第二章-地球的物理性质和圈层结构解析课件.ppt

1、1第二章第二章 地球的物理性质和圈层结构地球的物理性质和圈层结构2第第一一节节 地球的密度与弹性地球的密度与弹性一一 地球的形状和大小地球的形状和大小 形状：形状：象一个象一个“梨子梨子”，赤道半径比，赤道半径比两极半径大两极半径大21.36km，（分别为，（分别为6378.1km和和6356.8km），且南半球要比），且南半球要比北半球北半球“膨大膨大”一些，南极内凹约一些，南极内凹约30m，北极外凸约北极外凸约10m。体积：体积：1.08321012km3 表面积：表面积：5.1007108km2（5.1亿亿km2）质量：质量：（5.97420.0006）1024kg （60万亿亿吨）万亿

2、亿吨）3密度与压力密度与压力（一）密度（一）密度 平均密度：平均密度：5.516g/cm3据布伦的研究：地壳表层的密度：据布伦的研究：地壳表层的密度：2.7g/cm3 地内地内33km处：处：3.32g/cm3；2885公里处：公里处：自自5.56陡增至陡增至9.98g/cm3 6371公里处：公里处：12.51g/cm3 （二）压力（二）压力 地球内部的压力是指不同地球内部的压力是指不同深度处单位面积上的压力，实质上是压深度处单位面积上的压力，实质上是压强，强，地内压力随深度而增大：地内压力随深度而增大：地下地下10km处：处：压力约为压力约为3103atm,约约304kpa莫霍面莫霍面（3

3、3km处）：约为处）：约为10103atm 约约1200Mpa古登堡面古登堡面（2885km处）：约为处）：约为150103atm，13.52万兆帕万兆帕地心地心压力压力：36.17万兆帕万兆帕（1大气压大气压101.3kpa）4第一节第一节 地球的密度与弹性地球的密度与弹性 六六 地球的弹塑性地球的弹塑性 （一）弹性（一）弹性 地震波能在地球内部传播，表明地球具弹性。地震波能在地球内部传播，表明地球具弹性。此外，精确仪器测量表明，固体地球表面在日、月此外，精确仪器测量表明，固体地球表面在日、月引力作用下也有周期性交替涨落现象，其幅度为引力作用下也有周期性交替涨落现象，其幅度为715米，这种现

4、象称为米，这种现象称为固体潮固体潮。5六六 地球的弹塑性地球的弹塑性 （一）弹性（一）弹性 （二）塑性（二）塑性 岩石能弯曲表明地球具塑性。此外，地球自转的惯性离心力岩石能弯曲表明地球具塑性。此外，地球自转的惯性离心力能使能使地球赤道半径加大地球赤道半径加大而成为椭球体也表明地球具有塑性。而成为椭球体也表明地球具有塑性。地球具弹塑性是地内物质能发生变形、运动和移位的重要原地球具弹塑性是地内物质能发生变形、运动和移位的重要原因。因。6第二节第二节 地球的重力地球的重力 二二 地球的重力与重力异常地球的重力与重力异常 （一）重力和重力场（一）重力和重力场 1 重力（重力（gravity）：是指地球

5、质量对物体产生的引力和该物是指地球质量对物体产生的引力和该物体随着地球自转而引起的惯性离心力的合力体随着地球自转而引起的惯性离心力的合力。2 重力场：重力场：地球内部及其附近存在的受重力作用的空间。地球内部及其附近存在的受重力作用的空间。(二二)重力异常重力异常 1 正常重力值正常重力值：地表上某一纬度上相当于地表上某一纬度上相当于平均海平面高度平均海平面高度的的（理论）重力值。（理论）重力值。go=9.780318（1+0.0053024sin2-0.0000058sin2(2)）(为纬度为纬度)7 (二二)重力异常重力异常 2 重力异常：重力异常：往往在现场实测的重力值多数与正常重力值不往

6、往在现场实测的重力值多数与正常重力值不符，且有一定的偏差，这种现象称为重力异常。符，且有一定的偏差，这种现象称为重力异常。其原因有二：其原因有二：测点不一定位于平均海平面上；测点与测点不一定位于平均海平面上；测点与平均海平面之间有剩余物质（如测点在高山上）。平均海平面之间有剩余物质（如测点在高山上）。3 重力校正重力校正：将重力值校正到相当于平均海平面高度上的重将重力值校正到相当于平均海平面高度上的重力值的过程（校正后的值与正常值偏离的部分称力值的过程（校正后的值与正常值偏离的部分称“重力异常重力异常值值”）。重力校正又称为重力校正又称为布格校正布格校正，可分为可分为高程校正高程校正和和中间层

7、中间层校正。校正。凡是校正后的重力值大于正常重力值的称凡是校正后的重力值大于正常重力值的称正异常正异常，反之为，反之为负负异常异常。大陆部分物质密度小，多为。大陆部分物质密度小，多为（正负异常？）（正负异常？）；大洋部；大洋部分物质密度大，大洋部分为分物质密度大，大洋部分为（正负异常？）（正负异常？）。8第三节第三节 地球的磁场地球的磁场 地球的磁性地球的磁性 (一一)地磁场和地磁要素地磁场和地磁要素 1 地磁场：地磁场：地球周围存在的受磁力作用的空间。地磁场近似地球周围存在的受磁力作用的空间。地磁场近似于一个放置于地心的磁棒所产生的磁偶极子磁场，它的南极位于一个放置于地心的磁棒所产生的磁偶极

8、子磁场，它的南极位于地理北极附近，北极位于地理南极附近，但并不重合，有于地理北极附近，北极位于地理南极附近，但并不重合，有150的夹角，并围绕地理极附近进行缓慢迁移的夹角，并围绕地理极附近进行缓慢迁移。9第三节第三节 地球的磁场地球的磁场 地球的磁性地球的磁性 (一一)地磁场和地磁要素地磁场和地磁要素 2 地磁三要素：地磁三要素：磁偏角、磁倾角、磁场强度磁偏角、磁倾角、磁场强度 （1）磁偏角（）磁偏角（declination）：）：磁子午线与地理子午线的夹磁子午线与地理子午线的夹角，也就是磁场强度矢量的水平投影与正北方向的夹角。角，也就是磁场强度矢量的水平投影与正北方向的夹角。我国大部分地区为

9、我国大部分地区为西偏西偏，甘肃九泉以西多为东偏。，甘肃九泉以西多为东偏。10 地球的磁性地球的磁性 (一一)地磁场和地磁要素地磁场和地磁要素 （2）磁倾角：）磁倾角：是磁场强度矢量与水平面间的夹角。通常以磁是磁场强度矢量与水平面间的夹角。通常以磁场强度矢量指向下为正值，指向上为负值，在赤道为场强度矢量指向下为正值，指向上为负值，在赤道为00。由磁。由磁赤道到磁赤道到磁北极北极磁倾角由磁倾角由00变变900。（3）磁场强度（磁感应强度）：）磁场强度（磁感应强度）：是指磁场强度矢量的绝对值，是指磁场强度矢量的绝对值，地球平均为地球平均为50t（微特斯拉），在赤道附近最小，为（微特斯拉），在赤道附近

10、最小，为30t。11（二）地磁场的组成（二）地磁场的组成 地磁场由地磁场由基本磁场、变化磁场基本磁场、变化磁场和和磁异常磁异常三个部分组成三个部分组成 1 基本磁场：基本磁场：占地磁场占地磁场99以上，是构成地磁场主体的稳以上，是构成地磁场主体的稳定磁场，其强度随远离地表而减弱，这一特点说明了基本磁场定磁场，其强度随远离地表而减弱，这一特点说明了基本磁场起源于地球起源于地球内部外部？内部外部？。2 变化磁场：变化磁场：是指起源于地球外部并叠加在基本磁场上的各是指起源于地球外部并叠加在基本磁场上的各种短期变化的磁场，主要是由太阳辐射、带电粒子流、黑子活种短期变化的磁场，主要是由太阳辐射、带电粒子

11、流、黑子活动等因素所引起的。有日变化、年变化、长期性变化和突然性动等因素所引起的。有日变化、年变化、长期性变化和突然性变化以及磁暴等。变化以及磁暴等。3 磁异常：磁异常：是地球浅部具有磁性的矿物和岩石所引起的局部是地球浅部具有磁性的矿物和岩石所引起的局部磁场叠加在基本磁场之上的部分。磁场叠加在基本磁场之上的部分。因此，利用磁异常可进行找因此，利用磁异常可进行找矿勘探和了解地下的地质情况，矿勘探和了解地下的地质情况，古地磁（古地磁（paleomagnetism）：）：是地质历史时期的地磁场。是地质历史时期的地磁场。12第四节第四节 地球的圈层结构和圈层耦合地球的圈层结构和圈层耦合 大量资料充分证

12、明，地球不是一个均质体，它具有明显的圈大量资料充分证明，地球不是一个均质体，它具有明显的圈层结构，而且各圈层之间的物理化学性质和物质运动状态的差异层结构，而且各圈层之间的物理化学性质和物质运动状态的差异较大。较大。一、地球内部圈层划分一、地球内部圈层划分 地震波：地震波：是地震所激发出的弹性波在地球中传播的结果，包括是地震所激发出的弹性波在地球中传播的结果，包括纵波（纵波（P）、横波（）、横波（S）和面波（）和面波（L），其中前两者最有意义。其中前两者最有意义。（1）纵波原波：）纵波原波：质点振动方向与地震波传播方向一致的波。质点振动方向与地震波传播方向一致的波。特点是：特点是：能在能在固、液

13、固、液和和气态气态中传播，比横波速度快，是横波的中传播，比横波速度快，是横波的1.73倍。倍。13第四节第四节 地球的地球的圈层圈层结构和圈层耦合结构和圈层耦合一、地球内部圈层划分一、地球内部圈层划分 （2）横波次波（）横波次波（S）：）：是指质点振动方向与地震波传播方是指质点振动方向与地震波传播方向垂直的波。向垂直的波。特点：特点：只能在只能在固态固态中传播。中传播。当当遇到不同介质的突变界面时，地震波射线就会发生反射和遇到不同介质的突变界面时，地震波射线就会发生反射和折射，而且其传播速度也会发生变化，这界面称为折射，而且其传播速度也会发生变化，这界面称为波速不连续波速不连续界面。界面。14

14、一、地球内部圈层划分一、地球内部圈层划分 （3）面波面波(L)：最后到达的地震波，沿地球表面传播，像波最后到达的地震波，沿地球表面传播，像波浪起落浪起落,是破坏性最强的地震波。是破坏性最强的地震波。15 一一 地球内部圈层的划分地球内部圈层的划分 1 地球内部主要波速不连续界面地球内部主要波速不连续界面 大量研究发现，地震波速随深度而大量研究发现，地震波速随深度而递增，在地球内部出现了递增，在地球内部出现了2个个明显的明显的一级波速不连续界面：一级波速不连续界面：（1）莫霍洛维奇不连续面）莫霍洛维奇不连续面（简称莫霍面）（简称莫霍面）1909年由南斯拉夫学者年由南斯拉夫学者莫霍洛莫霍洛维奇发现

15、，其深度在维奇发现，其深度在大陆之下平均大陆之下平均33km处，在处，在大洋之下平均为大洋之下平均为7km。特点：特点：在该界面附近，纵波速度在该界面附近，纵波速度由由7kms突然增加到突然增加到8.1kms，横波从横波从4.2kms突然增至突然增至4.4kms。该面之上的部分为该面之上的部分为地壳。地壳。16 一一 地球的内部圈层划分地球的内部圈层划分 1 地球内部主要波速不连续界面地球内部主要波速不连续界面（2）古登堡不连续面（简称古登堡面）古登堡不连续面（简称古登堡面）是是1914年由美国的古登堡首次发现，年由美国的古登堡首次发现，这个面位于地下这个面位于地下2885km的深处。的深处。

16、特点：特点：在该面上下，纵波速度由在该面上下，纵波速度由13.64km s突然降低为突然降低为7.98kms，而横波由而横波由7.23km向下突然消失。到了向下突然消失。到了5155km处又出现。处又出现。通常把古登堡面以上至莫霍面通常把古登堡面以上至莫霍面之间部分称为之间部分称为地幔地幔，古登堡面古登堡面以下至地心的部分称为以下至地心的部分称为地核地核。17 一一 地球的内部圈层划分地球的内部圈层划分 此外，在地下此外，在地下6060250km250km深度带深度带内，地震波速降低内，地震波速降低5 51010，但其上下无明显变化，我们把这一地震波，但其上下无明显变化，我们把这一地震波的低速

17、带所构成的圈层称为的低速带所构成的圈层称为软流圈软流圈，软流圈之上的部，软流圈之上的部分由岩石构成，统称为分由岩石构成，统称为岩石圈。岩石圈。岩石圈包括哪些部分岩石圈包括哪些部分（？）（？）。18一一 地球的内部圈层划分地球的内部圈层划分 地球内部圈层特征地球内部圈层特征（1 1）地壳）地壳 地壳是莫霍面以上的地球表层，地壳是莫霍面以上的地球表层，其特征有：其特征有：a.a.厚度厚度：变化在变化在5 570km70km之间。其中之间。其中大陆地区厚度较大，平均大陆地区厚度较大，平均为为33km33km；大洋地区厚度较小，平均约大洋地区厚度较小，平均约7km7km。总体的平。总体的平均厚度约均厚

18、度约16km16km，b.b.体积：体积：占地球总体积的占地球总体积的1.551.55，仅，仅占地球总质量的占地球总质量的0.80.8。c.c.密度：密度：一般为一般为2.62.62.9g/cm2.9g/cm3 3。d.d.成分及状态：成分及状态：由固态岩石所组成，包括由固态岩石所组成，包括沉积岩、岩浆岩和变质岩三大岩类。沉积岩、岩浆岩和变质岩三大岩类。19 一一 地球的内部圈层划分地球的内部圈层划分 地球内部圈层特征地球内部圈层特征（1 1）地壳）地壳（2）地幔（圈）：）地幔（圈）：是指莫霍面之下至古登堡面的部分。是指莫霍面之下至古登堡面的部分。特征：特征：a.厚度：厚度：约约2650285

19、0km，占地球体积，占地球体积82.3；b.密度：密度：3.55.1gcm3;c.物质组成：物质组成：由固态物质组成，主要为由固态物质组成，主要为铁镁铁镁硅酸盐矿物，顶部硅酸盐矿物，顶部60250km为软流圈；为软流圈；d.结构：结构：以以650km深度为界分为深度为界分为上地幔上地幔和和下地幔下地幔次级圈层。次级圈层。20一一 地球的内部圈层划分地球的内部圈层划分 （一）地球内部圈层特征（一）地球内部圈层特征（1 1）地壳）地壳（2）地幔圈：）地幔圈：（3）地核：）地核：是古登堡面至地心的部分。是古登堡面至地心的部分。特征有：特征有：a.体积：体积：占占地球的地球的16.2，质量质量占占31

20、.3；b.密度：密度：为为9.9812.5gcm3；c.结构：结构：可分为三层，外核（可分为三层，外核（28854170km），液），液态，横波不能通过，纵波大幅衰减，平均密度态，横波不能通过，纵波大幅衰减，平均密度10.4gcm3；过渡层（过渡层（41705155km）呈过渡状态；内核（）呈过渡状态；内核（5155km地地心）为固态，平均密度心）为固态，平均密度12.9gcm3；d.物质成分物质成分：以铁镍为：以铁镍为主（铁和镍的合金）。主（铁和镍的合金）。21 （二）（二）地壳的结构和类型地壳的结构和类型 地壳是不均匀的，根据组成地壳的物质成份的差地壳是不均匀的，根据组成地壳的物质成份的差

21、异、地壳的厚度和结构的不同，可将地壳划分成：异、地壳的厚度和结构的不同，可将地壳划分成：大大陆地壳陆地壳和和大洋地壳。大洋地壳。地壳结构示意图地壳结构示意图 地壳结构示意图221 大陆地壳大陆地壳陆壳陆壳：包括大陆及大陆架部分的地壳，包括大陆及大陆架部分的地壳，其特征有其特征有:（1）结构与成分：结构与成分：具有双层结构，具有双层结构，即即上部：上部：硅铝层硅铝层和和下部：下部：硅镁层硅镁层，硅铝层与花岗岩成分相近硅铝层与花岗岩成分相近,也称为也称为花岗质层花岗质层；而硅镁层则与玄武岩成分相近，也称为而硅镁层则与玄武岩成分相近，也称为玄武岩层玄武岩层;硅铝层与硅镁层之间的界面称为硅铝层与硅镁层

22、之间的界面称为康拉德面康拉德面,厚度厚度1520km。（2）地层变形特征：地层变形特征：由于经历多次地壳运动，大部由于经历多次地壳运动，大部分岩石发生变形（如褶皱、断裂）。分岩石发生变形（如褶皱、断裂）。（3）年龄：年龄：形成年代老，一般形成于形成年代老，一般形成于46亿年亿年前前。231 大陆地壳陆壳：大陆地壳陆壳：包括大陆及大陆架部分的包括大陆及大陆架部分的的地壳，其特征有的地壳，其特征有:地壳结构示意图24(二二)大洋地壳大洋地壳洋壳洋壳：（1）结构：结构：单层结构，由单层结构，由硅镁层硅镁层组成，缺失硅铝层组成，缺失硅铝层（2）组成：组成：除上覆极薄沉积物之外，几乎由富含除上覆极薄沉积

23、物之外，几乎由富含Fe、Mg 的火山岩、橄榄岩（即硅镁层）组成。的火山岩、橄榄岩（即硅镁层）组成。（3）厚度特征：厚度特征：厚度有一定的变化，如西太平洋较厚度有一定的变化，如西太平洋较厚，平均为厚，平均为8.3km，东太平洋为，东太平洋为5.8km，洋中脊处可，洋中脊处可达达10km以上，全球洋壳平均厚度以上，全球洋壳平均厚度68km。（4）年龄：年龄：洋壳岩石一般很年轻，最老的洋壳形成洋壳岩石一般很年轻，最老的洋壳形成于于2亿年前，大部分则形成于亿年前，大部分则形成于1亿亿年以来（？）年以来（？）。25 （三（三）地壳的重力均衡）地壳的重力均衡 地壳为适应重力的作用而不断调整达到平衡的现象地

24、壳为适应重力的作用而不断调整达到平衡的现象。一般来说，一般来说，重力异常越高，地壳越薄，莫霍面越重力异常越高，地壳越薄，莫霍面越（浅（浅深？）深？），反之，地壳越厚，莫霍面越反之，地壳越厚，莫霍面越（浅深？）（浅深？）。这种现象反映了地表质量的过剩（地形隆起）由地壳这种现象反映了地表质量的过剩（地形隆起）由地壳深处质量亏损（莫霍面的下凹）所补偿。深处质量亏损（莫霍面的下凹）所补偿。通常来讲，在大陆地区内部表现为负异常，山脉的重力异常值表现为负异常（低高？），反映山脉地区地壳厚，莫霍面下凹（浅深？）（浅深？），仿佛存在着“山根”；而盆地或平原地区重力异常（低高？），反映其地壳变薄，莫霍面变浅，形

25、成“反山根”，因此，地形高程地形高程与莫霍面起伏形成一种类似镜像相对称的关系。26 地壳均衡现象总是在不断发生着，地壳均衡现象总是在不断发生着，最近最近1万年来万年来：斯堪地纳维亚半岛因冰雪消融上升了斯堪地纳维亚半岛因冰雪消融上升了250m；格陵兰因冰雪覆盖而持续下沉着；格陵兰因冰雪覆盖而持续下沉着；此外，美国科罗拉多河上的此外，美国科罗拉多河上的湖弗水库湖弗水库积累了积累了240亿吨水和沉亿吨水和沉积物，自积物，自1935以来，使得水库周围形成了一个大致圆形的地以来，使得水库周围形成了一个大致圆形的地壳沉陷区，最大沉降量为壳沉陷区，最大沉降量为1.7m。27第五节第五节 地球的能量和地震地球

26、的能量和地震 （一）地温场及地球的温度（一）地温场及地球的温度 1 地温场（地热场）：地温场（地热场）：是指地球内部各层中温度的分布状态，是指地球内部各层中温度的分布状态，是地球内部空间各点在某一瞬间的温度总和。是地球内部空间各点在某一瞬间的温度总和。2 地壳浅层温度分层：地壳浅层温度分层：由表至内大致可分为三层由表至内大致可分为三层（1）变温层（外热层）：）变温层（外热层）：距地表平均厚度为距地表平均厚度为15m，主要受太，主要受太阳辐射热的影响，其温度有昼夜变化、季节变化和年周期变化阳辐射热的影响，其温度有昼夜变化、季节变化和年周期变化等。等。（2）常温层：）常温层：一般在变温层的下界面处

27、，其温度常年保持不一般在变温层的下界面处，其温度常年保持不变，等于或略高于当地年平均气温，这一深度带称为常温层。变，等于或略高于当地年平均气温，这一深度带称为常温层。28（3）增温层：）增温层：在常温层以下，在常温层以下，温度逐渐增高，通常把常温温度逐渐增高，通常把常温层之下的部分称为增温层。层之下的部分称为增温层。3 地温梯度（地热增温率）：地温梯度（地热增温率）：地球表面恒温层以下深度每向地球表面恒温层以下深度每向下加深下加深100m所增加的温度。所增加的温度。根据目前最新资料推算，在根据目前最新资料推算，在莫霍面处（地下莫霍面处（地下33km）温度大）温度大约为约为4001000，在岩石

28、圈，在岩石圈底部大约为底部大约为1100，在古登堡，在古登堡面（核幔界面）附近大约为面（核幔界面）附近大约为3700，地心处为，地心处为43004500。29（二）地热流及地热异常（二）地热流及地热异常 1 地热流（大地热流密度）：地热流（大地热流密度）：是指单位时间单位面积内通过是指单位时间单位面积内通过地球表面所散失的热流量。地球表面所散失的热流量。地表不同地区地热流值不同，一般在构造活动的地区（如地表不同地区地热流值不同，一般在构造活动的地区（如年轻山脉、大洋中脊、火山等）偏高，而在构造稳定地区则偏年轻山脉、大洋中脊、火山等）偏高，而在构造稳定地区则偏低低（为什么？）（为什么？）。2 地热异常：地热异常：地表热流值或地温梯度明显高于平均值或背景地表热流值或地温梯度明显高于平均值或背景值的现象称为地热异常，这样的地区为地热异常区。值的现象称为地热异常，这样的地区为地热异常区。（三）（三）地震地震（自学）（自学）30 重点掌握重点掌握 1 1 地壳均衡的含义地壳均衡的含义 2 2 大陆地壳与大洋地壳有何大陆地壳与大洋地壳有何不同不同 3 地球内部圈层及特征地球内部圈层及特征 4 地震波不连续面地震波不连续面 5 重力异常（布格校正）重力异常（布格校正）地温梯度地温梯度、磁场三要素、磁场三要素