1、第二章 地球,第一節(jié) 宇宙中的地球-自學(xué),一、宇宙及其天體,宇宙是由空間、時(shí)間、物質(zhì)和能量構(gòu)成的統(tǒng)一體，是一切空間和時(shí)間的總和，天地萬物的總稱，年齡約137億年。,圖2-1 天體系統(tǒng)結(jié)構(gòu),二、太陽(yáng)系及其形成,太陽(yáng)系（solar system）由太陽(yáng)和圍繞其運(yùn)轉(zhuǎn)的行星、衛(wèi)星、小行星、彗星、流星、星際物質(zhì)等組成（圖2-2）。,圖2-2 太陽(yáng)系,表2-1太陽(yáng)系內(nèi)各行星的基本參數(shù),（一）類地行星 成員包括水星、金星、地球及火星。距離太陽(yáng)近，體積和質(zhì)量都較小，平均密度較大，表面溫度較高，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)類似地球也可分為三層等。 （二）類木行星 成員包括有木星、土星、天王星、海王星。距離太陽(yáng)遠(yuǎn)，體積大、質(zhì)量大、

2、密度小、內(nèi)部為巖石內(nèi)核，最外部為大氣層，表面溫度低等。,現(xiàn)代天文學(xué)對(duì)太陽(yáng)系的形成推測(cè)如下：,三、地球的誕生,地球形成于46億年前。,1、地球內(nèi)圈的形成,最初固態(tài)、冷的400-650千米之間鐵、鎳熔化下沉形成地核，較輕的物質(zhì)上浮形成地殼，中間部分的鐵鎂質(zhì)物質(zhì)構(gòu)成地幔。,2、地球外圈的形成,火山噴出帶來了大量氣體構(gòu)成了原始大氣圈現(xiàn)在大氣圈， 火山噴發(fā)帶來的大量的水蒸氣，冷卻凝結(jié)成水降落于地表形成原始的水圈 原始海洋鹽分較低，富含有機(jī)質(zhì)，經(jīng)演化最終出現(xiàn)生物。,第二節(jié) 地球的物理性質(zhì),我國(guó)古代（公元9年）以前，“天圓如張蓋，地方如棋局” 天圓地方說。 東漢：張衡“渾天”說，“天如蛋殼，地如蛋黃” 球形

3、 1672年，法國(guó)天文學(xué)家“里舍”認(rèn)為：地球是扁的橢球體。 牛頓：地球是旋轉(zhuǎn)橢球體。 衛(wèi)星上天后，據(jù)衛(wèi)星軌道分析測(cè)算，地球形狀為：扁率不大的三軸橢球體。,棕色的非洲和沙特阿拉伯,一、 地球的形狀和大小,大地水準(zhǔn)面是指平均海平面通過大陸延伸勾畫出的一個(gè)光滑連續(xù)的封閉曲面。 地球的形狀和大小即指大地水準(zhǔn)面的形狀和大小。,地球的表面崎嶇不平，大部分為海水所覆蓋。,國(guó)際大地測(cè)量和地球物理協(xié)會(huì)于1975、1980年公布了修訂的地球參數(shù)如下： 赤道半徑（a） 6378.140km 兩極半徑（c） 6356.755km 平均半徑（R） 6371.004km 扁平率以(a-c/a) 1298.257 赤道周長(zhǎng)

4、 40075.36km 子午線周長(zhǎng) 39940.670km 表面積 510070100km2 體積 1083157900000km3 平均密度：5.52克/立方厘米,地球的實(shí)際形狀： 南北兩半并不對(duì)稱，北極凸出約10m，南極凹進(jìn)約30m。 地球的外形是其內(nèi)部特征的反映： 第一，地球接近于旋轉(zhuǎn)橢球體，說明地 球具有一定的塑性，是地球 自轉(zhuǎn)離心力作用的結(jié)果。 第二，地球的實(shí)際外形與旋轉(zhuǎn)橢球體并不完全重合，說明地球內(nèi)部物質(zhì)是不均勻的。,就目前的技術(shù)水平，對(duì)地球深處的了解，主要依靠地球物理手段。地球內(nèi)部的主要物理性質(zhì)包括密度、壓力、溫度、磁性及彈塑性等。,二、地球的重力,1、重力概念：地心引力和地球自

5、轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力的合力。離心力的最大值（赤道處）只是該處地心引力的1/289，因此，重力方向大致指向地心。,2、地面重力的變化：地表各處存在變化。 隨緯度的增加而增加，隨海拔高度的增加而減少（遞減率0.032%）。 地表：赤道最小（9.780318m/s2) ，兩極最大（9.832177m/s2)， 比赤道增加0.53%。,第一章 地球概論 三 地球的物理性質(zhì),3、重力異常 正常值或理論值：把地球看作表面光滑的均質(zhì)體，以海平面為準(zhǔn)計(jì)算出的重力值。 重力校正：把重力值校正到相當(dāng)于海平面高度時(shí)的重力值的這一工作。 重力異常：是指校正后的實(shí)測(cè)值與正常值不一致的現(xiàn)象。 原因：地下物質(zhì)分布不均勻，密度差異

6、等 重力正異常實(shí)測(cè)值大于正常值 重力負(fù)異常實(shí)測(cè)值小于正常值,4、地球內(nèi)部的重力變化 重力隨深度的變化：0-2885公里，隨深度增加而增加； 地面：9.81 m/s22885公里：10 .69 m/s2， 2885公里以下，重力值開始下降地心：0,5、重力勘探：通過尋找地殼中局部重力異常區(qū)的方法來指導(dǎo)找礦，并可幫助查明地下的地質(zhì)構(gòu)造，這一工作方法稱為重力勘探。,三、地球的密度 理論計(jì)算：地球平均密度約為5.52g/cm3 實(shí)測(cè)：地表巖石的平均密度為 2.7-2.8g/cm3，海水的密度為1.028g/cm3， 推測(cè)，地內(nèi)必有密度更大的物質(zhì)。 根據(jù)地震波在地內(nèi)的傳播速度推斷： 地內(nèi)33公里： 3.

7、32g/cm3， 2885公里：由5.6g/cm39.98g/cm3， 6371公里：12.51g/cm3,密度 g/cm3,2000,4000,6000,0,壓力 （105MPa）,四、壓力 靜壓力由上覆物質(zhì)重量引起。 地內(nèi)壓力隨深度的增加而逐漸增加。計(jì)算證明： 在地殼部分： 深度增加1公里，壓力 增加 27 MPa ； 地面：0.1 MPa（1個(gè)大氣壓） 33公里（莫霍面）：604 MPa （巖石在此壓力下會(huì)變軟） 2885公里（古登堡面）：15萬MPa 地心：36萬MPa（約360萬大氣壓）,2000,4000,6000,0,壓力 （105MPa）,密度 g/cm3,五、地球的磁性,1、

8、地磁場(chǎng)： 指地球周圍空間存在的磁場(chǎng)。,地磁場(chǎng)可延伸到地球外面十萬公里以上高空。地磁場(chǎng)南北極與地理南北極位置相近，但并不重合，且在不斷變化（由地內(nèi)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)引起）。 1961年， 磁北極位于北緯7554，西經(jīng)101，磁南極位于南緯70 ，東經(jīng)148 1970年， 磁北極位于北緯76，西經(jīng)101 磁南極位于南緯66 ，東經(jīng)140 地理子午線： 地磁子午線：通過地磁兩極的磁力線。 指南針：指地磁南北極。,2、地磁三要素 磁偏角地理子午線與地磁子午線的交角。 （指北針偏地理北方的東側(cè)，叫東偏角，符號(hào)“+”，反之為“-”。我國(guó)大部分為西偏，甘肅酒泉以西為東偏） 磁傾角磁力線與水平面的交角。 （緯度越高，傾

9、角越大，在磁極上為直角，赤道處為零。南半球北針上傾為負(fù)，北半球下傾為正） 地磁場(chǎng)強(qiáng)度：地球上某一點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度。 北極0.68個(gè)奧斯特，南極0.58個(gè)奧斯特， 赤道0.31個(gè)奧斯特,3、地磁異常： 正常值：把地磁場(chǎng)看成均勻的磁化球體所產(chǎn)生的磁場(chǎng)。 地磁異常：實(shí)際觀測(cè)的地磁場(chǎng)與正常值不一致，稱為磁異常。 實(shí)測(cè)值 正常值，為正異常，磁性較強(qiáng)。 實(shí)測(cè)值正常值，為負(fù)異常，磁性較弱。 4、磁法勘探：利用地磁異常來尋找據(jù)磁性的礦床和了解地下地質(zhì)構(gòu)造情況的方法。 5、古地磁：指地質(zhì)歷史時(shí)期的磁場(chǎng)。,地磁場(chǎng)的變化和地磁異常,現(xiàn)代地磁場(chǎng)隨時(shí)間而變化：19221972， 磁北極移動(dòng)2度， 磁南極移動(dòng)4度多。,基本磁

10、場(chǎng)長(zhǎng)期變化可導(dǎo)致南北磁極的倒轉(zhuǎn)。,四百萬年來的磁性倒轉(zhuǎn)事件,變化磁場(chǎng)短期變化太陽(yáng)黑子活動(dòng)、日地位置變化等，,磁異常地殼中埋藏的巖石礦物在基本地磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生的磁場(chǎng)。,各地磁臺(tái)站之間的實(shí)際觀測(cè)值在消除短期變化之后與地磁場(chǎng)之間的正常值表現(xiàn)為不一致的現(xiàn)象叫地磁異常。 分地磁正異常與地磁負(fù)異常,磁法勘探，利用局部地區(qū)地磁異常幫助人們尋找地下礦產(chǎn)資源的方法。,六、地?zé)?據(jù)估計(jì)，地球表面每年通過熱傳導(dǎo)輻射到空間的熱量為：2x1020 x4.184J,相 當(dāng)于現(xiàn)代人類消耗的總能量的10倍以上。地球內(nèi)部的總熱量估計(jì)為地球全 部煤炭?jī)?chǔ)量的1.7X10 8倍。 1、地?zé)幔褐傅厍騼?nèi)部的熱能。如火山、溫泉等。 2、地

11、熱來源： 地球內(nèi)部放射性物質(zhì)蛻變產(chǎn)生的熱；次為重力能和地球自身旋轉(zhuǎn)能、太陽(yáng) 輻射能。,馬榮火山菲律賓,3、由表及里，可分為三層: 外熱層其地溫受太陽(yáng)輻射熱的影響 。向下溫度降低。 常溫層其地溫等于或略高于當(dāng)?shù)啬昶骄鶞囟取?內(nèi)熱層常溫層以下的溫度層。隨深度增加而增加。 4、地溫梯度：每向下加深100米所升高的溫度叫地溫梯度。 （與油氣的生成有密切關(guān)系）。,地?zé)嵩鰷?常溫層以下，受到地球內(nèi)部熱量的影響，溫度逐漸升高。一般把在常溫層以下，每向下加深100所升高的溫度稱為地?zé)嵩鰷芈驶虻販靥荻?。這是由于地球內(nèi)部熱量通過向上熱傳導(dǎo)而造成的。 世界上不同地區(qū)，地溫梯度都不相同，地球表層的平均地溫梯度為海底的

12、地溫梯度一般為，大陸為0.9大陸的地溫梯度一般來說是顯著低于海底的 如果都用上述地表附近的地溫梯度來推算地球深部的溫度,則地殼底部將為900,核幔邊界將達(dá)86,000,到地心將高達(dá)192,100。 物理證明：熱導(dǎo)率隨溫度升高而遞減，因而隨深度增加，地溫升高，地溫梯度逐漸降低。 地心溫度：4000-6000 。,西藏羊八井高地?zé)岙惓^(qū),5、熱流：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過單位面積的熱量。 大洋區(qū)高于大陸區(qū)，太平洋高于大西洋和印度洋。大洋中海嶺高，海溝低。 6、地?zé)岙惓＃簾崃髦递^大的地區(qū)或地溫梯度明顯大于平均地溫梯度的地區(qū)。 7、地?zé)峥碧剑洪_發(fā)及利用,地球具彈性，表現(xiàn)為： 地震波、固體潮。 具塑性表現(xiàn)在：地球

13、 的形狀、赤道的突起、 巖石的褶皺 。,巖層的彎曲,七、地球的彈塑性,1、地球具彈性和塑性，是地內(nèi)物質(zhì)能發(fā)生變形、運(yùn)動(dòng)和移位的重要原因； 2、地震波在地內(nèi)的傳播特點(diǎn)，是了解地內(nèi)各圈層物質(zhì)特性的主要線索和依據(jù)。 3、地震波波速大小與介質(zhì)的密度和彈性有關(guān)，按傳播方式分為：體波：從震源向各方向傳播。 縱波：在固體、液體和氣體介質(zhì)中傳播；質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與地震波傳播方向一致； 橫波：僅在固體介質(zhì)中傳播。質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與地震波傳播方向垂直； 面波：只能沿界面或地球表面呈二維方向傳播。,分界面,4.地震勘探： 依據(jù)地震波在地下傳播速度的變化信息，探測(cè)地下不同物質(zhì)的分界面，從而了解地下深處的地質(zhì)構(gòu)造和礦產(chǎn)，并可用

14、于研究地球內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，這種工作方法即地震勘探。,第三節(jié) 地球的結(jié)構(gòu),一、 地球的內(nèi)圈 內(nèi)圈就是地球內(nèi)部物質(zhì)分布的圈層。 目前所掌握的對(duì)地球內(nèi)圈的直接觀測(cè)資料是較少的，因?yàn)榈厍蛏献钌畹你@井才12.5km，因風(fēng)化剝蝕而出露在地表的巖石，其原來的形成深度最多也不超過25km，即使是火山噴溢出來的巖漿，最深也只能帶出地下幾十到200 km左右的物質(zhì)。這些與地球的半徑6371km相比，是微不足道的。因此：對(duì)地球內(nèi)部圈層結(jié)構(gòu)，特別是對(duì)地球深部結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)主要來自于一些間接資料，特別是物探方面的資料，根據(jù)地震波在地球內(nèi)部的傳播形式和傳播速度的變化情況，可推測(cè)出內(nèi)部物質(zhì)成分、物質(zhì)狀態(tài)、分布的深度范圍、各圈層物質(zhì)

15、的密度、重力和承受的壓力等各項(xiàng)參數(shù)。,（一）地球內(nèi)部圈層劃分的依據(jù) 主要依據(jù)：地震波波速的變化 密度、波速與地表物質(zhì)對(duì)比； 通過高壓、高溫模擬實(shí)驗(yàn)； 來自地下深處的物質(zhì)的研究； 與隕石研究成果的對(duì)比等。,縱波或橫波在傳播途中遇到不同物質(zhì)的分界面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生折射和反射。,地震波在地球內(nèi)部傳播時(shí)，產(chǎn)生縱波（P波）和橫波（S波）,不連續(xù)面地震波速度變化明顯的深度，反映該深度上下的地球物質(zhì)在成分上或物態(tài)上有變化，或兩者都有變化，這個(gè)深度可作為上下兩種物質(zhì)的分界面，稱為波速不連續(xù)面。,莫霍面 （最先由克羅地亞學(xué)者莫霍洛維奇(A. Mohoroviche, 1857 - 1936) 于1909年發(fā)現(xiàn)）： 大

16、陸上平均深度33km。地震波 穿過該界面時(shí)，波速突然增大，VP 由6 7km/s突增8.0km/s。 為地殼、地幔分界。,地震波波速隨深度而遞增，但其中存在著兩個(gè)明顯的一級(jí)波速不連續(xù)界面以及若干個(gè)次級(jí)波速不連續(xù)界面。,古登堡面 （ 1914年由美籍德裔學(xué)者古登堡（B. Gutenberg, 1889 - 1960）發(fā)現(xiàn)）： 深度2898km，地震波穿過該面，波速突降， VP 由13.3km/s 降8.1km/s，無橫波通過，屬幔、核分界。,地球內(nèi)圈的劃分結(jié)果：地殼、地幔、地核,（二）地殼： 1.基本特征：上為地表，下為莫霍面，呈固態(tài)，平均厚約16公里，占地球半徑的1/400，質(zhì)量占0.4%。

17、大陸平均33km，最厚70km；大洋平均6km，一般4 9km。,2.地殼的類型及結(jié)構(gòu)： 上層硅鋁層：密度2.65g/cm3, VP：5.6 6.0km/s, 近于花崗巖。僅分布于大陸； 下層硅鎂層：密度2.9 g/cm3 VP ：6.8km/s。近于玄武巖。分布于全球。,現(xiàn)代大洋地殼的結(jié)構(gòu)： 上層，沉積層：一般幾百米，平均密度2.3； 中層，玄武巖層：厚0.52.5公里，平均密度2.52.6； 下層，大洋層：厚35公里，密度2.63；,3、地殼的均衡現(xiàn)象,地殼均衡在地殼之下存在一個(gè)均衡補(bǔ)償基面，其上沿豎直方向上其物質(zhì)的總質(zhì)量到處一致，從而保持各地區(qū)重力的平衡。,兩種解釋：普拉特：密度不同 艾

18、里：密度相同、厚度不同,大陸地殼和大洋地殼對(duì)比表,（三）地幔 莫霍面與古登堡面之間，厚2860km，質(zhì)量占 67.8%，平均密度4.53g/cm3 ，波速在650km突增，分上、下地幔。,1.上地幔莫霍面-650公里，平均密度3.58g/cm3，主要由含鐵鎂較多的硅酸鹽礦物組成，其上部存在一個(gè)軟流層（60年代發(fā)現(xiàn)，地震波波速降低，物質(zhì)呈液態(tài)，部分熔融）。 軟流層指地震波波速降低的地帶（60-400公里），物質(zhì)部分熔融，塑性增大。 2.下地幔地震波波速增加較慢，平均密度5.1gcm3，化學(xué)成分與上地幔相同，鐵的含量稍增。因壓力增大，形成晶體結(jié)構(gòu)更緊密的高密度礦物,（四）巖石圈和軟流圈 上地幔中地

19、震波速變化復(fù)雜，在60400km，地震波的穿越速度下降，特別是在100150km降低最明顯，橫波在此帶基本不能通過，說明該帶的物質(zhì)可能局部呈熔融狀態(tài)，整體呈塑性狀態(tài)。 超過400km界線，波速又逐漸上升，恢復(fù)“正?！?，所以構(gòu)造地質(zhì)學(xué)中稱該地震波速降低的低速帶為軟流圈；并把其上的由固體巖石組成的上地幔的一部分和地殼合稱為巖石圈。因此，巖石圈是地球的一個(gè)剛性外殼，“浮”在具塑性狀態(tài)的軟流圈之上。地質(zhì)學(xué)研究的各種地質(zhì)作用幾乎全發(fā)生在巖石圈中。,（五）地核 古登堡面至地心的部分。厚度約3473km，質(zhì)量占31.3%， 成分與鐵隕石相當(dāng)。 根據(jù)波速變化（4640km、5155km）又分為外核、過渡層、內(nèi)

20、核。,外 核：厚1742km，平均10.5g/cm3，橫波不過液態(tài)。 過渡層：厚515km，變化復(fù)雜，可具橫波液態(tài)向固態(tài)過渡。 內(nèi) 核：厚1216km，密度13.0g/cm3，縱、橫波均有固態(tài)。,地球的外部圈層 是指包圍著固體地球表層的組成部分，分為： 大氣圈、水圈、生物圈 外圈是一切生命活動(dòng)必不可少的環(huán)境要素，也是外動(dòng)力地質(zhì)作用的動(dòng)力來源。,二、 地球的外部圈層,地球不是均質(zhì)體，組成地球的物質(zhì)的分布具同心圈層結(jié)構(gòu)：以地殼表層為界，分內(nèi)圈和外圈。,（一）大氣圈 大氣圈:是因地球引力而聚集在地表周圍的氣體圈層。 總質(zhì)量:約為5136萬億噸，其中99集中在100km以內(nèi)，其中又有一半集中在10km

21、范圍內(nèi)。 大氣圈的厚度:幾萬公里以上,由于地球引力的吸引，大氣密度以地表附近最大，隨著高度的增加迅速減小，最后過渡到星際空間，所以，沒有明顯的上界。,第二章 大氣圈與大氣環(huán)境 一 大氣圈的基本特征,主要成分（99%）:N2、O2、Ar、CO2和水蒸汽,次要成分:O3、Ne、He、Kr、H2、Xe,臭氧層：O3 （2025km ） 吸收太陽(yáng)紫外線,水蒸氣：海洋及地表蒸發(fā)、植物蒸騰、形成雨霧雹雪,懸浮物：火山、沙土飛揚(yáng)、燃燒塵埃、細(xì)菌、植物孢子花粉,1、大氣的組成 主要由氮(78.9%)、氧(20.94%)、氬(0.93%)、二氧化碳、水以及微量惰性氣體組成。,恒定組分:組成幾乎不變,主要由氮(7

22、8.9%)、氧(20.94%)、氬(0.93%)組成; 可變組分:指大氣中的二氧化碳、臭氧和水蒸氣。含量隨季節(jié)、氣象和人類活動(dòng)的影響而發(fā)生變化。 不定組分：指大氣中可有可無的成分，如塵埃、硫化氫、硫氧化物、氮氧化物、煤煙、金屬粉塵等。含量變化大，來源之一是自然界暫時(shí)的災(zāi)難，之二是人類的生產(chǎn)和生活。,2、大氣圈的結(jié)構(gòu)： 對(duì)流層平均厚11-13公里，該層大氣占70-75%，幾乎包括全部的水氣、塵埃，氣溫隨高度遞減，具上下對(duì)流運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生風(fēng)、雪、云、雨等天氣現(xiàn)象，對(duì)人類影響最顯著。 平流層對(duì)流層頂至35-55公里，該層質(zhì)量占總質(zhì)量的20%，水平運(yùn)動(dòng)為主，含多層臭氧層。不含水蒸氣和塵埃。 中間層：平流層頂至85公里。無臭氧，氣溫隨高