地球的物理性质和圈层结构.ppt

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1、第三章第三章地球的物理性质地球的物理性质与圈层结构与圈层结构教学要求：教学要求：1.1.本章介绍本章介绍地球的几种重要物理性质地球的几种重要物理性质，包括，包括地球的地球的密度和密度和质量量，弹性性、塑性与粘性，、塑性与粘性，重重力场、压力、磁场、能量；力场、压力、磁场、能量；地球的圈层划分、地球的圈层划分、内部圈层结构及圈层耦合内部圈层结构及圈层耦合。2.2.学生应该学生应该理解理解地球的几种重要物理性质地球的几种重要物理性质。掌握掌握地球的内部圈层结构；地球的内部圈层结构；理解理解圈层耦合。圈层耦合。理解理解地球的物理性质和圈层结构之间互为因地球的物理性质和圈层结构之间互为因果的关系。果的

2、关系。并且可以看到、听到，研究物理性质的历史并且可以看到、听到，研究物理性质的历史中产生过许多优美的科学传奇，从中可以帮中产生过许多优美的科学传奇，从中可以帮助领略地学家是如何巧妙地揭开地球内部奥助领略地学家是如何巧妙地揭开地球内部奥秘的这一精神。秘的这一精神。主要内容：主要内容：1.地球的密度与地球的密度与弹性性1.1 地球的密度和地球的密度和质量量1.2 地球的地球的弹性性、塑性与粘性、塑性与粘性1.3地球的振地球的振荡与与摆动 2.地球的重力地球的重力场2.1 地球的重力地球的重力2.2 重力均衡重力均衡 2.3 地球的地球的压力力3.地球的磁地球的磁场3.1 地磁地磁场的特征的特征3.

3、2 地磁地磁场的起源的起源3.3 大大陆漂移和漂移和地磁地磁场反反转3.4 地磁地磁场在地学中的在地学中的应用用4.4.地球内部的能量地球内部的能量4.1 4.1 地球内部的能量地球内部的能量4.2 4.2 地幔部分熔融地幔部分熔融5.5.地球内部圈层的结构与圈层耦合地球内部圈层的结构与圈层耦合5.1 5.1 地球的圈层结构地球的圈层结构5.2 5.2 内核差异旋转内核差异旋转5.3 5.3 圈层耦合圈层耦合5.4 地球系地球系统的自然的自然驱动力力提示：地球的物理性地球的物理性质和圈和圈层结构构是互是互为因果的因果的；地球的物理性地球的物理性质和圈和圈层结构构对地地球的运球的运动和演化有决定

4、性的制和演化有决定性的制约作作用用；研究物理性研究物理性质的的历史中史中产生生过许多多优美的科学美的科学传奇，从中可以奇，从中可以领略略地学家是如何巧妙地揭开地学家是如何巧妙地揭开地球内部地球内部奥秘奥秘的。的。1.地球的密度与地球的密度与弹性性1.1 地球的地球的质量和密度量和密度 密度密度=质量质量体积体积地球的质量地球的质量 M=5.947210M=5.9472102424t t，若一头大象的质量以平均若一头大象的质量以平均3 3t t计计,相当于相当于1.9824101.9824102424t t 即约等于即约等于2 2万亿兆头大象的质量。万亿兆头大象的质量。怎怎样判断地球是球体？判断

5、地球是球体？据据遥感遥感卫星影像星影像观测：地球北极凸出：地球北极凸出10米，南极凹米，南极凹进约30米；北半球的中米；北半球的中纬度区稍稍凹度区稍稍凹进，南半球稍，南半球稍稍凸出。稍凸出。地球非地球非严格的旋格的旋转椭球体球体。n密度密度=质量质量体积体积 质量质量=体积体积密度密度 牛牛顿定律：定律：F=mg,G=fm/r2 M=gr2/f 如何求得地球半径呢？如何求得地球半径呢？几何学常几何学常识+天文学天文学测量量一段圆弧的长度与其对应的圆心角成比例一段圆弧的长度与其对应的圆心角成比例 弧弧AB对应的圆心角正是对应的圆心角正是AB两点对应的天顶角两点对应的天顶角 AB地球的地球的质量及

6、其量及其计算算求地球的引力常数求地球的引力常数附加引力法附加引力法密度密度=质量质量体积体积 ，则计算出算出地球的平均密度地球的平均密度为5.516g/cm3 。但但实际测量却量却发现，地表常地表常见沉沉积岩岩的的平均密度只有平均密度只有 2.60g/cm3 。地表的花地表的花岗岩岩的密度的密度为 2.85g/cm3 。地震地震时，在地球内部出，在地球内部出现的的弹性波，称性波，称为地震波地震波，主要包括主要包括纵波（波（P波）和横波（波）和横波（S波）。波）。原理原理地震波通过地震波通过不同密度介质不同密度介质时的波速不同，时的波速不同，在越过两种不同介质时还会发生反射、折射现象。在越过两种

7、不同介质时还会发生反射、折射现象。ABN地球内部密度地球内部密度的确定的确定地震波地震波经验公式与结论：介质密度（）=0.27Vp+1.07地内密度地内密度测量有三量有三处突突变，反，反映了密度（和物映了密度（和物质）的不）的不连续:在上、下地幔分界（在上、下地幔分界（在上、下地幔分界（在上、下地幔分界（670670km km）处处：3.994.393.994.39g/cmg/cm3 3。在地幔与地核分界在地幔与地核分界在地幔与地核分界在地幔与地核分界处处（28912891kmkm）:5.57 9.90g/cm5.57 9.90g/cm3 3 在内核与外核分界在内核与外核分界在内核与外核分界在

8、内核与外核分界处处（51505150kmkm）:12.1712.75g/cm12.1712.75g/cm3 3 由地表到地心，密度依次由地表到地心，密度依次递增；增；由横波不能通由横波不能通过外核，推断出外核是外核，推断出外核是液液态的。的。结论：地球内部物地球内部物质分布是不均匀的。分布是不均匀的。1.2 地球的地球的弹性性、塑性与粘性、塑性与粘性弹性性变形与受力成正比。形与受力成正比。海洋潮汐：日月引力作用引起的海洋潮汐：日月引力作用引起的海面海面周期性升周期性升降降现象。象。固体潮固体潮：日月引力作用日月引力作用引起地球的引起地球的固体表固体表层周周期性升降期性升降现象。象。陆地表面的升

9、降幅度可达地表面的升降幅度可达7-15厘米。即是厘米。即是地球地球在日月引力作用下在日月引力作用下发生的生的弹性性变形形。说明固体地球明固体地球有一定的有一定的弹性性。塑性塑性外力消失后部分外力消失后部分变形不能恢复。形不能恢复。如岩石褶如岩石褶皱：地壳的：地壳的塑性塑性变形形表表现。地球的地球的弹性、塑性及其性、塑性及其转动趋势：月地靠：月地靠拢。地球的地球的弹性、塑性都是相性、塑性都是相对的，在不同的的，在不同的受受力、变形力、变形条件下，表条件下，表现不同不同。例：。例：P.63。粘性粘性外力消失后外力消失后变形形还可能可能继续。如：斯堪底如：斯堪底纳维亚半半岛冰后期（因冰盖消失）冰后期

10、（因冰盖消失）的的地形回升地形回升。1.3 地球的振地球的振荡与与摆动1.3.1 地球的振地球的振荡涨缩振振荡扭扭转振振荡1.3.2 地球的地球的摆动钱德勒德勒摆动定定义：地球地球围绕其自其自转轴的的摆动，叫地，叫地球的自由章球的自由章动（也叫（也叫钱德勒德勒摆动，在，在1891年以它的年以它的发现者美国者美国业余天文学家余天文学家S.C.钱德勒命名）。德勒命名）。摆动呈周期性呈周期性变化化，周期，周期约430-435天天。激激发机制机制：被被认为是一种是一种综合作用合作用,部分部分是固体地球与大气相互作用的是固体地球与大气相互作用的结果果,部分部分则有可能与大地震引起的地幔物有可能与大地震引

11、起的地幔物质重新重新分布相关。分布相关。2.地球的重力地球的重力场地球重力作用的空地球重力作用的空间，称，称为重力重力场。由于离心力（由于离心力（P P）只有重力的约）只有重力的约1/3001/300，故在一般，故在一般情况下，多以引力（情况下，多以引力（F F）近似代替重力（）近似代替重力（G G）。）。地表地表的重力分布的重力分布:G地表地表=fm/r2 G地表：地表：离地心越远越小。离地心越远越小。故：在不同地区，不同深度部位的重力都不相同。故：在不同地区，不同深度部位的重力都不相同。2.1 地球的重力分布地球的重力分布 故：故：在地球内部，不同深度部位上的重在地球内部，不同深度部位上的

12、重力会受到不同因素的力会受到不同因素的综合影响。合影响。w地下地下的重力分布：的重力分布：G地下地下=fm/r2 G地下地下：大小看大小看m、r2 谁占主导。谁占主导。地心地心的重力的重力计算：算：故：在地心故：在地心处，计算重力的公式与其它算重力的公式与其它部位的部位的计算有所不同。算有所不同。G地心地心(因地心因地心处的的r=0)G=fm/r2 n 重重力力异异常常：将将地地球球视作作一一个个圆滑滑的的均均匀匀球球体体，计算算得得出出的的重重力力值称称作作理理论重重力力值。地地球球的的地地面面起起伏伏甚甚大大，内内部部的的物物质密密度度分分布布也也极极不不均均匀匀，在在结构构上上还存存在在

13、着着显著著差差异异（即即往往往往与与地地质构构造造和和矿体体的的存存在在相相联系系）。这些些都都使使得得实测的的重重力力值与与理理论值之之间有有明明显的的偏偏离离，在在地地学学上上称称之之为重重力力异常异常。利利用用这一一原原理理，可可以以通通过发现各各地地的的局局部部重重力异常力异常来来进行找行找矿和勘和勘查地下地地下地质构造。构造。重力勘探重力勘探地球上重力地球上重力场分布分布与地球的构造特与地球的构造特别是地壳及上是地壳及上地幔的构造有着密切的关系。地幔的构造有着密切的关系。地壳均衡地壳均衡补偿理理论是从是从19世世纪发展起来的关于地展起来的关于地壳和上地幔壳和上地幔结构学构学说。在高原

14、或者在高山旁在高原或者在高山旁边的重力的重力场是地球重力是地球重力场与高与高原或高山的重力原或高山的重力场之和，之和，这就改就改变了重力了重力场的大小的大小和方向，和方向，变化的大小化的大小与高原或高山岩石的密度有关。与高原或高山岩石的密度有关。2.2 重力均衡重力均衡2.2.1 重力均衡模式重力均衡模式1740年法国人布格（年法国人布格（Bouguer）在南美的）在南美的基多（基多（Quito）高原上）高原上测量秒量秒摆的的长度度时，发现高原岩石的密度仿佛特高原岩石的密度仿佛特别小。以后他又小。以后他又在一座山旁在一座山旁测量垂量垂线偏差，所得的偏差，所得的结果也比果也比预期的小得多，即山的

15、密度只有地球的期的小得多，即山的密度只有地球的1/6或或1/7。当。当时这种种现象未引起人象未引起人们的特的特别注注意。意。直到直到1854年印度人普拉特（年印度人普拉特（F.Pratt）在整理喜在整理喜马拉雅山附近的垂拉雅山附近的垂线偏差偏差测量量记录时，这种种现象才开始受到重象才开始受到重视。例如，在某一个例如，在某一个观测点上，普拉特根据地形点上，普拉特根据地形计算，算，预计应有有28角秒的垂角秒的垂线偏差，但偏差，但实际观测结果只有果只有5角秒。角秒。这表明地下存在表明地下存在某种某种补偿作用，在一定程度上抵消了高山作用，在一定程度上抵消了高山的影响。的影响。为了解了解释这种种现象，普

16、拉特在次象，普拉特在次年（年（1885年）提出一个假年）提出一个假设普拉特均普拉特均衡模式（密度衡模式（密度补偿模式）模式）。普拉特普拉特认为山脉是由于地下物山脉是由于地下物质从某个从某个补偿深度起，向上膨深度起，向上膨胀而形成的。而形成的。山愈高，密度山愈高，密度愈小，但愈小，但补偿深度以上的每一个截面深度以上的每一个截面积相等相等的岩石柱体的的岩石柱体的总质量都相等量都相等。同年（同年（1855年），英国天文学家艾利（年），英国天文学家艾利（A.Airy）又提出另一个假又提出另一个假设艾利均衡模式（深度艾利均衡模式（深度补偿模式）：模式）：艾利艾利认为山脉是山脉是较轻的岩石巨的岩石巨块浮在

17、浮在较重的介重的介质上。上。山越高，它的下部伸山越高，它的下部伸入介入介质的深度也越深的深度也越深，即所，即所谓山有山有“根根”。2.2.2 重力均衡原理重力均衡原理 重力均衡原理：重力均衡原理：在在单位截面上，任一单位截面上，任一垂直柱体中的岩石总质量为常数。且垂直柱体中的岩石总质量为常数。且该柱体以一个特殊的补偿面为基底，该柱体以一个特殊的补偿面为基底，补偿面以下的物质处于均质状态。补偿面以下的物质处于均质状态。n 地球某地球某处的的压力力是由上覆地球物是由上覆地球物质的重量的重量产生的静生的静压力。力。在地球表在地球表层、地壳和接近地心附近、地壳和接近地心附近时压力力增增长较平平稳，在下

18、地幔和外核部分，在下地幔和外核部分增增长得得较快快。2.3 地球的地球的压力力利用利用密度分布的密度分布的规律来律来估算地球内部的估算地球内部的压力力状况，以截面状况，以截面为1cm1cm2 2的岩石柱作的岩石柱作为压力的力的计算表示法，可得到算表示法，可得到经验公式公式：3.地球的磁地球的磁场3.1 地磁地磁场的基本特征和地磁要素的基本特征和地磁要素 3.2 地磁地磁场的成因的成因3.3 地磁地磁场反反转与大与大陆漂移漂移3.1.1 地磁地磁场的基本特征的基本特征（1）磁）磁轴与地球自与地球自转轴不重合不重合：偏离：偏离11.5（2）地磁极的位置）地磁极的位置不固定不固定，逐年，逐年发生一定

19、生一定变化。化。（3）地磁极）地磁极为偶极偶极（地磁南极、地磁北极）。（地磁南极、地磁北极）。（4）磁力）磁力线是是闭合合的。的。3.1 地磁地磁场的基本特征和地磁要素的基本特征和地磁要素3.2.2 地磁要素地磁要素（P.75 图3-14b）（1）磁磁场强度（度（F）：是一个是一个总强度矢量，可分度矢量，可分为水水平分量平分量为H、垂直分量、垂直分量为Z。（2）磁偏角（磁偏角（D）：水平水平强度矢量度矢量H 偏离地理北极方偏离地理北极方向的角度称向的角度称为磁偏角。磁偏角。（3）磁磁倾角（角（I）：总强度矢量度矢量F 偏离水平面的角度称偏离水平面的角度称为磁磁倾角。角。应用：地磁异常与用：地磁

20、异常与磁法勘探磁法勘探3.2 地磁地磁场的成因的成因大大约在在40-50年代，人年代，人们开始抛弃基于开始抛弃基于旋旋转理理论的各种地磁的各种地磁场成因的假成因的假说。各种旋各种旋转理理论通常包括通常包括实验室里室里观测到的旋到的旋转物物质的磁极化（即磁极效的磁极化（即磁极效应），或包括地），或包括地球内部孤立球内部孤立电荷的旋荷的旋转效效应。前者因比。前者因比实际值小几个量小几个量级而而归于失于失败，后者也因没有，后者也因没有观测到所需的到所需的电场而不成立。而不成立。因因为人人们对地球内部地球内部结构和物构和物质成分的成分的认识日愈深入，尤其是日愈深入，尤其是认识到到地球液体外核地球液体外

21、核的的铁镍成分具有的高成分具有的高导性能性能，为运运动与磁与磁场的相互作用的相互作用创造条件，即是承造条件，即是承认地球内地球内部存在部存在电流，而流，而电流流产生感生感应磁磁场，形成形成地球磁地球磁场。这就是就是发电机学机学说。磁磁场反向反向的事的事实，又丰富了，又丰富了发电机学机学说的内的内容，由容，由稳态液核液核发电机模式机模式发展成展成非非稳态液液核核发电机模式。机模式。地核内流体运地核内流体运动起起圆盘发电机机转盘的作用。的作用。较重要的三种假重要的三种假说：（1）铁磁体假磁体假说（2）热电假假说（3）双双圆盘发电机假机假说目前，地磁目前，地磁场的成因的成因 至今尚无定至今尚无定论。

22、当两个圆盘在弱的外部磁场当两个圆盘在弱的外部磁场中旋转时，与轴和外缘相交中旋转时，与轴和外缘相交的两根导线的回路中产生方的两根导线的回路中产生方向相反的两种电流。这两种向相反的两种电流。这两种电流形成磁场而极性相反电流形成磁场而极性相反。圆盘旋转频率的差异造成具圆盘旋转频率的差异造成具有一种极性的场占优势；当有一种极性的场占优势；当频率比值改变时，便出现频率比值改变时，便出现磁磁场反转场反转。双双圆盘发电机模型机模型3.3 地磁地磁场反反转与大与大陆漂移漂移 3.3.1古地磁与大古地磁与大陆漂移漂移磁磁场的存在会的存在会导致致岩石岩石发生磁化生磁化，而，而磁磁场的的变化化会在磁化的岩石中留下会

23、在磁化的岩石中留下记录。由于具有不同的剩由于具有不同的剩磁特征，岩石成磁特征，岩石成为研究古磁研究古磁场的特殊的特殊“化石化石”。从。从对岩石的磁性、特岩石的磁性、特别是是对它它们剩磁方向的研究，剩磁方向的研究，可以弄清楚岩石磁化可以弄清楚岩石磁化时在地球上的位置。在地球上的位置。古地磁研究在板古地磁研究在板块构造理构造理论的的兴起和确定起和确定过程中起了十分关程中起了十分关键的佐的佐证作用。在地磁极与地作用。在地磁极与地球自球自转极性一致的前提下，某地的极性一致的前提下，某地的磁磁倾角角I I可可以由以由该点的点的纬度角度角来确定。两者之来确定。两者之间的关系的关系为 n 如果大如果大陆是固

24、定不是固定不动的，从各大的，从各大陆的古地磁的古地磁学学资料中就可以确定地球自料中就可以确定地球自转极随着极随着时间流逝而流逝而发生的移生的移动。理理论上上自自转极移极移动曲曲线只可能有一只可能有一条，因此无条，因此无论在哪个大在哪个大陆上所确定的地球自上所确定的地球自转极极移移动的曲的曲线都都应该一致。一致。n但但实际上上，不，不仅每个每个现代大代大陆计算的算的结果大不相果大不相同，同一大同，同一大陆内部的不同地区也有明内部的不同地区也有明显的差异，的差异，这只能是因只能是因为各各大大陆曾曾发生生过不同程度、不同方不同程度、不同方向的向的聚散聚散和和漂移漂移（第五章学（第五章学习）所致。）所

25、致。磁偏角在几十到几百年的磁偏角在几十到几百年的时间内，大致沿着内，大致沿着纬线方向平方向平稳地向西移地向西移动，这一性一性质被称作被称作地磁地磁场的的向西漂移向西漂移。漂移速率。漂移速率约每年每年为0.18.此外，此外，地磁地磁场还有有时间尺度更短的尺度更短的昼夜昼夜变化化。一。一天磁极所天磁极所发生的位移平均生的位移平均100km。3.3.2 磁极漂移与磁性倒磁极漂移与磁性倒转事件事件地磁极地磁极还出出现过 “反反转”，即南、北极互相即南、北极互相颠倒的倒的现象象。在距今大在距今大约100100万年前，地磁万年前，地磁场的方向和的方向和现在在完全相同。完全相同。这一一时期称作期称作地磁地磁

26、场的正向期的正向期。但。但在更早的在更早的时代，通代，通过对岩石磁法研究的岩石磁法研究的结果，果，其磁化方向多数与其磁化方向多数与现代地磁代地磁场的方向相反，称的方向相反，称其其为反向期反向期。四四百百万万年年来来的的磁磁性性倒倒转事事件件n 地地球球从从太太阳阳吸吸收收的的能能量量每每年年大大约为4.2104.2102424 焦焦耳耳，超超过地地球球上上全全部部煤煤炭炭储量量完完全全燃燃烧后后所所能能够获得得的的热能能的的300300倍倍。其其中中1/31/3左左右右的的能能量量被被大大气气圈圈和和地地球球表表面面反反射射掉掉，并并直直接接分分散散到到宇宇宙宙空空间中中去去。剩剩下下的的2/

27、32/3被被地地球球表表层系系统吸吸收收，再再以以各各种种方式方式转化化为地球演化所需的能源。地球演化所需的能源。地球能量有外部和内部两个来源4.地球内部的能量地球内部的能量 4.1 4.1 地球内部的能量地球内部的能量 地地球球内内部部热能能的的来来源源问题尚尚无无定定论。一一般般认为，由由岩岩石石中中放放射射性性元元素素衰衰变释放放的的热是是地地热的的主主要要来来源。源。这种种热能据估算可以达到每年能据估算可以达到每年2.14102.14102121焦耳。焦耳。其其次次，因因地地球球本本身身的的重重力力作作用用过程程也也可可以以转化化出出大大量量热能，其能，其总热量可能十分接近于放射性量可

28、能十分接近于放射性热能。能。此此外外，地地球球自自转的的动能能和和地地球球物物质不不断断进行行的的化化学学作用作用等都可以等都可以产生大量生大量热能。能。4.2 地幔部分熔融地幔部分熔融地幔部分熔融地幔部分熔融指指地幔上部的部分岩石地幔上部的部分岩石因受到复因受到复杂的地的地质作用而作用而发生部分熔解生部分熔解，显示示为高度可高度可塑甚至液塑甚至液态的的现象。象。动态模模拟发现岩石流岩石流动应力力为20-10MPa20-10MPa这大大大降低了大降低了对地幔物地幔物质的运的运动限制限制,为地壳运地壳运动的的动力学提供了力学提供了实验证据。据。小小结：地球的物理性地球的物理性质n地地球球的的质质

29、量量与与密密度度 半径测量与引力常数计算 w地地球球的的弹弹塑塑性性与与振振动动 固体潮.椭球体与塑性变形w地地球球的的重重力力场场 重重力力均均衡衡 地表 深部 地心 w地地球球的的磁磁场场 古古地地磁磁学学 特征 起源 演化 w地地球球的的能能量量 w物物理理性性质质的的应应用用重力勘探、磁法勘探 5.地球内部圈地球内部圈层的的 结构与圈构与圈层耦合耦合5.1 地球内部的圈地球内部的圈层结构构5.1.1 地球内部的圈地球内部的圈层划分划分ABN划分依据：划分依据：地球物地球物质学家根据学家根据地震波地震波在地球在地球内部不同深度内部不同深度传播特征的播特征的变化情况（化情况（P.68图3-

30、9a），），结合岩石学的合岩石学的测试资料，料，发现了了不不同的波速与密度界面同的波速与密度界面。以此。以此为基基础推断地球推断地球内部的内部的密度分布密度分布状况状况状况状况（P.61P.61图图3-23-2，P.68P.68图图3-9b3-9b）：）：）：）：在上、下地幔分界在上、下地幔分界在上、下地幔分界在上、下地幔分界处处（670km 670km）：3.994.39g/cm3.994.39g/cm3 3。在地幔与地核分界在地幔与地核分界在地幔与地核分界在地幔与地核分界处处（2891km2891km）:5.57 9.90g/cm5.57 9.90g/cm3 3 在内核与外核分界在内核与外

31、核分界在内核与外核分界在内核与外核分界处处（5150km5150km）:12.1712.75g/cm12.1712.75g/cm3 3进而分析地球内部的物理而分析地球内部的物理结构和物构和物质分布分布的基本特征。的基本特征。划分方案：划分方案：20世世纪70年代后期，年代后期，国国际地球物理地球物理联合会合会提出了一个提出了一个初步地球参考模型初步地球参考模型，具体划分，具体划分了地球内部了地球内部三种三种级别的圈的圈层：P.68.表表3-1。n地壳地壳 莫霍面莫霍面 软流圈软流圈地幔地幔古登堡面古登堡面 地核地核地球内部波速圈层厚度，可见一低速区根据地震波可以将其划分为：地壳，地幔和地核5.

32、1.2 地球内部圈地球内部圈层的形成的形成 最初的最初的时候，原始地球因重力分异和放射候，原始地球因重力分异和放射性元素性元素蜕变而而增加温度增加温度，地球内部的原始，地球内部的原始物物质达到熔融状达到熔融状态，熔离出重金属，熔离出重金属铁和和镍，镍下沉形成下沉形成地核地核。铁镍熔离出去后，以橄熔离出去后，以橄榄石、石、辉石石为主残主残留的物留的物质形成地幔岩，形成地幔岩，组成成现代的代的地幔地幔（是是地球体地球体积和和质量量最大的一个圈最大的一个圈层，具，具有相当复有相当复杂的成分：下章再学的成分：下章再学习）。）。地幔上部有一地幔上部有一层软流圈流圈是熔融是熔融态（或液（或液态，流，流态）

33、，其余部分主要是固），其余部分主要是固态。地幔物地幔物质的分异作用仍然在的分异作用仍然在进行：地行：地质学家学家对地幔的地幔的压力和温度力和温度变化的分析化的分析结果表明，地幔上部果表明，地幔上部层内内还在在发生生玄武岩玄武岩（硅（硅镁）的熔离作用）的熔离作用，这个个熔离熔离带成成为软流圈的主要流圈的主要组成部分。成部分。玄武岩玄武岩是由是由软流圈中的地幔岩分熔出来的。流圈中的地幔岩分熔出来的。巨大的巨大的熔融状岩流上升熔融状岩流上升到地壳中并溢出地到地壳中并溢出地表，成表，成为地壳地壳的重要的重要组成部分。成部分。故：故：地球内部加地球内部加热、原始物、原始物质分异与分分异与分层是圈是圈层形

34、成的原因。形成的原因。非梨亦非球非梨亦非球“鸡蛋蛋”？地壳地壳地幔地幔地核地核蛋壳蛋壳蛋白蛋白蛋黄蛋黄地球就是地球，是独一无二，具有圈层结地球就是地球，是独一无二，具有圈层结构的地球。构的地球。n鸡蛋（鸡蛋（cmcm）长轴/短短轴=5.5/4=1.375 扁平率扁平率=(长-短短)/长轴 =0.273 蛋壳：蛋壳：0.051/100 蛋清：蛋清：21/2.5 蛋黄：蛋黄：2.71/1.7n地球地球(km)(km)长轴/短短轴=6378/6356=1.003 扁平率扁平率=(长-短短)/长轴 =0.003 地壳：地壳：331/200 地幔：地幔：30001/2弱弱 地核：地核：33001/2强地

35、球与鸡蛋的比较地球与鸡蛋的比较n内核中地震波内核中地震波传播在沿播在沿自自转轴方向的波速方向的波速要大于其它方要大于其它方向。向。内核中地震波速的内核中地震波速的传播是播是 轴（叫（叫内核快内核快轴）对称各向称各向异性的；异性的；内核快内核快轴与地球自与地球自转轴不重不重合合，且两者，且两者夹角在不断角在不断变化。化。内核快内核快轴对于内核自身，在于内核自身，在短期内不短期内不应有明有明显的的变化，化，故故应该是是地核与整体地球之地核与整体地球之间存在着旋存在着旋转速度的差异速度的差异。苏维加加等等(1996)(1996)和和宋宋晓东等等(1996)(1996)分分别估估算算出出内内核核差差异

36、异旋旋转速速率率约在在1.1-3.2/1.1-3.2/年年之之间。5.2内核差异旋内核差异旋转O 大大陆边缘的的地地理理轮廓廓可可以以拼拼合合大大陆陆漂漂移移O 洋洋脊脊两两侧的的地地磁磁条条带基基本本对称称海海底底扩扩张张 地地幔幔对对流流：传传送送带带模模式式岩石圈板岩石圈板块运运动两个两个证据引出了一个模型据引出了一个模型 P.81图3-17b圈圈层耦合耦合：是地球圈：是地球圈层在物在物质和运和运动的耦合的耦合过程。它是当今地球科学中程。它是当今地球科学中一个一个热点点话题。圈圈层耦合的方式耦合的方式有多种不同的有多种不同的观点。点。5.3 圈圈层耦合耦合板 物理气候系统 太 块 阳 驱

37、 驱 动 动 过 生命系统 过程 程地球化学循环系统5.4 地球系地球系统的自然的自然驱动力力生命系生命系统的概念模型的概念模型思考思考题名名词解解释：重力异常；地磁异常；地磁重力异常；地磁异常；地磁场反反转地球有哪些物理性地球有哪些物理性质？地球内部重力分布有什么特征？地球内部重力分布有什么特征？地球内部的圈地球内部的圈层如何划分？其划分依据如何划分？其划分依据是什么？是什么？举例例说明地球的圈明地球的圈层耦合？耦合？地球磁地球磁场的基本要素有哪些？的基本要素有哪些？地球内部的温度是怎地球内部的温度是怎样分布的？分布的？地球是怎地球是怎样获得能量的？得能量的？进一步一步阅读书目目史史诃编著著

38、.地球物理学基地球物理学基础，2002，4.恽玲玲等玲玲等编.地球物理学原理及地球物理学原理及应用，用，1987.张少泉少泉编著著.地球物理学概地球物理学概论，1986.观看看VCD：壮志壮志骄洋洋生命的海洋（生命的海洋（40分分钟）了解了解潮汐、海浪、海洋生物演化潮汐、海浪、海洋生物演化、只、只有一个大海等，有一个大海等，增增强保保护海洋的意海洋的意识。思考题1.地球有哪些基本的物理性质?2.怎么确定地球的密度?3.哪些证据可以说明地球具有弹性塑性和粘性?4.地球的振荡和地球的摆动有何异同?5.简述地球内部重力的分布特征.6.何谓重力均衡?地学家是如何解释重力均衡现象的?7.试简述地球内部圈

39、层的划分依据和划分方案.8.举例说明圈层耦合.9.地磁场有哪些基本特征和起源假说.10.地球内部的温度是怎样分布的?11.地球是怎样获得能量的?12.断层弹性回跳模型是怎样解释地震发生过程的?4 思考题1.人们只能直接观测地球表层岩石圈的物质组成,而地下深部的样品目前还没有能力取得,我们怎样推测地球深部的物质组成呢?2.组成地壳的主量元素有哪些?它与矿物岩石组成有什么关系?3.什么是矿物?可以分为哪些大类?4.组成岩石圈的岩石有哪几大类?5.什么是岩浆岩?主要有哪几类?它们和化学成分及矿物成分有什么关系?6.请列出相同岩浆形成的侵入岩和火山岩的对应关系.7.什么是沉积岩?它是怎样形成的?沉积岩有哪些类别?8.变质岩与岩浆岩在形成机制上有哪些异同?9.主要是哪些元素构成可供人类利用的矿质资源?这些资源是不是取之不尽的?10.在岩石圈内部元素的活化迁移和沉淀受哪些因素制约?