第4章 地球的圈层构造及能量系统

第4章地球的圈层构造及能量系统Chapter4SpheresStructureoftheEarth

地球具有圈层结构，以地表为界分为内部圈层和外部圈层。每个圈层都有自己的物质组成、运动特征和物理、化学性质。对地质作用各有不同程度的、直接或间接的影响。第一节外部圈层第二节内部圈层第三节能量系统第一节外部圈层（一）大气圈（Atmosphere）1.大气组成2.大气结构对流层平流层中间层（高空对流层）暖层（二）水圈（Hydrosphere）能够被人类直接利用的水不足1%。1.水圈组成2.水的循环地下水的循环生物水的循环（三）生物圈（Biosphere）生物及其生命活动地带所构成的连续圈层，大气圈、水圈和地壳表层的土壤和岩石里，都有生物存在，目前已知的生物有近两百万个种类。原核生物界原生生物界真菌界植物界动物界原核生物无细胞核的原核生物，以细菌和蓝绿藻为主。硅藻原生生物具有细胞核的单细胞生物，包括细菌、藻和原生动物。真菌：没有叶绿素的真核生物，不能进行光合作用，包括蘑菇、木耳、灵芝等。植物：具有叶绿素，能进行光合作用的自养生物，包括蕨类植物、裸子植物、被子植物等。动物：由无脊椎动物和脊椎动物组成的多细胞复杂生物。第二节内部圈层地球内部圈层：同心环状，非梨亦非球—“煮熟的鸡蛋”（一）圈层结构的证据不同或同一构造层内物质的化学成分不均一。地球化学石陨石：主要由镁铁质的硅酸盐相组成，代表上地幔的成分。铁石陨石：大致相等的硅酸盐相与铁镍金属相组成，含少量的硫化物相，代表下地幔的成分。铁陨石：主要是金属相，少量的硫化物相（铁、镍），代表地核的成分。陨石学地球物理学证据（二）地球内部圈层的划分地球内部有两个明显的波速不连续界面：第一个界面：地下5-70km深处，平均厚度33km，大洋区较浅，最浅处不足5km，称为“莫霍面”。第二个界面：位于地下2891km处，称“古登堡面”。（三）地球内部圈层的特点1.地壳的特征

地壳是地球的最外部圈层，与人类活动的关系最为密切，对它的了解和研究也比较深入。

厚度：陆壳最厚，可达70km，洋壳最薄，最小不到5km，平均厚度18km。组成：陆壳，沉积岩、岩浆岩、变质岩；洋壳，玄武岩，密度：2.6-2.9g/cm3。年龄：陆壳老（38亿年），洋壳新（不超过2亿年）上地壳（大陆地壳）（A1）硅铝层（花岗质层）：主要为富铝的硅酸盐矿物所组成，平均厚度约33km，平均密度2.7g/cm3，平均Vp5.8km/s下地壳（大洋地壳）（A2）硅镁层（玄武质层）：主要为富镁的硅酸盐矿物所组成，平均厚度约7km，平均密度2.9g/cm3，平均Vp6.8km/s-康拉德面-2.地幔的特征

厚度：2870km，体积约占地球83.4%，质量占地球67.8%。组成：镁铁质硅酸盐（据地震、陨石、深成岩及实验室推测），绝大部分属于固体岩石。结构：分三层。

B：上地幔（固/部分熔融）；C：过渡层（固）；D：下地幔（固）地幔上部由坚硬的岩石组成，这部分和地壳一起构成岩石圈，地壳中的资源、岩浆均直接或间接来自于地幔。上地幔，B层，33-400km盖层（岩石圈地幔），B1层，20-80km，固态，主要为橄榄岩。低速层（软流圈），B2层，80-220km，部分熔融，拉斑玄武岩及金伯利岩的源区。均匀层（B3层），220-400km，固态，镁铁质和超镁铁质岩石组成，碱性玄武岩的源区。过渡层，C层，400-670km下地幔，D层，670-2891km现今对地幔（地核）结构、成分的研究，主要依赖陨石、地球物理，不少认识仍有较大的推断成分。物质结构调整，密度进一步增大。物质结构不再发生变化，但进一步压缩。3.地核的特征

厚度：3741km，体积约占地球的16.2%，质量是地球的31.3%。组成：铁、镍、少量的氢、硫化物和硅酸盐。结构：分三层，外核（E层，液态）、过渡层（F层，液→固）和内核（G层，固态）。平均密度10.83g/cm3。第三节能量系统内能：地球自转的旋转能、重力作用的重力能、放射性元素衰变的热能及矿物结晶的结晶能和化学能。外能：太阳辐射能、天体引力能等。

一般认为，岩石中放射性元素衰变是地球热能的主要来源，如果地球中放射性元素含量和地壳中的含量相当，那么地球所释放的热量不仅足够使整个地球熔化，而且能够使它完全气化并蒸发掉。

其次，由于自身的重力作用也可转化出大量热能，其总热量可能十分接近放射性热能。

此外，地球自转的动能、矿物结晶及地幔物质的分异作用等都可以转