2025年大学《地球物理学》专业题库- 地球深部的地幔环流与地核结构

2025年大学《地球物理学》专业题库——地球深部的地幔环流与地核结构考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（请将正确选项的字母填在括号内，每题2分，共20分）1.地幔对流的主要驱动力被认为是（）。A.外力作用（如潮汐力）B.地球自转产生的科里奥利力C.地幔内部放射性元素衰变产生的热量D.地核与地幔之间的密度差2.S波不能穿过的是（）。A.莫霍界面B.古登堡界面C.地幔内部D.液态外核3.地幔中存在一个地震波速度显著降低的层，通常被称为（）。A.莫霍界面B.古登堡界面C.D层D.矿物相变边界4.地核发电机理论认为地球磁场的产生主要与（）有关。A.地幔的对流运动B.地球自转速度的变化C.外核液体的对流运动D.内核固体的生长5.地球内部的液态外核与固态内核之间的分界面被称为（）。A.莫霍界面B.古登堡界面C.外核-内核边界D.核幔边界6.下列哪种地球物理观测证据最有力地支持了外核是液态的假说？（）A.地震P波通过外核时速度略有下降B.地震S波无法通过外核C.地震P波通过外核时发生偏振面的旋转D.地球重力场的低梯度区7.古登堡界面之所以存在，主要原因是（）。A.地幔物质突然变得非常致密B.地幔中发生了强烈的矿物相变，导致P波速度急剧下降C.地核物质开始凝固D.地球自转速度突然减慢8.地幔热流的主要来源是（）。A.地球形成时的残余热量B.地幔内部放射性元素衰变产生的热量C.地核热量的传导D.太阳辐射能的传入9.地幔对流在地球内部能量传输中扮演着至关重要的角色，其主要功能是（）。A.维持地球表面的温度B.将地核产生的热量带到地幔顶部并散失到空间C.驱动地壳板块的运动D.调节地球的旋转速度10.地球磁场极性发生周期性的倒转现象，其记录主要保存在（）。A.地幔岩石中B.地壳沉积岩中C.地核内部D.月岩中二、填空题（请将答案填在横线上，每空2分，共20分）1.地幔对流是地球内部的一种______运动，它主要通过热传递的方式将能量从地球内部带到表面。2.地震学研究表明，地球内部存在一个不连续面，即______界面，它标志着地壳与地幔的过渡。3.当地震P波从固态进入液态的外核时，其速度会发生______（增加/减少）。4.地核发电机，也称为______理论，解释了地球磁场是如何产生的。5.地幔中存在一个重要的矿物相变带，即410公里和660公里深度处，它被称为______。6.地球内部的热量主要通过______和对流两种方式传输。7.外核-内核边界位于大约______公里深度。8.板块构造理论认为，地幔对流是驱动地壳板块运动的主要动力。9.古登堡界面位于大约______公里深度，它标志着地幔与外核的过渡。10.地球磁场的存在对于保护地球免受太阳风侵蚀具有重要作用，其产生机制与______运动密切相关。三、判断题（请判断下列说法的正误，正确的划“√”，错误的划“×”，每题2分，共20分）1.地幔对流是自发的，不需要任何外部驱动力。（）2.S波可以通过所有地球内部介质，包括固态、液态和气态。（）3.地震波在地幔中的传播速度是均匀不变的。（）4.地核主要由铁和镍组成，其物理状态与地球表面的金属完全相同。（）5.地球磁场的极性是固定不变的，永远指向北方。（）6.地幔中的D层是由于地球自转产生的离心力造成的密度异常区。（）7.地幔对流的速度非常快，可以与板块运动的速度相媲美。（）8.古登堡界面是一个完全光滑的平面。（）9.地核发电机产生的磁场是一个完美的偶极场，没有任何非偶极成分。（）10.地幔热流在全球范围内分布均匀，没有明显的区域差异。（）四、简答题（请简要回答下列问题，每题5分，共25分）1.简述地幔对流的可能驱动力。2.解释为什么地震S波无法穿过液态外核。3.简述地核发电机理论的基本思想。4.地震波通过古登堡界面时会发生哪些主要变化？5.地幔热流对地球内部结构和动力学过程有何影响？五、论述题（请结合所学知识，详细论述下列问题，每题10分，共20分）1.试述地震波数据在确定地球内部结构（特别是地幔和地核）方面的作用。2.论述地幔对流与地球磁场起源之间的关系，并分析这一过程对地球演化的意义。试卷答案一、选择题1.C2.D3.D4.C5.C6.B7.B8.B9.B10.B解析思路1.C地幔对流的驱动力主要是内部放射性元素衰变产生的热量导致的温度差异引起的浮力。2.DS波是横波，不能在液体中传播，外核被推断为液态，因此S波无法穿过。3.D在古登堡界面附近，由于矿物相变（如榴辉相变），P波速度急剧下降，因此称为D层（或过渡带）。4.C地核发电机理论认为，液态外核的对流运动能够产生地球磁场。5.C外核-内核边界是外核（液态）和内核（固态）之间的分界。6.BS波无法通过外核的事实直接证明了外核的液态性质。7.B古登堡界面的存在是由于地幔深处发生强烈的矿物相变（如橄榄石转变为新的矿物相），导致P波速度急剧下降形成的地震学边界。8.B地幔内部放射性元素（如钾、铀、钍）衰变是地幔热流的主要来源。9.B地幔对流的主要功能是将地核附近的热量通过热传递的方式带到地幔顶部，并向外散失，从而驱动地幔物质循环。10.B古地磁学研究表明，地壳沉积岩记录了地球磁场的极性变化历史，这些记录显示了磁极的周期性倒转。二、填空题1.对流2.莫霍3.减少4.地核发电机5.矿物相变边界6.传导7.51508.地幔9.637110.外核三、判断题1.×2.×3.×4.×5.×6.×7.×8.×9.×10.×解析思路1.×地幔对流的驱动力主要是放射性生热引起的温度梯度和浮力。2.×S波是横波，不能在液体中传播。3.×地震波在地幔中的传播速度受密度和弹性模量的影响，是变化的。4.×地核物质处于极高的压力下，其物理性质与地球表面的金属显著不同。5.×地球磁场的极性会发生周期性的倒转。6.×D层是过渡带矿物密度增大的区域，主要与深部压力和温度下的矿物相变有关。7.×地幔对流速度相对较慢。8.×古登堡界面是一个不连续面，但并非绝对光滑，存在一定的起伏。9.×地球磁场包含偶极成分和非偶极成分，并非完美偶极场。10.×地球热流在全球分布不均，存在热流高值区和低值区。四、简答题1.简述地幔对流的可能驱动力。解析思路地幔对流的驱动力主要来自地球内部的热力不均。放射性元素（钾、铀、钍）在地球内部（尤其是地幔）持续衰变，释放热量，使得地幔内部存在温度差。高温、低密度的地幔物质上升，而低温、高密度的地幔物质下沉，形成对流环流。此外，地球自转产生的科里奥利力也会影响对流的形态，使其倾向于形成柱状对流。2.解释为什么地震S波无法穿过液态外核。解析思路地震波分为P波（纵波）和S波（横波）。P波可以通过固体、液体和气体，而S波是横波，需要介质提供剪切力才能传播。液体不能承受剪切应力，因此S波无法在液态介质中传播。地震学观测发现，S波在到达外核时消失，而P波速度显著降低，这直接证明了外核是液态的。3.简述地核发电机理论的基本思想。解析思路地核发电机理论（GeodynamoTheory）认为，液态外核中的熔融金属（主要是铁镍）由于地球内部的能量输入（如地幔热流、内核生长释放的潜热）而进行对流运动。这种运动中的熔融金属携带电流，形成强大的磁场。这个磁场会随着熔融金属的运动而变化和扩散，一部分向外辐射，形成地球的主磁场。该过程类似于发电机的原理，因此称为地核发电机。4.地震波通过古登堡界面时会发生哪些主要变化？解析思路古登堡界面是地幔与外核之间的分界面。当地震波（P波和S波）通过这个界面时，由于两侧介质物理性质（密度和弹性模量）发生显著变化，波速会发生突变。P波速度通常会急剧下降，而S波则完全消失（因为外核是液态），这反映了外核的液态性质。P波通过界面时还会发生折射和反射。5.地幔热流对地球内部结构和动力学过程有何影响？解析思路地幔热流是地球内部热量向外传递的主要方式，对地球内部结构和动力学过程具有重要影响。首先，热流驱动地幔对流，这是板块构造运动的主要动力来源。其次，地幔热状态影响地幔的粘度，进而影响板块运动的速率和样式。此外，地幔热流也影响着地壳的演化、矿产资源（如热液矿床）的形成以及地球的长期热演化历史。五、论述题1.试述地震波数据在确定地球内部结构（特别是地幔和地核）方面的作用。解析思路地震波数据是研究地球内部结构最直接、最重要的手段。通过分析地震波在全球范围内的传播路径、速度和振幅变化，科学家能够推断地球内部的密度、弹性等物理性质分布。例如，莫霍界面的发现源于P波速度的突然增加和S波的出现；古登堡界面的发现源于P波速度的再次下降和S波完全消失，这表明了地球内部存在一个不连续的、液态的外核。通过研究地震波在不同深度的传播速度变化，可以绘制出地球内部的P波速度模型和S波速度模型，进而划分出地幔的各个圈层（如上地幔、下地幔、过渡带）和地核（外核、内核），并了解这些圈层的物理状态和结构特征。地震层析成像技术更是利用地震波的走时和振幅差异，绘制出地球内部三维的速度结构图像，为研究地幔对流、地核状态等提供了更精细的信息。2.论述地幔对流与地球磁场起源之间的关系，并分析这一过程对地球演化的意义。解析思路地幔对流与地球磁场起源（地核发电机）之间存在密切的物理联系。地核发电机理论认为，液态外核中的熔融金属在对流过程中，由于地球自转产生的科里奥利力，会形成复杂的螺旋状流动。这种流动中的熔融金属携带电荷，形成巨大的电流。根据电磁感应定律，这些电流会产生强大的磁场，并向外辐射，形成我们观测到的地球磁场。地幔的对流是地核发电机得以运行的关键条件之一，它为液态外核提供了必要的运动能量和物质循环。同时，地幔对流的强度和状态也可能受到地核发电机反馈的影响。例如，外核产生的磁场对地幔和地壳的电性分布会产生影响，进而可