地球的内部圈层及特征

地球的内部圈层第三章地壳地幔主要内容一、地球内部的主要物理性质二、地球内部圈层划分（本章重点）三、地球内部各圈层的物质组成及物理状态四、地壳（本章重点）一、地球内部的主要物理性质地球内部主要的物理性质包括密度、压力、重力、温度、磁性及弹塑性等。1.密度地球内部的密度由表层的2.7~2.8g/cm3向下逐渐增加到地心处的12.51g/cm3，并且在一些不连续面处有明显的跳跃。2.压力地球内部压力总是随着深度而增加，地下深处的压力称静压力或围压，可表示为=hhgh，即静压力等于某深度h和该深度以上地球物质平均密度h与平均重力加速度gh的乘积。一、地球内部的主要物理性质3.重力地球吸引力与离心力的合力就是重力，主要取决于地球的引力。重力场的强度用重力加速度来衡量，重力加速度也简称重力。重力随纬度升高而增加。4.温度外热层：由于受太阳辐射热的影响，温度可变的地球表层，平均深度约15m。常温层：外热层的下界处温度常年保持不变，这一深度带称常温层。地热增温率或地温梯度：常温层以下每向下100m所升高温度。一、地球内部的主要物理性质5.磁场地球周围的磁场也称地磁场。地磁场由基本磁场、变化磁场和磁异常三个部分组成。地磁场成因的自激发电机模式磁偏角、磁倾角和磁场强度是地球上某点的地磁要素。一、地球内部的主要物理性质5.弹塑性地球具有弹性的证据：（1）地球内部能传播地震波；（2）固体地球表面在日、月引力作用下可发生固体潮。地球具有塑性的证据：（1）地球自转的惯性离心力使地球赤道半径加大；（2）岩石的塑性变形影响地球弹性与塑性的重要因素：时间和温-压条件。在快速受力的情况下易于显示弹性，在缓慢受力的情况下易于显示塑性；在较高的温度和压力条件下易于显示塑性。二、地球内部圈层的划分1.划分的依据——地震波在地球内部的传播特点地震产生穿透固体地球的地震波P波到达液体或部分液体层界面时折射P波到达固体边界时再次折射所有波的折射会产生地表地震仪不能记录到P波的阴影区地幔地核地震两个重要的波速不连续界面：莫洛霍维奇不连续面（简称莫霍面）和古登堡不连续面（简称古登堡面）一个低速带古登堡面莫霍面二、地球内部圈层的划分二、地球内部圈层的划分2.地球内部圈层划分示意图地幔莫霍面上地幔软流圈岩石圈大陆地壳大洋地壳上地幔外核内核岩石圈地幔2.地球内部圈层划分示意图软流圈和岩石圈的相对位置大洋地壳大陆地壳岩石圈莫洛霍维奇不连续面低速带（部分熔融）上地幔软流圈地球的内部圈层划分深度（km）地壳地幔地核软流圈岩石圈下地幔外核内核(固态)(固态)(固态)(固态)三、地球内部各圈层的物质组成及物理状态1.地核：古登堡面（2885km）至地心部分。(1)主要由铁、镍和少量硅、硫等元素组成；(2)密度高；(3)进一步分为外核、过渡层和内核，外核呈液态，内核呈固态，过渡层呈液体-固体过渡状态。三、地球内部各圈层的物质组成及物理状态2.地幔：莫霍面至古登堡面之间的部分①质量大，是地球的主体部分；②60km至250km之间存在软流圈，物质部分熔融(1%~10%),具较强塑性或流动性，是岩浆的重要发源地；③地幔岩由相当于超基性岩的物质组成，主要矿物成分可能是橄榄石和一部分辉石与石榴子石。三、地球内部各圈层的物质组成及物理状态3.地壳：莫霍面以上至地表部分。（1）地壳中元素的组成与分布克拉克值：某种元素在地壳中的平均质量百分比。地壳中最丰富的10种元素：O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg、Ti、H，占地壳总质量的99.96%.其中O、Si、Al、Fe四种元素即占88.13%。丰度值：某一地区某种化学元素的质量百分比。一、地壳的化学成分1.克拉克值（clarke）：各种化学元素在地壳中的平均含量之百分数。表示方法：质量百分数——质量克拉克值原子百分数——原子克拉克值丰度值：某一地区某种化学元素的质量百分比。2.地壳中元素的分布特点1）元素分布极不均匀:丰度最大者：O——46.6%丰度最小者：Rn——7×10-16%2）地壳的主要化学组成(见右图)三、地球内部各圈层的物质组成及物理状态三、地球内部各圈层的物质组成及物理状态3.地壳（2）矿物：地壳中天然形成的的单质或化合物。最硬的矿物金刚石三、地球内部各圈层的物质组成及物理状态3.地壳（2）矿物①矿物的形态：依据晶体在三维空间的发育程度，晶体习性大致分为三种基本类型：（1）一向延长型：晶体沿一个方向特别发育，呈柱状、针状和纤维状等。石英、辉锑矿、角闪石等；（2）二向延展型：晶体沿两个方向相对更发育，呈板状、片状、鳞片状和叶片状等。云母、长石等（3）三向等长型：晶体沿三个方向发育大致相等，呈粒状或等轴状。黄铁矿、石榴子石、磁铁矿棱柱状石英片状云母柱状电气石等轴状石盐矿物集合体的形态辉鍗铅矿自然铜黄水晶晶簇石英晶簇孔雀石绿松石石膏三、地球内部各圈层的物质组成及物理状态3.地壳（2）矿物②矿物的物理性质指矿物的光学性质（颜色、条痕色、透明度和光泽等）、力学性质（硬度、解理与断口等）和相对密度、磁性、压电性等。菱面体方解石沿着解理面破裂的特性②矿物的物理性质-光学性质A-矿物的颜色定义：对光选择性吸收的结果可见光390－760nm，其间波长由长至短依次显示红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等色，它们的混合色为白色矿物的光学效应——反射、吸收、透射矿物对光全部吸收时，矿物呈黑色对所有波长的色光均匀吸收，矿物呈不同程度的灰色基本上都不吸收则为无色或白色选择吸收某些波长的色光，矿物呈现吸收色光的互补色三、地球内部各圈层的物质组成及物理状态3.地壳（2）矿物矿物颜色的类型自色、他色、假色自色是指矿物本身固有的成分、结构所决定的颜色.自色对矿物鉴定有着重要的意义。他色是由杂质、气液包裹体所引起的颜色假色是因物理光学效应而产生的颜色(干涉、衍射、散射)B.条痕矿物粉末的颜色，通常是以矿物在白色无釉瓷板上擦划所留下的粉末的颜色。矿物的条痕能消除假色、减弱他色、突出自色，比矿物颗粒的颜色更为稳定、更有鉴定意义。应用对象：有色矿物(尤其是硫化物或部分氧化物和自然元素矿物;类质同像的混入可通过条痕推测矿物的形成条件)低硬度矿物（硬度条痕板）②矿物的物理性质-光学性质三、地球内部各圈层的物质组成及物理状态3.地壳（2）矿物C.矿物的透明度是指矿物可以透过可见光的程度。据矿物碎片刃边的透光程度，配合矿物的条痕，矿物的透明度分三级：1）透明：能透过绝大部分光，条痕为无色、白色或浅色。2）半透明：可允许部分光透过，条痕呈红、褐等各种彩色。3）不透明：基本不允许光透过，条痕呈黑色或金属色。影响因素：①主要与其对可见光的吸收程度有关，即取决于矿物的晶格类型和阳离子类型。②矿物中的裂隙、包裹体，及矿物的集合方式、颜色深浅和表面风化程度。②矿物的物理性质-光学性质三、地球内部各圈层的物质组成及物理状态3.地壳（2）矿物D.光泽1）金属光泽：似平滑金属磨光面的反光。矿物具金属色，条痕呈黑色或金属色，不透明。2）半金属光泽：反光较强，似未经磨光的金属表面的反光。矿物呈金属色，条痕为棕色、褐色等深彩色，不透明～半透明。3）金刚光泽：反光较强，似金刚石般明亮耀眼的反光。颜色和条痕均呈浅色（如浅黄、桔红、浅绿等）、白色或无色，半透明～透明。矿物的光泽是指矿物表面对光的反射能力。②矿物的物理性质-光学性质三、地球内部各圈层的物质组成及物理状态3.地壳（2）矿物②矿物的物理性质-力学性质三、地球内部各圈层的物质组成及物理状态3.地壳（2）矿物A.硬度矿物抵抗外来机械作用(如刻划、压入或研磨等)的能力。矿物肉眼鉴定中，通常采用摩斯硬度(HM)，系一种刻划硬度。摩斯硬度计小于指甲（2.5）指甲与小刀之间（2.5-5.5）大于小刀(5.5)简单硬度计影响矿物硬度大小的因素化学键原子半径与电价紧密堆积程度矿物受外力（敲打、挤压等）作用后，沿着一定的结晶方向发生破裂，形成一系列光滑平面的性质解理产生的原因解理是由矿物的晶体结构决定的解理产生在面网间化学键力最弱的方向B.解理解理的等级：据其产生的难易程度及完好性，通常分为五级：1）极完全解理：矿物受力后极易裂成薄片，解理面平整而光滑。②矿物的物理性质-力学性质三、地球内部各圈层的物质组成及物理状态3.地壳（2）矿物2）完全解理：矿物受力后易裂成光滑的平面或规则的解理块，解理面显著而平滑，常见∥解理面的阶梯。3）中等解理：矿物受力后常破裂成较小的不很平滑的平面，解理面不太连续，常呈阶梯状，且闪闪发亮，清晰可见。4）不完全解理：矿物受力后不易裂出解理面，仅断续可见小而不平滑的解理面。5）极不完全解理：即无解理。矿物受力后很难出现解理面，仅在显微镜下偶尔可见零星的解理缝。只有晶质矿物才有解理不同矿物，其解理发育程度不同无论完整与否，无论大小如何，同种矿物具有相同的解理C.断口(fracture)是指矿物晶体受力后将沿任意方向破裂而形成各种不平整的断面。②矿物的物理性质-力学性质三、地球内部各圈层的物质组成及物理状态3.地壳（2）矿物三、地球内部各圈层的物质组成及物理状态3.地壳（2）矿物③矿物的分类：根据矿物的化学成分分为五大类：自然元素矿物：如自然金、银、硫等；硫化物矿物：如黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、辉锑矿等卤化物矿物：如石盐、钾盐、光卤石、萤石等。氧化物和氢氧化物矿物：如石英、赤铁矿、磁铁矿、褐铁矿、铝土矿、刚玉、软锰矿等。含氧酸盐矿物：可进一步分为硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐、硼酸盐等，最主要的是硅酸盐和碳酸盐矿物，如长石、普通辉石、方解石等。三、地球内部各圈层的物质组成及物理状态3.地壳（3）岩石（3）岩石天然形成的、由固体矿物或岩屑组成的集合体。①岩石的矿物成分及结构、构造不同的岩石具有不同的矿物成分及结构、构造岩石的结构：组成岩石的矿物（或岩屑）的结晶程度、颗粒大小、形状及其相互关系。如等粒结构、碎屑结构等等粒结构含油迹的砂岩砂岩的碎屑结构三、地球内部各圈层的物质组成及物理状态3.地壳（3）岩石②岩石的构造：岩石中的矿物颗粒（或岩屑）在空间上的分布和排列方式特点。层理片麻状构造三、地球内部各圈层的物质组成及物理状态3.地壳（3）岩石③地壳中的岩石类型根据成因，地壳中岩石可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。三、地球内部各圈层的物质组成及物理状态3.地壳（3）岩石岩浆岩：岩浆冷凝后形成的岩石称为岩浆岩，又称火成岩。美国夏威夷Kilauea火山中的熔岩根据形成环境又可分为两种类型：喷出岩和侵入岩辉石花岗岩文象花岗岩三、地球内部各圈层的物质组成及物理状态3.地壳（3）岩石岩浆岩根据岩浆岩中SiO2化学组分的百分含量，岩浆岩可以划分四大类：超基性岩：SiO245%，如橄榄岩、苦橄岩；基性岩：45%SiO252%，如玄武岩、辉长岩；中性岩：52%SiO266%，如闪长岩、安山岩；酸性岩：SiO266%，如花岗岩、流纹岩。三、地球内部各圈层的物质组成及物理状态3.地壳（3）岩石沉积岩：在地表或近地表条件下，母岩风化、剥蚀的产物经搬运、沉积和固结成岩而形成的岩石。鉴别沉积岩的两个重要特征：层理、具有一定磨圆的砾屑（或晶屑）常见沉积岩：砂岩、灰岩、泥岩陕西省泾阳县口镇上二叠统砂岩三、地球内部各圈层的物质组成及物理状态3.地壳（3）岩石变质岩：地壳中已形成的岩石在高温、高压及化学活动性流体的作用下，岩石原来的矿物成分、结构构造发生改变而形成的新岩石。鉴别变质岩的两个重要特征：片(麻)理和变质矿物新疆阿克陶县奥依塔克元古界片岩蛇纹石化大理岩-蓝田玉北京故宫汉白玉-大理岩三、地球内部各圈层的物质组成及物理状态3.地壳④地壳的类型根据地壳的物质组成、结构、构造及形成演化的特片，可把地壳分为大洋地壳和大陆地壳。特点：厚度较薄且较稳定，物质成分相当于基性岩，变形较弱，时代较新大洋地壳（洋壳）沉积层：未固结或弱固结的大洋沉积物玄武岩层：常具枕状熔岩大洋层：变质玄武岩、辉长岩及蛇纹岩蛇纹岩蛇纹岩辉长岩枕状熔岩三、地球内部各圈层的物质组成及物理状态3.地壳地壳的类型特点：厚度变化大，结构较复杂，物质成分相当于中、酸性岩石，物质的