第一章 地球的基本知識

地質(zhì)地貌學(xué)第一章地球的基本知識太陽系地月系銀河系太陽系銀河系河外星系從衛(wèi)星上觀察的地球

一、地球的形狀

地球呈近似旋轉(zhuǎn)橢球體形狀。赤道半徑6378km。兩極半徑6357km，比赤道半徑短21km。與標(biāo)準(zhǔn)橢球體表面形狀相比較：南極大陸比基準(zhǔn)面凹進(jìn)24米，北極海高出基準(zhǔn)面

14米。

第一節(jié)地球的基本特征

很早以前，人們根據(jù)所看到的一些自然現(xiàn)象，如月蝕時(shí)的地球陰影；船桅和船身先后依次露出海平面；向北旅行時(shí)北極星升高而向南旅行時(shí)北極星降低等現(xiàn)象就得出地球呈球形的概念。

1957年，隨著人造衛(wèi)星上天，人類第一次從太空中看到了完整的地球圖像。根據(jù)人造衛(wèi)星運(yùn)行軌道狀況和分析測算的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)地球并不是標(biāo)準(zhǔn)的旋轉(zhuǎn)橢球體，而是呈梨形的不規(guī)則球體：北極向外突出約14米，南極凹進(jìn)約24米，中緯度地區(qū)在北半球向內(nèi)凹進(jìn)，在南半球則向外凸出。赤道半徑a6378.140km

兩極半徑c6356.779km

長短半徑差21.361km

扁率(a-c)/a＝

1/298.257=0.0033528

赤道周長40075.036km

子午線周長39940.670km

表面積510064471.9km2

體積108320.69×107km3

地球的基本特征二、地球的物理性質(zhì)（一）地球的密度地球的平均密度5.516g/cm3地表巖石平均密:2.7g/cm3—2.9g/cm3地心的密度:13g/cm3可以推測地球內(nèi)部深處物質(zhì)的密度是隨深度遞增的。并且在984km、2898km、

5125km的地方做跳躍式增加，表明地球內(nèi)部物質(zhì)是不均勻的。（二）地球的壓力地表地心地球內(nèi)部壓力是隨深度加大而逐漸增高的。深度每增加１km，壓力增加27.5MPa。自地表到深處約33km（莫霍面）是隨深度的增加而均勻增加的；從33km到984km深度范圍內(nèi)壓力從9000×105Pa很快增加到38.2×109Pa；然后隨深度的增加又緩慢地增加，在2898km（古登堡面）深度可增加到136×109Pa；最后向著地心緩慢地遞增，地心壓力可達(dá)360×109Pa

（三）地球的重力地球表面的重力指地面某處所受的指向地心的引力和該處的地球自轉(zhuǎn)離心力的合力.地球引力與質(zhì)量ｍ成正比,與地心距離ｒ的平方成反比，即地球內(nèi)任一點(diǎn)P的重力

F=Gm/r2

(G為萬有引力常數(shù)=6.672×10-11m3·S-2·Kg-1)

因此地心引力以赤道最小，兩極最大；而地面某處的離心力和該處地球自轉(zhuǎn)線速度的平方成正比，因此赤道的離心力最大，兩極的離心力為零。但離心力比地心引力小得多，其在赤道最大，但也只有該處地心引力的1/289。重力的變化重力在地表的變化

重力隨緯度的增加而增加，隨海拔高度的增加而減小。若將地球視為均質(zhì)體，以海平面為基準(zhǔn)可計(jì)算出不同緯度的標(biāo)準(zhǔn)重力值（正常重力值）。g=987.032(1+5.3*10-3*sin2ф-5.9*10-6*sin22ф)g為重力（伽），ф為緯度重力在地球內(nèi)部的變化

影響重力大小的不是整個(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，從地表到地下2898km的核幔界面，重力大體上是隨深度增加而略有增加，但有波動(dòng)。在核幔界面上，重力值達(dá)到極大(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。重力異常

實(shí)際測得的重力值與理論重力值之間的差值，稱重力異常。當(dāng)實(shí)測重力值>理論重力值,稱正異常當(dāng)實(shí)測重力值<理論重力值,稱負(fù)異常在埋藏有密度較小物質(zhì)（如石油、煤、鹽等非金屬礦產(chǎn)）的地區(qū)，常顯示負(fù)異常；而埋藏有密度大物質(zhì)（如鐵、銅、鉛、鋅等金屬礦產(chǎn)）的地區(qū)，就顯示正異常。所以人們就可以通過重力測量，來圈定重力異常的區(qū)域，尋找那些引起重力異常的非金屬和金屬礦產(chǎn)。這就是地質(zhì)勘查中常用的重力探勘方法（四）地球的磁性地磁場：地球周圍存在的磁場

它有兩個(gè)磁極，其磁北極位于地理北極附近，磁南極位于地理南極附近，但不重合，地磁軸與地球自轉(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）。地磁軸地理軸地磁三要素：磁場強(qiáng)度、磁偏角、磁傾角磁場強(qiáng)度：為某地點(diǎn)單位面積上磁力大小的絕對值。它是一個(gè)具有方向（磁力線方向）和大小的矢量，一般在磁兩極附近磁感應(yīng)強(qiáng)度大（約為60T（微特拉斯））；在磁赤道附近最小（約為30T）。磁偏角：磁力線在水平面上的投影與地理正北方向之間形成的夾角。即，磁子午線與地理子午線之間的夾角。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。我國東部地區(qū)磁偏較為西偏，甘肅酒泉以西地區(qū)為東偏。磁傾角：指磁針北端與水平面的交角。通常以磁針北端向下為正值，向上為負(fù)值。地球表面磁傾角為零度的各點(diǎn)的連線稱為地磁赤道；磁傾角的變化由地磁赤道到地磁北極，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°。地磁軸地理軸根據(jù)地磁三要素在地球上的分布規(guī)律，可以計(jì)算其正常值，如果實(shí)測值與正常值不一致，則稱為地磁異常。地磁異常是地下有磁性礦床或地質(zhì)構(gòu)造發(fā)生變化的標(biāo)志，因此，可以利用地磁異常來勘測磁性礦床和地質(zhì)構(gòu)造情況。（五）地球的溫度

深礦井溫度升高，地下流出溫泉和火山噴出熾熱物質(zhì)，告訴人們地球內(nèi)部是熱的。由地內(nèi)溫度分布狀況可分為：外熱層、常溫層和內(nèi)熱層.外熱層(solarwarminglayer)是地球表層，吸收太陽輔射熱，其中絕大部分又輻射回空中，只有極少一部分透入地下以增高巖石溫度。因此外熱層的溫度是向下減低的。這種溫度變化只影響地表不深的地方，平均約為15m.

溫度隨時(shí)間、緯度高低和海陸分布情況而有所差異。比如：時(shí)間由于太陽熱量有晝夜變化，四季變化和多年周期變化，地溫變化速度和幅度便各不相同。日變化速度較快而幅度較小，年變化速度較慢而幅度較大，引起的地質(zhì)作用也各有特點(diǎn)溫度變化隨深度減小，到一定深度時(shí)，變化就不明顯了。日變化影響深度為1~1.5米，年變化影響深度一般為10~20米。常溫層(homothermallayer)就是外熱層最下界。既（20—25m)的地段。在這個(gè)深度上年變化幅度為零，溫度常年保持不變，等于當(dāng)?shù)啬昶骄鶞囟?。就整個(gè)地表來看，常溫層的深度大致是中緯度比赤道和兩極深，內(nèi)陸區(qū)比海濱區(qū)深，因?yàn)橹芯暥群蛢?nèi)陸區(qū)的溫度年變化較大。內(nèi)熱層(interiorwarminglayer)

在常溫層下，溫度隨深度而逐漸增加。這種增溫顯然不是太陽熱而是地內(nèi)熱，主要是放射熱的影響，且增溫是有規(guī)律的，即每向下一定深度便增高一定溫度。

計(jì)量這種增溫的大小通常用地溫梯度和地?zé)嵘疃葋肀硎尽?/p>

地溫梯度(geothermalgradient)

或地?zé)嵩鰷芈?，即深度每增?00米時(shí)所升高的溫度。以℃表示。一般為3℃

地?zé)嵘疃?geothermaldepth,或地?zé)嵩鰷丶?，即溫度每升高1℃所增加的深度。以米表示。地?zé)嵩鰷丶墳橐话銥?3m.

（六）地球的彈塑性彈塑性地球具有彈性，表現(xiàn)在地球內(nèi)部能傳播地震波，因?yàn)榈卣鸩ㄊ菑椥圆ā５乇淼墓腆w巖石在日、月引力的作用下也有交替的漲落現(xiàn)象，其幅度為7—8cm,這種現(xiàn)象稱為固體潮。也說明固體地球具有彈性。地球也具有塑性，地球的自轉(zhuǎn)能引起地球赤道半徑加大而成為橢球。在應(yīng)力的作用下引起巖石發(fā)生彎曲而不破裂等，這些都說明地球具有塑性。第二節(jié)地球的圈層結(jié)構(gòu)一、地球的外部圈層地球外圈包括大氣圈（atmosphere）、水圈（hydrosphere）

和生物圈（biosphere）。它們與人類生產(chǎn)、生活密切相關(guān)，構(gòu)成了人類生存的直接環(huán)境。地球的結(jié)構(gòu)是指地球的組成物質(zhì)在空間分布和彼此間的關(guān)系。地球物質(zhì)的成分和分布是不均勻的，具有層圈結(jié)構(gòu)。地球固體表面以上的各層圈為外部結(jié)構(gòu)，地球固體表面以下的各層圈為內(nèi)部結(jié)構(gòu)（一）大氣圈大氣圈：是指因地球的引力而聚集在地表周圍的氣體圈層。大氣圈中的氣體主要集中于地表以上18km的范圍內(nèi)，往上氣體變得極為稀薄。主要成分為氮，78.09％；氧，20.94％；氬，0.93%；其他，0.04％。（按體積計(jì)算）。由地表往上可分為五個(gè)次級圈層：對流層、平流層、中間層、暖層、擴(kuò)散層（散逸層）。對流層：平均厚度12km，含大量水蒸氣和塵埃。表現(xiàn)為強(qiáng)烈的對流。風(fēng)、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(yùn)動(dòng)。幾乎不含水蒸氣、塵埃，無天氣現(xiàn)象。中間層：從平流層頂?shù)降乇硪陨?5km的范圍。大氣呈對流運(yùn)動(dòng)。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(qiáng)烈反射無線電波。擴(kuò)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(kuò)散的部位。（二）水圈是指地球表層由水體構(gòu)成的連續(xù)圈層。其物態(tài)有固、液、氣三種狀態(tài)。水體的形式有河、湖、海、冰川（蓋）水蒸氣、地下水等，并形成一個(gè)包裹著地球的完整圈層。地表上直接被液態(tài)水體覆蓋的區(qū)域占地表面積的3/4。在太陽能、重力的作用下，使得水圈中的水體周而復(fù)始的運(yùn)動(dòng)，形成水循環(huán)。水循環(huán)的方式有：海洋與大陸間的循環(huán)；地表與地下間的循環(huán)；生物體與周圍空間的循環(huán)；水圈與大氣圈間的循環(huán)。水圈循環(huán)生物圈(biosphere):指地球表層由生物及其活動(dòng)地帶所構(gòu)成的連續(xù)圈層。生物從高等到低等，從動(dòng)物到植物，乃至細(xì)菌和微生物等生活于地球表面一定范圍的陸地、水體、土壤及空氣中，構(gòu)成了一個(gè)基本連續(xù)的圈層。目前已知的生物有近兩百萬個(gè)種。生物的演化發(fā)展受控于自然環(huán)境的演化，通過地質(zhì)歷史時(shí)期生物化石的研究就可以知道地質(zhì)演化的歷史。（三）生物圈二、地球的內(nèi)部圈層地殼地幔地球內(nèi)部的透視人類對自然界的觀察肉眼觀察、借助儀器觀察、借助其他儀器

1849年英國科學(xué)家斯托克斯（G.H.Stokes)證實(shí)地震時(shí)產(chǎn)生兩種彈性波，由地內(nèi)向外釋放能量透視地球內(nèi)部靠的是地震波（既地震法），它們是迄今為止，僅有的能穿越地球內(nèi)部的旅行者。體波（在物體內(nèi)部傳播）縱波縱波的速度快總是領(lǐng)先又稱P波橫波橫波滯后又稱S波各種彈性波的傳播速度不同，在地內(nèi)的傳播速度是隨深度而增加的，并在數(shù)處作跳躍式的變化；此外，橫波不能通過地心。利用這些變化來了解地球內(nèi)部物質(zhì)的分布情況。地球內(nèi)部圈層劃分根據(jù)地震波傳播速度的變化，先后發(fā)現(xiàn)地球內(nèi)部存在著七個(gè)顯著的地震波速不連續(xù)的界面。其中最主要的不連續(xù)界面有2個(gè)，稱一級界面分別為：地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)與地震波波速變化莫霍洛維齊奇界面（簡稱莫霍面）1909年克羅地亞學(xué)者莫霍洛維齊奇（A.Mohoroviche)發(fā)現(xiàn)在莫霍面上面，縱波從7.0Km/s迅速增加到8.1Km/s左右；橫波速度則從4.2Km/s增加到4.4Km/s左右。莫霍面出現(xiàn)的深度，全球平均為33Km，在太洋之下平均為僅為7Km。莫霍面之上稱地殼；之下稱地幔。古登堡面1914年由美籍德裔學(xué)者古登堡（B.Gutenberg)發(fā)現(xiàn)在此不連續(xù)面上下，縱波速度由13.6Km/s突然降低為7.98Km/s；橫波速度則從7.23Km/s突然消失。此界面位于地下2898km深度。此界面之上到莫霍面稱地幔。此界面之下到地心，稱為地核。

地殼：從地表到莫霍面，由固體巖石組成。地殼的體積僅占地球的千分之三左右，地殼厚度變化大，陸上平均35km，最厚達(dá)70km；海洋地殼薄，最厚8km，最薄5km；在垂直方向,大陸地殼還可分為上、下兩層，其間存在一個(gè)次級界面，稱為康拉德界面，上地殼平均密度約2.7g/cm3，平均厚度約10km,下地殼平均密度3.0g/cm3。這說明，不僅地球不均一，而且地殼在縱向上也是不均一的。在橫向上，地殼也是不均一的，最顯著的表現(xiàn)是大洋與大陸的差別，因此地殼在橫向上又分為陸殼和洋殼兩部分。

陸殼：約占地殼面積的1/3多一點(diǎn)，陸殼具有明顯的雙層結(jié)構(gòu)，即存在上、下地殼。

（一）地殼

洋殼：位于海洋之下，約占地殼面積2/3少一點(diǎn)，其上為約4km厚的海水，洋殼缺失上地殼。軟流圈（Asthenosphere）：也稱低速帶,位于巖石圈(地殼和33m-50m地幔的巖石共同組成）之下。其下界約在地表以下250km深度（70—250m)。

實(shí)驗(yàn)?zāi)M表明，該層不完全為固相，可能是熔融物質(zhì)和固體物質(zhì)的混合帶，熔體約占1％－10％。

這樣大大降低了其強(qiáng)度，故稱軟流圈。軟流圈可以緩慢地流動(dòng)，軟流圈在一系列地質(zhì)作用中起著重要作用。（二）軟流圈地幔：位于地殼之下，莫霍面與古登堡面之間。厚度約2800公里。體積占地球體積的83%。質(zhì)量為4.030x1021

千克，占地球質(zhì)量的66%。根據(jù)地震波速變化，以984公里深度為界，把地幔分為上、下兩層，分別稱為上地幔和下地幔。

（三）地幔上地幔在莫霍面以下至984公里深度之間，平均密度3.8克/厘米3。主要成分為超基性巖(鎂鐵硅酸鹽）。下地幔位于984公里至2898公里之間，平均密度5.6克/厘米3

。主要成分仍然是MgO，F(xiàn)eO和SiO2,Fe含量較上地幔略有增加。2750公里至2898公里深度之間存在波速較低而密度較高的′D′層，預(yù)示著地幔向地核的轉(zhuǎn)化。地殼和軟流圈之上的固態(tài)上地幔合稱為巖石圈。根據(jù)板塊構(gòu)造觀點(diǎn)，巖石圈被洋中脊、俯沖帶和轉(zhuǎn)換斷層分割為若干巖石圈板塊。這些巖石圈板塊在地幔對流力的驅(qū)動(dòng)下，“漂浮”在軟流圈之上作大規(guī)模水平位移，導(dǎo)致了大陸的漂移。位于2898公里以下，厚度3471公里。以古登堡面與地幔分界。體積約占地球的16.2％;質(zhì)量1.900×1021千克，占地球總質(zhì)量的32.5％。根據(jù)地震波速劃分為外核和內(nèi)核，以及兩者之間的過渡層。

外核：平均密度約為10.5克/厘米3?？v波速度在此急劇降低，橫波不能通過。根據(jù)地球固體潮和自由振蕩推斷，這里的物質(zhì)狀態(tài)為液態(tài)。

內(nèi)核：平均密度約為12.9克/厘米3。縱波和橫波均被測得。據(jù)此判斷這里的物質(zhì)狀態(tài)為固態(tài)。

過渡層：位于4640公里和5120公里之間。其波速變化復(fù)雜可測得速度不大的橫波，反映液態(tài)外核向固態(tài)內(nèi)核的過渡。（四）地核第三節(jié)地殼及地質(zhì)作用（一）地殼的表面形態(tài)一、陸地地形按照高程和起伏特征，陸地地形可分為山地、丘陵、平原、高原、盆地和洼地等類型。山地海拔