第一篇第五章地球科学的重大进展课件

第五章、地球科学的重大进展20世纪地球科学涌现了许多重大成果，其中揭示大地构造特点和地壳运动与演化规律的大陆漂移学说、海底扩张学说和板块构造学说尤其需要了解。地球科学是研究地球的状况和演化规律的学说，主要分支有地理学、地质学、地球物理学、地球化学、海洋学等。第五章、地球科学的重大进展20世纪地球科学涌现了许多重大成1

过去人们主要通过钻探和采集火山喷发的物质样品探索地球内部结构，这只能研究地下几千米的地方，面对半径6400千米的地球，鞭长莫及。20世纪发展起来的地震波分析，即由于地震波在经过不同地层的边界时波速会发生明显的中断，可以通过观测和分析地震发生之后穿过地层传播的地震波研究地层的物理结构；地震波反射成像技术；高温实验技术；计算机仿真方法。

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利用地震波可探测地球内部的圈层构造固体地球内部可分为地壳、地幔、地核3个圈层地幔主要由密度中等的固态富镁硅酸盐岩石所组成地核主要由高密度的铁镍合金所组成，外核呈液态、内核呈固态地球内部各圈层的运动速度都不相同地球岩石圈是不安稳的，地震就是其表现形式之一一、地球的构造——地球的内部圈层

利用地震波可探测地球内部的圈层构造一、地球的构造——3地球剖面图地球剖面图42、利用地震波可探测地球内部圈层构造

地震波纵波(P波)

质点振动方向与传播方向一致的波。传播时只引起物质疏密的变化，不要求物质具有固定的内部结构，因此在气态、液态或固态物质中都可以传播。横波(S波)

质点振动方向与传播方向相垂直的波。在液态或气态物质中，质点没有固定的位置，并且间距较大，无法传递剪切变形，横波只能在固态物质中传播。面波(M波)

只在地球表面传播，对固体地球表面的破坏作用最强。2、利用地震波可探测地球内部圈层构造地震波5纵波、横波在地球内部的传播方式纵波、横波在地球内部的传播方式6地震波速的变化■波速的变化意味着介质的密度和弹性性质发生了变化■地震波可以发生反射和折射(波速突变)不同介质界面:不连续面(物态突变)■地球不是均质的■地球组成物态不是一致的据此，可以判断和划分地球内部圈层。地震波速的变化■波速的变化意味着介质的密度和弹性性质发生了变73、地球内部结构与地震波速的变化3、地球内部结构与地震波速的变化84、地幔热对流模式4、地幔热对流模式95、地球内部圈层的划分

分界面莫霍洛维奇不连续面(莫霍面)地壳与地幔的分界面

P波:7.08.1km/sS波:4.24.4km/s古登堡不连续面（古登堡面）地幔与地核的分界面深度2885km

P波:13.647.98km/sS波:7.230km/s岩石圈(0-60/250km)软流圈以上岩石强度较大的部分,包括地壳和上地幔顶部部分。软流圈在上地幔内部还存在一个地震波的低速层（60-250km）,岩石强度较低，可能局部熔融。

5、地球内部圈层的划分分界面10地球内部圈层结构及各圈层的主要地球物理数据内部圈层深度km地震波速度密度ρg·cm-3压力PMPa重力gm·s-2温度tC附注纵波Vp横波Vs0335.67.03.44.22.62.90120098198314400-1000岩石圈(固态)地壳

(莫霍面)地幔上地幔608.24.63.3419009841100低速层1007.934.363.4233009841200软流圈(部分熔融)2506508.210.084.55.423.64.646800185009899951900(固态)下地幔(古登堡面)288513.547.235.5613520010693700地核外核41707.989.53009.9811.42252000760(液态地核)过渡层515510.33012.253281004274300固-液态过渡带内核637110.8911.173.463.5012.5136170004500固态地核地球内部圈层结构及各圈层的主要地球物理数据内部圈层深度地震波11内部圈层的主要特性圈层密度g·cm-3压力MPa温度C地壳2.6-2.82.9P=h·ρ·g27.5MPa/M1200400-1000外热层：昼夜、季节、多年变化，深度至10-数10m常温层：相当于当地年平均气温增温层：地热增温率/地温梯度一般:3C/100m海底:4-8C/100m大陆:0.9-5C/100m地幔3.32-5.561352003700地核9.98-12.513617004500内部圈层的主要特性圈层密度压力温度地壳12地球内部各圈层物理特征

及变化规律物态：固-液交替变化密度：随深度增加压力：随深度增加温度：随深度增加重力：随深度变化地球内部各圈层物理特征

及变化规律物态：固-液交替变化13二、大陆漂移与海底扩张及证据1、大陆漂移

韦格纳（1880-1930）地质学家、气象学家——大陆漂移学说◆韦格纳注意到南美和非洲之间的海岸线凹凸互相对应能拼合起来，又了解到巴西与非洲有许多生物种属相似，因此开始思索大陆是不是会有长距离的水平移动。◆1912年发表了论文《大陆水平移动》。◆1915年出版了《海陆起源》，阐述了大陆飘移说的基本思想。地球原来只有一个原始大陆—泛大陆，周围是原始海洋。从一亿九千万年前的侏罗纪到五千万年前的第三纪，泛大陆逐渐分离。◆冲击了大陆固定论。1930年11月在探险中牺牲。二、大陆漂移与海底扩张及证据1、大陆漂移142、赫斯的“海底扩张”学说历史背景

◆19世纪的有名的几次海洋综合探险调查，迅速扩大和加深了人类对海洋的认识。1871年“猎犬号”进行了为期五年的环球探险◆1872年“挑战者号”进行了为期四年的探险，围绕海洋学、海洋生物学、海洋地质学等几个方面对三大洋进行了全面的考察，写了50卷调查报告。◆二次大战以后，海洋地质学成了热门，深海探测技术迅速发展。海洋地质学广泛的使用了回声探测技术、水下电视、红外照相机及立体摄影等。◆现代深潜器一般都配备了摄象设备，测量用的各种传感器，以及搜集标本的采样器和灵活的机械手等，深潜器都有动力系统和控制系统，运转自如而且安全性都很好。2、赫斯的“海底扩张”学说历史背景15大洋中脊—深海沟系统的发现◆人们发现了具有全球规模的大洋中脊—深海沟系统，发现了大洋中脊两侧成对称分布的岩石磁条带，还发现了沿大洋中脊和深海沟分布的强烈的洋底热流异常，正是这些大量的事实促使新的科学理论产生了。◆1960年美国的赫斯发表《海洋盆地的历史》，赫斯认为海底沿中洋脊的顶部裂开，新的海底就在这里形成，并向洋脊顶部的两侧扩张。洋底地质实际上正是地幔对流的直接体现，地幔对流的上升点在大洋中脊，然后分成两股向两侧运动，正是这种巨大的力量在大洋中脊中间沿轴线形成巨大的中央裂谷。大洋中脊—深海沟系统的发现◆人们发现了具有全球规模的大洋中脊16韦格纳与赫斯的主张韦格纳曾经主张，各个大陆都是被独立的推动的，因此大陆的运动就像一只船在柔软的洋底上行驶。◆赫斯却假设大陆并不是作为一个独立体系而运动的，大陆象木筏冻结在同样坚硬的海底地壳上并随海底一起运动，美国的罗伯特.迪茨称这一过程为“海底扩张”。◆洋壳从产生到消失大约2亿—3亿年左右，处在不断的更新之中，所以人们找不到更古老的大洋岩石。韦格纳与赫斯的主张韦格纳曾经主张，各个大陆都是被独立的推动的173、大陆漂移与海底扩张的证据计算机拟合与地质学证据♦大洋中脊两侧对称分布的岩石磁条带♦中洋脊—深海沟系统♦洋底热流异常♦古生物♦古气候3、大陆漂移与海底扩张的证据计算机拟合与地质学证据18计算机拟合与

地质学证据剑桥大学的爱德华.布拉德、J.E埃弗列特和A.G.史密斯用计算机做过大陆拟合的最佳化与误差检验。拟合的边缘部分不吻合平均值不超过一度。拟合处是沿大陆坡（浅灰区域）500浔的等深线。白色是缝隙处，黑色是重叠处。计算机拟合与

地质学证据剑桥大学的爱德华.布拉德、J.E埃弗19南美洲和非洲的拼合

（根据岩石和构造特征）南美洲和非洲的拼合

（根据岩石和构造特征）20两板块向两面分离，裂谷扩大两板块向两面分离，裂谷扩大21全球洋中脊（部分）全球洋中脊（部分）22大洋中脊两侧对称分布的岩石磁条带大洋中脊两侧对称分布的岩石磁条带23洋脊两侧对称的岩石磁化条带洋脊两侧对称的岩石磁化条带24中洋脊—深海沟系统中洋脊—深海沟系统25中洋脊—海底火山中洋脊—海底火山26中洋脊系统分布图中洋脊系统分布图27洋底热流异常地球是一个不断向外散发热量的球体。地球表面热流量的平均值在不同地区是不一样的。洋底热流异常地球是一个不断向外散发热量的球体。地球表面热流量28古冰川与大陆漂移左图晚古生代冰川在复原的冈瓦纳大陆上的分布右图晚古生代冰川在现代大陆上的分布，箭头示古冰川流动方向古冰川与大陆漂移左图晚古生代冰川在复原的冈瓦纳大陆上29三、板块构造1、板块构造学说板块构造学说的基本思想是在固体地球的上层，存在比较刚性的岩石圈及其下伏的较塑性的软流圈；地表附近较刚性的岩石圈可划分为若干大小不一的板块，它们可在塑性较强的软流圈上进行大规模的运移；海洋板块不断新生（增生），又不断俯冲、消减到大陆板块之下；板块内部相对稳定，板块边缘则由于相邻板块的相互作用而成为构造活动强烈的地带；板块之间的相互作用控制了岩石圈表层和内部的各种地质作用，同时也决定了全球岩石圈运动和演化的基本格局。

三、板块构造1、板块构造学说302、全球板块构造图2、全球板块构造图313、全球12个主要板块的分布1-中脊轴线；2-转换断层；3-俯冲边界；4-碰撞边界3、全球12个主要板块的分布1-中脊轴线；2-转换断层；3324、板块移动4、板块移动33板块俯冲带与岩浆作用和地震的关系板块俯冲带与岩浆作用和地震的关系346、板块边缘的岩石物质都会受到

挤压而破碎

两面的板块性质可能相同，即同为大陆性板块或同为海洋性板块；两个一个类别，板块边缘的岩石物质，都会受到挤压而破碎，以至熔融，刺激深部板块的性质也可能不相同，即分别为大陆性板块和海洋性板块。无论是哪岩浆涌升，带来火山活动作用；另一方面，被挤压的岩层，亦会张裂和隆起，是为断层作用及褶曲作用；能量则通过地震和火山爆发等活动而释放。6、板块边缘的岩石物质都会受到

挤35

367、大陆板块与海洋板块碰撞

当大陆板块与海洋板块相遇，两个板块缓缓靠近，或一个追及另一个时，密度较大的海洋板块地壳，会俯冲至较轻的大陆地壳之下，岩石被拖曳至地幔，熔融于软流圈中；俯冲作用并形成海沟。7、大陆板块与海洋板块碰撞

当大陆板块与海洋板块相遇，两个378、大陆板块互相碰撞8、大陆板块互相碰撞389、大陆板块相碰撞若为两个大陆板块相碰撞，原有的分隔海面便会逐渐消失，挤压形成巨大山脉及缝合线。◆高耸的喜玛拉雅山脉，便是这类板块碰撞边界形成的褶曲山脉。◆由南面而来