第三節(jié)地球的外部圈層結(jié)構(gòu)

第三節(jié)地球的外部圈層結(jié)構(gòu)

大氣圈、水圈、生物圈

一．地球的厚被--大氣圈地球的周圍包圍著一層厚厚的被子--大氣，人類就居住在這層大氣的底部。這看不見、摸不著的大氣圈里，發(fā)生著種種有趣的自然現(xiàn)象，為人類的生存提供了可靠的保障。定義：包圍著固體地球由多種氣體混合物組成的圈層。

大氣圈的物質(zhì)成分

大氣的成分很復(fù)雜，除了氧氣和氮?dú)馔?，還有氫、二氧化碳、氦、氖、氬、氪、氙、臭氧等氣體。氮和氧分別占了空氣總?cè)莘e的78.09%和20.95%，其他氣體的總和還不到空氣總?cè)莘e的1%。按質(zhì)量氮（75.5%）和氧（23.1%)為主，其次有氬(1.28%），二氧化碳（0.05%）。大氣層中還含有一定數(shù)量的水和各種塵埃雜質(zhì)，是形成云、雨、霧、雪的重要物質(zhì)。大氣圈的質(zhì)量大氣圈里的空氣雖然看不見，但質(zhì)量大得驚人。據(jù)科學(xué)家估算，整個地球周圍有5千多億噸（5.136×1015t）重的空氣。住在地球上的人,如果沒有人體內(nèi)向外的壓力，會被壓得粉身碎骨。由于地球引力的作用,大氣質(zhì)量的9／10都集中在近地面的16千米以內(nèi)的大氣層里。離地面越高，空氣就越稀薄。

大氣圈的分層地球大氣圈的厚度大約有二三兆米。由于各個不同高度上的大氣特性不同，因此，氣象學(xué)家往往把大氣劃分為幾個層次。對流層、平流層、中間層、熱層或暖層、外層。對流層對流層：距地球表面最近的一層叫對流層。厚度：在中緯度地區(qū)的平均厚度為10-12千米，在赤道地區(qū)的為16-18千米,兩極地區(qū)的為7-10千米。特點(diǎn)：對流層的主要特點(diǎn)是：氣溫隨高度升高而降低，離地面愈遠(yuǎn)溫度愈低。對流層內(nèi)空氣具有強(qiáng)烈的垂直和水平對流運(yùn)動，從而導(dǎo)致了水的三態(tài)變化，產(chǎn)生了一系列物理變化過程。風(fēng)霜雨雪、云霧冰雹等變化多端的天氣現(xiàn)象，都發(fā)生在對流層內(nèi)。平流層從對流層往上到50千米的高空是平流層。這里空氣稀薄，水氣和塵埃很少，氣流以水平運(yùn)動為主，而且很平穩(wěn)，所以很適宜于飛機(jī)飛行。中間層從平流層再往上到80千米的高空是中間層。這一層的氣溫隨高度升高而降低，最高處可到-90℃左右。中間層的頂部有少量水分，偶爾還能見到銀白色的夜光云。該層的60-90公里高度上，有一個只有在白天出現(xiàn)的電離層，叫做D層。熱層或暖層（電離層）從85千米到500千米這一層,稱為熱層或暖層。它的特點(diǎn)是：溫度隨高度升高而升高，在距地面400千米的高空,溫度可達(dá)3000-4000℃。這一層里的氧原子和氮原子處于電離狀態(tài)，所以又被稱為電離層(共三層)。來自地表某個地點(diǎn)的無線電波，必須經(jīng)過電離層的反射，才能傳到世界各地。外層或散逸層熱層以上就是大氣的外層。它的下限約在800-1000千米，上限可伸展到3000千米。這里是地球大氣與星際空間的過渡地帶,因?yàn)檫@一層的空氣非常稀薄，溫度又高，一些高速運(yùn)動的空氣分子和原子拚命掙脫地球引力的束縛，逃逸到宇宙太空中去，所以，這一層又稱為散逸層。二、生命的搖籃--水圈地球表面四分之三以上的面積被海洋、冰層、湖泊、沼澤、河流中的水體覆蓋。地面以下的土壤和巖石縫隙中也充填有大量的地下水，它們共同構(gòu)成一個連續(xù)而不規(guī)則的圈層，稱為水圈。海洋面積占地球表面的71%,如果把海洋中所有的水均勻地鋪蓋在地球表面,地球表面就會形成一個厚度約2700米的水圈。所以有人說地球的名字是取錯的，應(yīng)該叫它"水球"。據(jù)科學(xué)家估算，地球表層的總水量約為14億立方千米,其中海洋水占97.3%，以冰川為主的陸上水占2.7%，水的循環(huán)水圈中的水，主要在太陽熱能和重力的作用下不停地運(yùn)動著。在太陽的照射下，地球水圈處于不間斷的循環(huán)運(yùn)動之中。海洋和陸地上的水受熱蒸發(fā)形成水氣升入空中，成為大氣水；大氣水在適宜的條件下又凝結(jié)為雨雪降到地面或海洋。地面上的水或匯入江河湖海，或滲入土壤成為地下水，或又直接蒸發(fā)進(jìn)入大氣，循環(huán)往復(fù)。在這循環(huán)運(yùn)動中，大氣是水份的重要"運(yùn)輸工具"。由于地球上永不停息地進(jìn)行著大規(guī)模的水循環(huán)，才使得地球表面滄桑巨變，萬物生機(jī)盎然。循環(huán)三、生命活動的領(lǐng)地--生物圈生物圈是生物（動物、植物和微生物）及其生命活動的地帶所構(gòu)成的連續(xù)圈層。地球上生命物質(zhì)出現(xiàn)在3500Ma。在南非距今3200Ma的層狀巖石中發(fā)現(xiàn)了原核生物化石。自1000Ma以來植物和動物蓬勃發(fā)展。生物圈中的動物分布極為廣泛。據(jù)估計,地球上的動物約有150萬種左右。生物的作用：產(chǎn)生氧氣，促進(jìn)化學(xué)循環(huán)。植物是生物圈中的重要成員。在地球形成的早期，大氣中的主要成分是二氧化碳，氧氣的含量極少。直到大量植物出現(xiàn)以后，由于植物的光合作用而產(chǎn)生大量的氧氣，才使具有高度智慧的人類和大量動物得以生存。地球上的生物都有很強(qiáng)的適應(yīng)環(huán)境的生存能力，尤其是微生物，具有頑強(qiáng)的生命力和繁殖能力。地質(zhì)勘探表明,在地下幾百米甚至1千米的深處，都有細(xì)菌存在。有些魚類和低等浮游生物可在萬米以下的深海中生活。生命的過程就是生物不斷地把太陽能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能的過程。煤和石油都是由于生物死亡后堆積演化而成的；巖石的風(fēng)化、土壤的形成，都離不開生物的積極參與。地球生物圈經(jīng)歷了十幾億年的繁衍發(fā)展，才形成為今天一切生物得以生存的環(huán)境。在這個漫長的發(fā)展演化過程中，地球的大氣圈、水圈及地殼表面都積極參與其中。因此，生物圈的形成，是大氣圈、水圈和地殼間相互接觸、相互滲透、相互影響的結(jié)果。第四節(jié)地球的內(nèi)部圈層結(jié)構(gòu)一．地球內(nèi)部圈層劃分的依據(jù)

1．地震波的特點(diǎn)地震波是彈性波，分為體波、面波和自由振動等類型。體波有縱波（P）和橫波（S）之分。縱波可在固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)的介質(zhì)中傳播，橫波只能在固態(tài)介質(zhì)中傳播。地震波速的大小與介質(zhì)的密度和彈性有關(guān)。圈層2．地球內(nèi)部圈層劃分的依據(jù)（1）宇宙地質(zhì)依據(jù)宇宙物質(zhì)具有內(nèi)在的統(tǒng)一性，宇宙天體（尤其是太陽系內(nèi)天體）的物質(zhì)成分可作為推斷地球內(nèi)部物質(zhì)成分的參考依據(jù)（例如隕石）；（2）地質(zhì)學(xué)依據(jù)巖漿巖來自地下較深的部位，研究其物質(zhì)成分和形成的溫壓條件可幫助人類認(rèn)識地下的物質(zhì)狀態(tài)及環(huán)境。特別是超基性巖，它們常來自地球深部。

（例如含金剛石的金伯利巖，金剛石生成溫度為1100-2200℃、壓力為5萬個大氣壓，相當(dāng)150km深度）

（3）地球物理依據(jù)主要是地震波速的變化。

二．地球內(nèi)部圈層的特征（一）地殼

莫霍面（大陸33km、洋底5-8km）莫霍面是地震波速顯著不連續(xù)面（南斯拉夫地震學(xué)家莫霍諾維奇于1909年發(fā)現(xiàn)）。莫霍面以上的由固體巖石組成的地球最外部圈層稱為地殼。地殼平均厚度約18km，平均密度2.8g/cm3，質(zhì)量約2.35×1022kg。

地殼厚度變化大，大陸區(qū)20-80km，平均33km。又分為上地殼和下地殼（以康拉德面為界，深約15km）。上地殼（厚約15km）平均密度約2.7g/cm3，由沉積巖、變質(zhì)巖和巖漿巖組成，一般稱硅鋁層或花崗質(zhì)巖殼；下地殼（厚約18km）平均密度約2.9g/cm3，一般稱硅鎂層或玄武質(zhì)巖殼。大洋區(qū)平均7km，且較為均勻，普遍堆積有0.5km厚的沉積層，再下便是5-8km的硅鎂層（密度2.9g/cm3）。

（二）地幔

古登堡面

（2891km）（美國地震學(xué)家古登堡于1912年發(fā)現(xiàn)）S波終止，P波急劇減低。

莫霍面以下至古登堡面的圈層稱為地幔。地幔的厚度約2870km，物質(zhì)密度由頂層的3.31g/cm3增至5.55g/cm3,平均約4.5g/cm3,質(zhì)量約4.03×1024kg。根據(jù)地幔上部與下部物質(zhì)成分和溫度、壓力的差異性，和670km深處的地震波速顯著間斷面分為上、下地幔。（1）上地幔它可進(jìn)一步劃分為蓋層、低速層、均勻?qū)?，過渡層。蓋層：深度為24-80公里，是莫霍面以下地幔的頂部層位。P波速度8.1公里/秒，S波速度4.5公里/秒，密度為3.37克/厘米3。地幔蓋層的速度結(jié)構(gòu)類似于地殼，它也是分層的，且橫向變化較大。低速層：深度為80-220公里，在海洋地區(qū)頂面較大陸區(qū)為淺。P波速度7.8公里/秒，明顯變低。它的成因一般認(rèn)為是物質(zhì)的部分熔融所致。這一層在電性上是高導(dǎo)層。其各種構(gòu)造單元普遍存在。電阻率幾歐姆米或更小。均勻?qū)樱荷疃?20公里~400公里。P波速度8.7公里/秒；這一層速度較均勻，變化較小。在400公里處存在速度間斷面。該界面被廣泛認(rèn)為是相變證據(jù)。中間層(過渡層)：深度400—670公里。P波速度從9.1公里/秒增加到10.3公里/秒；S波速度從4.9公里/秒增加到5.6公里/秒；密度增至3.99克/厘米3。考慮礦物的密度和巖石學(xué)條件，上地幔物質(zhì)的礦物成份只可能是橄欖石、輝石、石榴石以及可能還有角閃石。包含這些礦物的巖石主要是橄欖巖和榴輝巖。

（2）下地幔深度670-2891km,厚度2221km,平均密度5.1g/cm3。據(jù)實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)分析，由呈緊密堆積結(jié)構(gòu)的氧化礦物，如MgO、FeO和SiO2組成。（三）地核

古登堡以下直至地心的部分稱地核。它是一個半徑為3480km的球體，平均密度為10.83g/cm3。一般認(rèn)為物質(zhì)成分主要為鐵。

地核又分為外地核和內(nèi)地核兩部分。外地核的物質(zhì)為液態(tài)，內(nèi)地核現(xiàn)在科學(xué)家認(rèn)為是固態(tài)結(jié)構(gòu)。外地核深2900km至5000km,內(nèi)地核深5100km至6371km

（四）巖石圈

地殼與上地幔的頂部（軟流圈以上部分），都是由固態(tài)巖石組成的，因而稱巖石圈。1.了解地球年齡的意義2.地球年齡的測定方法——放射性同位素測年地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)第二章地球一、地球年齡的測定方法第四節(jié)地球的年齡和地質(zhì)時代

地球年齡的判別主要依據(jù)對地球最古老巖石的同位素測定，以及對隕石，月球巖石等的測定得出地球的年齡應(yīng)為46億年。1.地質(zhì)年代—地球從形成至今所劃分的一系列時間單位。2.地質(zhì)年代表—依據(jù)沉積發(fā)展、生物演化、構(gòu)造運(yùn)動及相應(yīng)的同位素測年，按地球的演化歷史與順序所作的全球性綜合時間表。3.地質(zhì)年代單位按大小依次為：宙、代、紀(jì)、世、期等。見P29表2-3。第四節(jié)地球的年齡和地質(zhì)時代地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)第二章地球