地球的内部圈层

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1、 1第九章第九章 地球的内部圈层地球的内部圈层 目的要求：目的要求： 通过地球内部主要物理性质的特征差别，说明地球具圈层构造。要求学生掌握地壳、地幔和地核三个一级圈层和莫霍面、古登堡面两个一级界面以及各圈层物质组成的差异。 教学学时：教学学时：2 课时。 重点与难点：重点与难点： 三个一级圈层和两个一级界面。 地幔、地核物质组成。 教学方法：教学方法： 利用多媒体讲授，结合岩石标本及模型观察。 教学内容：教学内容： 一、地球内部的主要物理性质一、地球内部的主要物理性质 （一）、密度（一）、密度（density） 密度=质量/体积；0km 处密度约 2.6g/cm3；33km 处密度约 2.9g

2、/cm3；33km 处密度约 3.32g/cm3；2885km 处密度约 5.56g/cm3；2885km 处密度约9.98g/cm3；内核处为 12.51 g/cm3；总体规律是：从地表到地心，密度逐渐增大，在 33km、2885km 以及其他深度，密度突然增高。 （二）、压力（二）、压力（compressive stress） 静岩压力，即压强（intensity of pressure）随深度增加压力不断增加； 33km 处为 1200Mpa，2885 处为 135200Mpa，地心处可达 361700Mpa。 （三）、温度（三）、温度（temperature） 2变温层（外热层）地表受

3、太阳影响，温度一年四季，白天黑夜呈周期变化的表层。常温层外热层之下，地温常年保持不变的地方。地热增温率或地温梯度（geothermal gradient）常温层之下，每向下加深 100m 所升高的温度，平均 3。地热增温级温度每增加 1所增加的深度，是地温梯度的倒数。33km 处约 4001100，2885km 处为 3700，地核高达 4500。 （四）、重力（gravity） 地球吸引力和离心力的合力。具有随纬度增高而增加的规律。33km 为983Gal，2885km 为 1069Gal， 0km2885km 递增，且达最大值；2885km地心递减，最终变为 0。 （五）、磁场（五）、磁场

4、（magnetic field） 地球周围存在着磁场，称为地磁场（geomagnetic field）。 （六）、地磁要素（六）、地磁要素（geomagmetic） 磁偏角磁场强度矢量的水平投影与正北方向的夹角，即磁子午线与地理子午线之间的夹角。磁倾角磁场强度矢量与水平面的交角。磁场强度磁场大小的绝对值，平均为 50T。磁异常（magnetic anomaly）地球浅部具磁性物质引起的局部异常。 （七）、地震波（earthquake wave） 纵波质点振动方向与传播方向相同，速度快，任何物质均可通过，又称 P波；横波质点振动方向与传播方向垂直，速度慢，不能通过液态介质，又称 S波； 33km

5、 处， P 波的速度从 7.0km/s 突然增加至 8.1km/s， S 波的速度从 4.2km/s突然增加至 4.4km/s； 60100km 处， P 波从 8.2km/s 降至 7.93km/s， S 波从 4.6 km/s降至4.36 km/s； 2885km处， P波从13.54km/s降至7.98km/s， S波从7.23km/s降至 0；5155km 处，S 波从 0 变为 3.46km/s。 31、地震的成因、地震的成因 地震是地球内部能源（动力来源于地球内部）的一种自然现象。属内动力地质作用的一种类型。 （1） 、基本术语：） 、基本术语： 地震 地壳的机械颤动（振动） 。

6、震源 振动的发源点，能量的发源点。 震中 震源在地表投射点。 震源深度 震源至震中的距离。 震源距 震源至地震接收（观测）站的距离。 震中距 震中至地震接收（观测）站的距离。 地震序列 前震 + 主震 + 余震 在一个地区相继发生的并在成因上有联系的一系列大小地震（主震型、多震型、单发型） 。 2、地震类型、地震类型 地震这一自然现象是极其频繁的，每年 500 万次，但大多数是属无感地震（4 级有感）7 级以上灾难性给人类带来具大危害，1976.7.22 日唐山地震 20余万人死亡城市毁灭。海底地震称海啸。 按震源深度 深源地震300km 中源地震.70300km 浅源地震6 级 800 次；

7、8 级 18 次 6破坏性地震占 2/3 省区 西部地震区：分布广、频度高，但人口稀少、城市少、实际危害小。 南北地地震带 6、地震的表现和预报、地震的表现和预报 （1） 、地震表现） 、地震表现 地震是一种地壳的机械运动，不管地震的能量源于什么，最终在地震发生的瞬间都必须转化为机械能，表现为地壳颤动。从地震岩石的能量储集到释放，也就是从蕴育地震到起震的整个过程中，岩石发生一系列物理性质的变化及变形和变位，尤其在震前不长的时间内，变化明显，为地震预报提供了可能。 n 地电、地磁变化 地应力变化可使局部地磁发生变化，这在仪器中可观察到；地电变化可被人直接观察到，地震前或震时，地下可连续发生象闪电

8、一样的光亮“地光”地声可通过仪器放大接收到。 n 地下水的变化 由于岩石受和或发生蠕变，可改变地下水赋存状态，甚至发生剧烈运动，导致水位、水温、化学成分等的变化。水质混浊，某些元素含量剧增，喷水冒沙。 n 地壳升降 n 褶皱断裂 1976 年唐山裂隙 1.5 米宽； 1970 年 云南通海， 长 50 多公里右旋平移断层，分布： 东部地震区： 华北（强烈） 华南（次） 东北（弱） 唯一深源 430580 公里 7水平断距 2.4 米。 n 山崩、地滑：山区引起滑波、山崩、泥石流等。 （2） 、地震预报） 、地震预报预测出将要发生地震的时间、地点及强度 对于地震这种自然现象人类还无法阻止。但也不

9、甘心坐等灾难的到来，而是利用各种手段尽力做一些预报工作，使人们有所准备。最大限度减少人身伤亡和财物损失。 地震预报，尤其在多震国家是非常重视的，我国是多地震国家，是地震纪录最早的国家，对地震预报的研究有很久的历史，公元 132 年，张衡发明了世界上第一台地震仪候风地动仪。准确测出震中所在的方向。 地震预报主要是利用震前一系列岩石物理、化学性质的变化规律来测定即将发生的地震。 地温、潜水面、地声、地电、地磁异常，民间一些生物的反常表现也可作为发震的征兆。 二、地球内部圈层的划分二、地球内部圈层的划分 根据前面讲授的地球内部各种物理性质，尤其是地震波波速的变化，可将地球内部划分为以下三个一级圈层和

10、两个不连续界面： （一）、地壳（一）、地壳(crust) 033km，大陆型地壳（SiAl 层）以花岗岩为代表（用花岗岩标本让学生观察）；大洋型地壳（SiMg 层），以玄武岩为代表（用玄武岩标本让学生观察）。 （二）、地幔（二）、地幔（mantle） 332885km。上地幔（33650km），上部为固态（3360km）；中部为部分熔融状态（60250km，岩浆发源地），上地幔上部固态与地壳组成岩石圈，8中部低速层（部分熔融状态）为软流圈；下部为固态（250650km）。下地幔也为固态（650-2885km）。 （三）、地核（三）、地核（core） 外核（28854170km），液态地核；过渡

11、层（41705155km），固液态过渡带；内核（51556371km），固态地核。 （四）、莫霍面（四）、莫霍面（moho discontinuity） 前南斯拉夫学者莫霍洛维奇首先发现（1909 年）地壳与地幔的不连续面，平均深度为 33km。 （五）、古登堡面（五）、古登堡面（Gutenberg discontinuity） 美国地球物理学家古登堡首先发现（1914 年）地幔与地核的分界面，平均深度为 2885km。 三、各圈层物质组成三、各圈层物质组成 （一）（一） 地壳地壳 由固态岩石组成，包括沉积岩、岩浆岩和变质岩（拿几种代表性岩石让学生观察，如砂岩、板岩、闪长岩、花岗岩等等）。 （

12、二）（二） 地幔地幔 1.上地幔由相当于基性岩（橄榄岩）物质组成，其主要矿物为橄榄石、辉石和石榴子石，被称为地幔岩，与石陨石（stone meteorite）相似（拿橄榄岩标本让学生观察）。上地幔上部存在的软流圈是岩浆的重要发源地。 2.下地幔同上地幔物质成分相比，铁的含量相对增加。 （三）（三） 地核地核 其成分与铁陨石（iron meteorolite）相近，表明主要为铁、镍物质，其次有少量硅、硫等轻元素组成的合金。 9四、地核的运动四、地核的运动 （一）、早就有学者推测地核转动较快，但证据不足。 （二）、1996 年，旅美中国学者宋晓东博士与里查兹教授通过近 30 年来穿越地核的地震波研究，发现地核的对称轴比地球的旋转轴每年向东偏移 1.1（其后苏维加等人认为地核比地幔自转速度每年快 2-3），这就意味着地核的旋转速度比地球每年快 20km（如图 3-2）。此项研究成为 1996 年国际十大科技新成果之一，得到许多专家的赞赏。 （三）、此项成果具有非常重要的意义 液态外核正好成为转动快的地核与慢速转动的地幔之间的缓冲圈层；解释核幔成分的差异；解释核幔运动速度不同的现象；内核转速快的原因，可能与其保持了早期地球转速较快有关。