第一章 地球概況90

第一章地球概況

第一節(jié)地球的形狀和大小

第二節(jié)地球的外部圈層結(jié)構(gòu)

第三節(jié)固體地球的主要物理性質(zhì)

第四節(jié)地球的內(nèi)部圈層結(jié)構(gòu)1宇宙宇宙是天地萬物，是物質(zhì)世界,“宇”是空間的概念，是無邊無際的；“宙”是時間的概念，是無始無終的。宇宙是無限的空間相無限的時間的統(tǒng)一。在宇宙空間彌漫著形形色色的物質(zhì)，如恒星、行星、氣體、土埃、電磁波等，它們都在不停地運動、變化著。2宇宙中的天體和物質(zhì)宇宙的統(tǒng)一性在于它的物質(zhì)性，即任何宇宙空間無一不是物質(zhì)的或由物質(zhì)構(gòu)成的。但宇宙中物質(zhì)的存在形式具有多樣性一種呈連續(xù)狀態(tài)彌散在廣漠的空間；另一部分物質(zhì)則積聚、堆積成團天體和人造天體3天體系統(tǒng)和星系宇宙中的物質(zhì)是運動的相互吸引和相互繞轉(zhuǎn)，形成不同層次的天體系統(tǒng)。比如，地月系，太陽系，銀河系，河外星系，總星系45宇宙－總星系-銀河系(河內(nèi)星系)及河外星系66星云和星系后來發(fā)現(xiàn)云霧狀天體實際上有兩種類型：一種是由星際氣體和星際塵埃組成的；另一種是由大量恒星組成的。在近代天文學上，前一種稱為星云，例如獵戶座大星云；而后一種則改稱星系，例如仙女座大星系。7類銀河系星云88銀河系99銀河系的結(jié)構(gòu)10萬光年3.2萬光年1010111212與銀河年有關(guān)的周期太陽繞銀心旋轉(zhuǎn)速度250km/s，完成一周約250-300Ma。穿越銀道面太陽在銀道面上下往復波動，每次約35Ma。1313蝴蝶星云

河外星系141415蝴蝶星云

1616171718181919地球在宇宙中的位置20202121冥王星為什么不是行星根據(jù)國際天文學聯(lián)合會大會2006年8月24日通過的新定義：“行星”指的是圍繞太陽運轉(zhuǎn)自身引力足以克服其剛體力而使天體呈圓球狀并且能夠清除其軌道附近其他物體的天體。根據(jù)新定義，同樣具有足夠質(zhì)量、呈圓球形，但不能清除其軌道附近其他物體的天體被稱為“矮行星”。冥王星是一顆矮行星。222323舉一個形象的例子如果我們把太陽看作是一個棒球，那么大約9m遠的一粒沙子就代表地球，木星（最大的行星）為45.7m遠的一粒豌豆，而最近的恒星則像是離3860km遠的另一個棒球。2425太陽系的行星

2626①

水星

2727一九七四年“水手”10號拍攝的金星,其表面厚厚的云層清晰可見②金星

2828金星上的峽谷②金星

292930地球的衛(wèi)星照片③地球

3131④火星

3232火星3333一九九一年“哈勃”望遠鏡拍攝的木星，清晰地顯示了在木星大氣層中云的結(jié)構(gòu)⑤木星

343435木星和它的衛(wèi)星們⑤木星

3636⑥

土星

3737絢麗多彩、結(jié)構(gòu)復雜的土星環(huán)3838“哈勃”望遠鏡拍到的天王星與它的環(huán)和兩個衛(wèi)星⑦天王星3939“旅行者”拍到的天王星環(huán)⑦天王星

天王星的光環(huán)。由20條細環(huán)組成，寬度約10萬km4040海王星全貌⑧海王星

海王星及其衛(wèi)星4141424243地球的年齡：現(xiàn)今測得的地球上最古老的巖石年齡為42億年。測得的隕石年齡為45.5億年。推斷原始地球形成的年齡為46億年。4444第一節(jié)地球的形狀和大小45在太空中所見的地球4646一、地球極近似旋

轉(zhuǎn)橢球體

（自轉(zhuǎn)所致，表明

地球具有彈性）47二、地球

不是嚴格

的旋轉(zhuǎn)橢

球體（內(nèi)

部物質(zhì)分

布不均勻）4848三、地球形狀的主要參數(shù)極半經(jīng)為

6356.8km赤道半經(jīng)為

6378.2km平均半經(jīng)為

6371km扁率為

1/298.253表面積

510064472km2體積

10832×108km349地球的運動形式和它的軌道(據(jù)阿瑟.拜塞爾，1985)50地球的四季變化515152第二節(jié)地球的外部圈層結(jié)構(gòu)53名副其實的“里三層，外三層”54

一、大氣圈

大氣圈是由包圍著固體地球的大氣層構(gòu)成，總質(zhì)量約5.136×1015t，3/4集中在地面以上10km范圍內(nèi)。主要物質(zhì)成分以氮（78.09%）和氧（20.94%）為主，其次有氬（0.93%），二氧化碳（0.05%）。

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根據(jù)大氣溫度、密度等物理特征，一般把大氣圈自下而上分為：

對流層平流層中間層電離層（暖層）擴散層（散逸層）5656對流層：平均厚度12km，隨緯度和季節(jié)而異（夏厚冬薄、赤厚極?。罅克羝蛪m埃。表現(xiàn)為強烈的對流。風、霜、雨、雪、雹、霧等氣象現(xiàn)象均發(fā)生于此層。平流層：從對流層頂?shù)降乇硪陨?5km的范圍。大氣呈水平運動。幾乎不含水蒸汽、塵埃，無天氣現(xiàn)象。57中間層：從平流層頂?shù)降乇硪陨?5km的范圍。大氣再呈現(xiàn)垂直運動。存在電離層，可反射無線電波。暖層：從中間層頂?shù)降乇硪陨?00km的范圍。內(nèi)部存在多層的電離層，也稱電離層，強烈反射無線電波。擴散層：從暖層頂?shù)酵鈱涌臻g。物質(zhì)多以原子、離子狀態(tài)存在。是地球物質(zhì)向宇宙空間擴散的部位。58二、水圈

地球表面四分之三以上的面積被海洋、冰層、湖泊、沼澤、河流中的水體覆蓋。地面以下的土壤和巖石空隙中也賦存有大量的地下水，它們共同構(gòu)成一個連續(xù)而不規(guī)則的圈層，稱為水圈。水圈中的水，主要在太陽熱能和重力的作用下不停地運動著。596060616262

三、生物圈

生物圈是生物及其生命活動的地帶所構(gòu)成的連續(xù)圈層。地球上生命物質(zhì)出現(xiàn)在3500Ma。

在南非距今3200Ma的層狀巖石中發(fā)現(xiàn)了原核生物化石。自1000Ma以來植物和動物蓬勃發(fā)展。636464第三節(jié)

固體地球的主要物理性質(zhì)65

一、地球的質(zhì)量和密度

根據(jù)牛頓萬有引力定律計算出地球的質(zhì)量為5.9472×1024kg，地球的平均密度為5.516g/cm3。（砂、頁、灰?guī)r平均密度為2.6g/cm3,花崗巖密度為2.67g/cm3,玄武巖密度為2.85g/cm3，因而推論，地球內(nèi)部大部分物質(zhì)密度應(yīng)大于平均密度。）地球的密度隨深度增加而增大，并且是不均勻的。66地球的平均密度：

5.516g/cm3地表巖石平均密度:2.7g/cm3地心的密度:13g/cm367二、地球的重力

地球上某處的重力是該處所受地心引力與地球自轉(zhuǎn)離心力（垂直地面分力）的合力。地球表面的重力隨緯度值的增大而增大（赤道g=978.0318cm/s2，兩極g=983.2177g/s2，g隨海拔高度的增高而減小，每升高1km，g減少31cm/s2）。

由于地面起伏和地球物質(zhì)密度不均勻以及結(jié)構(gòu)差異等原因使實測重力值與理論值不符，這種現(xiàn)象稱為重力異常（正、負異常）。68地球的重力離心力萬有引力69地球內(nèi)部重力的變化70三、地球的壓力

地球內(nèi)部某處的壓力是指由上覆地球物質(zhì)的重量所產(chǎn)生的靜壓力。靜壓力的大小與所處的深度、上覆物質(zhì)的平均密度及重力加速度呈正相關(guān)。71地表地心地球內(nèi)部壓力的變化72四、地球的磁性

固體地球好象一個磁化的球體，其磁力線特征類似于偶極場的特征。地磁軸與地球自轉(zhuǎn)軸并不重合，二者約呈11.5°的交角。而且地磁極的位置是不固定的，呈逐年的變化（1965年75°50′N，100°50′W；1970年76°N，101°W；1975年76°06′，100°W）。

磁場特征要素：磁場強度（F）、磁偏角（D）、磁傾角（I）。

地磁異常是疊加在地球基本磁場之上，由地殼內(nèi)部的巖石礦物及地質(zhì)體的磁性差異引起的磁場。73地磁場示意圖7474地磁軸地理軸7575五、地球內(nèi)部的溫度

自地面向地下深處，地熱增溫現(xiàn)象是不均勻的。按溫度狀況可分為三層：

1．變溫層（外熱層）

地溫主要受太陽光輻射熱的影響，溫度隨季節(jié)、晝夜的變化而變化，故稱變溫層。

2．常溫層

地溫與當?shù)啬昶骄鶞囟却笾孪喈?，且常年保持不變，其深度大致?0-40m。（一般中緯度較深，兩極和赤道較淺；內(nèi)陸較深，濱海區(qū)較淺。）

3．增溫層

常溫層之下，地溫隨深度增大而逐漸增加。

深度每增加100m所升高的溫度，稱地溫梯度（地溫梯度各地有差異）。76地球內(nèi)部溫度的變化77

地球的溫度—地熱：

太陽的輻射熱、放射性元素蛻變、重力能，化學反應(yīng)能，結(jié)晶能和地球自轉(zhuǎn)熱能等。7878六、地球的彈性和塑性

地震波的傳播；巖層的褶皺變形等表明地球既具有彈性又具有塑性。地震是地球具有彈性的最好證明，地震波通常分為：縱波（P）質(zhì)點振動方向與波的傳播方向一致。橫波（S）質(zhì)點振動方向與波的傳播方向垂直。表面波（L）是沿著地面或某個界面?zhèn)鞑サ牟ǎ滟|(zhì)點振動比較復雜。79地震波的質(zhì)點運動示意圖80第四節(jié)地球的內(nèi)部圈層結(jié)構(gòu)81一、地球內(nèi)部圈層劃分的依據(jù)

1．地震波的特點

地震波是彈性波，分為體波、面波和自由振動等類型。體波有縱波（P）和橫波（S）之分?？v波可在固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)的介質(zhì)中傳播，橫波只能在固態(tài)介質(zhì)中傳播。地震波速的大小與介質(zhì)的密度和彈性有關(guān)。82地震波在地內(nèi)傳播情況示意圖8384地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)及地震波的速度發(fā)布84二、地球內(nèi)部圈層的特征

（一）地殼

莫霍面

（大陸33km、洋底5-8km）莫霍面是地震波速顯著不連續(xù)面（南斯拉夫地震學家莫霍諾維奇于1909年發(fā)現(xiàn)）。莫霍面以上的由固體巖石組成的地球最外部圈層稱為地殼。地殼平均厚度約18km，平均密度2.8g/cm3，質(zhì)量約2.35×1022kg。85

地殼厚度變化大，大陸區(qū)20-80km，平均33km。又分為上地殼和下地殼（以康拉德面為界，深約15km）。上地殼平均密度約2.7g/cm3，由沉積巖、變質(zhì)巖和巖漿巖組成，一般稱硅鋁層或花崗質(zhì)巖殼；下地殼（厚約18km）平均密度約2.9g/cm3，一般稱硅鎂層或玄武質(zhì)巖殼。大洋區(qū)平均7km，且較為均勻。洋底普遍堆積有0.5km厚的沉積層，再下便是厚約5-8km的硅鎂層（密度2.9g/cm3），缺失硅鋁層。8687（二）地幔

古登堡面

（2891km）（美國地震學家古登堡于1912年發(fā)現(xiàn)）S波終止，P波急劇減低。莫霍面以下至古登堡面的圈層稱為地幔。地幔的厚度約2870km，物質(zhì)密度由頂層的3.31g/cm3增至5.55g/cm3,平均約4.5g/cm3,質(zhì)量約4.03×1024kg。根據(jù)地幔上部與下部物質(zhì)成分和溫度、壓力的差異性，以及670km深處的地震波速顯著間斷面分為上、下地幔。881．上地幔

蓋層

深度為20-80km，密度3.37g/cm3,物質(zhì)成分推測為橄欖巖,固態(tài)。

低速層

深度80-220km，（頂面在大陸區(qū)較深，大洋區(qū)較淺，底界的差異不大。密度3.36g/cm3,）全球普遍存在、厚度不很均一的波速降低層。橫波局部地區(qū)不能通過,表明低速層部分物質(zhì)可能呈熔融態(tài),因而又稱軟流層（或軟流圈）。89

均勻?qū)?/p>

深度220-400km。波速傳播均勻,表明物質(zhì)成分變化不大。

過渡層

深度400-670km。密度3.73-3.99g/cm3.

2.下地幔

深度670-2891km,厚度2221km,平均密度5.1g/cm3。據(jù)