第二章 地球

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33-1000km 1000-2900km 2900-5155km 5155-6371km
一、地球内部圈层的划分
一. 地球内部圈层及其主要特征
大洋地壳
大陆地壳
莫洛霍维奇不连续面 低速带
（部分熔融）
上地幔
岩石圈 软流圈
大陆壳和大洋壳的相对位置
(二)地球内圈的主要特征
1、地壳
大洋地壳与大陆地壳的特征对比
3.天体系统和星系
宇宙是有层次结构、物质形态多 样、不断运动发展的天体系统
太阳系
宇宙总星系
（人类现在观测 能力所及的可见
宇宙）
银河系
其他恒星系
河外星系（星系）
地月系 其他行星、卫星
3万光年
天体系统结构图
第二节 太阳系及其形成
1 太第阳系一节 地球和宇宙
2 太阳系的地起球源在宇宙中的位置
太 水 金 地 火小木
超过2亿年各地 以正异常为主
占地壳 面积的60% 体积的21% 质量的37%
陆壳
质历史时期形成的岩 石均有最老的岩石可
达38亿年 以负异常为主
占地壳 面积的40% 体积的79% 质量的63%
（二）. 地球内部圈的主要特征
地壳的均衡现象
地壳均衡是描述地壳状态和运动的 一种理论。它阐明地壳的各个地块 趋向于静力平衡的原理，即在大地 水准面以下某一深度处常有相等的 压力，大地水准面之上山脉（或海 洋）的质量过剩（或不足）由大地 水准面之下的质量不足（或过剩） 来补偿。运用地壳均衡学说可以研 究地球内部构造，如上地幔的起伏； 还可用于大地测量学中研究大地水 准面形状，推估重力异常和计算垂 线偏差等。
现代测量得到的地球参考形状
扁率很小的旋转椭球 体
（即扁球体） 扁率=
Re-Rp/Re = 1/298.257
大地水准面
地球的平均半径 6371km
二、地球的重力
G重力；F地心引力；P离心力；r纬度圆半径
由地于壳离
1.地表重力
r
P
地 心力幔只
有重力
地面某处所受地心引 力和该处的地球自转 离心力的合力。
划
分
大洋地壳
地幔
示
外核
意
大陆地壳
图
内核
地球内部圈层划分示意图
大洋地壳
大陆地壳
莫洛霍维奇不连续面 低速带
（部分熔融）
上地幔
岩石圈 软流圈
软流圈和岩石圈的相对位置
地
(固态)
岩石圈
球 的
地壳
软流圈 (固态)
深度（km）
内
地幔
部
下地幔
(固态)
圈
层
外核
划
地核
分
内核
(固态)
一、地球内部圈层
2.地壳：莫霍面以上的地表部分，平均厚度16km，
体积只有地球体积的0.77%
大陆地壳
大洋地壳
地壳结构示意图（据徐成彦，1998修改）
一. 地球内部圈层
大洋地壳
大陆地壳
莫洛霍维奇不连续面 低速带
（部分熔融）
上地幔
岩石圈 软流圈
大陆壳和大洋壳的相对位置
一. 地球内部圈层 2.地幔 3.岩石圈、软 流圈 4.地核
大洋地壳
大陆地壳
岩石圈
上地幔 下地幔
人类第一次对地球形状的测量——古希腊学者埃拉托色
尼(Eratosthenes，公元前276年-公元前195年)
他测得的地球的周长 为39500km，这与近 代的测定值40025km 相当接近，换算成地球 半径约为6370km。
920km 7.2
太阳光线 7.2 亚历山大港
阿斯旺
地球
地心
一、地球的形状与大小
仙 女 座 大 星 系
2. 宇宙中天体的相对位置 天球：以地球球心为圆心，半径无穷大的假想球体，
用于反映天体在天空中的位鹿置豹座和相对运动关系。
仙王座
星座：为了便于认识恒星，人们小熊把座天球上的恒星分 成若干群落，每个群落的恒星都有自己独特的 形状并占据一定的空间，这样的恒星群落称为 星座。
星座仅仅代表一些恒星之间的天龙视座几何关系，某一星 座的恒星可能处于同一星系，也可能处于不同 的星系。
五、地球的磁场
磁场 地球周围的磁场也
称地磁场。
地磁场由基本磁场、 变化磁场和磁异常三 个部分组成。
磁偏角、磁倾角和磁 场强度是地球上某点 的地磁要素。
地磁场成因的自激发电机模式
六、地球的弹性和塑形
地球具有弹性的证据： （1）地球内部能传播地震波； （2）固体地球表面在日、月引力作用下可发生固 体潮。 地球具有塑性的证据： （1）地球自转的惯性离心力使地球赤道半径加大； （2）岩石的塑性变形 影响地球弹性与塑性的重要因素：时间和温-压条 件。
第二章 地球
主要内容
第一节、宇宙中的地球 第二节、地球的物理性质（重点） 第三节、地球的结构（重点）
第一节 宇宙中的地球
一、宇宙及其天体 二、太阳系及其形成 三、地球的诞生 目前的可视宇宙只有200(137)亿 光年
背景图片是阿波罗8号宇宙 飞船从月球看地球的景观
1. 宇宙及其天体
1.宇宙中的天体和物质
G
地核
g地内=Gm/r2
G该万点有距引离力地常心数的；距m离地，球km的；质量，a. kg；r 地心
b.
二、地球的重力
3.重力异常
由于地球表面起伏较大、内部物质密度分布极不均匀以及结 构的显著差异，各地测定的重力值并不等同于理论值，地质 学上称为重力异常。 引起重力异常的因素： （1）地面观测点并不在大地水准面上，两者有一定的高差，观测 点位置越高重力值越小；
好 奇 号
木星
木 星
土星
Байду номын сангаас
土星
土 星
考察土卫6
天王星
天 王 星
海王星
海 王 星
第二节 地球的物理性质
阿波罗宇宙飞船从18000km高空看月球的景观
月球表面布满陨石坑和熔岩流。右图是月球表面陨石坑区的近景图片，在大的陨 石坑中分布着小的陨石坑，小陨石坑形成于大的陨石坑之后。
一、地球的形状与大小
太阳系：太阳/ 水星/ 金星/ 地球/ 火星/ 小行星带
木星/ 土星/ 天王星/ 海王星/
太阳
水 星
水星
水星表面
金星表面及其大气层
金星
人类未来的家园？
火 星 全 景
•火
火
星
1998年火星探陆者号
2004年勇气号火星探测器
勇 气 号 降 落 火 星 表 面 （ 照 片 ）
勇气号发回的火星表面照片
两种假说的重要区别在于， 普拉特认为地壳底面的深度 一致，但密度随地面高度增 加而减小：艾里认为地壳的 密度一致，但底面深度随地
面高度增加而下降。
16.3%
位置：0-70km处
70-250
3x1011Pa 4640km 5155km
二、 地球的外部圈层
全球大 气环流
（一）、大气圈
大气圈是因地球引力而聚集在地表周围的气体圈层 恒定组分：氮、氧、氩
2. 大气圈的结构 （3）中间层
（3）中间层
自平流层顶至85km左右高空的大气层。 ① 由于没有臭氧吸收太阳辐射的紫外线，
气温随高度增大而迅速下降，至中间 层顶界气温降至-83℃~-113℃； ② 由于下热上冷，再次出现空气的垂直 运动； ③ 顶部出现弱电离现象。
中间层中夜光云
2. 大气圈的结构 （4）暖层(电离层)
第一节 地球和宇宙 恒星：由炽热的气体组成的、能够自身发光的球形或类似球 形的天体，构成恒星的气体主要是氢，其次是氦。如太 阳。恒星并不恒地，球 一直在在运宇动宙。 中的位置
行星：围绕恒星运转的天体；质量必须足够大，来克服固 体应力以达到流体静立平衡的形状（近于球体）； 必须清 除轨道附近区域，公转轨道范围内不能有比它更大的天体。
随纬度增加而增加，随
R
F
G
的约 1/300，
故地在核一
般情况 下，多 以重力
重
高度增加而减小
g地表=Gm/r2 a.
地近心 似代
替引力
力
g地表=978.0318
地壳图 3—4 地球重力
（1+0.00523024sin2Φ0.0000059sin2Φ）
G—r重力P；地F幔—引力；P—离心力；
2.地球内部重力 R r—F纬圆半径
莫霍面
外核
内核
6km
（一）、地球内圈的划分
地震
两个重要的波速不 连续界面：
莫洛霍维奇不连续 面（简称莫霍面） 和古登堡不连续面 （简称古登堡面）
一个低速带
地核
古登堡面
地幔 莫霍面
地震产生穿透固体 地球的地震波
P波到达液体或 部分液体层界面 时折射
P波到达固体边 界时再次折射 所有波的折射会产生 地表地震仪不能记录 到P波的阴影区
（4）暖层（电离层）
从中间层顶到500km高空的大气层。
① 空气很稀薄，质量占大气圈总质量的0.5%;
② 在太阳辐射和宇宙高能粒子作用下，温度迅速升高，再次 出现温度随高度增加而升高的现象，到500km高空处温度高 达1201℃；
在快速受力的情况下易于显示弹性，在缓慢受力 的情况下易于显示塑性； 在较高的温度和压力条件下易于显示塑性。
六、地球的弹性和塑形
岩石的塑性 变形
第三节
地 球 的 结 构
地壳 地幔
二、地球内部圈层的划分
二、地球内部圈层的划分
岩石圈
地
岩石圈 地 幔
球
上地幔 软流圈
莫霍面
1000km
内
部
圈
层
上地幔
土
天
海
阳 星 星 球 星行星
星
王
王
星
星
星
带
太阳和太阳系
太阳系家族
太阳系的主要特征
1、运行轨道的规则性
行星的公转轨道都是椭圆形的，实际上接近于圆形。
2、运转方向的一致性
绝大部分行星都以同一方向绕日运行，各自以同一方向 绕轴自转。（从地球北极上空向下看皆为逆时针运转）
3、行星公转的规律性
各行星到太阳的平均距离a的立方同公转周期T的平方成 正比，即：a3/T2=常数。距太阳愈远的行星公转周期就愈长；
平均厚度（km）
洋壳 6
P波速度（km/s） 密度（g/cm3） 组成
7
3
（顶部沉积盖层） 硅镁层
陆壳 35（30-50） 山脉下最厚
6 2.7
（顶部沉积盖层） 硅铝层+硅镁层
(二)地球内圈的主要特征
1、地壳
大洋地壳与大陆地壳的特征对比
岩石时代 重力异常
比例
洋壳
岩石大部分形成于 0.5亿年中，最老不
近日点附近最大，在远日点附近速度最小。
太阳系：太阳/ 水星/ 金星/ 地球/ 火星/ 小行星带
木星/ 土星/ 天王星/ 海王星/
• 类地行星：水/金/地/火 岩石组成 是与地球相类似的行星。它们距离太阳近，体积和质量 都较小，平均密度较大，表面温度较高，大小与地球差 不多，也都是由岩石构成的
• 类木行星：木/土/天/海/ 气体组成 主要由氢、氦、冰、甲烷、氨等构成，石质和铁质只占 极小的比例，质量和半径均远大于地球，但密度却较低。 类木行星还有3个共同的特征，那就是都具有行星环的结 构且星体的密度较低，都有比较多的卫星，旁边还有一 圈圈光环
（2）地面观测点与大地水准面之间的剩余物质所产生的重力值； （3）地球内部物质的密度分布不均匀；
三、地球的密度和压力
1. 密度 地球内部的密度由表层的2.7~2.8g/cm3向下逐渐
增加到地心处的12.51g/cm3，并且在一些不连续面处 有明显的跳跃。 2. 压力
地球内部压力总是随着深度而增加，地下深处的压 力称静压力或围压，可表示为=hhgh，即静压力等 于某深度h和该深度以上地球物质平均密度h与平均 重力加速度gh的乘积。
大气圈最下面的一层，厚度随纬度而异， 赤道附近厚17~18km，两极仅8~9km。特 点： ① 空气强烈对流； ② 温度随高度增加而降低—大气降温率； ③ 气象要素（温度、湿度、气压等）水 平分布不均匀，形成复杂的天气现象； ④ 受人类活动影响显著。
2. 大气圈的结构 （2）平流层
（2）平流层
从对流层顶至35~55km高空的大气 层，气流以水平方向运动为主。 ① 基本不含水汽和尘埃物质，不存 在对流层中的各种天气现象； ② 该层的上部（30~55km）存在多 层臭氧层； ③ 下部温度随高度增加保持不变或 略升高，但升至30km以上时，由于 臭氧层吸收了大量紫外线，温度升 高。
四、地球的温度
1.外热层：由于受太阳辐射热的影响，温度可变的 地球表层，平均深度约15m。
2.常温层：外热层的下界处温度常年保持不变，这 一深度带称常温层。
3.内热层: 常温层以下，热量由地球内热提供，温度 随深度增大而增大，而且很有规律 地热增温率或地温梯度：常温层以下每向下100m所 升高温度。
星际物质和星云：弥漫于星际空间的极其稀薄的物质称为星际 物质（包括星际气体、星际尘埃、星际云、星际磁场和宇宙线 ），由星际气体和星际尘埃组成的云雾状天体称星云。
天体系统：按照一定的系统和规律，相互吸引和相互绕转而形 成的不同层次的北天斗体七系星形统状，的如变化地示月意系图、太阳系、银河系等。
星云
猎户座大星云
1.大气的组成
可变组分：二氧化碳、水蒸汽、臭氧
不定定组分：尘埃、硫化氢、氧硫化物
20.94%
0.93%
0.04% 78.09%
氮 氧 氩 二氧化碳 水蒸汽 臭氧 其他
2.大气圈的结构 从下向上可分为 对流层、 平流层、 中间层、 热层、 外逸层或散逸层
2. 大气圈的结构 （1）对流层
（1）对流层