工程地质教程课件_情景2地球概论与地质作用 .ppt

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1、情景2地球概论与地质作用,【学习目标】1. 了解地球基本情况，掌握地球特性，纵向探究与观察地球。2. 掌握地质学的根本疑问，地质作用，地质作用范畴。3. 了解地质学学习的一些要求。【能力要求】1. 培养探索的兴趣。2. 培养概念分析能力。,保持对地球的兴趣，掌握有关地球的特点及一般性知识，能够帮助我们进行更深层次的思考与探究。通过概括的了解，深入细节的理解，可以锻炼和提高学习者的认识能力。以专业视角重视和接受有关信息，可以使我们处理专业问题时激发灵感，加强对信息的敏感度。庞大而丰富的信息库是全面、深入思考问题的基本保证；广泛或者全方位的发现和分析信息之间的联系是研究问题的根本方法。研究与解决问

2、题，是被动和主动的实践活动，是学科存在的理由。探求分析地球基本情况和地质作用系统就是进入一个信息域和研究空间。,2.1地球球体的概念,中国古人的认识。山海经，战国时期哲学家惠施 ，唐代天文学家一行 ，西方人对地球的认识古希腊哲学家毕达哥拉斯 ，亚里士多德 ，古希腊天文学家埃拉托斯特尼 ，1519年葡萄牙航海家麦哲伦 ，17世纪末，牛顿,18世纪以来，大地水准面 。20世纪50年代后，科学技术发展非常迅速，为大地测量开辟了多种途径，高精度的微波测距、激光测距，特别是人造卫星上天，再加上电子计算机的运用和国际间的合作，使人们可以精确地测量地球的大小和形状了。数字化地球时代的到来才真正可以做到对地球

3、时空的把握，地球的运动才真正得以定量研究。我们才可以观察到地球的任务变化（至少是外在的）。就现阶段人类对地球的认识，只是最大限度地获得了最新的观测数据，也只有在统一标准建立观测的基础上来判断整个地球的确切信息以及变化，才会有更为可靠的推理与分析。已知的这种外在不均衡性其实反映了地球内部物质状态也不是稳定均衡状态。地球的内在运动和外在形状应该是什么只有依赖自然的发展规律来决定，人们应该面对自然的实体，时刻观察它、思考它、研究它，找到有限的规律并利用它服务于人类自身。,2.2地球的地表形态,2.2.1地球地形数据赤道半径（a）6378.140km;两极半径（c）6356.755km;平均半径（r）

4、6371.012km;扁率d=a-ca1/298.257;赤道周长40075.24km;子午线周长40008.08km;表面积5.1007108km2；体积1.08321012km3;地球质量（M）（5.97420.0006）1024kg;大陆最高山峰（珠穆朗玛峰）8844.43m;大陆平均高度825m;海洋最深海沟-11034m;海洋平均深度-3800m;大陆和海洋的平均高度-2448m（即全球表面无起伏，将被2448m厚的海水所覆盖）。,地表起伏示意图,2.2.2大陆地形单元(1) 山地：海拔高度在500m以上的正地形(2)平原：相对高差低于100m的平坦地区。(3) 高原：海拔大于600

5、m，表面较平坦或略有起伏的广阔地区，如青藏高原。(4) 盆地：四周是山地或高原，中央地形低平或呈丘陵状的地区，外形似盆状的地形，如四川盆地、塔里木盆地。(5) 裂谷系：延伸上千公里，宽仅3050km的线形低地，两壁或一壁多为断崖，如东非裂谷系、汾渭裂谷。,2.2.3海底地形单元按深度和形态海底地形分为三大单元 (1) 大陆边缘：分为大陆架、大陆坡、大陆基、海沟和岛弧。 大陆架（陆棚）：海面以下至200m深的海底平原。坡度一般小于0.1。 大陆坡：大陆架外缘倾斜明显变陡的地带，平均坡度为4.3，最大坡度超过20，最大深度3200m，大陆坡上常发现呈“V”字形的海底峡谷，峡谷通向大洋盆地，多发育有

6、巨大的水下冲积扇。 大陆基：大陆坡与大洋盆地之间的平缓地带，平均深度约3700m。这地带多是浊流和滑塌作用带来的碎屑物质的主要堆积场所。有海沟发育的地带就没有大陆基。 海沟：海底的带状深渊。 岛弧：呈弧形延伸很长的火山列岛。(2) 大洋盆地：可进一步分为深海平原、海山和海岭。(3) 洋中脊：屹立在大洋底上的巨大“山脉”，有的地段露出海面而成带状分布的岛屿。例如著名的大西洋中脊，由北极冰岛蜿蜒穿越大西洋南极附近，总长度约15000km，洋中脊底部平均宽度约1500km，其上部由平行山脊组成一个高中心带，中央有一条裂谷，裂谷宽约20km，深度为10002000m。,2.2.4我国地形特点,2.3地

7、球的物理性质,2.3.1地球的密度和重力 地球的平均密度是5.517g/cm3 地壳上部的岩石平均密度是2.65g/cm3 推测地核部分密度可达13g/cm3左右 据计算,在两极重力比赤道地区大0.53 2.3.2地磁公元前3世纪的战国时期，我国就已利用磁性发明了指南仪器司南 地磁极与地理极的位置是不一致的 地面上每一点都可从理论上计算出它的磁偏角和磁倾角。如磁偏角和磁倾角与理论值不符时，叫做地磁异常。,2.3.3地热地球内部储存着巨大的热能，这就是常说的地热。 外热层（变温层） 常温层 内热层（也叫增温层） 地热增温级是在年常温层以下，温度每升高1时所增加的深度，单位是m/，例如，大庆的地热

8、增温级为20m/，北京房山为50m/。 地温增加的情形各地不同，与各地岩石的密度、导热率、离热源的远近及所处的地质构造条件有关。地热增温的规律只适用于地壳部分或岩石圈。据地球物理资料推断，整个地球的平均温度约为2000,2.3.4地球的弹、塑性 地球具有弹性，表现在地球内部能传播地震波，因为地震波是弹性波。日、月的吸引力能使海水发生涨落的现象称为潮汐现象。用精密仪器对地表的观测发现，地表的固体表面在日、月引力下也有交替的涨落现象，其幅度为715cm，这种现象称为固体潮，这也说明固体地球具有弹性。生活中我们在路基路面附近感受列车等的过往的震动、路基的回弹、大楼的摇晃等，都是地球具有弹性的例子。同

9、时，地球也表现出塑性。地球自转的惯性离心力能使地球赤道半径加大而成为椭球体，表明地球具有塑性；在野外常观察到一些岩石可发生强烈的弯曲却未破碎或断裂，这也表明固体地球具有塑性。地球的弹、塑性这两种性质并不矛盾，它们是在不同的条件下所表现出来的。如在作用速度快、持续时间短的力（如地震作用力）的条件下，地球常表现为弹性体；在作用力缓慢且持续时间长（如地球旋转离心力、构造运动作用力）或在地下深处较高的温、压条件下，则可表现出较强的塑性。,2.4地球的结构,人们熟知的地球结构模型是一个处于不同状态（物质状态，运动状态等）与不同物质组成的同心圈层球体，类似于蛋体结构，这些圈层可以分成内部圈层与外部圈层，即

10、内三圈与外三圈。其中外三圈包括大气圈、水圈和生物圈；内三圈包括地壳、地幔和地核。,2.4.1地球的外部圈层(1) 大气圈从地表（包括地下相当深度的岩石裂隙中的气体）到16000km高空都存在气体或基本粒子，总质量达51015t，占地球总质量的0.00009。主要成分中氮占78；氧占21；其他如二氧化碳、水汽、惰性气体、尘埃等占1。地球大气圈成分是随着时间而变化的。当初大气中的二氧化碳可能达到百分之几十，大约在3亿年前，由于植物大规模繁殖，才演化成接近现今的大气成分，目前大气中的二氧化碳只有0.046%。大约在1亿年前，大气的温度才接近现今的温度。从地史发展来看，二氧化碳的多少是影响地表温度的一

11、个重要因素。若二氧化碳增多，地球的温度将会增高。根据有关资料显示，自工业革命以来，二氧化碳的含量已增加13，因此人们推测地球的大气温度将会越来越高。典型讨论：大气圈是地球的重要组成部分，都有哪些重要的作用？请搜集资料回答。,(2) 水圈水圈主要是呈液态及部分呈固态出现的。它包括海洋、江河、湖泊、冰川、地下水等，形成的一个连续而不规则的圈层。水圈的质量为1.411018t，占地球总质量0.024，比大气圈的质量大得多，但与其他圈层相比，还是相当小。其中海水占97.2，陆地水（包括江河、湖泊、冰川、地下水）只占2.8；而在陆地水中冰川占水圈总质量的2.2，所以其他陆地水所占比重是很微小的。此外，水

12、分在大气中有一部分，在生物体内有一部分，生物体的3/4是由水组成的；在地下的岩石与土壤中也有一部分。可见，水圈是独立存在的，但又是和其他圈层互相渗透的。典型讨论：水圈是构成地球有机界的组成部分，对地球的发展和人类生存有很重要的作用，请搜集有关水的作用的资料来进行讨论。,（3） 生物圈 生物类的生命活动具有特殊的运动和功能，参与地球的各种运动，活动很强烈，作用形式多种多样，丰富多彩。 绿色植物的分布极限大约是海拔6200m左右，根据资料，在33000m高空还发现有孢子及细菌。总的来讲，生物圈包括大气圈的下层，岩石圈的上层和整个水圈，最大厚度可达数万米。但是其核心部分为地表以上100m，水下100

13、m，也就是说大气与地面、大气与水面的交接部位是生物最活跃的区域，其厚度为200m左右，因为在这个范围内具有适于生物生存的温度、水分和阳光等条件。 地球上自从出现生物，便对地球的发展起着重要的、特殊的作用。由于生物的生长、活动和死亡，使生物和大气、水、岩石、土壤之间，进行着多种形式的物质和能量的交换、转化和更替，从而不断改变着周围的环境。,2.4.2地球的内部圈层,(1) 地壳地壳指地球莫霍面以上的固体硬壳，属于岩石圈的上部。地壳主要由硅酸盐类岩石组成，它的质量为51019t，约占地球质量的0.8，体积占整个地球体积的0.5。 地壳的化学组成地壳中含有元素周期表中所列的绝大部分元素，而其中O、S

14、i、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg等8种主要元素占98以上，其他元素共占1%2。化学元素在地壳中平均含量称克拉克值。, 地壳的厚度和结构地壳是地球表面的一层薄壳，其厚度大致为地球半径的1/400，但各处厚度不一，大陆部分平均厚度约37km，而海洋部分平均厚度则只有约7km。一般说来，高山、高原部分地壳最厚，如我国青藏高原地壳最厚可达70km。地壳可以分为上下两层，中间被康拉德面所分开。但这一界面在海洋部分不明显或者根本不存在。上层地壳，其成分以O、Si、Al及K、Na等为主，和花岗岩的成分相似，所以叫花岗岩层，又称硅铝层。在这一层的表层部分常分布有010km厚的沉积岩层，平均密度为2.62.

15、7g/cm3，此层厚度在山区和高原可达40km，在平原区常为10km，在海洋地区变薄甚至完全缺失（如太平洋），因此是一个不连续圈层。这一层物质组成极为多样，构造形态和地貌形态也非常复杂。下层地壳，其成分虽然也以O、Si、Al等为主，但Mg、Fe、Ca等成分显著增加，和玄武岩的成分相似，所以叫玄武岩层，又称硅镁层。平均密度为2.93.0g/cm3。此层在海洋地壳部分平均厚58km，在大陆部分则延伸至花岗岩层之下，推测可厚达30km，是一个连续圈层。, 地壳的类型地壳可以分为大陆型地壳（简称陆壳）和大洋型地壳（简称洋壳）。陆壳的特征是厚度较大（3070km），具有双层结构，即在玄武岩层之上有花岗岩

16、层（表层的大部分地区有沉积岩层）。总的来看，硅铝层好像浮在硅镁层之上，地表起伏越大（如高山、高原），莫霍面的位置越深，地壳越厚。洋壳的特征是厚度较小，最薄的地方不到5km，一般只有单层结构，即玄武岩层，其表层为海洋沉积层所覆盖。此外，在陆壳和洋壳交会处还可以分出过渡型地壳，又称次大陆型地壳，其特点介于以上两种类型地壳之间。地壳厚度的差异性和垂直结构及物质成分的不均匀性，构成了地壳总的特征，这种特征常导致地壳物质的重新分配和调整，以便达到新的平衡关系，这是引起地壳运动的多种因素之一。,地壳类型和平均厚度（据罗诺夫，1967） 地壳结构图(据李四光图修编),（2） 地幔地幔指莫霍面以下到古登堡面以

17、上的圈层。深度为从地壳底界到2900km处。其体积占地球总体积的82，质量为4.051021t，占地球总质量的67.8。物质密度大约从3.32g/cm3递增到5.7g/cm3，即在地幔下部接近于地球的平均密度。压力随深度而增加，界面上压力可达约1.51011Pa。温度也随深度缓慢增加，下部温度为3000左右。从莫霍面到古登堡面，根据地震波传播速度分析可知大体是缓慢而均匀变化的，中间缺少一级不连续面，说明地幔物质较地壳具有很大的均匀性。但是，在约400km和约1000km深处各有一个次一级不连续面存在，即拜尔勒面和雷波蒂面。由此可见，地幔物质又具有一定的分异作用。目前，一般以1000km为界，把

18、地幔分为上地幔和下地幔。,(3) 地核位于深2900km古登堡面以下直到地心部分称地核。由于震波速度在这一部分发生了突然变化，即纵波速度从每秒13.32km下降到8.1km，横波则消失，表明组成地核物质的化学成分和物理性质等有了很大的变化。根据地震纵波的变化情况，地核又可分为外核、过渡层和内核。据推测，地核物质非常致密，密度为9.713g/cm3，地核总质量为1.881021t，占整个地球质量的31.5；压力可达3.61011Pa；温度为3000，最高可能达5000或稍高。,2.5地 质 作 用,2.5.1作用的定义(1) 作用：对事物产生影响，如作用力、外界事物作用于人的感觉器官，从而产生印

19、象。事物产生的影响、效果，如副作用、消极作用、带头作用。用心，用意，如他的话是有作用的。(2)作用：施加在结构上的一组集中力或分布力，或引起结构外加变形或约束变形的原因。前者称直接作用，亦称荷载，后者称间接作用。理解作用概念，充分思维作用的形式、类型、抽象、形象,2.5.2什么是地质作用 一切的作用它的本质意义都体现在相互性上，这个应该是我们抽象出的最重要的信息，离开了相互性，一切作用无从谈起。地球的相互性都有哪些？有孤立的地球吗？,如果我们回到地球概论，详细回看地球上丰富多彩的物质类型、组织结构，复杂的理化性质，时空变化，它的作用也无穷无尽。这些就是地质作用。它包含了所有的作用形式、种类，在

20、时间维度上不断变化，在空间维度上不断变化，无始无终。许多自然现象都有力地证明了地球是在不断演化、发展的。一切引起地球和地壳物质组成、内部结构和地表形态不断变化和发展的作用，都称之为地质作用。 地质作用一方面不断地破坏地壳中已有的矿物、岩石、地质构造和地表形态，另一方面又不断地形成新的矿物、岩石、地质构造和地表形态。地质作用的能量来自两个方面。一是来源于地球本身，主要有地球自转产生的旋转能、重力作用产生的重力能、放射性元素蜕变产生的热能，此外尚有结晶能和化学能，这些统称为内能；二是来源于地球以外的能量，主要有太阳辐射能和日月引力能，此外尚有恒星及行星的辐射、宇宙射线、行星碰撞以及陨石等，这些来自

21、地球以外的能量统称为外能。,对地质作用的学习不是简单记下作用的类型，而是要深刻理解作用的恒久性、即时性，无所不在、无所不包，透过对普遍意义上的作用形式的理解，来指导我们对具体作用的分析和判断，从而得到更为合理的答案；反之，观一斑而知全豹，一叶知秋，也就是说，我们对具体细节的理解，又是我们返回整体了解全面的基础。学习和研究地质作用不是让我们不断重复地球的作用形式有哪些，而是要不断分析各种自然现象，了解各种具体的作用，看见一块岩石，我们应该会分析它的地质作用，看到一面山坡，一条小溪，看见莽莽大山，同样要做到对其地质作用的娓娓道来，既要客观严谨地观察，又要做到见微知著，透过现象看本质，逻辑推理，这些就是地质学学习的根本所在，灵魂所在。地质学学习的一切都可以归结为对地质作用的理解和把握。,实训材料：自由讨论地质作用，分析以下地质作用,