地球基本特征

1、第第1节节地球概况地球概况w 一、一、 地球的形状和大小地球的形状和大小w （一）对地球形状、大小的认识（一）对地球形状、大小的认识w 1. 对地球形状的认识对地球形状的认识w 三级近似：三级近似：w 球体球体 旋转椭球体旋转椭球体 大地水准体大地水准体w 古希腊古希腊毕达哥拉斯毕达哥拉斯 球体是最完美球体是最完美w 柏拉图柏拉图亚里斯多德亚里斯多德 三个证据：三个证据：陆上看星星陆上看星星海中观帆船海中观帆船 弧形月食弧形月食w 东汉东汉 张衡张衡 “如蛋中黄如蛋中黄”第第1节节地球概况地球概况w 1687年年牛顿最早指出地球应为一个旋转椭球体牛顿最早指出地球应为一个旋转椭球体w 1719世

2、纪世纪由荷兰人最早发起的，全球大规模的测量，终于由荷兰人最早发起的，全球大规模的测量，终于证证实了这一说法实了这一说法w 1958年年美先锋美先锋1号探测卫星发现地球形状为号探测卫星发现地球形状为“梨形梨形”w 1959年年美探险者美探险者6号卫星拍摄了第一张地球照片号卫星拍摄了第一张地球照片w 2. 对地球大小的认识对地球大小的认识w 最早是在公元前最早是在公元前2世纪，由古希腊亚历山大城图书馆长埃拉托色世纪，由古希腊亚历山大城图书馆长埃拉托色尼测量，结果为尼测量，结果为39600公里。公里。w 100多年后，古希腊天文学家波西多留斯也作了测量，结果为多年后，古希腊天文学家波西多留斯也作了测

3、量，结果为28800公里。直到哥伦布和麦哲伦的航海才证明了前者的正确性。公里。直到哥伦布和麦哲伦的航海才证明了前者的正确性。第第1节节地球概况地球概况w 第一张地球照片第一张地球照片第第1节节地球概况地球概况w 地球大小的测量原理地球大小的测量原理第第1节节地球概况地球概况w （二）地球形状大小的最新数据（二）地球形状大小的最新数据w 见课本见课本14页页w （三）地球的其他数据（三）地球的其他数据w 见课本见课本15页页w 从这些数据可以发现，从这些数据可以发现，地面起伏最大高差近地面起伏最大高差近20km 。同时，由于同时，由于地球扁率只有地球扁率只有1/298，无论是旋转椭球体、大地水准

4、体或近似，无论是旋转椭球体、大地水准体或近似“梨梨”形体，从宏观上看地球仍然是近似球形的球体。形体，从宏观上看地球仍然是近似球形的球体。 第第1节节地球概况地球概况w 二、地球的物理性质二、地球的物理性质w （一）地球的密度和重力（一）地球的密度和重力（gravity）w 地球质量是通过万有引力定律计算出来，它的获得也地球质量是通过万有引力定律计算出来，它的获得也使人类付出了艰辛的努力。使人类付出了艰辛的努力。w FGm1m2/r2w 而地球的密度则是通过质量、体积以及地震波资料推而地球的密度则是通过质量、体积以及地震波资料推算出来的。算出来的。w 作业一：作业一：4. 第一个准确的地球的大小

5、及质量分别是第一个准确的地球的大小及质量分别是如何测量的？如何测量的？第第1节节地球概况地球概况w w 理论重力值理论重力值w 重力异常：自由空气异常和布格异常重力异常：自由空气异常和布格异常w 布格异常能够反映地壳构造的变化，反映高原和造山带下部的布格异常能够反映地壳构造的变化，反映高原和造山带下部的补偿作用。补偿作用。w 根据布格异常的分布，普拉特和艾利分别提出了两种根据布格异常的分布，普拉特和艾利分别提出了两种“地壳均地壳均衡说衡说”。w 地球内部的密度分布地球内部的密度分布第第1节节地球概况地球概况w 地球内部的重力加速度分布地球内部的重力加速度分布第第1节节地球概况地球概况w 地球内

6、部的压力分布地球内部的压力分布第第1节节地球概况地球概况w 地壳均衡模型地壳均衡模型第第1节节地球概况地球概况第第1节节地球概况地球概况w （二）地磁（二）地磁（geomagnetism）w 地球的磁场类似于一个条形磁铁的磁场，假定的条形磁铁南极地球的磁场类似于一个条形磁铁的磁场，假定的条形磁铁南极指向地磁北极。地磁场总的来说，有如下特点：指向地磁北极。地磁场总的来说，有如下特点：w 1.地磁南北极和位置不一致，而且磁极存在着缓慢漂移。地磁南北极和位置不一致，而且磁极存在着缓慢漂移。w 2.地面上每一点都有理论上的磁偏角和磁倾角。实测值与理论值地面上每一点都有理论上的磁偏角和磁倾角。实测值与理

7、论值的差异，称为地磁异常。用地球物理方法，发现局部的地磁异的差异，称为地磁异常。用地球物理方法，发现局部的地磁异常，可用于探测地下的高磁性矿床。而通过测量岩石中的剩磁，常，可用于探测地下的高磁性矿床。而通过测量岩石中的剩磁，可用来确定古地磁要素，并进一步判断古地磁场的磁极等，成可用来确定古地磁要素，并进一步判断古地磁场的磁极等，成为古地磁学。为古地磁学。第第1节节地球概况地球概况w 3. 太阳风的影响，使得地球磁场局限在磁层中。磁层可使地球太阳风的影响，使得地球磁场局限在磁层中。磁层可使地球上的生物免受宇宙射线的危害。上的生物免受宇宙射线的危害。w 4. 地磁场的成因，存在种种推测：地磁场的成

8、因，存在种种推测：w 最初，人们认为是地核的具磁性的铁镍物质，形成了地球的磁最初，人们认为是地核的具磁性的铁镍物质，形成了地球的磁场。场。w 目前大家比较认同的说法是：地球外核与内核的差异旋转，产目前大家比较认同的说法是：地球外核与内核的差异旋转，产生感应自激，形成了地球的磁场。生感应自激，形成了地球的磁场。第第1节节地球概况地球概况w 地磁偏角分布地磁偏角分布第第1节节地球概况地球概况w 太阳太阳风和磁层风和磁层第第1节节地球概况地球概况w （三）地热（三）地热（Geothermal heat）w 地球内部储存着巨大的热能，这就是常说的地热。地球内部储存着巨大的热能，这就是常说的地热。w 到

9、地下一定深度，到地下一定深度， 温度不随外界温度变化，称为常温层。温度不随外界温度变化，称为常温层。w 常温层之下，岩石圈范围内，地温随深度而增加。常温层之下，岩石圈范围内，地温随深度而增加。w 地热增温级和地热梯度，地热梯度是地热增温级的倒数，指深地热增温级和地热梯度，地热梯度是地热增温级的倒数，指深度增加度增加100米升高的温度。米升高的温度。w 地热的主要来源是由放射性元素衰变而来，还包括构造变动的地热的主要来源是由放射性元素衰变而来，还包括构造变动的机械能、化学能、重力能、地球旋转能等。地热的释放方式除机械能、化学能、重力能、地球旋转能等。地热的释放方式除了火山爆发、热水活动和构造运动

10、等，最主要的释放方式是大了火山爆发、热水活动和构造运动等，最主要的释放方式是大地热流。地热流。w 大地热流的单位是热流量值，它的分布存在一定规律，并在一大地热流的单位是热流量值，它的分布存在一定规律，并在一定程度上可反映地壳的构造。定程度上可反映地壳的构造。w 地球内部的温度分布地球内部的温度分布第第1节节地球概况地球概况w 羊八井地热羊八井地热第第1节节地球概况地球概况w 地热供暖地热供暖第第1节节地球概况地球概况第第1节节地球概况地球概况w （四）地球物理的新进展（四）地球物理的新进展w 1. 地球物理与反恐地球物理与反恐w （1）用地球物理场的变化监测地下军事活动或重大军事活动。）用地球

11、物理场的变化监测地下军事活动或重大军事活动。如：如：2000年英国军方对俄罗斯库尔斯克号失事原因的分析、美年英国军方对俄罗斯库尔斯克号失事原因的分析、美国地震台站对国地震台站对911事件中的地面震动的记录。其他包括边界地区事件中的地面震动的记录。其他包括边界地区的隧道挖掘活动、地下核实验探测等等。的隧道挖掘活动、地下核实验探测等等。w （2）地球物理武器的问题也提上了议事日程，特别是美国。主）地球物理武器的问题也提上了议事日程，特别是美国。主要是人为制造地震、海啸、山洪、雪崩等自然灾害。德国在二要是人为制造地震、海啸、山洪、雪崩等自然灾害。德国在二战时就已经使用过。美国已经研制出了威力惊人的地

12、球物理武战时就已经使用过。美国已经研制出了威力惊人的地球物理武器，主要是破坏大气层、电离层、磁层等，导致对方航空系统器，主要是破坏大气层、电离层、磁层等，导致对方航空系统等瘫痪，此外还能够改变大气层的导电性质等，破坏对方的输等瘫痪，此外还能够改变大气层的导电性质等，破坏对方的输电线路、石油管道等。电线路、石油管道等。第第1节节地球概况地球概况w 2. 新能源的勘探新能源的勘探w 天然气水合物（天然气水合物（gas hydrates）w 是甲烷等气体与水的混合物，一种白色固状晶体，由全球海底是甲烷等气体与水的混合物，一种白色固状晶体，由全球海底地球物理勘探发现。地球物理勘探发现。w 目前研究表明

13、，我国东海，南海的南沙、东沙等，台湾以东海目前研究表明，我国东海，南海的南沙、东沙等，台湾以东海域均可能有大规模的气水合物产出，而日本更是对此虎视眈眈。域均可能有大规模的气水合物产出，而日本更是对此虎视眈眈。w 天然气水合物天然气水合物第第1节节地球概况地球概况第第2节节地球的圈层结构地球的圈层结构w 第第2节节地球的圈层结构地球的圈层结构w 一、地球的外部圈层一、地球的外部圈层w （一）大气圈（一）大气圈（atmosphere）w （二）水圈（二）水圈（hydrosphere）w （三）生物圈（三）生物圈（biosphere）w 了解其组成、演化过程及作用。了解其组成、演化过程及作用。w 二

14、、地球的内部圈层二、地球的内部圈层w 通过地震波（通过地震波（seismic wave）波速图像，将固体地球）波速图像，将固体地球分为地壳、地幔和地核三部分。分为地壳、地幔和地核三部分。第第2节节地球的圈层结构地球的圈层结构w 根据地震波波速公式，我们有：根据地震波波速公式，我们有：w VpSqrt（Y/）w Vs Sqrt（G/）w Y为杨氏模量，为杨氏模量，G为剪切模量，为剪切模量，为介质的密度为介质的密度。其中，。其中，又有：又有：w GY/2（1 ）w 其中其中 为泊松比，一般在为泊松比，一般在0 00.40.4之间。之间。w 根据波速的变化，通过一定的计算和变换，就可以得根据波速的变

15、化，通过一定的计算和变换，就可以得到相应位置物质的密度、杨氏模量等参数。到相应位置物质的密度、杨氏模量等参数。第第2节节地球的圈层结构地球的圈层结构w 地球的内部结构地球的内部结构第第2节节 地球的圈层结构地球的圈层结构第第2节节地球的圈层结构地球的圈层结构w （一）地壳（一）地壳（crust）w 1. 地壳的化学组成地壳的化学组成w 化学元素在地壳中的平均含量，称为元素的克拉克值，又称元化学元素在地壳中的平均含量，称为元素的克拉克值，又称元素丰度。素丰度。w 最主要的八种元素为最主要的八种元素为O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg，当然，当然Ti和和H也是主要的造岩元素。也是主要的造岩

16、元素。w 这些元素以矿物的形式存在于地壳中，最主要的矿物为硅酸盐这些元素以矿物的形式存在于地壳中，最主要的矿物为硅酸盐矿物。矿物。w 这些矿物又组成了各种岩石，因此硅酸盐矿物又称为造岩矿物。这些矿物又组成了各种岩石，因此硅酸盐矿物又称为造岩矿物。地壳也被称为硅酸盐层。地壳也被称为硅酸盐层。第第2节节地球的圈层结构地球的圈层结构w 2. 地壳的厚度和结构地壳的厚度和结构w 地壳厚度各处不均匀，大陆地壳的平均厚度为地壳厚度各处不均匀，大陆地壳的平均厚度为37公里，而海洋公里，而海洋部分地壳的平均厚度为部分地壳的平均厚度为7公里。公里。w 大陆部分的地壳分为上下两层，上层为花岗质层，又称为硅铝大陆部

17、分的地壳分为上下两层，上层为花岗质层，又称为硅铝层，其上通常分布有沉积岩层。下层为玄武质层，又称为硅镁层，其上通常分布有沉积岩层。下层为玄武质层，又称为硅镁层。后者密度大于前者，因此有人认为是硅铝层在硅镁层上漂层。后者密度大于前者，因此有人认为是硅铝层在硅镁层上漂移。移。w 海洋地壳只有硅镁层，且其延伸到大陆地壳的硅铝层下。海洋地壳只有硅镁层，且其延伸到大陆地壳的硅铝层下。w 3. 地壳的类型地壳的类型w 地壳可分为大陆型地壳和大洋型地壳。陆壳具有双层结构，而地壳可分为大陆型地壳和大洋型地壳。陆壳具有双层结构，而洋壳为单层结构。地壳厚度存在差异，物质成分的不均匀性常洋壳为单层结构。地壳厚度存在

18、差异，物质成分的不均匀性常导致地壳物质的重新分配。导致地壳物质的重新分配。第第2节节地球的圈层结构地球的圈层结构w 地壳结构和组成地壳结构和组成第第2节节地球的圈层结构地球的圈层结构w （二）地幔（二）地幔（mantle）w 地幔分为上地幔和下地幔，其中：地幔分为上地幔和下地幔，其中：w 上地幔的地震波数值和橄榄岩相似，因此被称为橄榄质层。该上地幔的地震波数值和橄榄岩相似，因此被称为橄榄质层。该层的成分和广泛分布的石陨石相似，和地壳相比，层的成分和广泛分布的石陨石相似，和地壳相比，SiO2成分减成分减少，而镁铁成分增加。上地幔又可分为三层，最上层是岩石圈少，而镁铁成分增加。上地幔又可分为三层，

19、最上层是岩石圈的组成部分，中间层有较大塑性的软流圈，而下层为固态。的组成部分，中间层有较大塑性的软流圈，而下层为固态。w 下地幔物质密度较大，化学成分和上地幔没有太大差别，但温下地幔物质密度较大，化学成分和上地幔没有太大差别，但温压都很高。压都很高。w （三）地核（三）地核（core）w 地核分为外核和内核，外核呈液态，而内核则是固态。地核分为外核和内核，外核呈液态，而内核则是固态。w 根据地震波数据及陨石研究，推测地核由铁镍物质组成。根据地震波数据及陨石研究，推测地核由铁镍物质组成。第第2节节地球的圈层结构地球的圈层结构w 球粒陨石球粒陨石第第3节节地质作用和能量来源地质作用和能量来源w 一

20、、基本概念一、基本概念w 地质作用（地质作用（geological function）：作用于地球的自然力使地壳）：作用于地球的自然力使地壳的物质组成、内部结构和地表形态发生变化的作用。引起地质的物质组成、内部结构和地表形态发生变化的作用。引起地质作用的自然力称为地质营力。作用的自然力称为地质营力。w 根据能量来源，地质作用分为内力地质作用和外力地质作用。根据能量来源，地质作用分为内力地质作用和外力地质作用。w 二、能量来源二、能量来源w 地质作用的能量来源主要包括以下六种：地质作用的能量来源主要包括以下六种：w （一）地内热能（一）地内热能（二）重力能（二）重力能w （三）地球旋转能（三）地

21、球旋转能（四）太阳辐射能（四）太阳辐射能w （五）潮汐能（五）潮汐能（六）生物能（六）生物能第第3节节地质作用和能量来源地质作用和能量来源w 其中，地内热能是内力地质作用的主要能量来源，而太阳辐射其中，地内热能是内力地质作用的主要能量来源，而太阳辐射能则是外力地质作用的主要能量来源。能则是外力地质作用的主要能量来源。w 内外力地质作用的关系是：相互独立又相互依存，同时又相互内外力地质作用的关系是：相互独立又相互依存，同时又相互作用使得地壳的组成、构造不断发展变化。就地表形态而言，作用使得地壳的组成、构造不断发展变化。就地表形态而言，内力地质作用，使岩石圈发生变形、变位、分裂、重熔等，形内力地质作用，使岩石圈发生变形、变位、分裂、重熔等，形成了地球表面多样的地表形态。而外力地质作用则起着削夷填成了地球表面多样的地表形态。而外力地质作用则起着削夷填平的作用，使地表趋于平坦。平的作用，使地表趋于平坦。w 三、地质作用的分类三、地质作用的分类w 地质作用，可以按地质