地球科学概论 (2)

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1、1地球科学概论绪 论主要内容 地球科学的研究对象和研究内容 地球科学的研究方法（本章重点） 地球科学的研究意义 地球科学发展简史 （本章重点）一、地球科学的研究对象和研究内容二、地球科学的研究方法1. 野外调查：最重要和最基本的基础工作，获取研究对象的第一手资料。2. 仪器观测：可以获得地质活动的定量数据；可以确定人类不能直接感知的地质活动3. 大地测量：主要用于高程测量和地质体运动速率测定4. 航空、航天和遥感技术： 视域大、实时动态5. 实验室分析、测试与科学试验：重现并验证地质过程6. 历史比较法（“将今论古” 、 “现实主义原则” ）：现在是了解过去的钥匙7. 综合分析：地质学研究中经

2、常会出现“多解性”和“不确定问题” ，需要综合分析8. 电子计算机技术的应用：地球科学研究对象空间广阔，需要观测处理的资料量大，模拟形成演变过程复杂等三、地球科学的研究意义四、地球科学的发展简史思考题1. 地球科学的研究对象主要有哪些？各自对应着哪些学科？2. 地球科学的主要研究方法有哪些？3. 地球科学在人类社会中有哪些主要的作用？4. “水成论”与“火成论” 、 “固定论”与“活动论”的主要内容是什么？5. 举出 12 个“将今论古”的实例。第一章 宇宙中的地球主要内容一、宇宙 二、银河系与太阳系 三、地球、月球和地月系 四、地球的形态本章重点：太阳系的组成和地球的形态一、宇宙 宇宙是无边

3、无际的空间与无始无终的时间的统一。1. 宇宙中的天体和物质恒星：由炽热的气体组成的、能够自身发光的球形或类似球形的天体，构成恒星的气体主要是氢，其次是氦。如太阳。星际物质和星云：弥漫于星际空间的极其稀薄的物质称为星际物质，由星际气体和星际尘埃组成的云雾状天体称星云。天体系统：按照一定的系统和规律，相互吸引和相互绕转而形成的不同层次的天体系统，如地月系、太阳系、银河系等。2. 宇宙中天体的相对位置天球：以地球球心为圆心，半径无穷大的假想球体，用于反映天体在天空中的位置和相对运动关系。星座：天球上具有自已独特形状并占据一定空间的恒星群落。二、银河系与太阳系1. 银河系：由包括太阳在内的大约 140

4、0 亿颗恒星和大量星际物质组成的庞大螺旋状星系，侧面看呈中间厚边缘薄的扁饼形，正面看呈旋涡状。2. 太阳系：以太阳为中心的、受太阳引力支配的天体系统，主要由九大行星（从太阳向外依次为水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星）和众多的小行星、卫星、慧星和陨星等组成。 类地行星（水、金、地、火）和类木行星。三、地球、月球和地月系21. 地球是太阳系自中心向外的第三颗行星。2. 月球是地球唯一的天然卫星。3. 地球在自转的同时绕太阳公转。4. 月球自转的同时也绕地球旋转，自转的周期与绕地球公转的周期相同，因而月球总是以同一面朝向地球。四、地球的形状：人类第一次对地球形状的测量古希腊

5、学者埃拉托色尼(Eratosthenes，公元前276 年-公元前 195 年)。他测得的地球的周长为 39500km，这与近代的测定值 40025km 相当按近，换算成地球半径约为 6370km。地球的表面形态 更详细1. 地球表面分别被陆地和海洋占据，陆地占地球表面积的 29.2%,海洋占 70.8%;2. 地球表面起伏不平，陆地和海底均如此。3. 大陆与大洋盆地之间的过渡地带是大陆边缘，由大陆架、大陆坡、大陆基和岛弧、海沟等组成。可分为大西洋型和太平洋型大陆边缘。思考题1. 地球的形状有何特点？2. 大地水准面是一个什么面？是不是一个真实存在的物理面？3. 陆地和海洋地形分别有哪些次级类

6、型？各有何特点？第二章 地球的外部圈层一、大气圈：大气圈是因地球引力而聚集在地表周围的气体圈层。 次要1. 大气圈的结构：从下向上可分为对流层、平流层、中间层、热层和外逸层或散逸层（1）对流层：大气圈最下面的一层，厚度随纬度而异，赤道附近厚 1718km，两极仅 89km。特点： 空气强烈对流； 温度随高度增加而降低； 气象要素（温度、湿度、气压等）水平分布不均匀，形成复杂的天气现象； 受人类活动影响显著。（2）平流层：从对流层顶至 3555km 高空的大气层，气流以水平方向运动为主。 基本不含水汽和尘埃物质，不存在对流层中的各种天气现象； 该层的上部（3055km）存在多层臭氧层； 下部温度

7、随高度增加保持不变或略升高，但升至 30km 以上时，由于臭氧层吸收了大量紫外线，温度升高。（3）中间层：自平流层顶至 85km 左右高空的大气层。 由于没有臭氧吸收太阳辐射的紫外线，气温随高度增大而迅速下降，至中间层顶界气温降至-83-113； 由于下热上冷，再次出现空气的垂直运动； 顶部出现弱电离现象。（4）暖层（电离层）：从中间层顶到 800km 高空的大气层。 空气很稀薄，质量占大气圈总质量的 0.5%； 在太阳辐射和宇宙高能粒子作用下，温度迅速升高，再次出现温度随高度增加而升高的现象，到500km 高空处温度高达 1201；由于紫外线和宇宙射线的作用，氧、氦被分解成为原子，处于电离状

8、态，能反射不同波长的无线电波。（5）散逸层（外逸层）：位于 800km 以上至 20003000km 的高空。 大气圈与星际空间的过渡地带； 空气极为稀薄； 温度随高度增加而升高； 因离地球太远，地球引力作用弱，空气粒子运动速度快，气体质点不断向星际空间扩散。2. 大气运动（1）大气运动的动力气压梯度力：可分解为水平气压梯度力和垂直气压梯度力，是大气运动的原动力。地转偏向力：由地球的自转和球面效应引起，它使从低纬度向高纬度运动的大气向东偏转，从高纬3度向低纬度运动的大气向西偏转。此外还有惯性离心力、摩擦力等。（2） 大气环流大范围的大气运动状态大气环流模式之一：低纬环流；中纬环流；高纬环流大气

9、环流模式之二：地球旋转使大气运动方向偏转（水流也要偏转） 。在北半球，南北向运动的气流向右偏转，在南半球向左偏转，这就是科利奥力效应。注意：此模式的中纬环流的大气运动方向与前一个模式有所不同。 低纬环流赤道地表空气受热上升，在赤道地表形成“赤道低压带” ；赤道上空形成高压带，分别向两极运动；在地转偏向力的作用下向东偏转，在纬度 30附近的高空其运动方向与纬线基本平行，不能继续向两极运动，转而向地面运动，在地面形成“副热带高压带”。 中纬环流与高纬环流两极大气冷却收缩，形成“极地高压带” ；在南纬与北纬 60附近形成一个相对的“副极地低压带” ；从极地高压带到副极地低压带之间形成“极地东风带”

10、，从副热带高压带到副极地低压带之间形成“盛行西风带” ；极地东风与盛行行西风在副极地低压带相遇时形成上升气流，构成中纬环流和高纬环流。3. 大气圈的演化：初始大气圈包括 CO2、N 2和其它气体，CO 2可能高达 20%；植物出现后，大气的成分开始变化，光合作用释放的 O2 开始在大气中聚集；现代大气圈主要由 N2、O2 和局部小量富集的 H2O、CO2 及其它气体组成。O2 与 CO2 的比率由植物与动物维持恒定(0.03%)。二、水圈 背1. 水的类型：按天然水所处的环境可分为海水、陆地水和大气水。（1）海水：水圈的主要组成部分 海水的运动：波浪、潮汐、海流（洋流）和浊流几种运动形式波浪：

11、水体呈波状起伏的运动方式。相当于一半波长的深度是波浪作用折下限深度。印度洋的海啸潮汐：全球性海水周期性涨落的现象，是在引潮力作用下形成的。海流（洋流）：大洋中沿一定方向有规律移动的海水，分表层洋流和深层洋流。表层洋流主要由信风和海水密度差异引起，方向以水平为主，又可分为暖流和寒流；深层洋流主要由海水温度和盐度差异引起，方向既有水平运动，也有垂直运动。浊流：海洋中载有大量悬浮物质的高密度水下重力流，一般形成于大陆架外缘、大陆斜坡上部或河口三角洲前缘等处。浊流向大陆坡下运动，剥蚀大陆边缘，扩大海底峡谷，形成海底扇和浊积岩，浊积岩中发育粒序层理（2）陆地水：主要包括地面流水、地下水、湖泊、沼泽与冰川

12、等。 地面流水：沿陆地表面流动的水体（河流、洪流等） 。地面流水的水质点运动方式：层流和紊流。层流是水质点相互平行而不相混合的水流，在地面流水中比较少见；紊流是水质点的运动速度和方向随时发生变化的水流，是地面流水主要的运动方式。自然界河流由于受到不平整河床的影响，往往呈紊流方式流动 地下水：埋藏在地表以下岩石和松散堆积物空隙中的水体，往往含有复杂的化学成分。根据运动特征和埋藏条件可分为包气带水、潜水和承压水三种基本类型。包气带水：在岩石中空隙未被地下水充满的情况下，埋藏在包气带水中的地下水。潜水：埋藏在地表以下第一个稳定隔水层以上、具有自由表面的重力水，也称饱水带水，其自由表面称潜水面。承压水

13、：埋藏在两个稳定隔水层之间透水层内的地下水，又称层间水。 湖泊与沼泽4湖泊：是陆地上较大的集水洼地。湖水主要来自大气降水、地面流水和地下水，其次是冰川融水和残留海水。湖水通过蒸发、下渗和流泄等方式不断消耗。有出口流泄的湖称为泄水湖，无出口的湖称为不泄水湖。湖水的化学成分主要与湖水的来源及自然地理条件有关。沼泽：陆地上潮湿积水、喜湿植物大量生长并有泥炭堆积的地方。 冰川：是由积雪形成的、并能运动的冰体，它是陆地上以固体形式存在的水。现在陆地上的冰川主要集中在地球两极和高山地区。陆地表面的冰川可分为大陆冰川和山岳冰川。大陆冰川：分布在高纬度和极地地区的冰川，又称冰盾或冰盖。特点：雪线位置低，分布面

14、积大，冰层厚，流动速度稍快。如格陵兰岛的冰川。山岳冰川：分布于高山地带的冰川。特点：雪线位置高，规模小，冰层薄，受地形控制，呈线状分布。（3）大气水：存在于大气圈中的水，以气态的形式存在，绝大部分分布于大气圈的平流层中。大气水主要来源于海水和陆地水的蒸发、植物叶面的蒸腾作用以及火山活动。常用湿度来表示大气中水的含量。相对湿度是空气实际水汽压与当时同温度下饱和水汽压的百分比；绝对湿度是指一定量空气中的水汽质量与该定量空气的体积之比。2. 水圈的循环：水在自然因素和人为因素的影响下处于不断的运动和转换之中，这就是水圈的循环。三、生物圈地球表层由生物及其生活活动的地带所构成的连续圈层，是地球上所有生

15、物及其生存环境的总称。生物按其性状可分为原核生物界、真菌界、植物界和动物界。思考题1. 海水有哪些运动方式？各有何特点？2. 陆地水有哪些存在形式？3. 片流与洪流、层流与紊流各是什么含义？第三章 地球的内部圈层主要内容一、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 2.72.8g/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

16、着深度而增加，地下深处的压力称静压力或围压，可表示为=hhgh，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。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 所升高和温度。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。磁偏角、磁倾角和磁场强度是地球上某点的地磁要素。6. 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。5地球具有塑性的证据