认识地球(第4篇)

第四章

第一节地球的形状

亚里士多德认为地球是圆的：月食和北极星的位置

公元前240年，埃塞色托尼（厄拉多塞）测量了地球的周长。（体积、直径）

相距弧长为800千米，角度7.2°。周长：40000千米。

经线是半圆弧。

一行（本命张遂）724年中国了完成了子午线的测量。

子午线1°长129.2千米；目前测量值111.2千米

1519年麦哲伦（葡萄牙人）率领船队从西班牙的塞维利亚出发历时三年第一次环球航行。1519年9月20日出发，11月达到巴西海岸。1520年1月拉普拉塔河的入海口。休整半年，10-11月美洲南端的麦哲伦海峡。太平洋。100多天。1521年3月8日到菲律宾群岛。1521年4月27日，麦哲伦中箭死亡。1521年11月到达马鲁古群岛。1521年12月最后一条船“维多利亚”返航，开始穿越印度洋。1522年9月6日回到西班牙。

出发时200多人，返回时28人。

行动证明了地球是圆的。海洋是连通的。

全球纪元标志着人们了解了地球是圆的。

1486年迪亚士发现好望角

1492年哥伦布发现美洲

1499年达伽马到达印度。

1519年麦哲伦

几年后德国的纽伦堡地球仪出现了麦哲伦航线

地球的长径和短径比值是300:299

极半径6357km

赤道线速度为463m/s 半径6378km

回归线处：34700km 线速度402米每秒

极圈处20000km 线速度232米每秒

珠穆朗玛峰8844.43km距离地心6382km

厄瓜多尔境内的钦博拉索山海拔6272m距离地心6384.1km

71%为海洋，剩余为陆地

海洋平均深度4km

地球体积10832亿m³

表面积5.1亿平方千米

海洋面积3.6亿平方千米

陆地约1.5亿平方千米

珠峰的高度（1847年来）

第二节地球的质量

称量地球质量的第一人：布格

马斯基林用其数据算地球体积：1.08×1012km3

地球质量5.98×1024kg

平均密度5.5g/cm3

现代测量值4.5

金字塔的数据：长230米高137米

230万块石灰岩每块2.5吨密度为每立方厘米2.7克

卡文迪许扭秤实验

他测得地球密度为每立方厘米5.45g，现在公认的为5.25g，

卡文迪许算出了万有引力常数：

由此得到地球质量：5.98×1024kg

密度地面2-3 地核7-10（平均5.2）

地幔密度和地壳密度相近

地球的圈层结构示意图

地核直径是地球直径的一半

地核密度11

19世纪末，地球内部结构模型

第三讲地震波

地震是指地表岩层发生震动

1906年美国旧金山大地震。

2005年巴基斯坦克什米尔大地震

撞击——形变——位移

断层最初的移动的位置为震源

震中：震源在地表的垂直投影点

震源和震中的距离为震源深度

1883年英国人米尔纳研究了日本地震，提出一个大地震释放的能量可以在地球上任何一点测到

德国人帕施维茨设立了一个精确的摆锤来测量地面方向水平的变化，证实了米尔纳的预见132年张衡的候风地动仪第一台可以预测的工具

1889年东京大地震：帕施维茨根据摆锤记录得知地震发生在东京

现代地震之父——奥尔德海姆，在全世界设立摆锤。

19世纪末证明了地震波。波有运行规律

记录地震波的仪器：地震仪（地面振动）

地震仪的构成：记录纸卷筒、悬垂笔头

振动曲线称为地震谱

振动幅度和谱线高度正相关

曲线越密，地震的频率越高

先到的波叫P波，后到的S波，再后面是面波。

面波是散乱的。

P波和S波又称为体波。

体波能在地球内部传输

面波只能沿着地表传播

P波是纵波（上下）。S波是横波，破坏力较强。（左右）

面波又分勒夫波和瑞雷波。（振幅大，波长长）

地震波来测量地球内部的结构。

第四节地震波与地球内部探测

1906年奥尔德海姆发现地球内部是由两种介质组成的（地核和地幔——地震波在两种介质中的传播速度不一样）

地核和地幔的过度地带地震波波速发生突变，证实了重力学家根据转动惯量计算认为地球一半对一半是最稳定。

在介质密度不一样的地方。波速必然发生突变。

1909年南斯拉夫的莫霍洛维奇：介于地壳和地幔之间有波速突变带，地震波传输的不连续

面，（纪念）称为莫霍面。位于大陆下30-40公里

1914年德国的古登堡完善了他老师奥尔德海姆提出的幔核界面理论

在低下2900km处是该界面的位置——古登堡面

地核是双层的。

外核是液态的

英国数学家杰弗里斯和古登堡研究了波和介质的物理性质的关系。

P波是压缩波，S波是剪切波（剪切波不能在液体中传播，没有剪切波——那么就有液体。地震波相互叠加和消长

勒夫波（L波）瑞利波（R波）

哥本哈根的地震观测站的勒曼观察员提出了地核的双重结构，杰弗里斯和古登堡证实了。地幔是固态

地震波不连续→地球内部密度不连续

岩石的种类：火成岩、沉积岩、变质岩

高压物理学对地震研究的影响：剑桥大学的布里奇曼

他的研究生（伯奇）做了不同温度。压力和介质下地震波传播速度的测定

建立了地震波速度与地球压力、密度、温度和各种化学行为之间的关系

地幔是一种富含硅的介质、

地核是一种富含铁的介质、

贴在特高压下，密度增长非常大。最大11-13

第五讲内部构造与物资组成

洋壳主要由黑色玄武岩构成，而陆壳则由浅色富硅的岩石构成。地壳深部主要是玄武岩和花岗岩及两种岩石的混合物构成。随着地震学家对地震波的进一步研究，地幔的主要岩石成分被确定为橄榄岩，同时地幔是塑性的，会在压力下进行蠕变，并且同地核一样由两部分构成：上地幔和下地幔。科学家又进一步精确推算出地壳、地幔与地核的主要元素构成及密度大小。

洋壳比地壳重一些

榴辉岩石石榴子石和辉石组成，暗红色

伯奇

火山岩玄武岩

地壳和地幔的结合带附近，即莫霍面附近

地幔蠕变，物质对流

地幔与地核的分界面是古登堡面

100公里的深度1300度

地核温度：3000度-5000度

陆壳的硅含量比洋壳高

地震波在地下传播有三个不连续面：莫霍面，古登堡面（密度突变），还有地球内部的内核和外核

毛河光，金刚石压腔

第六讲岩石圈

岩石圈和软流圈是美国地质学家约瑟夫·巴利尔在20世纪初提出。19世纪早期，普拉特和艾利分别提出了不同的均衡平衡模式，使人类意识到地球内部均衡补偿面的存在。利用地震波对地壳深度的测算与实际情况的对比，巴利尔将均衡补偿面之上的地壳称为岩石圈，岩石圈包括地壳和上地幔的顶部，位于岩石圈板块顶部的大陆，是随板块的运动而运动的。而本尼奥夫带的发现，则更好的说明是板块运动造成了地震、火山的形成和发生。

普拉特漂浮均衡原理