自然地理学-第一章 第五节 地球的圈层

三、生物圈 是指地球生物及其分布范围所构成的一 个及其特殊又及其重要的圈层。在地理环 境中，生物圈并不独占任何空间，而是分 别渗透于水圈，大气圈下层和地壳即岩石 圈表层。
地球内外圈层分布特征总结
在高空和地球内部，各圈层基本上是上下 平行分布的，但在地球表面附近，各圈层 却是相互渗透相互重叠的。
壳
60
地 上 地 幔 B 250 C 幔 下 地 幔 400 3．32—5.7 固态 塑性软流圈
D E
F G
2898
４７７１ ５１５０
地
外核
过渡层
液态
9.7-13（16） 固态
核 内核
6 3７1
地球内部结构与地震波速的变化
莫霍洛维奇界面（简称莫霍面）
1909年克罗地亚学者莫霍洛维奇(A. Mohoroviche） 发现 • 在莫霍面上下，纵波速度从7.0 km/s迅速 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 大洋之下平均仅为7km。 • 莫霍面之上称为地壳;之下称为地幔
（3）中间层
高度：从平流层顶到80－90km
气温：从下向上是降温的，到中间层的顶温度降 到 - 800C 大气运动：对流运动 存在电离层（D），反射无线电波
（4） 暖层（电离层,热层）
高度：从中间层顶到800km。
气温：由下至上升温，到300km高空温度达10000C。
存在多层的电离层（E、F、G） （5） 散 逸 层(外大气层) 高度：从暖层顶到外层空间。 物质多以原子、离子状态存在。
从地表到地心
应用地震波探测 地球内部结构
地球内部圈层的划分
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 7 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2个，称一级界面，
分别为： 莫霍面 和古登堡面
名 称 地
须 完 善
圈层代号 A
底界深度 Kｍ 33
密度 2.6-3.0
物态 固态岩石 (岩石圈)
第五节
地球的圈层构造
一
地球的圈层分化
二 地球的内部圈层
地球内部的透视
肉眼观察
人类对自然界的观察
ห้องสมุดไป่ตู้
借助仪器观察 借助其他手段推断
1849年英国科学家斯托克斯(G.H.Stokes)证实地震时产生 两种弹性波，由地内向外释放能量。
透视地球内部靠的是地震波，它们是迄今 为止、仅有的能穿越地球内部的旅行者。
三
地球的外部构造
地球的外部圈层： 一、大气圈 二、水圈 三、生物圈
一、大气圈
( 一 ) 大气圈和大气环流
1. 范围及分层 2 . 物质组成 3 . 大气环流
( 一 ) 大气圈和大气环流
大气圈和大气环流
1、 大气圈的范围及分层
范围: 0 --- 1000公里 分层的主要依据
(1) 物质组成 (2) 大气温度变化
（二）地幔 莫霍面以下，深度为35～2 900km的 圈层。 地幔分上下两层。上地幔深35～1 000km，主要由橄榄岩质的超基性岩石构 成，岩浆侵入，火山喷发，地震，板块 构造等一系列影响地球表层地理环境的 过程都由此发生。 下地幔深1 000～2 900km，其下界为古登堡面。
（三） 地核： 2 900km（古登堡面）以下至地心为地 核。分为液态外核与固态内核。
液态外核可成为快速转动的内核与慢 速转动的壳、幔之间的缓冲圈层。在核幔 边界面附近，下地幔与外核的物质成分和 运动速度都存在较大的差异，因而在核幔 界面处形成一种复杂的，不均匀的过渡 带． 一般认为，内核转速较快的现象，可 能是因为内核继承并保持了早期地球转速 较快的结果。
宋晓东，Richards P.G.
利用地震波特性分析地球内部物性
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。
可是，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。 实际上，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。
岩石圈
地球内部圈层的物理性质变化
地球内部各圈层的物质组成
有何思路？
推断地球内部各圈层物质组成的主要依据：
(1) 根据各圈层密度和地震波速度与地表岩石 或矿物的有关性质对比进行推测； 根据各圈层的压力、温度，通过高温高压 模拟实验进行推测；
(2)
(3)
根据来自地下深部的物质进行推断。火山 喷发和构造运动有时能把地下深部(如上地 幔)的物质带到地表； (4) 与陨石研究的结果进行对比。
否则我们的地球也与月球一样“ 千疮百孔”
3、大气环流
是指大气大范围的运动状态。表现为不同时间 尺度和空间尺度的大气周而复始的运动特点。
风
大气的流动形成了风。风是由于大 气不同部位的压力差造成的，大气环流 的主要表现形式就是不同的“风带”
二、水圈 由大洋、湖泊、河流、沼泽、冰川、地下 水等为水圈的组成部分。
陆壳的代表岩石
花岗岩
角闪榴辉岩
大陆岩石圈 和 大洋岩石圈
洋 壳 代 的 表 岩 石
枕状玄武岩
沉积盖层 枕状熔岩 辉长岩床
橄榄岩
洋壳的典型剖面
地幔与地核的成分
• 地幔：硅酸盐质成分。 • 地核：铁镍成分。
地球内部圈层的运动
地壳、地幔、地核是怎样运动的？
地壳的运动
在本世纪初, 气象 学家魏格纳最早提 出大陆漂移假说 50年代大规模的海底调查， 以海底古地磁、深海底钻探 资料为依据，得到了全球海 底正以每年几厘米到十几厘 米的速度在扩张的认识
地 核 的 运 动
１９９６年世界十大科技新闻之一
地球的内部圈层构造总结(重点)： （一）地壳 地壳是指地表至莫霍洛维奇面之间厚 度极不一致的岩石圈的一部分。 大陆地壳的平均厚度为35km，但各地 的差异较大。 大陆地壳由硅铝层和硅镁层组成。大 洋地壳缺失硅铝层，由硅镁层组成。 地壳体积是地球总体积的1％，质量的 0.4％。
♦
地壳厚度（深度）在大洋地区和大陆地区不同
大陆区 陆壳
大洋区 洋壳
厚20—70公里
厚 5—10公厘
平均35km
平均7km
♦
康拉德界面——仅存在于陆壳中（1925年发现），是次一级 界面， 深约10km。 界面之上，岩石平均密度2.67,花岗岩质， 称硅铝层 界面之下，岩石平均密度2.9, 玄武岩质, 称硅镁层 Si-Al Si-Mg
氧，23.15％ 氩，1.28％
氩，0.93%
其他，0.04％
其他，0.06％
蓝色的天空
这是由于大气中的一些非常细小物质
成分，如气体、粉尘等，它们的直径较
阳光的波长小得多，因此，蓝色的散射
量较之于其他任何一种颜色更多。这种
散射称瑞利散射
流星
流星就是陨石穿过大气层时，由于其速 度太快，与大气摩擦产生热使陨石燃烧起来
气象现象： 风、霜、雨、雪、雹、雾等
（2）平流层
高度：从对流层顶到55km 质量：几乎占大气圈质量的25％
气温：从下向上是升温的，到平流层的顶温度升 到00C
大气运动：水平运动 成分：
N2、 O2 、 O3
几乎不含水蒸气、尘埃
存在数层臭氧层
无气象现象
1999年南极 “臭氧洞”
2000年南极 “臭氧洞”
是地球物质向宇宙空间扩散的部位。
外大气层 热层
中间层
平流层
对流层
2、大气圈的物质组成
• 大气圈的总质量： 51018 kg（5万万亿吨） • 大气密度： 1.23 10-3 g/cm3 ( 海平面、15 o C )
主要成分
按体积计算
氮，78.09％ 氧，20.94％
按质量计算
氮，75.51％
莫氏界面
地幔
古登堡界面
地核
另外在上地幔内部（即Ｂ层内），还存在 一个地震波的低速层，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。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．
软
流
圈
软流圈以上,包括 地壳和上地幔顶部,称为
(3) 电荷
(4) 大气运动
大 气 圈 分 层
散逸层
暖层
中间层
平流层
对流层
（1）、对 流 层
厚度：平均11－13km，赤道17－18km，两极8－9km 质量：约占大气圈质量的75％
气温：由下向上是降温的，大气降温率是6.50C/km，对流 层顶约-830C
大气运动：强烈的对流 成分： N2、O2、H2O、CO2等，含尘埃
地 壳
现在利用全球定位系统 与激光测量等也发现不 同的大陆地块正以每年 几厘米到几毫米的速度 发生着水平运动．
平移断层的观测
岩石圈发生水平运动的 事实是确凿无疑的．
地幔的运动
1.地幔内的热对流； 2.地幔柱（或地幔羽）。
地核的运动
对近30年来对穿越地核的地震波 的研究发现，地球内核是不均一的， 有一些很小的系统变化，使内核的对 称轴比地球的旋转轴每年向东偏移 1.1°，即内核表面最大的旋转速度比 壳幔的每年快20多km。
古登堡界面
1914年由美籍德裔学者古登堡

（B. Gutenberg）
发现．
在此不连续面上下，纵波速度由 13.6 km/s突然降
低为7.98 km/s；横波速度从7.23 km/s到突然消 失． 此界面位于地下2885 km深度。此界面之上到莫霍面
称为地幔 。此界面之下到地心，称为地核 。
地壳
康拉德界面在横向上是不连续界面
洋壳与陆壳的基本区别
洋壳
成分 厚度 玄武岩质及超镁铁质 7－11km
陆壳
巨厚花岗岩质，多硅铝质 20－ 35km
年龄
火山岩 构造活动
小于1.6x108a
基性玄武岩 断裂
35－40
x 108a
中酸性火山岩 褶皱和断裂构造
大陆岩石圈和大洋岩石圈
大陆岩石圈 和 大洋岩石圈
地 球 内 各 圈 层 的 成 分 分 布
地壳
莫霍面以上的地球表层，其厚度变化在5-70 km之间。平均约为33km，约占地球半径的 1/400，占地球总体积的1.55％，占地球总质 量的0.4％。 地壳物质的密度一般为2.6-2.9g/cm3。 地壳为固态岩石所组成，包括沉积岩、岩浆 岩和变质岩三大岩类。
体波（在物体内部传播）
纵波 纵波的速度快总是领先，又称P波
横波 横波滞后，又称
S波
面波（在介质表面传播,其特点与横波近似）
对固体地球表面的破坏最强
各种弹性波的传播速度不同
Ｓ波（横波）
地 震 波
Ｐ波 （纵波）
的 传 播
Ｐ波传播速度最
Ｓ波次之；
表面波最慢。
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。因 为S波只能在固态物质中传播。 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。