圈层结构大学版

1,第2章地球的基本特征,教学目的：了解地球的大小、形状，掌握地球的内部结构，了解地质作用和地质年代。教学重点：地球的圈层结构教学难点：地球的物理性质和圈层结构教学方法：课堂讲授（5课时）教学步骤：由中学地理基础知识引入本章内容作业布置：（见各节后）,2,总论,3,1.1地球概况,第一级近似圆球形第二级近似旋转椭球体第三级近似大地水准体(Geoid)大地水准面海面上的重力位各处都是相等的，即海面在重力作用下是一个等位面，把这个等位面延伸通过大陆，就形成一个封闭曲面。,1.1.1地球的形状和大小,1.1.1.1地球的形状,4,大地水准体,大地水准体大地水准面（平均海面）所封闭的球体形状。不是一个稳定的旋转椭球面，有地方隆起，有地方凹陷，相差可达100m以上；赤道横截面不是正圆形，是近似椭圆形，长轴指向西经20和东经160方向，长短轴之差为430m；赤道面不是地球的对称面，与标准椭球体相比，南极大陆比基准面凹进24m；北冰洋却高出基准面14m。赤道南纬60之间高出基准面，而从赤道到北纬45之间低于基准面。,5,有关地球的常数,地球赤道半经（）：6378137m*地球极半经（）：6356752m*赤道标准重力加速度（e）：（9780321）10-5m/s2地球的其它数据地球平均半经：6371km子午线周长：40008.08km赤道周长：40075.24km地球的面积：51000万km2*海洋面积：36100万km2，占地球总面积的70.8陆地面积：14900万km2，占地球总面积的29.2地球的体积：10830亿km3*地球的质量：5.9761027g*地球的平均密度：5.517g/cm3物体脱离的临界速度：11.2km/s赤道上点的线速度：465m/s地球沿轨道运动的平均速度：29.78km/s大陆最高山峰（珠穆朗玛峰）：8846.27m大陆平均高度：825m海洋最深海沟：-11034m海洋平均深度：-3800m大陆和海洋的平均高度：-2448m（即全球表面无起伏，将被2448m厚的海水所覆盖）,6,1.1.2：地球的物理性质,地球的平均密度是5.517g/cm3。地壳上部岩石平均密度是2.65g/cm3。推测地球内部必有密度更大的物质。地球密度随深度而增大。在地下若干深度处密度呈跳跃式变化，推测地核部分密度可达13g/cm3左右。地球的平均密度和水星（5.4）相差不多。月球（3.341）和火星（3.95）的密度都比地球小，其它行星的密度更小。,1.1.2.1地球的密度,7,1.1.2.2地球的重力,地球的重力地球对地表和地内物质的引力。据万有引力定律：F=GMm/r2地球赤道处重力加速度g=9.780318(m/s2)地球两极处重力加速度g=983.2177(m/s2)两极，重力比赤道处大0.53，也就是说把在两极重100kg的物体搬到赤道地区时，则变成99.47kg。,8,1.地球上重力的变化,重力随纬度的增加增加。重力随海拔高度的增加减小。重力随深度的增加先增加，然后减小，到地心趋向于零。,9,2.重力异常,重力异常理论重力值：把地球看作一个理想的旋转椭球体，且内部密度无横向变化，所计算出的重力值。重力正异常实测重力值理论重力值0重力正异常实测重力值理论重力值0重力异常的地质意义：重力正异常此处地下往往有密度较大的物质，可能是铁、铜、铅、锌等矿区。重力正异常此处地下往往有密度较小的物质，可能有石油、煤、盐类以及大量地下水等存在。看教材，想一想：重力的自由空气校正？自由空气异常？重力的布格校正？布格重力异常？看图1-3了解我国大陆部分地区布格重力异常。,10,1.1.2.3地磁,地磁磁场同置于地球中心的一个大条形磁铁（条形磁铁与地轴呈11.5相交）所产生的偶极磁场相类似。地磁三要素磁场强度：地表任意一点地磁的大小。单位奥斯特Oe，指向北磁极。磁偏角：地磁子午线与地理子午线之间的夹角。其中，以指北针为准，东偏为“”；西偏为“”。磁倾角：磁针与各处水平面的夹角。依指北针，下倾为“”；上仰为“”。两磁极为90；赤道为0。,11,地磁的特点,地磁的特点（1）地磁南北极和地理南北极的位置不一致，并且磁极的位置逐年都有变化（如表1-1），磁极有向西缓慢移动的趋势。（2）地面上每一点都可从理论上计算出它的磁偏角和磁倾角。如磁偏角和磁倾角与理论值不符时，叫做地磁异常。（3）地球磁场的磁力线受太阳风的影响，被压缩在一个固定区域内，这个区域叫磁层。,12,1.1.2.4地热,地热地球内部储存的热能。有关地热的基本概念常温层：地表向下一定的深度地壳表层的温度不再随外界温度而变化，这一深度叫常温层。其因地而异，我国北方约为30m。地热增温级（率）：在常温层以下，温度每升高1时所增加的深度，单位是m/。其平均值为：33m/。地热梯度：深度每增加100m，地温增加值。平均：3/100m。地热增温的规律只适用于地壳部分或岩石圈。,13,地热（续1）,地热来源与释放来源：铀（U238，U235）、钍（Th232）、钾（K40）等放射性元素衰变产生的热能。释放：火山喷发、热水活动、构造运动、大地热流。大地热流大地热流-地球内部热能向地表传输的现象。全球平均为：6.1510-6J/cm2s。则全球每年为：6.1510-6J/cm2s一年地球表面积9.631020-1.091021J，这个数字相当于燃烧300多亿吨煤放出的热量。,14,地热（续2）,地热流量（值）4.186810-6J/cm2s1个地热流量单位。用（HFU）表示。全球平均地热流值：1.47HFU。全球地热流值特征：全球平均地热流值为1.470.74HFU，大陆和海洋平均值几乎相等。地热流值的分布有明显的时空差异。海洋：洋中脊最高1.901.48HFU；海盆1.270.53HFU；距离洋中脊最远的海沟平均值最低1.160.70HFU。从古到新，地热流值表现为由低到高的趋向。前寒纪地块0.910.02HFU，新生代褶皱带1.750.06HFU。热流值与岩石圈厚度有关。岩石圈越薄越大；反之越小。,15,地热资源,地热能一定地质条件下，地热富集起来形成地热能。地热流值2HFU，一般被认为是良好地热资源的地区。中生代褶皱带（相当于环太平洋带）、新生代喜马拉雅褶皱带（相当于地中海-喜马拉雅带）是著名的地热带（地震带和火山活动带）。我国东部沿海（包括台湾在内）和西藏、云南等地，处于世界的两条地热带范畴内，地热资源丰富。,16,思考题,1.地球的形状分为几级近似？2.何为地球重力异常？对地质研究有何意义？3.地磁三要素是什么？4.何为地热增温级?其与地温梯度有何关系?5.全球地热流值分布有哪些规律?6.我国的地热资源分布如何?,17,1.2：地球的结构,大气圈地表16000km高空都存在气体或基本粒子。总质量达51015t，占地球总质量的0.00009。水圈包括海洋、江河、湖泊、冰川、地下水等，形成一个连续而不规则的圈层。生物圈指地球表面有生物存在的圈层。生物圈：大气圈的下层，岩石圈的上层和整个水圈，最大厚度可达数万米。核心部分为地表以上100m，水下100m。这三个圈层为地球外部圈层，将在其它课程中进一步学习。,1.2.1地球的外部圈层,18,1.2.2地球内部圈层(地壳、地幔和地核),地震波地震时从震源释放出来的部分能量以弹性波的形式向四周传播。地震波分为：体波和面波；体波又分为纵波和横波。地震波的特点纵波（P）：周期短、振幅小，可以通过固体和流体，速度较快。横波（S）：周期较长、振幅较大只能通过固体，速度较慢。地震波的传播速度随着所通过介质的刚性和密度的变化而改变。分析地震波的传播，犹如“透视”地球，可知内部情况。,1.2.2.1地震波一般知识,19,地震波在地下的传播,20,1.2.2.2地震波在地球内部传播的不连续面,地震波地球内部传播的不连续面地震波传播时，在某些深度处速度发生急剧变化，称为不连续面。其中有两个变化最显著的不连续面一级不连续面。莫霍面地下平均33km处（指大陆部分）。此不连续面以上，P波速为7.6km/s，以下急增为8.0km/s；S波由4.2km/s增到4.4km/s。此一级不连续面称莫霍面。古登堡面地下2900km处的地震波传播不连续面。纵波速由13.32km/s突然降为8.1km/s，横波至此完全消失。莫霍面和古登堡面，将地球内部分为3个圈层：地壳、地幔和地核。,21,地球内部圈层示意图,22,1.2.2.3地壳,1.地壳的化学组成,地壳中主要元素的克拉克值,23,地壳的化学组成,地壳地球莫霍面以上的固体硬壳（A层）。地壳的化学组成地壳中含有元素周期表中所列的绝大部分元素，而其中O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg等8种主要元素占98以上，其他元素共占12。化学元素在地壳中平均含量克拉克值。大多数大多数情况是相关元素化合形成各种矿物，其中以O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg等组成的硅酸盐矿物为最多，其次为各种氧化物、硫化物、碳酸盐等。各种不同矿物特别是硅酸盐类又组成各种岩石。一些元素在一定条件下可以迁移和富集，含量超过该元素的克拉克值，并在质和量上达到开采要求形成矿床。,24,2.地壳的厚度,地壳地球表面的一层薄壳，其厚度大致为地球半径的1/400，但各处厚度不一。大陆部分平均37km多；海洋部分平均约7km。高山、高原部分最厚。如青藏高原地壳最厚可达70km（图1-11）。,25,3.地壳的结构,康拉德面地壳中地震波传播的次一级不连续面，海洋不明显或不存在。地壳（A层）：被康氏面分为上下两层（A和A）。上层地壳（即A层）：以O、Si、Al及K、Na等为主，与花岗岩的成分相似，所以叫花岗岩层；此层又称为硅铝层（Sial）。厚：010km；山区、高原40km；平原10km，海洋变薄甚至缺失。下层地壳（即A）：以O、Si、Al为主，但Mg、Fe、Ca等显著增加,与玄武岩的成分相似,叫玄武岩层，又称硅镁层（Sima）。海洋：厚58km；大陆部分延伸至花岗岩层之下，可达30km，是一个连续圈层。平均密度2.93.0g/cm3。,26,4.地壳的类型,地壳的类型大陆型地壳陆壳；大洋型地壳洋壳。陆壳的特征：厚度较大（3070km），双层结构玄武岩层之上有花岗岩层（表层的大部分地区有沉积岩层）。硅铝层浮在硅镁层之上，地表起伏越大（高山、高原），莫霍面越深，地壳越厚。洋壳的特征：厚度较小，最薄处5km，单层结构玄武岩层，其表层为海洋沉积层所覆盖。次大陆型地壳陆壳、洋壳间的过渡型。地壳总特征地壳厚度的差异性和垂直结构及物质成分的不均匀性。,27,陆壳与洋壳对比,28,1.2.2.4地幔,地幔莫霍面以下到古登堡面以上的圈层。为从地壳底界2900km深度处。占地球总体积的82。物质密度3.32g/cm35.7g/cm3，在地幔下部接近地球的平均密度。压力随深度而增加。温度也随深度缓慢增加，下部约为3000左右。,1.地幔概况,29,地震波在地幔中的传播,地震波在地幔中的传播地震波传播速度缓慢而均匀变化，缺少一级不连续面，说明地幔物质较地壳具有很大的均匀性。在约400km和约1000km深处各有一个次一级不连续面，即拜尔勒面和雷波蒂面，据此划分为B、C、D层。一般以1000km为界，把地幔分为上地幔和下地幔。,30,2.上地幔,上地幔震波数值与在橄榄岩中实验所得数值相似橄榄岩层，又称榴辉岩层。与地壳相比，SiO2减少，镁铁增加。岩石圈莫霍面以下上地幔顶部，相当于固态的橄榄岩层。通常把这一层加上地壳（即A+B）合称为岩石圈。古登堡低速层软流圈60400km范围内，波速下降古登堡低速层（相当B层）。一般认为该层有部分熔融，有较大的塑性或潜柔性软流圈。软流圈的深度、厚度和范围常随地而异。约7001600，岩浆的主要发源地，地壳运动、岩浆活动、火山活动及热对流等皆可能与此层有关。上地幔下部（C层）也有次一级不连续面，具体情况有待于继续探索。中、深源地震（最深可达720km）的震源皆发生在上地幔中。,31,3.下地幔,下地幔（D层）物质密度较大，5g/cm3，底界接近地球的平均密度；压力可达1.51011Pa。化学成分：目前认为相当于镁铁的硅酸盐矿物，与上地幔无甚差别。但因压力大，硅酸盐矿物可能形成晶体结构紧密的高密度矿物。由于纵波和横波都能在地幔通过，因此一般认为地幔呈固态存在。,32,1.2.2.5地核,地核：2900km的古登堡面以下地心。因震波速度发生突然变化纵波速从13.32km/s下降到8.1km/s，横波则消失。表明组成物质的化学成分和物理性质等有了很大的变化。据地震纵波的变化，地核可分为：外核、过渡层和内核。据推测，地核物质致密，9.713g/cm3；压力达3.03.61011Pa；温度为3000，最高可能达5000或稍高。外核由于只有P波才能通过，呈液态。过渡层和内核有S波出现，呈固态。,33,地核（续）,地核的成分。很早认为地核是铁镍成分，相当于铁陨石的成分铁镍地核说。后来有人认为组成地核的物质也是硅酸盐，但在高温高压下，原子结构受到破坏，成为具有金属特性和液体特性的物质超固态。近来又提出了更新的看法：实验结果表明P波速度相当于铁族金属，重新肯定了铁镍地核说。可能还存在一些硅、硫等较轻的元素。,34,思考题,1地球的内部结构由哪几个圈层组成？2地球内部各个圈层的物质组成和物理状态有哪些特点？3什么叫硅铝层？什么叫硅镁层？什么叫软流圈?什么叫岩石图?4组成地壳的主要化学元素是哪些？说明它们在地壳中的克拉克值。大陆地壳和大洋地壳的化学组成有何不同?5地壳由哪些岩石组成？大陆地壳和大洋地壳的组成有什么差异?6简述地壳的结构持点。大陆地壳和大洋地壳的结构有何不同?,35,1.3地质作用和地质年代,地质作用在自然力的作用下，使地球的物质组成、内部构造和地表形态发生变化的作用，总称地质作用。地质营力内营力外营力地质作用内力地质作用外力地质作用,1.3.1地质作用,自然力（地质营力）,内营力内力地质作用：地热重力能旋转能化学能结晶能,外营力外力地质作用：太阳能潮汐能生物能,36,1.3.2地质作用的结果,内力作用：一般在地下深处，使地表起伏加剧。使岩石圈变形、变质、形成新岩石。使岩石圈分裂、融合、变位、漂移，改变大地构造格局。外力作用：一般在地表附近，夷高填低，减小起伏。使地表岩石的组成不断发生变化。使地表形态不断发生变化（外力地质作用几乎均有重力能参与）。内外力作用的关系对立统一，互为条件，相互依存。,37,1.3.3地质作用的分类,38,内力作用,39,1.