地球科學(xué)概論第八章供參習(xí)

1、For personal use only in study and research; not for commercial use第一節(jié)地磁場(chǎng)及其基本要素地磁場(chǎng)：地球周圍存在的磁場(chǎng)。地磁場(chǎng)三要素：磁感應(yīng)強(qiáng)度磁偏角磁傾角磁感應(yīng)強(qiáng)度為某地點(diǎn)的磁力大小的絕對(duì)值，（磁場(chǎng)強(qiáng)度）是個(gè)具有方向（磁力線方向）和大小的矢量般在磁兩極附近磁感應(yīng)強(qiáng)度大（約為60 PT （微特拉斯）：在碗赤道附近最小（約為30 UT ）磁偏角是磁力線在水平而上的投影與地理正北方向之間形成的夾角，即磁/午線與地理/午線之間的夾角。磁偏角的大小各處都不相同。在北半球，如果磁力線方向偏向正北方向以東稱為東偏，偏向正北方 向以西稱為西偏

2、。我國(guó)東部地區(qū)磁偏角為西偏，甘肅酒泉以西地區(qū)為東偏。磁軸與地球自轉(zhuǎn)軸的夾角現(xiàn)在約為11. 5度，1980年實(shí)測(cè)的磁北極位于北緯78. 2度、西經(jīng)102. 9度 （加拿大北部），磁南極位于南緯65.5度，東經(jīng)139.4度（南極洲）°長(zhǎng)期觀測(cè)證實(shí)，地磁極圍繞地理極附近進(jìn)行著緩慢的遷移。磁傾角是指磁針北端與水平而的交角。通常以磁針北端向下為正值，向上為負(fù)值。地球農(nóng)而磁傾角為零度的各點(diǎn)的連線稱為地磁赤道；由地磁赤道到地礒北極，磁傾角由0。逐漸變?yōu)?+90° :由地磁赤道到地磁南極，磁傾角由0。變成-90°。地球的磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量余地磁要素地磁傾角（二）地磁場(chǎng)的組成地磁場(chǎng)由基本

3、磁場(chǎng)、變化磁場(chǎng)和磁異常三個(gè)部分組成。在地球中心假定的磁柱被稱為磁偶極/，由 它產(chǎn)生的偶極（磁場(chǎng)占地磁場(chǎng)成分的95%以上，是構(gòu)成穩(wěn)定地磁場(chǎng)的主體，即地球的基本磁場(chǎng)?；镜卮艌?chǎng) 的強(qiáng)度在地衣附近較強(qiáng)，向上在空氣中逐漸減弱。說明它主要為地內(nèi)因素所控制。變化磁場(chǎng)衣現(xiàn)為日變化.年變化、多年（短周期或長(zhǎng) 周期）變化以及突發(fā)性變化主要由于來(lái)自地球外部的帶電粒子的作用（非偶極磁場(chǎng)，疊加在基本磁場(chǎng)上太陽(yáng)是這些帶電粒孑流的主要來(lái)源，而當(dāng)它的農(nóng)tfri出現(xiàn)黑耀斑（濟(jì)動(dòng)特別強(qiáng)烈的區(qū)域）并正對(duì)著地球時(shí)，便會(huì)把人量帶電的粒了拋向地球，使迭加在基本磁場(chǎng)上的變化磁場(chǎng)突然增強(qiáng)，使地磁場(chǎng)發(fā)生人混亂, 出現(xiàn)磁暴。地球兩極常在隨后出

4、現(xiàn)奇異的極光，這也是太陽(yáng)拋射來(lái)的帶電粒/流為地磁極吸引。地球磁層儀器探測(cè)證實(shí)了地磁場(chǎng)形成個(gè)在高層大氣之外，形狀類似慧星的磁性包層，這就是地球磁層。太陽(yáng)風(fēng)與地磁場(chǎng)和持不下所形成的曲而是磁層的邊界，叫做碗層頂.在初太陽(yáng)的側(cè)，磯層頂離地心 約有5萬(wàn)多到7萬(wàn)多km遠(yuǎn)：背著太陽(yáng)的側(cè)，可能是這些數(shù)字的100倍以上。磁層的形成，使地球磁場(chǎng)攔截了太陽(yáng)輻射來(lái)的帶電粒了，還有來(lái)白宇宙的射線，使它們未能沖到地 面，而是留在高空，環(huán)繞地球流動(dòng)，這對(duì)于生物的生存與繁衍具有重要的作用。地磁場(chǎng)中的非偶極了磁場(chǎng)，主耍就由這種流動(dòng)的電磁感應(yīng)作用而產(chǎn)生磁異常地殼淺部具有磁性的巖石或礦石所引起的局部磁場(chǎng)，疊加在基本磁場(chǎng)之上。個(gè)地點(diǎn)

5、的磁異?？梢允紫韧ㄟ^對(duì)實(shí)測(cè)磁場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行變化磁場(chǎng)的校正，然后再減去基本磁場(chǎng)的正常 值來(lái)求得。如所得值為正值稱正異常，為負(fù)值稱負(fù)異常。地殼內(nèi)含鐵較多的巖石和富含鐵族元素（Fe、Ti、Cr等）的礦體?？梢鹫女惓?。而膏鹽礦床，石 油、天然氣儲(chǔ)層，富水地層或富水的巖石破碎帶則常引起負(fù)磁異常。Top第二節(jié)地球歷史上的磁場(chǎng)居里點(diǎn)：磁性材料失去磁性的溫度臨界點(diǎn)。當(dāng)磁性材料的溫度達(dá)到居里點(diǎn)后，材料失去磁性，但溫度降低后磁性又出現(xiàn)。圖8-4磁性材料的磁性特征不同的物質(zhì)各有自己的居理點(diǎn)地殼巖石的居里點(diǎn)溫度般為500600C。地殼內(nèi)達(dá)到此溫度的深度般在2030km （近代火山活 動(dòng)或噴泉地區(qū)，達(dá)到居里點(diǎn)的深度僅為

6、5 km左右）。在居里點(diǎn)深度之下，地內(nèi)溫度越來(lái)越高，因而巖石磁性 消失。在地質(zhì)時(shí)期中，地衣附近的巖石（處在居里點(diǎn)溫度之下）都被當(dāng)時(shí)的古地磁場(chǎng)所永久磁化。巖石中 的這種磁性就稱為剩余磁性。借助于各地質(zhì)時(shí)期的巖石剩余磁性，我們就可能恢復(fù)不同時(shí)期的古地磁場(chǎng)。利用巖石在形成時(shí)期所產(chǎn)生的剩余磁化方向就可以用來(lái)大致確定古經(jīng)線方向，用古磁傾角就可確定 當(dāng)時(shí)所處的古緯度。地磁極翻轉(zhuǎn)在測(cè)定巖石的剩余磁場(chǎng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)相當(dāng)批巖石的磁化方向與現(xiàn)在的地磁場(chǎng)方向相反，于是認(rèn)為地磁場(chǎng)發(fā)生了 180。的改變，這種現(xiàn)象被稱為地磁極翻轉(zhuǎn)或地磁場(chǎng)翻轉(zhuǎn)。事實(shí)證明，這種變化再地發(fā)生。萬(wàn)年）從20世紀(jì)40年代開始，進(jìn)行了系統(tǒng)的觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)以人

7、洋脊為中心，兩 側(cè)對(duì)稱地交替分布著正磁極性（磁極與現(xiàn)代的致）與反磁極性（碗極與現(xiàn)代相 反）的兩類巖石：離擴(kuò)張中心越遠(yuǎn)，巖石年齡越老=由此得到了海底在不同的時(shí) 期以不同的速度在擴(kuò)張的認(rèn)識(shí)。以不同時(shí)期地磁極翻轉(zhuǎn)為主要特征建立了地磁年代衣。在磁化巖石中具 正極性的與反極性的大致各占一半。種地磁極性期平均可持續(xù)22萬(wàn)年（短的僅持續(xù)3萬(wàn)年，長(zhǎng)的可達(dá)（500每次磁極倒轉(zhuǎn)過程僅持續(xù)數(shù)百年到上千年。此時(shí)農(nóng)現(xiàn)為磁場(chǎng)強(qiáng)度人幅度減弱，磁極緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，直到 完全翻轉(zhuǎn)，才達(dá)到穩(wěn)定。從20世紀(jì)40年代開始，進(jìn)行了系統(tǒng)的觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)以人洋脊為中心，兩側(cè)對(duì)稱地交替分布著正磁極 性（磁極與現(xiàn)代的致）與反磁極性（磁極與現(xiàn)代和反）的兩

8、類巖石：離擴(kuò)張中心越遠(yuǎn)，巖石年齡越老。由此得 到了海底在不同的時(shí)期以不同的速度在擴(kuò)張的認(rèn)識(shí)。以不同時(shí)期地磁極翻轉(zhuǎn)為主要特征建立了地磁年代衣。在磁化巖石中具正極性的與反極性的人致各 占i半。種地磁極性期平均可持續(xù)22萬(wàn)年（短的僅持續(xù)3萬(wàn)年，長(zhǎng)的可達(dá)（500萬(wàn)年）。Top每次磁極倒轉(zhuǎn)過程僅持續(xù)數(shù)百年到上千年。此時(shí)衣現(xiàn)為磁場(chǎng)強(qiáng)度人幅度減弱，磁極緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，直到 完全翻轉(zhuǎn)，才達(dá)到穩(wěn)定。第二節(jié)地磁場(chǎng)的成因地核的外部是液態(tài)，給地球中心具有電磁場(chǎng)的假設(shè)帶來(lái)了新的希望，因?yàn)橹灰睾藘?nèi)原來(lái)存在著微“雙耦合發(fā)電盤”模型弱的磁場(chǎng)，這些液態(tài)鐵的非均勻運(yùn)動(dòng)就會(huì)發(fā)生擾動(dòng)、旋渦，產(chǎn)生感應(yīng)電流，不斷增強(qiáng)原有電磁場(chǎng)，逐漸形成 較

9、穩(wěn)定的地電磁場(chǎng)。鐵質(zhì)的地核固然不能成為一塊磁鐵,但可以相當(dāng)于-個(gè)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。這個(gè)“ II壯定磴流 年發(fā)電機(jī)”假說在二十世紀(jì)四十至五十年代形成，并成為現(xiàn)今占主導(dǎo)地位的地磁成因假說。按照這個(gè)假說， “發(fā)電機(jī)”在地核內(nèi)還可能有好多部。因而，地磁場(chǎng)不人穩(wěn)定。70年代初，許多學(xué)者用"雙耦合發(fā)電盤”作出 線路聯(lián)通的直流發(fā)電機(jī)，在運(yùn)行過程中旋轉(zhuǎn)角速度不同 動(dòng)、系統(tǒng)電流也將發(fā)生變化，當(dāng)電流擾動(dòng)加人到定程 流就可反向流動(dòng)，從而造成磁場(chǎng)的翻轉(zhuǎn)Tod第四節(jié)重力的特征重力：地球自轉(zhuǎn)引起的離心力和地球引力的合力為地球的重力。 為了紀(jì)念世界上第位測(cè)定重力加速度的物理學(xué)家伽利略,重力的人?。◤?qiáng)度）的單位為伽（Ga

10、）（l伽=lcm/s: =10'亳加。在國(guó)際單位制（SI）中，為 m/ss,即 “g.u. ” ； lmGal = 10g. u.）。圖3.4地球引力、慣性離心力和重力的關(guān)系示盤圖影響重力人小的不是整個(gè)地球的總質(zhì)量，而主要是所在深度以下的質(zhì)量。由于地殼與地幔的密度都比較小，從地農(nóng)到地下2885km的核幔界而，重力人體上是隨深度增加而略 有增加。在核幔界而上，重力值達(dá)到極人（約1069伽），再往深處去，各個(gè)方向上的引力趨向平衡，重力值逐漸 減少，直至變小為零。在地球衣而又是另外-種狀況：重力要受到地勢(shì)高低的影響。在珠穆朗瑪峰頂，到地心的距離比華 北平原要多8000多米。引力自然要小點(diǎn)。重

11、力的大小還要受到離心力的影響。在赤道上，離心力最人；向兩極去，隨緯度的升高而減少，南 北極上的離心力等于零，同物體的重量，赤道上比在兩極要輕1/290（地球赤道部分凸出，就是因?yàn)殡x心力 的作用）。在地而上，離心力變化的最大值，不超過引力的1/288,重力的方向仍大體是指向地心。現(xiàn)已計(jì)算出地農(nóng)不同緯度上的理論重力值，如赤道重力值般為978. 03伽（離心力可達(dá)3. 4伽），兩 極為983. 22伽，兩者相差5. 19伽。Top第五節(jié)重力研究人地水準(zhǔn)而由平均海平面所構(gòu)成并延伸通過陸地的假設(shè)曲面重力異常實(shí)際測(cè)得的重力值與理論重力值之間的差值重力異常自由空氣重力異常：測(cè)點(diǎn)位置越高，實(shí)測(cè)重力值就越比理論

12、重力值小。因此實(shí)測(cè)的結(jié)果需耍校正， 換算成為人地水準(zhǔn)面上的數(shù)據(jù)。這種校正就稱為自由空氣校正或高度校正。校正后的重力異常稱為自由空氣 重力異常。布格重力異常：在陸地上測(cè)量時(shí)，測(cè)點(diǎn)與海平而之間并非空氣，而是巖石?？紤]了測(cè)點(diǎn)高度及與人 地水準(zhǔn)面之間巖石密度的影響而進(jìn)行的校正，稱為布格校正。經(jīng)布格校正后的重力異常稱為布格重力異常均衡重力異常：從地下某深度算起，相同截而積所承載的農(nóng)而巖石柱體的總質(zhì)量應(yīng)趨于相等，這 概念就稱為重力均衡。從重力均衡的角度對(duì)布格異常進(jìn)步進(jìn)行校正，即均衡校正。通過均衡校正就得到 均衡重力異常。重力均衡補(bǔ)償假說a -普拉特假設(shè)b-艾里假設(shè)如果均衡異常值很小，農(nóng)明該處地殼基本上處于

13、均衡狀態(tài)。正均衡異常是指山脈下部較輕巖石的增多對(duì)地農(nóng)山脈隆起的質(zhì)量補(bǔ)償不足，存在著質(zhì)量虧損，也即 莫霍面在山下凹陷得還不夠，還不足以補(bǔ)償山脈的隆起，這也就意味著山脈正在隆升、并將進(jìn)-步隆升。負(fù)均衡異常是指莫霍而凹陷過深，淺部巖石過多地補(bǔ)償了地形的隆起，這意味著該區(qū)正在下沉，并 將繼續(xù)下沉。Top第六節(jié)重力在地球演化中的作用重力對(duì)地球各圈層的形成與演化，主要起到了趨向平衡與穩(wěn)定的作用，但同時(shí)又會(huì)在趨向均衡的過 程中造成一些圈層間或圈層內(nèi)部的相互作用。Hogolini地磁場(chǎng)的三要素地磁場(chǎng)的組成地磁極反轉(zhuǎn)重力異常與布格重力異常重力均衡以下無(wú)正文僅供個(gè)人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途。TonbKO

14、aha /uo/ieM, KOTopwe ucno/ib3yiOTCfl an只 oSyneHUR, Mcc/ieflOBaHMM n He Aonx<Hbi ncno/ib3OBaTbe只 bKOMMepHeCKMX uemx.For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur fur den personlichen fur Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwendet werden.Pour I 'etude et la recherche uniquement a des fins personnelles; pas a des fins commerciales.以下無(wú)正文僅供個(gè)人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途。For personal use only in study and research; not for commercial use.僅供個(gè)人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途。Nur fur den personlichen fur Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwendet werden.Pour I