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1、第二讲第一章地球概况第1页，共39页，编辑于2022年，星期二第一节第一节地球的形状和大小地球的形状和大小一一地球的形状地球的形状从人造地球卫星拍摄的地球照片上看到的地球形状从人造地球卫星拍摄的地球照片上看到的地球形状是一个球状体。是一个球状体。二二地球的大小。地球的大小。1975年年第第16届届国国际际大大地地测测量量和和地地球球物物理理联联合合会会(IUGG)建建议议采采用用的的地球形状的主要参数有：地球形状的主要参数有：赤道半径赤道半径(a)6378140km两极半径两极半径(c)6356755km平均半径平均半径R二二(a2c)136371004km长短半径差长短半径差(ac)21.3
2、85km扁率扁率(ac)a1298253表面积表面积4丌丌R2510064472km2体积体积43丌丌R210832X108km3第2页，共39页，编辑于2022年，星期二北极比旋转椭球体凸出约北极比旋转椭球体凸出约10m，南极，南极凹进约凹进约30m，中纬度在北半球稍凹进，中纬度在北半球稍凹进，而在南半球稍凸出而在南半球稍凸出(不到不到10m)根据人造卫星轨道参数分析测算所得出的根据人造卫星轨道参数分析测算所得出的地球真实形状，地球真实形状，据此可以推论：据此可以推论：第一，第一，地球极近似于旋转椭球体，地球极近似于旋转椭球体，这是地球自转所这是地球自转所致，表明它具有弹塑性；致，表明它具有
3、弹塑性；第二，第二，地球不是严格的旋转椭球体，地球不是严格的旋转椭球体，表明其内部物质分布不均匀。表明其内部物质分布不均匀。第3页，共39页，编辑于2022年，星期二第二节第二节地球的外部圈层结构地球的外部圈层结构地球的外部圈层包括：地球的外部圈层包括：大气圈、水圈和生物圈大气圈、水圈和生物圈一、大气圈一、大气圈大大气气圈圈是是由由包包围围着着固固体体地地球球的的大大气气层层构构成成的的。水水中中、土土壤壤中中及及一一些些岩岩石石中中也也含含有有少少量量空空气气，但但其其深深度度一一般般不不超超过过4km。大大气气圈圈没没有有明明显显的的上界，在赤道上空上界，在赤道上空40000km以上仍有大
4、气存在的踪迹。以上仍有大气存在的踪迹。大大气气圈圈的的总总质质量量约约为为5136x1015t，占占地地球球总总质质量量的的千千万万分分之之九九。大大气气圈圈质质量量的的97聚聚集集在在从从地地表表到到29km高高度度范范围围内内，其其中中的的34又又集集中到地面以上中到地面以上lOkm范围内。因此，范围内。因此，越接近地面大气的密度越大。越接近地面大气的密度越大。大大气气圈圈的的物物质质成成分分以以氮氮和和氧氧为为主主，其其中中氮氮占占大大气气圈圈总总质质量量的的755，氧占氧占231；其次有；其次有氩氩占占128，二氧化碳二氧化碳占占005。第4页，共39页，编辑于2022年，星期二根根据
5、据大大气气温温度度、密密度度等等物物理理特特征征，一一般般把把大大气气圈圈自自下下而而上上分分为为5层。层。扩散层扩散层电离层电离层中层中层平流层平流层对流层对流层中层中层对流层对流层平流层平流层第5页，共39页，编辑于2022年，星期二对流层的特点对流层的特点对对流流层层：位位于于大大气气圈圈底底部部，在在赤赤道道地地区区厚厚约约16一一18km，两两极地区厚约极地区厚约7一一10km，冬季较薄，夏季较厚。冬季较薄，夏季较厚。本本层层大大气气的的温温度度主主要要来来自自地地面面的的红红外外辐辐射射，即即由由太太阳阳光光照照射射地地面面再再辐辐射射出出来来的的热热。贴贴近近地地面面的的大大气气
6、受受热热后后体体积积膨膨胀胀，密密度度减减小小，产产生生上上升升运运动动；上上层层大大气气则则因因冷冷却却而而密密度度增增大大，产产生生下下降降运运动动，于于是是形形成成了了热热空空气气与与冷冷空空气气的的对对流流运运动动。地地面面水水体体受受热热汽汽化化产产生的水蒸气自然也参与大气的对流运动。生的水蒸气自然也参与大气的对流运动。所所以以，风风、云云、雨雨、雪雪、雹雹、雷雷、电电等等变变化化多多端端的的天天气气现现象象，都都发发生生在在对对流流层层中中。对对流流层层大大气气的的流流动动，不不仅仅是是一一种种重重要要的的地地质营力，同时又是推动水圈循环的重要因素。质营力，同时又是推动水圈循环的重
7、要因素。第6页，共39页，编辑于2022年，星期二二、水圈二、水圈地球表面地球表面以上的面积被海洋、冰层、湖泊、沼泽、河流中的水体覆盖。以上的面积被海洋、冰层、湖泊、沼泽、河流中的水体覆盖。地地面面以以下下的的土土壤壤和和岩岩石石缝缝隙隙中中也也充充填填有有大大量量的的地地下下水水，它它们们共共同同构构成成一一个个连连续而不规则的圈层，称为续而不规则的圈层，称为水圈水圈。水圈中的水，主要在太阳热能和重水圈中的水，主要在太阳热能和重力的作用下不停地运动着。力的作用下不停地运动着。陆地上的陆地上的地表水、地下水和冰层总的说都可自高地表水、地下水和冰层总的说都可自高处向低处运动，其中绝大部分流入海洋
8、。处向低处运动，其中绝大部分流入海洋。地表水和海洋水通过蒸发地表水和海洋水通过蒸发(或植物的蒸腾或植物的蒸腾)，一部分水成为水蒸气而进入大气圈，由，一部分水成为水蒸气而进入大气圈，由大气环流带到各处，以雨、雪等形式返回大气环流带到各处，以雨、雪等形式返回地面。这样就构成了水圈的循环，并同时地面。这样就构成了水圈的循环，并同时对岩石圈、大气圈与生物圈产生影响。对岩石圈、大气圈与生物圈产生影响。第7页，共39页，编辑于2022年，星期二第8页，共39页，编辑于2022年，星期二表表1-1各种水体的储量表各种水体的储量表水体类型水体类型水体水量水体水量(1012m3)百分数百分数()I海洋水1338
9、00096.538大气水12.90.001陆地水47971.73.4611冰层24064.11.7362永冻土底冰3000.0223地下水234001.6884，湖沼水187.90.01355土壤水16.50.00126江河水2.10.00027生物水1.10.0001总总计计1385984.6100.0(据联合国水文会议文件，1977)第9页，共39页，编辑于2022年，星期二三、生物圈三、生物圈生生物物生生存存的的范范围围可可从从海海平平面面以以上上10km高高空空到到岩岩石石圈圈表表面面以以下下数数公公里里深深处处的的岩岩石石中中(几几乎乎包包括括了了整整个个水水圈圈)。生生物物圈圈中中
10、生生物物及及有有机机体体总总质质量量约约1148X1012t。地地球球上上生生命命物物质质的的出出现现约约在在3500Ma以以前前。在在南南非非距距今今3200Ma的的层层状状岩岩石石中中发发现了现了原核生物化石原核生物化石。一一些些学学者者认认为为，在在地地球球发发展展的的早早期期阶阶段段，大大气气中中的的C02甚甚多多，而而O2比比现现在在少少得得多多。由由于于植植物物的的大大发发展展，植植物物的的光光合合作作用用消消耗耗了了大大部部分分C02使使C在地层中富集，释放出大量的在地层中富集，释放出大量的O2，才使大气的成分达到现代的状况。，才使大气的成分达到现代的状况。第10页，共39页，编
11、辑于2022年，星期二第三节、固体地球的主要物理性质第三节、固体地球的主要物理性质固体地球的主要物理性质包括固体地球的主要物理性质包括:密度密度压力压力重力重力磁性磁性弹性和塑性弹性和塑性温度温度第11页，共39页，编辑于2022年，星期二一、地球的质量和密度一、地球的质量和密度根根据据牛牛顿顿万万有有引引力力定定律律计计算算出出地地球球的的质质量量为为5.9472X1024kg(据据IUGG，1975)，地地球球的的平平均均密度为密度为5.516gcm3。但但在在地地表表出出露露的的岩岩石石中中，测测得得砂砂岩岩、页页岩岩和和石石灰灰岩岩等等沉沉积积岩岩的的平平均均密密度度为为2.6gcm3
12、，花花岗岗岩岩的的密密度度为为2.67gcm3，玄玄武武岩岩的的密密度度为为2.85gcm3，都远小于地球的平均密度。，都远小于地球的平均密度。因因而而推推论论，地地球球内内部部大大部部分分物物质质的的密密度度，应应大大于于地球的平均密度。地球的平均密度。第12页，共39页，编辑于2022年，星期二n1目前世界上最深的钻目前世界上最深的钻井仅达井仅达12km多，多，地球内部更深处的密地球内部更深处的密度无法直接测量。度无法直接测量。第13页，共39页，编辑于2022年，星期二根据地震波在根据地震波在地球内部不同地球内部不同深度的传播速深度的传播速度并结合实验度并结合实验岩石学的资料岩石学的资料
13、提出地球内部提出地球内部结构模型，推结构模型，推算了其密度分算了其密度分布状况，布状况，第14页，共39页，编辑于2022年，星期二二、地球的重力二、地球的重力地地球球上上某某处处的的重重力力是是该该处处所所受受地地心心引引力力与与地地球球自自转转离离心心力力(垂垂直直地地面面分分力力)的合力。的合力。1地球表面的重力随纬度值的增大而增大地球表面的重力随纬度值的增大而增大。据计算和实测。据计算和实测:在赤道海平面上重力加速度为在赤道海平面上重力加速度为978.0318cm/s2，在两极海平面上为在两极海平面上为983.2177cms2，后者比前者增加，后者比前者增加0.53。重重力力加加速速度
14、度还还随随海海拔拔高高度度的的增增高高而而减减小小，每每升升高高1km重重力力加加速速度度值值减减少少31cms2。2在地球内部，重力加速度随深度的增加而缓慢增大在地球内部，重力加速度随深度的增加而缓慢增大(图图13)。到到2891km深处，重力加速度深处，重力加速度达到极大值达到极大值1068cms2。2891km以下重力加速度以下重力加速度急剧减小，地心的重力加速度为零值。急剧减小，地心的重力加速度为零值。第15页，共39页，编辑于2022年，星期二如如果果把把地地球球当当作作一一个个圆圆滑滑的的均均质质体体，以以大大地地水水准准面面为为基基准准计计算算出出的的重重力力值值称称为为理理论论
15、值值，它它只只与与地地理理纬纬度度有有关关。但但实实际际上上，由由于于地地面面起起伏伏甚甚大大，加加上上地地球球物物质质密密度度不不均均匀匀以以及及结结构构的的差差异异等等原原因因，实实测测的的重重力力值值常常与与理理论论值值不不符，这种现象称为符，这种现象称为重力异常。重力异常。对对研研究究区区的的实实测测重重力力值值，通通过过高高程程及及地地形形校校正正以以后后，再再减减去去该该区区的的理理论论重重力力值值，如如为为正正值值，称称正正异异常常；如如为为负负值值，则则称称负负异异常常。前前者者反反映映地地下下物物质质密密度度偏偏大大，后后者者反反映映地地下下物物质质密密度度偏偏小小。地地球球
16、物物理理勘勘探探中中的的重重力力勘勘探探，就就是是利利用用这这一一原原理理，通通过过发发现现岩岩石石圈圈中中局局部部重重力异常，来进行找矿和勘查地下的地质构造。力异常，来进行找矿和勘查地下的地质构造。第16页，共39页，编辑于2022年，星期二三、地球的压力三、地球的压力是指由上覆地球物质的重量所产生的是指由上覆地球物质的重量所产生的静压力静压力。静静压压力力的的大大小小与与所所处处的的深深度度、上上覆覆物物质质的的平平均均密密度度及及平平均均重重力力加加速速度度成成正正相相关关。由由于于物物质质的的密密度度随随深深度度的的增增加加并并非非均均匀匀增增加加，因而因而压力与深度的关系在图压力与深
17、度的关系在图13上不呈直线，而呈一条曲线。上不呈直线，而呈一条曲线。在正常情况下，在正常情况下，从地表到地下从地表到地下24km，压力从，压力从1105Pa增加到增加到约约0.6109Pa；到到670km，压力增大到约，压力增大到约24109Pa；到到2891km，压力增大到约，压力增大到约136109Pa；到到6371km(地心地心)，压力约为，压力约为364109pa。第17页，共39页，编辑于2022年，星期二四、地球的磁性四、地球的磁性固体地球好像是一个磁化球体，其磁力线特征类似于偶极场的特征固体地球好像是一个磁化球体，其磁力线特征类似于偶极场的特征,地磁地磁轴与地球自转轴并不重合，二
18、者约成轴与地球自转轴并不重合，二者约成11.50的交角。而且地磁极的位置的交角。而且地磁极的位置是不固定的，它逐年发生一定变化。是不固定的，它逐年发生一定变化。例如例如:磁北极的位置，磁北极的位置，1961年在年在74054N，1010W；1965年在年在75050N，100050W；1970年在年在760N，1010W；1975年在年在76006N，1000W。第18页，共39页，编辑于2022年，星期二磁力线分布的空间称为磁力线分布的空间称为磁场磁场。磁力线的分布情况可由磁针的理想空间状态表现出来。由磁针指示的磁南北，磁力线的分布情况可由磁针的理想空间状态表现出来。由磁针指示的磁南北，为磁
19、子午线方向，其与地理子午线间的夹角称磁偏角。为磁子午线方向，其与地理子午线间的夹角称磁偏角。磁针在地磁赤道上呈水平状态，由此向南或向北磁针都会倾斜，其与水平面的磁针在地磁赤道上呈水平状态，由此向南或向北磁针都会倾斜，其与水平面的夹角称夹角称磁倾角磁倾角。到磁南极或北极，磁针则竖直起来。磁力作用的强弱称为。到磁南极或北极，磁针则竖直起来。磁力作用的强弱称为磁磁场强度场强度(F)，其单位为，其单位为Am。它是矢量，可分解为水平分量。它是矢量，可分解为水平分量(H)和和竖向分量竖向分量(Z)。磁场的特征可用磁场的特征可用磁场强度磁场强度(F)磁偏角磁偏角(D)磁倾角磁倾角(I)这三个要素来确定。这三
20、个要素来确定。第19页，共39页，编辑于2022年，星期二在世界范围内选择若干个地磁测站，测量该处的地磁要在世界范围内选择若干个地磁测站，测量该处的地磁要素数据，然后推算出世界各地的基本地磁场数据，作素数据，然后推算出世界各地的基本地磁场数据，作为地磁场的正常值。但在实际工作中，会发现某地区为地磁场的正常值。但在实际工作中，会发现某地区实测地磁要素数据据与正常值显著不一致，这种现象实测地磁要素数据据与正常值显著不一致，这种现象称称地磁异常地磁异常。地磁正异常一般是由地下赋存高磁性矿物或岩石造成的，地磁正异常一般是由地下赋存高磁性矿物或岩石造成的，如磁铁矿、镍矿石和超基性岩等。地磁负异常多是由地
21、如磁铁矿、镍矿石和超基性岩等。地磁负异常多是由地下赋存的石油、盐矿、铜矿、花岗岩等低磁性或反磁性下赋存的石油、盐矿、铜矿、花岗岩等低磁性或反磁性矿物或岩石引起的。矿物或岩石引起的。利用地磁异常来寻找地下矿产利用地磁异常来寻找地下矿产,了解地质构造情况的方法，称了解地质构造情况的方法，称为为磁法勘探磁法勘探。这种方法不仅可在地面上进行，也可以。这种方法不仅可在地面上进行，也可以利用飞行器在高空进行。利用飞行器在高空进行。第20页，共39页，编辑于2022年，星期二五、地球内部的温度五、地球内部的温度火山喷发、温泉和矿井随深度而增温等现象火山喷发、温泉和矿井随深度而增温等现象,表表明地球内部储有很
22、大的热能，可以说地球是一明地球内部储有很大的热能，可以说地球是一个巨大的热库。通过大量的调查研究发现，自个巨大的热库。通过大量的调查研究发现，自地面向地下深处，地热增温现象是不均匀的。地面向地下深处，地热增温现象是不均匀的。地面以下按温度状况可分为三层：地面以下按温度状况可分为三层：1外热层外热层(变温层变温层)2常温层常温层3增温层增温层第21页，共39页，编辑于2022年，星期二1外热层外热层(变温层变温层)该该层层地地温温主主要要受受太太阳阳光光辐辐射射热热的的影影响响，其其温温度度随随季季节节、昼昼夜夜的的变变化化而而变变化化，故故又又称称变变温温层层。日日变变化化影影响响深深度度较较
23、小小，一一般般仅仅11.5m,年变化影响深度可达年变化影响深度可达2030m。2常温层常温层该该层层地地温温与与当当地地年年平平均均温温度度大大致致相相当当，且且常常年年保保持持不不变变，其其深深度度大大致致为为2040m,一一般般情情况况下下,中中纬纬度度较较深深，两两极极和和赤赤道道较较浅浅；内内陆陆地地区区较较深，滨海地区较浅。深，滨海地区较浅。3增温层增温层常常温温层层之之下下，地地温温随随深深度度增增大大而而逐逐渐渐增增加加。在在大大陆陆地地区区常常温温层层以以下下至至30km深深处处，大大致致每每加加深深30m，地地温温增增高高10。大大洋洋底底至至15km深深处处，大大致致每每加
24、加深深15m，地地温温增增高高1。深深度度每每增增加加lOOm所所升升高高的的温温度度，称称地地温梯度，其单位是温梯度，其单位是0ClOOm。地温梯度在各地是有差异的，地温梯度在各地是有差异的，例例如如在在我我国国华华北北平平原原的的地地温温梯梯度度为为230ClOOm，在在安安徽徽庐庐江江则则为为40ClOOm。第22页，共39页，编辑于2022年，星期二在地下深处，由于受压力和密度等因素的影响，地温的增加趋于缓慢。在地下深处，由于受压力和密度等因素的影响，地温的增加趋于缓慢。通过多种间接方法测算，地下通过多种间接方法测算，地下lOOkm的温度约的温度约13000C；1000km处的温度约处
25、的温度约20000C；2900km处的温度约处的温度约27000C；地心的温度高于地心的温度高于32000C，有的学者推测，地心温度可能为，有的学者推测，地心温度可能为400050000C(图图13)。地球内部热能的来源问题尚无完善的结论。一般认为地球内部热能的来源问题尚无完善的结论。一般认为:由岩石中放射性元素的衰变释放出热是地热的主要热源。由岩石中放射性元素的衰变释放出热是地热的主要热源。地球本身的重力作用也可以转化出大量热能，有人认为其总地球本身的重力作用也可以转化出大量热能，有人认为其总热量接近于放射热能。热量接近于放射热能。地球自转动能和地球物质不断进行的化学作用等都可以产生地球自转
26、动能和地球物质不断进行的化学作用等都可以产生大量热能。大量热能。地球自转动能和地球物质不断进行的化学作用等都可以产生大地球自转动能和地球物质不断进行的化学作用等都可以产生大量热能。量热能。第23页，共39页，编辑于2022年，星期二六、地球的弹性和塑性六、地球的弹性和塑性众众所所周周知知，海海水水在在日日月月引引力力的的作作用用下下发发生生潮潮汐汐现现象象。实实际际上上这这种种现现象象也也会会出出现现在在固固体体地地球球表表层层。用用精精密密仪仪器器可可以以观观测测到到固固体体地地球球表表层层的的潮潮汐汐现现象象，地地面面升升降降幅幅度度可可达达715cm，这这就就是是固固体体潮潮。固固体体潮
27、潮表表明明，固固体体地地球球具具有有弹弹性性。地地球球能能传传播播地地震震波波(弹弹性波性波)也表明地球具有弹性。也表明地球具有弹性。地地球球在在其其自自转转的的作作用用下下成成为为一一个个旋旋转转椭椭球球体体，也也表表明明地地球球并并不不是是完完全全的的刚刚体。在长期应力的作用下坚硬的岩石也会产生一定的塑性变形。体。在长期应力的作用下坚硬的岩石也会产生一定的塑性变形。岩层受构造运动形成褶皱，岩层受构造运动形成褶皱，就是典型的塑性变形现象。就是典型的塑性变形现象。第24页，共39页，编辑于2022年，星期二n固固体体地地球球的的弹弹性性和和塑塑性性特特点点都都是是相相对对的的，在在不不同同的的
28、条条件件下下有有不不同同的的表表现现，在在施施力力速速度度快快、作作用用时时间间短短的的条条件件下下，地地球球表表现现为为弹弹性性体体，类类似似刚刚性性体体，岩岩层层会会产产生生弹弹性性变变形形或或破破裂；裂；n在在施施力力缓缓慢慢持持续续作作用用时时间间漫漫长长的的条条件件下下，地地球球则则可可表表现现出出明显的塑性特征，如形成复杂的褶皱。明显的塑性特征，如形成复杂的褶皱。第25页，共39页，编辑于2022年，星期二第四节第四节地球的内部圈层结构地球的内部圈层结构第26页，共39页，编辑于2022年，星期二一一地球内部圈层的划分依据地球内部圈层的划分依据到到目目前前为为止止，人人们们尚尚不不
29、能能直直接接观观察察地地球球内内部部的的情情况况。目目前前世世界界上上最最深深的的钻钻孔孔也也只只不不过过达达到到约约12km的的深深度度，这这个个深深度度仅仅为为地地球球平均半径平均半径6371km的的1530。因因此此，对对地地球球内内部部物物质质和和结结构构的的认认识识主主要要依依靠靠各各种种间间接接的的依依据，例如，据，例如，通过对大量陨石的成分和结构的鉴定与对比分析；通过对大量陨石的成分和结构的鉴定与对比分析；通通过过研研究究重重力力、地地磁磁、地地电电、地地热热及及地地震震波波的的传传播播所所得得的的信信息息进进行行分分析析等等。其其中中通通过过地地震震方方法法所所获获得得的的信信
30、息息最最为丰富。为丰富。第27页，共39页，编辑于2022年，星期二地地震震波波是是一一种种弹弹性性波波，可可分分为为体体波波、面面波波和和自自由由振振动动等等类类型型。体体波波有有纵纵波波(P)和和横横波波(S)之之分分。纵纵波波可可在在固固态态、液液态态和和气气态态的的介介质质中中传传播播；横横波波仅仅能能在在固固态态介介质质中中传传播播，其其波波速速较较小小，仅仅相相当当于纵波在同一介质中传播速度的于纵波在同一介质中传播速度的47。地震波速的大小与介质的密度和弹性有关，它们的关系式为：地震波速的大小与介质的密度和弹性有关，它们的关系式为：Vp2k+4/3,p式中式中Vp为纵波速度；为纵波
31、速度；Vs为横波速度；为横波速度；P为介质密度；为介质密度；K为介质的体变模量；为介质的体变模量；为切变模量。为切变模量。地地震震发发生生之之后后，设设置置在在各各地地的的地地震震台台将将先先后后接接收收到到地地震震纵纵波波、横横波波及及它它们们的的转转化化波波或或衍衍射波。经过复杂的计算，可得出地下不同深度的波速，进而分析出相关的物质状态。射波。经过复杂的计算，可得出地下不同深度的波速，进而分析出相关的物质状态。第28页，共39页，编辑于2022年，星期二从从地地震震纵纵波波与与横横波波波波速速的的变变化化特特征征发发现现，在在地地下下12km(大大洋洋区区)与与33km(大大陆陆区区)、6
32、70km、2891km及及5150km等四处，波速发生显著的跃变。等四处，波速发生显著的跃变。由由此此可可以以推推论论，在在这这几几个个深深度度上上下下的的物物质质成成分分、物物质质状状态态有有明明显显的的变变化化，形形成成几几个个大大的的结结构构面面(表表12)。33km处处的的界界面面是是南南斯斯拉拉夫夫地地震震学学家家莫莫霍霍诺诺维维奇奇于于1909年年首首先先发发现现的的，因因而而以以他他的的名名字字命命名名，简简称称莫莫霍霍面面(M)。该该面面上上、下下Vp由由68kms陡陡升升至至81kms；Vs由由39kms，升升至至45kms。现现代代研研究究认认为为，岩岩石石成成分分由由角角
33、闪闪岩岩、麻麻粒粒岩岩、玄武岩等突变为橄榄岩。玄武岩等突变为橄榄岩。2891km处的界面是由美国地震学家古登堡于处的界面是由美国地震学家古登堡于1912年发现的。年发现的。该该面面上上、下下Vp由由137kms陡陡降降至至80kms；Vs从从73kms到到突突然然消消失失。这这种种现现象象表明该面之上为固态岩石，该面以下为液态物质。表明该面之上为固态岩石，该面以下为液态物质。1981年年，国国际际地地震震及及地地内内物物理理学学协协会会通通过过了了“初初步步参参考考地地球球模模型型”(PBEM)，建建议议地地学学界界使使用用。该该模模型型是是由由泽泽旺旺斯斯基基和和安安德德森森综综合合天天文文
34、测测量量、大大地地测测量量、自自由由振振荡荡和和面波、体波等资料提出的。表面波、体波等资料提出的。表12反映了上述模型的主要数据。反映了上述模型的主要数据。第29页，共39页，编辑于2022年，星期二第30页，共39页，编辑于2022年，星期二二、地球内部圈层的特征二、地球内部圈层的特征(一一)地壳地壳莫莫霍霍面面以以上上是是由由固固体体岩岩石石组组成成的的地地球球最最外外部部圈圈层层，称称为为地地壳壳。地地壳壳的的平平均均厚厚度度约约18km，平平均均密密度度为为28gcm3，质质量量约约235x1022kg，占占地地球球质质量量的的039。地地壳壳底底部部的的平平均均压压力力约约为为604
35、3x108Pa，温度约为温度约为400700。地地壳壳的的厚厚度度变变化化很很大大，且且在在大大洋洋地地区区与与大大陆陆地地区区的的地地壳壳结结构构有有明明显显的的区区别。别。大大洋洋地地区区地地壳壳(洋洋壳壳)很很薄薄，平平均均7km，且且较较为为均均匀匀。大大洋洋地地区区(约约5km深深)的的海海水水之之下下，普普遍遍堆堆积积有有05km厚厚的的沉沉积积层层。再再下下便便是是58km厚厚的的玄玄武岩和辉长岩层。一般简称为硅镁层，其密度为武岩和辉长岩层。一般简称为硅镁层，其密度为29gcm3。大陆地区地壳大陆地区地壳(陆壳陆壳)厚度厚度2080km，平均，平均33km。地壳中部较普遍存。地壳
36、中部较普遍存在一个次级界面在一个次级界面(称为康拉德面称为康拉德面)，据此面将地壳分为上地壳和下地，据此面将地壳分为上地壳和下地壳壳(图图17)。第31页，共39页，编辑于2022年，星期二上地壳平均厚约上地壳平均厚约15km，平均密度约，平均密度约27gcm3，由，由沉积岩、变质岩和岩浆岩等多种成分的物质组成。沉积岩、变质岩和岩浆岩等多种成分的物质组成。其其P波速度可与花岗闪长岩类比，一般简称为硅铝波速度可与花岗闪长岩类比，一般简称为硅铝层或花岗质岩壳层或花岗质岩壳下地壳平均厚约下地壳平均厚约18km，平均密度，平均密度29gcm3，其，其P波速度可与大洋底下的玄武岩层对比，因而称为硅镁层波
37、速度可与大洋底下的玄武岩层对比，因而称为硅镁层或玄武质岩壳。现代研究认为，下地壳可能主要由闪岩或玄武质岩壳。现代研究认为，下地壳可能主要由闪岩和麻粒岩组成，仍属中酸性岩类。和麻粒岩组成，仍属中酸性岩类。随着研究的深入，发现上、下地壳之间存在多层结构随着研究的深入，发现上、下地壳之间存在多层结构和混合岩带，不少学者主张划分出中地壳来，其厚度和混合岩带，不少学者主张划分出中地壳来，其厚度0一一lOkm，Vp为为60-63kms。第32页，共39页，编辑于2022年，星期二(二二)地幔地幔莫霍面以下至古登堡面的圈层称为地幔。莫霍面以下至古登堡面的圈层称为地幔。地幔的厚度约地幔的厚度约2870km，物
38、质密度由顶层的物质密度由顶层的331gcm3增至增至555gcm3，平均约平均约45gcm3，质量约，质量约403x1024kg，占地球质量的占地球质量的676。根据地幔上部与下部物质成分和温度、根据地幔上部与下部物质成分和温度、压力的差异性，加上压力的差异性，加上670km深处地震深处地震波速度间断面甚为显著，因而将此间波速度间断面甚为显著，因而将此间断面作为上、下地幔的分界面。断面作为上、下地幔的分界面。第33页，共39页，编辑于2022年，星期二1.上上地地幔幔通通过过地地震震纵纵波波和和横横波波提提供供的的大大量量信信息息，上上地地幔幔还还可可进进一一步步分分为为盖盖层、低速层、均匀层
39、和过渡层。层、低速层、均匀层和过渡层。盖盖层层深深度度为为20一一80km，是是地地幔幔的的顶顶部部层层位位。其其密密度度为为337gcm3，物物质质成成分分推推测测为为橄橄榄榄岩岩，为为固固态态，其其速速度度结结构构类类似似于于地地壳壳，内内部部可可出出现现若若干干高高速速或或低低速速夹夹层层，横横向向变变化化较较大大。盖盖层层下下界界压压力力约约25X109Pa，温度约，温度约10000C。低低速速层层深深度度为为80220km，大大陆陆区区顶顶面面较较深深，大大洋洋区区顶顶面面较较浅浅，底底界界的的差差异异不不大大。低低速速层层密密度度为为336gcm3，但但纵纵波波速速度度降降至至8O
40、kms，横横波波在在局局部部地地S不不能能通通过过，产产明明低低速速层层的的部部分分物物质质可可能能呈呈熔熔融融态态，因因而而此此层层也也被被称称为为软软流流层层。其其物物质质一一般般认认为为由由橄橄榄榄岩岩与与榴榴辉岩组成。其底层压力约辉岩组成。其底层压力约68X109Pa。均匀层均匀层深度为深度为220400km。这一层波速均匀，表明物质成分变化不。这一层波速均匀，表明物质成分变化不大。底层压力已加大到大。底层压力已加大到14X109Pa，物质密度平均为，物质密度平均为348gcm3。实。实验岩石学证明，其岩石成分仍属超基性，主要矿物为辉石和橄榄石。但在超验岩石学证明，其岩石成分仍属超基性
41、，主要矿物为辉石和橄榄石。但在超高压条件下，矿物晶体的原子结构将由疏堆结构转变为密堆积结构高压条件下，矿物晶体的原子结构将由疏堆结构转变为密堆积结构过过渡渡层层深深度度为为400670km。此此层层，密密度度372399gcm3，底底层层压压力力约约22x109Pa；Vp从从91kms增增加加到到103kms，速速度度梯梯度度大大。岩岩石应属密堆集结构，其成分应为超基性。石应属密堆集结构，其成分应为超基性。第34页，共39页，编辑于2022年，星期二2下下地地幔幔深深度度6702891km的的圈圈层层为为下下地地幔幔，其其厚厚度度达达2221km，密密度度由由473增增至至555gcm3，平平
42、均均密密度度51gcm3。压压力力由由22x109Pa增增至至150X109Pa。除除底底层层外外，下下地地幔幔绝绝大大部部分分的的波波速速增增加加缓缓慢慢，可可以以认认为为是是压压力力巨巨大大条条件件下下物物质质成成分分均均匀匀的的缘缘故故。据据实实验验岩岩石石学学分分析析，由由呈呈紧紧密密堆堆积积结结构构的的氧氧化化物物矿矿物物，如如MSO、FeO和和Si02组组成成，其其中中Si02占占50，Mg0占占32，FeO占占18。也也有有人人认为下地幔的成分接近于陨石中的铁陨石。认为下地幔的成分接近于陨石中的铁陨石。第35页，共39页，编辑于2022年，星期二(三三)地核地核古登堡面古登堡面以
43、下直至地心的部分称为地核。以下直至地心的部分称为地核。它是一个半径为它是一个半径为3480km的球体，其体积占地球的的球体，其体积占地球的162，质量约占地球的，质量约占地球的32，平均密度为平均密度为1083scm3。根据地震波速资料，在地核内存在两个明显界面，界面上、。根据地震波速资料，在地核内存在两个明显界面，界面上、下地震波特征有显著差异，因而将地核划分为外核、过渡层和内核。下地震波特征有显著差异，因而将地核划分为外核、过渡层和内核。外外核核为为深深2891至至4771km的的部部分分。Vp从从80增增至至100kms，Vs为为0，表表明明物物质质刚刚性性模模量量为为零，所以呈液态。密
44、度由零，所以呈液态。密度由990增至增至1187gcm3。过渡层过渡层为深为深471lkm至至5150km的圈层。其的圈层。其1s仍为仍为0，表明物质仍呈液态平均密度增，表明物质仍呈液态平均密度增至至1206gcm。内内核核为为深深5150km至至地地心心的的部部分分。Vp达达110113kms，Vs重重新新出出现现，波波速速达达5557kms，说说明明其其物物质质为为固固态态。其其密密度度为为1277130gcm3。推推测测地地心的压力达心的压力达37XlO11Pa。地地核核的的物物质质，一一般般认认为为主主要要是是铁铁，特特别别是是内内核核，可可能能基基本本由由纯纯铁铁组组成成。由由于于铁
45、铁陨陨石石中中常常含含少少量量的的镍镍，所所以以一一些些学学者者推推测测地地核核的的成成分分也也应应含含少少量量的的镍镍。液液态态的的外外核核，由由于于密密度度较较内内核核小小，实实验验表表明明，除除铁铁、镍镍外外，还还应应有有少少量量轻轻元元素素存存在在。推推测测轻轻元元素素可可能能是是硫硫、硅硅，而而铁铁陨陨石石的的成成分分中中，FeS有一定含量，硅的含量甚微。有一定含量，硅的含量甚微。第36页，共39页，编辑于2022年，星期二(四四)岩石圈岩石圈地壳与上地幔的顶部，都是由固态岩石组成的，因而称为岩石圈。地壳与上地幔的顶部，都是由固态岩石组成的，因而称为岩石圈。上上地地幔幔顶顶部部和和地
46、地壳壳在在地地球球物物理理性性质质方方面面有有许许多多相相似似之之处处，但但与与下下面面的的呈呈塑塑性性的的软软流流圈圈(低低速速层层)比比较较，则则有有重重大大差差异异。岩岩石石圈圈平平均均厚厚度度约约80km，平平均均密密度度为为325scm3，其其体体积积占占地地球球体体积积的的372，质质量量占占地地球球的的219。据据地地震震波波探探测测的的资资料料，大大洋洋地地区区岩岩石石圈圈厚厚3090km，大大陆陆地地区岩石圈区岩石圈厚厚60150km，表明岩石圈在水平方向也是很不均匀的。，表明岩石圈在水平方向也是很不均匀的。第37页，共39页，编辑于2022年，星期二第38页，共39页，编辑于2022年，星期二复习思考题复习思考题1为什么地球不是严格的旋转椭球体为什么地球不是严格的旋转椭球体?2地球表面的水圈是怎样循环的地球表面的水圈是怎样循环的?3为什么各处地温梯度值有高有低为什么各处地温梯度值有高有低?4地球内部有哪些重要的分界面地球内部有哪些重要的分界面?5地壳与岩石圈有什么差别地壳与岩石圈有什么差别?第39页，共39页，编辑于2022年，星期二