08-地球的内部圈层

地球的内部圈层(p:88-95)一、不安稳的大地二、地球内部的透视三、内部圈层的划分四、内部圈层的主要特性一、不安稳的大地2011年3月11日日本本州岛海域地震照片依据美国国家航空航天局收集的资料，这次强震使日本本州岛向东移动大约3.6米，地轴移动25厘米，使地球自转加快1.6微秒。日本国土地理院19日宣布，由于11日在日本东北部海域发生的里氏9级强烈地震，位于震中西北部的宫城县牡鹿半岛向震中所在的东南方向移动了约5.3米，同时下沉了约1.2米，这是日本有观测史以来最大的地壳变动记录。而朝鲜半岛也东移5.16厘米；我国北方地区也出现几毫米的东移现象。震源震中断层崖断层震源：地下深处岩石发生位置错动，形成断层或韧性剪切的部位；震中：震源区在其正上方的地表投影位置，震中附近是地震破坏作用最强烈的地方；震源深度：震源与震中之间的距离；震级：地震的强弱，地震时释放弹性波能量大小的等级，震级（M）与其释放的总能量（E）之间的数量关系：以上内容：P110-111烈度：地震对地面和建筑物的影响和破坏程度，通常划分为12级，取决于震级、震中距、以及震源深度。lgE=11.8+1.5M震级每相差一级，能量相差约32倍。1849年英国科学家斯托克斯(StokesG.H.)证实地震时产生出两种弹性波。二、地球内部的透视纵波(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.二、地球内部的透视透视地球内部靠的是P波与S波，它们是迄今为止、仅有的能穿越地球内部的旅行者。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。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。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。应用地震波探测地球内部结构三、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（A-G）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：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7.0km/s迅速增加到8.1km/s左右；横波速度则从4.2km/s增加到4.4km/s左右．莫霍面出现的深度，全球平均为33km,在大洋之下平均仅为7km。人们就把莫霍面之上称为地壳（A层）。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13.6km/s突然降低为7.98km/s；横波速度从7.23km/s到突然消失．此界面位于地下2885km深度。界面之下到地心，称为地核（E、F、G层）。地壳和地核，或莫霍面与古登保面，之间是地幔（包括B、C、D层）地球内部结构与地震波速的变化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60-250km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。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。四、内部圈层的主要特性（一）地球内部的主要物理性质地球内部的主要物理性质包括密度、压力、温度、磁性及弹塑性等。密度根据万有引力公式，计算出地球的质量为5.974×1021t（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5.517gcm3；地表岩石平均密度仅为2.7～2.8g/cm3。可以肯定地球内部物质的密度一定大于地壳的平均密度。密度变化根据地震波速资料，计算固体地球的密度为：地表岩石：2.6-2.7g/cm３，地壳下部：2.9g/cm３，莫霍面以下密度突然变大：3.32g/cm３；地幔密度可由3.32g/cm３逐渐增大到与地球平均密度相当的5.56g/cm３；在古登堡面之下，密度剧增至9.98g/cm３，在地心则可达12.51g/cm３。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。大小可用P＝ｈ·ρ·ｇ来表达，即静岩压力（P）等于某一深度（ｈ）、该处上覆物质平均密度（ρ）与平均重力加速度（ｇ）的乘积。地球内部压力随深度加大而增高地壳的平均密度约2.75g/cm３，深度每增加１km，压力增加27.5MPa（1MPa＝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1200MPa，古登堡面附近约135,200MPa，地心处可达361,700MPa，相当于360万个大气压力。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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．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℃。按照这种推算，则地球内部必定早该熔融或化为气体状态（至今还有少数人以为地球是“空心”的，即内部是气态或液态）。这种推测与在地球内部的主体部分横波可以传播的事实不符（横波只能在固体内传播）．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1200℃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。不同学者用不同方法所获实验结果略有出入，差值在几百度到上千度之间（二）地球内部的物理状态和化学组成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(2)根据各圈层的压力、温度，通过高温高压模拟实验进行推测(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地壳莫霍面以上的地球表层，厚度变化在5-70km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0.8％。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。这些岩石主要由各类富铝的硅酸盐矿物所组成，具有架状、链状或层状等比较松散的硅酸盐晶体结构。东亚地形图地壳厚度分析图66km40km地壳的厚度下左：夏威夷5km下右：大峡谷-内华达25-60km地幔位于莫霍面以下、古登堡面以上的地球中间一个圈层•其厚度约2850km，占地球体积的82.3％，质量的67.8％,是地球的主体部分．•地震波中的横波可以穿过整个地幔，应该是由固态的岩石所组成．•球粒陨石的密度（３～５g/cm３）、化学成分与地幔相近，主要是由与球粒陨石成分相当的橄榄岩类［（Mg,Fe）2SiO4］所组成的。还含有少量金属硫化物或氧化物的流体。地幔内存在两个物相变化的界线在400km深处的晶体结构，由上部的橄榄石结构（孤立的岛状四面体结构）转变为下部较紧密的尖晶石结构（四面体和八面体混合型结构）在670km深处以下则由尖晶石结构转变为更紧密的钙钛矿结构（八面体和立方体混合型结构)岛状结构（橄榄石结构）尖晶石结构钙钛矿结构地幔分为三个次级圈层上地幔（Ｂ层，33～400km深）是由具橄榄石结构的镁铁硅酸盐为主所组成，软流圈（60-250km）在B层内。地幔过渡层（Ｃ层，400～670km深）由具有尖晶石结构为主所组成的镁铁硅酸盐下地幔（Ｄ层，670～2885km深）则由具有钙钛矿结构的镁铁硅酸盐为主所组成地核地球内部古登堡面至地心的部分其体积约为地球的16.2％，质量约占地球的31.3％，地核的密度达9.98～12.5g/cm3成分以铁镍合金为主．，现在一般认为地核可能还含有10～15％的氢、硫化物或硅酸盐地核可分为三层：根据地震波的传播特点可分为：外核(E层，深度2885～4170km)，根据横波不能通过，纵波发生大幅度衰减的事实推测其为液态过渡层(F层，4170～5155km)，过渡层则为液体—固体的过渡状态内核(G层，5155km至地心)，横波又重新出现，说明其又变为固态各圈层代表性岩矿组成陆壳花岗岩洋壳玄武岩辉长岩上地幔橄榄岩深部地幔铬尖晶石柯石英地核铁镍物质重点掌握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地热增温率练习题名词解释：地震烈度、地温梯度、岩石圈1.软流圈以上的部分，包括和顶部，称为岩石圈。2.地震波在地球内部传播存在7个显著不连续的界面，其中最重要的2个界面为：、。练习题1.从地表至地心，下列哪种物理性质不随地球深度增加而增大？（）A.温度B.压力C.密度D.重力2.关于地震的震级与烈度：（）。A.总体说来，离开震中越远，震级越来越小B.大致说来，离开震中越远，烈度越来越小，而震级是不变的C.离开震中越远，震级和烈度都越来越小D.随着离开震中越来越远，两者是否变化及如何变化说不清楚判断题1．岩石圈是指在软流圈之上地球部分，包括上地幔顶部和整个地壳。2.随着地球深度增加，岩石密度、温度、压力、重力加速度和熔点相应增大。3.地球内部深度为60～250km范围内，因其物质完全处于熔融状态，故称为软流圈。练习题1.简述地球内部圈层的划分依据及各圈层的主要特征。评分要点与标准：（1）划分依据是地震波资料，根据以此确定的地震波速不连续面来划分（1分）；（2）划分结果：7个地震波不连续界面分别为莫霍面、60－250km低速层、400km物相界面、670km物相界面、古登堡面、4170km物相界面、5155物相界面，并以此划分出地壳、地幔（包括上地幔、过渡层、下地幔）、地核（包括外核、过渡层和内核）及岩石圈（2分）；（3）地壳、上地幔、过渡层、下地外核、过渡层、内核及岩石圈等各圏层特征（2分）。