第一章 地球的結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)

1、第第一一章章 地球的結(jié)構(gòu)地球的結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)和物理性質(zhì)第一節(jié)第一節(jié) 地球是一個不規(guī)則的球體地球是一個不規(guī)則的球體一、地球是一個球體l很多現(xiàn)象都能證明地球表面是曲面；l曲面不一定就是球面，只有具有相同曲率的曲面，才構(gòu)成球面，測量表明，地面各部分有大致相同的曲率，每度都在111km左右； l地球是個球體，可以從人造衛(wèi)星的拍攝的照片，以及月球上拍攝到的照片來證明。為什么地球是球形的呢？為什么地球是球形的呢？任何天體要成為球形，必須具備：1、要有巨大的質(zhì)量，能形成強大的自引力；2、天體的自引力大于固體分子的內(nèi)聚力；3、有一個運動的過程，形成球體需要有一個很長的時間過程。二、地球是一個不規(guī)則的球體二、地

2、球是一個不規(guī)則的球體l地球表面形狀的不規(guī)則性，主要是由于地球內(nèi)部物質(zhì)分布不均造成的。我們可以把地球形狀假設(shè)為：我們可以把地球形狀假設(shè)為：地球體（大地體）；正球體；旋轉(zhuǎn)橢球體；三軸橢球體；平均地球橢球體。第二節(jié)第二節(jié) 地球體（大地體）地球體（大地體）l可以把地球總的形狀看成被海水包圍的球體，因而設(shè)想有一個平均海水面（即不考慮潮汐和波浪的全球平均海平面）向陸地延伸，最后包圍起來的球體。這個設(shè)想的平均海平面叫大地水準(zhǔn)面。大地水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面l大地水準(zhǔn)面是設(shè)想一個與靜止的平均海平面重合并延伸到大陸內(nèi)部的包圍整個地球的封閉的重力位水準(zhǔn)面。大地水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面(1)大地水準(zhǔn)面是一個“水準(zhǔn)面”。就是處處與重

3、力相垂直的面；(2)大地水準(zhǔn)面是與平均海水面相合的那個水準(zhǔn)面； (3)大地水準(zhǔn)面是一個完整的環(huán)球曲面。 水準(zhǔn)面和幾種水準(zhǔn)面（圖中實線箭頭表示水流動方向）水準(zhǔn)面和幾種水準(zhǔn)面（圖中實線箭頭表示水流動方向）大地水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面與固態(tài)地表、橢球面的關(guān)系示意圖（途中平滑與固態(tài)地表、橢球面的關(guān)系示意圖（途中平滑實線表示大地水準(zhǔn)面，與此面垂直的箭頭表示重力方向，實線表示大地水準(zhǔn)面，與此面垂直的箭頭表示重力方向，點虛線表示地球橢球體表面）點虛線表示地球橢球體表面）l平均海平面平均海平面 不考慮潮汐和波浪的影響，由世界各國所設(shè)的驗潮站綜合求出的靜止海水平面。l我國最主要的驗潮站是青島驗潮站。大地水準(zhǔn)面與地球自然

4、表面大地水準(zhǔn)面與地球自然表面大地水準(zhǔn)面對研究地球形狀的意義大地水準(zhǔn)面對研究地球形狀的意義 l 第一，大地水準(zhǔn)面是地球表面實際形狀一種很好的近似。l 第二，大地水準(zhǔn)面遠比自然表面平滑、單純，易于考察。l 第三大地水準(zhǔn)面是大地測量基準(zhǔn)之一，是地面高程的起算面地球體（大地體）地球體（大地體）l地球體（大地體）：由大地水準(zhǔn)面所包圍的光滑形體，叫地球體（大地體）。通常用以代表地球的物理形狀和幾何形狀。l于是，問題就轉(zhuǎn)化為如何求這個“大地水準(zhǔn)面”，即用什么數(shù)學(xué)模型來表達它的問題。第三節(jié)第三節(jié) 正球體正球體l正球體是地球形狀的一級近似。假設(shè)地球是一個正球體，一般采用地球的平均半徑6371km作為正球體的半徑

5、。3226371.03abRa bkml地球正球體的第一次測定：地球正球體的第一次測定： 古希臘學(xué)者古希臘學(xué)者埃拉托色尼埃拉托色尼公元前公元前3 3世紀(jì)（世紀(jì)（20002000多年前），第一次大概的測定了地球的多年前），第一次大概的測定了地球的大?。淮笮?；l我國是世界上第一個最早實測子午線弧長的國家；l比較早而且比較精確的地球半徑成果，應(yīng)推1619-1670年法國用三角測量法測出的6372km，它已接近現(xiàn)代常用值。第四節(jié)第四節(jié) 地球橢球地球橢球一、地球橢球（旋轉(zhuǎn)橢球體） 地球形狀的第二級近似。 在天文大地測量過程中，以及在地球科在天文大地測量過程中，以及在地球科學(xué)研究時，為了把觀測結(jié)果歸算到一

6、個統(tǒng)一學(xué)研究時，為了把觀測結(jié)果歸算到一個統(tǒng)一的基準(zhǔn)面上，不考慮地表的起伏，選定一個的基準(zhǔn)面上，不考慮地表的起伏，選定一個非常接近大地水準(zhǔn)面的旋轉(zhuǎn)橢球，來代表地非常接近大地水準(zhǔn)面的旋轉(zhuǎn)橢球，來代表地球大小和形狀。用旋轉(zhuǎn)橢球面來代表地球的球大小和形狀。用旋轉(zhuǎn)橢球面來代表地球的數(shù)學(xué)表面。數(shù)學(xué)表面。采用旋轉(zhuǎn)橢球面作為地球表面的參考面的原因有二：l一是因為大地水準(zhǔn)面是一個微有起伏的不太規(guī)則的復(fù)雜曲面，既難以表述又不能在其上進行測量學(xué)計算；l二是旋轉(zhuǎn)橢球面是一個很簡單的數(shù)學(xué)表面，只要旋轉(zhuǎn)長、短半徑選擇得當(dāng)，它既能很近似地代替大地水準(zhǔn)面，又能很方便的在其上進行運算。旋轉(zhuǎn)橢球旋轉(zhuǎn)橢球 一個橢圓繞一個橢圓繞其本

7、身的短軸旋轉(zhuǎn)一其本身的短軸旋轉(zhuǎn)一周而形成的球體，即周而形成的球體，即橢球的縱截面（經(jīng)圈橢球的縱截面（經(jīng)圈）是一個橢圓，橫截）是一個橢圓，橫截面（赤道）是一個正面（赤道）是一個正圓，稱為旋轉(zhuǎn)橢球。圓，稱為旋轉(zhuǎn)橢球。l旋轉(zhuǎn)橢球面的直角坐標(biāo)系為：式中： a赤道半徑，長半徑 b極道半徑，短半徑 扁率， a、b、統(tǒng)稱為地球元素。aba22222()1xyzbal地球橢球的表示法地球橢球的表示法：通常用長半徑a和和扁率表示地球橢球。l地球元素值的測定方法地球元素值的測定方法 ： 地球元素值過去是用弧度測量和重力測量的方法測定的。從20世紀(jì)60年代以后，世界上各大國多應(yīng)用大地測量衛(wèi)星的觀測資料與弧度測量、重

8、力測量相結(jié)合，求出更為精確的地球元素值。歷史上，世界各國都曾反復(fù)測定過地球元素歷史上，世界各國都曾反復(fù)測定過地球元素l我國是世界上最早實測子午線長的國家；l法國的徳蘭勃橢球（1800年）；l美國的海福特橢球（1910年）；l蘇聯(lián)的克拉索夫斯基橢球l1978年，我國第一次推算出的地球橢球為a=6378143m；=1:298.255二、參考橢球（參考橢圓體）二、參考橢球（參考橢圓體）l參考橢球參考橢球 一個國家為處理其大地測量成果，而采用一定大小和形狀的“地球橢球”，并確定它和大地測量原點的關(guān)系以后，即“地球橢球經(jīng)過定位以后”，這個地球橢球稱為參考橢球參考橢球，其表面稱為“參考橢球面”。l參考橢球

9、參考橢球就是固定在特定位置上的地球橢球就是固定在特定位置上的地球橢球，其表面作為測量計算的輔助表面。，其表面作為測量計算的輔助表面。一個正確的參考橢球體必須具一個正確的參考橢球體必須具備兩個條件：備兩個條件：l必要條件：選擇的地球元素a和能較精確地代表地球的大小。l充分條件：用適當(dāng)?shù)亩ㄎ环椒?，確定所選擇的地球橢球與地球?qū)嶓w（大地體）的相對關(guān)系和絕對關(guān)系。年代年代國家國家推算者推算者長半軸長半軸a短半軸短半軸b扁率扁率1800法國法國德蘭勃德蘭勃637565363565671:3341841德國德國貝塞爾貝塞爾637739763560791:299.21880英國英國克拉克克拉克63782496

10、3565151:293.51909美國美國海福特海福特637838363569121:297.01940前蘇聯(lián)前蘇聯(lián)克拉索夫斯基克拉索夫斯基637824563568631:298.31975國際大地測量國際大地測量與與地球物理地球物理聯(lián)合會聯(lián)合會637814063567551:298.2571978中國中國637814363567581:298.2551980年年美國美國WGS-84地心橢球地心橢球637813763567521:298.257世界主要參考橢球體元素世界主要參考橢球體元素19801980年與大地水準(zhǔn)面在全球范圍內(nèi)最貼合的年與大地水準(zhǔn)面在全球范圍內(nèi)最貼合的參考橢球體的有關(guān)參數(shù)如下

11、：參考橢球體的有關(guān)參數(shù)如下： 半長軸半長軸a a63781376378137米米 半短軸半短軸b b63567526356752米米 扁扁 率率 f f a-b/aa-b/a 1 1298.257222101298.257222101 1 1298.3298.3第五節(jié)第五節(jié) 三軸橢球三軸橢球l通過人造地球衛(wèi)星和其他方法精確測量地球，在更高精度的科研時，設(shè)地球是一個三軸橢球體，即經(jīng)圈、緯圈都是橢圓。l三軸橢球可視為地球形狀的第三級近似。l若設(shè)地球是一個均質(zhì)三軸橢球，橢球面方程為l式中a、b、c為三軸對稱面的長半軸，且abc。2222221xyzabc2222221xyzabc第六節(jié)第六節(jié) 平均地

12、球橢球平均地球橢球一、總地球橢球 總地球橢球簡稱“總橢球”，它由衛(wèi)星測量提供數(shù)據(jù)，采取全球定位的方法定位。理論上，總橢球的中心應(yīng)于地球質(zhì)心重合，赤道應(yīng)與地球赤道一致，體積應(yīng)與地球體（大地體）體積相等?？倷E球面是最接近于地球形狀大小的橢球，它的表面與大地水準(zhǔn)面的高差的平方和為最小，即與大地水準(zhǔn)面有最理想的接觸。二、平均地球橢球平均地球橢球是一個理想的、最能代表地球形狀和大小的地球橢球，它是利用衛(wèi)星測量資料結(jié)合地面測量資料一并推算求得的，所得的成果表明，長、短軸的誤差僅為米級。理論上，理論上，平均地球橢球的含義平均地球橢球的含義是：如果總地球是：如果總地球橢球的質(zhì)量旋轉(zhuǎn)角速度和重力位等于地球的總質(zhì)

13、量橢球的質(zhì)量旋轉(zhuǎn)角速度和重力位等于地球的總質(zhì)量，旋轉(zhuǎn)角速度和重力位，則，旋轉(zhuǎn)角速度和重力位，則總地球橢球就稱為總地球橢球就稱為“平平均地球橢球均地球橢球”。三、梨形地球l所謂“梨形地球”是指大地水準(zhǔn)面（地球體）的平均子午圈形狀，與參考橢球或平均地球橢球子午圈形狀對比后的形象，而且是經(jīng)夸大以后的形容說法。l實際上，無論是參考橢球還是平均地球橢球，還是大地水準(zhǔn)面，實際形狀都是扁球體，是“桔子形”而不是“梨形”?！袄嫘蔚厍颉钡恼f法是不可取的。大地水準(zhǔn)面對于參考橢球體的偏離大地水準(zhǔn)面對于參考橢球體的偏離m在北半球在北半球，中低緯度地帶，中低緯度地帶( (約約4545N N以南以南) )的大地水準(zhǔn)面相對

14、橢的大地水準(zhǔn)面相對橢球面平均是凹陷的，但在中高緯度球面平均是凹陷的，但在中高緯度地帶凸出；地帶凸出；m在南半球在南半球，中低緯度，中低緯度( (約約6060S S以北以北) )凸出，而高緯地區(qū)的大地水準(zhǔn)面，凸出，而高緯地區(qū)的大地水準(zhǔn)面，平均說來對橢球面凹陷；平均說來對橢球面凹陷；m北極北極的大地水準(zhǔn)面高出參考扁球約的大地水準(zhǔn)面高出參考扁球約10 10 米，而米，而南極南極的大地水準(zhǔn)面低于的大地水準(zhǔn)面低于參考扁球體約參考扁球體約30 30 米。二者有米。二者有40 40 米米之差，比較起來，北半球略顯凸起，之差，比較起來，北半球略顯凸起，南半球較為扁。南半球較為扁。參考橢球體參考橢球體關(guān)于關(guān)于“

15、梨形地球梨形地球”似梨l北半球高緯和南半球低緯，水準(zhǔn)面高出扁球體；北半球高緯和南半球低緯，水準(zhǔn)面高出扁球體；l北半球低緯和南半球高緯，水準(zhǔn)面低于扁球體。北半球低緯和南半球高緯，水準(zhǔn)面低于扁球體。非梨l忽略了赤道半徑與極半徑的忽略了赤道半徑與極半徑的2121千米的巨大差異；千米的巨大差異；l過分夸大了南北極半徑之間過分夸大了南北極半徑之間4040米的微小差異；米的微小差異；l籠統(tǒng)地說地球呈梨形是不確切的?；\統(tǒng)地說地球呈梨形是不確切的。l據(jù)此，我們說：地球的第四級近似是“平均地球橢球”；而地球的實際形狀則是一個“不規(guī)則的三軸橢球”；它的表現(xiàn)形象是“梨形地球”。l但是，“不規(guī)則三軸橢球”（或者說是“

16、梨形地球”）適用于地球形狀學(xué)和空間學(xué)科以及各國國防需要上，不適用于測量學(xué)和地圖學(xué)上。為便于計算和應(yīng)用，大地測量學(xué)和制圖學(xué)只能采用以旋轉(zhuǎn)橢球為基礎(chǔ)的參考橢球。p 地球形狀的幾級近似地球形狀的幾級近似 第四級近似第四級近似，就是平均地球橢球；，就是平均地球橢球； 第三級近似第三級近似，就是三軸橢球；，就是三軸橢球； 第二級近似第二級近似，就是地球橢球體及其表面；就是地球橢球體及其表面； 第一級近似第一級近似，就是正球體或正球面。就是正球體或正球面。地內(nèi)物質(zhì)分布和地球形狀地內(nèi)物質(zhì)分布和地球形狀地球內(nèi)部球?qū)游镔|(zhì)分布非常復(fù)雜，使得地球橢球體地球內(nèi)部球?qū)游镔|(zhì)分布非常復(fù)雜，使得地球橢球體變成不規(guī)則的球體；變

17、成不規(guī)則的球體；從幾何上說，地球的形狀是不規(guī)則的。但是從幾何上說，地球的形狀是不規(guī)則的。但是 從從物理意義上說，地球的形狀又是規(guī)則的。地球上的平物理意義上說，地球的形狀又是規(guī)則的。地球上的平均海水面，不論幾何上怎樣復(fù)雜，總是同一個等位面。均海水面，不論幾何上怎樣復(fù)雜，總是同一個等位面。第七節(jié) 地球自轉(zhuǎn)與地球形狀一、直接造成地球橢球體的是自轉(zhuǎn)的慣性離心力|慣性離心力的水平分量指向赤慣性離心力的水平分量指向赤道；垂直分量在很小程度抵消一部道；垂直分量在很小程度抵消一部分重力。分重力。|正是在指向赤道的水平分力作正是在指向赤道的水平分力作用下，物質(zhì)有向赤道集聚的趨勢，用下，物質(zhì)有向赤道集聚的趨勢，地

18、球變成了橢球體。地球變成了橢球體。二、地球上所受重力由兩極向赤道遞減小J 根據(jù)慣性離心力的公式根據(jù)慣性離心力的公式F =m2r，赤道上，赤道上r最大，最大，慣性離心力最大，這使得赤道上的重力比在兩極減慣性離心力最大，這使得赤道上的重力比在兩極減小小1/289。J 根據(jù)萬有引力公式：根據(jù)萬有引力公式： 赤道與地心距離最遠，萬有引力最小，兩極萬有引赤道與地心距離最遠，萬有引力最小，兩極萬有引力最大。力最大。二者疊加起來使赤道與兩極的重力差值為二者疊加起來使赤道與兩極的重力差值為1/190。2GMmFr萬三、地理緯度和地心緯度m地理緯度地理緯度：地面法線同赤道面：地面法線同赤道面的交角，強調(diào)從赤道沿

19、本地經(jīng)線的交角，強調(diào)從赤道沿本地經(jīng)線到所在地的一段弧的到所在地的一段弧的度數(shù)；度數(shù)；m地心緯度地心緯度：地球半徑同赤道面：地球半徑同赤道面的交角，強調(diào)這段弧對地心所張的交角，強調(diào)這段弧對地心所張的的角；角； 因經(jīng)線曲率自赤道向兩極遞減，因經(jīng)線曲率自赤道向兩極遞減，所以，所以，地理緯度地理緯度 地心緯度。地心緯度。在橢球體上，球半徑只通過球心，在橢球體上，球半徑只通過球心，不垂直于球面；法線只垂直于球面，不垂直于球面；法線只垂直于球面，不通過球心。因此，緯度分為地理不通過球心。因此，緯度分為地理緯度（緯度（）和地心緯度（）和地心緯度（）,且且三、地理緯度和地心緯度 因南北緯45度的經(jīng)線曲率是平均

20、值，是兩種緯度間差值持續(xù)增加的終點和持續(xù)減小的起點，所以，南北緯45度，二種緯度的差值最大（1132）。地理緯度地理緯度與地心緯度的差值，與地心緯度的差值，以緯度以緯度45為最大為最大第八節(jié)第八節(jié) 地球形狀和大小的地球形狀和大小的實際應(yīng)用問題實際應(yīng)用問題l圓球體圓球體 多用于適用天文測量學(xué)、普通天文學(xué)、地理學(xué)以及一般的地學(xué)描述上。l參考橢球參考橢球 以旋轉(zhuǎn)橢球為基礎(chǔ)的參考橢球，多用于大地測量學(xué)、制圖學(xué)、地圖學(xué)以及有關(guān)的地球科學(xué)上。l三軸橢球和不規(guī)則三軸橢球三軸橢球和不規(guī)則三軸橢球（梨形地球）（梨形地球） 多用于空間科學(xué)、航天飛行的各項科技工作，以及對地球形狀要求非常嚴(yán)格的地球科學(xué)科研項目上。l

21、平均地球橢球平均地球橢球 多用于物理學(xué)以及地球形狀的科研項目上，也多用于空間科學(xué)、航天飛行以及各國的國防上。第九節(jié)第九節(jié) 地理坐標(biāo)地理坐標(biāo)一、地球上的點、圈、線一、地球上的點、圈、線 地心地心：地球的幾何中心，叫地心。 質(zhì)心質(zhì)心：地球的質(zhì)量中心，是全球的物質(zhì)質(zhì)量分布的平均中心。 地軸地軸：地球自轉(zhuǎn)的軸線，叫地軸。 北極和南極北極和南極：地球自轉(zhuǎn)軸與地球表面的交點，稱為地極，在北面的叫北極點；在南面的叫南極點。 子午圈（經(jīng)圈）子午圈（經(jīng)圈）：通過地軸的平面，叫子午面，子午面與地球表面的交線，叫子午圈，又叫經(jīng)圈。子午圈的特性：1、子午圈是一個大圓，一定通過南北極點。所以，凡通過地球兩極的大圓，都是

22、子午圈；2、地球上有無數(shù)個子午圈，它們相交于南、北兩極；3、子午圈上的切線方向，代表地球上的南、北方向；4、子午圈必定正交于赤道和緯圈。l 子午線子午線（經(jīng)線）（經(jīng)線）：每一個子午圈都被南北極等分為兩個180的半圓，稱為子午線，也叫經(jīng)線。l 本初子午線本初子午線：通過英國倫敦格林尼治（Greenwich）天文臺原址子午儀中心的子午線，稱為本初子午線，即0經(jīng)線。 赤道赤道：過地心且垂直于地軸的平面，叫赤道面，赤道面與地球表面的交線叫赤道。赤道的特性赤道的特性： 赤道是一個大圓。分地球為南、北兩個半球，即南半球和北半球。 赤道是地球上的0緯圈，在其上各點的緯度為0。赤道全部正交于子午圈。緯圈的特性

23、緯圈的特性：緯圈除赤道外，都是小圓。緯圈有無限多個。所有的緯圈都互相平行，且正交于子午圈。緯圈的切線方向代表地球上點在地面上的東西方向。 緯圈：垂直于地軸的平面與地球表面的交線，稱為緯圈或緯線。二、地理坐標(biāo)系二、地理坐標(biāo)系l用經(jīng)度、緯度表示地球上任意一點位置的球面坐標(biāo)，叫地理坐標(biāo)地理坐標(biāo)。1 1、地理坐標(biāo)系要素：、地理坐標(biāo)系要素：l主圈（橫圈）主圈（橫圈）：赤道。橫坐標(biāo)叫地理經(jīng)度。l輔圈（縱圈）輔圈（縱圈）：本初子午線?？v坐標(biāo)叫地理緯度。l原點原點：本初子午線和赤道的交點。2、地理經(jīng)度的定義、地理經(jīng)度的定義經(jīng)度經(jīng)度：本地子午面的東西方本地子午面的東西方向和角距離向和角距離l經(jīng)度是兩面角，本初子

24、午面為起始面；本地子午面為終面；l經(jīng)度通常在赤道上度量，東西經(jīng)各分180度。3、地理緯度的定義、地理緯度的定義緯度緯度：一地相對于赤一地相對于赤道平面的南北方向和道平面的南北方向和角度角度l緯度是一種線面角，即本地法線與赤道平面的交角；l緯度在本地經(jīng)線上度量，南北緯各分90度。l地理坐標(biāo)是表示地面上的位置的一種科學(xué)方法。u書寫按慣例書寫按慣例l先緯度，后經(jīng)度；l數(shù)字在先，符號在后。l例：北京40N，116E。 練練 習(xí)習(xí)1. 地理坐標(biāo)的基圈是_，始圈是_。2. 國際上規(guī)定，把通過英國倫敦格林尼治天文臺原址的經(jīng)線，定為_度經(jīng)線，又叫_線。3. 東西半球的劃分，習(xí)慣上以西經(jīng)_度和東經(jīng)_度的經(jīng)線為界

25、。4. 從地球的北極上空觀察地球，逆時針方向叫做向_，從地球的南極上空觀察地球，逆時針方向叫做_。5. 在地球上某地建造一座房屋，四壁門窗皆向南開，該地應(yīng)為_在地球上某地，一抬腳便向北走，該地應(yīng)為_。6. 美國阿拉斯加的安科雷季(61N，159W) 位于新西蘭首都惠靈頓（ 41S， 175E ）的西北方；東北方；東北偏北方；西北偏北方；An Introduction to The Earth7.甲地（ 0，90E ）位于乙地（ 0， 90W ）的東方； 西方； 可東可西；8.如果以通過北京（ 11619E）的經(jīng)線為本初子午線，那么現(xiàn)在的0經(jīng)線將是_。9.經(jīng)線就是：子午線；子午圈；經(jīng)圈。10.亞

26、洲大陸上最北點為切柳斯金角(7743N)，最南點為皮艾角(117N)，最東點為迭日涅夫角(16940W)，最西點為巴巴角(263E)，請問亞歐大陸東西的經(jīng)度差，南北的緯度差各是多少?An Introduction to The Earth11. 圖中圖中注明注明0經(jīng)線和經(jīng)線和0緯線，已知緯線，已知圖中的經(jīng)緯度間隔均為圖中的經(jīng)緯度間隔均為10 ，試填，試填空空A點的經(jīng)度點的經(jīng)度_，緯度，緯度_，位于，位于習(xí)慣上的習(xí)慣上的_半球、半球、_半球。半球。B點的經(jīng)度點的經(jīng)度_，緯度，緯度_，位，位A點的點的_方。方。 在圖中標(biāo)出在圖中標(biāo)出C點（點（20N，10W）和和D點（點（ 10S，15E ）的位置

27、，）的位置，D點位于點位于C點的點的_ _方。方。An Introduction to The Earth第十節(jié)第十節(jié) 地球的圈層結(jié)構(gòu)地球的圈層結(jié)構(gòu)l地球是一個由不同狀態(tài)與不同物質(zhì)的同心圈層所組成的球體。這些圈層可以分為外部圈層與內(nèi)部圈層。l外部圈層包括：巖石圈、水圈、大氣圈以及地球的特殊圈層生物圈；l內(nèi)部圈層包括：地殼、地幔與地核。m巖石圈m水圈m大氣圈m生物圈地球地球圈層圈層一、地球的外部圈層一、地球的外部圈層二、地球的內(nèi)部圈層二、地球的內(nèi)部圈層1、 地震波與地球內(nèi)部結(jié)構(gòu) 體波體波地地 震震 波波面波面波縱波縱波橫波橫波q 地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)v 地殼v 地幔v 地核地球地球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)層

28、層次次不連續(xù)面不連續(xù)面厚度厚度下限下限深度深度縱波縱波(P)波速波速（km/s）橫波橫波(S)波速波速（km/s）物質(zhì)組成物質(zhì)組成地地殼殼大陸大陸35km;海洋海洋5-8km157.64.2上部：沉積巖層上部：沉積巖層中部：硅鋁層中部：硅鋁層下部：硅鎂層下部：硅鎂層莫霍面莫霍面3333增加增加增加增加地地幔幔286328788.013.324.47.11上地幔（軟流層）由橄上地幔（軟流層）由橄欖巖質(zhì)的超基性巖組成；欖巖質(zhì)的超基性巖組成；下地幔含有更多的鐵下地幔含有更多的鐵古登堡面古登堡面減小減小消失消失外外核核228351618.1液態(tài)，鐵鎳等致密物質(zhì)液態(tài)，鐵鎳等致密物質(zhì)利曼面利曼面增加增加出

29、現(xiàn)出現(xiàn)內(nèi)內(nèi)核核121063719.6固態(tài)，鐵鎳等致密物質(zhì)固態(tài)，鐵鎳等致密物質(zhì)地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)地球內(nèi)部圈層構(gòu)造一、地球表面的海陸分布m海洋面積明顯地大于陸地海洋面積明顯地大于陸地，海洋占海洋占70.870.8；陸地僅占陸地僅占29.229.2； m海洋包圍、分割陸地；海洋包圍、分割陸地；m海陸分布不均勻海陸分布不均勻，陸地多數(shù)分布于北半球陸地多數(shù)分布于北半球和東半球；海域更多地集中在南半球和西和東半球；海域更多地集中在南半球和西半球。半球。第十一節(jié) 地球表面形態(tài)和基本特征地球表面的海陸分布地球表面的海陸分布半半 球球海洋面積海洋面積% 陸地面積陸地面積%北半球北半球60.739.3南半球南半球80.

30、919.1東半球東半球62.038.0西半球西半球80.020.0地球表面的海陸分布南北半球的海陸對比南北半球的海陸對比東西半球的海陸對比東西半球的海陸對比地球上的陸地多地球上的陸地多數(shù)分布于北半球數(shù)分布于北半球和東半球；海域和東半球；海域更多地集中在南更多地集中在南半球和西半球半球和西半球。水陸半球的海陸對比水陸半球的海陸對比海陸面積之比值，在以經(jīng)度海陸面積之比值，在以經(jīng)度180180，南緯，南緯3838的點為中心的半個地球上達到最大，為的點為中心的半個地球上達到最大，為8.18.1，這，這個半球稱為水半球。個半球稱為水半球。而在水半球背面的陸半球中，最大程度地集中而在水半球背面的陸半球中，

31、最大程度地集中著全球的陸地。盡管如此陸半球中海陸比值著全球的陸地。盡管如此陸半球中海陸比值仍為仍為1.11.1，陸地面積仍未超過海洋。，陸地面積仍未超過海洋。二、海陸高差和固體地表的起伏二、海陸高差和固體地表的起伏m陸地平均海拔高度約陸地平均海拔高度約875875米，大體上，米，大體上，面積愈大的大陸，平均高度愈高。面積愈大的大陸，平均高度愈高。m海洋底部平均深度為海洋底部平均深度為37953795米。米。海海陸陸起起伏伏曲曲線線為了形象地表示地球上各種高度和深度的對比關(guān)系，可以為了形象地表示地球上各種高度和深度的對比關(guān)系，可以根據(jù)陸地等高線和海洋等深線圖，計算各高度陸地和各深根據(jù)陸地等高線和

32、海洋等深線圖，計算各高度陸地和各深度海洋所占的面積或占全球陸地總面積的百分比。度海洋所占的面積或占全球陸地總面積的百分比。三、 陸地1、大陸m亞洲；m歐洲；m非洲；m北美洲；m南美洲；m大洋洲；m南極洲。各大洲的面積及平均高度各大洲的面積及平均高度大陸大陸面積面積(104km2)占全球陸地占全球陸地面積面積(%)占全球面積占全球面積(%)平均高度平均高度(m)亞洲亞洲448029.88.7950非洲非洲306020.56650北美洲北美洲220014.84.3700南美洲南美洲1790123.5600南極南極13979.32.92000歐洲歐洲104072.1300澳大利亞澳大利亞7805.2

33、1.5400平均或合計平均或合計14900100.0100.08752、島嶼、島嶼m大陸島大陸島：位于大陸附近，在地質(zhì)構(gòu)造上與位于大陸附近，在地質(zhì)構(gòu)造上與相鄰大陸有密切聯(lián)系。相鄰大陸有密切聯(lián)系。 m海洋島海洋島：面積比大陸島小，與大陸在地質(zhì)面積比大陸島小，與大陸在地質(zhì)構(gòu)造上沒有直接聯(lián)系。分為構(gòu)造上沒有直接聯(lián)系。分為火山島火山島與與珊瑚島珊瑚島。 3、地球表面大陸分布特點、地球表面大陸分布特點|全球七分水，三分陸，陸地分布北多南少；全球七分水，三分陸，陸地分布北多南少；|陸地形狀北寬南窄，如倒三角形，南極洲例外；陸地形狀北寬南窄，如倒三角形，南極洲例外；|南極洲外，所有的大陸都是成對分布的，如南

34、美和北南極洲外，所有的大陸都是成對分布的，如南美和北美，歐洲和非洲，亞歐和大洋洲；美，歐洲和非洲，亞歐和大洋洲；|較大的島嶼群多分布于大陸東岸，而且有系列島弧分較大的島嶼群多分布于大陸東岸，而且有系列島弧分布；布；|非洲的西海岸與南美洲的東海岸十分相似，巴西東部非洲的西海岸與南美洲的東海岸十分相似，巴西東部可以嵌進非洲西岸的幾內(nèi)亞灣；可以嵌進非洲西岸的幾內(nèi)亞灣；|大陸東西邊緣多有隆起的高山，中部有低陷的平原。大陸東西邊緣多有隆起的高山，中部有低陷的平原。非洲的西海岸與南非洲的西海岸與南美洲的東海岸十分美洲的東海岸十分相似，巴西東部可相似，巴西東部可以嵌進非洲西岸的以嵌進非洲西岸的幾內(nèi)亞灣。幾內(nèi)

35、亞灣。1、海的分類| 地中海：地中海介于各大洲之間，面積廣大。最典型的就是介于亞歐非之間的地中海；| 內(nèi)海：深入陸地內(nèi)部，面積較小。如我國的渤海、北歐的波羅的海和南歐的黑海等；| 邊緣海：海洋的邊緣部分，只有一些島嶼與大洋相隔。四、海洋四、海洋2.4.22.4.2海的分類海的分類太平洋；大西洋；印度洋；北冰洋。各大洋面積與平均深度各大洋面積與平均深度名稱名稱面積面積（106km2）占全球海洋占全球海洋面積（面積（%）平均深度平均深度（m）太平洋太平洋181.350.14028大西洋大西洋94.326.03926印度洋印度洋74.120.53897北冰洋北冰洋12.33.41200平均或合計平均

36、或合計362.010037293 3、 大洋海底地形特征大洋海底地形特征m大洋邊緣，海陸之間的過渡地帶，稱為大洋邊緣，海陸之間的過渡地帶，稱為大大陸架。陸架。m大陸架向深海延伸的一方，為大陸架向深海延伸的一方，為大陸坡大陸坡。m大陸架和大陸坡之外是大陸架和大陸坡之外是海盆海盆，深度很大而，深度很大而坡度很小，是大洋的主體部分。海盆的隆坡度很小，是大洋的主體部分。海盆的隆起叫起叫海嶺海嶺，深陷的部分叫，深陷的部分叫海溝海溝。m海嶺是海嶺是聳立在深海盆地和大陸坡上的海底山脈。世界各大洋的洋底，都貫穿著一條。世界各大洋的洋底，都貫穿著一條高大的海嶺，稱為高大的海嶺，稱為洋中脊洋中脊。大洋中脊大洋中脊

37、大洋中脊第十第十二二節(jié)節(jié) 地球內(nèi)部的物理性質(zhì)地球內(nèi)部的物理性質(zhì)1.地磁和地磁要素地球磁場 磁北極磁極 磁軸 磁南極磁赤道 一、地球的磁性地磁三要素地磁三要素m 磁傾角磁傾角：地球磁場強度的方向?qū)τ谒矫娴母┙?；：地球磁場強度的方向?qū)τ谒矫娴母┙牵籱 磁偏角磁偏角：任一處的磁北方向和真北方向之間的夾：任一處的磁北方向和真北方向之間的夾角。即地理子午線與地磁子午線之間的偏角。角。即地理子午線與地磁子午線之間的偏角。l地磁場強度：地磁場強度：用磁感應(yīng)強度用磁感應(yīng)強度(B)(B)或磁場強度或磁場強度(H)(H)表示。表示。 地磁場的平均強度為地磁場的平均強度為50T（磁感應(yīng)強（磁感應(yīng)強度），赤道附近

38、較弱約度），赤道附近較弱約30-40T，兩極較強，兩極較強，約約60T。2.地磁要素的分布地磁要素的分布(1)地球總磁場分為偶極磁場和非偶極磁場。 偶極磁場是地球的基本磁場，它是全球性的對稱磁場，在地球總磁場中約占80；非偶極磁場是地球的變化磁場，約占地球總磁場的20。2. 地磁要素的分布地磁要素的分布（2）2 總磁場總磁場 磁極磁極總磁場的兩級；總磁場的兩級； 磁軸磁軸總磁場兩級（磁北極、磁南極）的連線；總磁場兩級（磁北極、磁南極）的連線； 磁赤道磁赤道總磁場的赤道；總磁場的赤道；偶極磁場偶極磁場 地磁極地磁極偶極磁場的兩級；偶極磁場的兩級； 地磁軸地磁軸地磁南北兩極的連線；地磁南北兩極的連

39、線； 地磁赤道地磁赤道偶極磁場的赤道；偶極磁場的赤道；R地磁軸通過地心，但不同地軸重合，二者之間成地磁軸通過地心，但不同地軸重合，二者之間成11.511.5的交角的交角R 地磁南北極分別位于南北緯地磁南北極分別位于南北緯78.578.5，其經(jīng)度分別為，其經(jīng)度分別為 110.9110.9E E 和和 69.169.1WW；R 地磁赤道與地理赤道相交于地磁赤道與地理赤道相交于 20.920.9E E 和和 159.1159.1WW。磁極、地磁極、地理極和磁極、地磁極、地理極和磁赤道、地磁赤道、地理赤道的區(qū)別磁赤道、地磁赤道、地理赤道的區(qū)別總磁場總磁場 磁極磁極總磁場的兩級；總磁場的兩級； 磁軸磁軸

40、總磁場兩級（磁北極、總磁場兩級（磁北極、磁南極）的連線；磁南極）的連線； 磁赤道磁赤道總磁場的赤道；總磁場的赤道；偶極磁場偶極磁場 地磁極地磁極偶極磁場的兩級；偶極磁場的兩級； 地磁軸地磁軸地磁南北兩極的連線；地磁南北兩極的連線； 地磁赤道地磁赤道偶極磁場的赤道；偶極磁場的赤道；2.地磁要素的分布（3）q 偶極磁場地磁要素的分布m地磁南北兩極互為對峙點；m地磁赤道是距地磁南北兩極各為 90 的大圓；m地磁強度和地磁傾角，都隨地磁緯度的增高而增大。地理級與地磁極地理級與地磁極磁南極S位于磁棒的北極，在它附近磁力線流出并匯集到磁北極N，地面磁力線總體看起來是自南向北的，地球上大部分地方的磁針北端才

41、會指向北方，所以磁南極、磁北極完全是依據(jù)他們的地理位置，而不是其磁性來稱呼的，位于北極附近的“磁北極”實際上是地磁南極，而位于南極附近的“磁南極”實際上是地磁北極。2. 地磁要素的分布地磁要素的分布（4） 地磁兩極（磁南極、磁北極）所在的地理地磁兩極（磁南極、磁北極）所在的地理子午線上，地磁偏角為子午線上，地磁偏角為0 0或或180180，該子午線，該子午線稱為稱為。無偏線分全球為東偏和西偏兩半球。無偏線分全球為東偏和西偏兩半球。 在東偏半球，地磁北極位于地理北極的偏東方向，地磁偏角都是東偏角； 在西偏半球，地磁北極位于地理北極之西，地磁偏角都是西偏角。 磁偏角的西偏半球（左）和東偏半球（右）

42、磁偏角的西偏半球（左）和東偏半球（右）2. 地磁要素的分布地磁要素的分布（5）地磁要素的分布，大體上符合以下規(guī)律地磁要素的分布，大體上符合以下規(guī)律 磁北極和磁南極并不互為對蹠點。磁北極和磁南極并不互為對蹠點。 磁赤道不是大圓，也不與兩個磁極等距，而是一條磁赤道不是大圓，也不與兩個磁極等距，而是一條環(huán)繞全球的封閉曲線：一部分在北半球，另一部分在南環(huán)繞全球的封閉曲線：一部分在北半球，另一部分在南半球，離地理赤道都不遠。半球，離地理赤道都不遠。 磁場強度與磁傾角大體上自磁赤道向磁極增加，自磁場強度與磁傾角大體上自磁赤道向磁極增加，自30-40T 30-40T 增至增至60-70T60-70T。 無偏

43、線并不與子午線重合。它只分全球為東偏和西無偏線并不與子午線重合。它只分全球為東偏和西偏二大部分，而不是兩個半球。偏二大部分，而不是兩個半球。 由于地球不是均勻的磁化球體，個別地區(qū)的地磁要由于地球不是均勻的磁化球體，個別地區(qū)的地磁要素的量值，可以大大地不同于它周圍地區(qū)的正常數(shù)值，素的量值，可以大大地不同于它周圍地區(qū)的正常數(shù)值，這叫這叫地磁異常地磁異常。3.地磁要素的變化q 短期變化，來源于電離層及太陽活動的影響，其中最劇烈的變化稱為磁暴，平均每年10次左右與太陽耀斑有關(guān)；q 長期變化，來源于地球內(nèi)部的物質(zhì)運動。基本地磁場的長期變化基本地磁場的長期變化l第一，在最近第一，在最近400400年間，年

44、間，地磁場強度以每年地磁場強度以每年0.050.05的的速率減小速率減小，如果照此速度繼續(xù)衰減下去，那么，基本，如果照此速度繼續(xù)衰減下去，那么，基本磁場將會在磁場將會在2 2千年后消失，兩千余年來地磁場強度千年后消失，兩千余年來地磁場強度減小了減小了1.51.5倍。但兩千多年以前則可能是增加的。倍。但兩千多年以前則可能是增加的。l第二，第二，地磁場的向西漂移地磁場的向西漂移，0 0磁偏線與赤道的交點，磁偏線與赤道的交點，近近400 400 年來已西移年來已西移9595。另外，磁極也在移動，如地。另外，磁極也在移動，如地磁北極的緯度逐年遞增磁北極的緯度逐年遞增0 0.004.004；其經(jīng)度每年向

45、西增；其經(jīng)度每年向西增加加0 0.007.007。l第三，在更大尺度的時期內(nèi)，地磁場有過很大規(guī)模的第三，在更大尺度的時期內(nèi)，地磁場有過很大規(guī)模的變動。特別是變動。特別是南北磁極或磁力線指向倒轉(zhuǎn)南北磁極或磁力線指向倒轉(zhuǎn)。例如最近。例如最近500500萬年以來，地磁場已反轉(zhuǎn)了萬年以來，地磁場已反轉(zhuǎn)了1010余次之多。余次之多。4.地球磁層和輻射帶(1)地球磁層：地球的偶極磁場在高空中受到太地球的偶極磁場在高空中受到太陽風(fēng)陽風(fēng)的影響，的影響，地磁場的磁力線都向后彎曲，地磁場地磁場的磁力線都向后彎曲，地磁場朝太陽方向的最前沿形成一個包層，并向著背太陽朝太陽方向的最前沿形成一個包層，并向著背太陽方向延伸

46、。這個被太陽風(fēng)包圍的、彗星狀的地磁場方向延伸。這個被太陽風(fēng)包圍的、彗星狀的地磁場區(qū)域叫做區(qū)域叫做地球磁層地球磁層。 地球磁層由磁層體、磁層頂、磁鞘和磁尾等部分組成。在磁層內(nèi)還包含有內(nèi)、外兩個地球輻射帶，叫范艾倫帶。 在太陽的日冕層的在太陽的日冕層的高溫下，氫、氦等原子高溫下，氫、氦等原子被電離成高速運動的帶被電離成高速運動的帶電的粒子，部分帶電粒電的粒子，部分帶電粒子掙脫太陽的引力束縛，子掙脫太陽的引力束縛，射向太陽的外圍，形成射向太陽的外圍，形成太陽風(fēng)。太陽風(fēng)。 太 陽 風(fēng) 地球磁層由磁層體、磁層頂、磁鞘和磁尾等部分組成。在磁層內(nèi)還包含有內(nèi)、外兩個地球輻射帶，叫范艾倫帶。中性片中性片(2)地球輻射帶：范艾倫帶q位于地球磁層內(nèi)，是地球磁層俘獲的帶電粒子帶。q分為內(nèi)、外輻射帶5.地球磁場的成因l磁鐵說：鐵高于居里點（770）分子運動加劇，就會失去磁性；l電流說：地球外核是一個導(dǎo)電的流體。二、地球的質(zhì)量和密度二、地球的質(zhì)量和密度 地球質(zhì)量可以根據(jù)萬有引力定律或修正后的開普勒地球質(zhì)量可以根據(jù)萬有引力定律或修正后的開普勒第三定律推算。第三定律推算。據(jù)測定，據(jù)測定，l 地球質(zhì)量為地球質(zhì)量為5.981024kgl 地球的體積為地球的體積為1.081021m3l 地球的平均密度為地球的平均密度為 =5.98102