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1、用心 爱心 专心- 1 -地球的圈层结构地球的圈层结构一、固体地球的圈层结构纵波：纵波是通过介质的体积变化即挤压和拉伸传播的，在固、液、气态介质中均可传 播，速度最快。横波：横波的震动方向与传播方向垂直，通过介质的形态变化而实现，又称作剪切波， 只在固体中传播，速度较慢。横波的振动很强烈，它是引起建筑物破坏的重要原因。人们所 感受到的振动是多种波共同作用的结果。由于纵波在地球内部传播速度大于横波，所以地震时，纵波总是先到达地表，而横波总 落后一步。这样，发生较大的近震时，一般人们先感到上下颠簸，过数秒到十几秒后才感到 有很强的水平晃动。这一点非常重要，因为纵波给我们一个警告，告诉我们造成建筑物
2、破坏 的横波马上要到了，快点作出防备。古登堡界面：1914 年，美国学者古登堡（Gutenberg）发现地下 2900 千米处存在地震波 速的间断面，首先是发现距震中 1150016000 千米的范围内存在地震波的阴影区，解释为 存在地核，其次是传播速度发生了明显的变化，纵波存在一次由 13.6 千米/秒突然降低的截 面，而横波则突然消失了。后证实这是地核与地幔的分界层。该不连续面称为古登堡面。 莫霍界面：南斯拉夫地震学家莫霍洛维契奇 1909 年研究萨拉布地区一次地震时发现在 地下 33 千米处地震波的波速发生了明显的变化，由原来的 67 千米/秒突变到 8 千米/秒， 说明组成物质明显不同
3、。持续研究发现，这一界面具有全球性，并经证实是地壳和地幔的分 界线。因此，该不连续面称为莫霍面。莫霍面在大陆地区深度约 2070 千米，大洋地区 7 8 千米。地球并不是均一的整体，通过地震波记录获得的地球物理资料揭示固体地球是由不同圈 层构成的。由地球的中心至地表可分为地核、地幔和地壳。地震波是地震震源释放的能量波。 地震波分为面波和体波。记录地震波的仪器称为地震仪。面波是那些在外层围绕地球传播的 波；体波是那些沿着一定传播路径穿过地球内部的波。面波的研究结果提供了大量有关地球 的资料，但为测定地球内部结构，我们必须把研究工作转到体波方面来。岩石圈是巴雷尔于 1914 年根据板块理论提出的地
4、球圈层概念。岩石圈包括地壳和上地 幔的上部。岩石圈的厚度是变化的，大洋部分在洋中脊的最新部分只有 68 千米，在最老 部分则有 100 千米；大陆岩石圈更厚一些，基本上在 100400 千米。软流圈是巴雷尔（Barrell.Joseph）与岩石圈同时提出的地球圈层概念。它位于上地幔 低速层之下至过渡层上部。软流层温度较高，但刚性较弱，能够长期缓慢变形，相对低温的、 刚性的岩石圈可作为一个整体漂流在软流圈之上。地壳是地球最表面的构造层，只占地球体积的 0.8%。根据其性质可分大陆地壳和大洋地 壳。地壳和地幔之间以莫霍面分界。地幔位于地球金属地核之上的巨厚的硅酸盐圈层，是地球最重要的组成部分（占地
5、球体 积的 82%） ，地幔受到放射性同位素衰变的加热，引起地幔内部的大规模物质对流，通常认为 板块的运动是由这一对流驱动的。地幔与地核的分界面称为古登堡面。根据波速在 400 千米 和 670 千米深度上存在两个明显的不连续面，可将地幔分成由浅至深的三个部分：上地幔、 过渡层和下地幔。地核位于地下 2900 千米以下。地震地球物理资料表明地核可分为两个部分：内地核和 外地核。 二、水循环具有极其重要的作用首先，地球各种水体通过蒸发（或蒸腾） 、水汽输送、降水、下渗、径流等一系列过程 和环节，把大气圈、水圈、岩石圈和生物圈联系起来，构成一个庞大的永不停息的大系统。用心 爱心 专心- 2 -其次
6、，各种水体不断运动、转化，使地球上各种水体不断更新，维护全球水的动态平衡。 陆地水得以更新、补充。再次，水循环是自然界最基本、最重要的物质循环之一。通过水的携带、溶解，促使自 然界物质的运动。对地表吸收的太阳辐射能起着吸收、转化、传输和调节的作用。从而实现 了四大圈层之间物质的迁移和能量的转换。最后，水循环不仅影响着全球的气候和生态，而且使水成为自然界最富动力作用的因子， 通过物理、化学作用，不断塑造着各种地表形态。如：大气运动输送水汽，一股使沿海气候 湿润，而内地干旱少雨；在全球形成两大多雨带（热带多雨带、温带多雨带）和两大少雨带 （副热带少雨带、极地少雨带） 。 三、生物圈生物圈也叫生态圈
7、，它是由大气圈下层、水圈、土壤岩石圈以及活动于其中的生物组成 的地球表面最大的生态系统。地球在长期演化过程中，形成了大气圈、水圈、土壤岩石圈等不同的圈层，这三个相互 重叠重迭、互相渗透、相互作用，形成水中有气、气中有水、土中有水有气的适合生物生存 的环境。生物依靠三个圈层提供的物质和太阳辐射能量生存发展，同时也在发展过程中，不 断地改造各圈层的成分和性质。地球表面的三个无生命的物理圈层，只有出现了生物相互进 行积极的生命渗透之后，才构成生物圈。生物圈范围究竟有多大？从地球表面向上 23 千米的高空、向下 11 千米的深度（太平洋 最深的海槽）都属于生物圈的范围。 问题研究问题研究 月球基地应该
8、是什么样子月球基地应该是什么样子 三维目标 知识与技能 1.在问题研究中初步学会探究学习。 2.把前面学习的有关地球上存在生命的条件等知识应用到问题研究中，以理论指导实践，巩 固所学知识。 3.培养学生通过各种方式进行查找、收集、分析资料的能力。 过程与方法 1.在所学知识的基础上大胆设想和创新，科学地尝试规划月球基地。 2.运用探究学习的方式加强研究性学习课程的实施。 情感、态度与价值观 1.培养学生科学研究的素养和态度。 2.培养学生的合作和团队精神。 教学重点 1.探究学习方式的初步体验。 2.查找、收集、分析资料的能力培养。 教学难点 1.探究学习方式的初步体验。 2.查找、收集、分析
9、资料的能力培养。 3.月球基地的整体规划。 课时安排 1 课时教学过程导入新课（放映）1969 年 7 月美国“阿波罗”计划片段。（投影）月球环形山图片（图 1） 。用心 爱心 专心- 3 -图 1几千年来，中华民族就流传着“嫦娥奔月”的美丽神话，1969 年美国“阿波罗”11 号 在月球探测中取得最辉煌的成果，先后有 6 次 12 名宇航员踏上月球，并向地面带回 440 千 克的月岩样品。科技大国美国、欧洲、中国、日本、加拿大和印度，最近都燃起了对月球的兴趣，计划 在 10 年内派太空船到月球展开探索，并提出要建立月球基地。2002 年 6 月，科罗拉多开采学院土木工程师苏姗特就跟欧洲太空总
10、署（ESA）旗下的欧 洲太空研究及技术中心（ESTEC）合作，于荷兰举办了第一届欧洲月球基地设计工作坊，由 来自 16 个国家 13 个学系和 40 名毕业生，构思出他们心目中的月球基地。结果，工作坊成 功“开发出”数个独特的月球基地设计，每个基地都发挥特有的功能，如开采冰水研究、开 发太阳能、用水研究、开采氦 3 等，同时也顾及在月球居住的社会和心理问题。那么月球基地应该是什么样子呢？下面我们一起来探究这个问题。推进新课师我们首先来了解一下人类已经对月球做了哪些探测研究。（投影）就国际上的探月活动来说，从 1958 年至今，美国进行了 9 次载人月球探测，其中有 6 次为载人登月；前苏联、美
11、国、日本和欧洲空间局向月球发射的无人探测器共计 87 个。1969 年 7 月， “阿波罗”11 号实现了人类登月之梦，在月球探测中取得最辉煌的成果。 这一年先后有 12 名宇航员踏上月球，并向地面带回 440 千克的月岩样品。1972 年美国“阿波罗计划”结束以后，月球探测一时有所降温，因为探月活动耗资巨大。1990 年日本发射了“飞天”月球探测器，正在研制“月神”月球探测器。1998 年美国发射“月球勘探者”探测器，准备在 2004 年发射“破冰者”探测器。2003 年 9 月 27 日欧洲第一个月球探测器“SMART1 号”在格林尼治时间顺利升空。2004 年 2 月我国公布了首次探月计
12、划。师再看看今后各国的探月计划。（投影文本及图 2）美国：准备重返月球 用心 爱心 专心- 4 -图 2据美国媒体报道，虽然许多科学家担心美国重返月球的计划耗资太大，影响到其他科研 项目的执行，但这些并没有影响到布什政府重返月球的雄心，美国国会已经批准了美国家航 空航天局的预算。 执行重返月球计划的第一步骤是寻找合作厂商，本月初，美国家航空航天局已经签出总 价值约 10 亿美元的 70 份合同，获得这些合同的都是美国著名的军事和科技设备制造商，如 诺斯罗普格鲁曼公司、波音公司等。这些合同项目包括建造一个机器人探测者，用于寻找 一个适宜做月球基地的好地点，建造采掘月球资源的设备以及着陆器等。 美
13、国家航空航天局曾在一份太空探索战略文件中建议，月球南极可能是最适宜人类驻扎 的目的地。因为月球南极地区有冰冻水存在的迹象。这些冰冻水可用于饮用或分离为氢气和 氧气作为燃料。这份文件还提议在 20082011 年间开展一系列月球无人探索任务，搜集数 据并选择着陆地点。20112015 年间，美国将为建立永久有人基地作准备。 （投影文本及图 3）图 3NASA 设想研制移动式月球基地美国宇航局（NASA）正在积极研究新的月球计划，其中包括设计未来月球基地的研究工 作，不仅要研究固定式月球基地，而且还要研究移动式的。目前，位于加州的 NASA 埃姆斯研究中心已成功研究出一种移动式月球基地的设计计划。
14、 该中心专家已在 6 月底提出移动式月球基地新构思，相应的计划由 NASA 研究员迈克尔科 埃恩博士在新墨西哥州美国物理研究所举办的论坛上提出。科埃恩博士指出，移动式月球基地具有一系列优点，其中一个主要优点是，移动式月球 基地不会拴死在月球表面一个具体点上，借助于移动式月球基地将可以进行更广泛的研究， 同时建造移动式月球基地的费用也不会太高。 科埃恩博士批评了传统的月球基地模型，为了确保长期考察队的安全，必须至少派 3 部 车辆运送他们。这样，建造移动式月球基地要简单得多。除此之外，移动式月球基地可以协 同工作，连接成特殊的“列车” ，然后再分散进入各自的研究区域。不过，研究月球移动式用心 爱
15、心 专心- 5 -基地的设想暂时还处于起始阶段，到真正实施时也许会与现在讨论的方案完全不同。（投影文本及图 4）图 4俄罗斯：要建造月球基地 在美国大张旗鼓准备重返月球的同时，俄罗斯也准备实施相似的计划。早在 2002 年， 俄罗斯航空航天局领导人就曾宣布，俄罗斯在一系列月球项目方面积累了丰富经验。许多专 家也多次强调，俄罗斯可在近期实现月球飞行。 在美国公布重返月球计划后，俄罗斯航空航天局副局长莫伊谢耶夫 22 日宣布，俄罗斯 将会在 20202025 年间在月球上建成一个自动化基地。莫伊谢耶夫当天在华盛顿参加美国 航空航天局组织的国际空间站项目问题研讨会上宣布，俄罗斯不排除近期在月球建设基
16、地的 可能性。 莫伊谢耶夫还告知其他国家的官员关于俄罗斯国际空间站的计划，包括旨在探索太阳系 的先进研究，以及自动化航天器的应用。（投影文本及图 5）图 5欧洲版 “嫦娥工程”：（图为欧洲首颗月球探测器智慧一号）“SMART-1 号”月球探测器于 2003 年 9 月发射升空，它是欧洲航天局名为“高级技术研 究小规模任务”的系列低成本探测计划的第一步，该计划担负着为日后重大研究项目进行前 期技术考察的任务。“SMART-1 号”拥有一套全新设计的动力推进系统：一种高效能离子驱动系统。在整个 系统中，由太阳能电池板产生电力，以此使得氙气燃料加热后电离化，产生的离子由探测器 后部喷射出来，以此推动探测器向前飞行。据悉，整套系统比传统的火箭推进系统效率高出 10 倍。为建月球基地选址欧洲航天局表示，此次“SMART-1 号”主要探测活动之一，是详细 考察月球上一座名为“恒久光明之巅”的山峰。这座月球山峰山顶上由于能常年沐浴到太阳 光照射，其温度在适宜人类活动的-20 左右，是人类建造月球基地的理想位置。同时由于 其常年能接受到太阳能辐射，可以满足宇航员工作生活上对能
