第2章地球的基本特征

地质学基础主讲教师：陈修文教授研究员茂名学院地理系第2章地球的基本特征第1节地球概况第2节地球的圈层结构第3节地质作用及其能量来源

第1节地球概况

一、地球的形状和大小

(第13页)（一）、对地球的形状、大小的认识（二)、地球的形状和大小的最新数据(第14页)极半经为6356.752km赤道半经为6378.137km扁率为1/298（三）、地球的其他数据平均半经为6371km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旋转椭球体基本上仍是一个圆球。其它参数见书15页。在太空中所见的地球地球在宇宙中的位置地球的年龄现今测得的地球上最古老的岩石年龄为42亿年。测得的陨石年龄为45.5亿年。推断原始地球形成的年龄为46亿年。二、地球的主要物理性质(第16页)（一）地球的密度和重力（二）地球的压力（三）地球的重力（四）地球的磁场（五）地热（六）地球的温度（七）地球的弹塑性（一）、地球的密度(第16页)地球的平均密度：5.516g/cm3地表岩石平均密:2.7g/cm3地心的密度:13g/cm3（二）、地球的压力地球内部压力是随深度加大而逐渐增高的。深度每增加１km，压力增加27.5MPa（1MPa＝1兆帕斯卡＝１０６N/m２）。深部随着岩石密度的加大，静岩压力增加得更快些。静岩压力在莫霍面附近约1200MPa，古登堡面附近约135,200MPa，地心处可达361,700Mpa，相当于360万个大气压力。

地表地心(三)、地球的重力(第16页)rdFPR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=GMmd=rωR2(G为万有引力常数，ω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，通常用单位质量所受的引力来表示重力（重力加速度g）

g=GM/R2(单位用伽Gal)1Gal=1cm/s2(三)、地球的重力(第16页)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*10-3*sin2ф-5.9*10-6*sin22ф)g为重力（伽），ф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2900km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1069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(三)、地球的重力(第17页)

实际测得的重力值与理论重力值之间的差值，称重力异常。当实测重力值>理论重力值,称正异常当实测重力值<理论重力值,称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；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。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金属矿产。这就是地质勘查中常用的重力探勘方法重力异常(四)、地球的磁场(第18页)

它有两个磁极，其磁北极位于地理北极附近，磁南极位于地理南极附近，但不重合，地磁轴与地球自转轴的夹角现在约为11.5度，1980年实测的磁北极位于北纬78.2度、西经102.9度（加拿大北部），磁南极位于南纬65.5度，东经139.4度（南极洲）。地磁场：地球周围存在的磁场地磁轴地理轴(四)、地球的磁场(第19页)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。它是一个具有方向（磁力线方向）和大小的矢量，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30T）。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。即，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。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；(四)、地球的磁场(第17页)地磁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（五）、地热

(第20页)地热;

地球内部储存着巨大的热量.地热增温的规律只适合于地壳部分和岩石圈.地热来源:放射性元素地热释放形式:火山、热水、构造运动等。地热的研究规律：22页地热的分布：两条：中生代褶皱带--环太平洋和新生代褶皱带—地中海-喜玛拉雅。（六）、地球的温度地温

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逐渐增高的。在地表附近，由于太阳幅射热的影响，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（或变温层）。外热层的深度一般在十几米．在其下界面附近，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。常温层以下，受到地球内部热量的影响，温度逐渐升高。一般把在常温层以下，每向下加深100ｍ所升高的温度称为地热增温率或地温梯度。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，地温梯度都不相同，地球表层的平均地温梯度为３℃。海底的地温梯度一般为４－８℃，大陆为０.９－５℃．大陆的地温梯度一般来说是显著低于海底的．（七）地球的弹塑性弹塑性地球具有弹性，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落现象，其幅度为7—8cm,这种现象称为固体潮。也说明固体地球具有弹性。地球也具有塑性，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，这些都说明地球具有塑性。

第2节地球的圈层构造

一、地球的外部圈层二、地球的内部圈层

一、地球的外部圈层

(第24页)在固体地球之外还存在另外三个圈层，它们是大气圈、水圈和生物圈。它们是地球的重要组成部分，它们与固体地球休戚相关，共同演化，塑造着多姿多彩的地球（一）、大气圈(第24页)大气圈：是指因地球的引力而聚集在地表周围的气体圈层。大气圈中的气体主要集中于地表以上18km的范围内，往上气体变得极为稀薄。主要成分为氮，78.09％；氧，20.94％；氩，0.93%；其他，0.04％。（按体积计算）。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、扩散层（散逸层）。对流层：平均厚度12km，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。平流层：从对流层顶到地表以上55km的范围。大气呈水平运动。几乎不含水蒸气、尘埃，无天气现象。中间层：从平流层顶到地表以上85km的范围。大气呈对流运动。存在电离层，可反射无线电波。暖层：从中间层顶到地表以上800km的范围。内部存在多层的电离层，也称电离层，强烈反射无线电波。扩散层：从暖层顶到外层空间。物质多以原子、离子状态存在。是地球物质向宇宙空间扩散的部位。地球的起源及地壳的形成地球圈层的形成最初大气圈的成分主要是水蒸汽，还有一些二氧化碳、甲烷、硫化氢和氯化氢等。直到距今38亿年前，地球上的大气仍是缺氧和呈酸性的随着时间的流逝，地球上的温度逐渐降低（低于100°C），大气中的水蒸汽陆续凝结出来，形成广阔的海洋（水圈）。地球外部圈层的形成：地球的起源及地壳的形成地球圈层的形成最初大气圈的成分主要是水蒸汽，还有一些二氧化碳、甲烷、硫化氢和氯化氢等。直到距今38亿年前，地球上的大气仍是缺氧和呈酸性的随着时间的流逝，地球上的温度逐渐降低（低于100°C），大气中的水蒸汽陆续凝结出来，形成广阔的海洋（水圈）。地球外部圈层的形成：（二）、水圈(第25页)水圈：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、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。地表上直接被液态水体覆盖的区域占地表面积的3/4。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。水循环的方式有：海洋与大陆间的循环；地表与地下间的循环；生物体与周围空间的循环；水圈与大气圈间的循环。一、地球的外部圈层

海水97.41%淡水2.59%（三）、生物圈(第26页)生物圈：是指地球表层由生物及其活动地带所构成的连续圈层。生物从高等到低等，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研究就可以知道地质演化的历史。地球的起源及地壳的形成地球圈层的形成

大约到27亿年前，游离氧在海洋中出现。绿色植物的大量繁殖，更加快了大气和海洋环境的变化，使其有利于高等喜氧生物的发展。到27亿年前生命加速发展，海洋中的生物迅速繁荣起来（化石证据较多）。地球外部圈层的形成：地壳及外部圈层的演化人类活动对地质环境的影响

人类自出现以来，就开始了向自然的索取，不仅造成了地表生态的极大的不平衡和某些不可再生资源的极大短缺，而且造成了对原来地形的极大改变，以致我们不得不把人类的各种活动当作一种改变自然营力来看待。这里包括人类的剥蚀作用，搬运作用和堆积作用。地壳及外部圈层的演化人类活动对地质环境的影响

人类的剥蚀作用

人类的剥触作用主要表现为对地壳岩石和土壤的机械破坏作用，其主要作用方式，是农业生产中的挖掘和耕犁，矿山开采中的采掘。

地壳及外部圈层的演化人类活动对地质环境的影响

人类的剥蚀作用

人类的剥触作用主要表现为对地壳岩石和土壤的机械破坏作用，其主要作用方式，是农业生产中的挖掘和耕犁，矿山开采中的采掘。

地壳及外部圈层的演化人类活动对地质环境的影响人类的搬运作用

人类在工程和生产活动中，对地壳物质的大规模搬动是大规模。对有机物质和矿物资源的搬运至于比自然动力更多更远。地壳及外部圈层的演化人类活动对地质环境的影响

人类的搬运作用

人类在工程和生产活动中，对地壳物质的大规模搬动是大规模。对有机物质和矿物资源的搬运至于比自然动力更多更远。地壳及外部圈层的演化人类活动对地质环境的影响

人类的堆积作用人类的生活和生产活动，就是把现存的各种物质转变成可供人类享用的各种有用物品。它们大都有个用尽变废的过程，而这些废弃物质（垃圾）主要是通过掩埋或直接堆放于露天处理，这就是人类的堆积作用。地壳及外部圈层的演化人类活动对地质环境的影响

人类的堆积作用人类的生活和生产活动，就是把现存的各种物质转变成可供人类享用的各种有用物品。它们大都有个用尽变废的过程，而这些废弃物质（垃圾）主要是通过掩埋或直接堆放于露天处理，这就是人类的堆积作用。地壳及外部圈层的演化人类活动对地质环境的影响

人类的堆积作用人类的生活和生产活动，就是把现存的各种物质转变成可供人类享用的各种有用物品。它们大都有个用尽变废的过程，而这些废弃物质（垃圾）主要是通过掩埋或直接堆放于露天处理，这就是人类的堆积作用。地壳及外部圈层的演化人类活动对地质环境的影响

人类的堆积作用人类的生活和生产活动，就是把现存的各种物质转变成可供人类享用的各种有用物品。它们大都有个用尽变废的过程，而这些废弃物质（垃圾）主要是通过掩埋或直接堆放于露天处理，这就是人类的堆积作用。人工地貌人工挖掘地貌——运河、水渠人工地貌人工挖掘地貌——矿坑人工地貌人工建筑地貌——水坝、水库人工地貌人工建筑地貌——水坝、水库人工地貌人工建筑地貌——金字塔人工地貌人工建筑地貌——长城人工地貌人工建筑地貌——公路人工地貌梯田人工地貌围海造田人工地貌海边鱼塘二、地球的内部圈层（27页）

1、莫霍面和古登堡面：地震波在地球内部传播时，有两个明显的波速突界面，这两个地球内部界面分别称为：莫霍面和古登堡面

2、圈层分为：根据莫霍面和古登堡面，可将地球内部分为三个Ⅰ级圈层：地壳、地幔、地核根据次级界面，还可将进一步分为六个Ⅱ级圈层。大洋地壳大陆地壳地球的起源及地壳的形成地球圈层的形成尘埃向中心聚集的过程中，由于引力的作用，体积收缩，压力加大，会释放出大量的热量。放射性元素的蜕变和陨石的撞击，也都要放出热能。地球物质处于热的熔融状态。地球内部圈层的形成：二、地球的内部圈层(第28-34页)

（一）、地壳

是莫霍面以上的地球表层。其厚度变化在5-70km之间。其中大陆地区厚度较大，平均约为33km；大洋地区厚度较小，平均约7km；总体的平均厚度约16km。地壳物质的密度一般为2.6-2.9g/cm3。大陆地壳（上地壳）主要为富硅铝的硅酸盐矿物所组成，常称为硅铝层；大洋地壳（下地壳）主要为富硅镁的硅酸盐矿物所组成，常称为硅镁层，因其比重较大，主要分布洋底地壳或大陆地壳的下部。（二）、地幔莫霍面与古登堡面之间的一个巨厚圈层。其厚度约2850km。平均密度为4.5g/cm3。根据次级界面可分为上地幔和下地幔。上地幔：从莫霍面至地下1000km，平均密度为3.5g/cm3，成分主要为含铁镁质较多的超基性岩。在上地幔的上部100-350km存在一个由柔性物质组成的圈层称为软流圈（地震波的低速带）。此软流圈之上的固态岩石圈层称为岩石圈。下地幔：地下1000km至古登堡面之间，平均密度增大为5.1g/cm3，成分仍为含铁镁质的超基性岩，但铁质的含量增加。（三）、地核古登堡面以下地心的一个球体。半径为3480km。地核的密度达9.98～12.5g/cm3。其成分以铁镍物质为主．根据其状态可分为外核和内核。外核：物态为液态，其成分除铁镍外，可能还有碳、硅和硫；内核：物态为固态，其成分为铁镍物质。莫霍面古登堡面地球的起源及地壳的形成

地球圈层的形成重力的作用与高温的影响，地球里面的物质发生部分熔融，使重者下沉，轻者上浮，出现了大规模的物质分异和迁移，形成了从里向外，物质密度从大到小的圈层结构。铁和镍比较重，向中心聚集－地核。较轻的硅酸盐物质形成地幔和地幔之上的地壳。地球内部圈层的形成：内部圈层的形成第3节地质作用及其能量来源

在漫长的地质历史中，地球每时每刻都处在不停的运动和变化之中，例如，地下深处高温高压的岩浆在向上运移，将深处的物质带到地球表层，使地球表层的物质成分发生变化。地表物质在流水、重力的作用下，由高处带到低处堆积。

由自然动力引起的使地壳或岩石圈甚至整个地球的物质组成、内部结构和地表形态发生变化和发展的作用称为地质作用。产生地质作用的能量来自两个方面。一是来源于地球本身，主要有旋转能、重力能、热能、化学能，上述能源系统称为内能；二是来源于地球以外的能源，主要有太阳辐射能和日月引力能等，这些来自地球以外的能源统称为外能。

内能引起的地质作用称为内动力地质作用；有构造运动及地震、岩浆作用和变质作用。外能引起的地质作用称为外动力地质作用。它包括风化作用、剥蚀作用、搬运作用和沉积作用。第3节地质作用及其能量来源一、基本概念