地球的基本特征

第二章地球的基本特征地球的基本參數(shù)地球的主要物理性質(zhì)地球的圈層構(gòu)造地質(zhì)作用及其能量來源第一節(jié)地球概況1.通常所說的地球形狀就是大地水準(zhǔn)面的形狀。大地水準(zhǔn)面：大地測量中所謂的地球形狀，是指一種以平均海平面表示的平滑封閉曲面，即大地水準(zhǔn)面。

一、地球的形狀和大小大地水準(zhǔn)體大地水準(zhǔn)面2.赤道的地球直徑比通過兩極的直徑長42.5Km。地球的扁率：地球兩極扁平的程度a=b-c/bb:地球赤道半徑c：地球兩極半徑

地球是一個(gè)兩極比較扁平、赤道部分相對突出的橢球體；通過兩極的地球斷面是橢圓形而不是正圓形；橢球體的最大圓周在赤道上，而不在通過兩極的橢圓上。

整個(gè)地球的形狀，從通過兩極，垂直于赤道平面的斷面來看，呈現(xiàn)梨形。這個(gè)“梨形體”和標(biāo)準(zhǔn)橢球體相比較，南極凹進(jìn)24米，北極高出14米，從赤道至60°S之間高出基準(zhǔn)面，而自赤道至45°N之間又低于基準(zhǔn)面。極半經(jīng)為6356.8km赤道半經(jīng)為6378.1km平均半經(jīng)為6371km扁率為1/298基本上仍是一個(gè)圓球地球的大小及相關(guān)數(shù)據(jù)二、地球的表面形態(tài)

地球表面高低不平，以海平面為界分為海洋和陸地兩大地理單元。海洋面積占70.8%、陸地面積占29.2%海洋：平均深度：3729m最深11034m（馬里亞納海溝）

陸地：平均高度：875m最高：8844.43m（珠穆朗瑪）

兩者相差近20km

按照高程和起伏特征，陸地地形可分為山地、丘陵、平原、高原和盆地等類型。1、山地—海拔500m以上，切割度大于200m（一）陸地地形特征天山昆侖山2、丘陵—海拔低于500m，相對高差小于200m3、平原—海拔＜200m的廣闊而平坦的地區(qū)4.高原——高原是海拔高程在600m以上、面積較大、頂面較為平坦或略有起伏的地區(qū)。5.盆地——四周為山地或高原、中央低平的地區(qū)稱盆地。6.洼地——（1）高程在海平面以下的低洼區(qū)。吐魯番盆地中的艾丁湖。（2）指陸地上的局部低洼部分。洼地因排水不良，中心部分常積水成湖泊、沼澤或鹽沼。根據(jù)海底地形的總體特征，海底大致可分為大陸邊緣、大洋中脊和大洋盆地。1.大陸邊緣（continental

margin）：大陸與大洋盆地之間的過渡地帶。由海岸向深海方向，大陸邊緣常包括大陸架、大陸坡和大陸基。有時(shí)在大陸邊緣則出現(xiàn)島弧與海溝地形。（二）海底地形特征（1）大陸架（continental

shelf）

是海與陸地接壤的淺海平臺，其范圍是由海岸線向外海延伸至海底坡度顯著增大的轉(zhuǎn)折處。大陸架部分的海底坡度平緩，一般小于0.3°，平均約0.1°。（2）大陸坡（continental

slope）

是大陸架外側(cè)坡度明顯變陡的部分。其平均坡度為4.3°，最大坡度可達(dá)20°以上；（3）大陸基（continentalrise）

是大陸坡與大洋盆地之間的緩傾斜坡地。坡度通常為5′～35′大陸基主要分布于大西洋和印度洋邊緣，在海溝發(fā)育的太平洋邊緣不發(fā)育。海溝是大洋邊緣的巨型帶狀深淵，其長度常達(dá)1000km以上，寬度近100km。深度多在6000m以上。海溝常與島弧平行伴生。島弧是大洋邊緣延伸距離很長、呈弧形展布的島群（4）海溝與島弧

2.大洋中脊（mid－oceanicridge）大洋中脊是綿延在大洋中部（或內(nèi)部）的巨型海底山脈，它具有很強(qiáng)的構(gòu)造活動(dòng)性，經(jīng)常發(fā)生地震和火山活動(dòng)。大洋中脊在各大洋中均有分布，且互相連接，全長近65000km，堪稱全球規(guī)模最大的“山系”。大洋中脊軸部常有一條縱向延伸的裂隙狀深谷，稱中央裂谷。3.大洋盆地（oceanic

basin）大洋盆地是介于大陸邊緣與大洋中脊之間的較平坦地帶。大洋盆地主要可分為深海丘陵和深海平原兩類次級地形。大洋盆地中?？梢娨?guī)模不大、地勢比較突出的孤立高地，稱為海山。有些海山呈鏈狀分布，延伸可達(dá)上千公里，稱為海嶺。海山頂部如露出海面以上即成為大洋中的島嶼。陸地向海洋自然延伸的部分，坡度緩，水深在200米以內(nèi)大陸架向外傾斜的陡坡，水深急劇增至數(shù)千米大洋中脊大洋中新海底誕生的地方，火山活動(dòng)較強(qiáng)烈海洋底部最深的地方。三、地球的主要物理性質(zhì)（一）地球的密度（二）地球的壓力（三）地球的重力（四）地球的磁場（五）地球的溫度（六）地球的彈塑性（一）地球的密度地球的平均密度：5.517g/cm3地表巖石平均密度:2.65g/cm3地心的密度:13g/cm3可以推測地球內(nèi)部深處物質(zhì)的密度是隨深度遞增的。并且在984km、2898km、

5125km的地方做跳躍式增加，表明地球內(nèi)部物質(zhì)是不均勻的。（二）地球的壓力地球內(nèi)部壓力是隨深度加大而逐漸增高的。深度每增加１km，壓力增加27.5MPa（1MPa＝1兆帕斯卡＝１０６N/m２）。深部隨著巖石密度的加大，靜巖壓力增加得更快些。靜巖壓力在莫霍面附近約1200MPa，古登堡面附近約135,200MPa，地心處可達(dá)361,700Mpa，相當(dāng)于360萬個(gè)大氣壓力。

地表地心（三）地球的重力rdFPR地球的重力地球自轉(zhuǎn)引起的離心力和地球引力的合力。P=F+dF=G

M×m，d=r×ωR2(G為萬有引力常數(shù)，ω為角速度)因?yàn)殡x心力相對很小，即使在赤道也只有萬有引力的1/289，所以重力基本上就等于萬有引力，方向也基本上指向地心。為了便于比較，通常用單位質(zhì)量所受的引力來表示重力（重力加速度g）。

g=G×M/R2（單位用伽Gal，1Gal=1cm/s2

）（三）地球的重力重力在地表的變化重力隨緯度的增加而增加，隨海拔高度的增加而減小。若將地球視為均質(zhì)體，以海平面為基準(zhǔn)可計(jì)算出不同緯度的標(biāo)準(zhǔn)重力值。g=987.032(1+5.3×10-3×sin2ф-5.9×10-6×sin22ф)g為重力（伽），ф為緯度。重力在地球內(nèi)部的變化影響重力大小的不是整個(gè)地球的總質(zhì)量，而主要是所在深度以下的質(zhì)量。由于地殼與地幔的密度都比較小，從地表到地下2900km的核幔界面，重力大體上是隨深度增加而略有增加，但有波動(dòng)。在核幔界面上，重力值達(dá)到極大(約1069伽)，再往深處去,各個(gè)方向上的引力趨向平衡,重力值逐漸減少，直至變小為零。重力的變化（三）地球的重力

理論重力值：把地球看作一個(gè)理想的旋轉(zhuǎn)橢球體，并且內(nèi)部密度無橫向變化，所計(jì)算的重力值為理論重力值重力異常：由于各地海拔高度、周圍地形以及地下巖石密度不同，以致所測出的實(shí)際重力值不同于理論值，稱為重力異常

重力異常正異常：實(shí)際值大于理論值負(fù)異常：實(shí)際值小于理論值

在埋藏有密度較小物質(zhì)（如石油、煤、鹽等非金屬礦產(chǎn)）的地區(qū)，常顯示負(fù)異常；而埋藏有密度大物質(zhì)（如鐵、銅、鉛、鋅等金屬礦產(chǎn)）的地區(qū)，就顯示正異常。所以人們就可以通過重力測量，來圈定重力異常的區(qū)域，尋找那些引起重力異常的非金屬和金屬礦產(chǎn)。這就是地質(zhì)勘查中常用的重力探勘方法（三）地球的重力自由空氣校正自由空氣異常布格校正布格異常（文獻(xiàn)中所看到的重力異常大部分都是指布格異常）實(shí)際重力值的校正方法圖是中國大陸布格重力異常圖，反映了莫霍面的起伏。

1、青藏高原邊緣地區(qū)及大興安嶺太行山一帶有明顯的重力臺階說明地質(zhì)情況有較大變化。

2、丘陵及平原地區(qū)重力異常值較小，而青藏高原等地負(fù)異常值較大。

布格重力異常最高的地方，往往對應(yīng)著強(qiáng)烈下沉區(qū)。

為什么出現(xiàn)上述現(xiàn)象出現(xiàn)？

地殼均衡理論“山根”與“反山根”（四）地球的磁場它有兩個(gè)磁極，其磁北極位于地理北極附近，磁南極位于地理南極附近，但不重合，地磁軸與地球自轉(zhuǎn)軸的夾角現(xiàn)在約為11.5度，1980年實(shí)測的磁北極位于北緯78.2度、西經(jīng)102.9度（加拿大北部），磁南極位于南緯65.5度，東經(jīng)139.4度（南極洲）。地磁場：地球周圍存在的磁場地磁軸地理軸（四）地球的磁場地磁三要素：磁場強(qiáng)度、磁偏角、磁傾角磁場強(qiáng)度：為某地點(diǎn)單位面積上磁力大小的絕對值。它是一個(gè)具有方向（磁力線方向）和大小的矢量，一般在磁兩極附近磁感應(yīng)強(qiáng)度大（約為60T（微特拉斯））；在磁赤道附近最?。s為30T）。磁偏角：磁力線在水平面上的投影與地理正北方向之間形成的夾角。即，磁子午線與地理子午線之間的夾角。磁偏角的大小各處都不相同。在北半球，如果磁力線方向偏向正北方向以東稱為東偏，偏向正北方向以西稱為西偏。我國東部地區(qū)磁偏較為西偏，甘肅酒泉以西地區(qū)為東偏。沈括與哥倫布分別于11世紀(jì)末和15世紀(jì)末發(fā)現(xiàn)。磁傾角：指磁針北端與水平面的交角。通常以磁針北端向下為正值，向上為負(fù)值。地球表面磁傾角為零度的各點(diǎn)的連線稱為地磁赤道；磁場強(qiáng)度磁偏角磁傾角地磁極地磁子午線磁層地磁場的成因（四）地球的磁場地磁軸地理軸由地磁赤道到地磁北極，磁傾角由0°逐漸變?yōu)?90°；由地磁赤道到地磁南極，磁傾角由0°變成-90°。磁傾角的變化如果發(fā)現(xiàn)實(shí)測地磁要素?cái)?shù)值與正常值不一致，便說明在正常磁場里有個(gè)局部異常磁場存在，使地磁要素產(chǎn)生偏差，這個(gè)現(xiàn)象叫地磁異常(magneticanomaly)。地磁異常是地下磁性物質(zhì)有局部變化的標(biāo)志，可以據(jù)此勘測出地下巖體和礦體。反映出的異常值大于正常值叫正異常；反映出的異常值小于正常值叫負(fù)異常。利用地磁異常來勘探有用礦物的方法叫磁法勘探(magnetcprospcting)。古地磁學(xué)地質(zhì)學(xué)家發(fā)現(xiàn),在火成巖中保留有熱剩磁(thermo-remanentmagnetization)，在沉積巖中保留有沉積剩磁(depositionalremanentmagnetization)，它們都可以指示當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)氐牡卮艌龇较颍越泄诺卮?Paleomagnetism)。近代磁極位置表地球磁場的成因認(rèn)為地球的地核部分為具有磁性的鎳鐵物質(zhì)，從而形成地球磁場。認(rèn)為巨大質(zhì)量物體的轉(zhuǎn)動(dòng)可以導(dǎo)致電磁效應(yīng)，這種看法也被否定了。地核的外核部分為液態(tài)的金屬鐵鎳物質(zhì)，是一種導(dǎo)電流體，在地球旋轉(zhuǎn)過程中，產(chǎn)生感應(yīng)自激，形成地球磁場。（五）地球的溫度

深礦井溫度升高，地下流出溫泉和火山噴出熾熱物質(zhì)，告訴人們地球內(nèi)部是熱的。由地內(nèi)溫度分布狀況可分為：外熱層、常溫層和內(nèi)熱層.外熱層(solarwarminglayer)是地球表層，吸收太陽輔射熱，其中絕大部分又輻射回空中，只有極少一部分透入地下以增高巖石溫度。因此外熱層的溫度是向下減低的。這種溫度變化只影響地表不深的地方，平均約為15m.

溫度隨時(shí)間、緯度高低和海陸分布情況而有所差異。比如：時(shí)間由于太陽熱量有晝夜變化，四季變化和多年周期變化，地溫變化速度和幅度便各不相同。日變化速度較快而幅度較小，年變化速度較慢而幅度較大，引起的地質(zhì)作用也各有特點(diǎn)溫度變化隨深度減小，到一定深度時(shí)，變化就不明顯了。日變化影響深度為1~1.5米，年變化影響深度一般為10~20米。

常溫層(homothermallayer)就是外熱層最下界。既（20—25m)的地段。在這個(gè)深度上年變化幅度為零，溫度常年保持不變，等于當(dāng)?shù)啬昶骄鶞囟?。就整個(gè)地表來看，常溫層的深度大致是中緯度比赤道和兩極深，內(nèi)陸區(qū)比海濱區(qū)深，因?yàn)橹芯暥群蛢?nèi)陸區(qū)的溫度年變化較大。內(nèi)熱層(interiorwarminglayer)在常溫層下，溫度隨深度而逐漸增加。這種增溫顯然不是太陽熱而是地內(nèi)熱，主要是放射熱的影響，且增溫是有規(guī)律的，即每向下一定深度便增高一定溫度。

計(jì)量這種增溫的大小通常用地溫梯度和地?zé)嵘疃葋肀硎尽?/p>

地?zé)岬闹饕獊碓词怯煞派湫栽厮プ兌a(chǎn)生的，如鈾（U238，U235）、釷（Th232）、鉀（K40）等（表1-2）。

地溫梯度(geothermalgradient)或地?zé)嵩鰷芈?，即深度每增?00米時(shí)所升高的溫度。以℃表示。一般為3℃

地?zé)嵘疃?geothermaldepth,或地?zé)嵩鰷丶?，即溫度每升高1℃所增加的深度。以米表示。地?zé)嵩鰷丶墳橐话銥?3m.

大地?zé)崃鳎旱責(zé)後尫抛罱?jīng)常和持續(xù)的形式是地球內(nèi)部熱能從地球深部向地表的傳輸，這種現(xiàn)象稱為大地?zé)崃鳌崃髁康膯挝粸?.1868×10-6J/cm2·s，通稱地?zé)崃髁繂?/p>