第一章地球

第一章地球

目的要求

讲授宇宙、银河系及太阳系基本内容。要求学生了解地球在宇宙、银河系以及太阳系中所处的位置及形成过程，了解地球的形态。通过地球内部主要物理性质的特征差别，说明地球具圈层构造。要求学生掌握地壳、地幔和地核三个一级圈层和莫霍面、古登堡面两个一级界面以及各圈层物质组成的差异。

课时：4学时

授课内容

一、宇宙和太阳系

二、地球的物理性

(一)地球的形状和大小密度

(二)地球重力

(三)地球密度和压力

(四)地球温度

(五)地球磁性

(六)地球弹塑性

三、地球的结构

(一)地球内部圈层的划分

(二)内圈的物质组成

1地壳

2地幔

3地核

(三) 地球的外圈

1大气圈

2生物圈

3水圈

重点

1、地球的物理性质

2、三个一级圈层和两个一级界面。

3、对流层与平流层

难点

1、地幔、地核物质组成看不见、摸不着，学生很难理解（用橄榄岩标本和陨石成分说明）。

2、地转偏向力（用示意图及举例启发学生掌握）。

教学方法

利用多媒体以课堂讲授为主，结合课堂讨论。

自学、启发式提问并归纳讲授重点或要点。

讲授重点内容提要

一、宇宙（university）和太阳系（solar system）

古人称“四方上下曰宇，古往今来曰宙”。宇宙是无限、永恒、不断运动变化的客观物质世界。“宇”是空间的概念，是无边无际的；“宙”是时间的概念，是无始无终的。

(一)、宇宙中的天体和物质

1、恒星（star）

恒星是由炽热气体组成的、自身能够发光的球形或类似球形的天体。其主要特征是：宇宙中最重要的天体，集中了宇宙中相当大的能量；构成恒星的主要气体为氢、其次为氦，其他元素很少；拥有巨大质量是恒星能发光的基本原因；体积相差悬殊，小则直径1000km，大者为太阳的2000倍；平均密度相差悬殊；距离地球都非常遥远，最近的半人马座a星4.3 l·y；恒星不恒，一直在运动。

2、星际物质

弥漫于星际空间内极其稀薄的物质，包括星际气体和星际尘埃。

3、星际云

星际物质的密集形式。

4、星云（nebula）

星际物质更加庞大和更加密集的形式。

5、天体系统（sphere systems）

宇宙中物质是运动的，并有一定的系统和规律，相互吸引和旋转，该系统叫天体系统。

(二)、宇宙的起源20世纪初，天文学家斯里弗尔（V.M.Slipher）发现星系以每秒数十万米高速退行；1929年，哈勃（E.P.Hubble）观测到河外星系退行资料，离我们愈远退得愈快；1916年，爱因斯坦（A.Einstien）提出广义相对论，演绎出宇宙在膨胀的理论；天文学家继续观测证明，宇宙在膨胀；宇宙为何膨胀？宇宙大爆炸的产物；多种事实证明，大爆炸的发生，距离今约150亿年。

(三)、太阳系（solar system）

1、太阳系的主要特征

太阳是其中唯一的一颗恒星，占太阳系99.87%，发出强光和热；围绕太阳旋转的是9大行星，小行星带及卫星、陨星和彗星等；太阳系天体以太阳为中心作高速旋转，自转和公转方向相同；行星分布及运转几乎都在一个共同平面内，该平面叫赤道面。

2、太阳系的起源

康德—拉普拉斯星云假说。1775年，哲学家康德（I.kant）认为，在万有引力作用下，原始弥漫物质逐渐分别凝聚，形成了太阳系内的各天体；1796年，法国科学院院士拉普拉斯（place）从数学和力学角度进行了阐述：太阳系本是一团旋转的炽热气体，由于冷却收缩，越转越快，离心力加大，变得扁如圆盘；当外缘离心力大于引力时，一部分物质被抛出，成为圆环；抛出物分离，凝结成行星；行星周围的卫星也有类似形成过程；星云中心成为太阳。

(四)、地球的诞生

拉斯设想太阳系是炽热气体冷凝而成，星云物质冷却收缩的过程就是地球形

成过程。天文探测和地质研究结果不支持这种假设，认为形成太阳系的星云不是热的，而是冷的气体和尘埃。

目前较为一致的看法：冷星云里微粒互相吸引形成星子；星子互相吸引，大吃小，不断吸积，逐渐增大，形成尘埃集合体；温度高，轻者（气体）跑掉，重者（尘埃）以固体为主，留在地球表面，受万有引力作用向中心聚积，体积缩小，物质密度越来越大；收缩并非无限，由于惯性离心力作用达到平衡；尘埃向中心集中，体积收缩，压力加大，会放出热，放射性元素蜕变和陨石撞击会放出热，因此，局部或一个时期的地球是高温熔融状态，（尤其在太古宙，46Ma）；缩停止，热者上升，又发生膨胀，轻者上升，重者下沉，形成了地核、地幔、地壳和水圈、大气圈等内部、外部圈层构造。总之，行星地球是宇宙中的尘埃在引力的作用下逐渐形成的。

二、地球的物理性质

（一）地球的形状与大小

我们通常说的地球形状指大地水准面所圈闭的形状。

大地水准面—由平均海平面所构成并延伸通过陆地的封闭曲面。地球的真实形状略呈梨形，南极向内下凹30m，北极向上凸出约10 m。国际大地测量与地球物理联合会（1975）公布地球大小主要数据(见课本P3)。

(二) 地球的重力（gravity）

地球吸引力和离心力的合力。具有随纬度增高而增加的规律。在地球内部随深度的增加而缓慢增大，在2891km深处达到最大，在2891km以下急剧减小，到达地心为零。

(三)密度（density）和压力（compressive stress）

密度=质量/体积；0km处密度约2.6g/cm3；＜33km处密度约2.9g/cm3；＞33km 处密度约3.32g/cm3；＜2885km处密度约5.56g/cm3；＞2885km处密度约

9.98g/cm3；内核处为12.51 g/cm3；总体规律是：从地表到地心，密度逐渐增大，在33km、2885km以及其他深度，密度突然增高。

压力（compressive stress）

多指静岩压力，即压强（intensity of pressure）随深度增加压力不断增加；33km处为1200Mpa，2885处为135200Mpa，地心处可达361700Mpa。

(四) 温度（temperature）

变温层（外热层）—地表受太阳影响，温度一年四季，白天黑夜呈周期变化的表层。

常温层—外热层之下，地温常年保持不变的地方。

内热层—常温层以下，温度随深度的增加增大。地热增温率或地温梯度（geothermal gradient），每向下加深100m所升高的温度，平均3℃。地热增温级—温度每增加1℃所增加的深度，是地温梯度的倒数。33km处约400—1100℃，2885km处为3700℃，地核高达4500℃。

(五) 磁性（magnetic field）

地球周围存在着磁场，称为地磁场（geomagnetic field）。

地磁要素（geomagmetic ）

磁偏角—磁场强度矢量的水平投影与正北方向的夹角，即磁子午线与地理子午线之间的夹角。

磁倾角—磁场强度矢量与水平面的交角。