华理地球系统与海底科学课件

了出来，存在于大气中，随着温度逐渐降低，加上大气中有大量的尘埃
微粒，喷到空中的大量水蒸汽立即结成浓云，化作倾盆大雨落到地面 上，聚集在低洼处。今天浩瀚的海洋水最初就是从这里来的。据估算，
地球释放水的速度，即使现代比地质历史上的早期小得多，但每年从陆
地和海底以火山喷发物等形式释放出来的温泉水，就达66亿吨。
2.1 地球的基础知识
三、 地球的圈层结构
地球是一个具有同心圈层结构的球体，以 地球固体表面为界分为内圈和外圈，内圈和 外圈又可分别再分为几个圈层，每个圈层都 有自己的物质运动特征和物理化学性质。
大气圈
外部圈层 地球
水圈 生物圈 地壳
内部圈层
地幔
地核
2.1 地球的基础知识
大气圈 大气圈是地球外圈中最外部的气体圈层，它包围着海洋和 陆地。大气圈没有确切的上界，在2000 ～ 16000 公里高空仍 有稀薄的气体和基本粒子。在地下，土壤和某些岩石中也会 有少量空气，它们也可认为是大气圈的一个组成部分。地球 大气的主要成份为氮、氧、氩、二氧化碳和不到0.04％比例的 微量气体。地球大气圈气体的总质量约为5.136×1021克，相 当于地球总质量的百万分之0.86。由于地心引力作用，几乎全 部的气体集中在离地面100公里的高度范围内，其中75％的大 气又集中在地面至10公里高度的对流层范围内。根据大气分 布特征，在对流层之上还可分为平流层、中间层、热成层等。
2.1 地球的基础知识
岩石圈
对于地球岩石圈，除表面形态外，是无法直接观测到的。它主要由 地球的地壳和地幔圈中上地幔的顶部组成，从固体地球表面向下穿过 地震波在近33公里处所显示的第一个不连续面（莫霍面），一直延伸 到软流圈为止。岩ห้องสมุดไป่ตู้圈厚度不均一，平均厚度约为100公里。由于岩石 圈及其表面形态与现代地球物理学、地球动力学有着密切的关系，因 此，岩石圈是现代地球科学中研究得最多、最详细、最彻底的固体地 球部分。由于洋底占据了地球表面总面积的2/3之多，而大洋盆地约占 海底总面积的45％，其平均水深为4000～5000米，大量发育的海底火 山就是分布在大洋盆地中，其周围延伸着广阔的海底丘陵。因此，整 个固体地球的主要表面形态可认为是由大洋盆地与大陆台地组成，对 它们的研究，构成了与岩石圈构造和地球动力学有直接联系的"全球构 造学"理论。
二十一世纪是海洋的世纪
第二章 地球系统与海底科学
讲述内容
地球的基础知识 海与洋 海底的地貌形态 海底构造与大地构造学说
2.1 地球的基础知识
一、 地球的宇宙环境
宇宙是由各种形态的天体和电磁波等物
质组成的，天体常常聚集成一个个天体群或集
团，统称为天体系统。目前人类观测到的宇宙
范围叫做总星系，半径约150亿光年。
2.1 地球的基础知识
地 幔：莫霍面与古登堡面之间的部分为地 幔，厚度约2800km，由铁、镁、硅酸盐物 质组成，与辉石橄榄岩相当。
地 核：古登堡面以下直至地心为地核，分 为液态外核和固态内核，其间有厚约500km 的过渡层。
2.1 地球的基础知识
软流圈和岩石圈也是经常用到两个概念。 软流圈 在距地球表面以下约100公里的上地幔中，有一个明 显的地震波的低速层，这是由古登堡在1926年最早提出 的，称之为软流圈，它位于上地幔的上部即B层。在洋底 下面，它位于约60公里深度以下；在大陆地区，它位于 约120公里深度以下，平均深度约位于60～250公里处。 现代观测和研究已经肯定了这个软流圈层的存在。也就 是由于这个软流圈的存在，将地球外圈与地球内圈区别 开来了。
2.2 海与洋
海陆的起伏
海洋不仅面积超过陆地，而且其 深度超过陆地的高度。海洋的平均深 度达3,795米，而陆地的平均高度只有 875米。大多数海洋的深度超过3,000 米，占海洋总面积的75%；大多数陆 地的高度不到1,000米，占陆地总面积 的71%。 海洋的平均深度和陆地的平均高 度相差很大，但是，海洋深度和陆地 高度的最大值却是十分接近。世界上 最深的马里亚纳海沟为11,034米，最高 的珠穆朗玛峰为8,848米。自最高的山 峰至最深的海沟，垂直距离为19,882 米，接近于地球的赤道半径和极半径 之差（21,405米）。
2.1 地球的基础知识
四、 地球的起源与演化
有关地球起源的假说有30多种，其中拉普拉斯的“星云假
说”、康德的“微粒假说”、施密特的“俘获假说”、霍伊尔 的“新星云假说”等曾起到了一定的积极作用。 现在的研究证明，大约在50、60亿年前，太阳星云在不稳定 的自转过程中，抛射出一些大大小小的星云团块。这些星云团 块一边绕太阳旋转，一边自转。在运动过程中，互相碰撞，有 些团块彼此结合，由小变大，逐渐成为原始的地球。 星云团块碰撞过程中，在引力作用下急剧收缩，加之内部放 射性元素蜕变，使原始地球不断受到加热增温。当内部温度达 到足够高时，地内的物质包括铁、镍等开始熔解，在重力作用 下，重的下沉并趋向地心集中，形成地核；轻者上浮，形成地 壳和地幔。
2.1 地球的基础知识
地球的公转，我们一般认为就是地球围绕太阳的 旋转运动。但是事实上，地球公转既是地球和太阳环 绕日地共同质心的运动，也是地球和月球环绕地月共 同质心的运动。海洋的潮汐现象主要就是在月球和地 球的相互公转过程中产生的。
2.1 地球的基础知识
二、地球的形状
无论是真实形状还是理想形状，都 不是我们平时见到的正球体形。我们 平时见到的正球体形只是假想出的地 球形状，假定条件为：地球是静止的， 而且组成地球的物质密度是均匀的。 但是地球永不停息的进行自转运动， 由此产生的惯性离心力使地球沿赤道 面向外膨胀，沿地轴向内收缩；又由 于地球内部物质密度的不均匀性，结 果使地球呈现不规则的椭球体，近似 梨形。
2.1 地球的基础知识
海水的化学成分来源 1. 大气圈中或火山排出的可溶性气体，为海水提供阴离子； 2. 陆地上和海底遭受侵蚀破坏的岩石，为海水提供阳离子； 3. 受蚀的岩石也为海洋提供了部分可溶性盐。 原始的海水并不象今天这么咸的，因为从海面蒸发到天空去的水是比 较纯的水，而后来从陆地经河道回到海洋中的水，却给海洋带来大量的无 机盐，其中的碳酸盐被海洋生物大量地吸收和利用了，而氯化物（主要是 氯化钠）积存下来，久而久之，海水中所含的氯化钠就越来越高，变成咸 水。根据计算，全世界每年要有十几亿吨的盐类被河流带入海洋。其它如 基岩溶解可以供给海水盐分，海底火山喷发物增加海水中的氯化物和硫酸 盐。据估计，海水中溶解的盐约为5亿亿吨。大洋中的盐度，一般为33‰到 37‰，而红海在酷热的情况下，强烈蒸发，盐度高达41‰左右，波的尼亚 湾在河水和雪水的冲淡下，盐度接近于零。
2.1 地球的基础知识
大气圈 水圈 生物圈
外部圈层 地球
地壳
内部圈层
地幔
地核
2.1 地球的基础知识
莫霍面（M面）
古登堡面（G面）
2.1 地球的基础知识
由地震震源发出的在地球介质中传播的弹性波。地 震发生时，震源区的介质发生急速的破裂和运动，这种 扰动构成一个波源。由于地球介质的连续性，这种波动 就向地球内部及表层各处传播开去，形成了连续介质中 的弹性波。 地震波是指从震源产生向四外辐射的弹性波。地球 内部存在着地震波速度突变的基干界面、莫霍面和古登 堡面，将地球内部分为地壳、地幔和地核三个圈层。
2.2 海与洋
2.2 海与洋
一、地表海陆分布
海陆分布 地球上的陆地和海洋总称地球的表面。地球表面水的总质量 仅为全球总质量的万分之二，在地球510百万平方公里的总面积中， 海洋占70.8%，陆地占29.2%，海陆面积之比为2.5﹕1，海洋的面 积远比陆地大。 地球上的海洋是连成一片的，而陆地是相互分离的。地球上 只有统一的世界大洋，而无统一的世界大陆；海洋包围了所有的 陆地，而不是陆地分割海洋，这就是地球上海陆分布大势。 若以南北半球而言，北半球中海洋面积约占60.7%，陆地约占 39.3%；南半球中海洋面积约占80.9%，而陆地约占19.1%。陆地 大部分集中在北半球。
地壳经过冷却定型以后，地球就像个久放而风干了的苹果， 表面皱纹密布，凹凸不平，高山、平原、河床、海盆，各种 地形一应俱全。
2.1 地球的基础知识
五、海水的起源与演化
没有水、也没有任何生命的最初地球
2.1 地球的基础知识
海洋里这么多的水是从哪里来的呢？ 一般认为，水是地球形成时从那些宇宙物质中分离出来的。最初， 地球上的水，绝大部分以岩石中的结晶水的形式，存在于地球的内部。 在地球形成后，水分不断从地球内部析出，聚集在地球表面。从地球内 部析出水的方式，主要是通过岩浆活动和火山爆发实现的。随着地热的 增高，地球内部的水蒸汽及其他气体越聚越多，终于胀破坚实的地壳喷
2.1 地球的基础知识
地球的宇宙环境示意图
九大行星：水星 金星 地球 火星 木星 土星 天王星 海王星 宇宙 银河系 太阳系 冥王星
50颗卫星
2000多颗小行星 600多颗彗星
地 月 系
地球
月球
2.1 地球的基础知识
地球处在永不止息的运动中，运动形式也多种多 样，其中最显著的是自转和公转。 地球绕着通过地心的地轴的旋转称为自转。地球 自转产生了昼夜交错，产生了地转偏向力。地转偏 向力是一种与运动相关的惯性力，地球上只有运动 的物体才受到地转偏向力的作用，静止的物体地转 偏向力为零，而且它不使物体产生加速度，仅改变 运动物体的方向。
2.1 地球的基础知识
生物圈 由于存在地球大气圈、地球水圈和地表的矿物，在地球上这 个合适的温度条件下，形成了适合于生物生存的自然环境。人 们通常所说的生物，是指有生命的物体，包括植物、动物和微 生物。据估计，现有生存的植物约有40万种，动物约有110多 万种，微生物至少有10多万种。据统计，在地质历史上曾生存 过的生物约有5－10亿种之多，然而，在地球漫长的演化过程 中，绝大部分都已经灭绝了。现存的生物生活在岩石圈的上层 部分、大气圈的下层部分和水圈的全部，构成了地球上一个独 特的圈层，称为生物圈。生物圈是太阳系所有行星中仅在地球 上存在的一个独特圈层。
2.1 地球的基础知识
水圈 水圈包括海洋、江河、湖泊、沼泽、冰川和地下水等，它 是一个连续但不很规则的圈层。从离地球数万公里的高空看 地球，可以看到地球大气圈中水汽形成的白云和覆盖地球大 部分的蓝色海洋，它使地球成为一颗"蓝色的行星"。地球水 圈总质量为1.66×1024克，约为地球总质量的3600分之一，其 中海洋水质量约为陆地（包括河流、湖泊和表层岩石孔隙和 土壤中）水的35倍。如果整个地球没有固体部分的起伏，那 么全球将被深达2600米的水层所均匀覆盖。大气圈和水圈相 结合，组成地表的流体系统。
2.1 地球的基础知识
地 壳：指莫霍面以上的岩石物质层，其厚度变化很大，从洋底 地壳是一个不均匀的圈层，根据其结构、物质组成和厚度的 差异可以分为大陆性和海洋性地壳两大类。 大陆性地壳平均厚度33 km，为双层结构：硅铝层（或花岗岩 质层）和硅镁层（或玄武岩质层）。 海洋性地壳平均厚度6 km，为三层结构：沉积层，由松散至 半固结的沉积物组成；基底层或火山岩层，是以玄武岩为主，上 部夹有固结沉积岩的混合层；大洋层，推测可能是由辉长岩、闪 长岩为主，近莫霍面由含蛇纹石化橄榄岩组成，大洋层是海洋性 地壳的主体。 的不足5km直至大陆造山带的70km以上，平均15km。
2.1 地球的基础知识
在高温下，内部的水分汽化与气体一起冲出来，飞升入空 中。但是由于地心的引力，它们不会跑掉，只在地球周围， 成为气水合一的圈层。
位于地表的一层地壳，在冷却凝结过程中，不断地受到地 球内部剧烈运动的冲击和挤压，因而变得褶皱不平，有时还 会被挤破，形成地震与火山爆发，喷出岩浆与热气。这种情 况有开始频繁发生到慢慢稳定。
地球偏向力，科学家称之为科里奥利力（简称科氏力），是一 种非惯性参照系的惯性力。相对于推或者拉产生的力而言，科氏力 并不是一个“真实的”力，但是它的力量确实非常强大，强大到可 以造就台风。
在旋转的的地球上，流体运动始终受到科氏力的作用，对于大 尺度大气运动，科氏力具有十分重要的意义。
假设有一颗炮弹从北极点发射出去，如果地球不会自转，那麼 炮弹的飞行轨迹，从空中鸟瞰，应该是一直线。但是，事实上地球 会自转，因此，随著地球的自转，炮弹在空中飞行的轨迹，如果站 在北极点看过去，是不断偏右的。这就是科氏力的原理。