第二节 地壳
一、地壳的物质组成
地壳是由各种固体岩石组成的，而岩石则是各种矿物的集合体，矿物又是由各种化学元素结合而成。
（一）元素在地壳中的分布
已知地壳中大约存在有92种元素。这些元素在地壳中的含量和分布都是极不均匀的。含量不均匀表现在不同元素在地壳中所占的质量百分比是极其不同的，分布不均匀表现在同一种元素在地壳的不同地区或地点含量并不完全一致。当一些有用元素在某一地区高度富集时便形成矿产，如铁元素富集形成铁矿、金元素富集形成金矿、有机碳富集形成煤矿等。
美国学者克拉克（1889年）最早研究了地壳中元素的平均含量。他根据采自世界各地的5159个岩石样品的化学分析数据，求出了地壳内50种元素的平均质量百分比。鉴于他在这项工作中的贡献，地质学上把元素在地壳中的平均质量百分比称为元素的克拉克值。而某一地区某种化学元素的质量百分比称为该元素的丰度值。
表3.2 地壳主要元素的平均质量百分比
继克拉克之后，在许多地球科学家的共同努力之下，使元素的克拉克值不断地得到补充与修正。表3.2列举了地壳中10种最主要化学元素的克拉克值，这10种元素按克拉克值由大到小依次是O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg、Ti、H，它们共占地壳总质量的99.96％，其中O、Si、Al、Fe四种元素即占88.13％。地壳中的化学元素除少数以自然元素状态产出外，绝大部分都以化合物形式存在，其中以氧化物和含氧盐最为常见。
（二）矿物
1.矿物的概念
矿物（mineral）是地壳中天然形成的单质或化合物，它具有一定的化学成分和内部结构，因而具有一定的物理、化学性质及外部形态。
自然界大多数矿物是由两种以上的元素组成的化合物，如石英（SiO2）、方解石（CaCO3）、磁铁矿（Fe3O4）等；少数是由一种元素组成的单质矿物，如自然金（Au）、自然硫（S）、金刚石(C)等。在通常状况下，绝大多数矿物是固体，只有极少数是液体（如自然汞（Hg）、水（H2O）等）。
固体矿物按其内部质点的结构不同可分为晶质矿物和非晶质矿物两类。晶质矿物的内部质点（原子、离子或分子）呈有规律的排列，如石盐（NaCl）内部的Na+和Cl-离子在任一方向上都是按一定间隔重复出现并组成网格状。晶质矿物在有利的条件下都能生长成规则的几何多面体外形，这种几何多面体称为晶体，包围晶体的平面称晶面。晶体的大小不等，小的可以是几微米到几毫米，大的可以达几十厘米甚至几米以上。非晶质矿物的内部质点排列无规律，颇类似于液体，可以说是硬化了的液体，它在外形上常表现为均一的、无颗粒的不定形凝固体面貌。自然界中绝大多数固体矿物是晶质矿物，只有少数矿物，如火山玻璃及一些胶体凝固矿物属非晶质矿物，而且非晶质矿物随时间增长可自发转变为晶质矿物。
2.矿物的形态与物理性质
不同矿物的化学成分与内部结构不同，决定其具有不同的外部形态与物理性质，这种特定的矿物形态与物理性质是鉴定矿物的重要依据。
（1）矿物的形态
晶质矿物在有利的条件下形成的单个完整晶体（称单体）往往具有特殊的几何形态。这种单体的形态多种多样，但归纳起来，可分为三种类型：
一向延伸型 呈柱状或针状的晶形，如石英、辉锑矿、角闪石等；
二向延伸型 呈片状或板状的晶形，如云母、长石等；
三向等长型 呈粒状或等轴状晶形，如黄铁矿、石榴子石、磁铁矿等。
由同种矿物的多个单体或颗粒聚合在一起时称为矿物集合体。矿物集合体也常具有某种习惯性的形态，它们多取决于矿物单体形态及集合方式。一向延长型单体常集合成晶簇状、纤维状、放射状等集合体形态；二向延长型单体常集合型成片状、鳞片状等集合体形态；三向延长型单体常集合成粒状等集合体形态。由胶体凝聚而成的非晶质及隐晶质矿物集合体常呈鲕状、肾状和钟乳状等集合体形态。