第4章+地球圈層與地球表層系統(tǒng)

1、地球科學(xué)概論地球科學(xué)概論 旅游與環(huán)境學(xué)院自然災(zāi)害與減災(zāi) 緒論地球的起源與演化地球的物理性質(zhì)地球的圈層板塊運(yùn)動(dòng)與地質(zhì)作用大氣圈水圈地表形態(tài)生物圈地球環(huán)境及其變遷自然資源及其利用主講：魏秀國(guó)主講：魏秀國(guó)地球圈層與地球表層系地球圈層與地球表層系統(tǒng)統(tǒng) 第 4 章 四大圈層四大圈層 地球表層系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)地球表層系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 地球表層系統(tǒng)的功能地球表層系統(tǒng)的功能 人類與地球表層環(huán)境人類與地球表層環(huán)境 地球科學(xué)概論地球各圈層物質(zhì)組成地球各圈層物質(zhì)組成地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)2 900 km5 100 km6 378 km地幔地幔地表面地表面外核外核內(nèi)核內(nèi)核中心中心地球呈現(xiàn)出圈層結(jié)地球呈現(xiàn)出圈層結(jié)構(gòu)，可以劃分出內(nèi)

2、構(gòu)，可以劃分出內(nèi)部圈層與外部圈層。部圈層與外部圈層。內(nèi)部圈層包括地殼、內(nèi)部圈層包括地殼、地幔、地核。巖石地幔、地核。巖石圈包括地殼與軟流圈包括地殼與軟流圈之上的上地幔部圈之上的上地幔部分。分。 地球科學(xué)概論地球內(nèi)部的分層地球內(nèi)部的分層（引自繆啟龍主編地球科學(xué)概論）據(jù)地震波在地下不同深度傳播速度的分布的研究，地球內(nèi)部存在著兩個(gè)主據(jù)地震波在地下不同深度傳播速度的分布的研究，地球內(nèi)部存在著兩個(gè)主要的分界面，在分界面上地震波傳播速度發(fā)生急劇變化。第一個(gè)間斷面位要的分界面，在分界面上地震波傳播速度發(fā)生急劇變化。第一個(gè)間斷面位于地表以下平均于地表以下平均33 km33 km處，稱莫霍洛維奇間斷面，簡(jiǎn)稱莫霍

3、面；第二個(gè)間斷處，稱莫霍洛維奇間斷面，簡(jiǎn)稱莫霍面；第二個(gè)間斷面位于地表以下面位于地表以下2 900 km2 900 km處，稱古登堡間斷面。這兩個(gè)間斷面把地球內(nèi)部處，稱古登堡間斷面。這兩個(gè)間斷面把地球內(nèi)部分成三大層，即地殼、地幔和地核。這三大部門(mén)還可再分為分成三大層，即地殼、地幔和地核。這三大部門(mén)還可再分為7 7層。（層。（P68P68） 地球科學(xué)概論四大圈層四大圈層第四章第四章 地球圈層與地球表層系統(tǒng)地球圈層與地球表層系統(tǒng)外部圈層包括巖石圈、外部圈層包括巖石圈、大氣圈、水圈、生物圈。大氣圈、水圈、生物圈。巖石圈指地球表層由固巖石圈指地球表層由固體巖石組成的圈層；大體巖石組成的圈層；大氣圈指環(huán)

4、繞地球的由氣氣圈指環(huán)繞地球的由氣體組成的圈層；水圈指體組成的圈層；水圈指地球表層由各種形式存地球表層由各種形式存在的水組成的圈層；生在的水組成的圈層；生物圈指地球表層所有活物圈指地球表層所有活著的有機(jī)體組成的圈層。著的有機(jī)體組成的圈層。 地球科學(xué)概論人在四大圈層中的地位人在四大圈層中的地位 圖表示了三重含義：圖表示了三重含義：（1 1）人類是生物圈的一部分，但又不同于一般）人類是生物圈的一部分，但又不同于一般的生物；的生物；（2 2）人類生存在四大圈層的交界面上，四大圈）人類生存在四大圈層的交界面上，四大圈層是人類誕生與發(fā)展的環(huán)境；層是人類誕生與發(fā)展的環(huán)境；（3 3）人類對(duì)四大圈層均有著重要的

5、作用與影響。）人類對(duì)四大圈層均有著重要的作用與影響。 四大圈層之間及其與人類相互作用、四大圈層之間及其與人類相互作用、相互影響，構(gòu)成了地球表層系統(tǒng)。相互影響，構(gòu)成了地球表層系統(tǒng)。生生物物圈圈 人是生物圈的一部分，又與一般的生物有著本質(zhì)的區(qū)別。人類人是生物圈的一部分，又與一般的生物有著本質(zhì)的區(qū)別。人類與四大圈層之間的關(guān)系以及人類在地球表層系統(tǒng)中的位置可以與四大圈層之間的關(guān)系以及人類在地球表層系統(tǒng)中的位置可以用下圖來(lái)表示：用下圖來(lái)表示： 地球科學(xué)概論三大界三大界 通常物質(zhì)可以劃分為無(wú)機(jī)物與有機(jī)物，自然界可以劃分為無(wú)機(jī)界與有機(jī)界。但如果用無(wú)機(jī)界與有機(jī)界來(lái)概括表達(dá)地球表層系統(tǒng)，似乎還不夠全面。因?yàn)槿祟?/p>

6、誕生、發(fā)生發(fā)展在地球表層。人類在地球表層系統(tǒng)中的地位與作用，以及人類與自然環(huán)境之間的相互作用、相互影響，僅僅用無(wú)機(jī)界與有機(jī)界還難以表達(dá)清楚。在自然地理學(xué)中，更有必要來(lái)強(qiáng)調(diào)一下人類的重要性。故有人提出了用人文界人文界來(lái)表示人類在地球表層系統(tǒng)中的重要地位與作用，以及人類與自然環(huán)境之間的相互作用、相互影響?？梢赃@么說(shuō)，地球表層系統(tǒng)是地球表層無(wú)機(jī)界、有機(jī)界與人文界相互作用、相互影響而構(gòu)成的一個(gè)系統(tǒng)。 地球科學(xué)概論地球表層環(huán)境（系統(tǒng)）的結(jié)構(gòu)地球表層環(huán)境（系統(tǒng)）的結(jié)構(gòu) 不同空間尺度的環(huán)境系統(tǒng)在空間上相互交叉不同空間尺度的環(huán)境系統(tǒng)在空間上相互交叉、疊置，并且相互聯(lián)系、相互作用。因此是多級(jí)嵌套。、疊置，并且相

7、互聯(lián)系、相互作用。因此是多級(jí)嵌套。1. 垂直分層垂直分層 垂直分層現(xiàn)象非常明顯：從地核、地幔、地垂直分層現(xiàn)象非常明顯：從地核、地幔、地殼，到水圈、大氣圈等；大氣圈又可分為對(duì)流層、平流層殼，到水圈、大氣圈等；大氣圈又可分為對(duì)流層、平流層、中間層、暖層和散逸層。、中間層、暖層和散逸層。2. 水平分異水平分異指在水平分布方面的差異與變化指在水平分布方面的差異與變化。3. 立體交叉立體交叉 組成地表環(huán)境的巖石圈、水圈、大氣圈、生組成地表環(huán)境的巖石圈、水圈、大氣圈、生物圈，不是絕然分開(kāi)的，而是相互交叉、相互滲透，在空間物圈，不是絕然分開(kāi)的，而是相互交叉、相互滲透，在空間上構(gòu)成了一個(gè)立體交叉的結(jié)構(gòu)。上構(gòu)成

8、了一個(gè)立體交叉的結(jié)構(gòu)。4. 多級(jí)嵌套多級(jí)嵌套 地球科學(xué)概論地球表層系統(tǒng)的功能地球表層系統(tǒng)的功能 垂直方向上，垂直方向上，各個(gè)圈層之間、各個(gè)圈層內(nèi)部的各個(gè)次級(jí)各個(gè)圈層之間、各個(gè)圈層內(nèi)部的各個(gè)次級(jí)層次之間。層次之間。水平方向上，水平方向上，大洋與大陸之間、大洋與大洋之間大洋與大陸之間、大洋與大洋之間、大陸與大陸之間、地區(qū)與地區(qū)之間。、大陸與大陸之間、地區(qū)與地區(qū)之間。 生物圈與其他圈層之間。生物圈與其他圈層之間。1. 物質(zhì)傳輸、能量流動(dòng)、信息傳遞物質(zhì)傳輸、能量流動(dòng)、信息傳遞 通過(guò)研究地表系統(tǒng)物質(zhì)傳輸、能量流動(dòng)和信息傳遞的過(guò)通過(guò)研究地表系統(tǒng)物質(zhì)傳輸、能量流動(dòng)和信息傳遞的過(guò)程與規(guī)律，來(lái)預(yù)測(cè)系統(tǒng)的可能變化

9、；通過(guò)改變系統(tǒng)的物質(zhì)流、程與規(guī)律，來(lái)預(yù)測(cè)系統(tǒng)的可能變化；通過(guò)改變系統(tǒng)的物質(zhì)流、能量流或信息流，來(lái)改變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與演化的趨勢(shì)，從而達(dá)能量流或信息流，來(lái)改變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與演化的趨勢(shì)，從而達(dá)到對(duì)地表系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化、調(diào)控的目的。到對(duì)地表系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化、調(diào)控的目的。2. 地球表層系統(tǒng)的可預(yù)測(cè)、可調(diào)控功能地球表層系統(tǒng)的可預(yù)測(cè)、可調(diào)控功能 地球科學(xué)概論地球系統(tǒng)科學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)（地球系統(tǒng)科學(xué)（Earth System ScienceEarth System Science）是是2020世紀(jì)世紀(jì)8080年代初國(guó)際科學(xué)界為迎接全球年代初國(guó)際科學(xué)界為迎接全球環(huán)境變化的挑戰(zhàn)而提出的一門(mén)全新的集成環(huán)境變化的挑戰(zhàn)而

10、提出的一門(mén)全新的集成科學(xué)。今天，地球系統(tǒng)科學(xué)作為一個(gè)連接科學(xué)。今天，地球系統(tǒng)科學(xué)作為一個(gè)連接地球科學(xué)、生命科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)、地球科學(xué)、生命科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)、對(duì)地觀測(cè)技術(shù)和其它相關(guān)科學(xué)的新興的跨對(duì)地觀測(cè)技術(shù)和其它相關(guān)科學(xué)的新興的跨學(xué)科領(lǐng)域，深刻地影響著人們對(duì)地球系統(tǒng)學(xué)科領(lǐng)域，深刻地影響著人們對(duì)地球系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。的認(rèn)識(shí)。 第四章第四章 地球圈層與地球表層系統(tǒng)地球圈層與地球表層系統(tǒng) 地球科學(xué)概論地球系統(tǒng)科學(xué)產(chǎn)生的背景地球系統(tǒng)科學(xué)產(chǎn)生的背景 （1 1）人類活動(dòng)在導(dǎo)致地球環(huán)境變化中的作用日）人類活動(dòng)在導(dǎo)致地球環(huán)境變化中的作用日益增大，并從局部范圍步入到全球影響時(shí)代，正益增大，并從局部范圍步入到全球

11、影響時(shí)代，正威脅著人類自身的生存與發(fā)展。威脅著人類自身的生存與發(fā)展。 （2 2）科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)，傳統(tǒng)學(xué)科自身的成熟，）科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)，傳統(tǒng)學(xué)科自身的成熟，促進(jìn)了各學(xué)科之間的緊密聯(lián)系和相互依賴的認(rèn)識(shí)。促進(jìn)了各學(xué)科之間的緊密聯(lián)系和相互依賴的認(rèn)識(shí)。 （3 3）現(xiàn)代技術(shù)特別是空間技術(shù)的發(fā)展，使人類）現(xiàn)代技術(shù)特別是空間技術(shù)的發(fā)展，使人類有能力對(duì)地球進(jìn)行整體觀測(cè)。有能力對(duì)地球進(jìn)行整體觀測(cè)。 第四章第四章 地球圈層與地球表層系統(tǒng)地球圈層與地球表層系統(tǒng) 地球科學(xué)概論地球系統(tǒng)科學(xué)產(chǎn)生的思想基礎(chǔ)地球系統(tǒng)科學(xué)產(chǎn)生的思想基礎(chǔ) （1）板塊理論面臨的困難使人們意識(shí)到，理解地球巖石圈演化必須研究地幔與地核。 （2）固體

12、地球的演化對(duì)水圈和大氣圈演化有著重要影響。 （3）大氣圈演化對(duì)巖石圈構(gòu)造運(yùn)動(dòng)有重要作用。 （4）水圈演化對(duì)大氣圈演化具有關(guān)鍵作用。 （5）巖石圈演化導(dǎo)致生物圈重大變革。 （6）宇宙和行星演化對(duì)地球系統(tǒng)有著深刻影響。 （7）人類活動(dòng)是地球演化最重要的營(yíng)力之一。 地球科學(xué)概論地球系統(tǒng)科學(xué)的內(nèi)涵地球系統(tǒng)科學(xué)的內(nèi)涵 地球是一個(gè)由大氣圈、水圈、巖石圈、生物圈和日地空間組成的復(fù)雜系統(tǒng)，是一個(gè)所有的組成要素處在相互作用之中的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，而引發(fā)地球系統(tǒng)變化的驅(qū)動(dòng)力，來(lái)自于地球內(nèi)部、太陽(yáng)輻射和人類活動(dòng)。在這種驅(qū)動(dòng)力作用下，其中某一成分的變化都會(huì)引起其它成分的響應(yīng)，某一成分的變化往往又是其它成分共同作用的結(jié)果。 第

13、四章第四章 地球圈層與地球表層系統(tǒng)地球圈層與地球表層系統(tǒng) 地球科學(xué)概論人類與地球表層環(huán)境人類與地球表層環(huán)境 1.1.地球環(huán)境對(duì)人類的作用與影響地球環(huán)境對(duì)人類的作用與影響v地球環(huán)境的演化與人類的誕生地球環(huán)境的演化與人類的誕生v人類是地球環(huán)境發(fā)展、演化、分異的產(chǎn)人類是地球環(huán)境發(fā)展、演化、分異的產(chǎn)物物v地球環(huán)境的區(qū)域分異與三大人種的形成地球環(huán)境的區(qū)域分異與三大人種的形成v地球環(huán)境對(duì)人口分布的影響地球環(huán)境對(duì)人口分布的影響v地球環(huán)境與人體健康地球環(huán)境與人體健康v自然災(zāi)害對(duì)人類的影響自然災(zāi)害對(duì)人類的影響v地球環(huán)境對(duì)社會(huì)發(fā)展的影響地球環(huán)境對(duì)社會(huì)發(fā)展的影響第四章第四章 地球圈層與地球表層系統(tǒng)地球圈層與地球表層

14、系統(tǒng) 地球科學(xué)概論2.2.人類對(duì)地球表層環(huán)境的作用與影響人類對(duì)地球表層環(huán)境的作用與影響對(duì)環(huán)境的污染對(duì)環(huán)境的污染改變地表環(huán)境的結(jié)構(gòu)改變地表環(huán)境的結(jié)構(gòu)改變地表環(huán)境改變地表環(huán)境演化的方向演化的方向改變了地表環(huán)改變了地表環(huán)境變化的速率境變化的速率改變了地表環(huán)境改變了地表環(huán)境的物質(zhì)循環(huán)的物質(zhì)循環(huán)改變了地表環(huán)改變了地表環(huán)境的能量平衡境的能量平衡對(duì)資源的消耗與破壞對(duì)資源的消耗與破壞人類的人類的影響影響 地球科學(xué)概論地球的物質(zhì)組成n借助于宇宙的豐度和已知的觀測(cè)事實(shí)以及地球物理資料來(lái)構(gòu)筑地球模型 n必地球作為宇宙天體的一個(gè)成員并由宇宙物質(zhì)演化而來(lái)，地球的元素豐度應(yīng)與宇宙的元素豐度大致相同，因此可以根據(jù)宇宙豐度構(gòu)

15、成地球基本成分的簡(jiǎn)單模型；地球基本成分及其分布必須符合深部地震資料所反映的物質(zhì)密度、比重等物理參數(shù)；地球成分分布必須與地球總的質(zhì)量和慣性矩相協(xié)調(diào)；地球元素分布必須符合地球內(nèi)部溫度、壓力分布的狀況。 地殼的結(jié)構(gòu)與物質(zhì)組成 n主量元素：是指那些在巖石中（地殼中）含量大于1（或0.1）的元素，在地殼中大于1的8種元素都是主量元素，除氧以外的7種元素在地殼中都以陽(yáng)離子形式存在，它們與氧結(jié)合形成的氧化物（或氧的化合物），是構(gòu)成三大類巖石的主體，因此又常被稱為造巖元素。nOSiAlFeCaNaKMgTiH n微量元素：n在地殼（巖石）中含量低于0.1的元素，一般來(lái)說(shuō)不易形成自己的獨(dú)立礦物，多以類質(zhì)同象的形

16、式存在于其他元素組成的礦物中，這樣的元素被稱為微量元素。 n硫（硒、碲）和鹵族元素：n金屬成礦元素：n 貴金屬元素、金屬元素 、過(guò)渡元素 、稀 有元素 、稀土元素 n放射性元素：放射性元素： 地殼的結(jié)構(gòu)與巖石組成 n巖石是由一種或一種以上的礦物或巖屑組成的有規(guī)律的集合體，是地質(zhì)作用的產(chǎn)物。巖石是組成巖石圈的基本單位。巖石類型復(fù)雜多樣，可分為巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖三大巖類。巖漿巖：n侵入巖n 花崗巖 n火山巖沉積巖：n沉積巖僅占地殼巖石總體積的5，但由于它形成于廣泛分布的陸地表面及海洋盆地中由沉積作用形成，因而，它占據(jù)地表75面積。沉積巖最顯著的特征是成層性，在山區(qū)常?？梢钥吹揭粚訉拥膸r石，這就

17、是沉積巖。 變質(zhì)巖：n地殼內(nèi)早先形成的巖石（巖漿巖、沉積巖）為適應(yīng)新的溫度和壓力條件，在不發(fā)生整體熔融的固態(tài)前提下，礦物成分和巖石結(jié)構(gòu)發(fā)生不同程度的變化，稱為變質(zhì)作用。經(jīng)歷變質(zhì)作用后形成的巖石稱變質(zhì)巖。變質(zhì)巖形成后還可經(jīng)歷新的變質(zhì)作用過(guò)程，有的變質(zhì)巖是多次變質(zhì)作用的產(chǎn)物。地球不同圈層間的物質(zhì)-能量交換n不同圈層的能量交換 n（1）地球的熱傳導(dǎo)n（2）熱流觀測(cè)n大陸熱流：n海底熱流：n不同圈層的物質(zhì)交換n（1）地殼-地幔物質(zhì)循環(huán)n（2）海底熱泉地殼-地幔的元素遷移和富集n（1）流體作用和地球化學(xué)循環(huán)n（2）元素的活化和遷移n（3）元素的沉淀和富集n潘多拉魔盒-礦床開(kāi)發(fā)作業(yè)作業(yè)1人類與地球表層環(huán)境的關(guān)系。人類與地球表層環(huán)境的關(guān)系。說(shuō)明：說(shuō)明：內(nèi)容可以選擇某一方面的關(guān)系展開(kāi)論述。內(nèi)容可以選擇某一方面的關(guān)系展開(kāi)論述。字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)2000-30002000-3000，A4A4紙打印或手寫(xiě)，統(tǒng)一紙打印或手寫(xiě)，統(tǒng)一在左上角標(biāo)注在左上角標(biāo)注地球環(huán)境與人類地球環(huán)境與人類課程課程作業(yè)。下周課堂交。作業(yè)。下周課堂交。第四章