地质学基础-地球概况

（三）地核 古登堡面以下直至地心的部分称地核，半径为3480km的球体， 平均密度为10.83g/cm3； 一般认为物质成分主要为铁； 划分为外核、过渡层、内核。
（四）岩石圈
地壳与上地幔的顶部（软流圈以上部分），都是由固态岩石
组成的，因而称岩石圈；
平均厚80km，大陆区厚60－150km，大洋区厚30－90km； 平均密度为3.25g/cm3；体积分数为3.72％，质量分数为2.19％。
二．地球的重力
地球上某处的重力是该处所受地 心引力与地球自转离心力（垂直 地面分力）的合力。 地球表面的重力随纬度值的增大 而增大（赤道 978.0318cm/s2， 两极 983.2177cm/s2，g随海拔高 度的增高而减小）。
由于地面起伏和地球物质密度不均匀以及结构差异 等原因使实测重力值与理论值不符，这种现象称为重 力异常（正、负异常）。
第一章 地球概况
本章共分四个部分: 1、地球的形状和大小 2、地球的外部圈层结构 3、固体地球的主要物理性质 4、地球内部的圈层结构
第一节 地球的形状和大小
一．地球极近似旋转椭球体 （自转所致，表明地球具有弹性） 二．地球不是严格的旋转椭球体 （内部物质分布不均匀） 三．地球形状的主要参数 赤道半径a 6378.140km 两极半径c 6356.755km 平均半径R 6371.004km 扁率（a-c）/a 1/298.253 表面积 510064472km2 体积 10832×108km3
生物的作用：产生氧气，促进化学循环。
第三节 固体地球的主要物理性质
地球的质量和密度 地球的重力 地球的压力 地球的磁性 地球内部的温度 地球的弹性和塑性
一．地球的质量和密度
根据牛顿万有引力定律计 算 出 地 球 的 质 量 为 5.9472×1024kg ， 地 球 的 平均密度为5.516g/cm3。 砂、页、灰岩平均密度为 2.6g/cm3, 花 岗 岩 密 度 为 2.67g/cm3,玄武岩密度为 2.85g/cm3 ， 因 而 推 论 ， 地球内部大部分物质密度 应大于平均密度。 地球的密度随深度增加而 增大，且是不均匀的。
根据地幔上部与下部物质成分和温度、压力的差异性，和670km 深处的地震波速显著间断面分为上、下地幔。
上地幔
盖层
深度为20-80km，密度3.37g/cm3,物质成分推测为橄榄岩,
为固态；
低速层
深度80-220km，顶面在大陆区较深，大洋区较浅 ，底 界的差异不大；密度3.36g/cm3，全球普遍存在、 厚度不很均一的波速减低层。横波局部地区不能通过, 表明低速层部分物质可能呈熔融态,因而又称软流层 （或软流圈）；
二．水圈
地球表面四分之三以上的面积被海洋、冰层、湖泊、沼泽、河流 中的水体覆盖。地面以下的土壤和岩石缝隙中也充填有大量的地 下水，它们共同构成一个连续而不规则的圈层，称为水圈。
水圈中的水，主要在太阳热能和重力的作用下不其生命活动的地带所构成的连续圈层。 地球上生命物质出现在3500Ma。 在南非距今3200Ma的层状岩石中发现了原核生物化石。 自1000Ma以来植物和动物蓬勃发展。
地球物理依据
主要是地震波速的变化 地震波是弹性波，分为体波、面 波和自由振动等类型。 体波有纵波（P）和横波（S）之 分；
纵波（Vp）可在固态、液态和气态的介质中传播； 横波（Vs）只能在固态介质中传播； Vp2=(k+4/3μ)/ρ Vs2=μ/ρ K为体变模量（围压）；μ为切变模量（定向压力）
大西洋深海平原地震断面图
（二）地 幔
古登堡面（2891km），美国地震学家古登堡于1912年发现，S波 终止，P波急剧减低。 莫霍面以下至古登堡面的圈层称为地幔。 地幔的厚度约2870km，物质密度由顶层的3.31g/cm3增至
5.55g/cm3,平均约4.5g/cm3,质量约4.03×1024kg。
陆壳、洋壳结构示意剖面图
陆壳、洋壳结构示意剖面图
上地壳（厚约15km）平均密度约2.7g/cm3，由沉积岩、变质 岩和岩浆岩组成，一般称硅铝层或花岗质岩壳； 下地壳（厚约18km）平均密度约2.9g/cm3，一般称硅镁层或 玄武质岩壳； 大洋区平均7km，且较为均匀，普遍堆积有0.5km厚的沉积层， 向下为5-8km的硅镁层（密度2.9g/cm3）。
热能的来源：1、放射性元素的衰变 2、重力 3、地球自转 4、化学反应 六．地球的弹性和塑性 弹性现象：地震波的传播；固体潮 塑性现象：岩层的褶皱变形等。
第四节 地球的内部圈层结构
一．地球内部圈层划分的依据 （1）宇宙地质依据 宇宙物质具有内在的统一性，宇宙天 体物质成分可作为推断地球内部物质成分的参考依据（例如 陨石）； （2）地质学依据 研究喷出岩物质成分和形成的温压条件 可帮助人类认识地下的物质状态及环境。 超基性岩常来自地球深部（例如含金刚石的金伯利岩，金 刚石生成温度为1100-2200℃、 压力为5万个大气压，相当 150km深度）。 （3）地球物理依据 主要是地震波速的变化。
地震波速的大小与介质的密度和弹性有关。 Vp2=(k+4/3μ)/ρ； Vs2=μ/ρ
K为体变模量（围压）；μ为切变模量（定向压力）
二．地球内部圈层的特征 （一）地壳 莫霍面（大陆33km、洋底5-8km）莫霍面是地震波速显著 增加的不连续面（南斯拉夫莫霍诺维奇,1909）。
莫霍面以上的由固体岩石组成的地球最外部圈层称为地壳。 地壳平均厚度约18km，平均密度2.8g/cm3，质量约 2.35×1022kg。 地壳厚度变化大，大陆区20-80km，平均33km，又分为上地 壳和下地壳（以康拉德面为界，深约15km）。
均匀层
深度220-400km。波速传播均匀,表明物质成分变
化不大；
过渡层
深度400-670km，密度3.73-3.99g/cm3；
下地幔 深度670-2891km,厚度2221km,平均密度5.1g/cm3。据实验岩 石学分析，由呈紧密堆积结构的氧化矿物，如MgO、FeO和SiO2组 成。
三．地球的压力
地球内部某处的压力是指由上覆地球物质的重量所产生的静压力。 静压力的大小与所处的深度、上覆物质的平均密度及重力加速度 成正相关。
四．地球的磁性
固体地球类似于磁化的球 体，磁力线特征类似于偶 极场的特征。 地磁轴与地球自转轴并不 重合，二者约成11.5°的 交角； 地磁极的位置是不固定的， 它逐年变化的。
磁场特征要素：
磁场强度（F）、磁偏角（D）、磁倾角（I）。 地磁异常 是叠加在地球基本磁场之上，由地壳内的岩石矿物及地 质体的磁性差异引起的磁场，或实际测量值与理论值不符。 磁铁矿为正异常：金、铜、石油为负异常。
五．地球内部的温度
自地面向地下深处，地热增温现象是不均匀的： 1．变温层（外热层）0-20m 地温主要受太阳光辐射热的 影响，温度随季节、昼夜的变化而变化，故称变温层。 2．常温层 20-40m 地温与当地年平均温度大致相当，且 常年保持不变，其深度大致为20-40m。 3．增温层 >40m 常温层之下，地温随深度增大而逐渐增加。 深度每增加100m所升高的温度，称地温梯度。 大陆每30米温度升高1度 海洋每15米温度升高1度
第二节 地球的外部圈层结构
大气圈、水圈、生物圈
气圈
生 物 圈 岩石圈
水 圈
一．大气圈
大气圈是由包围着固体地球的大气层构成，总质量约 5.136×1015t，3/4集中到地面以上10km范围内。 主要物质成分以氮（75.5%）和氧（23.1%）为主，其次有氩 （1.28%），二氧化碳（0.05%）。 根据大气温度、密度等物理特征，一般把大气圈自下而上分为 对流层、平流层、中间层、电离层和扩散层。