高等地球化学考试题

d 地核的物质组成

通过高温高压实验取得了一系列的突破性进展：地核并非铁板一块的铁镍合金。地震波分析显示地核密度小于铁镍合金，应含有一部分Si、S、O等轻元素；D层可以超过1500°，镁硅酸盐矿物从具钙钛矿结构分解为高压氧化物相斯石英和镁方铁矿。

地核可分为“外地核”和“内地核”两层。处在地表以下2900-4980公里的部分叫外地核，是液体状态。4980-5120公里深处，是一个过渡带，从5120公里直到地心则为内地核，是固体状态。地核的成分主要是铁，另外还有一些没镍和碳的元素。内地核的半径约1300公里，因为地核离开地面太深，很少有“讯息”传来，所以我们至今对它了解得很少。

那么，我们是怎样知道地核成分是铁呢？我们通过对地震波的研究，可以估算出地核物质的平均密度大约为每立方厘米10.7克。人们通过计算，大概知道地核处的压力在每平方厘米1550吨3880吨之间，温度在5000度左右。在如此高温高压下，有什么样的物质可以使它的密度达到10.7克/立方厘米呢？而这种物质又必须是一种比较普遍存在的，至少要占整个地球质量的三分之一。这样，人们就会自然考虑到宇宙中最为普遍的重元素，密度为7.86克/立方厘米的铁。它在地心高温高压下的密度值会达到10.7克/立方厘米左右。这是从地球本身的特点分析而得出的结论。此外，人们还从落到地球上的大量陨石的物质组成加以合理的推论。一般说，陨石有两种，一种是硅酸盐类组成的石质陨石；另一种是含90%的铁与9%的镍和1%的其他元素组成的铁陨石。科学家们已基本弄清楚，陨石是一颗碎裂的行星的残屑；铁质陨石就是这颗行星的内核碎屑。这不能不使人想到地核的内核也是以铁为主的铁镍核心。也有的科学家认为地核与地幔的成分相似，到底地核的成分是什么，还有待科学家的进一步探索。

从质量上看，地核占地球总质量的16%，地幔占83%，而与我们关系最密切的地壳，仅占1%而已。地壳、地幔和地核都是由岩石组成的吗？通过地震波探测，人们发现，全部的地壳都是由岩石组成的。而地幔的组成则很复杂，在地幔的最上面，物质的性质与地壳类似，人们认为那里也是岩石的领地。于是，科学家将地壳和地幔的最上部合在一起，命名为“岩石圈”。

在岩石圈之下的地幔和地核，通过地震波，人们可以确定物质是固体还是液体，密度有多大。目前人们认为，由于地幔能够使地震波中的横波通过，因此是固体的。而地核就比较复杂，地球深度从2900千米到5000千米的外核部分，横波无法穿过，表现出液体的特点；5000千米以下直到地心，是固态的。按照地核的密度推测，那里似乎以金属铁、镍为主。地核是一个炽热无比的世界，温度可能高达7000摄氏度以上，虽然在地表，铁的熔点只有1535摄氏度，但是在巨大的压力下，地球心脏的铁却拒绝熔化。

由于越接近地心，压力越大，所以物质的性质与地表有很大差异。比如地幔物质，虽然它被认为是固态的，但是在强大的压力下，地幔物质也会表现出流体的性质。所以，关于地球深处具体是什么物质，处于什么状态，科学界还众说纷纭，难下结论。

事实上，大部份地质学家已接受一个论点，即地球由两个主要部份组成——矽酸盐地函和镍-铁地核（如同蛋白和蛋黄一样的组成），他们并认为早期的地球必为液态，后来则可能包含两种互不溶解的液体。矽酸盐液体较轻，浮在上方并将热辐射到太空而冷却。底下的铁熔液则被上层隔绝未能直接暴露出来，释热很慢，所以可能到目前仍为液体。当然也并非所有科学家都接受地球有液态阶段的说法。美国化学家尤瑞（Harold Clayton Urey）特别坚持地球一直都是固态的。他驳斥说，巨大固态地球的铁核仍能由铁的缓慢分离而形成；即使现在，铁还可能以1秒5万吨的速率从地函迁移到地核中去。

4 低温地球化学

低级变质作用、退变质作用、埋藏变质作用、洋底喷流沉积成岩成矿作用； 汞、雄黄、雌黄矿床和密西西比河谷型铅锌矿床等；贵金属和其它金属矿床：低温热液铊矿床，高寒冻土地带的金矿床，不整合脉型铀矿床富含金和钯，众多的铀矿床和非金属矿床等；长石的交代作用。 参考文献

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二 水-岩化学作用的主要类型及其影响因素。

地壳中最常见的水-岩化学作用类型有以下几类：

1 脱水和水解反应——水解作用的实质是水电离的H+或OH-进入矿物晶格，分别取代其中的阳离子或阴离子，从而使矿物解体形成新矿物。 如，钾长石水解形成高岭石的反应为：

4K [AlSi3O8] +6H2O→Al4 [Si4O10] (OH) 8+8SiO2+4KOH

此水解反应受PH控制，当水解反应使溶液偏碱性时，天然水将吸收大气中的CO2和土壤中的CO2,HCl,H2S等，使水的PH值保持在5-7之间，以增强水解的活力。

在不同的PH条件下，矿物水解后的产物是不同的，如在表生条件下硅酸盐矿物水解可形成不同的次生矿物。白云母(KAl2[AlSi3O10](OH)2)水解后的次生矿物系列即为一例：

KAl2[AlSi3O10](OH)2 →K1-nAl2[AlSi3O10](OH)2·H2O PH=7.8～9.5 伊利石 →Al2[AlSi3O10](OH)2·nH2O PH=7.5～8.5 贝得石 →Al2[AlSi3](OH)2·nH2O PH=7～8.5 蒙脱石 →Al2[Si4O10](OH)8·4H2O PH=6～7 埃洛石 →Al2[Si4O10](OH)8·2H2O PH=5～6(?) 变埃洛石 →Al2[Si4O10](OH)8 PH=3.5～8 高岭石 硅酸盐矿物水解后，碱金属和碱土金属阳离子与OH-离子进入水体，最后可汇入聚水盆地，而与硅铝阴离子结合在一起的H+进入粘土矿物，这些粘土矿物属难溶解的弱酸性物质，是土壤的主要组成部分。

在温度，压力增高时，粘土矿物可发生脱水反应，如：

Al2Si2O5(OH)4+2SiO2→Al2Si4O10(OH)2+H2O; 高岭土 石英 叶腊石 水

叶腊石进一步脱水，生成红柱石或蓝晶石：

Al2Si4O10(OH)2→Al2SiO5+3SiO2+H2O 叶腊石 红柱石(蓝晶石)

2 氧化还原反应——氧化作用和还原作用是一个完整体系中相对独立又相互统一的反应的两个方面。氧化还原反应实际上是电子转移的反应。如铁的硅酸盐和硫化物发生氧化时，在水的参与下，二价铁离子失去一个电子被氧化成三价，