自然地理第一章第五节.ppt

2021/1/26 1 第五节 地球的圈层构造 1 地球的圈层分化 2 地球的内部构造 3 地球的外部构造 2021/1/26 2 1 地球的圈层分化 1.1 初始阶段：均一化的凝聚作用 根据已知的陨石年龄 (大致 45亿年 )、月球年 龄 (大约 46亿年 )和地球上最古老岩石的年龄 （大约 40亿年）估计，约 50-47亿年开始了获 得微星体及微星体增积的 行星集聚过程 。那 时可能是一种无分选的凝聚，主要是硅化合 物、铁与镁的氧化物和少量多种天然元素。 不过，还应增加考虑的是不定向的微星体的 集聚使早期行星获得了自身的旋转运动，旋 转运动又有利于加快增积集聚过程。 2021/1/26 3 1.2 增温过程 首先是投落的微星体所具有的运动能量 在集聚中转化为热能。 它一方面被后来增集的微星体层掩埋， 另一方面则不断地增加吸纳后来投落的 微星体所带入的能量，特别是摩擦产生 热量和压缩增温效应。 接着是放射性元素的自发衰变释放热量， 并由于导热率低而积累。 2021/1/26 4 1.3 内部熔融分异过程 获得了自身旋转的地球，内部因增温而熔融。 内部熔融的铁向地心方向渗聚，并挤动原处 在中心位置的其它物质，同时产生内部物质 的对换和分层。铁向地心方向渗聚，又释放 巨大的重力能，再转变为热能并积累起来， 会使地球内部增温到 2000 以上，并引起大 部分熔融。 地球内部大部分熔融，更有利于重力分异物 质的翻转对流：热膨胀的与本来就较轻的物 质上浮，重的与散热的物质下沉并压缩，最 终造成了地表层的冷却成为地壳，内部则按 压力与温度关系构成圈层。 2021/1/26 5 1.4水圈与大气圈的形成 ：大洋水是地球内部 加热和分异作用的产物。当熔岩到达地表时， 大部分水就呈热的蒸汽云逸散出来。即使按 现代的火山活动速率估计，在过去的进程中， 确有足够的时间由上升熔岩带出足够多的水 蒸汽，成为充满大洋所需要的水。一般认为 地球大气也主要来自地球的分异脱气作用。 “地球脱气作用” 2021/1/26 6 1.5 生物圈的形成 生命的合成、生物的出现是在大气圈、水圈形成之 后的事件，是在气圈、水圈演化到适合生命生存的 条件下形成的。 构成有机质细胞的主要元素：、 在原始气圈均有。一般认为生命是由于这些 元素，在 特定的环境条件 下通过一系列极复杂的化 学反应之后合成的。最初生命源于海洋，已是公众 接受的。 复杂的生 物界（动 植物） 无机元 素 特定环境 复杂有 机物 简单的有机物 （ 32亿年前） 南非 （包括紫外线作用、宇宙 射线作用、雷电轰击、陨 石撞击） 2021/1/26 7 1 地球的圈层分化 经过以上过程，逐步形成了现在地球内部和 外部的各圈层，其基本特征为： 2021/1/26 8 2 地球的内部构造 十九世纪中叶，地球科学 家开始使用地震的方法研 究地球内部的结构与构成。 根据地震波传播速度的突 变，先后发现地球内部存 在着 7个显著的不连续介 面，其中最主要的不连续 介面有两个，并据此判定 地球内部存在地壳、地幔 和地核三个圈层。 2021/1/26 9 2 地球的内部构造 地壳由低密度的富铝硅酸盐岩石组成； 地幔主要由中密度、固态富镁硅酸盐岩石组成； 地核主要由高密度的铁镍合金组成，外核呈液态， 内核呈固态。 2021/1/26 10 2.1 地壳 地壳：地表至莫霍洛维奇面之间厚度极不一致的岩石 圈的一部分。 莫霍面：前南斯拉夫地震学家莫霍洛维奇 (Mohorovicic)1909年研究萨拉布地区一次地震时发现 在地下 33km处地震波的波速发生了明显的变化，由原 来的 6 7km/s突变到 8km/s，说明组成物质明显不同。 持续研究发现，这一界面具有全球性，并经证实是地 壳和地幔的分界线。因此，该不连续面称为莫霍面。 地壳是地球表面的构造层，只占地球体积的 1%，质量 只占 0.4。 2021/1/26 11 2.1 地壳 据地壳的性质可分大陆地壳和大洋地壳。 大陆地壳：一般厚度为 35km。我国青藏高原是世界上 地壳厚度最大的地区之一，平均厚度达 65km以上。大 陆地壳化学组成以硅铝质为特点，最表层为风化壳， 其余自上而下为沉积岩层、硅铝层和硅镁层。 大洋地壳极薄，厚度约 5 8km，上部为疏松沉积物， 中部为固结沉积物和玄武岩，下部为硅镁层。 洋壳和陆壳在岩石组成上最明显的区别在于大洋地壳 中至今没有发现花岗岩层，而在大陆地壳中花岗岩体 却大面积分布。 2021/1/26 12 2.2 地幔 地幔：莫霍面以下，深度为 35 2900km的圈层。体积 占地球的 83，质量占 68，平均密度 3.8 5.6g/cm3。 地幔与地核的界面是古登堡面。 古登堡面： 1914年，美国学者古登堡 (Gutenberg)发现 地下 2900km处存在地震波速的间断面，首先是发现距 震中 11500 16000km的范围内存在地震波的阴影区， 解释为存在地核，其次是传播速度发生了明显的变化， 纵波存在一次由 13.6km/s突然降低的截面，而横波则 突然消失了。后证实这是地核与地幔的分界层。该不 连续面称为古登堡面。 2021/1/26 13 2.2 地幔 分层：地幔分上下两层。 上地幔：深度 35 1 000km，主要由橄榄岩质 的超基性岩石构成。除硅和氧外，铁镁含量比 地壳显著增加，铝大大减少。有 21万个大气压， 温度 400 3 000 。 上地幔上部大致 60 250km深度间，放射性元 素大量集中，温度超过物质熔点，处于熔融状 态，成为岩浆源地，有 软流圈 之称。岩浆侵入、 火山喷发、地震、板块运动等过程均由此发生。 下地幔：深度 1 000 2 900km。组成物质中铁 镍大量增加。有 150万个大气压， 1 850 4 400 。 2021/1/26 14 2.3 地核 地核： 2900km深度以下至 地心部分。主要由铁镍等 致密物质组成，密度 9.5 13g/cm3 ，体积与质量分别 占地球的 16和 31.5。 温度高达 3700 6000 。 分层： 2900 4980km为外 地核， 4980 5120km为过 渡层， 5120km以下为内地 核。 外地核呈熔融态，内地核 可能呈固态。 2021/1/26 15 3 地球的外部构造 3.1大气圈 3.2水圈 3.3生物圈 2021/1/26 16 3.1大气圈 地球最外部的圈层。 大气是地球上密度最小，最易流动的部分， 物质成分以氮和氧为主，它们以原子或离子 的状态存在。 由于大气圈的存在，挡住了绝大多数飞向地 球的陨石，拦截了大部分的太阳辐射中的紫 外线和来自宇宙的高能粒子流，保护了地球 生命免遭外来的打击。因此， 大气圈是地球 表面和生命的盾牌。 大气圈具有成层结构。可进一步分为对流层、 平流层、中间层、暖层和散逸层。 2021/1/26 17 3.1大气圈 大气圈层与自然现象和人类活动 大气圈层 自然现象和人类活动 对流层 是地球上各种天气变化的发源地， 平流层 飞行员通常喜欢在平流层中飞行，可以避开下面 的湍流 平流层顶有臭氧层，可吸收大部分有害的太阳辐 射 中间层 保护地球不受流星体的撞击 暖层 该层也叫电离层，无线电短波之所以能传输到很 远的地方， 就是由于电离层能将它反射回地面 散逸层 地球卫星的轨道就在这一层 2021/1/26 18 3.2水圈 水圈是地球特有的环境优势。 液态水具有决定性的意义。 地球上的水分布于海洋、湖泊、沼泽、冰川和地下， 其 97%以上是液态。这些水体通过蒸发、降水、下渗、 和径流等形式，处在不断地变换之中，由此构成 水循 环 。 水圈与其它圈层的相互作用是地球表层物质和能量转 换的过程，也是改造地表形态的主要营力。例如，水 体的蒸发与降水直接影响大气的温度环流，影响生物 圈；水的径流对岩石圈表层进行“削高填低”的活动； 海水温度升高而带来的厄尔尼诺现象，导致全球性的 气候变化。 2021/1/26 19 3.3生物圈 生物圈是位于大气圈、水圈和岩石圈三者相 邻的界面的一个特殊的圈层。 根据科学家对地层古生物化石与遗迹的研究， 约在 38亿年前，地球有了适宜生命发生的环 境，首先在水体中出现了生命活动，约在 4.5 亿年前从海洋扩展到陆地，逐步形成笼罩全 球的生物圈。人的出现仅有几百万年，是生 物进化达到高级阶段的标志。 生物圈的形成是大气、水、生物与岩石各圈 层相互作用的结果，同时它也对其他圈层发 生巨大作用 2021/1/26 20 3.3生物圈 生物圈对地球其他圈层的作用 大气 圈 绿色植物降低大气层中的二氧化碳，增加 氧气，形成臭氧层， 以及调节气温； 人类造成了大气环境的污染。 水圈 生物影响一些元素在水中的迁移和沉淀过程； 生物体中的水通过被吸收和排除以及在生命系统内部的运动， 参与着水圈的循环。 生 物 圈 岩石 圈 生物对岩石圈进行生物分化作用和生物成矿作用 2021/1/26 21 本节小结 地球圈层的特点：在高空和地球内部， 基本上是上下平行分布；在地球表面附 近，各圈层互相渗透互相重叠。地球表 面这个特殊的圈层也叫地理圈、地理壳、 地球表层，是自然地理学的研究对象。 天文科学、大气科学、地理科学、地球科学