地球主要物理性质与圈层划分方案
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3-地球的物理性质和圈层结构-78
12
地球的粘性
从理论上讲，在一个完全弹性体中应该没有 能量的损耗。因此，地震时除了面波因扩展 而发生的几何衰减外，其它类型的地震波应 该没有运动衰减。这样地球如果一旦发生某 种形式的振荡，也就应该永远继续下去。但 这一分析结果与观察事实相矛盾，表明地球 有一定的衰减存在，并非是一个完全的弹性 体。说明地球具有一定的粘性 粘性特征。 粘性
38
洋壳的组成
枕状玄武岩
39
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。
41
地 核（Core） ）
7
固体潮与地球的弹性
地球在日月引力作用下发生弹性变形。 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。
8
固体潮与地球的弹性
地球同时还具有一定的塑性 塑性。地球在其自转 塑性 的过程中逐渐演化成为一个旋转椭球体 旋转椭球体并保 旋转椭球体 持下来，这表明看似刚体的地球实际上存在 着永久性的塑性变形。在野外常常也可以看 到，各种坚硬的岩石中往往发育有高度的弯 曲现象，同样是岩石形成后在长期的地应力 作用下再发生塑性变形的结果。
26
地球的内部分层
圈层 代号 A 地 壳 B 上地幔 地 幔 过渡层 C 名 称 下地幔 地 外 核 过渡带 核 内 核 D E F G 底界深 度(km) 0->100 60 400 670 2891 4771 5150 6371 密 度 (g/cm3) 2.0-2.9 3.37 -3.48 3.7-4.0 4.7-5.6 9.9-11.9 12.06 12.8-13.1 物 态 固态 岩石圈 软流圈 固态 中间圈 液态 固态
地球的粘性
从理论上讲，在一个完全弹性体中应该没有 能量的损耗。因此，地震时除了面波因扩展 而发生的几何衰减外，其它类型的地震波应 该没有运动衰减。这样地球如果一旦发生某 种形式的振荡，也就应该永远继续下去。但 这一分析结果与观察事实相矛盾，表明地球 有一定的衰减存在，并非是一个完全的弹性 体。说明地球具有一定的粘性 粘性特征。 粘性
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洋壳的组成
枕状玄武岩
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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。
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地 核（Core） ）
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固体潮与地球的弹性
地球在日月引力作用下发生弹性变形。 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。
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固体潮与地球的弹性
地球同时还具有一定的塑性 塑性。地球在其自转 塑性 的过程中逐渐演化成为一个旋转椭球体 旋转椭球体并保 旋转椭球体 持下来，这表明看似刚体的地球实际上存在 着永久性的塑性变形。在野外常常也可以看 到，各种坚硬的岩石中往往发育有高度的弯 曲现象，同样是岩石形成后在长期的地应力 作用下再发生塑性变形的结果。
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地球的内部分层
圈层 代号 A 地 壳 B 上地幔 地 幔 过渡层 C 名 称 下地幔 地 外 核 过渡带 核 内 核 D E F G 底界深 度(km) 0->100 60 400 670 2891 4771 5150 6371 密 度 (g/cm3) 2.0-2.9 3.37 -3.48 3.7-4.0 4.7-5.6 9.9-11.9 12.06 12.8-13.1 物 态 固态 岩石圈 软流圈 固态 中间圈 液态 固态
地球内部圈层结构的划分依据
地球内部圈层结构的划分依据
地球内部圈层结构的划分依据：
1、根据物质的性质：地球内部可以划分为外壳、内核和中间带三大层。
外壳由固体岩石构成，内核由高密度的金属构成，中间带由液态的铁-硅合金构成。
2、根据物理状态：依次向内分为地壳、地幔、地核三大层。
地壳是最外层，地幔大部分由融态熔融物质组成，地核主要由半固态物质组成，其中还包括一小部分液态物质。
3、根据温度：依次向内分为地表、地球内部热带、地球内部寒带三大层。
地表是最外层，其温度范围在0-100℃之间；地球内部热带温度范围在3000-4000℃；地球内部寒带温度范围在4000-5000℃。
地球科学概论第三章 地球的内部圈层
变化磁场：是起源于地球外部并叠加在基本磁 场上的各种短期变化磁场。它只占地磁场的很 小部分(＜1％)。这种磁场主要是由太阳辐射、 太阳带电粒子流、 太阳的黑子活动等因素所引 起的。 磁异常：是地球浅部具有磁性的 矿物和岩石所引起的局部磁场， 它也叠加在基本磁场之上。 正磁异常－－－负磁异常 磁异常的研究意义：找矿和揭 示地球物理数据
（四）温度
温度在地球内部的分布状况称为地温场。 通常把地表常温层以下每向下加深100 m所升 高的温度称为地热增温率或地温梯度(温度每 增加1℃所增加的深度则称为地热增温级)。
地球表层平 均地温梯度为3 ℃／100m. 莫霍面处地 温400-1000℃ ，在岩石圈底 部约为1100℃ ，在上、下地 幔界面约为 1900℃，在古 登堡面约为 3700℃，地心 处的温度约为 4300-4500℃。
通常把单位时间内通过地表单位面积的 热量称为地热流密度。目前全球实测的平 均地热流值为1.47×41.686mW/m2，大陆地 表热流的平均值(1.46 HFU)与海底的平均 值(1.47)基本相等。 地表热流值或地温梯度明显高于平均 值或背景值的地区称为地热异常区。 地热及地热异常的研究意义。
（五）磁场
古登堡不连续面(简称古登堡面，G面)位于地下2885 km的深处,从上往下，纵波速度由13.64km/s突然降低为 7.98km/s，横波速度由7.23 km/s向下突然消失, 且地 震波出现极明显的反射、折射现象。
低速带(或低速层)出现的深度一般介于60～250 km之间， 接近地幔的顶部,在低速带内，地震波速度不仅未随深度而 增加，反而比上层减小5％～10％左右；并且，局部地段横 波消失。该圈层称为软流圈。软流圈以上为岩石圈。
因此，地球的内部构造可以以莫霍面和古登堡面 划分为地壳、地幔和地核三个主要圈层。根据次一级 界面，还可以把地幔进一步划分为上地幔和下地幔， 把地核进一步划分为外地核、过渡层及内地核。在上 地幔上部存在着一个软流圈，软流圈以上的上地幔部 分与地壳一起构成岩石圈。
2.第二章 地球的圈层结构及物理性质2
极地附 近
纬度 30°附 近
纬度1025°附近
带
亚热 高压带
热
亚热 静风带 贸易 信风带
赤道 无风带
干旱带
干季与 湿季交 替 赤道 多雨带
温带-亚热 带沙漠
热带草原 热带雨林
干旱气候带
热带半潮湿 （半干旱）或 干湿气候带 潮湿气候带
赤道附 近
带
赤道 低压带
低气压
我 国 的 季 风 气 候
2.水圈
大气环流
地球的大气环流与盛行风系
爬升 下沉
极地环流
90°N
中纬度环流 极 地 东 风 副极地低压带
60°N
下沉
中 东 东
纬
副热带高压带
西 信 信 西 风 风 风
风
30°N
信风环流
上升
北 南 纬
赤道低压带 副热带高压带
下沉
中纬度环流
中
30°S
副极地低压带 极 地 东 风
爬升
极地环流
90°S 下沉
60°S
水圈(hydrosphere)是由占据地球表面约3/4面积的海洋和 湖泊、河流以及冰川、沼泽和地下水等组成的一个不连 续的圈层。
水圈循环:在太阳能作用下,水圈通过:降水地面流水地 下水海洋蒸发水汽云等不断循环,不断对地表进 行改造。 水在常温下的固态、液态、气态互变是水循环的内因，而 太阳辐射热、地心引力和水循环路线是水循环的外因。
赤道半径：6,378.140km 两极半径：6,356.755km
大地水准面（实线）和地球理想扁球体（虚线）
地球的形状恰似“梨形”，近似一个扁率不 大、两极稍扁、赤道突出的三轴椭球体。
第二章
2第二章 地球的物理性质和圈层结构解析
地球内部的压力是指不同 深度处单位面积上的压力，实质上是压 强，地内压力随深度而增大：
（二）压力 地下10km处：压力约为3×103atm,约304kpa 莫 霍 面 （ 33km 处 ） ： 约 为 10×103atm 约 1200Mpa 古登堡面 （ 2885km 处）：约为 150×103atm ， 13.52万兆帕 地心压力：36.17万兆帕 （1大气压＝101.3kpa）
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第四节 地球的圈层结构和圈层耦合
大量资料充分证明，地球不是一个均质体，它具有明显的圈 层结构，而且各圈层之间的物理化学性质和物质运动状态的差异 较大。 一、地球内部圈层划分 地震波：是地震所激发出的弹性波在地球中传播的结果，包括 纵波（P）、横波（S）和面波（L），其中前两者最有意义。 （1）纵波／原波：质点振动方向与地震波传播方向一致的波。 特点是：能在固、液和气态中传播，比横波速度快，是横波的 1.73倍。
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（三 ）地壳的重力均衡 地壳为适应重力的作用而不断调整达到平衡的现象。 一般来说，重力异常越高，地壳越薄，莫霍面越（浅 ／深？），反之，地壳越厚，莫霍面越（浅／深？）。 这种现象反映了地表质量的过剩（地形隆起）由地壳 深处质量亏损（莫霍面的下凹）所补偿。 通常来讲，在大陆地区内部表现为负异常，山脉的 重力异常值表现为负异常（低／高？ ） ， 反映山脉 地区地壳厚，莫霍面下凹 （浅／深？） ，仿佛存在 着“山根”；而盆地或平原地区重力异常（低／ 高？），反映其地壳变薄，莫霍面变浅，形成“反山 根”，因此，地形高程与莫霍面起伏形成一种类似镜 像相对称的关系。
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一 地球内部圈层的划分 1 地球内部主要波速不连续界面 大量研究发现，地震波速随深度而 递增，在地球内部出现了2个明显的 一级波速不连续界面： （1）莫霍洛维奇不连续面 （简称莫霍面） 1909年由南斯拉夫学者莫霍洛 维奇发现，其深度在大陆之下平均 33km处，在大洋之下平均为7km。 特点：在该界面附近，纵波速度 由7km／s突然增加到8.1km／s， 横波从4.2km／s突然增至4.4km／s。 该面之上的部分为地壳。
地球的物理性质及圈层构造
四、地热
(二) 地温场和地球的温度 地壳浅层的温度分布从地表向下大致可 分为三层：变温层、恒温层、增温层。
四、地热
地壳深处的温度推算(普雷斯，1974） 100km（上地幔局部熔融开始）1000-12000C
400km(上地幔橄榄石尖晶石相变带)15000C 700km(上下地幔界面) 19000C 2900km(地幔地核分界面) 37000C 5100km（内、外核分界面） 43000C 6371km (地心) 45000C
重力异常
将实测的重力值减去该点的 重力正常值, 其差值即为重力 异常(gravity anomaly)。
自由空气重力异常
把测点因高出平均海平面而减小的重 力值加到实测值中, 称为自由空气校正, 以gh 表示。 自由空气(高度)重力异常: 经自由空气 校正后的重力值与正常重力值之差, 称 为自由空气重力异常。
本节涉及的英文术语
陨石（meteorite）古登堡面（Gutenberg discontinuity）莫霍面（Moho discontinuity） 地壳（crust）地幔（mantle）地核（core） 岩石圈（lithosphere）软流圈（asthenosphere） 元素（element）矿物（mineral）岩石（rock） 岩浆岩（magmatite）沉积岩（sedimentary rock） 变质岩（metamorphic rock）
地磁异常的应用
地磁异常：实测地磁要素的数据与正常值 (地球基本磁场)有显著的差别 磁法勘探 若地壳中存在磁性岩体和矿体，如磁铁 矿、镍矿、超基性岩等，出现正异常 若地壳中存在金矿、盐矿、石油、花岗 岩等低磁或反磁性的矿物和岩体，则出 现负异常
2.地球的物理性质与圈层结构
地磁场有 两个磁极，这 两个磁极与地 理两极位置相 近，但并不重 合
地磁三要素： 磁偏角、磁倾角和地磁场强度
磁偏角：地理子午线与 地磁子午线的交角。
（指北针偏地理北方的 东侧，叫东偏角，符号 “+”，反之为“-”。我 国大部分西偏，甘肃酒 泉以西为东偏）
地磁三要素： 磁倾角：磁力线与水平面的交 角。 （纬度越高，倾角越大，在磁 极上为直角，赤道处为零。南 半球—北针上倾为负，北半 球—北针下倾为正） 地磁场强度：地球上某一点的 磁场强度。
因此说明地球具有一定的弹性，地震波在不同 介质中传播速度也不一样。
地表的固体岩石在日、月引力的作用下也有交 替的涨落现象，其幅度为7—8cm,这种现象称为固 体潮。
地震勘探——通过测定人工地震产生的地震波 在地下传播速度的变化情况，地震波反射特征探测 地下的地质构造及矿产资源。
一、地球外圈层： 大气圈、水圈、生物圈。 二、地球的内部圈层
此界面位于地下2885 km深度。
地壳
地幔 地核
上地幔 下地幔
外核
陆壳 洋壳
岩石圈 软流圈
内核
内部加热，重力分 异与分层是地球内 部圈层形成的根本 原因
陨石学证据
陨石由金属相、硫化物相和硅酸盐相组成
铁陨石 主要是金属相，少量硫化物相；主要成分为铁， 其次为镍（5.65-16.56%），可能组成地核；
内核（固）
内 地核 圈
上地壳 下地壳
上地幔
过渡层
下地幔
外核 过渡层
内核
深度（km） 莫霍面 33 古登堡面 2885
1、地质学 2、大陆边缘 大陆架 大陆坡 大陆基
岛弧、海沟 大洋中脊 大洋盆地 3、地温梯度、地温深度 4、地磁三要素 5、莫霍面、古登堡面
地磁三要素： 磁偏角、磁倾角和地磁场强度
磁偏角：地理子午线与 地磁子午线的交角。
（指北针偏地理北方的 东侧，叫东偏角，符号 “+”，反之为“-”。我 国大部分西偏，甘肃酒 泉以西为东偏）
地磁三要素： 磁倾角：磁力线与水平面的交 角。 （纬度越高，倾角越大，在磁 极上为直角，赤道处为零。南 半球—北针上倾为负，北半 球—北针下倾为正） 地磁场强度：地球上某一点的 磁场强度。
因此说明地球具有一定的弹性，地震波在不同 介质中传播速度也不一样。
地表的固体岩石在日、月引力的作用下也有交 替的涨落现象，其幅度为7—8cm,这种现象称为固 体潮。
地震勘探——通过测定人工地震产生的地震波 在地下传播速度的变化情况，地震波反射特征探测 地下的地质构造及矿产资源。
一、地球外圈层： 大气圈、水圈、生物圈。 二、地球的内部圈层
此界面位于地下2885 km深度。
地壳
地幔 地核
上地幔 下地幔
外核
陆壳 洋壳
岩石圈 软流圈
内核
内部加热，重力分 异与分层是地球内 部圈层形成的根本 原因
陨石学证据
陨石由金属相、硫化物相和硅酸盐相组成
铁陨石 主要是金属相，少量硫化物相；主要成分为铁， 其次为镍（5.65-16.56%），可能组成地核；
内核（固）
内 地核 圈
上地壳 下地壳
上地幔
过渡层
下地幔
外核 过渡层
内核
深度（km） 莫霍面 33 古登堡面 2885
1、地质学 2、大陆边缘 大陆架 大陆坡 大陆基
岛弧、海沟 大洋中脊 大洋盆地 3、地温梯度、地温深度 4、地磁三要素 5、莫霍面、古登堡面
地球科学概论3地球的物理性质和圈层结构
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二、重力均衡 普拉特认为山脉是由于地下物质从某个补偿深
度起，向上膨胀而形成的。山愈高，密度愈小，但 补偿深度以上的每一个截面积相等的岩石柱体的总 质量都相等。
同年(1855年)，英国天文学家艾利(A.Airy)又提 出另一个假设——艾利均衡模式（深度补偿模式）: 艾利认为山脉是较轻的岩石巨块浮在较重的介质上。 山越高，它的下部伸入介质的深度也越深，即所谓 山有“根”。
v 4r 3 / 3; M / v G地心 4rf / 3
G地心=0 (因地心处的r=0) 在地心处，计算重力的公式与其它部位的计算 有所不同。
22
一、地球上的重力 重力异常：将地球视作一个圆滑的均匀球体，
计算得出的重力值称作理论重力值。地球的地面起 伏甚大，内部的物质密度分布也极不均匀，在结构 上还存在着显著差异（即往往与地质构造和矿体的 存在相联系）。这些都使得实测的重力值与理论值 之间有明显的偏离，在地学上称之为重力异常。
弹塑性、粘性、重力、压力、温度、磁性 能量等。
地球的圈层结构 地壳，地幔，地核
3
地球的物理性质和圈层结构是互为因 果的；
地球的物理性质和圈层结构对地球的 运动和演化有决定性的制约作用；
研究物理性质的历史中产生过许多优 美的科学传奇，从中可以领略地学家是如 何巧妙地揭开地球内部奥秘的。
4
一、地球的质量和密度
27
二、重力均衡
28
三、地球的压力 地球某处的压力是由上覆地球物质的重量产生
的静压力。 在地球表层、地壳和接近地心附近时压力增长
较平稳，在下地幔和外核部分增长得较快。 利用密度分布的规律来估算地球内部的压力状
况，以截面为1cm2的岩石柱作为压力 的计算表示法，可得到经验公式：
二、重力均衡 普拉特认为山脉是由于地下物质从某个补偿深
度起，向上膨胀而形成的。山愈高，密度愈小，但 补偿深度以上的每一个截面积相等的岩石柱体的总 质量都相等。
同年(1855年)，英国天文学家艾利(A.Airy)又提 出另一个假设——艾利均衡模式（深度补偿模式）: 艾利认为山脉是较轻的岩石巨块浮在较重的介质上。 山越高，它的下部伸入介质的深度也越深，即所谓 山有“根”。
v 4r 3 / 3; M / v G地心 4rf / 3
G地心=0 (因地心处的r=0) 在地心处，计算重力的公式与其它部位的计算 有所不同。
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一、地球上的重力 重力异常：将地球视作一个圆滑的均匀球体，
计算得出的重力值称作理论重力值。地球的地面起 伏甚大，内部的物质密度分布也极不均匀，在结构 上还存在着显著差异（即往往与地质构造和矿体的 存在相联系）。这些都使得实测的重力值与理论值 之间有明显的偏离，在地学上称之为重力异常。
弹塑性、粘性、重力、压力、温度、磁性 能量等。
地球的圈层结构 地壳，地幔，地核
3
地球的物理性质和圈层结构是互为因 果的；
地球的物理性质和圈层结构对地球的 运动和演化有决定性的制约作用；
研究物理性质的历史中产生过许多优 美的科学传奇，从中可以领略地学家是如 何巧妙地揭开地球内部奥秘的。
4
一、地球的质量和密度
27
二、重力均衡
28
三、地球的压力 地球某处的压力是由上覆地球物质的重量产生
的静压力。 在地球表层、地壳和接近地心附近时压力增长
较平稳，在下地幔和外核部分增长得较快。 利用密度分布的规律来估算地球内部的压力状
况，以截面为1cm2的岩石柱作为压力 的计算表示法，可得到经验公式：
地球的内部圈层和特征
浆岩、沉积岩和变质岩三大类。
三、地球内部各圈层旳物质构成及物理状态 3. 地壳 （3）岩石
岩浆岩：岩浆冷凝后形成旳岩石称为岩浆岩，又称火 成岩。
根据形成 环境又可 分为两种 类型：喷 出岩和侵 入岩
文象花岗岩
辉石花岗岩
美国夏威夷Kilauea火山中旳熔岩
三、地球内部各圈层旳物质构成及物理状态 3. 地壳 （3）岩石
一、地球内部旳主要物理性质
3. 重力
地球吸引力与离心力旳合力就是重力，主要取决于地球 旳引力。
重力场旳强度用重力加速度来衡量，重力加速度也简称 重力。 重力随纬度升高而增长。
4. 温度
外热层：因为受太阳辐射热旳影响，温度可变旳地球表层， 平均深度约15m。 常温层：外热层旳下界处温度常年保持不变，这一深度带 称常温层。 地热增温率或地温梯度：常温层下列每向下100m所升高温 度。
解理旳等级： 据其产生旳难易
程度及完好性，一般分为五级： 1）极完全解理：矿物受力后
极易裂成薄片，解理面平整而光 滑。
2）完全解理：矿物受力后易裂成光滑旳 平面或规则旳解理块，解理面明显而平 滑，常见∥解理面旳阶梯。
3）中档解理： 矿物受力后常破裂成较小旳不很平 滑旳平面，解理面不太连续，常呈阶 梯状，且闪闪发亮，清楚可见。
三、地球内部各圈层旳物质构成及物理状态 3. 地壳 （3）岩石
（3） 岩石 天然形成旳、由固体矿物或岩屑构成旳集
合体。 ① 岩石旳矿物成份及构造、构造
不同旳岩石具有不同旳矿物成份及构造、构造 岩石旳构造：构成岩石旳矿物（或岩屑）旳
结晶程度、颗粒大小、形状及其相互关系。 如 等粒构造、碎屑构造等
等粒构造
矿物对光全部吸收时，矿物呈黑色 对全部波长旳色光均匀吸收，矿物呈不同程度旳灰色 基本上都不吸收则为无色或白色 选择吸收某些波长旳色光，矿物呈现吸收色光旳互补色
三、地球内部各圈层旳物质构成及物理状态 3. 地壳 （3）岩石
岩浆岩：岩浆冷凝后形成旳岩石称为岩浆岩，又称火 成岩。
根据形成 环境又可 分为两种 类型：喷 出岩和侵 入岩
文象花岗岩
辉石花岗岩
美国夏威夷Kilauea火山中旳熔岩
三、地球内部各圈层旳物质构成及物理状态 3. 地壳 （3）岩石
一、地球内部旳主要物理性质
3. 重力
地球吸引力与离心力旳合力就是重力，主要取决于地球 旳引力。
重力场旳强度用重力加速度来衡量，重力加速度也简称 重力。 重力随纬度升高而增长。
4. 温度
外热层：因为受太阳辐射热旳影响，温度可变旳地球表层， 平均深度约15m。 常温层：外热层旳下界处温度常年保持不变，这一深度带 称常温层。 地热增温率或地温梯度：常温层下列每向下100m所升高温 度。
解理旳等级： 据其产生旳难易
程度及完好性，一般分为五级： 1）极完全解理：矿物受力后
极易裂成薄片，解理面平整而光 滑。
2）完全解理：矿物受力后易裂成光滑旳 平面或规则旳解理块，解理面明显而平 滑，常见∥解理面旳阶梯。
3）中档解理： 矿物受力后常破裂成较小旳不很平 滑旳平面，解理面不太连续，常呈阶 梯状，且闪闪发亮，清楚可见。
三、地球内部各圈层旳物质构成及物理状态 3. 地壳 （3）岩石
（3） 岩石 天然形成旳、由固体矿物或岩屑构成旳集
合体。 ① 岩石旳矿物成份及构造、构造
不同旳岩石具有不同旳矿物成份及构造、构造 岩石旳构造：构成岩石旳矿物（或岩屑）旳
结晶程度、颗粒大小、形状及其相互关系。 如 等粒构造、碎屑构造等
等粒构造
矿物对光全部吸收时，矿物呈黑色 对全部波长旳色光均匀吸收，矿物呈不同程度旳灰色 基本上都不吸收则为无色或白色 选择吸收某些波长旳色光，矿物呈现吸收色光旳互补色
划分地球内部圈层构造时所用的主要地球物理方法
划分地球内部圈层构造时所用的主要地球物理方法划分地球内部圈层构造时所用的主要地球物理方法主要包括以
下几种：
1. 地震波速度测量：利用地震波在不同介质中传播速度的差异，可以推断出地球内部的结构和性质。
地震波速度测量是探测地球内部结构的最主要手段之一。
2. 重力测量：通过测量不同区域的重力加速度大小，可以推断出地球内部各层密度的分布情况。
重力测量也是判断地下岩石密度变化的一种有效手段。
3. 磁力测量：通过对地球磁场的测量，可以得到地球内部的磁性物质分布情况，从而推断出地球内部各层的性质。
4. 电性质测量：通过测量地下不同区域的电导率和电阻率等电学参数，可以推断出地球内部的导电性和电性质分布情况。
5. 地热测量：通过测量地下温度分布情况，可以推断出地球内部的热流分布情况，从而推断出地球内部的热性质和结构。
这些地球物理方法通常都会结合使用，以获取更全面和准确的地球内部结构和性质信息。
第四章 第一节 地球的物理性质
正常重力值的计算: g0=9.780327(1+0.005302sin2-0.000005sin2 ) 其中为纬度
某点的重力值只与该点的纬度有关,沿经度没变化, 其 最大值和最小值分别位于两极和赤道。
2. 重力异常
重力异常:广义上讲，即实测的重力值与正常值之间 的差。
重力校正：为了了解地壳中物质密度变化,消除高度 和地形的影响,把实测重力值校正到相当于海平面高 度时的重力值,这一过程称为重力校正。
但实际测量却发现，地表常见沉积岩的平均密度只有 2.60g/cm3，地表出露的花岗岩的密度为2.85 g/cm3，显 然，地球内部的物质密度大于地表。
地球内部的密度
原理——地震波通过不同密度介质 时的波速不同，在越过两种不同介 质时还会发生折射现象。
地内密度测量有三处突变，反映了 密度（和物质）的不连续；
实际补偿方式=密度补偿（37%）+深部补偿（63%）
4.地球的压力
地球某处的压力是由上覆地球物质的重量产生 的静压力。
10km处压力：3,000大 气压
33km处为12,000大气 压
地心达360万大气压
（1大气压=1.01325*105Pa）
压 力
地壳 地 幔 地 核
图 3—6 地球内部 压力分布曲线
第四章 地球的物理性质及内 部圈层
第一节 地球的物理性质
地球的物理性质包括：重力、密度、弹 塑性、重力、压力、磁性、地热、放射 性、电性等。
了解、掌握和正确应用地球的物理性质 是打开地球奥秘的重要手段。
Earth
一、 地球的质量、密度和弹塑性
1、地球的质量和密度
地球的质量为：5.9472×1024t 根据质量和体积计算的平均密度为：5.516g/cm3
某点的重力值只与该点的纬度有关,沿经度没变化, 其 最大值和最小值分别位于两极和赤道。
2. 重力异常
重力异常:广义上讲，即实测的重力值与正常值之间 的差。
重力校正：为了了解地壳中物质密度变化,消除高度 和地形的影响,把实测重力值校正到相当于海平面高 度时的重力值,这一过程称为重力校正。
但实际测量却发现，地表常见沉积岩的平均密度只有 2.60g/cm3，地表出露的花岗岩的密度为2.85 g/cm3，显 然，地球内部的物质密度大于地表。
地球内部的密度
原理——地震波通过不同密度介质 时的波速不同，在越过两种不同介 质时还会发生折射现象。
地内密度测量有三处突变，反映了 密度（和物质）的不连续；
实际补偿方式=密度补偿（37%）+深部补偿（63%）
4.地球的压力
地球某处的压力是由上覆地球物质的重量产生 的静压力。
10km处压力：3,000大 气压
33km处为12,000大气 压
地心达360万大气压
（1大气压=1.01325*105Pa）
压 力
地壳 地 幔 地 核
图 3—6 地球内部 压力分布曲线
第四章 地球的物理性质及内 部圈层
第一节 地球的物理性质
地球的物理性质包括：重力、密度、弹 塑性、重力、压力、磁性、地热、放射 性、电性等。
了解、掌握和正确应用地球的物理性质 是打开地球奥秘的重要手段。
Earth
一、 地球的质量、密度和弹塑性
1、地球的质量和密度
地球的质量为：5.9472×1024t 根据质量和体积计算的平均密度为：5.516g/cm3
地球科学概论第三章 地球构造
由水平运动造成的构造形迹，大多数比较清楚。 由水平运动造成的构造形迹，大多数比较清楚。 强烈的挤压总是和紧密的褶皱、 强烈的挤压总是和紧密的褶皱、逆掩断层以及断层 面呈波状的辗掩断层相联系。 面呈波状的辗掩断层相联系。 由于褶皱、辗掩而使地壳缩短变形、甚至重复。 由于褶皱、辗掩而使地壳缩短变形、甚至重复。 当重复地层遭受长期风化后， 当重复地层遭受长期风化后，有时会形成飞来峰或 构造窗。 构造窗。
地球内部的主要物理性质
地震波： 地震波： 纵波—质点振动方向与传播方向相同， 纵波—质点振动方向与传播方向相同，速度 任何物质均可通过，又称P 快，任何物质均可通过，又称P波； 横波—质点振动方向与传播方向垂直， 横波—质点振动方向与传播方向垂直，速度 不能通过液态介质，又称S 慢，不能通过液态介质，又称S波； 33km处 波的速度突然增加； 33km处，P波、S波的速度突然增加； 2885km处 的速度下降 下降， 波降至0 2885km处，P波、 S波的速度下降，S波降至0； 5155km处，S波从0变为3.46km/s。 5155km处 波从0变为3.46km/s。 3.46km/s
上部为固态（33~60km）； 上部为固态（33~60km）； 上地幔上部固态与地壳组成岩石圈） （上地幔上部固态与地壳组成岩石圈） 中部为部分熔融状态（60~250km，岩浆发源地） 中部为部分熔融状态（60~250km，岩浆发源地） 中部低速层（部分熔融状态）为软流圈） （中部低速层（部分熔融状态）为软流圈） 下部为固态（250~650km）。 下部为固态（250~650km）。
在大陆内部， 在大陆内部，垂直 运动可以通过大地水准 测量来发现。 测量来发现。 在海边可以利用各 种标志来验证。 种标志来验证。 如 意大利那不勒斯湾 海岸波簇里奥城神庙前 的三根大理石柱， 的三根大理石柱，就因 地壳的升降一渡没入海 中，人们就根据海生动 物在柱上的钻孔痕迹来 判断地壳升降的幅度。 判断地壳升降的幅度。
地球的物理性质和圈层结构
四.地球的物理性质和圈层结构1.地球的质量和密度从牛顿第二定律F=mg和引力定律G=fM/r2,可以得到地球质量应该是M=mgr2/f。
式中m 是地表上一个受地心引力作用的物体的质量，g是重力加速度。
故计算地球的质量只需要知道地球的半径r和引力常数f。
前者要用到一个简单的几何原理，后者则需通过一个精心设计的实验测算出来。
假定地球是一个圆球体，则测算地球半径的几何学原理是：一段圆弧的长度与其对应的圆心角成比例。
当圆心角以弧度为单位时，这一比例的常数就等于圆的半径。
如图3—1所示，在同一地理子午线上，取不同的两点A和B。
A、B的距离即地表圆弧的长度。
分别在两地同时观测同一颗恒星并求出各点与天顶的角距离，其差就是圆弧的中心角θ。
公元前两世纪，希腊的伊拉托斯森尼斯就是用这一方法计算了地球的大小，其误差和今天的卫星测量结果相比只有约15%。
最早试图计算地球质量的是苏格兰的郝屯（J.Hutton）。
他在山坡上测量悬垂的小物体偏离垂线的角度，先求出山体对物体的附加引力，再进而求解地球的引力。
1798年，英国的卡文迪什用更为精确的扭称法，求出地球的引力常数为6.67×10-8cm3/gs2。
这样就可以依据牛顿定律求出地球的质量了。
现代计算地球质量时，则以旋转椭球作为地球模型，并进一步考虑了地球内部温度、压力的变化和物质分布不均等因素，结合动力学分析，得到地球的质量为5.9472×1024吨。
以计算得到的地球质量除以地球体积，算得地球的平均密度为5.516g/cm3。
实际测量却表明，在地表出露的岩石中，砂岩﹑页岩和石灰岩等沉积岩的平均密度为2.6g/cm3，花岗岩的密度为2.85g/cm3,都远小于地球的平均密度。
因此推断地球内部大部分物质的密度，都必须大于地球的平均密度。
但它们具体又是怎样分布的呢？目前世界上最深的钻孔仅达到约12km深度，只有地球平均半径6371km的约1/530。
因此，对地球内部物质的研究主要依靠各种间接的手段和依据。
自然地理学_03 地球的物理性质和圈层结构_03-3 地球的物理性质_
海洋的表面形态
大陆边缘
大洋盆地
大陆边缘 ①大陆架（陆棚） ②大陆坡 ③大陆基（大陆裙） ④海沟、岛屿
大洋中脊
陆地的表面形态
山地：500m以上切割度大于200m 丘陵：低于500m，相对高差小于200m 平原：200m以下广阔而平坦的地区
高原：500m以上广阔而平坦的地区
盆地：四周被山地 或高地包围中间低 平，外形似盆
地球的物性
弹性、塑性、粘性
弹性：固体潮、海洋潮汐、地震波 塑性：岩石褶皱、地球的外形 粘性：斯堪底那维亚冰后期的抬升
地球的重力均衡
地势的起伏同莫霍面的起伏呈镜像关系
地球的重力场与重力卫星
重力反演与气候实验卫星 （GRACE双星）
全球的重力场分布图
地球的能量
4.2×1024焦耳/年
2.14×1021焦耳/年
卡文迪许
地球的压力
静压力在莫霍 面附近约1,200 MPa，古登堡 面附近约 135,200 MPa， 地心处可达 361,700 MPa， 相当于360万个 大气压。
地球的表面形态
海洋面积占70.8%，陆地面积占29.2%
海洋平均深度3729m， 马里亚纳海沟11034m
陆地平均海拔875m， 珠穆朗玛峰8844.43m
地球的磁场 随着地球的自转，电荷也做圆周运动，运 动的电荷就是电流，电流就会产生磁场
有关地磁的假说
铁磁体假说
热电假说
双圆盘发电机假说
磁极漂移与磁性倒转事件
从地磁变化推测大陆的移动
地球外部圈层
大气圈
水圈
连续不规则的圈层 地球表层，几乎也能看成由各种形 式存在的水所组成的圈层
生物圈
本节完
地球的内部圈层
1980年实测的磁北极位于北纬78.2度、西经102.9 度（加拿大北部），磁南极位于南纬65.5度，东 经139.4度（南极洲）。
30
地球内部的物理性质 地球的磁场（magnetic field）
地磁场的磁场强度是一个具有方向（磁力线的方向） 和大小的矢量。地磁场三要素：磁场强度、磁偏角、 磁倾角。知道了某地的磁偏角、磁倾角和磁场强度， 该点的地磁场就完全了解了。
31
地球内部的物理性质 地球的磁场（magnetic field）
磁偏角：是磁力线在水平 面上的投影与地理正北方 向之间形成的夹角，即磁 子午线与地理子午线之间 的夹角。
32
地球内部的物理性质 地球的磁场（magnetic field）
磁倾角：是指磁针北端与 水平面的交角。通常以磁 针北端向下为正值，向上 为负值。
36
地球内部的物理性质 地球的磁场（magnetic field）
磁异常（magnetic anomaly）：地壳浅部具有磁性的矿物 或岩石所引起的局部磁场，叠加在基本磁场之上。 一个地区的磁异常可以首先通过对实测磁场强度进行变 化磁场的校正，然后再减去基本磁场的正常值来求得。 如所得值为正值称正磁异常，为负值称负磁异常。
33
地球内部的物理性质 地球的磁场（magnetic field）
地球表面磁倾角为零度的 各点的连线称为地磁赤 道；由地磁赤道到地磁南 极，磁倾角由0°逐渐变 为+90°；由地磁赤道到 地磁北极，磁倾角由0° 逐渐变为-90°。
34
地球内部的物理性质 地球的磁场（magnetic field）
地磁场由基本磁场、变化磁场和磁异常三个部分组成。 基本磁场占地磁场的99%以上，是构成地磁场主体的 稳定磁场。 基本磁场的强度在地表附近较强，远离地 表则逐渐减弱，说明基本磁场起源于地球内部。 自激发电机假说认为，基本磁场起源于地球内部的外 地核液态圈层（铁、镍组成） 。
地球内部圈层结构的划分及特征
地球内部圈层结构的划分及特征大家好，今天我要给大家讲解一个非常有趣的话题，那就是地球内部圈层结构的划分及特征。
地球是我们生活的家园，它的内部结构非常复杂，由多个圈层组成。
这些圈层各有特点，相互之间又有联系。
下面我将从三个方面来给大家详细介绍地球内部圈层结构。
我们来看一下地球内部圈层的划分。
根据地震波在地球内部传播的速度和路径，科学家将地球内部分为三个主要圈层：地壳、地幔和地核。
地壳是地球最外层的硬壳，它主要由岩石组成，厚度约为5-70公里。
地幔是地壳下面的一层，厚度约为2900公里，主要由硅酸盐矿物组成。
地幔下面是地核，分为外核和内核，它们都是由铁和镍等金属组成。
接下来，我们来了解一下每个圈层的特点。
地壳是地球最薄的一层，但它对我们的生活影响最大。
地壳上的山脉、河流、湖泊等地貌都是由于地壳的运动而形成的。
地壳中的矿产资源丰富，对人类的经济发展有着重要意义。
地幔是地球最大的一层，占据了地球体积的84%。
地幔中的热量来源于地球内部的高温和高压，这使得地幔中的温度和压力都非常高。
地幔中的地震活动也非常频繁，对人类的生活和经济发展造成了一定的影响。
地核是地球最内部的一层，由铁和镍组成的巨大球体。
地核的温度高达5000摄氏度，压力更是高达3600万大气压。
地核的磁场对地球的大气层产生了保护作用，使地球上的生命得以生存。
我们来谈谈地球内部圈层之间的关系。
地壳、地幔和地核之间存在着明显的界面。
其中最明显的是莫霍界面，它位于地壳和地幔的交界处，厚度约为33公里。
莫霍界面的存在使得地壳和地幔可以相互渗透。
地幔还有一个名为古登堡界面的接口，它位于地幔的上部，厚度约为2900公里。
古登堡界面的存在使得地幔可以分为两个部分：上地幔和下地幔。
上地幔主要由硅酸盐矿物组成，而下地幔则主要由铁和镍等金属组成。
地球内部圈层的划分及特征是一个非常有趣的话题。
通过对地球内部圈层的了解，我们可以更好地认识我们的家园，同时也可以为人类的科学研究和经济发展提供有益的参考。
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地球的主要物理性质 和圈层划分方案
地球的主要物理性质和圈层划分方案
主要内容
地球的主要物理性质：
密度，重力，磁场
地球内部圈层的划分方案 地球内外圈层的耦合。
地球的主要物理性质和圈层划分方案
学习要点
1. 物理性质和圈层结构是互为因果的； 它们对 地球的运动和演化有决定性的制约作用
2. 研究物理性质的历史中产生过许多优美的科学 传奇，从中可以领略到地质学家是如何巧妙地 揭开地球内部奥秘的
1 5 1 0
密度（和物质）的不连续； 由地表到地心，密度依次递增； 由横波不能通过外核，推断出外核
5 2 0 0 0 4 0 0 0 6 0 0 0 k m 内 核
外 核 地 幔
是液态的。
地 壳
图 3 — 2 一 种 地 球 内 部 物 质 密 度 变 化 的 推 断 模 型
地球的主要物理性质和圈层划分方案
地下的重力分布： G地下=fmM/r2 G地下： 大小看M，r2 谁占主导
地心的重力计算：
v4r3 /3; M /v G 地 心 4 r/f3 .
G地心＝０
地球的主要物理性质和圈层划分方案
重力均衡模式
重力均衡原理： 单位截面上的任一垂直柱体中的岩石总质量为常数．且
该柱体以一个特殊的补偿面为基底，补偿面以下的物质处 于均质状态．
如天何求文得学地：球弧半A径B呢对—应—的几圆何心学角常识正+是天A文B学两测点量对应的天顶角
A
B
地球的主要物理性质和圈层划分方案
求地球的引力常数
——附加引力法
物质分布的不均匀和导致垂吊的小球向附加引力场方向偏移。通 过偏移角计算减去均匀球体的背景值，就可推导出引力常数
地球的主要物理性质和圈层划分方案
地球的主要物理性质和圈层划分方案
§1.地球的密度与弹性
地球的质量有多大？
若一头大象的质量以平均3t计, 则地球的质量
M=5.9472×1024t=1.984×1024 t 约等于2万亿兆头大象
地球的主要物理性质和圈层划分方案
地球的质量及其计算
密度=质量÷体积
质量=体积×密度
牛几顿定何律学：：F=mg一; 段G=圆fm弧M/的r2长度与其对M应=g的r2/圆f 心角成比例
地球的弹—塑—粘性
弹性——变形与受力成正比； 塑性——外力消失后部分变形不能恢复 粘性——外力消失后变形还可能继续 同一物体在不同的受力—变形条件下，
可以分别表现出不同的物性。
地球的主要物理性质和圈层划分方案
C
B
A
地球
月球
月球引力
D
月地系统离心力
引潮力（合力）
地球的主要物理性质和圈层划分方案
海洋潮汐：日—月引力的结果 固体潮： 同样的原因作用于固体地球的结果 岩石褶皱：地壳的塑性变形表现 地球的弹—塑性及其转动趋势：月—地靠拢 地球的粘性：斯堪底那维亚冰后期的抬升
课堂作业－考考你！
阿基米德：给我一个支点，我可以把地球撬起 来。
问题1：根据我们知道的地球质量，如果受力臂长1cm且他可以 使出200千克力，求他需要多长的施力臂才能办到？
问题2：如果受力臂长1cm ，他需要把作用于施力臂顶端的用 力点推动多少距离，才能把地球抬起来1mm?
问题3：如果他每小时可以走100km，按以上条件把地球推动 1mm，他需要多长时间才能完成？
地球的主要物理性质和圈层划分方案
课堂作业参考图
问题1 L1＝?
地球的主要物理性质和圈层划分方案
问题2 L2＝?
问题3 t＝?
根据体积和引力常数，计算出地球的平均密度为
5.516g/cm3
但实际测量却发现，地表常见沉积岩的平均密度只有
2.60g/cm3
地表出露的花岗岩的密度为
2.85 g/cm3
结论：地球内部的物质密度大于地表；并且地球 物质的密度分布在整体上是不均匀的
地球的主要物理性质和圈层划分方案
地球内部密度的确定——地震波
原理——地震波通过不同密度介质时的波速不同，在越过两种 不同介质时还会发生折射现象和折射波不能到达的阴影区
A
阴影区
B N
地球的主要物理性质和圈层划分方案
地球密度的经验公式
h /10.0 =0.27Vp+1.07
g / c m 3
地内密度测量有三处突变，反映了
地球的主要物理性质和圈层划分方案
地球的振荡与摆动
N=1, 均匀膨胀； N=2, 南北膨胀； N=3, 东西膨胀；
地球的主要物理性质和圈层划分方案
地球的振荡与摆动
n=0 n=1
n=1 n=2
涨
缩
振
荡
n=2
扭
转
振
n=3
荡
地球的主要物理性质和圈层划分方案
钱得勒摆动
除膨胀式振荡外，地球还有扭 转振荡、钱得勒摆动等运动
地球的主要物理性质和圈层划分方案
密度补偿模式 VS 深部补偿模式
岩石柱密度不同， 补偿面高程相同， 没有对称面，
岩石柱密度相同 补偿面高程不同 有对称面
实际补偿方式=密度补偿（37%）+深部补偿（63%）
地球的主要物理性质和圈层划分方案
重力异常
将地球视作一个圆滑的均匀球体，计算得出的重力值称 作理论重力值。
钱德勒晃动源于地球自转轴与最大惯量轴 之间的微小偏离。在自转中地球的总角动 量守恒，但因为物质分布和密度不均等因 素的影响，地球同时也在晃动。这使得转 动轴围绕最大惯量轴在地面上画圆。由于 地球自转轴在绝对方向上几乎是固定的， 所以晃动呈现出周期性的变化，其周期约 430—435天（1.18年左右），平均（均方 根）变幅为0.14秒（约6.8×10-7弧度）。 钱德勒晃动的激发机制被认为是一种综合 作用，部分是固体地球与大气相互作用的 结果，部分则有可能与大地震引起的壳幔 物质重新分布相关
地 心
b .
图 3 —有； F 重— 引 力力 的； P 约— 离 1/心 3力 0； 0，R — 故地 球 在半 一径 ； 般情况下， 多以重力r— 近纬 似圆 半 代径 替引力
地球的主要物理性质和圈层划分方案
地球的重力分布
地表的重力分布: G地表=fmM/r2 G地表： 离地心越远越小
地球的主要物理性质和圈层划分方案
§2.地球的重力场
地球的重力在不同地区，不同深度的部位都不相同； 在地球内部，不同深度部位上的重力会受到不同因素的 综合影响； 在地心处，计算重力的公式与其它部位的计算有所不同
地球的主要物理性质和圈层划分方案
地球的重力构成
地 壳 r P地 幔 RF
G 地 核
a .
地球的主要物理性质和圈层划分方案
主要内容
地球的主要物理性质：
密度，重力，磁场
地球内部圈层的划分方案 地球内外圈层的耦合。
地球的主要物理性质和圈层划分方案
学习要点
1. 物理性质和圈层结构是互为因果的； 它们对 地球的运动和演化有决定性的制约作用
2. 研究物理性质的历史中产生过许多优美的科学 传奇，从中可以领略到地质学家是如何巧妙地 揭开地球内部奥秘的
1 5 1 0
密度（和物质）的不连续； 由地表到地心，密度依次递增； 由横波不能通过外核，推断出外核
5 2 0 0 0 4 0 0 0 6 0 0 0 k m 内 核
外 核 地 幔
是液态的。
地 壳
图 3 — 2 一 种 地 球 内 部 物 质 密 度 变 化 的 推 断 模 型
地球的主要物理性质和圈层划分方案
地下的重力分布： G地下=fmM/r2 G地下： 大小看M，r2 谁占主导
地心的重力计算：
v4r3 /3; M /v G 地 心 4 r/f3 .
G地心＝０
地球的主要物理性质和圈层划分方案
重力均衡模式
重力均衡原理： 单位截面上的任一垂直柱体中的岩石总质量为常数．且
该柱体以一个特殊的补偿面为基底，补偿面以下的物质处 于均质状态．
如天何求文得学地：球弧半A径B呢对—应—的几圆何心学角常识正+是天A文B学两测点量对应的天顶角
A
B
地球的主要物理性质和圈层划分方案
求地球的引力常数
——附加引力法
物质分布的不均匀和导致垂吊的小球向附加引力场方向偏移。通 过偏移角计算减去均匀球体的背景值，就可推导出引力常数
地球的主要物理性质和圈层划分方案
地球的主要物理性质和圈层划分方案
§1.地球的密度与弹性
地球的质量有多大？
若一头大象的质量以平均3t计, 则地球的质量
M=5.9472×1024t=1.984×1024 t 约等于2万亿兆头大象
地球的主要物理性质和圈层划分方案
地球的质量及其计算
密度=质量÷体积
质量=体积×密度
牛几顿定何律学：：F=mg一; 段G=圆fm弧M/的r2长度与其对M应=g的r2/圆f 心角成比例
地球的弹—塑—粘性
弹性——变形与受力成正比； 塑性——外力消失后部分变形不能恢复 粘性——外力消失后变形还可能继续 同一物体在不同的受力—变形条件下，
可以分别表现出不同的物性。
地球的主要物理性质和圈层划分方案
C
B
A
地球
月球
月球引力
D
月地系统离心力
引潮力（合力）
地球的主要物理性质和圈层划分方案
海洋潮汐：日—月引力的结果 固体潮： 同样的原因作用于固体地球的结果 岩石褶皱：地壳的塑性变形表现 地球的弹—塑性及其转动趋势：月—地靠拢 地球的粘性：斯堪底那维亚冰后期的抬升
课堂作业－考考你！
阿基米德：给我一个支点，我可以把地球撬起 来。
问题1：根据我们知道的地球质量，如果受力臂长1cm且他可以 使出200千克力，求他需要多长的施力臂才能办到？
问题2：如果受力臂长1cm ，他需要把作用于施力臂顶端的用 力点推动多少距离，才能把地球抬起来1mm?
问题3：如果他每小时可以走100km，按以上条件把地球推动 1mm，他需要多长时间才能完成？
地球的主要物理性质和圈层划分方案
课堂作业参考图
问题1 L1＝?
地球的主要物理性质和圈层划分方案
问题2 L2＝?
问题3 t＝?
根据体积和引力常数，计算出地球的平均密度为
5.516g/cm3
但实际测量却发现，地表常见沉积岩的平均密度只有
2.60g/cm3
地表出露的花岗岩的密度为
2.85 g/cm3
结论：地球内部的物质密度大于地表；并且地球 物质的密度分布在整体上是不均匀的
地球的主要物理性质和圈层划分方案
地球内部密度的确定——地震波
原理——地震波通过不同密度介质时的波速不同，在越过两种 不同介质时还会发生折射现象和折射波不能到达的阴影区
A
阴影区
B N
地球的主要物理性质和圈层划分方案
地球密度的经验公式
h /10.0 =0.27Vp+1.07
g / c m 3
地内密度测量有三处突变，反映了
地球的主要物理性质和圈层划分方案
地球的振荡与摆动
N=1, 均匀膨胀； N=2, 南北膨胀； N=3, 东西膨胀；
地球的主要物理性质和圈层划分方案
地球的振荡与摆动
n=0 n=1
n=1 n=2
涨
缩
振
荡
n=2
扭
转
振
n=3
荡
地球的主要物理性质和圈层划分方案
钱得勒摆动
除膨胀式振荡外，地球还有扭 转振荡、钱得勒摆动等运动
地球的主要物理性质和圈层划分方案
密度补偿模式 VS 深部补偿模式
岩石柱密度不同， 补偿面高程相同， 没有对称面，
岩石柱密度相同 补偿面高程不同 有对称面
实际补偿方式=密度补偿（37%）+深部补偿（63%）
地球的主要物理性质和圈层划分方案
重力异常
将地球视作一个圆滑的均匀球体，计算得出的重力值称 作理论重力值。
钱德勒晃动源于地球自转轴与最大惯量轴 之间的微小偏离。在自转中地球的总角动 量守恒，但因为物质分布和密度不均等因 素的影响，地球同时也在晃动。这使得转 动轴围绕最大惯量轴在地面上画圆。由于 地球自转轴在绝对方向上几乎是固定的， 所以晃动呈现出周期性的变化，其周期约 430—435天（1.18年左右），平均（均方 根）变幅为0.14秒（约6.8×10-7弧度）。 钱德勒晃动的激发机制被认为是一种综合 作用，部分是固体地球与大气相互作用的 结果，部分则有可能与大地震引起的壳幔 物质重新分布相关
地 心
b .
图 3 —有； F 重— 引 力力 的； P 约— 离 1/心 3力 0； 0，R — 故地 球 在半 一径 ； 般情况下， 多以重力r— 近纬 似圆 半 代径 替引力
地球的主要物理性质和圈层划分方案
地球的重力分布
地表的重力分布: G地表=fmM/r2 G地表： 离地心越远越小
地球的主要物理性质和圈层划分方案
§2.地球的重力场
地球的重力在不同地区，不同深度的部位都不相同； 在地球内部，不同深度部位上的重力会受到不同因素的 综合影响； 在地心处，计算重力的公式与其它部位的计算有所不同
地球的主要物理性质和圈层划分方案
地球的重力构成
地 壳 r P地 幔 RF
G 地 核
a .