視覺化地殼中元素的豐富程度
地殼中的元素為人類提供了所有的基本構件。
但即使地殼是我們發現、開採、提煉和建造的一切的源頭,它實際上只是我們星球的表面。
畢竟,地球最內層,即地核,佔地球體積的 15%,而地幔則佔 84%。剩下的 1% 是地殼,這是一個薄層,深度約為 5-70 公里(~3-44 英里)。地殼由固體岩石和礦物組成,這些岩石和礦物在地球年輕時冷卻並凝固。
該資訊圖基於 WorldAtlas 的資料,查看了構成這 1% 的元素。
地殼元素
地殼是包含海洋和陸地的剛性表面。大多數元素在地殼中的含量僅為微量,但也有一些含量豐富。
地殼由大約 95% 的火成岩和變質岩、4% 的頁岩、0.75% 的砂岩和 0.25% 的石灰岩組成。
氧(Oxygen)、矽(Silicon)、鋁(Aluminum)和鐵(Iron)佔地殼質量的 88.1%,而另外 90 種元素佔剩餘的 11.9%。
雖然金、銀、銅和其他賤金屬和貴金屬是最受追捧的元素之一,但它們加起來只佔地殼質量的不到 0.03%。
雖然氫(Hydrogen)是已知宇宙中含量最豐富的元素,但僅是地殼中含量最高的 10 種元素之一,僅佔 0.1%。
#1:氧氣(Oxygen,O)
氧是迄今為止地殼中含量最豐富的元素,佔質量的 46%,僅佔總質量的不到一半。在整個宇宙中,氧氣的丰度排名第三。
氧氣佔地球大氣的 21% 和水質量的 90%。它可以說是地球上生命最重要的元素,實際上它約佔人體成分的三分之二。更重要的是,地球上的大多數有機生命都需要氧氣才能生存。它是大多數生物的主要成分之一。
氧是一種高反應性元素,可與其他元素結合形成氧化物。常見氧化物的一些例子是礦物質,例如花崗岩和石英(矽的氧化物)、鐵鏽(鐵的氧化物)和石灰石(鈣和碳的氧化物)。
在地殼中,有大量的矽酸鹽,它是由矽和氧形成的。氧還與鐵配對以產生鐵礦石和構成地殼大部分的各種鐵化合物。
液氧高度易燃,可用作燃料,而氧氣和乙炔會產生足夠熱的火焰,可用於焊接和金屬熔化。
#2:矽(Silicon,Si)
超過 90% 的地殼由矽酸鹽礦物組成,使矽成為地殼中第二豐富的元素。它佔地殼的 28% 左右,可以在多種礦物質和元素化合物中找到,通常與氧結合。
矽與氧結合形成地球上最常見的礦物質。二氧化矽是石英、紫水晶、蛋白石和水晶等多種硬結晶岩石的主要成分。例如,在大多數地方,沙子主要由二氧化矽(二氧化矽)組成,通常以石英的形式存在。
矽還用於各種人造產品,例如玻璃產品和磚塊。矽是一種必不可少的半導體,用於製造電子產品和計算機晶片。
#3:鋁(Aluminum,Al)
鋁是地殼中第三大最常見的元素,但它是地殼中含量最豐富的金屬,約佔地殼的 8%,實際上是地殼中含量最高的金屬。
由於鋁對氧有很強的親和力,因此很少發現其元素狀態的鋁。氧化鋁 (Al2O3)、氫氧化鋁 (Al(OH)3) 和硫酸鋁鉀 (KAl(SO4)2) 是常見的鋁化合物。
鋁和鋁合金有多種用途,從廚房箔到火箭製造。
#4:鐵(Iron,Fe)
地殼中第四常見的元素是鐵,佔地殼質量的 5% 以上。鐵是地球上非常重要的元素,它實際上構成了地球核心的大部分。
此外,由於它的豐富性,它已被人類使用了數千年,甚至有一個時代被命名為鐵器時代。儘管自鐵器時代以來人類有了很大的發展,但鐵在現代仍然是一種主要使用的金屬。
鐵對有機生命也很重要。它是人體血液的重要組成部分,是植物葉綠素的組成部分。
鐵主要從赤鐵礦和磁鐵礦中獲得。在我們開採的所有金屬中,超過 90% 是鐵,主要用於製造鋼,一種碳和鐵的合金,這是從小家居用品到橋樑和建築物中最常用的金屬之一。
#5:鈣(Calcium,Ca)
按重量計,鈣約佔地球地殼的 4.2%。
鈣通常與骨骼和發育相關的人類生長有關。
在純元素狀態下,鈣是一種柔軟的銀白色鹼土金屬。它在自然界中從未以孤立的狀態存在,而是以化合物的形式存在,並且經常與氧氣或水結合。鈣化合物存在於多種礦物中,包括石灰石(碳酸鈣)、石膏(硫酸鈣)和螢石(氟化鈣)。
碳酸鈣也是一種常見的化合物,可以在多種岩石型別中找到,例如大理石、白堊和石灰石,以及貝殼和珍珠。
鈣化合物廣泛用於食品和製藥行業的補充。它們還用作造紙工業中的漂白劑、水泥和電絕緣體的成分以及製造肥皂。
#6:鈉(Sodium,Na)
鈉約佔地殼的 2.3%,在最豐富的元素列表中排名第 6。
與此列表中的許多元素一樣,它在自然界中從未被發現是遊離的,而是以複合形式存在的。當它處於隔離形式時,它也是一種高反應性元素。
對於人類來說,鈉通常與岩鹽聯絡最緊密 - 氯化鈉。由於它非常易溶於水,鈉是海洋中最常見的溶解元素之一,實際上鹽水體經常產生氯化鈉或鹽沉積物,尤其是在水體乾涸的地方。
鈉也是動物和人類的必需元素,有助於有機生命維持足夠的體液平衡,進而影響神經和肌肉纖維。
#7:鎂(Magnesium,Mg)
鎂是地殼中第 7 位最常見的元素,丰度約為 2%。
該金屬不是作為遊離元素出現,而是與其他元素(如氧、鈣和碳)結合出現。白雲石是含鎂礦物的一個例子。
#8:鉀(Potassium,K)
大約 2% 的地殼是鉀元素。
它不是在自然界中以單獨形式存在的元素,而是存在於地球中自由發現的許多化合物中。它的純淨形式對氧氣和氫氣都具有高度反應性,這意味著它可以在水中或露天燃燒。
當然,鉀可以在鉀肥和各種礦物質中找到,例如肉質、鉀鹽或雜滷石。最常見的鉀化合物是用於肥料等的氯化鉀,以及用於肥皂和某些型別玻璃的碳酸鉀。
#9:鈦(Titanium,Ti)
鈦佔地殼總成分的 0.6%,遠不如列表中第 1 到第 8 位的元素豐富。儘管如此,它仍然是一個重要的元素,並且以非常堅固和非常輕而著稱。
鈦可以在金紅石、鈦鐵礦和釓等礦物中找到,這些礦物可以在地殼中找到。正因為如此,它被人類以多種方式使用,從飛機到人造人體關節。
#10:氫氣(Hydrogen,H)
氫實際上是已知宇宙中最豐富的元素,但它在地殼中的元素中僅排在第十位,因為它最常以氣體形式存在。
氫有許多在地球上很容易在自然界和人類製造中發現的化合物。
氫當然是水、H2O 中的關鍵成分,但也是常見的化合物氨、甲烷、過氧化氫甚至糖中的成分,所有這些都可以被人類輕鬆使用。
挖掘地殼
儘管儒勒·凡爾納(Jules Verne)寫了小說,但沒有人去過地球中心。
事實上,人類有史以來挖的最深的洞大約在地表以下 12 公里(7.5 英里)處,大約是通往地幔的三分之一。這個令人難以置信的深度需要大約 20 年的時間才能達到。
儘管人類在不斷地進行新的發現和追星,但我們所站立的地球仍有許多值得探索的地方。