地球的基本特征

關于地球的基本特征12總論第2頁,共48頁，2024年2月25日，星期天31.1地球概況第一級近似——圓球形第二級近似——旋轉(zhuǎn)橢球體第三級近似——大地水準體(Geoid)大地水準面海面上的重力位各處都是相等的，即海面在重力作用下是一個等位面，把這個等位面延伸通過大陸，就形成一個封閉曲面。

1.1.1地球的形狀和大小1.1.1.1地球的形狀第3頁,共48頁，2024年2月25日，星期天4大地水準體大地水準體大地水準面（平均海面）所封閉的球體形狀。不是一個穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)橢球面，有地方隆起，有地方凹陷，相差可達100m以上；赤道橫截面不是正圓形，是近似橢圓形，長軸指向西經(jīng)20°和東經(jīng)160°方向，長短軸之差為430m；赤道面不是地球的對稱面，與標準橢球體相比，南極大陸比基準面凹進24m；北冰洋卻高出基準面14m。赤道——南緯60°之間高出基準面，而從赤道到北緯45°之間低于基準面。第4頁,共48頁，2024年2月25日，星期天5有關地球的常數(shù)地球赤道半經(jīng)（α）：6378137m*地球極半經(jīng)（с）：6356752m*赤道標準重力加速度（γe）：（978032±1）×10-5m/s2

地球的其它數(shù)據(jù)地球平均半經(jīng)：6371km子午線周長：40008.08km赤道周長：40075.24km地球的面積：51000萬km2*海洋面積：36100萬km2，占地球總面積的70.8％陸地面積：14900萬km2，占地球總面積的29.2％地球的體積：10830億km3*

地球的質(zhì)量：5.976×1027g*地球的平均密度：5.517g/cm3物體脫離的臨界速度：11.2km/s赤道上點的線速度：465m/s地球沿軌道運動的平均速度：29.78km/s大陸最高山峰（珠穆朗瑪峰）：8846.27m大陸平均高度：825m海洋最深海溝：-11034m海洋平均深度：-3800m大陸和海洋的平均高度：-2448m（即全球表面無起伏，將被2448m厚的海水所覆蓋）第5頁,共48頁，2024年2月25日，星期天61.1.2：地球的物理性質(zhì)地球的平均密度是5.517g/cm3。地殼上部巖石平均密度是2.65g/cm3。推測地球內(nèi)部必有密度更大的物質(zhì)。地球密度隨深度而增大。在地下若干深度處密度呈跳躍式變化，推測地核部分密度可達13g/cm3左右。地球的平均密度和水星（5.4）相差不多。月球（3.341）和火星（3.95）的密度都比地球小，其它行星的密度更小。

1.1.2.1地球的密度第6頁,共48頁，2024年2月25日，星期天71.1.2.2地球的重力地球的重力——地球?qū)Φ乇砗偷貎?nèi)物質(zhì)的引力。據(jù)萬有引力定律：F=G·M·m/r2地球赤道處重力加速度g=9.780318(m/s2)地球兩極處重力加速度g=983.2177(m/s2)兩極，重力比赤道處大0.53％，也就是說把在兩極重100kg的物體搬到赤道地區(qū)時，則變成99.47kg。第7頁,共48頁，2024年2月25日，星期天81.地球上重力的變化重力隨緯度的增加——增加。重力隨海拔高度的增加——減小。重力隨深度的增加先增加，然后減小，到地心趨向于零。第8頁,共48頁，2024年2月25日，星期天92.重力異常重力異常理論重力值：把地球看作一個理想的旋轉(zhuǎn)橢球體，且內(nèi)部密度無橫向變化，所計算出的重力值。重力正異常——實測重力值－理論重力值＞0重力正異?！獙崪y重力值－理論重力值＜0重力異常的地質(zhì)意義：重力正異?！颂幍叵峦忻芏容^大的物質(zhì)，可能是鐵、銅、鉛、鋅等礦區(qū)。重力正異?！颂幍叵峦忻芏容^小的物質(zhì)，可能有石油、煤、鹽類以及大量地下水等存在。看教材，想一想：重力的自由空氣校正？自由空氣異常？重力的布格校正？布格重力異常？看圖1-3了解我國大陸部分地區(qū)布格重力異常。第9頁,共48頁，2024年2月25日，星期天101.1.2.3地磁地磁磁場同置于地球中心的一個大條形磁鐵（條形磁鐵與地軸呈11.5°相交）所產(chǎn)生的偶極磁場相類似。

地磁三要素磁場強度：地表任意一點地磁的大小。單位奧斯特Oe，指向北磁極。磁偏角：地磁子午線與地理子午線之間的夾角?！?/p>

其中，以指北針為準，東偏為“＋”；西偏為“－”。磁傾角：磁針與各處水平面的夾角?！?/p>

依指北針，下傾為“＋”；上仰為“－”。兩磁極為90°；赤道為0°。第10頁,共48頁，2024年2月25日，星期天11地磁的特點地磁的特點（1）地磁南北極和地理南北極的位置不一致，并且磁極的位置逐年都有變化（如表1-1），磁極有向西緩慢移動的趨勢。（2）地面上每一點都可從理論上計算出它的磁偏角和磁傾角。如磁偏角和磁傾角與理論值不符時，叫做地磁異常。（3）地球磁場的磁力線受太陽風的影響，被壓縮在一個固定區(qū)域內(nèi)，這個區(qū)域叫磁層。第11頁,共48頁，2024年2月25日，星期天121.1.2.4地熱地熱——地球內(nèi)部儲存的熱能。有關地熱的基本概念常溫層：地表向下一定的深度地殼表層的溫度不再隨外界溫度而變化，這一深度叫常溫層。其因地而異，我國北方約為30m。地熱增溫級（率）：在常溫層以下，溫度每升高1℃時所增加的深度，單位是m/℃。其平均值為：33m/℃。地熱梯度：深度每增加100m，地溫增加值。平均：3℃/100m。地熱增溫的規(guī)律只適用于地殼部分或巖石圈。第12頁,共48頁，2024年2月25日，星期天13地熱（續(xù)1）地熱來源與釋放來源：鈾（U238，U235）、釷（Th232）、鉀（K40）等放射性元素衰變產(chǎn)生的熱能。釋放：火山噴發(fā)、熱水活動、構造運動、大地熱流。大地熱流大地熱流----地球內(nèi)部熱能向地表傳輸?shù)默F(xiàn)象。全球平均為：6.15×10-6J/cm2·s。則全球每年為：6.15×10-6J/cm2·s×一年×地球表面積≈9.63×1020-1.09×1021J，這個數(shù)字相當于燃燒300多億噸煤放出的熱量。第13頁,共48頁，2024年2月25日，星期天14地熱（續(xù)2）地熱流量（值）4.1868×10-6J/cm2·s——1個地熱流量單位。用（HFU）表示。全球平均地熱流值：1.47HFU。全球地熱流值特征：全球平均地熱流值為1.47±0.74HFU，大陸和海洋平均值幾乎相等。地熱流值的分布有明顯的時空差異。海洋：洋中脊最高——1.90±1.48HFU；海盆——1.27±0.53HFU；距離洋中脊最遠的海溝平均值最低——1.16±0.70HFU。從古到新，地熱流值表現(xiàn)為由低到高的趨向。前寒紀地塊——0.91±0.02HFU，新生代褶皺帶——1.75±0.06HFU。熱流值與巖石圈厚度有關。巖石圈越薄——越大；反之——越小。第14頁,共48頁，2024年2月25日，星期天15地熱資源地熱能——一定地質(zhì)條件下，地熱富集起來形成地熱能。地熱流值＞2HFU，一般被認為是良好地熱資源的地區(qū)。中生代褶皺帶（相當于環(huán)太平洋帶）、新生代喜馬拉雅褶皺帶（相當于地中海-喜馬拉雅帶）是著名的地熱帶（地震帶和火山活動帶）。我國東部沿海（包括臺灣在內(nèi)）和西藏、云南等地，處于世界的兩條地熱帶范疇內(nèi)，地熱資源豐富。第15頁,共48頁，2024年2月25日，星期天16思考題1.地球的形狀分為幾級近似？2.何為地球重力異常？對地質(zhì)研究有何意義？3.地磁三要素是什么？4.何為地熱增溫級?其與地溫梯度有何關系?5.全球地熱流值分布有哪些規(guī)律?6.我國的地熱資源分布如何?第16頁,共48頁，2024年2月25日，星期天171.2：地球的結(jié)構大氣圈地表——16000km高空都存在氣體或基本粒子?？傎|(zhì)量達5×1015t，占地球總質(zhì)量的0.00009％。水圈包括海洋、江河、湖泊、冰川、地下水等，形成一個連續(xù)而不規(guī)則的圈層。生物圈指地球表面有生物存在的圈層。生物圈：大氣圈的下層，巖石圈的上層和整個水圈，最大厚度可達數(shù)萬米。核心部分為地表以上100m，水下100m。這三個圈層為地球外部圈層，將在其它課程中進一步學習。1.2.1地球的外部圈層第17頁,共48頁，2024年2月25日，星期天181.2.2地球內(nèi)部圈層(地殼、地幔和地核)地震波地震時從震源釋放出來的部分能量以彈性波的形式向四周傳播。地震波分為：體波和面波；體波又分為縱波和橫波。地震波的特點縱波（P）：周期短、振幅小，可以通過固體和流體，速度較快。橫波（S）：周期較長、振幅較大只能通過固體，速度較慢。地震波的傳播速度隨著所通過介質(zhì)的剛性和密度的變化而改變。分析地震波的傳播，猶如“透視”地球，可知內(nèi)部情況。1.2.2.1地震波一般知識第18頁,共48頁，2024年2月25日，星期天19地震波在地下的傳播第19頁,共48頁，2024年2月25日，星期天201.2.2.2地震波在地球內(nèi)部傳播的不連續(xù)面

地震波地球內(nèi)部傳播的不連續(xù)面地震波傳播時，在某些深度處速度發(fā)生急劇變化，稱為不連續(xù)面。其中有兩個變化最顯著的不連續(xù)面——一級不連續(xù)面。莫霍面——地下平均33km處（指大陸部分）。此不連續(xù)面以上，P波速為7.6km/s，以下急增為8.0km/s；S波由4.2km/s增到4.4km/s。此一級不連續(xù)面稱莫霍面。古登堡面——地下2900km處的地震波傳播不連續(xù)面?？v波速由13.32km/s突然降為8.1km/s，橫波至此完全消失。莫霍面和古登堡面，將地球內(nèi)部分為3個圈層：地殼、地幔和地核。

第20頁,共48頁，2024年2月25日，星期天21地球內(nèi)部圈層示意圖第21頁,共48頁，2024年2月25日，星期天221.2.2.3地殼1.地殼的化學組成地殼中主要元素的克拉克值第22頁,共48頁，2024年2月25日，星期天23地殼的化學組成地殼——地球莫霍面以上的固體硬殼（A層）。地殼的化學組成

地殼中含有元素周期表中所列的絕大部分元素，而其中O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg等8種主要元素占98％以上，其他元素共占1—2％?；瘜W元素在地殼中平均含量——克拉克值。大多數(shù)大多數(shù)情況是相關元素化合形成各種礦物，其中以O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg等組成的硅酸鹽礦物為最多，其次為各種氧化物、硫化物、碳酸鹽等。各種不同礦物特別是硅酸鹽類又組成各種巖石。一些元素在一定條件下可以遷移和富集，含量超過該元素的克拉克值，并在質(zhì)和量上達到開采要求——形成礦床。第23頁,共48頁，2024年2月25日，星期天242.地殼的厚度地殼——地球表面的一層薄殼，其厚度大致為地球半徑的1/400，但各處厚度不一。大陸部分平均——37km多；海洋部分平均——約7km。高山、高原部分最厚。如青藏高原地殼最厚可達70km（圖1-11）。第24頁,共48頁，2024年2月25日，星期天253.地殼的結(jié)構康拉德面地殼中地震波傳播的次一級不連續(xù)面，海洋不明顯或不存在。地殼（A層）：被康氏面分為上下兩層（A′和A″）。上層地殼（即A′層）：以O、Si、Al及K、Na等為主，與花崗巖的成分相似，所以叫花崗巖層；此層又稱為硅鋁層（Sial）。厚：0—10km；山區(qū)、高原40km；平原10km，海洋變薄甚至缺失。下層地殼（即A″）：以O、Si、Al為主，但Mg、Fe、Ca等顯著增加,與玄武巖的成分相似,叫玄武巖層，又稱硅鎂層（Sima）。海洋：厚5—8km；大陸部分延伸至花崗巖層之下，可達30km，是一個連續(xù)圈層。平均密度2.9—3.0g/cm3。第25頁,共48頁，2024年2月25日，星期天264.地殼的類型地殼的類型

大陸型地殼——陸殼；大洋型地殼——洋殼。陸殼的特征：厚度較大（30—70km），雙層結(jié)構——玄武巖層之上有花崗巖層（表層的大部分地區(qū)有沉積巖層）。硅鋁層浮在硅鎂層之上，地表起伏越大（高山、高原），莫霍面越深，地殼越厚。洋殼的特征：厚度較小，最薄處＜5km，單層結(jié)構——玄武巖層，其表層為海洋沉積層所覆蓋。次大陸型地殼——陸殼、洋殼間的過渡型。地殼總特征——地殼厚度的差異性和垂直結(jié)構及物質(zhì)成分的不均勻性。

第26頁,共48頁，2024年2月25日，星期天27陸殼與洋殼對比第27頁,共48頁，2024年2月25日，星期天281.2.2.4地幔地幔——莫霍面以下到古登堡面以上的圈層。為從地殼底界——2900km深度處。占地球總體積的82％。物質(zhì)密度3.32g/cm3→5.7g/cm3，在地幔下部接近地球的平均密度。壓力隨深度而增加。溫度也隨深度緩慢增加，下部約為3000℃左右。1.地幔概況第28頁,共48頁，2024年2月25日，星期天29地震波在地幔中的傳播地震波在地幔中的傳播地震波傳播速度緩慢而均勻變化，缺少一級不連續(xù)面，說明地幔物質(zhì)較地殼具有很大的均勻性。在約400km和約1000km深處各有一個次一級不連續(xù)面，即拜爾勒面和雷波蒂面，據(jù)此劃分為B、C、D層。一般以1000km為界，把地幔分為上地幔和下地幔。第29頁,共48頁，2024年2月25日，星期天302.上地幔上地幔

震波數(shù)值與在橄欖巖中實驗所得數(shù)值相似——橄欖巖層，又稱榴輝巖層。與地殼相比，SiO2減少，鎂鐵增加。巖石圈莫霍面以下上地幔頂部，相當于固態(tài)的橄欖巖層。通常把這一層加上地殼（即A+B′）合稱為巖石圈。古登堡低速層——軟流圈60—400km范圍內(nèi)，波速下降——古登堡低速層（相當B″層）。一般認為該層有部分熔融，有較大的塑性或潛柔性——軟流圈。軟流圈的深度、厚度和范圍常隨地而異。約700—1600℃，巖漿的主要發(fā)源地，地殼運動、巖漿活動、火山活動及熱對流等皆可能與此層有關。上地幔下部（C層）也有次一級不連續(xù)面，具體情況有待于繼續(xù)探索。中、深源地震（最深可達720km）的震源皆發(fā)生在上地幔中。第30頁,共48頁，2024年2月25日，星期天313.下地幔下地幔（D層）物質(zhì)密度較大，＞5g/cm3，底界接近地球的平均密度；壓力可達1.5×1011Pa?；瘜W成分：目前認為相當于鎂鐵的硅酸鹽礦物，與上地幔無甚差別。但因壓力大，硅酸鹽礦物可能形成晶體結(jié)構緊密的高密度礦物。由于縱波和橫波都能在地幔通過，因此一般認為地幔呈固態(tài)存在。第31頁,共48頁，2024年2月25日，星期天321.2.2.5地核地核：2900km的古登堡面以下——地心。因震波速度發(fā)生突然變化——縱波速從13.32km/s下降到8.1km/s

，橫波則消失。表明組成物質(zhì)的化學成分和物理性質(zhì)等有了很大的變化。據(jù)地震縱波的變化，地核可分為：外核、過渡層和內(nèi)核。據(jù)推測，地核物質(zhì)致密，9.7—13g/cm3；壓力達3.0—3.6×1011Pa；溫度為3000℃，最高可能達5000℃或稍高。外核由于只有P波才能通過，呈液態(tài)。過渡層和內(nèi)核有S波出現(xiàn)，呈固態(tài)。第32頁,共48頁，2024年2月25日，星期天33地核（續(xù)）地核的成分。很早認為地核是鐵鎳成分，相當于鐵隕石的成分——鐵鎳地核說。后來有人認為組成地核的物質(zhì)也是硅酸鹽，但在高溫高壓下，原子結(jié)構受到破壞，成為具有金屬特性和液體特性的物質(zhì)——超固態(tài)。近來又提出了更新的看法：實驗結(jié)果表明P波速度相當于鐵族金屬，重新肯定了鐵鎳地核說?？赡苓€存在一些硅、硫等較輕的元素。第33頁,共48頁，2024年2月25日，星期天34思考題1．地球的內(nèi)部結(jié)構由哪幾個圈層組成？2．地球內(nèi)部各個圈層的物質(zhì)組成和物理狀態(tài)有哪些特點？3．什么叫硅鋁層？什么叫硅鎂層？什么叫軟流圈?什么叫巖石圖?4．組成地殼的主要化學元素是哪些？說明它們在地殼中的克拉克值。大陸地殼和大洋地殼的化學組成有何不同?5．地殼由哪些巖石組成？大陸地殼和大洋地殼的組成有什么差異?6．簡述地殼的結(jié)構持點。大陸地殼和大洋地殼的結(jié)構有何不同?第34頁,共48頁，2024年2月25日，星期天351.3地質(zhì)作用和地質(zhì)年代地質(zhì)作用——在自然力的作用下，使地球的物質(zhì)組成、內(nèi)部構造和地表形態(tài)發(fā)生變化的作用，總稱地質(zhì)作用。地質(zhì)營力內(nèi)營力外營力地質(zhì)作用內(nèi)力地質(zhì)作用外力地質(zhì)作用1.3.1地質(zhì)作用自然力（地質(zhì)營力）內(nèi)營力—內(nèi)力地質(zhì)作用：地熱重力能旋轉(zhuǎn)能化學能結(jié)晶能外營力—外力地質(zhì)作用：太陽能潮汐能生物能第35頁,共48頁，2024年2月25日，星期天361.3.2地質(zhì)作用的結(jié)果內(nèi)力作用：一般在地下深處，使地表起伏加劇。使巖石圈變形、變質(zhì)、形成新巖石。使巖石圈分裂、融合、變位、漂移，改變大地構造格局。外力作用：一般在地表附近，夷高填低，減小起伏。使地表巖石的組成不斷發(fā)生變化。使地表形態(tài)不斷發(fā)生變化（外力地質(zhì)作用幾乎均有重力能參與）。內(nèi)外力作用的關系對立統(tǒng)一，互為條件，相互依存。第36頁,共48頁，2024年2月25日，星期天371.3.3地質(zhì)作用的分類第37頁,共48頁，2024年2月25日，星期天38內(nèi)力作用第38頁,共48頁，2024年2月25日，星期天391.3.4地質(zhì)年代絕對地質(zhì)年齡利用放射性同位素衰裂變測年技術測定的礦物或巖石的年齡，稱為同位素地質(zhì)年齡，也曾叫絕對地質(zhì)年齡。相對地質(zhì)年代根據(jù)地球發(fā)展歷史過程中生物演化和巖層形成的順序，將地球歷史劃分的若干自然階段?；４嬖诘貙又械牡刭|(zhì)歷史時期的生物遺體和遺跡。生物層序律在最古老的地層中無化石；地層愈古老其中保存的生物化石愈低級，地層愈年輕其中保存的生物化石愈高級，即為生物