3-地球的物理性质及圈层构造省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件

第三节地球物理性质地球重力地球密度和压力地球磁性地热地球弹塑性第1页本节包括到英文术语gravity;

gravityanomaly;Bouguergravityanomaly;geomagneticfield;magneticdeclination;

magneticinclination;magneticanomaly;

geothermalfield;geothermalgradient;geothermalflow;geothermalanomaly;seismicwave;bodywave(Pwave,Swave);surfacewave第2页提醒：

物理性质和圈层结构是互为因果；它们对地球运动和演化有决定性制约作用；研究物理性质历史中产生过许多优美科学传奇，从中能够领会地学家是怎样巧妙地揭开地球内部奥秘。第3页一、地球重力重力：地球对物体产生引力和该物体伴随地球自转而引发离心力协力。重力方向大致指向地心。因为离心力相对地球引力是很微弱。第4页地球重力分布第5页地球重力地球重力在不一样地域，不一样深度部位都不相同；在地球内部，不一样深度部位上重力会受到不一样原因综合影响；在地心处，计算重力公式与其它部位计算有所不一样。第6页地球内部重力改变在地球半径2885公里以上，重力值……在地球半径2885公里以下，重力值……第7页重力场:地球内部及其附近存在重力作用空间重力场强度:

单位质量物体在重力场中所受重力。它在数值上(包含方向)等于重力加速度。重力场第8页重力异常

将地球视作一个圆滑均匀球体，计算得出重力值称作理论重力值。 地球地面起伏甚大，内部物质密度分布也极不均匀，在结构上还存在着显著差异。这些都使得实测重力值与理论值之间有显著偏离，在地学上称之为重力异常。 利用这一原理，能够经过发觉各地局部重力异常来进行找矿和勘查地下地质结构。第9页重力异常

将实测重力值减去该点重力正常值,其差值即为重力异常(gravityanomaly)。第10页自由空气重力异常把测点因高出平均海平面而减小重力值加到实测值中,称为自由空气校正,以gh表示。自由空气(高度)重力异常:经自由空气校正后重力值与正常重力值之差,称为自由空气重力异常。

gF=(g+gh)-g0反应了地球表面地形高程改变第11页中间层校正中间层校正减去平均海平面以上到测点间物质对物体产生引力作用,或加上低于平均海平面部分全部用地壳物质填平所产生引力作用,称中间层校正,以gm表示。第12页重力校正把实测重力值校正到相当于海平面高度时重力值，这一过程称为重力校正。重力异常类型：校正后实测重力值大于理论值称重力正异常，表示地下物质密度过大；相反为重力负异常，表示地下物质密度小。第13页二、地球密度和压力地球质量5.974×1021t,体积1.08×1012km3,平均密度为5.516g/cm3。实测地表岩石平均密度为2.7-2.8g/cm3,海水平均密度为1.028g/cm3,均小于地球平均密度,地球内部必定存在密度更大物质。第14页若一头大象质量以平均3t计,则地球质量M=5.9472×1024t=1.984×1024即约等于2万亿兆头大象二、地球质量和密度第15页地球内部密度分布布伦(1975)推导结果:地壳表层密度为2.7g/cm3,地下33km处为3.32g/cm3,大约在2990km处密度由5.56g/cm3突增至9.98g/cm3,至6371km处,达12.51g/cm3。第16页地球内部密度改变第17页?!?!阿基米德曾说过：给我一个支点，我能够把地球撬起来第18页三、地球压力地球压力是一个与重力直接相关地球物理性质。地球某处压力是由上覆地球物质重量产生静压力。静压力大小与所处深度、上覆物质平均密度及重力加速度呈正相关关系。在地球表层、地壳和靠近地心附近时压力增加较平稳，在下地幔和外核部分增加得较快。第19页地球压力10km处压力为3000大气压;33km处为1大气压;地心达360万大气压第20页三、地球磁场(一)地磁场和地磁要素(二)地磁异常和磁场改变第21页地磁场特征，地磁场起源和地磁场在地学中应用，是地球物理学领域中地磁场研究三个基本问题三、地球磁场第22页(一)地磁场和地磁要素地磁场(geomagneticfield):地球周围环境存在着磁场。据磁力线特征，地球外磁场类似于偶极子磁场，即无限小基本磁铁特征（书中图1-12）。地磁极:偶极子磁轴与地面交点。第23页磁场要素(3个)磁场强度总磁场强度(T):地球上某一点磁力大小水平磁场强度(H)：总磁场强度水平分量,指向磁北方向，在两磁极处为零。垂直磁场强度(Z)：总磁场强度垂直分量,向下为+,向上为-。在磁赤道处为零，在磁赤道以北大于零，在磁赤道以南小于零。第24页磁场要素(3个)磁偏角(D):磁子午面与地理子午面间夹角,磁北自地理北向东偏为+,西偏为-磁子午面：经过水平磁场强度(H)方向铅直平面地理子午面：第25页磁场要素(3个)磁倾角(I):总磁场强度与水平面交角，当T下倾时，I为+，反之为-。其大小随纬度增加。第26页磁场要素第27页（二）地磁异常和磁场改变地磁场组成（据起源和改变规律）主要起源于地球内部稳定磁场Ts主要起源于地球外部改变磁场

T第28页地球稳定磁场地球稳定磁场组成地球基本磁场中心偶极子磁场（T0)，代表了地磁场空间分布主要特征非偶极子磁场(Tm),指实际地磁场与地球中心偶极子磁场偏离部分地磁异常:叠加在地球基本磁场之上，由地壳内岩石矿物及地质体磁性差异而引发磁场第29页地磁异常应用地磁异常：实测地磁要素数据与正常值(地球基本磁场)有显著差异磁法勘探若地壳中存在磁性岩体和矿体，如磁铁矿、镍矿、超基性岩等，出现正异常若地壳中存在金矿、盐矿、石油、花岗岩等低磁或反磁性矿物和岩体，则出现负异常第30页磁场改变长久改变：以数千年时间为周期改变。如现在地球磁场强度约为81025csc（高斯）电磁单位，这一磁矩每100年约降低5%。按这种趋势，在a后，地球磁矩将变为0。地磁极向西漂移也是长久改变。短期改变：昼夜改变等，主要是固体地球外部各种电流体系引发。第31页地磁场改变特点偶极子场改变对长久改变贡献少,而长久改变与非偶极子场改变亲密相关。地球磁场向西漂移：如伦敦磁偏角在1600-1700年100年间自90E一直向西偏移到40W，共向西漂移了130，磁倾角约增大20。1700-1800年间，继续向西漂移，但磁倾角减小。地球磁矩衰减改变，是地球磁极倒转征兆。第32页磁极漂移与磁性倒转事件磁偏角在几十到几百年时间内，大致沿着纬线方向平稳地向西移动，这一性质被称作地磁场向西漂移。速率能够到达约每年0.18°，绕地球一圈大致需要1800年。另外，地磁场还有时间尺度更短昼夜改变。地磁极不但曾发生过漂移，还出现过“反转”即南、北极相互颠倒现象。在距今大约100万年前第四纪，地磁场方向和现在完全相同。与之对应，这一时期称作地磁场正向期。但比第四纪更早时代，经过对岩石磁法研究结果，其磁化方向多数与当代地磁场方向相反，所以也称其为反向期。正向期和反向期在地球历史上交替出现，表明地史时期中曾有过屡次地磁场反转事件。第33页四、地热(一)地球热源1.放射性元素生热2.地球重力热3.其它热源第34页四、地热(二)地温场和地球温度

地温场:(Geothermalfield)(或地热场):是指地球内部各层中温度分布状态,是地球内部空间各点在某一瞬间温度值总和。

地温梯度:(Geothermalgradient）沿等温面法线朝向地球中心方向上单位距离内温度所增加数值,又称地热增温率,其倒数称地热增温级。地热增温率约为2-30C/100m。第35页四、地热(二)地温场和地球温度地壳浅层温度分布从地表向下大致可分为三层：变温层、恒温层、增温层。

第36页四、地热地壳深处温度推算(普雷斯，1974）100km（上地幔局部熔融开始）1000-12000C400km(上地幔橄榄石尖晶石相变带)15000C700km(上下地幔界面)19000C2900km(地幔地核分界面)37000C5100km（内、外核分界面）43000C6371km(地心)45000C

第37页地球内部温度改变第38页地热（三）地热流及地热异常

地热流是指单位时间内经过地球表面单位面积所散失热流量。也称大地热流密度。

第39页地球内部能量地球从太阳吸收能量每年大约为4.2×1024焦耳，超出地球上全部煤炭储量完全燃烧后所能够取得热能300倍。其中1/3左右能量被大气圈和地球表面反射掉，并直接分散到宇宙空间中去。剩下2/3被地球表层系统吸收，再以各种方式转化为地球演化所需能源。地球内部热能起源问题尚无定论。普通认为，由岩石中放射性元素衰变释放热是地热主要起源。这种热能据估算能够到达每年2.14×1021焦耳。其次，因地球本身重力作用过程也能够转化出大量热能，其总热量可能十分靠近于放射性热能。另外，地球自转动能和地球物质不停进行化学作用等都能够产生大量热能。１cm3花岗岩中释放热来烧开一杯水大约需要１亿年时间。不过从全球规模上看，假如地球中放射性元素含量和它们在地壳中含量相当，那么地球所释放热量不但足够使整个地球熔化，而且能够使它全部被气化且蒸发掉第40页四、地热（三）地热流及地热异常全球热流值分布显著特征①大陆平均热流值和海洋平均热流值非常靠近或近乎相等②不论在大陆还是在海洋不一样观察点观察值往往有很大差异

第41页五、地球弹塑性弹性表现:地震波能在地球内部传输;固体潮塑性表现:旋转椭球体;褶皱变形地震波分类体波:纵波(Pwave)和横波(Swave)面波传输速度:纵波>横波>面波第42页地震波类型第43页第四节地球内部圈层结构掌握：一、地球内部圈层及其划分依据二、地球内部圈层基本特征了解三、地壳物质组成第44页本节包括英文术语陨石（meteorite）古登堡面（Gutenbergdiscontinuity）莫霍面（Mohodiscontinuity）地壳（crust）地幔（mantle）地核（core）岩石圈（lithosphere）软流圈（asthenosphere）元素（element）矿物（mineral）岩石（rock）岩浆岩（magmatite）沉积岩（sedimentaryrock）变质岩（metamorphicrock）第45页地球内部圈层划分－课外阅读阅读提要地球弹性和塑性划分依据：宇宙地质学，地质学，地球物理学划分方案。思索题你认为这些依据中存在问题么？假如有，是哪些问题？为何？地震波改变是怎样应用在圈层划分中？各个划分方案之间是怎么样一个对应关系？作业提交方式和截止时间汇报，下周二上课前，字数第46页一、地球内部圈层及其划分依据宇宙地质依据试验证实宇宙物质含有内在统一性。铁陨石：主要由铁镍组成，相对密度8.0-8.5或更大。石陨石：主要由橄榄石、辉石等铁镁硅酸盐矿物组成，相对密度为3-3.5或更大。铁石陨石：为上述两种过渡类型。meteorite第47页一、地球内部圈层及其划分依据地质学依据经过研究深源岩石及其形成时温压条件来了解地球内部圈层信息。第48页一、地球内部圈层及其划分依据地球物理依据据地震波波速在地内改变将地球内部划分成若干圈层结合宇宙地质和地表地质资料对比分析，推断各圈层物质成份第49页二、地球内部圈层划分方案内圈中间圈构造圈内核过渡层下地幔外核下地壳上地幔上地壳内核（固）外核（液）地幔（固）软流圈（熔融）地幔地壳深度（km）岩石圈（固）圈层名称(大陆)332898古登堡面莫霍面二、地球内部圈层划分方案地核盖层（固）过渡层第50页地球内部圈层地壳:大陆地壳-----33km莫霍面（1909）地球地幔:60-250km软流圈------2900km古登堡面（1914）地核:内核和外核5000km第51页非梨亦非球——“鸡蛋”？地壳地幔地核蛋壳蛋白蛋黄第52页鸡蛋（cm）长轴/短轴=5.5/4=1.375扁平率=(长-短)/长轴=0.273蛋壳：0.05——1/100蛋清：2——1/2.5蛋黄：2.7——1/1.7地球(km)长轴/短轴=6378/6356=1.003扁平率=(长-短)/长轴=0.003地壳：33——1/200地幔：3000——1/2弱地核：3300——1/2强地球与鸡蛋比较第53页地球圈层结构第54页二、地球内部圈层基本特征岩石圈岩石圈三层结构地壳（大陆地壳，大洋地壳）上地幔顶部（B’层）软流圈地幔圈地核第55页(一)岩石圈(lithosphere):

软流圈之上固体地球部分,由上地幔盖层和地壳组成圈层,平均厚度60km,由固态岩石组成。岩石圈厚度在不一样地域改变很大。大洋岩石圈厚度普通为60km左右，最厚不超出100km；大陆部分大部分岩石圈均超出100km，平均为120km。整个岩石圈平均厚度为100km。第56页岩石圈结构第57页地壳

地壳是地球最外部圈层，与人类生存活动关系最亲密，人们对它研究和了解也比较深入。地壳是岩石圈上部次级圈层;地表以下,莫霍面以上由固态岩石组成圈层。莫霍面:地壳下界面,地震波波速在此突然加大。第58页地壳类型据地壳演化历史和结构可分为大陆型地壳和大洋型地壳。大陆型地壳指大陆及大陆架部分地壳,含有上部硅铝层(花岗质层)和下部硅镁层(玄武质)层双层结构,以康德拉面为分界；大洋型地壳往往缺失硅铝层,仅发育硅镁层,不具双层结构。第59页大陆地壳和大洋地壳区分大陆地壳大洋地壳分布大陆及大陆架洋底平均厚度33km6-8km硅铝层花岗质层10-40km缺失硅镁层玄武岩质层20km玄武岩质层5.5-7km最古老岩石41亿年<2亿年结构运动强烈，大部分岩石已发生了变形轻微，大部分洋壳岩层极少发生变形第60页大洋地壳年纪图2亿年50万年第61页层名称性质硅铝层硅镁层密度（g/cm2)2.6-2.72.9-3.0P波速度(km/s)5.6-6.06.8层厚(km)1015-20别称花岗质层玄武岩质层大陆地壳硅铝层和硅镁层区分第62页大陆地壳和大洋地壳第63页沉积岩仅占地壳总体积5%，但因为它广泛分布于陆地表面及海洋盆地中，因而它占据了地表面积75%。变质岩约占地壳总体积四分之一(27.4%)。

岩浆岩约占地壳总体67.6%。

沉积岩5%变质岩27.4%岩浆岩67.6%地壳岩石类型第64页岩石圈——地幔硅镁层在莫霍面之下软流圈之上固体圈层,因为地壳厚度改变较大，所以莫霍面是起伏不平，该层厚度改变也较大。在大洋区厚度约50km,而大陆区约80km,平均65km。平均密度3.33g/cm3,物质成份与石陨石相当，普通认为是含铁镁较多硅酸盐矿物组成超基性岩。第65页岩石圈三层结构

硅铝层------康拉德面Conrad岩石圈硅镁层-----莫霍面Moho地幔硅镁层康拉德面和莫霍面标志着岩石圈内部物质在化学成份和及晶体结构方面改变，而不是物质从硬到软一个突然转变。第66页（二）软流圈软流圈概念：又称低速带，是指地下60-250km之间地震波速度减低地带特征：全球范围内普遍存在，厚度厚薄不一。平均密度3.5g/cm2，物质成份与石陨石相当，因为温度靠近于岩石熔点，岩石又并未熔化，而其塑性和活动性增强作用：大规模岩浆活动策源地，全球性洋底扩张，不停向地表喷出巨量熔岩形成岩石圈，岩石圈物质又不停回到软流圈中。第67页软流圈和地壳物质循环第68页大陆根示意图第69页（三）地幔圈概念：特指软流圈之下至古登堡Gutenberg面部分，厚度2650km。分两层：上层：厚度750km，密度增至4.1g/cm2，物质成份与石陨石相当，主要由铁镁硅酸盐组成下层：厚度1900km，平均密度5.1g/cm2，物质结构无改变，铁含量增加，相当于石铁陨石。第70页（四）地核概念：自地下2898km至地心部分，厚度3500km特征：以雷曼Lemann界面为界，可分为外核和内核外核：厚1742km，平均密度10.4g/cm2，P波