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1.地球表层指与人类直接有关的一部分地球环境，其范畴大致上始大气对流层顶，下至岩石圈上部，包括大气、水、岩石、生物在内的特殊圈层。
地球表层的各圈层之间有着千丝万缕的联系，它们是相互关联、互相渗透的。
岩石圈承载着河流、湖泊，人类和一切生命系统也活跃在这里。
在各圈层之间有非常广泛的物质和能量的传输和交换。
海洋和大气之间的相互作用就是非常明显的例证。
大气和水圈海洋的相互作用，可以影响到全世界的天气变化。
同时，它们承受变化而不产生灾难的能力是有限的。
岩石圈地壳是地球表面一层薄薄的、由岩石组成的固体外壳，地球固体圈层的最外层，岩石圈的重要组成部分，其底界为莫霍洛维契奇不连续面（简称莫霍面）。
整个地壳均匀厚度约17千米，其中大陆地壳厚度较大，均匀为33千米。
高山、高原地区地壳更厚，最高可达70千米；平原、盆地地壳相对较薄。
大洋地壳则远比大陆地壳薄，厚度只有几千米。
大气圈大气圈是地球外圈中最外部的气体圈层，它包围着海洋和陆地。
大气圈没有确切的上界，在2000～公里高空仍有淡薄的气体和基本粒子。
在地下，土壤和某些岩石中也会有少量空气，它们也可以为是大气圈的一个组成部分。
由于地心引力作用，几乎全部的气体集中在离地面100公里的高度范围内，其中75％的大气又集中在地面至10公里高度的对流层范围内。
对流层的气温随高度的增加而降低，空气对流运动明显，是与人类关系最密切的一层，由于云、雨、雾、雪等天气现象都发生在这一层。
平流层大气以水平运动为主，气流平稳，适合飞机飞行。
气温随着高度的增加而升高，由于平流层的臭氧层吸收了大量的紫外线。
高层大气空气密度很小，含有电离层，能够反射无线电波，对人类的无线电通讯活动有重要作用。
地球大气圈是一个保护层，使人类免受有害射线的照射，同时提供了人类生存所必须的氧气。
人类天天都在呼吸新鲜空气，吸进氧气，排出二氧化碳。
空气与阳光、水分一样是不可缺少的。
没有大气圈，人类乃至生物界将不能生存。
1.3水圈7水圈是地表和近地表的各种形态水的总称，包括海洋、湖泊、河流、沼泽、冰川以及土壤和岩石孔隙中的水，生物圈中存在的水等。
第二章 地壳及其物质组成2.1 地壳是固体地球的外部圈层2.1.1 地球的圈层构造地球是不规则的椭球体，它是一个沿着近似圆形的轨道绕太阳公转的行星。
根据大地测量和地球卫星测量可知，地球的赤道半径约为6378 km ，两极半径约为6357 km ，平均半径约为6371 km 。
地球表面积约为5.1×108 km 2，大陆面积约为1.48×108 km 2，约占29％；海洋面积约为3.6×108 km 2，约占71％。
地球的体积为1.083×1012 km 3，平均密度为5.52 kg/m 3。
地球的内部构造是具有同心圈层构造的球体，根据不同的圈层特点地球从地表到地心可分为地壳、地幔和地核（图2-1）。
（1）地壳 地壳是地球体的表层，是人类赖以生活和活动的场所，水圈和生物圈的大部都分布在地壳上。
在太阳光、大气、水、生物和地球内部岩浆活动作用下，地壳也是各种地质作用进行的场所。
人类开采的矿产资源均埋藏于地壳上部的岩石圈中，所有工程建筑物、构筑物也都建筑在地壳上，同时地壳也是建筑材料的主要来源地。
所以说地壳是地球科学研究的主要对象，它是人类生存和工程建设的物质基础。
地壳的平均厚度约为33 km ，由地表所见的各种 岩石组成。
一般的工程活动大多在地壳的表层约1～2 km 的深度范围内进行，也有在较大的深度进行的工程活动，如一些石油和天然气项目的钻探深度可达7 km 以上。
（2）地幔介于地壳和地核之间的构造层，也称中间层或过渡层。
是地球的主体部分。
地幔厚度约为2900 km ，根据物质成分和所处的状态，可将地幔分为上地幔和下地幔。
上地幔主要由富含铁、镁的硅酸盐物质组成，而下地幔主要是由金属氧化物和硫化物组成。
（3）地核位于地幔以下，其半径约为3500 km ，是地球的核心部分。
物质成分以铁为主，以铁镍合金的方式存在。
靠近地幔的外核主要呈现液态状态，而内核则由于极高压的原因呈现结晶的固体状态，且刚性很高。
四.地球及各圈层的物质组成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，还有固体地圈的板块运动。
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，而困难的是下地壳、地幔，尤其是下地幔和地核。
解决这一问题，法金顿（1911）、克拉克（1921）应用陨石类比法；华盛顿（1925）、马逊（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（主要阴离子）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)与Cameron(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Fe 2O 。
如果大多数Fe 按Fe 2O 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Fe 2O 占32%，那么根据太阳Fe/Si 比值可以得出地幔FeO 占重量15%，那么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 、Al 2O 3、CaO 、Na 2O 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Al 2O 3，此外还含有CaO 和NaO 。
2.1 地壳元素组合与矿物形成（1）地壳元素组成和分类地壳元素丰度的总特征可大致归纳如下：地壳中已发现的化学元素有92种，即元素周期表中1至92号元素；地壳中不同元素的含量差别很大，含量最高的元素氧(47%)与含量最低的氡(10-16)差1017倍；含量最高的三个元素氧、硅、铝的总量占地壳元素总量的84.6%；若加上含量大于1%的元素铁、钙、钠、钾、镁，总和达98%，剩余的84个元素重量的百分含量之和仅为2%；总体上，元素的原子丰度随元素的原子序数增大而降低，偶数原子序数的元素比相邻的奇数原子序数的元素丰度值高；惰性元素丰度偏低；按化学计量比计算，地壳中阴离子的总数大大低于阳离子总数，阳离子与阴离子结合能力的大小和倾向性决定了元素的地球化学行为。
元素的地球化学分类方案较多，以下从地壳化学组成的角度出发，结合元素的地球化学行为将地地壳中元素的地球化学行为与元素的化学和晶体化学性质有关，也与地壳中元素的丰度壳元素分为主量元素、微量元素、硫(硒、碲)和卤族元素、金属成矿元素、亲生物元素和亲气元素、放射性元素。
主量元素：主量元素有时也称为常量元素，是指那些在岩石中(≠地壳中)含量大于1%(或0.1%)的元素，在地壳中大于1%的8种元素都是主量元素，除氧以外的7种元素在地壳中都以阳离子形式存在，它们与氧结合形成的氧化物(或氧的化合物)，是构成三大类岩石的主体，因此又常被称为造岩元素。
地壳中重量百分比最大的10个元素的顺序是：O＞Si＞Al＞Fe＞Ca＞Na＞K＞Mg＞Ti ＞H，若按元素的原子克拉克值(原子个数)，则原子个数最多的元素是：O＞Si＞H＞Al＞Na ＞Mg＞Ca＞Fe＞K＞Ti。
Ti、H(P)在地壳中的重量百分比虽不足1%，但在各大类岩石中频繁出现，也常被称为造岩元素。
上述地壳中含量最高的十种元素，在各类岩石化学组成中都占重要地位。
虽然不同类型岩石的矿物成分有差异，但主要矿物都是氧化物和含氧盐，尤其是各种类型的硅酸盐，因此可将整个地壳看成一个硅酸盐矿物集合体。
岩浆岩是地壳中分布最广的岩石大类，从酸性岩直到超基性岩，主要矿物都是硅酸盐，不同的是：超基性岩和基性岩主要由镁、铁(钙)的硅酸盐组成，中、酸性岩主要由钾、钠的铝硅酸盐和氧化物组成。
大陆地壳中上部中酸性岩石占主导的地位，下部中基性岩为主体；大洋地壳以基性岩石为主，因此地球科学家常称地壳为硅酸盐岩壳。
也有的学者将以中酸性岩为主的部分称为硅铝质地壳，将以基性岩为主的部分称为硅镁质地壳。
由此可知：地壳中主量元素的种类(化学成分)决定了地壳中天然化合物(矿物)的类型；主要矿物种类及组合关系决定了其集合体(岩石)的分类；而地壳中主要岩石类型决定了地壳的基本面貌。
微量元素：在地壳(岩石)中含量低于0.1%的元素，一般来说不易形成自己的独立矿物，多以类质同象的形式存在于其它元素组成的矿物中，这样的元素被称为微量元素。
比如：钾、钠的克拉克值都是2.5%，属主要元素，在自然界可形成多种独立矿物。
与钾、钠同属第一主族的铷、铯，由于在地壳中的含量低，在各种地质体中的浓度亦低，难以形成自己的独立矿物，主要呈分散状态存在于钾、钠的矿物中。
硫(硒、碲)和卤族元素：在地壳中，除氧总是以阴离子的形式存在外，硫(硒、碲)和卤族元素在绝大多数情况下都以阴离子形式存在。
虽然硫在特定情况下可形成单质矿物(自然硫S2)，硫仍是地壳中除氧以外最重要的呈阴离子的元素。
硫在热液成矿阶段能与多种金属元素(如贵金属Ag、Au，贱金属Pb、Zn、Mo、Cu、Hg等)结合生成硫盐和硫化物矿物，这些矿物是金属矿床的物质基础。
若矿物结晶时硫含量不充分，硒可以进入矿物中占据硫在晶格中的位置，硫、硒以类质同象的方式在同种矿物中存在。
碲与硫的晶体化学性质差别比硒大，故碲通常不进入硫化物矿物，当硫不足时，它可以结晶成碲化物。
氯、氟等卤族元素，通过获得一个电子就形成稳定的惰性气体型(8电子外层)的电层结构，它们形成阴离子的能力甚至比氧、硫更强，只是因为卤族元素的地壳丰度较氧、硫低得多，限制了它们形成独立矿物的能力。
卤族元素与阳离子结合形成典型的离子键化合物。
离子键化合物易溶于水，但气化温度较高，在干旱条件下，卤化物还是比较稳定的。
当卤族元素的浓度较低，不能形成独立矿物时，它们进入氧化物，在含氧盐矿物中，常见它们以类质同象方式置换矿物中的氧或羟基金属成矿元素：在地质体中金属元素多形成金属矿物(硫化物、单质矿物或金属互化物，部分氧化物)，在矿产资源中作为冶炼金属物质的对象。
金属成矿元素按其晶体化学和地球化学习性以及珍稀程度可以分为：贵金属元素、金属元素、过渡元素、稀有元素、稀土元素。
贵金属元素Ag、Au、Hg、Pt等，贵金属元素在地壳中主要以单质矿物，硫化物形式存在，在地质体中含量低，成矿方式多样，但矿物易分选，元素化学稳定性高，成矿物质的经济价值高；金属元素Pb、Zn、Cu（又称贱金属元素）、Sb、Bi等，在地壳中主要以硫化物形式存在。
成矿物质主要通过热液作用成矿，硫(硒、碲)的富集对成矿过程有重要意义。
矿床中成矿元素含量较高，是国民经济生活中广泛应用的矿产资源；过渡元素Co、Ni、Ti、V、Cr、Mn和W、Sn、Mo、Zr、Hf等，这些元素在自然界多以氧化物矿物形式存在，部分也可形成硫化物(如钼)或硫盐(如锡)。
稀有元素Li、Be、Nb、Ta、Ti、Zr在地壳中含量很低，主要形成硅酸盐或氧化物。
稀土元素钇和镧系元素统称为稀土元素，地壳中稀土元素含量低，但它们常成组分布。
稀土元素较难形成自己的独立矿物，主要进入钙的矿物，在矿物中类质同象置换钙。
较常见的稀土元素矿物和含稀土元素的矿物都是氧化物或含氧盐类矿物。
亲生物元素和亲气元素：主要有C、H、O、N和P、B，它们是组成水圈、大气圈和生物圈的主要化学成分，在地壳表层的各种自然过程中起着相当重要的作用。
部分微量元素(如Zn、Pb、Se等)以及在地壳表层和水圈中富集的元素Ca、Na、F、Cl等对生命的活动有重要意义，具亲生物的属性。
某些亲生物元素的过量或馈乏不仅会影响生命物体的正常发育，严重时还会引起一些物种的绝灭。
放射性元素：现代地壳中存在的放射性元素（同位素）有67种。
原子量小于209的放射性同位素仅有十余种，它们是：10Be,14C，40K,50V,87Rb,123Te,187Re,190Pt,192Pe,138La,144Na,145Pm,147Sm,148Sm和149Sm，自84号元素钋(Po)起，元素(同位素)的原子质量都等于或大于209，这些原子核都有放射性，它们都是放射性同位素。
现代核物理技术的高度发展，已经能够通过中子活化及核合成技术生成许多新的放射性元素(同位素)，若将这些元素计算在内，元素周期表内的元素总数应增加到109个。
（2）矿物的分类、晶形及其物理性质地壳中各种元素多数组成化合物，并以矿物的形式出现。
矿物多数是在地壳(地球)物理化学条件下形成的无机晶质固体，也有少数呈非晶质和胶体。
矿物学是地球科学中研究历史最悠久的分支学科之一。
自有人类以来就开始了对矿物的认识和利用，人类有了文字就有了对矿物认识的记载。
矿物学作为一门独立的学科已有近三个世纪的历史了，20世纪20年代以来在矿物学研究中逐步引入了现代科学技术的研究手段和方法，使矿物学进入了由表及里、由宏观到微观的研究层次，开始了矿物成分、结构与物理性质、开发应用综合研究的新阶段。
迄今发现的矿物种数已达3000余种。
常见的造岩矿物只有十余种，如石英、正长石、斜长石、黑云母、白云母、角闪石、辉石、橄榄石等，其余属非造岩矿物。
按矿物中化学组分的复杂程度可将矿物分成单质矿物和化合物。
化合物按与阴离子的结合类型(化学键)划分大类，主要大类有：硫化物(包括砷、锑、铋、碲、硒的化合物)；氧的化合物；以及卤化物。
在各大类中按阴离子或络阴离子种类可将矿物划分类，各类中按矿物结构还可以划分亚类，在亚类中又可以进一步划分部、族和矿物种。
