2025年大學(xué)《行星科學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——行星物質(zhì)的化學(xué)成分和多樣性考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、填空題（每空2分，共20分）1.行星的主要化學(xué)成分可分為_(kāi)_________、__________和金屬三大類。2.地球地幔中含量最高的礦物是__________，其主要化學(xué)成分可表示為_(kāi)_________。3.指示行星氧逸度狀態(tài)的重要元素或礦物是__________。4.木星和土星被稱為_(kāi)_________行星，其主要成分是__________和__________。5.除水之外，對(duì)行星宜居性產(chǎn)生重要影響的常見(jiàn)揮發(fā)分還包括__________、__________和__________。6.根據(jù)化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)，礦物可分為_(kāi)_________、__________和__________三大類。7.由巖漿冷卻凝固形成的巖石稱為_(kāi)_________巖。8.同位素地球化學(xué)研究表明，太陽(yáng)系的物質(zhì)主要起源于__________和__________。9.鐵鎂質(zhì)礦物通常富含__________、__________等元素。10.彗星被認(rèn)為是太陽(yáng)系中最接近原始成分的天體，其冰中溶解的氣體主要反映了__________的組成。二、名詞解釋（每題3分，共15分）1.礦物2.硅酸鹽3.氧化狀態(tài)（或氧化還原電位）4.巨行星5.巖漿分異三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述地殼和地幔在主要化學(xué)成分上的顯著差異。2.解釋水在行星形成和演化過(guò)程中的重要作用。3.為什么說(shuō)硫化物和氧化物是區(qū)分不同類型行星的重要化學(xué)指標(biāo)？4.簡(jiǎn)述長(zhǎng)石族礦物的特征及其在地殼演化中的意義。四、論述題（每題10分，共30分）1.試述類地行星（如地球、火星）與巨行星（如木星、土星）在化學(xué)組成上的根本區(qū)別，并分析造成這些差異的可能原因。2.結(jié)合你所學(xué)的礦物學(xué)知識(shí)，說(shuō)明如何通過(guò)分析行星表面的巖石和礦物成分來(lái)推斷其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和可能的演化歷史。3.論述同位素分餾原理在確定行星形成年代、追溯物質(zhì)來(lái)源以及判斷行星環(huán)境（如溫度、壓力、氧化還原狀態(tài)）方面的應(yīng)用價(jià)值。試卷答案一、填空題（每空2分，共20分）1.硅酸鹽揮發(fā)分2.橄欖石MgSiO?或(Mg,Fe)?SiO?3.氧化物（如FeO,Fe?O?）或磁鐵礦4.冰giants氫氦5.二氧化碳氮?dú)鈿錃?.原生礦物次生礦物同質(zhì)多象礦物7.火成8.原始太陽(yáng)星云原始行星碎片9.鎂鐵或Fe,Mg10.原始太陽(yáng)星云二、名詞解釋（每題3分，共15分）1.礦物：自然界中形成的、具有確定化學(xué)成分（通常為化合物）和原子結(jié)構(gòu)（晶體結(jié)構(gòu)）的、具有一定物理性質(zhì)的固體物質(zhì)。2.硅酸鹽：由硅氧四面體（SiO???）作為基本結(jié)構(gòu)單元，并與金屬陽(yáng)離子結(jié)合形成的化合物大類，是構(gòu)成地殼和地幔的主要物質(zhì)。3.氧化狀態(tài)（或氧化還原電位）：元素在化合物中顯示的化合價(jià)或得失電子能力的狀態(tài)，反映了物質(zhì)所處的氧化還原環(huán)境。4.巨行星：指質(zhì)量巨大，主要成分是氫和氦的行星，通常分為氣態(tài)巨行星（如木星、土星）和冰巨行星（如天王星、海王星）。5.巖漿分異：指巖漿在冷卻凝固過(guò)程中，由于物理化學(xué)條件的改變（如溫度、壓力下降、結(jié)晶分異、揮發(fā)分損失等），使其化學(xué)成分發(fā)生分化的過(guò)程。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述地殼和地幔在主要化學(xué)成分上的顯著差異。答：地殼相對(duì)于地幔，其硅酸鹽中硅氧四面體（SiO???）的比例更高，即硅鋁酸鹽含量更高，鎂鐵含量相對(duì)較低；同時(shí)，地殼含有較多稀有元素和揮發(fā)性物質(zhì)，而地幔則以硅鎂鐵酸鹽（特別是橄欖石、輝石、角閃石）為主，鎂鐵含量高，稀有元素和揮發(fā)性物質(zhì)含量低。具體表現(xiàn)為地殼的平均組成更接近長(zhǎng)石，而地幔的平均組成更接近玄武巖。2.解釋水在行星形成和演化過(guò)程中的重要作用。答：水作為重要的揮發(fā)分，在行星形成早期起到了關(guān)鍵作用。它降低了熔點(diǎn)，促進(jìn)了巖漿的分異作用和火山活動(dòng)；水可以溶解多種物質(zhì)，參與行星內(nèi)部的物質(zhì)循環(huán)；水的存在是形成海洋和可能支持生命的基礎(chǔ)條件；水還可以影響行星的氣候和表面地質(zhì)過(guò)程。3.為什么說(shuō)硫化物和氧化物是區(qū)分不同類型行星的重要化學(xué)指標(biāo)？答：不同類型的行星形成了不同的化學(xué)環(huán)境，導(dǎo)致其表面和內(nèi)部積累了不同的硫化物和氧化物。例如，類地行星表面富集氧化物（如硅酸鹽、鐵氧化物），而具有豐富金屬地核的行星（如木星、土星）富含硫化物（如硫、磷化物）。因此，通過(guò)分析這些硫化物和氧化物的種類和含量，可以有效區(qū)分行星的類型和判斷其形成和演化的歷史。4.簡(jiǎn)述長(zhǎng)石族礦物的特征及其在地殼演化中的意義。答：長(zhǎng)石族礦物是地殼中最豐富的造巖礦物，其主要特征是含有硅氧四面體，化學(xué)成分可表示為(Na,K,Ca)AlSi?O?。它們根據(jù)Al-Si含量可分為堿性長(zhǎng)石（富K）和斜長(zhǎng)石（富Ca）。長(zhǎng)石族礦物的存在和變化反映了地殼的酸堿度、形成環(huán)境和演化歷史。例如，斜長(zhǎng)石含量高通常指示鎂鐵質(zhì)巖漿或地幔源區(qū)，而堿性長(zhǎng)石的出現(xiàn)則可能與板內(nèi)巖漿活動(dòng)或造山帶環(huán)境有關(guān)。四、論述題（每題10分，共30分）1.試述類地行星（如地球、火星）與巨行星（如木星、土星）在化學(xué)組成上的根本區(qū)別，并分析造成這些差異的可能原因。答：根本區(qū)別在于主要化學(xué)成分的類別和相對(duì)豐度。類地行星（地、火、Mercury、Moon）主要由硅酸鹽巖石和金屬（鐵鎳合金）構(gòu)成，表面富含氧化物，揮發(fā)性物質(zhì)含量低。巨行星（木、土）則主要由氫、氦等輕元素構(gòu)成，內(nèi)部可能有一個(gè)巖石-冰核心，但絕大部分體積由液態(tài)或氣態(tài)的氫和氦組成，表面壓力極高，溫度極低。其化學(xué)成分的差異主要源于形成時(shí)的環(huán)境條件。可能原因：類地行星形成于太陽(yáng)星云中靠近太陽(yáng)的區(qū)域，溫度較高，只有硅酸鹽和金屬能夠凝結(jié)成固體顆粒，并進(jìn)一步吸積形成行星。而巨行星形成于遠(yuǎn)離太陽(yáng)的區(qū)域，溫度低得多，允許氫、氦以及水冰、氨冰、甲烷冰等揮發(fā)分凝結(jié)，并迅速增長(zhǎng)到巨大質(zhì)量，強(qiáng)大的引力能夠捕獲大量的氫和氦。2.結(jié)合你所學(xué)的礦物學(xué)知識(shí)，說(shuō)明如何通過(guò)分析行星表面的巖石和礦物成分來(lái)推斷其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和可能的演化歷史。答：行星表面的巖石和礦物是行星內(nèi)部物質(zhì)分異和演化的產(chǎn)物，分析其成分可以提供重要信息。例如：*成分推斷內(nèi)部組成：地表富集的硅酸鹽類型（如玄武巖指示鎂鐵質(zhì)地幔，長(zhǎng)石巖指示硅鋁質(zhì)地殼）可以反映行星內(nèi)部的主要化學(xué)成分。例如，地球表面以硅鋁酸鹽為主，推斷其具有地殼和地幔結(jié)構(gòu)；而火星表面富含氧化物和硫酸鹽，以及某些類型的硅酸鹽，反映了其地?？赡芟鄬?duì)干燥，并經(jīng)歷了獨(dú)特的表面風(fēng)化過(guò)程。*礦物識(shí)別與巖漿演化：通過(guò)識(shí)別巖石中的原生礦物（如輝石、角閃石、橄欖石，指示巖漿的初始成分和結(jié)晶環(huán)境）和次生礦物（如蝕變礦物，指示后期熱液或風(fēng)化作用），可以推斷行星的巖漿活動(dòng)歷史和演化路徑。例如，地球地殼中廣泛存在的長(zhǎng)石和黑云母表明經(jīng)歷了多次巖漿分異和變質(zhì)作用。*構(gòu)造與成分關(guān)系：表面巖石的分布和變質(zhì)程度可以反映板塊構(gòu)造（如存在變質(zhì)巖、斷層）或大型撞擊事件（如撞擊熔巖平原、球粒隕石成分）等地質(zhì)過(guò)程，這些過(guò)程與行星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)演化密切相關(guān)。*同位素組成：分析礦物中的元素同位素比率（如氧同位素、硫同位素、氫同位素），可以追溯物質(zhì)的來(lái)源（如地幔源區(qū)、水來(lái)源）、形成溫度和壓力條件，以及行星形成后的化學(xué)演化歷史。3.論述同位素分餾原理在確定行星形成年代、追溯物質(zhì)來(lái)源以及判斷行星環(huán)境（如溫度、壓力、氧化還原狀態(tài)）方面的應(yīng)用價(jià)值。答：同位素分餾是指在物理化學(xué)過(guò)程中，由于分子或離子的質(zhì)量差異，導(dǎo)致不同同位素在反應(yīng)物和產(chǎn)物中分布比例發(fā)生改變的現(xiàn)象。這一原理在行星科學(xué)中有廣泛應(yīng)用價(jià)值：*確定行星形成年代：通過(guò)測(cè)量行星巖石或礦物中的放射性同位素（如鈾系、鉀-氬、銣-鍶）及其衰變產(chǎn)物，利用放射性同位素定年法可以確定巖石的形成年齡，進(jìn)而推斷行星的形成時(shí)間或特定地質(zhì)事件的年代。這是建立行星演化時(shí)間框架的基礎(chǔ)。*追溯物質(zhì)來(lái)源：不同來(lái)源的物質(zhì)具有獨(dú)特的同位素組成特征。通過(guò)比較行星樣品（如巖石、隕石）與已知來(lái)源物質(zhì)（如太陽(yáng)風(fēng)、月球、不同類型的隕石）的同位素比值，可以判斷樣品的來(lái)源。例如，地球、月球和不同類型隕石的氧