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1、 1 地球的形状和重量地球的形状和重量 2 地震波地震波探测地球内部的眼睛探测地球内部的眼睛 3 地球的组成地球的组成 4 地球的磁场地球的磁场 习题三习题三 1. 从地震波传播图上解释p波影区形成原理。 2 1. 从地震波传播图上解释p波影区形成原理。 2. 解释p波、s波和面波在固体地球介质中的传播特点。 3 解释p波、s波和面波在固体地球介质中的传播特点。 3. 解释莫霍面、古登堡面的性质和意义。解释莫霍面、古登堡面的性质和意义。 参考书参考书 1 1. 地学革命风云录，1985， 许靖华，地质出版社。 2 地学革命风云录，1985， 许靖华，地质出版社。 2. 古海荒漠，1996，许靖
2、华，生活古海荒漠，1996，许靖华，生活读书读书新知三联书店新知三联书店。 3 3. 大灭绝，1997，许靖华，生活大灭绝，1997，许靖华，生活读书读书新知三联书店新知三联书店。 用几何方法测量地球用物理方法称重地球用几何方法测量地球用物理方法称重地球 地球形状和重量地球形状和重量 1. 地球形状和重量 用几何方法测量地球用几何方法测量地球 地球的形状、大小和重量是人类在文明发展历程一直关 注的问题，对地球的认识和测量可以追溯到公元前。早在 Aristotle（前384322年）时代，人们就 地球的形状、大小和重量是人类在文明发展历程一直关 注的问题，对地球的认识和测量可以追溯到公元前。早在
3、 Aristotle（前384322年）时代，人们就根据月蚀的弧形 阴影推断地球是圆形 根据月蚀的弧形 阴影推断地球是圆形。约公元前240年， Eratosthenes（前 275196年）用 。约公元前240年， Eratosthenes（前 275196年）用简单的几何简单的几何证明地球是圆形，而且求得地球 的圆周长度，这个数据与实际的误差不到百分之一。 证明地球是圆形，而且求得地球 的圆周长度，这个数据与实际的误差不到百分之一。 1. 地球形状和重量 月食，北极星位置月食，北极星位置 1. 地球形状和重量 埃拉托色尼对大地进行测量的示意图埃拉托色尼对大地进行测量的示意图 1. 地球形状和
4、重量 大地是一个圆球被人们将信将疑地接受了一千多年， 直到1519年，麦哲伦率领一只船队从西班牙出发，历时3年 完成了人类历史上 大地是一个圆球被人们将信将疑地接受了一千多年， 直到1519年，麦哲伦率领一只船队从西班牙出发，历时3年 完成了人类历史上第一次环球航行第一次环球航行。人类终于用行动证明 了地球是一个圆球体，还证明了海洋是连通的，从此开始 了全球的沟通，全球纪元以此作为标志。 。人类终于用行动证明 了地球是一个圆球体，还证明了海洋是连通的，从此开始 了全球的沟通，全球纪元以此作为标志。 1. 地球形状和重量 1. 地球形状和重量 麦哲仑1519年环球航行麦哲仑1519年环球航行 到
5、了18世纪后半期，大地测量的结果表明地球是一个 椭球体：它的长半径a、b为赤道半径: ab6378.140公 里；它的的短半径c为地球的极半径: c=6356.755公里；地 球的扁率e=(a-c)/a=1/298.257。显然，地球的半长径与半 短径的比约为300299，由此可见，地球是一个a、b轴相 等的扁球体。 到了18世纪后半期，大地测量的结果表明地球是一个 椭球体：它的长半径a、b为赤道半径: ab6378.140公 里；它的的短半径c为地球的极半径: c=6356.755公里；地 球的扁率e=(a-c)/a=1/298.257。显然，地球的半长径与半 短径的比约为300299，由此
6、可见，地球是一个a、b轴相 等的扁球体。 1. 地球形状和重量 严格地说，地球的形状并不是标准的旋转椭球体， 而是呈略梨形的椭球体，固体地球表面地形高低起伏。 珠穆朗玛峰高出海平面8848.13米。全球陆地平均高度为 840米，面积占全球面积29%；全球海洋平均深度为3908 米，占全球面积的71%。 严格地说，地球的形状并不是标准的旋转椭球体， 而是呈略梨形的椭球体，固体地球表面地形高低起伏。 珠穆朗玛峰高出海平面8848.13米。全球陆地平均高度为 840米，面积占全球面积29%；全球海洋平均深度为3908 米，占全球面积的71%。 1. 地球形状和重量 地球表面数字模型地球表面数字模型
7、地球并不真是圆的地球并不真是圆的 在精确的地球表面 数字模型上，地球是一 个很不规则的椭球体。 凹凸不平，印度洋洋底 深陷下去，而大西洋洋 底凸起来，这是1999年 测绘的 在精确的地球表面 数字模型上，地球是一 个很不规则的椭球体。 凹凸不平，印度洋洋底 深陷下去，而大西洋洋 底凸起来，这是1999年 测绘的“数字地球数字地球”，垂 直夸张5倍，看上去像个 梨 子 。 （ NASA ， Space News 1999） ，垂 直夸张5倍，看上去像个 梨 子 。 （ NASA ， Space News 1999） 1. 地球形状和重量 地球的重量?地球的重量? 如何找到一杆称量地球的称（牛顿）
8、。 1784年，布格在安底斯山脉研究地球重力场时，发现铅垂 线方向受山脉影响。 卡文迪许的地球密度研究。 旋转体研究、转动惯量和平均密度。 地震波提供的地球内部结构信息 如何找到一杆称量地球的称（牛顿）。 1784年，布格在安底斯山脉研究地球重力场时，发现铅垂 线方向受山脉影响。 卡文迪许的地球密度研究。 旋转体研究、转动惯量和平均密度。 地震波提供的地球内部结构信息。 1. 地球形状和重量 用物理方法称重地球用物理方法称重地球 地球的重量是确定地球性质的一个重要参数，如果知 道了地球的重量，再通过体积来计算出它的密度，就可以 确定构成地球内部的物质的性质。 地球的重量是确定地球性质的一个重要
9、参数，如果知 道了地球的重量，再通过体积来计算出它的密度，就可以 确定构成地球内部的物质的性质。关键问题是如何找到一 杆能够称得起地球的称！ 关键问题是如何找到一 杆能够称得起地球的称！牛顿在他不朽的著作自然哲学 的数学原理中作过一个推测：一根挂在大山附近的铅锤 线，受到大山和地球质量的影响会稍稍向大山倾斜。这一 推测暗示了存在一杆能够称得起地球的称。 牛顿在他不朽的著作自然哲学 的数学原理中作过一个推测：一根挂在大山附近的铅锤 线，受到大山和地球质量的影响会稍稍向大山倾斜。这一 推测暗示了存在一杆能够称得起地球的称。 1. 地球形状和重量 1748年，一位名叫F.布格（Francais Bo
10、uguer）的人 被派往安第斯山脉研究地球的重力场，他发现了山脉吸引 挂在线上的铅锤并使之偏离垂直方向的现象。这一观察结 果被英国天文学家N. 马斯基林（Nevil Maskelyne）利用 来确定地球的重量。通过估算山脉的重量，可以算出地球 的重量。由于地球的体积是已知的，这样就可算出地球的 密度是每立方厘米4.5克。 1748年，一位名叫F.布格（Francais Bouguer）的人 被派往安第斯山脉研究地球的重力场，他发现了山脉吸引 挂在线上的铅锤并使之偏离垂直方向的现象。这一观察结 果被英国天文学家N. 马斯基林（Nevil Maskelyne）利用 来确定地球的重量。通过估算山脉的
11、重量，可以算出地球 的重量。由于地球的体积是已知的，这样就可算出地球的 密度是每立方厘米4.5克。 1. 地球形状和重量 几年以后，L.卡文迪许（Lord Cavendish）修改了这一测 定结果。他使用扭力称测得了重力常数，他得出的密度是每立 方厘米5.45克，而现在所公认的密度值为5.25克/厘米 几年以后，L.卡文迪许（Lord Cavendish）修改了这一测 定结果。他使用扭力称测得了重力常数，他得出的密度是每立 方厘米5.45克，而现在所公认的密度值为5.25克/厘米3 3。 当卡文迪许的密度值得到承认以后，新的问题又来了：通 常从地球表面采得的岩石的密度只2.5克至3克，也就是说
12、地球 的平均重量远比地表的岩石重。因此，地球的深处一定存在重 的物质，其密度大大高于地球表面常见岩石的密度。 。 当卡文迪许的密度值得到承认以后，新的问题又来了：通 常从地球表面采得的岩石的密度只2.5克至3克，也就是说地球 的平均重量远比地表的岩石重。因此，地球的深处一定存在重 的物质，其密度大大高于地球表面常见岩石的密度。 1. 地球形状和重量 于是，一种观点逐渐产生了，认为地球的内部是由以下两 部分所组成：一是 于是，一种观点逐渐产生了，认为地球的内部是由以下两 部分所组成：一是“地核地核”，其密度很大；二是包在地核外面的 物质，即后来人们很快用专业术语称呼的 ，其密度很大；二是包在地核
13、外面的 物质，即后来人们很快用专业术语称呼的“地幔地幔”，其密度相当 于地球表面的岩石的密度。地表岩石的密度为23克，而地球 的平均密度却是5.41克，根据地核体积大小，地核的密度则应 为每立方厘米7.810克。 ，其密度相当 于地球表面的岩石的密度。地表岩石的密度为23克，而地球 的平均密度却是5.41克，根据地核体积大小，地核的密度则应 为每立方厘米7.810克。 1. 地球形状和重量 力学家对旋转物体性质的研究力学家对旋转物体性质的研究 同时运用转动惯量和地球的平均密度进行研究，就可计算 位于地球中心的地核半径是地球半径的一半，地核的密度约是 每立方厘米11克的结论。如上所述，人们仅仅根
14、据这些简单的 力学要素，得到了一个地球内部结构的模式。 这就是19世纪末提出的有关地球内部结构的模式。但是， 这一模式也只是在20世纪出现的一门新学科 同时运用转动惯量和地球的平均密度进行研究，就可计算 位于地球中心的地核半径是地球半径的一半，地核的密度约是 每立方厘米11克的结论。如上所述，人们仅仅根据这些简单的 力学要素，得到了一个地球内部结构的模式。 这就是19世纪末提出的有关地球内部结构的模式。但是， 这一模式也只是在20世纪出现的一门新学科地震学的帮助下 才算是真正的建立起来了。 地震学的帮助下 才算是真正的建立起来了。 1. 地球形状和重量 地震波提供的地球内部结构信息地震波提供的
15、地球内部结构信息 地震波地震波探测地球内部的眼睛探测地球内部的眼睛 用固体介质理论解释地震图 从地震波信息到矿物学语言 用固体介质理论解释地震图 从地震波信息到矿物学语言 2. 地震波探测地球内部的眼睛 地震波提供的地球内部结构信息地震波提供的地球内部结构信息 地震现象自古以来就为人所知，人们关注地震也只 是因它对人造成重大伤害。但地球内地震产生的波可提 供有关地球内部结构的信息，却是近100年认识到的。 地震现象自古以来就为人所知，人们关注地震也只 是因它对人造成重大伤害。但地球内地震产生的波可提 供有关地球内部结构的信息，却是近100年认识到的。 2. 地震波探测地球内部的眼睛 1883年
16、，英国人J.米尔纳研究了日本的地震资料后断 言： 1883年，英国人J.米尔纳研究了日本的地震资料后断 言：“大地震释放的能量所引起的震动，可在地球的任何一 点上都能测到 大地震释放的能量所引起的震动，可在地球的任何一 点上都能测到”。几年之后德国人V.R.帕施维茨设立了。几年之后德国人V.R.帕施维茨设立了非常 精确的摆锤 非常 精确的摆锤用来用来探测地面的水平方向变化探测地面的水平方向变化，证实了米尔纳 的预见。1889年东京发生了一次大地震，帕施维茨根据摆 锤记录到的震动，指出地震发生在东京。尔后，奥尔德海 姆（Oldham）在这一发现的启示下设立许多摆锤来记录发 生于世界各地的一系列大地震，终于在1897年查明各种地 震波遵循的规律。 ，证实了米尔纳 的预见。1889年东京发生了一次大地震，帕施维茨根据摆 锤记录到的震动，指出地震发生在东京。尔后，奥尔德海 姆（Oldham）在这一发现的启示下设立许多摆锤来记录发 生于世界各地的一系列大地震，终于在1897年查明各种地 震波遵循的规律。 2. 地震
