第二章地球

1、第二章第二章 地球地球主要内容第一节、宇宙中的地球第一节、宇宙中的地球第二节、地球的物理性质（重点）第二节、地球的物理性质（重点）第三节、地球的结构（重点）第三节、地球的结构（重点）第一节 宇宙中的地球背景图片是阿波罗背景图片是阿波罗8号宇宙号宇宙飞船从月球看地球的景观飞船从月球看地球的景观一、宇宙及其天体一、宇宙及其天体二、太阳系及其形成二、太阳系及其形成三、地球的诞生三、地球的诞生目前的可视宇宙只有目前的可视宇宙只有200(137)亿亿光年光年1. 宇宙及其天体宇宙及其天体1.1.宇宙中的天体和物质宇宙中的天体和物质 恒星：恒星：由炽热的气体组成的、能够自身发光的球形或类似球形的天体，构成

2、恒星的气体主要是氢，其次是氦。如太阳。恒星并不恒，一直在运动。星际物质和星云：弥漫于星际空间的极其稀薄的物质称为星际物质（包括星际气体、星际尘埃、星际云、星际磁场和宇宙线），由星际气体和星际尘埃组成的云雾状天体称星云。天体系统：按照一定的系统和规律，相互吸引和相互绕转而形成的不同层次的天体系统，如地月系、太阳系、银河系等。行星：围绕恒星运转的天体；质量必须足够大，来克服固体应力以达到流体静立平衡的形状（近于球体）； 必须清除轨道附近区域，公转轨道范围内不能有比它更大的天体。 第一节 地球和宇宙地球在宇宙中的位置北斗七星形状的变化示意图星云星云猎户座大星云猎户座大星云仙女座大星系仙女座大星系2.

3、 2. 宇宙中天体的相对位置宇宙中天体的相对位置天球：天球：以地球球心为圆心，半径无穷大的假想球体，用于反映天体在天空中的位置和相对运动关系。星座：星座：为了便于认识恒星，人们把天球上的恒星分为了便于认识恒星，人们把天球上的恒星分成若干群落，每个群落的恒星都有自己独特的成若干群落，每个群落的恒星都有自己独特的形状并占据一定的空间，这样的恒星群落称为形状并占据一定的空间，这样的恒星群落称为星座。星座。星座仅仅代表一些恒星之间的视几何关系，某一星星座仅仅代表一些恒星之间的视几何关系，某一星座的恒星可能处于同一星系，也可能处于不同座的恒星可能处于同一星系，也可能处于不同的星系。的星系。鹿豹座鹿豹座小

4、熊座小熊座仙王座仙王座天龙座天龙座3.3.天体系统和星系天体系统和星系宇宙总星系宇宙总星系（人类现在观测（人类现在观测能力所及的可见能力所及的可见宇宙）宇宙）其他恒星系其他恒星系其他行星、卫星其他行星、卫星银河系银河系河外星系（星系）河外星系（星系）太阳系太阳系地月系地月系天体系统结构图宇宙是有层次结构、物质形态多样、不断运动发展的天体系统3万光年第二节第二节 太阳系及其形成太阳系及其形成1 太阳系太阳系2 太阳系的起源太阳系的起源第一节 地球和宇宙地球在宇宙中的位置 太太 水水 金金 地地 火火 小小 木木 土土 天天 海海 阳阳 星星 星星 球球 星星 行行 星星 星星 王王 王王 星星

5、星星 星星 带带太阳和太阳系太阳和太阳系太阳系家族太阳系家族太阳系的主要特征太阳系的主要特征1 1、运行轨道的规则性、运行轨道的规则性 行星的公转轨道都是椭圆形的，实际上接近于圆形。2 2、运转方向的一致性、运转方向的一致性 绝大部分行星都以同一方向绕日运行，各自以同一方向绕轴自转。（从地球北极上空向下看皆为逆时针运转）3 3、行星公转的规律性、行星公转的规律性 各行星到太阳的平均距离a的立方同公转周期T的平方成正比，即：a3/T2=常数。距太阳愈远的行星公转周期就愈长； 近日点附近最大，在远日点附近速度最小。太阳系：太阳太阳系：太阳/ 水星水星/ 金星金星/ 地球地球/ 火星火星/ 小行星带

6、小行星带 木星木星/ 土星土星/ 天王星天王星/ 海王星海王星/ 类地行星：类地行星：水水/ /金金/ /地地/ /火火 岩石组成岩石组成 是与是与地球地球相类似的相类似的行星行星。它们距离。它们距离太阳太阳近，体积和近，体积和质量质量都都较小较小，平均，平均密度密度较大，表面较大，表面温度温度较高，大小与地球差较高，大小与地球差不多，也都是由岩石构成的不多，也都是由岩石构成的 类木行星：类木行星：木木/土土/天天/海海/ 气体组成气体组成 主要由主要由氢氢、氦氦、冰冰、甲烷甲烷、氨氨等构成，石质和铁质只占等构成，石质和铁质只占极小的比例，质量和半径均远大于地球，但密度却极小的比例，质量和半径

7、均远大于地球，但密度却较低。较低。类木行星还有类木行星还有3个共同的特征，那就是都具有行星环的结个共同的特征，那就是都具有行星环的结构且星体的密度较低，都有比较多的卫星，旁边还有一构且星体的密度较低，都有比较多的卫星，旁边还有一圈圈光环圈圈光环太阳系：太阳太阳系：太阳/ 水星水星/ 金星金星/ 地球地球/ 火星火星/ 小行星带小行星带 木星木星/ 土星土星/ 天王星天王星/ 海王星海王星/太阳太阳水星水星水星水星水星表面水星表面金星表面及其大气层金星表面及其大气层金星金星 火星全景火星全景人类未来的家园？ 火1998年火星探陆者号年火星探陆者号勇气号降落火星表面（照片）勇气号降落火星表面（照片

8、）勇气号发回的火星表面照片勇气号发回的火星表面照片好奇号好奇号木星木星 木星木星土星土星 土星土星 考察土卫6天王星天王星 天王星天王星海王星海王星海王星海王星阿波罗宇宙飞船从18000km高空看月球的景观月球表面布满陨石坑和熔岩流。右图是月球表面陨石坑区的近景图片，在大的陨石坑中分布着小的陨石坑，小陨石坑形成于大的陨石坑之后。第二节第二节 地球的物理性质地球的物理性质 他测得的地球的周长他测得的地球的周长为为39500km，这与近，这与近代的测定值代的测定值40025km相当接近，换算成地球相当接近，换算成地球半径约为半径约为6370km。 人类第一次对地球形状的测量古希腊学者埃拉托色古希腊

9、学者埃拉托色尼尼( (Eratosthenes，公元前公元前276年年-公元前公元前195年年)地心地球阿斯旺亚历山大港7.27.2920km太阳光线一、地球的形状与大小一、地球的形状与大小现代测量得到的地球参考形状扁率很小的旋转椭球体（即扁球体）扁率=Re-Rp/Re = 1/298.257 大地水准面地球的平均半径 6371km一、地球的形状与大小二、地球的重力二、地球的重力重重力力1.地表重力2.地球内部重力地面某处所受地心引力和该处的地球自转离心力的合力。G重力；重力；F地心引力；地心引力；P离心力；离心力；r纬度圆半径纬度圆半径随纬度增加而增加，随高度增加而减小g地表地表=Gm/r2

10、g地内地内=Gm/r2G万有引力常数；m地球的质量，kg；r该点距离地心的距离，km；由于离由于离心力只心力只有重力有重力的约的约1/300，故在一故在一般情况般情况下，多下，多以重力以重力近似代近似代替引力替引力g地表地表=978.0318（1+0.00523024sin2-0.0000059sin2）二、地球的重力3.重力异常由于地球表面起伏较大、内部物质密度分布极不均匀以及结由于地球表面起伏较大、内部物质密度分布极不均匀以及结构的显著差异，各地测定的重力值并不等同于理论值，地质构的显著差异，各地测定的重力值并不等同于理论值，地质学上称为重力异常学上称为重力异常。引起重力异常的因素：引起重

11、力异常的因素：（1）地面观测点并不在大地水准面上，两者有一定的高差，观测）地面观测点并不在大地水准面上，两者有一定的高差，观测点位置越高重力值越小；点位置越高重力值越小；（2）地面观测点与大地水准面之间的剩余物质所产生的重力值；）地面观测点与大地水准面之间的剩余物质所产生的重力值；（3）地球内部物质的密度分布不均匀；）地球内部物质的密度分布不均匀；三、地球的密度和压力三、地球的密度和压力1. 密度密度 地球内部的密度由表层的地球内部的密度由表层的2.72.8g/cm3向下逐渐向下逐渐增加到地心处的增加到地心处的12.51g/cm3，并且在一些不连续面处并且在一些不连续面处有明显的跳跃。有明显的

12、跳跃。2. 压力压力 地球内部压力总是随着深度而增加，地球内部压力总是随着深度而增加，地下深处的压地下深处的压力称静压力或围压，可表示为力称静压力或围压，可表示为 =h hgh，即静压力，即静压力 等等于某深度于某深度h和该深度以上地球物质平均密度和该深度以上地球物质平均密度 h与平均与平均重力加速度重力加速度gh的乘积。的乘积。四、地球的温度 1.外热层：外热层：由于受太阳辐射热的影响，温度可变的由于受太阳辐射热的影响，温度可变的地球表层，平均深度约地球表层，平均深度约15m。 2.常温层：常温层：外热层的下界处温度常年保持不变，这外热层的下界处温度常年保持不变，这一深度带称常温层。一深度带

13、称常温层。 3.内热层内热层: 常温层以下，热量由地球内热提供，温常温层以下，热量由地球内热提供，温度随深度增大而增大，而且很有规律度随深度增大而增大，而且很有规律地热增温率或地温梯度：地热增温率或地温梯度：常温层以下每向下常温层以下每向下100m所所升高温度。升高温度。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。五、地球的磁场 地球具有弹性的证据地球具有弹性的证据： （1）地球内部能传播地震波；）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）固体地球表面在日、

14、月引力作用下可发生固体潮。体潮。 地球具有塑性的证据：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；）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）岩石的塑性变形 影响地球弹性与塑性的重要因素：时间和温影响地球弹性与塑性的重要因素：时间和温-压条压条件。件。 在快速受力的情况下易于显示弹性，在缓慢受力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；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。在较高的温度和压力条件下易于显示塑性。六、地球的弹性和塑形六、地球的弹性和塑形岩石的塑性变形地球的结构第三节地壳地幔二、地球内部圈层

15、的划分二、地球内部圈层的划分地球内部圈层划分示意图地球内部圈层划分示意图地幔古登堡面莫霍面上地幔软流圈岩石圈大陆地壳大洋地壳上地幔外核内核岩石圈地幔1000km地球内部圈层划分示意图地球内部圈层划分示意图软流圈和岩石圈的相对位置大洋地壳大陆地壳岩石圈莫洛霍维奇不连续面 低速带（部分熔融）上地幔软流圈地球的内部圈层划分深度（km）地壳地幔地核软流圈岩石圈下地幔外核内核(固态)(固态)(固态)(固态)一、地球内部圈层一、地球内部圈层2.地壳：莫霍面以上的地表部分，平均厚度16km，体积只有地球体积的0.77%地壳结构示意图（据徐成彦，1998修改）大陆地壳大洋地壳一一. 地球内部圈层地球内部圈层大

16、陆壳和大洋壳的相对位置大洋地壳大陆地壳岩石圈莫洛霍维奇不连续面 低速带（部分熔融）上地幔软流圈下地幔古登堡面莫霍面岩石圈大陆地壳大洋地壳外核内核上地幔2.地幔3.岩石圈、软流圈4.地核一一. 地球内部圈层地球内部圈层6km6km（一）、地球内圈的划分地震产生穿透固体地球的地震波P波到达液体或部分液体层界面时折射P波到达固体边界时再次折射所有波的折射会产生地表地震仪不能记录到P波的阴影区地幔地核P波阴影区 地震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633-1000km1000-2900km2900-5155km2900-

17、5155km5155-6371km一、地球内部圈层的划分一一. . 地球内部圈层及其主要特征地球内部圈层及其主要特征大陆壳和大洋壳的相对位置大洋地壳大陆地壳岩石圈莫洛霍维奇不连续面 低速带（部分熔融）上地幔软流圈(二)地球内圈的主要特征1、地壳大洋地壳与大陆地壳的特征对比洋壳陆壳平均厚度（km）635（30-50）山脉下最厚P波速度（km/s）76密度（g/cm3）32.7组成（顶部沉积盖层）硅镁层（顶部沉积盖层）硅铝层+硅镁层洋壳洋壳陆壳陆壳岩石时代岩石时代岩石大部分形成于岩石大部分形成于0.5亿年中，最老不亿年中，最老不超过超过2亿年各地亿年各地质历史时期形成的岩质历史时期形成的岩石均有最

18、老的岩石可石均有最老的岩石可达达38亿年亿年重力异常重力异常以正异常为主以正异常为主以负异常为主以负异常为主比例比例占地壳占地壳 面积的面积的60% 体积的体积的21% 质量的质量的37%占地壳占地壳 面积的面积的40% 体积的体积的79% 质量的质量的63%(二)地球内圈的主要特征1、地壳大洋地壳与大陆地壳的特征对比（二）（二）. 地球内部圈的主要特征地球内部圈的主要特征地壳的均衡现象地壳均衡是描述地壳状态和运动的一种理论。它阐明地壳的各个地块趋向于静力平衡的原理，即在大地水准面以下某一深度处常有相等的压力，大地水准面之上山脉（或海洋）的质量过剩（或不足）由大地水准面之下的质量不足（或过剩）

19、来补偿。运用地壳均衡学说可以研究地球内部构造，如上地幔的起伏；还可用于大地测量学中研究大地水准面形状，推估重力异常和计算垂线偏差等。 两种假说的重要区别在于，两种假说的重要区别在于，普拉特认为地壳底面的深度普拉特认为地壳底面的深度一致，但密度随地面高度增一致，但密度随地面高度增加而减小：加而减小：艾里认为地壳的艾里认为地壳的密度一致，但底面深度随地密度一致，但底面深度随地面高度增加而下降。面高度增加而下降。 16.3%70-250位置：位置：0-70km处处3x1011Pa 4640km5155km二、 地球的外部圈层全球大气环流（一）、大气圈（一）、大气圈大气圈是因地球引力而聚集在地表周围的

20、气体圈层大气圈是因地球引力而聚集在地表周围的气体圈层1.大气的组成大气的组成恒定组分：恒定组分：氮、氧、氩氮、氧、氩可变组分：可变组分：二氧化碳、水蒸汽、臭氧二氧化碳、水蒸汽、臭氧不定定组分：不定定组分：尘埃、硫化氢、氧硫化物尘埃、硫化氢、氧硫化物2.大气圈的结构大气圈的结构从下向上可分为从下向上可分为对流层对流层、平流层平流层、中间层中间层、热层、热层、外逸层或散逸层外逸层或散逸层2. 大气圈的结构 （1）对流层（1）对流层 大气圈最下面的一层，厚度随纬度而异，赤道附近厚1718km，两极仅89km。特点： 空气强烈对流； 温度随高度增加而降低大气降温率； 气象要素（温度、湿度、气压等）水平

21、分布不均匀，形成复杂的天气现象； 受人类活动影响显著。（2）平流层 从对流层顶至3555km高空的大气层，气流以水平方向运动为主。 基本不含水汽和尘埃物质，不存在对流层中的各种天气现象； 该层的上部（3055km）存在多层臭氧层； 下部温度随高度增加保持不变或略升高，但升至30km以上时，由于臭氧层吸收了大量紫外线，温度升高。2. 大气圈的结构 （2）平流层（3）中间层自平流层顶至85km左右高空的大气层。 由于没有臭氧吸收太阳辐射的紫外线，气温随高度增大而迅速下降，至中间层顶界气温降至-83-113； 由于下热上冷，再次出现空气的垂直运动； 顶部出现弱电离现象。2. 大气圈的结构 （3）中间

22、层中间层中夜光云中间层中夜光云（4）暖层（电离层） 从中间层顶到500km高空的大气层。 空气很稀薄，质量占大气圈总质量的0.5%; 在太阳辐射和宇宙高能粒子作用下，温度迅速升高，再次出现温度随高度增加而升高的现象，到500km高空处温度高达1201；2. 大气圈的结构 （4）暖层(电离层) 由于紫外线和宇宙射线的作用，氧、氦被分解成为原子，处于电离状态，能反射不同波长的无线电波。（5）散逸层（外逸层）2. 大气圈的结构 （5）散逸层（外逸层）热层以上至20003000km的高空。 大气圈与星际空间的过渡地带； 空气极为稀薄； 温度随高度增加而升高； 因离地球太远，地球引力作用弱，空气粒子运动

23、速度快，气体质点不断向星际空间扩散。水圈 1. 水的类型 （1）海水 海水的运动波浪模型及有关术语波浪模型及有关术语波长波长递减波高增加波高波峰波谷浪击带浪基面浪基面深度=波长的一半2004年12月26日印度洋的海啸泰国普吉岛海啸过后的情景这次由苏门答腊岛西北部8级地震引发的海啸使印度洋沿岸30万人罹难二、水圈 1.水的类型 （1）海水 海水的运动潮汐：全球性海水周期性涨落的现象，是在引潮力作用下形成的。海流（洋流）：大洋中沿一定方向有规律移动的海水，分表层洋流和深层洋流。表层洋流主要由信风和海水密度差异引起，方向以水平为主，又可分为暖流和寒流；深层洋流主要由海水温度和盐度差异引起，方向既有水

24、平运动，也有垂直运动。全球主要洋流水圈 1. 水的类型 （1）海水 海水的运动浊流向大陆坡下运动，剥蚀大陆边缘，扩大海底峡谷，形成海底扇和浊积岩，浊流向大陆坡下运动，剥蚀大陆边缘，扩大海底峡谷，形成海底扇和浊积岩，浊积岩中发育粒序层理浊积岩中发育粒序层理浊流浊流：海洋中载有大量悬浮物质的高密度水下重力流，一般海洋中载有大量悬浮物质的高密度水下重力流，一般形成于大陆架外缘、大陆斜坡上部或河口三角洲前缘等处。形成于大陆架外缘、大陆斜坡上部或河口三角洲前缘等处。深海扇粒序层浊流沉积模型浊积物水圈 1.水的类型 （2）陆地水 地面流水（2）陆地水：主要包括地面流水、地下水、湖泊、沼泽与冰川等。 地面流

25、水：沿陆地表面流动的水体（河流、洪流等）。 地面流水的水质点运动方式：层流和紊流。 层流是水质点相互平行而不相混合的水流，在地面流水中比较少见；紊流是水质点的运动速度和方向随时发生变化的水流，是地面流水主要的运动方式。水圈 1.水的类型 （2）陆地水 地面流水自然界河流由于受到不平整河床的影响，往往呈紊流方式流动层流紊流实际的河流水圈 1.水的类型 （2）陆地水 地下水 地下水：埋藏在地表以下岩石和松散堆积物空隙中的水体，往往含有复杂的化学成分。 根据运动特征和埋藏条件可分为包气带水、潜水和承压水三种基本类型。包气带水：在岩石中空隙未被地下水充满的情况下，埋藏在包气带水中的地下水。二、水圈 1

26、.水的类型 （2）陆地水 地下水潜水：埋藏在地表以下第一个稳定隔水层以上、具有自由表面的重力水，也称饱水带水，其自由表面称潜水面。承压水：埋藏在两个稳定隔水层之间透水层内的地下水，又称层间水。水圈 1.水的类型 （2）陆地水 地下水地下水的垂直分层土壤风化的基岩孔隙基岩(砂岩)潜水面饱和带不饱和带二、水圈 1.水的类型 （2）陆地水 地下水承压水示意图潜水面不透水岩石自喷井饱和带不透水岩石蓄水层二、水圈 1.水的类型 （2）陆地水 湖泊与沼泽 湖泊与沼泽湖泊：是陆地上较大的集水洼地。湖水主要来自大气降水、地面流水和地下水，其次是冰川融水和残留海水。湖水通过蒸发、下渗和流泄等方式不断消耗。有出口流泄的湖称为泄水