地球科学概论第二章 太阳系

太阳系太阳系由位于中心的太阳及其周围的行星、卫星、小行星、彗星及流星组成，形成一个统一的系统－称太阳系。

太阳系由一颗恒星即太阳和9颗大行星组成。

离太阳较近的水星、金星、地球和火星密度大、体积小、自转慢，内部由硅酸盐物质组成，有固体外壳，称类地行星。

木星、土星密度小、体积大，由气体云层组成，称巨行星。

天王星、海王星和冥王星的密度、体积介于两者之间，但离太阳较远，称远日行星。

除九大行星外，还有卫星、小行星彗星、流星、星际物质等组成。

卫星卫星是围绕行星运行的天体。

九大行星共有卫星60个，除水星和金星外，其他行星都有卫星环绕。

其中土星18个，木星16个，天王星17个，海王星8个，火星2个，冥王星和地球各1个。

半径大于1000km的卫星有7个，月球即为一例。

彗星以其特殊的明亮长尾和周期性出现在夜空引人注意。

每年能观测到的彗星约10个。

彗星的轨道有抛物线、双曲线和椭圆三种类型，只有椭圆轨道的彗星才能绕太阳公转。

彗星的质量、密度很小，当远离太阳时只是一个由水、氨、甲烷等冻结的冰块。

当接近太阳时，彗星在太阳辐射作用下分解成彗头和彗尾，状如扫帚。

陨石是降落到地球表面的小块星际物质撞入地球大气圈后尚未被烧尽的流星体的残片。

晴朗夜晚，有时可以看到一线亮光划过夜空，瞬间消失（流星）。

这些弥漫在宇宙空间中的星际尘埃，如果被地球的引力捕获便形成陨星；当它们以极快的速度进入地球大气圈时与大气发生摩擦、生热、发光，一部分残留落到地表成为陨石。

如果陨石在空中爆炸后象下雨一样降落，称为陨石雨。

陨石的类型太阳系的物质组成具有统一性。

因此，地球内部应有类似于各种陨石的物质，即可能由铁镍金属组成地球核心，石铁陨石组成地球的中间层，由石陨石组成地球外层。

陨石中所含的元素在地球中都有，但陨石中的矿物特征和地球上有明显差异，如陨石中的常见矿物是无水的，而地壳中的常见矿物是含水的。

表明陨石是在高温还原状态下形成的。

陨石坑：陨石撞击地面形成的凹坑。

第二节地球的物理性质和圈层结构地球的密度和弹性以旋转椭球体为模型，考虑地球内部不均一状况，结合动力学分析，得到地球质量：5.9472×1024 t 平均密度：5.516 g/cm3固体潮与地球的弹性地球的固体表层存在与潮汐相似的周期性升降现象－固体潮。

陆地表面的升级幅度达7～15 cm。

地球在日月引力作用下发生弹性变形。

地震波（弹性波）能够在地球内部进行传播也说明地球具有弹性。

地球的形态由于地球的弹塑性变形、内部物质成分不均一和自转的影响，地球呈现出“梨形”地球的重力场重力：地球引力和地球自转离心力的合力。

离心力相对于万有引力来说要小得多。

因此重力的方向大致指向地心。

重力大小受离心力影响。

赤道地区离心力最大；向两极随纬度增加离心力减少，极地附近离心力约等于零。

因此，同一物体的重量，在赤道地区比两极地区要轻。

地表不同纬度的理论重力值，赤道地区为978.03 cm/s2，两极地区为983.22 cm/s2。

地球为椭圆形，赤道部分凸出，也与离心力的长期作用有关。

重力与高程和密度的关系：在地球表面，重力受到地势高低的影响。

海拔高程每升高1km，重力加速度减少31 cm/s2。

重力还与地球内部物体的密度有关。

地表物体的重力，随纬度和地球内部物质密度增加而增大，随地表高度增加而减小。

地球内部重力的变化地球内部，受半径和密度变化控制，由地表到核幔边界重力值渐大，然后逐渐减小，直至地心处递变为零。

重力异常假定地球为均匀球体，即地下物质均匀分布，以全球海平面高度为基准，计算求得某物体的重力值，称为理论重力值。

实际测得的重力值与理论重力值之间的偏差，称为“重力异常”。

若实测值大于理论重力值，称正异常。

反之，为负异常。

重力异常与地表的地形变化和地下的物质密度密切相关。

地球的压力：上覆物质重量引起的静压力大小与深度、物质密度和重力加速正相关，与深度非线性递增。

地球的温度：外温层固体地球的最表层，一般陆地区深度为10~20m内陆和沙漠地区可达30~40m。

常温层地温与当地年平均温度相当，且常年基本保持不变，其深度大约20~40m。

增温层（内热层）在常温层以下，地下温度开始随深度增大而逐渐增加。

地温梯度：在内热层里，深度每增加100m时所增高的温度数值，单位:°C/100m。

地热增温级：在内热层里，温度每升高1°所需增加的深度，单位：m大陆地区常温层以下至约30km深处，大致每往下30m，温度增加1°，大洋底到15km 深处，大致每加深15m，地温增高1°。

地球的磁场：地球周围存在磁场，地磁轴与地球自转轴之间的夹角为11.5°。

地磁要素地磁力线分布的空间称作地磁场。

由磁针指示的磁南、北极，为磁子午线方向，其与地理子午线之间的夹角称磁偏角。

磁针在地磁赤道上呈水平状态，由此向南或向北移动时，磁针都会发生倾斜，其与水平面之间的夹角称作磁倾角。

地磁场的状态则可用磁场强度，磁偏角和磁倾角三个要素来确定。

地球的结构地球不是一个均质体，具有圈层构造，以地表为界可以分为内圈和外圈。

内圈指固体地球部分，外圈则包含生物圈、大气圈和水圈。

地球的内圈地球物理学家根据地震波在地球内部不同深度下的传播特征，发现了不同的波速与密度界面。

以此为基础推算了地球内部的密度分布状况，进而分析了地球内部的物理结构和物质分布的基本特征。

上世纪70年代，国际地球物理联合会提出了一个初步地球参考模型，划分了地球内部三个级别的圈层。

壳幔界面－莫霍面莫霍面：1909年克罗地亚学者莫霍洛维奇发现在莫霍面上下，地震纵波的速度从7.0 km/s 迅速增加到8.1 km/s 左右；横波的速度则从4.2 km/s 增加到 4.4 km/s 左右。

莫霍面深度大陆之下20-100 km，平均33公里；大洋之下0-10 km，平均7公里。

莫霍面之上为地壳，之下为地幔。

幔核界面－古登堡面由美籍德裔学者古登堡(B. Gutenberg) 于1914年确定的幔核界面。

在此不连续面的上下，地震纵波速度由13.6 km/s 突然降低为7.98 km/s；横波速度从7.23 km/s 突然消失。

古登堡面位于地下2891 km深度。

界面之上至莫霍面之间的区域称地幔，界面之下到地心之间的区域，称地核。

内、外核及其过渡带1936年丹麦地震学家来曼发现古登堡面以下存有一个地震波速度的突变面。

提出地核分为内核和外核两部分，外核液态，内核为固态。

后来人们进一步认识到地核从液态到固态的变化不是突然的，其间存在一个性质逐渐变化的过渡带，深度约在5150 km。

地壳（Crust）莫霍面以上的地球表层部分，厚度变化在0－100 km 之间，占地球半径的1/400，地球总质量的0.8％。

地壳物质的密度为2.6-2.9 g/cm3，由固态岩石组成。

根据物质组成、性质和所处位置不同，分陆壳和洋壳：陆壳：位于大陆之下，占地壳面积三分之一，各处厚度不等，为20－100 km。

陆壳具双层结构，上层为硅铝层，下层为硅镁层。

洋壳：位于洋底之下，占地壳面积三分之二，其上为平均水深4 km 的海水。

洋壳厚度一般为0-10 km，平均7 km。

洋壳顶部为薄的海洋沉积物，主要部分是玄武岩，下部为辉长岩，缺少花岗岩层。

现在的洋壳形成年龄多在中生代以后。

地幔（Mantle）地幔分上、下地幔；顶部由超基性岩(相当于辉石橄榄岩) 组成，称岩石圈地幔，与地壳合称岩石圈。

岩石圈地幔以下，存在一个地震波的低速层，深度在60-350 km。

低速层内岩石强度低，处于部分熔融状态，称软流圈。

地核（Core）地核由金属铁或其合金组成。

地核不均一，外核液态，内核固态。

内核旋转速度比地球自转速度稍快，液态外核成为内核和壳幔之间的缓冲层。

这种差异旋转，是地球内动力的重要来源－发电机。

地球的内部结构地球内部呈层圈状，金属铁组成地核；铁镁质硅酸盐物质组成地幔；地幔之上有一层薄的地壳。

物理状态上，地核分为固态内核和液态外核；地幔顶部为固态超基性岩石，与固体地壳组成岩石圈；岩石圈之下是呈部分熔融状态的软流圈，将固体岩石圈和固态的地幔部分分隔开来。

（像没太煮熟的鸡蛋）地球的外圈（一）大气圈??? 成分????????? ??? 体积混合比? ??? 成分????????? ??? 体积混合比? ???? 氮(N2)??????? ??? 0．78083??? ??? 氪(Kr)??????? ??? 1．1×10-6???? 氧(O2)??????? ??? 0．20947??? ??? 氙(Xe)??????? ??? 0．1×10-6????? 氩(Ar)?????? ? ??? 0．00934??? ??? 氧(Rn)??????? ??? 0．5×10-6????? 二氧化碳(C02) ??? 0．00035??? ??? 甲烷(CH4)???? ??? 1．7×10-6???? 氖(Ne)??????? ??? 1．82×10-6 ? 一氧化二氮(N2O) ??? 0．3×10-6????? 氦(He)??????? ??? 5．2×10-6? ??? 臭氧(O3 )?? ??? 10-50×10-9大气圈的结构范围：0-2000 km分层依据：物质组成、大气温度变化、电荷及大气运动；分层：对流层、平流层、中间层、热层和外层。

对流层厚度：平均地表以上11-13 km，赤道地区17-18 km，极地为8-9 km；质量：约占大气圈总质量的75％；气温：从下向上逐渐降温，大气降温率为6.5 ℃/km，对流层顶端为－83 ℃；大气运动：强烈对流；成分：N2、O2、H2O、CO2及尘埃等；气象：风、霜、雨、雪、雹、雾等。

平流层高度：自对流层顶端向上至50 km处；质量：约占大气圈质量的25％；气温：自下而上升温，平流层顶端温度升为大约0 ℃；大气运动：水平流动；成分：N2、O2、O3；几乎不含水蒸气和尘埃，存在数层臭氧层；无天气现象。

中间层、暖层和散逸层中间层－高度：平流层顶到80 km；气温：从下向上降温，顶端温度－80℃；大气运动：对流运动；存在电离层(D)。

热层－高度：从中间层顶端到500 km；气温：由下至上升温，300 km高空温度大约1000℃；存在多层电离层(E、F、G)。

外层－高度：暖层顶端外层空间；物质以原子、离子状态存在，是地球物质向宇宙空间扩散的部位。

风-空气的水平流动风是空气的水平运动。

空气运动的根本原因是气压分布不均，即在气压梯度力作用下沿气压梯度力方向运动。

风是矢量，有风向和风速两个要素。

风向表示风的来向，地面风向用16个方位表示，每个方位各占22.5o角。

例如北(N)风指向正北往西11.25o与往东11.25o这个角度内称之。