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1、地地地地 质质质质 学学学学 概概概概 论论论论教教 师：孙师：孙 舒舒 东东第一章第一章 地地 球球 概概 况况提纲提纲1地球的形状和大小地球的形状和大小地球的形状和大小地球的形状和大小2地球的外部圈层结构地球的外部圈层结构地球的外部圈层结构地球的外部圈层结构3固体地球的主要物理性质固体地球的主要物理性质固体地球的主要物理性质固体地球的主要物理性质5本章小结本章小结本章小结本章小结4地球的内部圈层结构地球的内部圈层结构地球的内部圈层结构地球的内部圈层结构一、地球的形状和大小一、地球的形状和大小n n两极半经为两极半经为两极半经为两极半经为 6 356.6 356.6 356.6 356.75
2、5km755km755km755kmn n赤道半经为赤道半经为赤道半经为赤道半经为6 378.6 378.6 378.6 378.140km140km140km140kmn n平均半经为平均半经为平均半经为平均半经为6 3716 3716 3716 371.004km.004km.004km.004kmn n扁率为扁率为扁率为扁率为 1 / 2981 / 2981 / 2981 / 298.253.253.253.253n n表面积表面积表面积表面积 510064472km510064472km510064472km510064472km2 2 2 2n n体积体积体积体积 10832*101
3、0832*1010832*1010832*108 8 8 8kmkmkmkm3 3 3 3n n赤道一带稍微凸出，南北半球也不对称，加上表面凹凸不赤道一带稍微凸出，南北半球也不对称，加上表面凹凸不赤道一带稍微凸出，南北半球也不对称，加上表面凹凸不赤道一带稍微凸出，南北半球也不对称，加上表面凹凸不平，地球是一个不规则的平，地球是一个不规则的平，地球是一个不规则的平，地球是一个不规则的旋转椭球体旋转椭球体旋转椭球体旋转椭球体n n基本上仍是一个基本上仍是一个基本上仍是一个基本上仍是一个圆球圆球圆球圆球人人造造卫卫星星拍拍摄摄的的地地球球照照片片地地球球在在宇宇宙宙中中的的位位置置二、地球的外部圈层
4、结构包围着包围着固体地球固体地球的大气层构成的大气层构成大气圈大气圈生物及生物及其生命活动其生命活动地带所构成的地带所构成的连续圈层连续圈层生物圈生物圈生物圈生物圈地球表面地球表面四分之三以上四分之三以上面积面积被水体覆盖被水体覆盖水圈水圈1 1、大气圈、大气圈：是指因地球的引力而聚集在地表周围的气体圈层：是指因地球的引力而聚集在地表周围的气体圈层。由地表往上可分为五个次级圈层：由地表往上可分为五个次级圈层：对流层、平流层、中间层、暖层、扩对流层、平流层、中间层、暖层、扩散层（散逸层）散层（散逸层）。对流层：对流层：平均厚度平均厚度1212kmkm，含大量水蒸气和尘埃。表现为强烈的对流。风、霜
5、、含大量水蒸气和尘埃。表现为强烈的对流。风、霜、雨、雪、雹、雾等气象现象均发生于此层。雨、雪、雹、雾等气象现象均发生于此层。平流层：平流层：从对流层顶到从对流层顶到地表以上地表以上5555kmkm的的范围。范围。大气呈水平运动。几乎不含水蒸大气呈水平运动。几乎不含水蒸气、尘埃，无天气现象。气、尘埃，无天气现象。中间层：中间层：从平流层顶到从平流层顶到地表以上地表以上8585kmkm的的范围范围。大气呈对流运动。存在电离层大气呈对流运动。存在电离层，可反射无线电波。可反射无线电波。暖层：暖层：从中间层顶到从中间层顶到地表以上地表以上800800kmkm的的范围范围。内部存在多层的电离层内部存在多
6、层的电离层，也称电离也称电离层层，强烈反射无线电波，强烈反射无线电波。扩散层：扩散层：从暖层顶到外层空间。物质多以原子、离子状态存在从暖层顶到外层空间。物质多以原子、离子状态存在。是地球物质向是地球物质向宇宙空间扩散的部位。宇宙空间扩散的部位。大气圈的物质组成大气圈的物质组成0.050.05%23.123.1%1.281.28%75.575.5%大气圈大气圈氩气氩气 氮氮 气气氧气氧气 二氧化碳2 2、水圈、水圈：是指地球表层由水体构成的连续圈层。是指地球表层由水体构成的连续圈层。 其物态有固、液、气三种状态。水体的形式有河、湖、海、其物态有固、液、气三种状态。水体的形式有河、湖、海、冰川（盖
7、）水蒸气、地下水等，冰川（盖）水蒸气、地下水等， 并形成一个包裹着地球的完整圈层。并形成一个包裹着地球的完整圈层。 地表上直接被液态水体覆盖的区域占地表面积的地表上直接被液态水体覆盖的区域占地表面积的3/43/4。 在太阳能、重力的作用下，使得水圈中的水体周而复始的在太阳能、重力的作用下，使得水圈中的水体周而复始的运动，形成水循环。运动，形成水循环。 水循环的方式有：水循环的方式有：海洋与大陆间的循环；海洋与大陆间的循环； 地表与地下间的循环；地表与地下间的循环； 生物体与周围空间的循环；生物体与周围空间的循环；水圈与大气圈间的循环。水圈与大气圈间的循环。水水 圈圈海水海水97.41%淡水淡水
8、2.59%生物圈生物圈：是指地球表层由生物及其活动地是指地球表层由生物及其活动地带所构成的连续圈层。带所构成的连续圈层。生物从高等到低生物从高等到低等，从动物到植物，乃至细菌和微生物等，从动物到植物，乃至细菌和微生物等生活于地球表面一定范围的陆地、水等生活于地球表面一定范围的陆地、水体、土壤及空气中，构成了一个基本连体、土壤及空气中，构成了一个基本连续的圈层。目前已知的生物有近两百万续的圈层。目前已知的生物有近两百万个种。生物的演化发展受控于自然环境个种。生物的演化发展受控于自然环境的演化，通过地质历史时期生物化石的的演化，通过地质历史时期生物化石的研究就可以知道地质演化的历史。研究就可以知道
9、地质演化的历史。三、地球的主要物理性质一）、地球的密度一）、地球的密度二）、地球的压力二）、地球的压力三）、地球的重力三）、地球的重力四）、地球的磁场四）、地球的磁场五）、地球的温度五）、地球的温度六）、地球的弹塑性六）、地球的弹塑性一）、地球的密度一）、地球的密度n n地球的平均密度：5.5165.516g/cmg/cm3 3n n地表岩石平均密: 2.7 2.7g/cmg/cm3 3n n地心的密度: 13 13g/cmg/cm3 3二）、地球的压力n地球内部压力是随深度加大而逐渐增高的。深度每增加km，压力增加27.5 27.5 MPaMPa（1 MPa1兆帕斯卡N / m）。深部随着岩
10、石密度的加大，静岩压力增加得更快些。静岩压力在莫霍面附近约1200 1200 MPaMPa，古登堡面附近约135,200 135,200 MPaMPa，地心处可达361,700 361,700 MpaMpa，相当于360万个大气压力。地表地心三）、地球的重力rdFPR地球的重力地球的重力 地球自转引起的离心力和地球引力的合力。 P = F + dF=G M m d=rR2(G(G为万有引力常数， 为角速度) ) 因为离心力相对很小，即使在赤道也只有万有引力的1/289，所以重力基本上就等于万有引力，方向也基本上指向地心。为了便于比较，通常用单位质量单位质量所受的引力来表示重力重力（重力加速度
11、g g） g g = G GM M/R R2 2 (单位用伽伽GalGal) 1 Gal 1 Gal =1=1cm/scm/s2 2 重力在地表的变化 重力随纬度的增加而增加，随海拔高度的增加而减小。若将地球视为均质体，以海平面为基准可计算出不同纬度的标准重力值。g=987.032(1+5.3*10g=987.032(1+5.3*10-3-3*sin*sin2 2-5.9*10-5.9*10-6 -6 *sin*sin2 22) g 2) g 为重力（伽），为纬度 重力在地球内部的变化 影响重力大小的不是整个地球的总质量，而主要是所在深度以下的质量。 由于地壳与地幔的密度都比较小，从地表到地下
12、29002900kmkm的核幔界面，重力大体上是随深度增加而略有增加，但有波动。在核幔界面上，重力值达到极大(约10691069伽伽)，再往深处去,各个方向上的引力趋向平衡,重力值逐渐减少，直至变小为零。重力的变化 实际测得的重力值与理论重力值之间的差值，称重力异常重力异常。 当实测重力值 理论重力值,称正异常正异常 当实测重力值 理论重力值,称负异常负异常 在埋藏有密度较小物质（如石油、煤、盐等非金属矿产）的地区，常显示负异常；负异常；而埋藏有密度大物质（如铁、铜、铅、锌等金属矿产）的地区，就显示正异常。正异常。所以人们就可以通过重力测量，来圈定重力异常的区域，寻找那些引起重力异常的非金属和
13、金属矿产。这就是地质勘查中常用的重力探勘重力探勘方法重力异常重力异常四）、地球的磁场 它有两个磁极，其磁北极它有两个磁极，其磁北极位于地理北极附近，磁南极位于地理北极附近，磁南极位于地理南极附近，但不重位于地理南极附近，但不重合，地磁轴与地球自转轴的合，地磁轴与地球自转轴的夹角现在约为夹角现在约为11.511.5度，度，19801980年实测的磁北极位于北纬年实测的磁北极位于北纬78.278.2度、西经度、西经102.9102.9度（加拿度（加拿大北部），磁南极位于南纬大北部），磁南极位于南纬65.565.5度，东经度，东经139.4139.4度（南极度（南极洲）。洲）。地磁场地磁场：地球周围
14、存在的磁场地球周围存在的磁场地磁轴地磁轴地理轴地理轴地磁三要素：磁场强度、磁偏角、磁倾角磁场强度：为某地点单位面积上磁力大小的绝对值为某地点单位面积上磁力大小的绝对值。它是一个具有方向（磁力线方向）和大小的矢量矢量，一般在磁两极附近磁感应强度大（约为60T（微特拉斯）；在磁赤道附近最小（约为30 T ）。磁偏角：磁力线在水平面上的投影与地理正北方向之间形成的夹角磁力线在水平面上的投影与地理正北方向之间形成的夹角。即，磁子午线与地理子午线之间的夹角磁子午线与地理子午线之间的夹角。磁偏角的大小各处都不相同。在北半球，如果磁力线方向偏向正北方向以东称为东偏，偏向正北方向以西称为西偏。我国东部地区磁偏
15、较为西偏，甘肃酒泉以西地区为东偏。磁倾角：指磁针北端与水平面的交角指磁针北端与水平面的交角。通常以磁针北端向下为正值，向上为负值。地球表面磁倾角为零度的各点的连线称为地磁赤道；地磁轴地磁轴地理轴地理轴由地磁赤道到地磁北极，磁倾角由0逐渐变为+90；由地磁赤道到地磁南极，磁倾角由0变成-90。磁倾角的变化磁倾角的变化五）、地球的温度五）、地球的温度地温人们可以火山和温泉意识到地下深处地温人们可以火山和温泉意识到地下深处是热的，地球的温度总体上是从地表向地内是热的，地球的温度总体上是从地表向地内逐渐增高的。逐渐增高的。在地表附近，由于太阳幅射热在地表附近，由于太阳幅射热的影响，温度有昼夜变化、季节
16、变化和多年的影响，温度有昼夜变化、季节变化和多年周期的变化这一表层可叫外热层（或变温周期的变化这一表层可叫外热层（或变温层）层）。外热层的深度一般在十几米在其下。外热层的深度一般在十几米在其下界面附近，界面附近，地温常年保持不变，等于或略高地温常年保持不变，等于或略高于当地年平均气温，该处称为常温层于当地年平均气温，该处称为常温层。常温。常温层以下，受到地球内部热量的影响，温度逐层以下，受到地球内部热量的影响，温度逐渐升高渐升高。一般把在常温层以下，每向下加深。一般把在常温层以下，每向下加深100100所升高的温度称为地热增温率或地温梯所升高的温度称为地热增温率或地温梯度。度。这是由于地球内部
17、热量通过向上热传导这是由于地球内部热量通过向上热传导而造成的。世界上不同地区，地温梯度都不而造成的。世界上不同地区，地温梯度都不相同，地球表层的平均地温梯度为相同，地球表层的平均地温梯度为。海。海底的地温梯度一般为底的地温梯度一般为，大陆为，大陆为. .大陆的地温梯度一般来说是显著低大陆的地温梯度一般来说是显著低于海底的于海底的六）、地球的弹塑性六）、地球的弹塑性弹塑性弹塑性弹塑性弹塑性: :地球具有地球具有弹性弹性弹性弹性，表现在地球内部能传播地震波，因为地震，表现在地球内部能传播地震波，因为地震波是弹性波。地表的固体岩石在日、月引力的作用下也有交替的涨波是弹性波。地表的固体岩石在日、月引力
18、的作用下也有交替的涨落现象，其幅度为落现象，其幅度为7 78 8cm,cm,这种现象称为固体潮。也说明固体地球这种现象称为固体潮。也说明固体地球具有弹性。地球也具有具有弹性。地球也具有塑性塑性塑性塑性，地球的自转能引起地球赤道半径加大，地球的自转能引起地球赤道半径加大而成为椭球。在应力的作用下引起岩石发生弯曲而不破裂等，这些而成为椭球。在应力的作用下引起岩石发生弯曲而不破裂等，这些都说明地球具有塑性。都说明地球具有塑性。四、地球的内部圈层 地震波在地球内部传地震波在地球内部传播时，有两个明显的波播时，有两个明显的波速突界面，这两个地球速突界面，这两个地球内部界面分别称为：内部界面分别称为：莫莫
19、莫莫霍面霍面霍面霍面和和古登堡面古登堡面古登堡面古登堡面 根据莫霍面和古登堡根据莫霍面和古登堡面，可将地球内部分为面，可将地球内部分为三个三个级圈层：级圈层：地壳、地壳、地壳、地壳、地幔、地核地幔、地核地幔、地核地幔、地核 根据次级界面，还可根据次级界面，还可将进一步分为六个将进一步分为六个级级圈层。圈层。大洋地壳大陆地壳n n地壳地壳地壳地壳 是莫霍面以上的地球表层。其厚度变化在是莫霍面以上的地球表层。其厚度变化在5-5-5-5-70 70 70 70 kmkmkmkm之间。其中大陆地区厚度较大，平均约为之间。其中大陆地区厚度较大，平均约为33333333kmkmkmkm；大洋地区厚度较小，
20、平均约大洋地区厚度较小，平均约7 7 7 7 kmkmkmkm；总体的总体的平均厚度约平均厚度约1616kmkm。地壳物质的密度一般为。地壳物质的密度一般为2.6-2.6-2.6-2.6-2.92.92.92.9g/cmg/cmg/cmg/cm3 3 3 3。大陆地壳（上地壳）大陆地壳（上地壳）大陆地壳（上地壳）大陆地壳（上地壳）主要主要为为富富硅硅铝的硅铝的硅酸盐矿物所组成，常称为酸盐矿物所组成，常称为硅硅铝铝层；层；大洋地壳（下大洋地壳（下大洋地壳（下大洋地壳（下地壳）地壳）地壳）地壳）主要主要为为富富硅硅镁的硅酸盐矿物所组成，常称镁的硅酸盐矿物所组成，常称为为硅硅镁镁层，因其比重较大，主
21、要分布洋底地壳或层，因其比重较大，主要分布洋底地壳或大陆地壳的下部。大陆地壳的下部。n n地幔地幔地幔地幔 莫霍面与古登堡面之间的一个巨厚圈层。其莫霍面与古登堡面之间的一个巨厚圈层。其厚度约厚度约2850285028502850kmkmkmkm。平均密度为。平均密度为4.54.54.54.5g/cmg/cmg/cmg/cm3 3 3 3。根据次级界。根据次级界面可分为上地幔和下地幔。面可分为上地幔和下地幔。上地幔：上地幔：上地幔：上地幔：从莫霍面至从莫霍面至地下地下1000100010001000kmkmkmkm，平均密度为平均密度为3.53.53.53.5g/cmg/cmg/cmg/cm3
22、3 3 3，成分主要为含成分主要为含铁镁质较多的超基性岩。在上地幔的上部铁镁质较多的超基性岩。在上地幔的上部100-100-350350kmkmkmkm存在一个由柔性物质组成的圈层称为存在一个由柔性物质组成的圈层称为软流圈软流圈软流圈软流圈（地震波的低速带）。此（地震波的低速带）。此软流圈软流圈软流圈软流圈之上的固态岩石之上的固态岩石圈层称为圈层称为岩石圈。下地幔：岩石圈。下地幔：岩石圈。下地幔：岩石圈。下地幔：地下地下10001000kmkm至古登堡至古登堡面之间，平均密度增大为面之间，平均密度增大为5.15.15.15.1g/cmg/cmg/cmg/cm3 3 3 3，成分仍为含铁成分仍为
23、含铁镁质的超基性岩，但铁质的含量增加。镁质的超基性岩，但铁质的含量增加。n n地核地核地核地核 古登堡面以下地心的一个球体。半径为古登堡面以下地心的一个球体。半径为3480348034803480kmkmkmkm。地核的密度达地核的密度达9.989.9812.512.5g/cmg/cm3 3。其成分其成分以铁镍物质为主根据其状态可分为外核和内核。以铁镍物质为主根据其状态可分为外核和内核。外核：外核：外核：外核：物态为液态，其成分除铁镍外，可能还有物态为液态，其成分除铁镍外，可能还有碳、硅和硫；碳、硅和硫；内核：内核：内核：内核：物态为固态，其成分为铁镍物态为固态，其成分为铁镍物质。物质。莫霍面古登堡面
