、地幔、地核。地壳深处和上地幔的上部主要由火成岩和变质岩组成。其中地壳就是由岩石构成的,也就是说,岩石组成地球的外壳,覆盖在地球的表面。岩石有各式各样的种类,通常我们所说的石头,就是岩石破碎之后的东西。那什么是岩石呢?

岩石是指地球上部由各种地质作用形成,由一种和几种矿物或天然玻璃组成,具有稳定外形的固态集合体。岩石是地壳发展过程中的产物,它的种类很多,一般分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。

岩石的构成和分类

一般来讲,岩石是由矿物如:花岗岩是由石英、长石和黑云母构成的;橄榄岩是由橄榄石和辉石构成的。

岩石按其所组成矿物的种类分为单矿岩和复矿岩。其中由一种矿物组成的岩石叫做单矿岩,如:大理岩由方解石组成;由几种矿物组成的岩石叫做复矿岩,如:花岗岩。岩石按其成因分为岩浆岩、沉积岩和变质岩。其中岩浆岩是由高温熔融的岩浆在地表或地下冷凝所形成的岩石,又称为“火成岩”,在地球上岩浆岩所占比重最大,为64.7%;沉积岩是在地表条件下由风化作用、生物作用和火山作用的产物一些外力的搬运、沉积和固结而形成的岩石,比重占7.9%;变质岩是由先成的岩浆岩、沉积岩或变质岩,由于其所处地质环境的改变经变质作用而形成的岩石,比重占27.4%。在三大类岩石中,沉积岩在地表的分布最广,占所有岩石分布面积的75%,是地表的主要岩类。

土壤

土壤是指陆地表面具有肥力、能生长植物的疏松土层。它是在生物、气候环境和人为耕作措施影响下发育起来的。是由固体(矿物质、有机物)、液体(水分)、气体(空气)三种形态的物质组成的。

土壤是植物赖以生存的沃土。它是在各种成土因素非常复杂的相互作用下形成的。土壤的形成与许多因素都有关系。风化作用使岩石破碎,理化性质改变,形成结构疏松的风化壳,这便是原始土壤形成的基础,称为土壤母质。气候对土壤的形成有直接影响和间接影响。气候可以通过土壤与大气之间经常进行的水分和热量交换来影响土壤的热状况和物理化学性质。气候还可以通过影响岩石的风化过程以及植被类型等影响土壤的形成和发育。生物是土壤有机物质来源和土壤形成过程中最活跃的因素。土壤肥力的产生与生物的作用密切相关。地形通过引起物质和能量的再分配来影响土壤的形成。另外,时间和人为因素也会影响土壤的形成。

土壤分类

不同的国家对于土壤有不同分分类,我国土壤分类如下:

土纲:是对某些有共性的土类的归纳与概括。把具有相近成土过程的土壤划为同一土纲。

土类:土类是高级分类中的基本分类单元。

土纲土类

铁铝土砖红壤、赤红壤、红壤、黄壤

淋溶土黄棕壤、棕壤、暗棕壤、灰黑土、漂灰土

半淋溶土燥红土、褐土、灰褐土

钙层土黑垆土、黑钙土、栗钙土、棕钙土、灰钙土

石膏岩层土灰漠土、灰棕漠土、棕漠土

半水成土黑土、白浆土、潮土、砂姜黑土、灌淤土、绿洲土、草甸土水成土沼泽土、水稻土

盐碱土盐土、碱土

岩成土紫色土、石灰土、磷质石灰土、黄绵土、风沙土、火山灰土

高山土山地草甸土、亚高山草甸土、高山草甸土、

亚高山草原土、高山草原土、亚高山漠土、

高山漠土、高山寒冻土

矿物及其分类

地壳中的化学元素,在一定地质条件下,结合成具有一定化学性质和物理性质的单质或化合物就是矿物。矿物是元素或化合物的天然产物,它是一切地质体的最基本组成单元。地球上已经发现的矿物有3000多种。大部分矿物是固态的,也有气态的和液态的。一般矿物具有如下特点:

1.矿物是天然生成的,即矿物是地质作用的产物。虽然矿物没有生命,但也是在漫长的地质历史时期,在自然界里缓慢形成的。

2.每种矿物都有特定的化学成分。绝大多数矿物是由两种和两种以上的元素化合而成的,例如:二氧化硅,有的矿物是由单质元素组成的,如:金刚石和石墨。

3.矿物具有一定的化学和物理性质,例如:有的矿物易溶于水,有的矿物不溶于水;有的矿物导电,有的矿物不导电。

4.矿物是均匀的而且各部分均一,像花岗岩,它是由钾长石、斜长石、石英及黑云母等多种互不相同的物质组成的,就不是矿物,而是岩石。

矿物一般可以分为五大类,大类以下根据阴离子的种类又分为类以及亚类。

第一大类:自然元素矿物

第二大类:硫化物及其类似化合物矿物

第一类:单硫化物及其类似化合物矿物

第二类:对硫化物及其类似化合物矿物

第三类:硫盐矿物

第三大类:卤化物矿物

第一类:氟化物矿物

第二类:氯化物矿物

第四大类:氧化物和氢氧化物矿物

第一类:氧化物矿物

第二类:氢氧化物矿物

第五大类:含氧盐矿物

第一类:碳酸盐、硝酸盐、硼酸盐、砷酸盐、钒酸盐矿物

第二类:磷酸盐、钨酸盐、硫酸盐、铬酸盐、钼酸盐矿物

第三类:硅酸盐矿物

第一亚类:岛状结构硅酸盐矿物

第二亚类:环状结构硅酸盐矿物

第三亚类:链状结构硅酸盐矿物

第四亚类:层状结构硅酸盐矿物

第五亚类:架状结构硅酸盐矿物

矿石品位

矿石品位指的是矿石或产品中所含有用成分的百分含量,是衡量矿石经济价值的主要指标。矿石品位的表示一般有以下几种类型:重量百分比:一般用来表示含量比较多的物质,如铁、铜等;用克/吨表示:如金、银;用克/立方米表示:砂金矿;用克/升表示:如碘、溴等。矿石品位一般分为最低工业品位和边界品位。最低工业品位是独立开采矿段有益组分平均含量的最低指标;边界品位是单个试样有益组分含量的最低指标,通常根据这个品位来区分矿石和废石。

矿床

矿床指的是由地质作用形成的、有开采利用价值和经济价值矿物的聚集地。在矿床中自然界中分散存在的矿质富集到了一定的程度。我们知道地壳中存在着人类需要的各种元素,但是人类真正能够利用的除了少数可以用做建筑材料的岩石之外,大多数岩石并不能提炼出人类所需要的各种元素。由于我们需要的元素在多数岩石中的含量特别低,如果将它们开采出来并提炼出人类所需的元素会耗费太多的金钱,得不偿失。矿床便是所含有经济价值的元素比较集中的岩石,将它开采和提炼出来的元素价值要远远大于开发它的付出。矿床有许多种类,固体矿床分布最广,液态矿床有石油、热卤水和地下水,气态矿床有天然气。按成矿作用方式,矿床可分为内生矿床、外生矿床和变质矿床。按矿产性质和工业利用情况可分为金属矿床、非金属矿床和能源矿床。

矿物的鉴定

矿物的鉴定就是要确定此矿物的种类和名称。矿物鉴定有许多方法。有些矿物有显著的物理性质,如外形、颜色、矿度和解理等或者有特殊的光学性质等,可以直接用肉眼或者放大镜鉴定。光泽一般可分金属及非金属两大类。非金属光泽又有玻璃光泽、丝绢光泽、油脂光泽、金刚光泽等。有些矿物不具有明显的物理和化学特征,必须用仪器或者更复杂的方法加以鉴定。如用X光分析法矿物内部原子排列进行鉴定,把电子射束照射在矿物上可以直接测定矿物的化学成分,从而来鉴定矿物的类型,以及鉴定矿物显微晶体光学特征的光学显微镜法等。

金属矿物

金属矿物指的是表面呈可见金属光泽、具有明显金属性的矿物。金属矿石是指能够提炼出金属元素的有用矿石原料。金属一般具有延展性、导热导电性等。包括黑色金属和有色金属。如黑色金属包括铁、铬、锰三种;有色金属是除铁、铬、锰以外的全部金属。金属按密度可以分为轻金属和重金属。另外金属还可以被分为常见金属和稀有金属。金属具有一定的机械性能、工艺性能和化学性能等。有的金属比较耐腐蚀,有的金属抗氧化性能比较强等。

晶体

晶体指的是具有整齐规则的几何外形、固定熔点和各向异性的固态物质,它是物质存在的一种基本形式。组成晶体的原子或分子都是按一定顺序有规律地排列的。晶体的结构是对称的。晶体不能用肉眼直接看出来,但是地球表面绝大部分物质都是由晶体构成的。因为地壳是由岩石构成的,而许多岩石都含有晶体矿物。晶体有很多种类,按其结构粒子和作用力的不同可分为离子晶体、原子晶体、分子晶体和金属晶体。如我们每天都离不开的食盐氯化钠就是离子晶体;金刚石是原子晶体;石英是分子晶体等。

宝石矿藏

我们常见许多首饰有着迷人的光泽,有的是用宝石制作的,这些宝石当然来源于宝石矿藏。宝石矿藏是具有宝石价值的天然矿物的总称。宝石指自然界中色泽艳丽、质地晶莹、透明的单矿物晶体。它具有比较大的硬度,化学性质稳定。如:琥珀、珍珠、珊瑚等。

宝石矿藏多是自然元素,氧化物或含氧的盐类矿物,其中硅酸盐矿物占一半。在自然界已经发现的3000多种矿物质中,符合宝石矿藏条件的只不过有20多种。其中的珍贵宝石矿藏有钻石、祖母绿、红宝石、蓝宝石、猫眼、变石和翡翠等。钻石以无色透明、光彩辉煌者为瑰宝;祖母绿、红宝石和蓝宝石则以其瑰丽的色彩享得美名。国际宝石界把除钻石以外的宝石统称为有色宝石,它们在价值和档次上都有差别。所以宝石具有极高的观赏和收藏价值,并可以制作成多种首饰。