2025年大學(xué)《行星科學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——行星內(nèi)核成分與結(jié)構(gòu)研究考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)字母填涂在答題卡相應(yīng)位置。）1.地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)劃分的主要依據(jù)是？A.溫度隨深度的變化B.密度隨深度的變化C.壓力隨深度的變化D.電阻率隨深度的變化2.根據(jù)地震學(xué)資料推斷，地球外核的主要成分是？A.硅酸鹽巖石B.鐵鎂硅酸鹽巖石C.鐵鎳合金D.硫化物3.與S波相比，P波在地球內(nèi)部傳播的主要特征是？A.只能在固態(tài)中傳播B.速度隨介質(zhì)密度增大而增大C.速度隨介質(zhì)剛性增大而增大D.在液態(tài)介質(zhì)中無(wú)法傳播4.下列哪種地球化學(xué)證據(jù)強(qiáng)烈支持地核是由鐵鎳合金構(gòu)成的？A.太陽(yáng)系行星大小與密度的關(guān)系B.橄欖石等硅酸鹽礦物的組成C.鐵隕石（球粒隕石）的成分分析D.地幔巖石的微量元素虧損模式5.地球內(nèi)核被推斷為固態(tài)的主要依據(jù)是？A.地震波P、S波在核幔邊界的行為B.地球整體的自轉(zhuǎn)速度相對(duì)穩(wěn)定C.對(duì)流在地幔中的觀測(cè)證據(jù)D.地球磁場(chǎng)的長(zhǎng)期存在6.行星內(nèi)核的形成過(guò)程通常被描述為？A.地幔物質(zhì)上涌冷卻結(jié)晶B.行星形成早期的高溫高壓下物質(zhì)分異C.恒星風(fēng)剝蝕行星外層物質(zhì)D.行星內(nèi)部放射性元素衰變加熱7.核幔邊界（D”）的地震學(xué)特征通常表現(xiàn)為？A.P波顯著減速，S波完全消失B.P波發(fā)生顯著偏折，S波速度略有增加C.P波和S波均發(fā)生顯著減速D.P波和S波均發(fā)生顯著加速8.與類地行星相比，木星等氣態(tài)巨行星內(nèi)核的主要特征是？A.可能存在一個(gè)致密的核心區(qū)B.內(nèi)核成分主要為巖石和冰C.內(nèi)核成分主要為鐵鎳合金D.內(nèi)核可能完全缺失，或僅為稀疏的“內(nèi)核”9.地震學(xué)研究表明，地球內(nèi)核并非均勻介質(zhì)，存在“內(nèi)核快慢邊界”（ICB）和“內(nèi)內(nèi)核”（ICCB），這暗示了？A.內(nèi)核內(nèi)部存在成分或結(jié)構(gòu)上的顯著差異B.內(nèi)核的固態(tài)性質(zhì)在內(nèi)部存在不連續(xù)性C.地震波在內(nèi)核中傳播時(shí)發(fā)生了強(qiáng)烈的散射D.地球內(nèi)核的旋轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)不同步10.利用地球化學(xué)分析隕石（特別是鐵隕石）研究地球內(nèi)核成分的主要思路是？A.將隕石視為地球形成時(shí)的原始物質(zhì)包體B.通過(guò)比較隕石與地幔巖石的元素虧損/富集模式C.直接測(cè)量隕石中特定同位素的比例D.模擬隕石在高溫高壓下的相變過(guò)程二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填寫在答題紙上對(duì)應(yīng)位置。）1.地震學(xué)研究表明，地球外核的直徑約為_(kāi)_____公里。2.P波和S波在內(nèi)核邊界的反射和折射現(xiàn)象是推斷地球內(nèi)核______的關(guān)鍵依據(jù)。3.核幔邊界（D”）位于地球內(nèi)部深度約______公里處。4.地球內(nèi)核的形成和演化對(duì)地球______的長(zhǎng)期維持起到了關(guān)鍵作用。5.與地震波相比，P波的傳播速度______S波。6.利用地球化學(xué)方法研究地核成分時(shí)，鐵隕石被認(rèn)為是______的理想樣品。7.“內(nèi)核快慢邊界”（ICB）的存在表明地球內(nèi)核內(nèi)部在______方面存在不連續(xù)性。8.地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)研究的主要方法包括地震學(xué)、地球化學(xué)和______。9.行星內(nèi)核的成分不僅決定了其物理性質(zhì)，也影響了行星整體的______和______。10.通過(guò)分析地震波穿越地球內(nèi)部的路徑和速度變化，可以推斷地球內(nèi)部的______和______。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分。請(qǐng)將答案簡(jiǎn)潔、清晰地寫在答題紙上。）1.簡(jiǎn)述地震學(xué)如何區(qū)分地球的固體內(nèi)核和液態(tài)外核。2.簡(jiǎn)述利用隕石研究地球內(nèi)核成分的基本原理。3.簡(jiǎn)述行星內(nèi)核分異的基本過(guò)程及其對(duì)行星內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響。4.簡(jiǎn)述核幔邊界（D”）可能存在的物理化學(xué)不連續(xù)性及其意義。四、論述題（每題10分，共30分。請(qǐng)將答案詳細(xì)、有條理地寫在答題紙上。）1.詳細(xì)論述地震波速度結(jié)構(gòu)（特別是P波和S波速度）如何揭示了地球內(nèi)核的半徑、邊界以及內(nèi)部可能存在的分層結(jié)構(gòu)。2.比較并論述不同類型行星（如地球、木星、天王星）內(nèi)核在可能成分、結(jié)構(gòu)和大尺度性質(zhì)方面的主要差異及其可能的原因。3.結(jié)合地震學(xué)、地球化學(xué)和數(shù)值模擬等證據(jù)，論述地球內(nèi)核的固態(tài)性質(zhì)及其對(duì)地球自轉(zhuǎn)、磁場(chǎng)演化和板塊構(gòu)造可能產(chǎn)生的影響。試卷答案一、選擇題1.B2.C3.C4.C5.A6.B7.B8.A9.A10.A二、填空題1.122002.形態(tài)和成分3.29004.磁場(chǎng)5.大于6.地球早期形成的核心物質(zhì)7.成分或結(jié)構(gòu)8.數(shù)值模擬9.自轉(zhuǎn)狀態(tài)，地質(zhì)演化10.結(jié)構(gòu)，物質(zhì)組成三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：地震學(xué)區(qū)分內(nèi)核與外核主要依據(jù)是S波的行為。S波只能在固態(tài)介質(zhì)中傳播，當(dāng)S波遇到液態(tài)介質(zhì)時(shí)會(huì)被完全反射或折射，無(wú)法通過(guò)。地震觀測(cè)顯示，S波在到達(dá)核幔邊界（D”）時(shí)消失，而P波雖然速度會(huì)顯著變化（減速和偏折），但仍然能夠通過(guò)。這表明內(nèi)核是固態(tài)的，而外核是液態(tài)的。2.解析思路：隕石被認(rèn)為是太陽(yáng)星云中與行星同時(shí)形成的物質(zhì)包體。鐵隕石主要由鐵鎳金屬構(gòu)成，被認(rèn)為是地核的主要成分來(lái)源。通過(guò)分析鐵隕石的化學(xué)成分（特別是元素配比、同位素組成）和物理性質(zhì)，可以推斷早期地球地核形成的條件、成分以及可能的演化歷史。其基本原理是“同源原則”，即認(rèn)為地球內(nèi)部物質(zhì)與太陽(yáng)星云中的某些部分源區(qū)具有成因聯(lián)系。3.解析思路：內(nèi)核分異是指在行星早期高溫高壓條件下，重元素（主要是鐵、鎳）由于密度較大，在引力作用下下沉，聚集在行星中心，形成致密的核心。輕元素（如硅、氧、硫等）則上浮，形成地幔。這個(gè)過(guò)程類似于地殼和地幔的分異，是行星體形成和演化的關(guān)鍵階段。內(nèi)核分異不僅形成了地核，也導(dǎo)致了地幔的成分和性質(zhì)，并可能對(duì)行星的早期地質(zhì)活動(dòng)、內(nèi)部熱流和磁場(chǎng)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。4.解析思路：核幔邊界（D”）是固態(tài)內(nèi)核與液態(tài)外核之間以及外核與固態(tài)下地幔之間的過(guò)渡帶和界面。這個(gè)界面的物理化學(xué)性質(zhì)可能存在不連續(xù)性，例如在D”處P波速度可能發(fā)生階躍式變化，S波可能重新出現(xiàn)（或消失），并且可能存在切變模量（或剪切剛度）的顯著變化。這些不連續(xù)性反映了內(nèi)核與外核之間物質(zhì)成分、礦物相或結(jié)構(gòu)上的差異，是研究?jī)?nèi)核物質(zhì)狀態(tài)、對(duì)流模式以及其對(duì)行星整體動(dòng)力學(xué)影響的關(guān)鍵界面。四、論述題1.解析思路：論述應(yīng)首先說(shuō)明地震波（P波和S波）在不同介質(zhì)中的傳播速度是不同的，且與介質(zhì)的密度和剛性（或彈性）有關(guān)。接著，詳細(xì)描述地震波從地表傳播，穿過(guò)地幔，到達(dá)核幔邊界（D”），再進(jìn)入外核，最終穿透外核到達(dá)內(nèi)核，再?gòu)膬?nèi)核返回地幔或地表的路徑。重點(diǎn)闡述在D”處，由于內(nèi)核和液態(tài)外核的性質(zhì)差異，P波和S波的行為會(huì)發(fā)生顯著變化：P波速度通常顯著增加，S波速度則可能降至零（表明外核為液態(tài)）或在內(nèi)核中傳播（表明內(nèi)核為固態(tài)）。進(jìn)一步，如果內(nèi)核內(nèi)部存在成分或結(jié)構(gòu)差異（如存在內(nèi)內(nèi)核），其內(nèi)部P波和S波速度也會(huì)不同，這可能導(dǎo)致在穿過(guò)內(nèi)核不同區(qū)域時(shí)速度再次發(fā)生變化，從而揭示內(nèi)核的內(nèi)部分層結(jié)構(gòu)?？偨Y(jié)來(lái)說(shuō)，通過(guò)分析地震波穿越地球內(nèi)部的速度剖面和路徑變化，特別是P波和S波在核幔邊界的反射、折射、速度變化以及S波在內(nèi)核的傳播，可以精確測(cè)定內(nèi)核的半徑、邊界，并推斷其內(nèi)部可能存在的分層結(jié)構(gòu)。2.解析思路：論述應(yīng)首先概述地球、木星、天王星等不同類型行星的質(zhì)量、半徑和密度差異巨大，這暗示了它們內(nèi)部結(jié)構(gòu)和成分的巨大不同。針對(duì)地球，強(qiáng)調(diào)其具有一個(gè)大的固態(tài)鐵鎳內(nèi)核、液態(tài)外核和固態(tài)/熔融的地幔，這是典型的巖石行星內(nèi)核結(jié)構(gòu)。針對(duì)木星，指出其質(zhì)量巨大但密度相對(duì)較低，地震學(xué)證據(jù)強(qiáng)烈支持其可能存在一個(gè)由巖石和冰構(gòu)成的核心區(qū)，但這個(gè)核心可能并非致密實(shí)體，外核可能非常廣闊，成分可能包含氫、氦以及金屬氫或金屬氦。天王星和海王星作為冰巨行星，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)可能更接近于“冰殼-冰幔-小核心”模型，核心可能較小，且被厚厚的冰（水冰、氨冰、甲烷冰等）幔包裹。比較這些差異，可以從行星形成理論（形成環(huán)境不同，accretionhistory）和內(nèi)部演化（核心生長(zhǎng)速率、物質(zhì)分異程度、放射性加熱）等方面探討其原因。例如，地球的高密度和明顯的內(nèi)核-外核結(jié)構(gòu)源于其較大的質(zhì)量、更高的溫度和更有效的分異過(guò)程；木星的核心可能未完全形成或被外部的氫氦巨量包裹；天王星/海王星則可能形成于更冷的區(qū)域，捕獲了更多輕元素和冰。3.解析思路：論述應(yīng)首先說(shuō)明地球內(nèi)核是固態(tài)的，主要由鐵鎳合金構(gòu)成，這是通過(guò)地震學(xué)（S波通過(guò)）和地球化學(xué)（隕石研究）等證據(jù)支持的。接著，闡述內(nèi)核的固態(tài)性質(zhì)對(duì)其旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的影響：地球的自轉(zhuǎn)速度（日長(zhǎng)）和地軸指向的穩(wěn)定性（歲差和章動(dòng)）與內(nèi)核、地幔、地殼的共同旋轉(zhuǎn)有關(guān)。內(nèi)核的固態(tài)慣性矩對(duì)地球整體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量有貢獻(xiàn)，其相對(duì)于外核和地幔的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)（如可能存在的“內(nèi)核自轉(zhuǎn)滯后”）會(huì)影響地球的角動(dòng)量分布，進(jìn)而影響自轉(zhuǎn)速率和地軸穩(wěn)定性。然后，論述內(nèi)核與地幔的熱相互作用：內(nèi)核的放射性元素衰變是地幔對(duì)流的重要熱源之一，驅(qū)動(dòng)