地理：高中教案《地球的圈层结构》（人教版 必修1）

111第四讲 地球的圈层结构【课标目标】1. 读地震波传播速度与地球内部圈层划分图，说出地球内部不连续面和三个圈层。分析或绘制地球内部圈层结构图，说明“两面”、“三圈”位置关系、岩石圈、软流层位置。2. 读地球外部圈层示意图，说出地球外部圈层的名称、位置、主要成分和相互关系。3. 举例说明各外部圈层的特点和相互作用。【教学目标】一、知识与技能1. 了解地球的圈层构造，了解地球圈层结构及特点，并能概括出各圈层的主要特点，初步掌握地球内部圈层的组成和划分依据(有关地震波的基本知识、地震波在地球内部的传播情况及两个主要的不连续面)。2. 掌握地壳、地核、地幔的基本特征(界线、厚度、物理性状和物质组成等)。3. 了解地球的外部圈层大气圈、水圈和生物圈的基本特征。4. 通过归纳、总结、对比地球内部各层的特点，使学生形成综合归纳等思维能力。二、过程与方法1. 通过读图训练，提高读图、析图能力，明确地震波和地球内部圈层的关系，地壳与岩石圈、软流层的位置关系等。2. 联系实际，结合图示，了解各圈层的特征。 三、情感、态度与价值观1. 通过地球内部圈层划分的教学，培养学生“本质是通过现象表现出来的，而现象总是表现本质”的辩证唯物主义观点。2. 通过学习对学生进行热爱自然、热爱科学的教育，鼓励学生献身于科学教育事业。3. 使学生了解地球的圈层构造，从宏观上认识全球的整体面貌，形成地球系统观和责任感，增强环境及保护意识。【教学重点】1. 地震波的波速以及地震波的传播特点，区别横波与纵波。2. 地球内部圈层划分实况及各层主要特点。3. 地球外部圈层的组成和特征。【教学难点】1. 两种地震波的传播特征及其在地球内部圈层研究中的运用。2. 地球各圈层的物质组成和主要特点。【知识结构】【教学内容】地球上几个循环都是在特定的范围内进行的四大圈层：大气圈、水圈、生物圈、岩石圈。具体的圈层划分：内部：地壳、地幔、地核。外部：大气圈、水圈、生物圈内部圈层我们用莫霍界面和古登堡界面为界，把地球内部划分为地壳、地幔和地核三个圈层。一、地壳地壳是指地面以下、莫霍界面以上很薄的一层固体外壳。整个地壳的平均厚度约为17千米。大陆部分平均厚度为33千米，高山、高原地区厚度可达60千米70千米(如青藏高原)；海洋地壳较薄，平均厚度为6千米。地壳主要由各种岩石组成。二、地幔一层介于地壳和地核之间，所以又叫做中间层。地幔在莫霍界面以下到古登堡界面以上，深度从5千米70千米以下到2 900千米。这一层也能传播横波，所以仍是固态。主要物质成分为铁镁的硅酸盐类。由上而下，其中铁镁含量逐渐增加。从莫霍界面到1000千米深处，叫做上地幔。上地幔上部(地下约60千米250至400千米)存在一个软流层，一般认为这里可能是岩浆的主要发源地之一。地下1000千米2900千米深处，叫做下地幔。下地幔的温度、压力和密度均增大，物质状态可能为固体。地壳和上地幔顶部(软流层以上)，是由岩石组成的，合称为岩石圈。三、地核从古登堡界面到地球核心，为地核。地下2 900千米5 000千米深处，叫做外核，外核的物质接近液体，横波不能通过。5 000千米以下的深部为内核，则为固态。地核部分的温度很高，压力和密度很大。地核的物质成分据推测以铁、镍为主，并含少量较轻元素。1. 两种类型地震波在传播速度上的差异。 地球内部圈层结构的划分依据地震波。2. 先上下颠簸或左右摇晃，与二者的传播速度有关。3. 横波破坏大。与地震波的波动方向有关。4. 较为稳定。5. 如表格分类传播速度传播的媒介共同点纵波较 快固体、液体、气体传播速度都随所通过物质的性质而改变横波较 慢固 体外部圈层地球的外部圈层包括大气圈、生物圈、水圈，以及由地壳与地幔组成的岩石圈。这些圈层之间相互联系、相互制约，形成人类赖以生存和发展的自然环境。一、大气圈大气圈是自然环境的重要组成部分。厚厚的大气，好像地球的外衣，保护着地球的“体温”，使其变化不至过于剧烈。地面上的水蒸发成水汽进入大气；大气中的水汽又凝结成雨、雪等降落地面，使得地球上的水循环不止。增温、降温、刮风、下雨等大气现象，在漫长的地质年代里，不断地雕塑着地球表面的形态。可见，大气对地球表面的许多自然现象都发生着重大的影响。大气对生物界和人类的影响更为深刻，地球上一切生物的生命活动都离不开大气。可以说，地球上没有大气，就没有生物界，没有人类。(一)大气的组成低层大气是由干洁空气、水汽和悬浮在大气中的固体杂质三部分组成的。干洁空气是由多种气体混合组成的，其主要成分是氮和氧，二者约占干洁空气容积的99。大气中的氧，是人类和一切生物维持生命活动所必需的物质；大气中的氮，是地球上生物体的基本成分。二氧化碳和臭氧在大气中的含量很少，但作用不可低估。二氧化碳是植物进行光合作用的重要原料，对地面还有保温作用。臭氧能大量地吸收太阳光线中的紫外线，使地面上的生物免受紫外线的伤害，而少量穿透大气到达地面的紫外线对人类和生物则是有益的。水汽和固体尘埃的含量也很少，却是成云致雨的必要条件。大气的组成干洁空气氮生物体的基本成分氧维持生命活动二氧化碳光合作用、保温作用(吸收红外线)臭氧地球生命的保护伞(吸收紫外线)水汽成云致雨的必要物质条件(原料)固体杂质凝结核(二)大气的垂直分层自地面向上，大气层可以延伸到数千千米的高空。根据人造卫星的探测资料，在2000千米3000千米的高空，地球大气的密度已经与星际空间的密度非常相近，这个高度可以大致地看作是地球大气的上界。根据大气的热力性质在垂直方向上的差异，可将大气分为五层：对流层、平流层、中间层、热层和外层。垂直分层厚度直接热源温度随高度的变化大气的运动形式与人类的关系高层大气20003000KM无线电短波通讯平流层5055KMO3层吸收柴紫外线升高平流O3吸收紫外线有利于飞机飞行对流层1718KM(赤道)89KM(极地)地面降低(0.6度/100米)对流与人类关系最密切(生活于其中)天气现象复杂多变1. 对流层这是紧贴地面的一层。它的高度因纬度而异。在低纬度地区高17千米18千米，在中纬度地区高10千米12千米，在高纬度地区高仅8千米9千米。整个大气质量的34和几乎全部水汽、杂质，都集中在对流层。对流层有三个主要特点：(1)气温随高度的增加而递减。平均每上升100米，气温降低0.6。(2)空气对流运动显著。对流层上部冷下部热，有利于空气的对流运动。低纬度地区受热多，对流旺盛，对流层所达高度就高；高纬度地区受热少，对流层高度就低。(3)天气现象复杂多变。近地面的水汽和杂质通过对流运动向上空输送，在上升过程中随着气温的降低，容易成云致雨。云、雨、雪等天气现象都发生在这一层。对流层与人类的关系最为密切。2. 平流层从对流层顶到50千米55千米高度的范围是平流层。这一层的特点是：(1)气温的垂直分布，除下层随高度变化很小外，在30千米以上，气温随高度增加迅速上升。这是因为平流层中的臭氧大量吸收太阳紫外线而使气温升高。(2)大气以水平运动为主。平流层上部热下部冷，大气稳定，不易形成对流。(3)水汽、杂质含量极少，云、雨现象近于绝迹。大气平稳，天气晴朗，对高空飞行有利。3. 中间层从平流层顶到85千米高度的范围是中间层。这一层的主要特点是：(1)气温随高度增加而迅速降低。这是因为这里几乎没有臭氧。(2)上部冷、下部暖，空气的垂直对流运动相当强烈，又称高空对流层。4. 热层从中间层顶到500千米高度的范围是热层。这一层的特点是：气温随高度增加上升很快。这是由于该层中的大气物质(主要是氧原子)，吸收了所有波长小于0.175微米的太阳紫外线。据人造卫星观测，在300千米高度上，气温已达1000以上。5. 电离层距地面60千米-800千米高度范围内的大气，因受太阳紫外线和宇宙射线的作用，大气中的氧和氮的分子被分解为离子，大气处于电离状态，所以叫做电离层。电离层能反射无线电波，所以我们能听到很远地方电台的广播，就是电离层的作用。6. 外层热层顶以上的大气统称为外层。这里受地球引力场的束缚很弱，一些高速运动的空气质点，经常散逸到星际空间去，所以叫做外层(又叫散逸层)。它是地球大气向星际空间过渡的层次。二、水圈地球不同于其他行星的主要特征之一，是地球上有丰富的水。地球上的水，分布广泛，全球约有四分之三的面积覆盖着水，因而地球有“水的行星”之称。1. 水在地理环境中扮演的角色(1) 水是地表最重要的物质和参与地理环境物质能量转化的重要因素。(2) 水分与热量的组合形成了不同的自然景观。(3) 水为满足生物需求创造了前提。(水自身、水溶解营养物质)(4) 水循环调节气候、净化大气。(5) 水促进地理环境的发展和演化。2. 水的利用水是地球上人类和一切生物得以生存的物质基础；人类在生活和生产中，都不能缺少水。水作为资源来说，是其他任何物质所不能代替的。地球上各种水体中，海洋水是最主要的，它占地球上水储量的96.5。海洋水是咸水，当前科学技术还不能大规模进行淡化，用之于生产。分布于陆地上的河流、湖泊、冰川和地下水等水体是生产、生活用水的主要来源，占地球上水储量的3.5，但实际上可利用的只是其中的一小部分。3.世界水储量表三、生物圈生物作为自然环境的有机成分，形成地球上非常活跃的特殊结构生物圈。生物圈是地球上所有生物及其生存环境的总称，它占有大气圈的底部、水圈的全部和岩石圈的上部，厚度约为20多千米。但是，生物的绝大部分集中在地面以上100米到水面以下200米这一薄层里，因为这一薄层可以获得充足的太阳光能，有适于生命活动的温度条件，有生物可以利用的大量液态水、氧气、二氧化碳以及氮、磷、钾等营养元素。这一薄层可以说是生物圈的核心部分。1. 生物在地理环境形成中的作用生物是在地球发展历史中产生的，同时生物对地理环境的形成和发展又起着非常重要的作用，最根本的原因是绿色植物能够通过光合作用，把周围环境中的无机物合成有机物，同时把太阳能转变为化学能，贮藏在有机体中。绿色植物在进行光合作用时，从空气中吸收二氧化碳，从土壤中吸收水、氮和其他化学元素，合成有机物，同时放出氧气。这样就使许多化学元素离开原来的位置进入生物体内，并改变它们原来存在的形式。植物的产物又是动物和微生物的食物来源。被生物有机体吸收的化学元素，在有机物被微生物分解的过程中，又以无机物的形式归还到周围的环境中去。例如，植物死亡后，其残体被分解，或是植物被动物吃掉，变成排泄物，都可使土壤上层富含磷、硫和其他化学元素。地球原始大气的主要成分是二氧化碳、甲烷、氢、氨和水汽，而不是氮和氧。现今地球大气的成分，是生物生命活动参与的结果。一般认为，大气中的氧主要是绿色植物进行光合作用的结果；大气中的氮，一部分是由于细菌分解各种氮化合物而被释放出来的。地表水和地下水的化学成分在相当大的程度上也受有机体的生命活动所制约。有机体在新陈代谢过程中从水里吸收某些化学元素和化合物，而释放另一些化学元素和化合物。例如，微生物分解有机物残体，把二氧化碳、重碳酸盐、铝、镁、磷、硫和腐殖质运送到水中，同时从水中攫取游离氧。生物在陆地上出现以后，还加快了岩石的风化，促成了土壤的形成。综上所述，生物的出现，不仅使自然界中的化学元素进行了迁移，而且改造了大气圈、水圈和岩石圈，从而使地球面貌发生了根本的变化。2. 生物圈在地球上的范围：(1) 自然环境的定义：人类赖以生存的自然环境人类活动的范围和能够影响到人类的范围。(2) 自然环境的五大因子：气候、水文、地貌、土壤、植被。因此自然环境应该包括这些内容。(3) 自然环境的范围：大气层下层、水圈、生物圈、岩石圈的上层地球表层。(4) 这个范围也正是大气圈、水圈、岩石圈相交汇的位置，也正是生物圈的位置。【典型例题】例1. 为了探测莫霍面的情况，在以下图中的A、B、C、D四点同时进行了地震波的测定，其中最迟得到从莫霍界面传来的地震波的地点是 ( )解析：珠穆朗玛峰是世界上海拔最高的山峰。海拔8 844.43米。答案：A例2. 城市上空的雾和低云比周围郊区多，其原因是 ( )A.大气中多水汽 B.空气中CO2含量高 C.空气中臭氧含量高 D.空气中固体杂质较多解析：城市中由于工业、交通、家庭排放大气污染物较多，空气中固体杂质较多，这些固体杂质在成云致雨的过程中起到了凝结核的作用，故城市上空的雾和低云比郊区多。答案：D例3. 大气臭氧层( )A.能大量反射太阳辐射中的紫外线，所以那里气温较低B.能散射阳光中的紫外线，使地面生物免受集中紫外线辐射之害C.是大气中存在臭氧的唯一场所，所以我们应该善加保护D.吸收大量紫外线，减少到达地面的紫外线辐射解析：此题主要考查对有关大气垂直分层及平流层中臭氧大量吸收太阳紫外线等知识的理解判断能力。因臭氧是大量吸收太阳紫外线而导致气温升高的重要成分(不是反射和散射)，而且并不仅仅分布在臭氧层中，在对流层、中间层也有少量分布，所以A、B、C三项明显错误。答案：D例4. 下列四种气温垂直变化状况最有利于大气污染物扩散的是 ( )解析：对流层中气温随高度增加而降低，正常情况下，气温上冷下热，空气对流运动显著，有利于污染物扩散。但有时空气中有些层次气温随高度增加而升高，叫逆温现象。题中B、C、D三图均有不同程度的逆温现象发生。逆温使得空气上热下冷，不利于对流运动发展，低空大气污染物也就不易上升扩散。答案：A例5. 下列现象与主要发生圈层对应不正确的是 ( )A.地震岩石圈 B.赤潮水圈和生物圈C.台风大气圈 D.厄尔尼诺大气圈和岩石圈解析：地震主要由地壳运动引起，发生于地壳内部，所以A项是正确的；赤潮是海水遭到含磷的化合物水污染造成海水富营养化现象，它发生在水圈与生物圈中；台风是发生在大洋洋面上的热带气旋，是一种大气运动状况，发生在大气圈；厄尔尼诺现象是大气、水、生物相互作用的结果，不发生在岩石圈，所以不正确的是D项。答案：D例6. 读“地球圈层构成示意图”，图中所示的圈层A、B、C分别是 ( )A.水圈、生物圈、岩石圈 B.生物圈、岩石圈、水圈C.岩石圈、水圈、生物圈 D.生物圈、水圈、岩石圈解析：本题考查对地球四大圈层相互位置的理解。在地球外部圈层中，生物圈占有大气圈的底部、水圈的全部、岩石圈的上部，所以A是生物圈，B是水圈，C是岩石圈。答案：D例7. 下图是“地震波速度与地球内部构造图”，读图完成下列问题。(1)图中A、B表示地震波，其中A表_波，B表示_波，其判断依据是_。(2)图中CH分别表示地球内部构造，D表示_界面，其判断依据是_；该面以上C代表_，该面以下E代表_。(3)图中F处，地震波A完全_，地震波B速度_并继续往深处传播。这说明F面以上的E物质为_态，以下的G物质状态为_态，F面是_界面。(4)C层的平均厚度为_千米，G层叫_，H层叫_。H层物质呈现_态，其判断依据是_。地球的岩石圈是指_和_。解析：解答该题的关键是读懂图。该图分左右两部分，左图是地震波由地表向地心传播过程中波速随深度的变化情况(注意左侧的深度值)，上方横坐标表示地震波速度，图内两条曲线分别表示横波和纵波。地震波在通过同一介质时，波速慢者为横波，快者为纵波。并可根据两种地震波传播过程中速度的变化情况，相互补充，相互印证，推断地球内部不同深度物质性状的变化。右图是地球内部根据左图做出的判读结果。例如，根据地震波在距离地表平均33千米处波速明显增大，可确定D面为莫霍界面。又根据在2 900千米处，纵波波速锐减，横波完全消失，可确定F面为古登堡界面。F面以下横波不能通过，说明F面以下物质非固态。再根据纵波通过F面以下时的波速(纵波波速与通过介质的密度成正比)，说明F面以下物质非气态。那么，既然非固态，又非气态，就只能是液态(实际是在高温、高压条件下的熔融态)。答案：(1)横 纵 A波波速慢，B波波速快 (2)莫霍 横波和纵波在此处波速明显加快 地壳 地幔 (3)消失 突然变小 固 液 古登堡 (4)17 外核 内核 固 纵波波速加快 地壳 上地幔顶部(软流层以上)例8. 读图，完成下列问题。(1)该图反映的是_纬度大气的垂直分层，理由是_。(2)A层大气热量主要来自_，该层天气现象复杂多变的原因是_。(3)补绘B层气温变化曲线，该层2227千米高度_含量达到最大值，成为人类生存环境的天然屏障。(4)图中C层下部气温随高度变化特点是_，推测气流运动形式是_。(5)C层中有若干_层，_强烈时，_信号会受影响。(6)ABC大气密度变化趋势是_。解析：本题在读坐标图的基础上，结合地球外部圈层之一大气圈的分层特点答题，注意每层的高度及特征。答案：(1)中 该地对流层厚度为12千米(或地面气温为20 ) (2)地面 含有大气中几乎全部水汽和固体杂质 运动显著 (3)绘图如下 臭氧 (4)气温随高度升高而降低 对流 (5)电离 太阳活动 无线电短波 (6)逐渐变小例9. 读“某城某日清晨低层大气剖面图”，完成下列问题。(1)图中气温分布异常部分是中的_，判断的理由是_。(2)该城市工业高度集中，汽车数以百万计，当天发生了重大的烟雾事件，造成这一事件的人为原因是_；气象原因是_；地形原因是_。(3)在商业区、居民区、近郊工业区、农田区域中，烟雾浓度最大的是_。解析：本题考查运用所学知识分析实际问题的能力，应由图中的数字作为突破口，直至得出结论的过程中，分析问题的能力是很重要的。由图可知出现逆温现象。由于该城市工业集中、煤烟的排放等使凝结核增多，其特殊的地形和大气逆温使空气无法形成对流，从而极易出现烟雾事件。答案：(1) 处的温度随高度增加而上升 (2)工厂排放大量的煤烟、粉尘，汽车排放的尾气，使凝结核增多，烟雾弥漫 处的气温下部低于上部，抑制了气流的上升运动，不利于污染物和水汽扩散，加重污染 商业区、居民区位于低洼地，气流不易扩散，加重污染 (3)近郊工业区例10. 地球内部圈层的划分依据是( )A.地震发生时的地面变化B.通过打深井而获得的信息C.由地震波的速度变化而形成的不连续界面D.通过卫星遥感技术获得的信息 解析：此题考查了有关地球内部圈层的划分依据。地球内部的知识，目前主要通过对地震波的研究来获得。地震波在地球内部传播速度的变化，说明地球内部的物质组成是变化的，变化明显的地方形成了不连续界面，不连续界面成为地球内部圈层的界线。莫霍界面是地壳和地幔的界线；古登堡界面是地幔和地核的界线。答案：C例11. 读图回答下列问题。地震波的传播速度与地球的内部圈层的划分(1)地震波：E_，F_。 (2)不连续界面：A_，B_。 (3)圈层；D_，C_。 (4)地震波在经过B界面时传播速度有什么变化? 解析：此题考查了地震波传播速度与地球内部圈层划分的关系。从图中可以看出：E的传播速度慢，并且不能通过外核，应该是横波；F是纵波。从深度上和内部圈层的划分的图上信息可以看出：A是莫霍界面，B是古登堡界面，C是外核，D是地壳。答案：(1)横波 (2)莫霍界面 堡界面 (3)地壳 地核外核 (4)纵波的传播速度突然下降，横波完全消失。111