第四章 地球及各圈层的物质组成

　　第一节 地球的物质组成

　　地球是一个特殊的物理化学系统，她有别于太阳系其他行星，不但有生物圈和生命的长期作用，有液态水圈和氮-氧形成的大气圈，还有岩石圈的板块运动。从而决定了地球系统特有的物质运动与元素行为特征。

　　关于地球的元素丰度，上地壳、水圈、大气圈的成分可以直接观测，困难的是下地壳、地幔，尤其是下地幔和地核。为解决这一问题，克拉克（F．W．Clarke，1921）等应用陨石类比法；华盛顿（H．S．Washington，1925）、梅森（Mason，1966）应用地球模型和陨石类比法；我国黎彤（1976）应用地球物理类比法研究地球的化学成分和元素丰度。他们的研究虽然有些差别，但其结果有共同特征，即地球主要元素丰度：Fe＞O＞Mg＞Si＞Ni＞S＞Ca＞Al＞Co＞Na。地球的化学组成特点是：氧和硫（主要阴离于）原子丰度远小于全部金属阳离子的原子丰度之和，因而地球能有多余的Fe、Ni进入地核；并且地球有一些元素表现为亲氧性，成为造岩元素，另一些元素表现为亲硫性，成为金属成矿元素。

　　目前，许多学者都是借助于宇宙的丰度和已知的观测事实以及地球物理资料来构筑地球模型，主要考虑如下四个方面：①必地球作为宇宙天体的一个成员并由宇宙物质演化而来，地球的元素丰度应与宇宙的元素丰度大致相同，因此可以根据宇宙丰度构成地球基本成分的简单模型；②地球基本成分及其分布必须符合深部地震资料所反映的物质密度、比重等物理参数；③地球成分分布必须与地球总的质量和惯性矩相协调；④地球元素分布必须符合地球内部温度、压力分布的状况。

　　安德森（D．L．Anderson）等（1982）以宇宙元素丰度为基础建立了简单的地球基本成分模型。在这个模型中，地核的主要成分是Fe2O。如果大多数Fe按Fe2O的比例进入地核中，那么地核的质量将占地球总质量的30％～34％，这与地核是地球质量的33％的情况非常一致。而且如果地核中Fe2O占32％，那么根据太阳Fe／Si比值可以得出地幔FeO占重量15％，它接近于月球和火星地幔成分中FeO的比例。

　　除此之外，还有一些学者提出只要加入极少量的S就可以使地核具有所观测到的密度，并且与铁陨石中相对富集S相一致。因此提出Fe-FeS模型。地幔被看成是近于完全氧化的，主要由下列成分组成各种硅酸盐：MgO、SiO、Al2O3、CaO、Na2O和多种氧化物。地壳是位于固体地球最外部的圈层，包括了自地球表面至莫霍面之间的岩石圈上部。包括地球表面岩石圈的风化部分（土壤层），但不包括大气圈和水圈。地壳仅占地球质量的0.5％弱，主要是富含SiO和Al2O3，此外还含有CaO和NaO。