自然科学概要（第二版）（微课版）课件 4.2地球的圈层结构

1地球的演变之争CONTENTS第4章近代地学及其发展2地球的圈层结构4.2课程标准

1.知识目标

了解范艾伦、莫霍、古登堡的生平简介；了解大气圈、水圈、生物圈、岩石圈的概念；了解磁层对人类的保护作用。

理解空气对流、平流、电离的原因。

掌握地壳、地幔、地核划分的依据。2.能力目标具备因果分析的初步能力。3.素质目标弘扬科学家精神，博学德清，鼎新致用。第二节地球的圈层结构

一、地球的超外圈——磁层

地球磁层是指地球磁场的影响范围，在空间最大可延伸到几百个甚至上千个地球半径以外。但由于太阳风的作用，磁层是有边界的，被称为磁层顶；

磁层是不对称的，在朝向太阳的一面只有7～10个地球半径的距离，因此磁层类似彗星状的形态。

1958年，美国物理学家范艾伦发现了环绕地球的高能离子辐射带。

磁层起着保护地球大气和地球表面的作用，使其免受外来电离辐射的影响，不致损害地球表层的生命物质。

地球的磁层

二、地球的外部圈层

（一）大气圈

大气圈是地球海陆表面到星际空间的过渡圈层，一直可以延续到1000km的高度，越向外大气的密度越小。

大气是多种气体的混合物，但以氮和氧为主要成分。在大气总体积中，氮占78.09％，氧占20.95％，余下的为氩（占0.93％）、二氧化碳（占0.03％）及微量气体，还包括水汽和尘埃微粒。大气圈对生物的形成、发育和保护有着很大的作用。地球圈层结构示意图1.对流层：对流层是大气圈的底层，其厚度在两极是9km，赤道附近为17km，平均12km。主要天气现象都出现在这一层。大气总质量的70％～75％集中在对流层（每升高1000m气温降6℃；对流现象明显；天气现象复杂）。2.平流层：12—50km，平流层中的臭氧大量吸收波长大于0.175μm的太阳紫外线而使气温升高。上部热下部冷，大气平流；3.中间层：50—85km，下部暖上部冷，高空对流；4.暖层：85—500km，主要是氧原子吸收波长小于0.175μm的太阳紫外线而增温。5.散逸层：500km以上，地心引力微弱，大气很稀薄，人造卫星在这里运行。大气圈分层结构示意图

（二）水圈

水圈是指连续包围地球表面的水层。

海洋水是水圈的主体，约占全球总水量的96.5％和全球面积的71％。

陆地水大部分覆盖两极的冰原和高山冰川，存在于河流湖泊的地表水是有限的。在土壤中有土壤水，陆地深处有地下水。

气态水赋存于大气层中，其含量在水圈中微不足道，主要集中于大气圈的对流层中。

水圈的运动和循环影响着地球上各种环境条件的变化。没有水就没有生命。水圈的运动和水循环

（三）生物圈

生物圈是指地球表层生物有机体及其生存环境的总称。

生物圈分布在地球表面、大气圈的底层、水圈之中。

其上限一般为7000～8000m，甚至可达23km的高空；

其下限在大洋中的深度为10000m，在陆地深钻孔中仍发现有生命存在，可见生物圈是一个和大气圈、水圈甚至地壳交织在一起的圈层。

目前已知的植物约30余万种，动物约100余万种，微生物则不计其数。生物圈中的生态系统示意图

三、地球的内部圈层

根据地球物理的研究（主要通过地震波传播速度变化的研究)，地球内部是一个非均质体，各层物质的成分、密度和温度互不相同。

地球内部存在两个明显的不连续界面，即莫霍面（1909）和古登堡面（1914），由此将地球内部分为地壳、地幔和地核三个同心圈层。

（一）地壳

地壳是从地表到莫霍界面的圈层，是地球表面薄薄的一层固体外壳。

地壳的厚度是不均匀的，大陆地区平均厚度约35km，最厚处可达70km（如我国的青藏高原）；海洋地区平均厚度约7km，最薄处仅4km。

地壳的体积为全地球体积的1％，质量为全球的0.4％，密度是地球平均密度的1／2，为2.7～2.9g/cm3。地壳是从地表到莫霍界面的圈层

地壳以不连续面（称为康拉德面）为界分为两层：上层称硅铝层，富含氧化硅和氧化铝，岩性以沉积岩和花岗岩为主。硅铝层为大陆地壳所特有，厚度为10～40km不等。大洋地壳缺失该层。

下层称硅镁层，富含氧化硅和氧化镁，岩性由玄武岩和辉长岩类构成，厚度仅5～8km。因此，地壳又可分为大陆型地壳和大洋型地壳。大陆型地壳是双层结构，大洋型地壳是单层结构。硅铝层硅镁层

（二）地幔

地幔是从莫霍界面到古登堡界面之间的圈层，介于地壳和地核之间，又称中间层或过渡层。古登堡界面位于地球内部约2900km的深处。

地幔的体积约占地球总体积的83％，质量占地球总质量的68％，密度向内逐渐增大，由近地壳处的3.3g/cm3增至近地核处的5.6g/cm3。岩石圈指软流层之上由地壳和上地幔固体岩石组成的圈层。

地幔以约1000km深处为界分为上、下地幔两部分。上地幔主要由橄榄岩类岩石构成，物质状态属固态结晶质，具较大塑性；60～250km深度范围内物质具有柔性，称为软流圈。平均密度为3.8g/cm3，温度为400℃～3000℃，压力为21万个大气压。

下地幔的构成物质除硅酸盐外，铁、镍成分显著增加，物质处于非晶质固态，或具潜藏的可塑性固态。平均密度为5.6g/cm3，温度为1850℃～4400℃，压力则增至150万个大气压。橄榄岩类岩石

（三）地核

地核是指古登堡界面以下直至地心的地球核心部分。半径约3400km，质量和体积分别为地球的31.5％和16％，密度相当高，边缘区为9.7g/cm3，地核中心则高达13g/cm3，温度也随深度而上升，地核边缘的温度是3700℃，地心达到5500℃～6000℃。

根据地震波传播特征测定，地核可分为外核和内核两部分，其界面约在5155km深处。