地球内部圈层与特征

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1、地球的内部圈层,第三章,地壳,地幔,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。,一、地球内部的主要物理性

2、质,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所升高温度。,一、地球内部的主要物理性质,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。,地磁场成因的自激发电机模式,磁偏角、磁倾角和磁场强度是地球上某点的地磁要素。,一、地球内部的主要物理性质,5. 弹塑性 地

3、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。 地球具有塑性的证据： （1）地球自转的惯性离心力使地球赤道半径加大；（2）岩石的塑性变形 影响地球弹性与塑性的重要因素：时间和温-压条件。 在快速受力的情况下易于显示弹性，在缓慢受力的情况下易于显示塑性； 在较高的温度和压力条件下易于显示塑性。,二、地球内部圈层的划分,1. 划分的依据地震波在地球内部的传播特点,两个重要的波速不连续界面： 莫洛霍维奇不连续面（简称莫霍面）和古登堡不连续面（简称古登堡面） 一个低速带,古登堡面,莫霍面,二、地球内部圈层的划分,二、地球内部圈层的划分,2. 地球内部

4、圈层划分示意图,2. 地球内部圈层划分示意图,软流圈和岩石圈的相对位置,地球的内部圈层划分,三、地球内部各圈层的物质组成及物理状态,1. 地核：古登堡面（2885km）至地心部分。 (1) 主要由铁、镍和少量硅、硫等元素组成； (2) 密度高； (3) 进一步分为外核、过渡层和内核，外核呈液态，内核呈固态，过渡层呈液体-固体过渡状态。,三、地球内部各圈层的物质组成及物理状态,2. 地幔：莫霍面至古登堡面之间的部分 质量大，是地球的主体部分； 60km至250km之间存在软流圈，物质部分熔融(1%10%),具较强塑性或流动性，是岩浆的重要发源地； 地幔岩由相当于超基性岩的物质组成，主要矿物成分可

5、能是橄榄石和一部分辉石与石榴子石。,三、地球内部各圈层的物质组成及物理状态,3. 地壳：莫霍面以上至地表部分。 （1） 地壳中元素的组成与分布 克拉克值：某种元素在地壳中的平均质量百分比。 地壳中最丰富的10种元素：O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg、Ti、H，占地壳总质量的99.96%. 其中O、 Si、Al、Fe四种元素即占88.13%。 丰度值：某一地区某种化学元素的质量百分比。,一、地壳的化学成分 1.克拉克值（clarke）： 各种化学元素在地壳中的平均含量 之百分数。 表示方法：质量百分数质量克拉克值 原子百分数原子克拉克值 丰度值：某一地区某种化学元素的质量百分比。,2.

6、地壳中元素的分布特点 1）元素分布极不均匀: 丰度最大者： O 46.6% 丰度最小者： Rn 710-16 % 2）地壳的主要化学组成(见右图),三、地球内部各圈层的物质组成及物理状态,三、地球内部各圈层的物质组成及物理状态 3. 地壳,（2） 矿物：地壳中天然形成的的单质或化合物。,最硬的矿物 金刚石,三、地球内部各圈层的物质组成及物理状态 3. 地壳 （2）矿物, 矿物的形态： 依据晶体在三维空间的发育程度，晶体习性大致分为三种基本类型： （1）一向延长型： 晶体沿一个方向 特别发育，呈柱状、针状和纤维状等。 石英、辉锑矿、角闪石等； （2）二向延展型： 晶体沿两个方向 相对更发育，呈板

7、状、片状、鳞片状 和叶片状等。云母、长石等 （3）三向等长型： 晶体沿三个方向 发育大致相等，呈粒状或等轴状。黄铁矿、石榴子石、磁铁矿,棱柱状石英,片状云母,柱状电气石,等轴状石盐,矿物集合体的形态,辉鍗铅矿,自然铜,黄水晶晶簇,石英晶簇,孔雀石,绿松石,石膏,三、地球内部各圈层的物质组成及物理状态 3. 地壳 （2）矿物, 矿物的物理性质 指矿物的光学性质（颜色、条痕色、透明度和光泽等）、力学性质（硬度、解理与断口等）和相对密度、磁性、压电性等。,菱面体方解石沿着解理面破裂的特性, 矿物的物理性质-光学性质,A -矿物的颜色,定义：对光选择性吸收的结果,可见光 390760nm，其间波长由长

8、至短依次显示红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等色，它们的混合色为白色,矿物的光学效应反射、吸收、透射, 矿物对光全部吸收时，矿物呈黑色 对所有波长的色光均匀吸收，矿物呈不同程度的灰色 基本上都不吸收则为无色或白色 选择吸收某些波长的色光，矿物呈现吸收色光的互补色,三、地球内部各圈层的物质组成及物理状态 3. 地壳 （2）矿物,矿物颜色的类型,自色、他色、假色,自色是指矿物本身固有的成分、结构所决定的颜色.自色 对矿物鉴定有着重要的意义。 他色是由杂质、气液包裹体所引起的颜色 假色是因物理光学效应而产生的颜色 (干涉、衍射、散射),B.条痕,矿物粉末的颜色，通常是以矿物在白色无釉瓷板上擦划所留下的粉末

9、的颜色。 矿物的条痕能消除假色、减弱他色、突出自色，比矿物颗粒的颜色更为稳定、更有鉴定意义。 应用对象：有色矿物(尤其是硫化物或部分氧化物和自然 元素矿物;类质同像的混入可通过条痕推测矿物的形成条件) 低硬度矿物（硬度条痕板）, 矿物的物理性质-光学性质,三、地球内部各圈层的物质组成及物理状态 3. 地壳 （2）矿物,C.矿物的透明度,是指矿物可以透过可见光的程度。,据矿物碎片刃边的透光程度，配合矿物的条痕，矿物的透明度分三级：,1）透明： 能透过绝大部分光，条痕为无色、白色或浅色。 2）半透明：可允许部分光透过，条痕呈红、褐等各种彩色。 3）不透明：基本不允许光透过，条痕呈黑色或金属色。,

10、矿物的物理性质-光学性质,三、地球内部各圈层的物质组成及物理状态 3. 地壳 （2）矿物,D.光泽,1）金属光泽： 似平滑金属磨光面的反光。矿物具金属色，条痕呈黑色或金属色，不透明。,2）半金属光泽： 反光较强，似未经磨光的金属表面的反光。 矿物呈金属色，条痕为棕色、褐色等深彩色，不透明半透明。,3）金刚光泽： 反光较强，似金刚石般明亮耀眼的反光。 颜色和条痕均呈浅色（ 如浅黄、桔红、浅绿等）、白色或无色， 半透明透明。,矿物的光泽是指矿物表面对光的反射能力。, 矿物的物理性质-光学性质,三、地球内部各圈层的物质组成及物理状态 3. 地壳 （2）矿物, 矿物的物理性质-力学性质,三、地球内部各

11、圈层的物质组成及物理状态 3. 地壳 （2）矿物,A.硬度,矿物抵抗外来机械作用(如刻划、压入或研磨等)的能力。,矿物肉眼鉴定中，通常采用摩斯硬度( HM )，系一种刻划硬度。 摩斯硬度计,小于指甲（5.5),简单硬度计,影响矿物硬度大小的因素,化学键 原子半径与电价 紧密堆积程度,矿物受外力（敲打、挤压等）作用后，沿着一定的结晶方向发生破裂，形成一系列光滑平面的性质, 解理产生的原因, 解理是由矿物的晶体结构决定的 解理产生在面网间化学键力最弱的方向,B.解理,解理的等级： 据其产生的难易程度及完好性，通常分为五级： 1）极完全解理：矿物受力后极易裂成薄片，解理面平整而光滑。, 矿物的物理性

12、质-力学性质,三、地球内部各圈层的物质组成及物理状态 3. 地壳 （2）矿物,2）完全解理：矿物受力后易裂成光滑的平面或规则的解理块，解理面显著而平滑，常见解理面的阶梯。,3）中等解理： 矿物受力后常破裂成较小的不很平滑的平面，解理面不太连续，常呈阶梯状，且闪闪发亮，清晰可见。,4）不完全解理： 矿物受力后不易裂出解理面，仅断续可见小而不平滑的解理面。,5）极不完全解理：即无解理。 矿物受力后很难出现解理面，仅在显微镜下偶尔可见零星的解理缝。,只有晶质矿物才有解理 不同矿物，其解理发育 程度不同 无论完整与否，无论大 小如何，同种矿物具有 相同的解理,C.断口(fracture),是指矿物晶体

13、受力后将沿任意方向破裂而形成各种不平整的断面。, 矿物的物理性质-力学性质,三、地球内部各圈层的物质组成及物理状态 3. 地壳 （2）矿物,三、地球内部各圈层的物质组成及物理状态 3. 地壳 （2）矿物, 矿物的分类： 根据矿物的化学成分分为五大类： 自然元素矿物：如自然金、银、硫等； 硫化物矿物：如黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、辉锑矿等 卤化物矿物：如石盐、钾盐、光卤石、萤石等。 氧化物和氢氧化物矿物：如石英、赤铁矿、磁铁矿、褐铁矿、铝土矿、刚玉、软锰矿等。 含氧酸盐矿物：可进一步分为硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐、硼酸盐等，最主要的是硅酸盐和碳酸盐矿物，如长石、普通辉石、方解石等。,三、地球内部

14、各圈层的物质组成及物理状态 3. 地壳 （3）岩石,（3） 岩石 天然形成的、由固体矿物或岩屑组成的集合体。 岩石的矿物成分及结构、构造 不同的岩石具有不同的矿物成分及结构、构造 岩石的结构：组成岩石的矿物（或岩屑）的结晶程度、颗粒大小、形状及其相互关系。 如 等粒结构、碎屑结构等,等粒结构,含油迹的砂岩 砂岩的碎屑结构,三、地球内部各圈层的物质组成及物理状态 3. 地壳 （3）岩石, 岩石的构造：岩石中的矿物颗粒（或岩屑）在空间上的分布和排列方式特点。,层理,片麻状构造,三、地球内部各圈层的物质组成及物理状态 3. 地壳 （3）岩石, 地壳中的岩石类型 根据成因，地壳中岩石可分为岩浆岩、沉积

15、岩和变质岩三大类。,三、地球内部各圈层的物质组成及物理状态 3. 地壳 （3）岩石,岩浆岩：岩浆冷凝后形成的岩石称为岩浆岩，又称火成岩。,美国夏威夷Kilauea火山中的熔岩,根据形成环境又可分为两种类型：喷出岩和侵入岩,三、地球内部各圈层的物质组成及物理状态 3. 地壳 （3）岩石,岩浆岩 根据岩浆岩中SiO2化学组分的百分含量，岩浆岩可以划分四大类：,超基性岩：SiO266%，如花岗岩、流纹岩。,三、地球内部各圈层的物质组成及物理状态 3. 地壳 （3）岩石,沉积岩：在地表或近地表条件下，母岩风化、剥蚀的产物经搬运、沉积和固结成岩而形成的岩石。,鉴别沉积岩的两个重要特征：层理、具有一定磨圆

16、的砾屑（或晶屑） 常见沉积岩：砂岩、灰岩、泥岩,陕西省泾阳县口镇上二叠统砂岩,三、地球内部各圈层的物质组成及物理状态 3. 地壳 （3）岩石,变质岩：地壳中已形成的岩石在高温、高压及化学活动性流体的作用下，岩石原来的矿物成分、结构构造发生改变而形 成的新岩石。,鉴别变质岩的两个重要特征：片(麻)理和变质矿物,新疆阿克陶县奥依塔克元古界片岩,蛇纹石化大理岩-蓝田玉,北京故宫汉白玉-大理岩,三、地球内部各圈层的物质组成及物理状态 3. 地壳, 地壳的类型 根据地壳的物质组成、结构、构造及形成演化的特片，可把地壳分为大洋地壳和大陆地壳。,特点：厚度较薄且较稳定，物质成分相当于基性岩，变形较弱，时代较新,大洋地壳 （洋壳）,沉积层：未固结或弱固结的大洋沉积物 玄武岩层：常具枕状熔岩 大洋层：变质玄武岩、辉长岩及蛇纹岩,蛇纹岩,蛇纹岩,辉长岩,枕状熔岩,三、地球内部各