地形与圈层结构

1、学习要点学习要点 地球的整体形态是行星地球演化的必然结果地球的整体形态是行星地球演化的必然结果 地球的形貌反映了地球内部的物质分布特征地球的形貌反映了地球内部的物质分布特征 地表地形是内、外动力过程共同作用的产物地表地形是内、外动力过程共同作用的产物 古人对地球整体形貌的判断：类比引出思维古人对地球整体形貌的判断：类比引出思维怎样判断地球是球体怎样判断地球是球体远航归来的渔船问题先看到桅杆的顶部，只有驶入地平线后才会依次看见船身的中部和全貌。这和沿球面运动的物体情况类似。地球非严格的旋转椭球体地球非严格的旋转椭球体地球内部物质分布是不均匀的地球内部物质分布是不均匀的1 地表形态的基本特地表形态

2、的基本特征征 地表形态地表形态又称又称地形地形或或地貌地貌，是我们最直接感受到的地，是我们最直接感受到的地球特征，也是与人类生活和生产的关系最为密切的自球特征，也是与人类生活和生产的关系最为密切的自然特征之一。然特征之一。 地貌可以根据规模分为四级，每一级都有形态各异的地貌可以根据规模分为四级，每一级都有形态各异的地貌组合。地貌组合。 规模不同、形态各异的地貌是在不同的地球内、外营规模不同、形态各异的地貌是在不同的地球内、外营力下形成的，这些营力也可称为力下形成的，这些营力也可称为地貌营力地貌营力。 此外，此外，陆洋对峙决定了地表形态的总体特征；多级地形决定了地表形态的具体细节；此起彼伏是地表

3、形态的基本规律。2 内营力与构造地貌内营力与构造地貌内营力作用对地貌发育的影响内营力作用对地貌发育的影响 地壳运动使地壳发生变形和位移，形成各种形迹的地质构造，并引起岩浆活动和地壳运动使地壳发生变形和位移，形成各种形迹的地质构造，并引起岩浆活动和变质作用。其结果是抬高了地表，切断了河谷，造成了所谓变质作用。其结果是抬高了地表，切断了河谷，造成了所谓“沧海桑田沧海桑田”， “高岸高岸为谷，深谷为陵为谷，深谷为陵”的地形巨变。的地形巨变。 内营力内营力在地表形成大陆与海洋、构造山系与拗陷盆地等基在地表形成大陆与海洋、构造山系与拗陷盆地等基本地貌格架，总的趋势是增加本地貌格架，总的趋势是增加起伏起伏

4、。鄱阳湖鄱阳湖庐山庐山断层造成的起伏：断块山系断层造成的起伏：断块山系褶皱构造地貌褶皱构造地貌地形倒置褶皱造成的起伏：褶皱山系褶皱造成的起伏：褶皱山系磨山磨山东湖东湖火山地形火山锥火山地形火山锥火山地形火山湖火山地形火山湖火山地形破火山口火山地形破火山口火山喷发与火山湖的形成过程火山喷发与火山湖的形成过程3 外营力地外营力地貌貌 外营力对地表不停地进行着风化，剥蚀，搬运和堆积（沉积）作用，使外营力对地表不停地进行着风化，剥蚀，搬运和堆积（沉积）作用，使高山夷平，低谷填满，地表向准平原化发展高山夷平，低谷填满，地表向准平原化发展 外营力外营力对这个整体格架不断进行风化，剥蚀，并把破坏了对这个整体

5、格架不断进行风化，剥蚀，并把破坏了的物质搬运到低处堆积起来，总的趋势是的物质搬运到低处堆积起来，总的趋势是削高填低削高填低。外营力作用对地貌发育的影响外营力作用对地貌发育的影响沉积沉积搬运搬运洋盆洋盆新表面新表面剥蚀剥蚀流水地质作用全过程流水地质作用全过程原始表面原始表面河流地貌：河流地貌：V形谷，跌水与陡坎形谷，跌水与陡坎河流地貌：河谷与阶地河流地貌：河谷与阶地沟谷发育过程中，间歇性洪流把冲刷下来的物质带到沟口，发生大量堆积，形成一种半圆锥形的堆积体，称冲出锥冲出锥 冲出锥冲出锥洪水地貌洪积扇洪水地貌洪积扇 喀斯特（岩溶）地貌喀斯特（岩溶）地貌.地表地表 喀斯特地貌喀斯特地貌.地下地下风沙地

6、貌：风成沙丘风沙地貌：风成沙丘风沙地貌：风沙地貌：“魔鬼城魔鬼城”蘑菇石蘑菇石冰川地貌：冰斗冰川地貌：冰斗从最大的空间尺度上看地貌，有从最大的空间尺度上看地貌，有大陆大陆和和海洋海洋。在次一级尺度上，大陆内部有在次一级尺度上，大陆内部有山地、高原、平原、盆地山地、高原、平原、盆地；海；海洋中有洋中有大洋盆地、大洋中脊、海沟大洋盆地、大洋中脊、海沟。更次一级尺度上，以山地为例，可分为更次一级尺度上，以山地为例，可分为分水岭、坡地、谷地分水岭、坡地、谷地。最小尺度上，谷地可分为最小尺度上，谷地可分为河床、河漫滩、阶地河床、河漫滩、阶地。由此可见：由此可见：高级地貌多由较低级的地貌组合而成。高级地貌

7、多由较低级的地貌组合而成。高原与平原高原与平原地形较平坦，一般海拔在地形较平坦，一般海拔在200200米以下的是米以下的是平原平原，超过，超过600600米的是米的是高原高原。高原高原是大面积构造隆起抬升过程中外力侵蚀切割微弱的结果。高原边缘地带则在是大面积构造隆起抬升过程中外力侵蚀切割微弱的结果。高原边缘地带则在构造抬升构造抬升过程中受到强烈侵蚀，常表现为深受切割的陡坡。过程中受到强烈侵蚀，常表现为深受切割的陡坡。平原平原的形成与高原相反，它是在的形成与高原相反，它是在构造沉降构造沉降过程中不断从外围得到大量碎屑物的堆过程中不断从外围得到大量碎屑物的堆积而形成的。积而形成的。青藏高原地貌景观

8、青藏高原地貌景观现代地面现代地面夷平面夷平面盆地与丘陵盆地与丘陵盆地盆地是低于周围山地的相对负向地形，它和周围山地往往是同一次是低于周围山地的相对负向地形，它和周围山地往往是同一次“盆盆山耦山耦合合”成因的产物。强烈的升降差异运动，使周围山地抬升迅速并同时受到强烈侵蚀，成因的产物。强烈的升降差异运动，使周围山地抬升迅速并同时受到强烈侵蚀，盆地内部则因强烈下降而堆积巨厚的粗粒沉积物；盆地内部则因强烈下降而堆积巨厚的粗粒沉积物；丘陵丘陵是海拔高程在是海拔高程在500m500m以下的山地或岗地。以下的山地或岗地。鄂尔多斯盆地卫星影像鄂尔多斯盆地卫星影像5 地貌演化地貌演化在各种地貌营力的作用下，地貌

9、在不断形成、发展和演变中经历的各种阶段和过在各种地貌营力的作用下，地貌在不断形成、发展和演变中经历的各种阶段和过程称为程称为地貌演化地貌演化。河流地貌河流地貌的演化在所有地貌类型中是极具代表性的一种。根据其发育特征，可以的演化在所有地貌类型中是极具代表性的一种。根据其发育特征，可以将它的演化过程划分为四个不同的将它的演化过程划分为四个不同的“年龄年龄”段。其它成因的地貌演化过程均可与之段。其它成因的地貌演化过程均可与之类比类比 幼年期阶段幼年期阶段开始时，河流循被抬升的原开始时，河流循被抬升的原始倾斜地面发育，水文网稀疏，始倾斜地面发育，水文网稀疏，在河谷之间存在着宽广的分水在河谷之间存在着宽

10、广的分水地。随着河流的下切侵蚀，河地。随着河流的下切侵蚀，河流比降开始加大，坡折增多，流比降开始加大，坡折增多，横剖面呈横剖面呈“V V”字形，坡谷坡陡。字形，坡谷坡陡。坡顶与分水地面有一明显的坡坡顶与分水地面有一明显的坡折。折。后来，水系逐渐增多，地面分后来，水系逐渐增多，地面分割加剧，河谷加深，较大的河流割加剧，河谷加深，较大的河流逐渐趋于均衡状态。此后，谷坡逐渐趋于均衡状态。此后，谷坡的剥蚀速度相对大于河流下切的的剥蚀速度相对大于河流下切的速度，河谷不断展宽。这个时期速度，河谷不断展宽。这个时期的地势起伏最大，地面最为破碎的地势起伏最大，地面最为破碎 壮年期阶段壮年期阶段 谷坡不断后退，

11、使分水岭两谷坡不断后退，使分水岭两侧的谷坡日益接近且相交，原来侧的谷坡日益接近且相交，原来宽平的分水岭最后变成狭窄的岭宽平的分水岭最后变成狭窄的岭脊。随着谷坡侵蚀的进行，谷坡脊。随着谷坡侵蚀的进行，谷坡逐渐减缓，山脊变得低矮浑圆，逐渐减缓，山脊变得低矮浑圆，在谷坡下半部常形成凹形坡。在谷坡下半部常形成凹形坡。 河流一般趋于均衡状态，河谷比河流一般趋于均衡状态，河谷比较开阔。较开阔。 老年期阶段老年期阶段 河流停止下切侵蚀，分水河流停止下切侵蚀，分水岭逐渐下降，地面成微微起伏岭逐渐下降，地面成微微起伏的波状地形。河流蜿蜒曲折，的波状地形。河流蜿蜒曲折，河谷展宽，谷坡较稳定。整个河谷展宽，谷坡较稳

12、定。整个地面称为准平原，代表河流地地面称为准平原，代表河流地貌发育的终极阶段。貌发育的终极阶段。 循环开始壮年期幼年期老年期因此，地貌的变化发展受地球因此，地貌的变化发展受地球内营力作用、外营力作用和时间内营力作用、外营力作用和时间三个因素三个因素的影响的影响。内外过程相互交叉、循环往复，呈现出一定的内外过程相互交叉、循环往复，呈现出一定的地貌轮回地貌轮回。地貌演化的时间坐标地貌演化的时间坐标时间高程急剧抬升的幼年期地势增大的青年期地形下降的壮年期缓慢夷平的老年期准平原夷平面准平原准平原：经过长期风化、剥蚀，地表形态趋于平：经过长期风化、剥蚀，地表形态趋于平坦的呈面状分布的地区。坦的呈面状分布

13、的地区。多数平原实际上有可能是准平原。多数平原实际上有可能是准平原。准平原化准平原化：形成准平原的过程。：形成准平原的过程。多数平原实际上都经历过准平原化。多数平原实际上都经历过准平原化。夷平面夷平面：经过抬升的准平原。：经过抬升的准平原。多数夷平面都是不完整的。多数夷平面都是不完整的。地球的圈层结构地球的圈层结构 学习要点学习要点地球外部圈层的划分和各圈层的特征地球外部圈层的划分和各圈层的特征地球内部圈层的划分和各圈层的特征地球内部圈层的划分和各圈层的特征地球的外部圈层：圈层交错地球的外部圈层：圈层交错大气圈大气圈生物圈生物圈水圈水圈地壳地幔地核蛋壳蛋白蛋黄内圈中间圈构造圈内核过渡层下地幔外

14、核下地壳上地幔上地壳内核（固）外核（液）地幔（固）软流圈（熔融）地幔地壳深度（km）岩石圈（固）圈层名称(大陆)332898古登堡面莫霍面地核盖 层（固）过渡层地球各分层的体积地壳的平均密度为2.7-3.0（克/ /厘米3），地球整体的平均密度大于5.5（克/ /厘米3）岩石圈底界地幔外地核内地核大陆地壳大洋地壳地幔地核全球1 地球内部各圈层的特点地球内部各圈层的特点岩石圈岩石圈: :由上地幔盖层和地壳组成的圈层由上地幔盖层和地壳组成的圈层, ,平均厚度平均厚度60km,60km,由固态由固态岩石组成。大陆区较厚岩石组成。大陆区较厚, ,大洋区较薄厚。大洋区较薄厚。软流圈软流圈( (又称软流层

15、或低速层又称软流层或低速层):):平均深度平均深度60-220km,60-220km,特点是地震特点是地震波速明显降低波速明显降低, ,说明物质处于融熔状态。说明物质处于融熔状态。地幔圈地幔圈: : 软流圈以下软流圈以下, ,古登堡面以上的圈层。平均深度古登堡面以上的圈层。平均深度220-220-2891km2891km。古登堡面古登堡面: :地幔圈与地核分界面地幔圈与地核分界面, ,平均深度平均深度2891km2891km地震地震P P波突然变波突然变小小,S,S波突然消失。波突然消失。地核地核: :古登堡面以下到地心部分古登堡面以下到地心部分, ,主要成分为主要成分为FeFe。 地壳是地球

16、的最外部圈层，与人类的生存活动关系最密地壳是地球的最外部圈层，与人类的生存活动关系最密切，人们对它的研究和了解也比较深入。切，人们对它的研究和了解也比较深入。地壳的结构与物质组成地壳的结构与物质组成u地壳:地表以下,莫霍面以上由固态岩石组成的圈层。u莫霍面:地壳下界面,地震波波速在此突然加大。u地壳结构:a.上地壳(又称硅铝层或花岗质岩壳):仅在大陆区发育,平均厚15km,主要成分为Si、Al；ub.下地壳(又称硅镁层或玄武质岩壳):大陆和大洋均发育的连续圈层,平均深度11km,主要成分为Si、Fe、Mg、Al。u地壳类型:a.陆壳:由上地壳和下地壳组成的地壳,平均厚33km;ub.洋壳:仅由

17、下地壳组成的地壳,平均厚7km。 地壳可以分为大陆地壳和大洋地壳，两者在结构上存在明显差异。 大陆地壳厚度较大，平均3335公里。受重力均衡作用的控制，在高山区存在山根(mountain roots)，使该处地壳厚度增大，如喜马拉雅和安第斯山的地壳厚度分别达近80公里和70公里。 大洋地壳厚度及厚度变化均较小，总厚为810km，最薄仅1.6km。地壳的结构地壳的结构大陆型和大洋型地壳之间还存在一类过渡型地壳岛弧和大陆边缘区。过渡型地壳的体积和质量在地壳总体中的份额很小，对地壳总体化学成分的影响不大。但在地球演化史以及矿产资源、地质灾害等研究方面有重要意义。地幔MohoMoho大陆地壳地壳厚度变

18、化大洋地壳从前认为大陆地壳可分为上、下两层。从前认为大陆地壳可分为上、下两层。近二十年发现下地壳的玄武岩层（硅镁层）并不连续，近二十年发现下地壳的玄武岩层（硅镁层）并不连续，从而动摇了地壳整体均匀的分层概念。从而动摇了地壳整体均匀的分层概念。 近年来对某些大陆地区多种地球物理资料的综合分析和近年来对某些大陆地区多种地球物理资料的综合分析和系统的地球化学研究，分辨出上下两层地壳间还存在一个明系统的地球化学研究，分辨出上下两层地壳间还存在一个明显的高导低速层，认为地壳具三分层结构（三明治结构）。显的高导低速层，认为地壳具三分层结构（三明治结构）。大陆和大洋地壳的岩石类型大陆和大洋地壳的岩石类型 大

19、陆地壳的总质量几乎是大洋地壳总质量的四倍，因此地壳总大陆地壳的总质量几乎是大洋地壳总质量的四倍，因此地壳总的化学成分与大陆地壳成分更接近。的化学成分与大陆地壳成分更接近。大陆地壳的主要组成部分为花岗岩质的岩石，但由于沉积岩大陆地壳的主要组成部分为花岗岩质的岩石，但由于沉积岩和未固结的风化物覆盖，在地表出露的岩石仍以沉积岩类为主。和未固结的风化物覆盖，在地表出露的岩石仍以沉积岩类为主。大洋地壳被大洋水复盖。主体为大洋地壳被大洋水复盖。主体为5 58km8km的玄武质岩石，其上的玄武质岩石，其上有厚约有厚约0.50.5kmkm未固结沉积物。未固结沉积物。 莫霍面是地壳莫霍面是地壳- -地幔边界。地

20、幔底界大约位于地幔边界。地幔底界大约位于2900km2900km深处，深处，与地核的分界称古登堡面。地幔的总厚度接近与地核的分界称古登堡面。地幔的总厚度接近2900km2900km，体积，体积约占地球体积的约占地球体积的82.26%82.26%，质量约占地球总质量的，质量约占地球总质量的67.0%67.0%。 地幔最上部由坚硬的硅酸盐岩石组成，它们和地壳一起构地幔最上部由坚硬的硅酸盐岩石组成，它们和地壳一起构成了岩石圈。地壳中的资源都直接或间接源自地幔，而地幔成了岩石圈。地壳中的资源都直接或间接源自地幔，而地幔中的岩浆、构造活动可以造福人类，也可能给人类带来灾难。中的岩浆、构造活动可以造福人类

21、，也可能给人类带来灾难。q上地幔上地幔（B层）（60400km）q岩石圈地幔岩石圈地幔（B1）上部为橄榄岩，大洋地壳下已观测到这些岩石。在上地幔中橄榄石、斜方辉石、单斜辉石和尖晶石都是稳定的，正常地幔中基本无含水矿物，交代地幔中可出现富Mg的云母(金云母)和角闪石。低速层低速层（B2）通常用部分熔融或断层卸载来解释低速带的成因，它可能是大部分拉斑玄武岩浆的源区，含金刚石的金伯利岩是一种含云母的橄榄岩，其岩浆来源深度为100150km。上地幔下部上地幔下部(B3220400km)致密、刚性，由超铁镁质和铁镁质岩石组成，也是大量碱性玄武岩浆的形成区。过渡层过渡层（C层，400km670km）：存在

22、于两个地幔不连续面间，即两个矿物的相转变点。在400km深度，斜方晶系的橄榄石变成等轴晶系的尖晶石，密度增加约10%：至600km处，尖晶石分解成更重的氧化物，如方镁石（MgO）、方铁矿（FeO）和斯石英（一种比重达到4.28的高密石英）。下地幔中物质结构不再变化，地震波速的平缓增加可用物质结构被压缩至较致密来解释。随深度唯一小幅度增大的成分为FeO含量。下地幔的主要成分是MgO和SiO2。其次是CaO和Al2O3。目前人类还不能直接采取深度超过13km的任何物质样品。除了幔源岩浆及其所携带的少量地幔岩石样品可给地球科学家提供最深达约200km深处的样品外，人类直接研究地幔(及其以下部分)的愿

23、望并未实现。现今对地幔(及地核)结构和成分的研究主要依赖地球物理资料和陨石的研究成果，不少认识仍有较大的推断成分。在2891km深处（古登堡面）的幔核边界,地震P波速度的清晰突变，反映必然存在重要的物质成分变化。地核中最主要的元素是Fe和Ni，所以地核常被称为铁镍核。但纯铁镍核与地核已知的地球物理资料不一致，它应有比实测结果更高的密度和更低的地震波速。因此地核中可能渗杂了少量较轻的元素。内外地核间也有明显的地球物理边界，但是否亦为地球化学边界目前还很难确定。目前一般推测外地核（E层）由液态铁组成，其中镍含量达10%，并有大约15%较轻的元素，如硫、硅、氧、钾、氢等。内地核由刚性很高的、在极高压

24、（3.310113.61011帕）下结晶的固体铁镍合金组成。圈层耦合过程圈层耦合过程圈层耦合是当今地球科学中一个热点话题；圈层耦合是当今地球科学中一个热点话题；对圈层耦合的方式有多种不同的观点，但都离不开对对圈层耦合的方式有多种不同的观点，但都离不开对物质交换和物质循环的讨论。物质交换和物质循环的讨论。俯冲板块地壳物质被带至地幔地幔岩发生部分熔融，产生的熔浆上升至地壳俯冲带岩浆上升俯冲洋片陆壳岩石同化作用大洋沉积岩安山质熔岩上地幔地幔大洋沉积岩脱水熔融俯冲板片脱水熔融板块俯冲过程大陆地壳 圈层耦合不仅包括物质的交换和循环，还包括圈层耦合不仅包括物质的交换和循环，还包括各圈层的运动耦合及由此产生的各种事件和过程。各圈层的运动耦合及由此产生的各种事件和过程。其中，最重要的就是由地球内部圈层的动力学过程其中，最重要的就是由地球内部圈层的动力学过程产生和推动的岩石圈板块运动。后者在运动中会对产生和推动的岩石圈板块运动。后者在运动中会对地球内外各个圈层产生深远的影响。地球内外各个圈层产生深远的影响。 有关地内圈层的几个悬念有关地内圈层的几个悬念*莫霍面的横向不均一性及莫霍面的横向不均一性及其动态的概念其动态的概念*内核差异旋转的机制内核差异旋转的机制*地幔对流的困难地幔对流的困难*板块分布的格局板块分布的格局*圈层耦合是圈层耦合是如何进行的如何进行的Class ov