第三节地球的外部圈层结构

第三节地球的外部圈层结构

大气圈、水圈、生物圈

一．地球的厚被--大气圈地球的周围包围着一层厚厚的被子--大气，人类就居住在这层大气的底部。这看不见、摸不着的大气圈里，发生着种种有趣的自然现象，为人类的生存提供了可靠的保障。定义：包围着固体地球由多种气体混合物组成的圈层。

大气圈的物质成分

大气的成分很复杂，除了氧气和氮气外，还有氢、二氧化碳、氦、氖、氩、氪、氙、臭氧等气体。氮和氧分别占了空气总容积的78.09%和20.95%，其他气体的总和还不到空气总容积的1%。按质量氮（75.5%）和氧（23.1%)为主，其次有氩(1.28%），二氧化碳（0.05%）。大气层中还含有一定数量的水和各种尘埃杂质，是形成云、雨、雾、雪的重要物质。大气圈的质量大气圈里的空气虽然看不见，但质量大得惊人。据科学家估算，整个地球周围有5千多亿吨（5.136×1015t）重的空气。住在地球上的人,如果没有人体内向外的压力，会被压得粉身碎骨。由于地球引力的作用,大气质量的9／10都集中在近地面的16千米以内的大气层里。离地面越高，空气就越稀薄。

大气圈的分层地球大气圈的厚度大约有二三兆米。由于各个不同高度上的大气特性不同，因此，气象学家往往把大气划分为几个层次。对流层、平流层、中间层、热层或暖层、外层。对流层对流层：距地球表面最近的一层叫对流层。厚度：在中纬度地区的平均厚度为10-12千米，在赤道地区的为16-18千米,两极地区的为7-10千米。特点：对流层的主要特点是：气温随高度升高而降低，离地面愈远温度愈低。对流层内空气具有强烈的垂直和水平对流运动，从而导致了水的三态变化，产生了一系列物理变化过程。风霜雨雪、云雾冰雹等变化多端的天气现象，都发生在对流层内。平流层从对流层往上到50千米的高空是平流层。这里空气稀薄，水气和尘埃很少，气流以水平运动为主，而且很平稳，所以很适宜于飞机飞行。中间层从平流层再往上到80千米的高空是中间层。这一层的气温随高度升高而降低，最高处可到-90℃左右。中间层的顶部有少量水分，偶尔还能见到银白色的夜光云。该层的60-90公里高度上，有一个只有在白天出现的电离层，叫做D层。热层或暖层（电离层）从85千米到500千米这一层,称为热层或暖层。它的特点是：温度随高度升高而升高，在距地面400千米的高空,温度可达3000-4000℃。这一层里的氧原子和氮原子处于电离状态，所以又被称为电离层(共三层)。来自地表某个地点的无线电波，必须经过电离层的反射，才能传到世界各地。外层或散逸层热层以上就是大气的外层。它的下限约在800-1000千米，上限可伸展到3000千米。这里是地球大气与星际空间的过渡地带,因为这一层的空气非常稀薄，温度又高，一些高速运动的空气分子和原子拚命挣脱地球引力的束缚，逃逸到宇宙太空中去，所以，这一层又称为散逸层。二、生命的摇篮--水圈地球表面四分之三以上的面积被海洋、冰层、湖泊、沼泽、河流中的水体覆盖。地面以下的土壤和岩石缝隙中也充填有大量的地下水，它们共同构成一个连续而不规则的圈层，称为水圈。海洋面积占地球表面的71%,如果把海洋中所有的水均匀地铺盖在地球表面,地球表面就会形成一个厚度约2700米的水圈。所以有人说地球的名字是取错的，应该叫它"水球"。据科学家估算，地球表层的总水量约为14亿立方千米,其中海洋水占97.3%，以冰川为主的陆上水占2.7%，水的循环水圈中的水，主要在太阳热能和重力的作用下不停地运动着。在太阳的照射下，地球水圈处于不间断的循环运动之中。海洋和陆地上的水受热蒸发形成水气升入空中，成为大气水；大气水在适宜的条件下又凝结为雨雪降到地面或海洋。地面上的水或汇入江河湖海，或渗入土壤成为地下水，或又直接蒸发进入大气，循环往复。在这循环运动中，大气是水份的重要"运输工具"。由于地球上永不停息地进行着大规模的水循环，才使得地球表面沧桑巨变，万物生机盎然。循环三、生命活动的领地--生物圈生物圈是生物（动物、植物和微生物）及其生命活动的地带所构成的连续圈层。地球上生命物质出现在3500Ma。在南非距今3200Ma的层状岩石中发现了原核生物化石。自1000Ma以来植物和动物蓬勃发展。生物圈中的动物分布极为广泛。据估计,地球上的动物约有150万种左右。生物的作用：产生氧气，促进化学循环。植物是生物圈中的重要成员。在地球形成的早期，大气中的主要成分是二氧化碳，氧气的含量极少。直到大量植物出现以后，由于植物的光合作用而产生大量的氧气，才使具有高度智慧的人类和大量动物得以生存。地球上的生物都有很强的适应环境的生存能力，尤其是微生物，具有顽强的生命力和繁殖能力。地质勘探表明,在地下几百米甚至1千米的深处，都有细菌存在。有些鱼类和低等浮游生物可在万米以下的深海中生活。生命的过程就是生物不断地把太阳能转化成化学能的过程。煤和石油都是由于生物死亡后堆积演化而成的；岩石的风化、土壤的形成，都离不开生物的积极参与。地球生物圈经历了十几亿年的繁衍发展，才形成为今天一切生物得以生存的环境。在这个漫长的发展演化过程中，地球的大气圈、水圈及地壳表面都积极参与其中。因此，生物圈的形成，是大气圈、水圈和地壳间相互接触、相互渗透、相互影响的结果。第四节地球的内部圈层结构一．地球内部圈层划分的依据

1．地震波的特点地震波是弹性波，分为体波、面波和自由振动等类型。体波有纵波（P）和横波（S）之分。纵波可在固态、液态和气态的介质中传播，横波只能在固态介质中传播。地震波速的大小与介质的密度和弹性有关。圈层2．地球内部圈层划分的依据（1）宇宙地质依据宇宙物质具有内在的统一性，宇宙天体（尤其是太阳系内天体）的物质成分可作为推断地球内部物质成分的参考依据（例如陨石）；（2）地质学依据岩浆岩来自地下较深的部位，研究其物质成分和形成的温压条件可帮助人类认识地下的物质状态及环境。特别是超基性岩，它们常来自地球深部。

（例如含金刚石的金伯利岩，金刚石生成温度为1100-2200℃、压力为5万个大气压，相当150km深度）

（3）地球物理依据主要是地震波速的变化。

二．地球内部圈层的特征（一）地壳

莫霍面（大陆33km、洋底5-8km）莫霍面是地震波速显著不连续面（南斯拉夫地震学家莫霍诺维奇于1909年发现）。莫霍面以上的由固体岩石组成的地球最外部圈层称为地壳。地壳平均厚度约18km，平均密度2.8g/cm3，质量约2.35×1022kg。

地壳厚度变化大，大陆区20-80km，平均33km。又分为上地壳和下地壳（以康拉德面为界，深约15km）。上地壳（厚约15km）平均密度约2.7g/cm3，由沉积岩、变质岩和岩浆岩组成，一般称硅铝层或花岗质岩壳；下地壳（厚约18km）平均密度约2.9g/cm3，一般称硅镁层或玄武质岩壳。大洋区平均7km，且较为均匀，普遍堆积有0.5km厚的沉积层，再下便是5-8km的硅镁层（密度2.9g/cm3）。

（二）地幔

古登堡面

（2891km）（美国地震学家古登堡于1912年发现）S波终止，P波急剧减低。

莫霍面以下至古登堡面的圈层称为地幔。地幔的厚度约2870km，物质密度由顶层的3.31g/cm3增至5.55g/cm3,平均约4.5g/cm3,质量约4.03×1024kg。根据地幔上部与下部物质成分和温度、压力的差异性，和670km深处的地震波速显著间断面分为上、下地幔。（1）上地幔它可进一步划分为盖层、低速层、均匀层，过渡层。盖层：深度为24-80公里，是莫霍面以下地幔的顶部层位。P波速度8.1公里/秒，S波速度4.5公里/秒，密度为3.37克/厘米3。地幔盖层的速度结构类似于地壳，它也是分层的，且横向变化较大。低速层：深度为80-220公里，在海洋地区顶面较大陆区为浅。P波速度7.8公里/秒，明显变低。它的成因一般认为是物质的部分熔融所致。这一层在电性上是高导层。其各种构造单元普遍存在。电阻率几欧姆米或更小。均匀层：深度220公里~400公里。P波速度8.7公里/秒；这一层速度较均匀，变化较小。在400公里处存在速度间断面。该界面被广泛认为是相变证据。中间层(过渡层)：深度400—670公里。P波速度从9.1公里/秒增加到10.3公里/秒；S波速度从4.9公里/秒增加到5.6公里/秒；密度增至3.99克/厘米3。考虑矿物的密度和岩石学条件，上地幔物质的矿物成份只可能是橄榄石、辉石、石榴石以及可能还有角闪石。包含这些矿物的岩石主要是橄榄岩和榴辉岩。

（2）下地幔深度670-2891km,厚度2221km,平均密度5.1g/cm3。据实验岩石学分析，由呈紧密堆积结构的氧化矿物，如MgO、FeO和SiO2组成。（三）地核

古登堡以下直至地心的部分称地核。它是一个半径为3480km的球体，平均密度为10.83g/cm3。一般认为物质成分主要为铁。

地核又分为外地核和内地核两部分。外地核的物质为液态，内地核现在科学家认为是固态结构。外地核深2900km至5000km,内地核深5100km至6371km

（四）岩石圈

地壳与上地幔的顶部（软流圈以上部分），都是由固态岩石组成的，因而称岩石圈。1.了解地球年龄的意义2.地球年龄的测定方法——放射性同位素测年地质学基础第二章地球一、地球年龄的测定方法第四节地球的年龄和地质时代

地球年龄的判别主要依据对地球最古老岩石的同位素测定，以及对陨石，月球岩石等的测定得出地球的年龄应为46亿年。1.地质年代—地球从形成至今所划分的一系列时间单位。2.地质年代表—依据沉积发展、生物演化、构造运动及相应的同位素测年，按地球的演化历史与顺序所作的全球性综合时间表。3.地质年代单位按大小依次为：宙、代、纪、世、期等。见P29表2-3。第四节地球的年龄和地质时代地质学基础第二章地球