第四章 地球的内部圈层

低速层的上下并没有明显的界面，地震 波速表现为渐变的特征．低速层后来就 被命名为软流圈。软流圈以上、岩石强 度较大的部分（包括地壳和上地幔顶部） 称为岩石圈。
地球内部结构与地震波速的变化
三、内部圈层的主要特性
地球内部的主要物理性质包括： 密度、压力、温度、磁性、重力及 弹塑性等。
1、密 度
纵波(P波)纵波的速度快总是领先。 横波（ S波）横波滞后。 P波与S波都在物体内部传播的，又叫体波。 还有一种地震波只在地球表面传播，称为 表面波，它对固体地球表面的破坏作用最强
透视地球内部靠的是P波与S波。 在同一介质中，纵波的速度快， 总是领先，横波滞后。 地震波的传播速度与介质的密 度和弹性性质有关。
2、地球内部的压力
指在不同深度处单位面积上的静岩压力 （其实应该叫压强）。
来自其周围各个方向（三维空间）的压力 大致相等，即地球内部压力基本上保持平衡； 其数值与该处上覆岩石的总重量相等，称为 静岩压力。
P＝ｈ·ρ·ｇ P：静岩压力 ｈ：深度 ρ：密度 ｇ：重力加速度
地球内部压力随深度加大而增高
4、磁场
地球周围存在着磁场－地磁场
地磁场三要素:
磁感应强度 磁偏角 磁倾角
磁感应强度
为某地点的磁力大小的绝对值， （磁场强度）
是一个具有方向（磁力线方向） 和大小的矢量
一般在磁两极附近磁感应强度大 （约为60mT（微特拉斯））；在 磁赤道附近最小（约为30 mT ）
常温层以下，受到地球内部热量的影响，温 度逐渐升高。一般把在常温层以下，每向下 加深100ｍ所升高的温度称为地热增温率或地 温梯度。
这是由于地球内部热量通过向上热传导而造 成的。
世界上不同地区，地温梯度都不相同，地球 表层的平均地温梯度为３℃．海底的地温梯 度一般为４－８℃，大陆为0.9－５℃．大陆 的地温梯度一般来说是显著低于海底的．
3、温 度
地球的温度总体上是从地表向地内逐渐增高的。 在地表附近，由于太阳幅射热的影响，温度有昼 夜变化、季节变化和多年周期的变化．这一表层 可叫外热层（或变温层）。外热层的深度一般在 十几米，最多不超过几十米 在其下界面附近，地温常年保持不变，等于或略 高于当地年平均气温，该处称为常温层。
地热增温率
古登堡面
1914年由美籍德裔学者古登堡（B. Gutenberg, 1889 - 1960）发现的．
在此不连续面上下，纵波速度由 13.6 km/s降低为7.98 km/s；横波速度从7.23 km/s到突然消失．
界面位于地下2885 km深度。界面之下到地
心，称为地核 。
层，其深度一般在地表 之下60 km－250 km之间。在低速 层内，地震波速反而比上部减少５－ １０％左右。这表明此处岩石强度较 低，可能局部熔融。
up=[(k+4/3m)/r]1/2 us=(m /r)1/2
k:介质的体变模量
m :q切变模量
r ：介质密度
S波只能在固态物质中传播。如果记 录表明地球的某个部位S波不能通过， 说明这里的物质不是固体。
P波传播时只引起物质疏密的变化， 不要求物质具有固定的内部结构， 因此在气、液或固态物质中都可以 传播。
如果用上述地表附近的地温梯度来推 算地球深部的温度,则地壳底部将为 900℃,核幔边界将达86,000℃,到地心 将高达192,100℃。
根据高温、高压实验成果与地震波传播特 点，目前，地球内部温度比较公认的推 算结果为： 在莫霍面附近地温约为400～900℃ 在岩石圈底面约在1100℃左右 地幔内的温度大致在1000～3500℃之间 地核的温度在4000～5000℃之间。
由震源所发出的P波与S波都应该沿着直线 传播，传播速度也应该基本稳定。
当地震波在从一种介质进入另一种介质时， 会出现折射或反射的现象。
如果地震波的传播是沿着弯曲的路径时， 则表示沿途介质的性质在发生逐渐的改变。
地震波在地球内部的传播，既是沿着 曲线的路径，又有突变的现象。
二、 内部圈层的划分
根据地震波传播速度的突然变化， 先后发现地球内部存在着七个显 著的地震波速不连续界面。 其中最主要的不连续界面有两个，
根据万有引力公式，计算出地球的质量为 5.974×10 21 t（ 约六十万亿亿吨），再用 地球的体积来除，就可得到地球的平均密度 为5.516g／cm3。 地表岩石平均密度仅为2.7～2.8 g/cm3。 可以肯定地球内部物质的密度一定大于地球 的平均密度。
密度变化
根据地震波速向下变大的资料，计算固体地 球的密度为： 地表岩石一般密度为2.6-2.7g/cm３， 在地壳下部为2.9 g/cm３， 在莫霍面以下密度突然变大到3.32g/cm３； 地幔密度可由3.32 g/cm３逐渐增大到与地 球平均密度相当的5.56 g/cm３； 在古登堡面之下，密度剧增至9.98 g/cm３， 在地心则可达12.51g/cm３。
地壳的平均密度约2.75 g/cm３，深度每增加 １km，压力增加27.5 MPa
（1 MPa＝1兆帕斯卡＝１０６N / m２） 深部随着岩石密度的加大，静岩压力增加得更 快。静岩压力在莫霍面附近约1200 MPa， 古登堡面附近约135,200 MPa，地心处可达 361,700 MPa，相当于360万个大气压力。
莫霍洛维奇面和古登堡面
莫霍洛维奇面（简称莫霍面）
最先由克罗地亚学者莫霍洛维奇(A. Mohoroviche, 1857 - 1936) 于1909年发现 在莫霍面上下，纵波速度从7.0 km/s增加到 8.1 km/s左右；横波速度则从4.2 km/s增加 到4.4km/s左右． 莫霍面出现的深度，全球平均为33 km, 在大 洋之下平均为7km。 人们就把莫霍面之上的部分称为地壳
重点掌握
地球内部的圈层划分 莫霍面和古登堡面 软流圈与岩石圈 圈层内部的物理性质及其变化 静岩压力 地热增温率 地磁场的三要素 地磁场的组成 重力异常与布格重力异常 重力均衡 地壳的结构特征
第四章 地球的内部圈层
一、透视地球的内部
1849年英国科学家斯托克斯(G.H.Stokes) 证实地震时产生出两种弹性波