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地球的内部结构本节内容一、地球内部圈层的划分依据二、地震波速突变的主要界面三、地球内部各层圈的物质组成四、固体地球主要物理性质本节提示1、探测地球内部的圈层结构依靠地震波，由此而确定两个一级界面（即莫霍面和古登堡面）。2、根据一级界面，固体地球内部可分为地壳、地慢、地核三个圈层：地壳主要由低密度的富铝硅酸盐岩石所组成。地幔主要由中等密度固态富镁硅酸盐岩石组。地核主要由高密度的铁镍合金所组成，外核呈液态，内核呈固态。3、地磁与重力是在地表影响最明显的两种地球物理现象。1、地震波的传播速度与介质的密度成正比，2、地震波在不同介质界面会发生折射、反射，3、不同地震波在传播介质中表现形式不同。由此研究，揭示出地球的层圈构造。地震波可以提供地球内部构造的依据，原理是：一、地球内部圈层的划分依据地震波以波的形式通过岩石中的质点进行传播。地震波按传播的方式，分为三种：纵波横波表面波纵波，又称P波，推进波质点的传播方向与波的传播方向一致，在各种介质都能传播，在地壳中的传播速度是5.5-7.0Km/s。最先到达震中，上下振动，破坏性弱。横波，又称S波，剪切波质点的传播方向与波的传播方向垂直，只能在固体中传播，在地壳中的传播速度是3.2-4.0Km/s。到达震中，横向振动，破坏性强。表面波，也称L波由上述两种波在地表相遇后产生，仅沿介质间界面传播。其波长大、振幅大，传播速度小，振动方向兼纵、横波特点，是破坏建筑物的主要因素。二、地震波速突变的主要界面1、莫霍面（Moho）莫霍面：是划分地壳和地幔的界面，首先由南斯拉夫地球物理学家莫霍洛维奇于1909年发现的，而被称为莫霍洛维奇面，简称莫霍面（MohorovicicDiscontinuity）。该界面普遍存在于地表以下几Km-30、40Km，地震纵波波速在此界面上由6-7Km/s，向下突然升至8.1Km/s。古登堡面：是划分地幔和地核的界面，为纪念最早研究者美国的地球物理学家古登堡（1914）而命名。该界面出现在地表以下2900Km。地震横波在此消失，而纵波波速在此界面突然减慢，由13.64Km/s减至8.1Km/s。并且纵波通过古登堡面后，产生的折射在一定区间收不到纵波，表明地核表面存在液态物质。莫霍面和古登堡面是地球内部划分的一级界面，由此分成地壳、地幔和地核三个层圈，随后又陆续发现了以下三个界面。2、古登堡面（GutenbergDiscontinuity）3、康拉德面（ConradDiscontinuity）康拉德面：位于地壳内部，地震纵波波速表现出从6Km/s突变至6.6Km/s，是由康拉德（1925）首先发现的，故称康拉德面。根据地震波速推测分别相当花岗质和玄武质成分，故将此面叫做上部花岗岩层和下部玄武岩层。上世纪末，国际上开展的超深钻探计划，在俄罗斯科拉半岛12Km深钻孔揭示的地质依据，使地质学家对此面的存在与否产生怀疑？4、岩石圈和软流圈界面岩石圈：包括地壳和地幔顶部。地震横波的波速在地壳和地幔顶部一直处于逐渐加快的状态，在地下约60Km深度，速度逐渐降低（4.6Km/s），至150Km深达到最低（4.0Km/s），在250Km深度横波的波速又开始增速。由此认为：底下平均深度从50-250Km地带，物质由固态和液态组成的混合物，混合比大于90︰10，因含液态物质，相比上下固体状态显示塑性性质，故称之为软流圈。5、内地核和外地核界面在地核5120Km深处，纵波波速又由8.1Km/s增高到11Km/s，说明地核内部又出现物质状态的变化，据此，将地核分为液态外核和固态内核，两者间的界面是4703-5154Km深的过渡地带。除上述一些界面外，在地幔中900Km深处也出现地震波速的变化。因此，也可将地幔再分为上地幔和下地幔两部分。三、地球内部各层圈的物质组成地球内部各层圈的物质组成是通过地表观察、洋底考察、深海钻探、岩石包裹体、陨石和高温高压实验所获得的。1、地壳（Crust）目前认为：组成地壳的岩石主要是各种火成岩和变质岩，地壳表层覆盖着厚度不等的沉积岩。但是，各种岩石在大陆和大洋是有明显不同：大陆地壳（ContinentalCrust），简称陆壳。总的特征是：厚度大，平均35Km厚，高山区厚达60-70Km，平原区最薄20Km。平均成分为接近中性火成岩，向下变为深变质岩。时代老，构造复杂。大洋地壳（OceanicCrust），简称洋壳。总的特征是：分布广（占地壳面积的2/3），厚度小（平均7-8Km，变化范围5-10Km厚），主要由玄武岩组成，时代新。2、地幔（Mantle）地幔的物质组成是通过洋底考察、深海钻探、岩石包裹体和高温高压实验，结合地震波速资料获得。上地幔的岩石成分由55%的橄榄石、35%的辉石和10%的石榴石混合，经高温高压实验证实。其岩石相当于辉石橄榄岩，一般称地幔岩（Pyrolite）。下地幔因压力大、推测岩石组成中FeO、MgO含量更高，并且横向存在不均一的现象。3、地核（Core）地核的物质组成是通过物质的密度推测的，一般认为是铁和少量镍、硫的混合物，其密度应在10-11g/cm3。四、固体地球主要物理性质主要物理性质包括：质量：5．9472×1024kg密度：平均5．516g／cm3温度：分为变温层、常温层和增温层压力：与所处的深度、上覆物质的平均密度及平均重力加速度成正比。重力：随纬度有关。磁性：地磁轴与地球自转轴成11．5°角。弹塑性：变形地温梯度℃／100m地球的重力是地球对地表或地球内部物质的吸引力。地表物质除了重力外，还受地球自转产生的离心力、与地心的距离影响，赤道的重力为978.0318伽，两极为983.2177伽，理论重力值设为海平面为0米。因地球是个椭球体，自转离心力和离地心的距离随纬度而变，因而，重力也随纬度而变。1、重力由于地形高度、岩石密度的差异，都使重力偏离正常理论值，形成局部的重力异常。在海洋地质学，采用经高度校正的重力异常，即自由空气异常，它是经海平面校正后与理论重力值之差。一般高差每增减1米，重力差为0.3083毫伽。另一种重力异常称布格重力异常，地球的平均密度是5.517g/cm3，而花岗岩、玄武岩的密度分别是2.6g/cm3和2.9g/cm3，一般取地表平均值2.67g/cm3。海底重力测量首先是荷兰地球物理学家W.Meinesz在上世纪三十年代，在印度洋爪哇海沟进行的，他们发现了海沟有较大的重力负异常。根据地壳均衡原理：在地下一定深度以上单位面积内岩石柱的总质量相等。该深度称作补偿基准面，一般视为莫霍面或软流圈顶部，补偿的模式主要有两种：普拉特模式艾利模式。2、磁异常地球的磁性是由地核外层液态金属铁镍导体的对流、感应而自动激发产生的。地磁极和地理极的位置并不完全重合，两者的夹角称磁偏角。磁力线的方向也并非水平，北半球下倾而南半球上翘，其倾角随纬度而变，它与水平面的夹角称为磁倾角。岩石的磁性是由含铁磁性矿物引起的，当岩浆开始冷却时，其中的含铁矿物会结晶成固相，在温度降到居里点时便获得磁性（如磁铁矿的居里点是600℃），矿物获得的磁性会按当时的地磁场定向，矿物的这种磁性称之为天然剩磁。岩石的磁性研究始于陆地，法国地球物理学家B.布伦尼斯（1909）在测量法国中央地块玄武岩的天然剩磁时发现了磁性的倒转现象，1930年日本火山学家松山在研究本国的火山岩时，也观察到同样想象。如何解释？不外乎两个答案：磁极倒转——难以想象！大陆漂移——不能接受！因为A.Wegener大陆漂移的两条重要理论依据，花岗岩陆壳飘在熔融的玄武岩上发生漂移、飘移的驱动力来自极移力和潮汐引力均遭到否定。上世纪50年代以来，大陆上岩石古地磁的研究成果表明：研究的岩石中近一半是正向磁化，而另一半则是反向磁化。说明在漫长的地质历史中，地磁场南、北极的极性并不固定，而发生周期性的反转。极性反转现象是地磁场演化的一个基本特征，通常把保持一定地磁极性的大的时间段（约1Ma万年以上）称为极性期，把每个极性期内的短期转向时间称为极性事件。根据地磁场转向的先后顺序排列，结合岩石同位素年龄测定各极性期和极性事件的延续时间，就可以建立古地磁场转向年代表。复习思考题重要术语：莫霍面，软流圈，岩石圈，地温梯度，均衡原理思考题：1、为什么各处地温梯度值有高有低？2、地球内部有哪些重要的分界面？3、地壳与岩石圈有什么差别？END