地概复习a8地球圈层

一、不安稳的大陆二、地球内部的透视三、地球内部圈层的划分四、内部圈层的主要特征五、内部圈层的运动第8章地球的内部圈层1一、不安稳的大地日本3·11地震汶川5·12地震玉树4·14地震2二、地球内部的透视目前对地球内部的了解主要借助于地震波研究的成果。地球是一个具有弹塑性的实体。弹性：塑性：地震波：由地震所激发出的弹性波。31849年英国科学家斯托克斯(G.H.Stokes)证实地震时产生出两种弹性波，一种是质点振动方向与传播方向一致的纵波，一种是质点振动方向与传播方向相垂直的横波。纵波，又称P波；横波又称S波。P波与S波都是在物体内部传播的，因此都叫体波。还有一种地震波只在地球表面传播，称为表面波。地震波分类及其性质4对地球内部构造研究有意义的是体波。在同一介质中，纵波的速度快，总是领先，横波滞后。地震波的传播速度与介质的密度和弹性性质有关。横波在液体中不能传播。5如果地球内部物质是均匀的，由震源所发出的P波与S波都应该沿着直线传播，传播速度也应该基本稳定。当地震波在从一种介质进入另一种介质时，会因介质的弹性、温度、压力和密度等条件不同而突然改变传播速度和传播方向，出现折射或反射的现象。地震波传播沿弯曲路径时，则表示沿途介质的性质在发生逐渐的改变。实际上，地震波在地球内部的传播，既是沿着曲线的路径，又有突变的现象。6

地震波从地震的震源激发向四面八方传播，到达地表的各个地震台站后被地震仪所记录下来。根据这些记录，人们可以推断地震波的传播路径、速度变化以及介质的特点，了解地球的内部构造。地震波在传播途中能量不断消耗，传播到一定距离，尽管它仍在震动，人却不能察觉了。7891011

三、内部圈层的划分

根据地震波传播速度的突然变化，先后发现地球内部存在着七个显著的地震波速不连续界面。其中最主要的不连续界面有两个。

12莫霍洛维奇面(简称莫霍面)最先由克罗地亚学者莫霍洛维奇(A.Mohoroviche,1857-1936)于1909年发现．在莫霍面上下，纵波速度从7.0km/s迅速增加到8.1km/s左右；横波速度则从4.2km/s增加到4.4km/s左右;莫霍面出现的深度，全球平均为33km,在大洋之下平均仅为7km。把莫霍面之上称为地壳，莫霍面之下到古登堡面之间称为地幔13古登堡面1914年由美籍德裔学者古登堡（B.Gutenberg,1889-1960）发现的;在此不连续面上下，纵波速度由13.6km/s突然降低为7.98km/s；横波速度从7.23km/s到突然消失;此界面位于地下2885km深度。此界面之下到地心，称为地核。14在上地幔内部（即Ｂ层内），还存在一个地震波的低速层，其深度一般在地表之下60km－250km之间。在低速层内，地震波速反而比上部减少５－１０％左右，这表明此处岩石强度较低，可能局部熔融。低速层的上下并没有明显的界面，地震波速表现为渐变的特征．低速层后来就被命名为软流圈。软流圈以上、岩石强度较大的部分（包括地壳和上地幔顶部）称为岩石圈。15地球内部结构与地震波速的变化16

四、内部圈层的主要特性

（一）地球内部的主要物理性质地球内部的主要物理性质包括密度、压力、温度、磁性及弹塑性等。17密度:根据万有引力公式，计算出地球的质量为5.974×1021t（几乎六十万亿亿吨），再用地球的体积来除，就可得到地球的平均密度为5.517gcm3,

地表岩石平均密度仅为2.7～2.8g/cm3。182.6-2.7g/cm312.51g/cm32.9g/cm33.32g/cm3M5.56g/cm39.98g/cm3G19压力:地球内部的压力是指在不同深度处单位面积上的静岩压力（其实应该叫压强）。

地球内部压力基本上保持平衡,其数值与该处上覆岩石的总重量相等，称为静岩压力，其大小可用P＝ｈ·ρ·ｇ来表达，即静岩压力（P）等于某一深度（ｈ）、该处上覆物质平均密度（ρ）与平均重力加速度（ｇ）的乘积。20

地球内部压力是随深度加大而逐渐增高的。21地壳的平均密度约2.75g/cm３，深度每增加１km，压力增加27.5MPa（1MPa＝1兆帕斯卡＝１０６N/m２）。静岩压力在莫霍面附近约1200MPa，古登堡面附近约135,200MPa，地心处可达361,700Mpa，相当于360万个大气压力。22温度

地球的温度总体上是从地表向地内逐渐增高的。23地面以下按温度变化的特征可以划分为：外热层常温层增温层24在地表附近，由于太阳幅射热的影响，温度有昼夜变化、季节变化和多年周期的变化．这一表层可叫外热层（或变温层）。在其下界面附近，地温常年保持不变，等于或略高于当地年平均气温，该处称为常温层。25一般把在常温层以下，每向下加深100ｍ所升高的温度称为地热增温率或地温梯度。地球表层的平均地温梯度为３℃．海底的地温梯度一般为４－８℃，大陆为0.9－５℃.如果都用上述地表附近的地温梯度来推算地球深部的温度,则地壳底部将为900℃,核幔边界将达86,000℃,到地心将高达192,100℃。26根据高温、高压实验成果与地震波传播特点，目前，地球内部温度比较公认的推算结果为：在莫霍面附近地温约为400-900℃；在岩石圈底面约在1100℃左右；地幔内的温度大致在1000-3500℃间；地核的温度在4000-5000℃之间。27单位时间内通过地表单位面积的热量称为地热流密度。全球实测的平均地热流值为1.47×41.686mW/m2；大陆地表热流的平均值(1.46×41.686mW/m2)与海底的平均值(1.47×41.686mW/m2)基本相等。28一般在构造活动地区(如年青山脉、大洋中脊、火山、岛弧等)热流值偏高；而在一些构造稳定的地区热流值偏低；地表热流值或地温梯度明显高于平均值或背景值的地区称为地热异常区。29重力：地球吸引力和离心力的合力就是重力；地球的离心力相对吸引力来说是非常微弱的，其最大值不超过引力的1/288，因此重力的方向仍大致指向地心；地球周围受重力影响的空间称重力场；重力场的强度用重力加速度来衡量，并简称为重力(单位为伽或毫伽：1Gal=1cm/s2=103mGal)。30地球表面各点的重力值因引力与离心力的不同呈现一定的规律性变化；重力值具有随纬度增高而增加的规律，赤道处重力值为978.0318Gal,两极为983.2177Gal,两极比赤道增加5.1859Gal。31弹塑性：地球具有弹性，表现在地球内部能传播地震波，因为地震波是弹性波。地表的固体岩石在日、月引力的作用下也有交替的涨落现象，其幅度为7—8cm,这种现象称为固体潮。32（二）地球内部的物理状态和化学组成推断地球内部各圈层物质组成的主要依据：

(1)根据各圈层密度和地震波速度与地表岩石或矿物的有关性质对比进行推测。

(2)根据各圈层的压力、温度，通过高温高压模拟实验进行推测。

(3)根据来自地下深部的物质进行推断。火山喷发和构造运动有时能把地下深部(如上地幔)的物质带到地表。

(4)与陨石研究的结果进行对比。33陨石:是来自太阳系空间的天体碎片.目前陨石按成分可分三类:石陨石:主要有橄榄石、辉石等矿物组成，成分相当于地表见到的超基性岩，密度3~3.5g/cm3或更大.铁陨石:主要由金属状态的铁、镍组成的天然合金，密度8~8.5g/cm3或更大.铁石陨石:介于上述陨石的两者之间.34

各圈层物理状态与化学成分:

地壳是莫霍面以上的地球表层：

##其厚度变化在5-70km之间。

##大陆地区厚度较大，平均约为33km；

##大洋地区厚度较小，平均约7km；

##总体平均厚度约16km，约占地球半径的1/400，占地球总体积的1.55％，占地球总质量的0.8％。

##地壳物质的密度一般为2.6-2.9g/cm3，其上部密度较小，向下部密度增大。35地幔其厚度约2850km，占地球体积的82.3％，质量的67.8％．是地球的主体部分．是由固态的岩石所组成．球粒陨石的密度（３-５g/cm３）、化学成分与地幔相近；由与球粒陨石成分相当的橄榄岩类［（Mg,Fe）2SiO4］所组成的；还含有少量金属硫化物或氧化物的流体．36地幔可进一步划分为三个次级圈层：上地幔（Ｂ层，33-400km深）是由具橄榄石结构的镁铁硅酸盐为主所组成；地幔过渡层（Ｃ层，400-670km深）由具有尖晶石结构为主所组成的镁铁硅酸盐；下地幔（Ｄ层，670-2885km深）则由具有钙钛矿结构的镁铁硅酸盐为主所组成。37地核：其体积约为地球的16.2％，质量约占地球的31.3％，地核的密度达9.98～12.5g/cm3。成分以铁镍合金为主；在相当于地核的高温、高压实验中，发现实验中的铁镍合金密度可比由地震波速所推算出的地核密度大10％左右．地核可能还含有10～15％的氢、硫化物或硅酸盐．38地核可进一步分为三层：外核(E层，深度2885-4170km)。根据横波不能通过，纵波发生大幅度衰减的事实推测其为液态；过渡层(F层，4170-5155km)。过渡层则为液体—固体的过渡状态；内核(G层，5155km至地心)。横波又重新出现，说明其又变为固态。39五、内部圈层的运动上世纪初,古气象学家魏格纳（A.L.Wegner,1880-1930）最早提出大陆漂移假说（不过他当时对大陆漂移速度的估计过大，以为达到每年几米的速度）；1950年代大规模的海底调查，导致海底扩张学说的建立:以海底古地磁、深海底钻探资料为依据，得到了全球海底正以每年几厘米到十几厘米的速度在扩张的认识；现在利用全球定位系统与激光测量等方法也发现不同的大陆地块正以每年几厘米到几毫米的速度发生着水平运动，其高度也可以发生每年几毫米到几十微米的变化；--岩石圈在运动的事实是确凿无疑的。40对平移断层的观测41地球内部各圈层之间的界面（包括相变界面），其实都不是一个截然的界面，而是一个过渡带的特点，在这个薄带内，具有上、下部物质混杂的特征（即发生了耦合作用）；整个固态地幔的温度在1000-3500℃之间，其地温梯度仅为0.088℃／100ｍ，相当于地壳内平均地温梯度的１／33．这种较低增温幅度在硅酸盐岩石内的热传导是很微弱的。42地幔内存在由深部到浅部的热对流，即可能由少量（约百分之几）氢、氮、碳、氧化物或硫化物以流体的形式在晶体间隙、矿物颗粒间或岩石缝隙中流动，以保持地幔从下到上温度变化较小；地幔内部并不是均质的，某些部分积聚的热量较多，可能成为热流向上运移的部位，称为地幔羽或地幔柱；较冷的地幔热流体向下运动，这样就形成地幔内的热对流．地幔热对流既有全地幔大对流，又有分层对流。

4344上地幔的对流可能与岩石圈（板块）的运动关系密切，而下地幔的对流则与液态外核的运动和不均一性相关。应该强调的是，至今还没有发现整个固体地幔产生大幅度运移，以致“对流”的事实依据。45对近３０年来穿越地核的地震波研究，发现地球内核是不均一的，有一些很小的系统变化；内核的对称轴比地球的旋转轴每年向东偏移1.1°，内核比地幔自转速度每年快２°-３°，即，内核表面最大的旋转速度比壳幔的每年快20多km．这种速度相当于壳幔最大运移速度差的几十万倍！46

地核的运动液态外核可成为快速转动的内核与慢速转动的壳、幔之间的缓冲圈层；在核幔边界面附近，下地幔与外核的物质成分和运动速度都存在较大的差异，因而在核幔界面处形成一种复杂的，不均匀的过渡带。一般认为，内核转速较快的现象，可能是因为内核继承并保持了早期地球转速较快的结果。重点内部圈层的划分及特性内部圈层特性地温梯度，软流圈，岩石圈，莫霍面，古登堡面，地震波复习题简述地球内部圈层划分依据及其结果。

说明目前对地球内部