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1、宇宙中的地球（六）宇宙中的地球（六）-地球的圈层结构地球的圈层结构学习指导学习指导知识结构知识结构学习目标学习目标 知道地球具有明显的圈层结构； 了解地球的内部圈层、划分依据及其主要特征； 了解地球的外部圈层及其主要特征； 了解地球的垂直分层及与人类活动的关系。教材分析教材分析地球是一个具有圈层结构的天体，这是地球通过长期演化形成的，也是地球最显著的结构特征。了解人类赖以生存的地理环境，就必须了解地球的圈层结构。本节教材主要包括两部分内容：一是内部圈层，二是外部圈层。内部圈层部分首先介绍了对地球内部探测的主要手段-地震波，根据地震波在地下不同深度传播速度的差异和变化，将地球内部分为地壳、地幔和
2、地核。在这三个圈层中，与人类关系最为密切的是地壳。外部圈层部分主要介绍了大气圈、水圈和生物圈。在这几个外部圈层中，重点介绍了大气圈。而且大气圈中还介绍了大气的垂直分层，这是因为大气的垂直分层是地球大气最主要的特征，大气的分层结构与大气的热量、运动以及许多大气现象都有密切的联系，这部分内容也是学习后面内容的一个基础。在大气分层中尤以对流层最为重要，因为我们人类就生活在对流层的底部，而且对流层的天气变化最大，也是众多天气现象的发生地。本节知识重点本节知识重点1.地球的内部结构及地壳地球内部圈层的划分依据是地震波，结合教材中图 1-4-1，简单了解横波和纵波的定义及主要特征，横波只穿过固体，纵波可穿
3、过固体、液体和气体。 分 类传播速度传播的媒介共同点纵波较 快固体、液体、气体传播速度都随所通过物横波较 慢固 体质的性质而改变在三大内部圈层中，与人类关系最为密切的是地壳。其中地壳与上地幔顶部构成了我们所认识的岩石圈。 圈层名称不连续面深度（KM）特征地壳由岩石构成的固体外壳大陆地壳厚、海洋地壳薄上地幔固态上部存在一个软流层（可能是岩浆的发源地) 地幔下地幔可能为固态温度、压力和密度均增大外核接近液态、横波不能通过 地核 内核（莫霍界面）（古登堡界面）平均 171000290050006370温度、压力和密度都很大2.大气的组成与垂直分层大气特别是低层大气的各种组成物质对生命活动和地理环境产
4、生重要的影响。干洁空气中各组成成分的比例在自然状态下是固定的。教材既指出干洁空气中主要成分 N2和 O2的重要性，又强调指出微量成分 CO2、O3等的重要作用。大气中的水汽和固体杂质不同于干洁空气之处，在于它们在大气中的含量因时因地而异。教材在阐明大气主要组成成分对人类生命活动及其生存环境的重大作用之后，又指出人类活动对大气组成成分的影响。由于人类活动排放到大气中的 CO2、氟氯烃化合物等的含量增多，造成的大气污染导致大气组成成分比例的变化。例如使大气中的 CO2增多，O3减少。尽管这种变化是缓慢的，但已经构成对人体、生态环境乃至社会、经济各方面的危害，并且这种危害是全球性的。依据大气的温度、
5、密度和大气运动状况，将大气划分为对流层、平流层和高层大气。 垂直分层垂直分层高度高度特点特点对人类活动影响对人类活动影响对流层高度因纬度而异低纬 1718 千米中纬 1012 千米高纬 89 千米气温随高度增加而递减空气对流运动显著天气现象复杂多变与人类关系最为密切，人类就生存在对流层底部平流层对流层顶到 50-55 千米下层气温随高度变化很小，在 30 千米以上，气温随高度增加迅速上升大气以平流运动为主有利于高空飞行臭氧层吸收太阳紫外线，是人类生存环境的天然屏障高层平流层顶到大气上界在 80-500 千米高空，大气处于高度电离状态影响无线电短波通讯3.水圈与生物圈外部圈层除了包括岩石圈、大气
6、圈之外，还包括水圈、生物圈等（如图所示，）这些圈层之间相互联系、相互制约，形成人类赖以生存和发展的自然环境。 水圈是由地球表层水体构成的连续但不规则的圈层。它包括地表水、地下水、大气水、生物水等。水圈的水处于不间断的循环运动之中。生物圈是地球表层生物及其生存环境的总称。它占有大气圈的底部、水圈的全部和岩石圈的上部。它是大气圈、水圈和岩石圈相互渗透、相互影响的结果。本节知识难点本节知识难点：地震波的特点，大气的垂直分层及其特点例题解析例题解析【例题 1】目前用人工爆炸探测地下石油资源的方法（ ）A. 使石油资源汇集 B. 用人工爆炸产生的地震波，间接了解地表以下的物质性质C. 地震波通过古登堡面
7、时速度加快D. 仪器先测到横波解析：解析：地震波是人类了解地球内部情况的重要手段。利用人工爆炸产生的地震波来探测矿藏已成为人们找矿的一种途径。由于地震波中的横波无法通过液态物质，加之纵波传播速度会有相应的变化，可以利用这一性质来探测地下石油资源。故应选 B。答案：答案：B【例题 2】对流层中的上升气流会使飞行中的飞机颠簸,导致对流层气流上升的原因是：上层实际气温低于理论气温(按垂直递减率计算的气温)。下图表示四种对流层气温分布状况,回答(1)-(2)题。(1)图表示的气温降低速率在( )A. 3000 米以下低于垂直递减率 B. 3000 6000 米高于垂直递减率C. 6000 米以下等于垂
8、直递减率 D. 6000 米以下均低于垂直递减率(2)飞机可以在 5000 米高度平稳飞行的是( )A. B. C. D. 解析解析:对流层大气气温垂直递减率为每上升 1000 米气温下降 6,结合读图计算不同高度气温,判断气温降低速率。(1)据图气温分布状况，读取 6000 米高度气温约为-35，3000 米高度气温约为-15，而近地面气温接近 20，计算 3000 米以下温差约 35，大于垂直递减率，3000 米与 6000米温差约 20，与垂直递减率上升 3000 米气温降低 18 ，高于垂直递减率。故 B 选项正确。(2)对流层中上升气流使飞机飞行颠簸，而上下温差小，对流微弱则利于飞机
9、飞行。由四幅图判读可知图5000 米高度处气温较高，与近地面温差小，气流较平稳，利于飞机飞行。故 D 选项正确.答案答案: (1)B (2)D 知识拓展知识拓展1.软流层地壳下面是地球的中间层，叫做“地幔”，厚度约 2865 公里，主要由致密的造岩物质构成，这是地球内部体积最大、质量最大的一层。 地幔又可分成上地幔和下地幔两层，一般认为上地幔顶部存在一个软流层。由于人类尚未直接接触此层，故对其性质都是推测的。根据地震波传播速度的性质,在岩石坚硬处传播快，反之慢。此处地震波传播速度明显减缓，因此被认定较软，并可能有一定流动性，故名软流层。 科学家们推测，此层变软的原因是地球内部放射性元素聚集衰变
10、产热。我们都知道豆子在热时变软，岩石也一样。 软流层经最新的测量，被认为仍是固体。但在热量集中的地方，可能有局部熔融，被认为是岩浆的源地。有人曾根据岩石的导热性推测软流层的温度，结果发现在100km 深度上温度可达 1300左右，这个温度与从火山口流出的熔岩的温度十分接近，这似乎证明：火山熔岩就来自于软流层，换句话说软流层似乎就是岩浆的发源地。2.地震波的探测原理地震波是地震发生时，地下岩石受到强烈冲击所产生的弹性震动传播波。地震波是弹性波，它能穿过包括地核在内的整个地球。地震波可分为纵波、横波、面波和界面波四种类型。纵波（P 波），也称疏密波，通过物体时，物体质点的震动方向与地震波传播的方向
11、一致，传播速度最快，周期短，振幅小，能通过固体、液体和气体传播。地震发生后，纵波最先到达地面，引起地面上下颠簸。横波（S 波），通过物体时，物体的质点震动方向与地震波传播方向垂直，在地壳中传播速度比纵波慢，周期较长，振幅较大，只能通过固体介质传播，比纵波到达地面晚，横波能引起地面摇晃。纵波、横波合称体波，体波在地球体内部可以向任何方向传播。面波（L 波），也称地面波，是纵波或横波到达地面后，从震中沿地面表层向四周传播的次生波。面波振幅较体波显著，波速比体波小，周期较体波长。利用面波的波散现象，可推算相应地区的地壳和上地幔的结构状况和性质。界面波是在两个弹性层之间的平界面附近传播的地震波。由于不
12、同的地震波，具有不同的性质和传播特点，因此可以利用地震波来探测地球的内部构造。目前世界上最深的钻井只有 10 公里多一点，能直接取样观察的最深矿井仅有 3 公里。目前人们还不能对地球整个内部进行直接观察研究，主要是利用地震波研究地球的内部结构。从地球大陆的地表面往下到 33 公里深处，横波速度每秒约 4 公里，纵波速度每秒约 8 公里。从 33公里往下到 2900 公里深处，横波速度由每秒 4 公里多增快到每秒 7 公里以上，纵波速度由每秒8 公里左右增快到每秒 13 公里以上。从 2900 公里往下到 5000 公里深处，横波完全消失，纵波传播速度突然下降到每秒 810 公里左右。从 500
13、0 公里往下到地心，无横波传播，纵波速度又逐渐增快到每秒约 11 公里左右。从地震波在地球内传播的情况表明，在大陆 33 公里深处以下，横波和纵波的速度明显加快，证明是密度很大的可塑性固体层，因此地下 33 公里深处是地震波传播的一个不连续面，这个不连续面是莫霍洛维奇发现的，所以叫莫霍面。在 2900 公里深处往下，横波完全消失，纵波速度突然下降，证明到了液态层，这个地震波传播的不连续面，是古登堡最早研究的，所以叫古登堡面。5000 公里以下纵波速度又加快，证明是固态层。根据地震波的传播情况，说地球内部构造是不同的物质圈层组成的。据此，人们以莫霍面和古登堡面为分界面，把地球的内部构造划分为地壳
14、、地幔和地核三个圈层，并将地下 29005000 公里深处，推测定为液体外核，5000 公里以下到地心推定为铁镍固体内核。3.电离层高层大气自 60 km 开始至 800 km 高度处形成电离层。由于太阳紫外线和 X 射线以及宇宙射线的作用，使电离层大气中的氮、氧分子或原子电离为正离子和自由电子。被电离的空气离子主要集中在 80 km 高度附近的 D 层、110 km 附近的 E 层和 300 km 附近的 F 层。D 层主要反射无线电波中的长波部分，对短波则有吸收作用。E、F 层主要反射无线电波中的短波部分。这样，由地面发出的无线电波，在地面和电离层之间经过多次反射，从而能传播到很远的地方。
15、D 层只在白天形成，夜间消失。由于 D 层对短波的吸收作用，所以对无线电短波的传播起衰减作用。这就是为什么有些远距离电台的广播在白天收听不到，而到了夜间就能收听到的原因。电离层受太阳活动影响很大。太阳活动剧烈时，电离层也随之加强。有时因太阳活动的反常变化，干扰了无线电波的传播，会使地面的无线电通讯突然中断。4.生命薄膜生物圈的厚度估计约 2030 公里，但有正常生命活动能力的生物不可能遍布生物圈上下各处，而是比较集中生存于距离地球表面不远的范围内。因为这一层有适于生物生存的各种有利条件。地面以上 100 米，大致相当于木本植物的最大生长高度；水面以下 200 米大致是阳光能够透射的深度。这一薄层是生物繁殖和生命活动最活跃的圈层。生态学上把这一薄层叫做“生命薄膜”,即生物圈的核心部分。
