新地概課件02章地球

1、第二章 地球,第一節(jié) 宇宙中的地球-自學,一、宇宙及其天體,宇宙是由空間、時間、物質和能量構成的統(tǒng)一體，是一切空間和時間的總和，天地萬物的總稱，年齡約137億年。,圖2-1 天體系統(tǒng)結構,,二、太陽系及其形成,太陽系（solar system）由太陽和圍繞其運轉的行星、衛(wèi)星、小行星、彗星、流星、星際物質等組成（圖2-2）。,圖2-2 太陽系,表2-1太陽系內各行星的基本參數(shù),（一）類地行星 成員包括水星、金星、地球及火

2、星。距離太陽近，體積和質量都較小，平均密度較大，表面溫度較高，其內部結構類似地球也可分為三層等。 （二）類木行星 成員包括有木星、土星、天王星、海王星。距離太陽遠，體積大、質量大、密度小、內部為巖石內核，最外部為大氣層，表面溫度低等。,現(xiàn)代天文學對太陽系的形成推測如下：,三、地球的誕生,地球形成于46億年前。,1、地球內圈的形成,最初固態(tài)、冷的——400---650千米之間——鐵、鎳熔化下沉形成地核，較輕的物質上浮形成地殼，中間

3、部分的鐵鎂質物質構成地幔。,2、地球外圈的形成,火山噴出帶來了大量氣體構成了原始大氣圈——現(xiàn)在大氣圈，火山噴發(fā)帶來的大量的水蒸氣，冷卻凝結成水降落于地表形成原始的水圈原始海洋鹽分較低，富含有機質，經演化最終出現(xiàn)生物。,第二節(jié) 地球的物理性質,我國古代（公元9年）以前，“天圓如張蓋，地方如棋局” ——天圓地方說。 東漢：張衡“渾天”說，“天如蛋殼，地如蛋黃”

4、 ——球形1672年，法國天文學家“里舍”認為：地球是扁的橢球體。牛頓：地球是旋轉橢球體。衛(wèi)星上天后，據(jù)衛(wèi)星軌道分析測算，地球形狀為：扁率不大的三軸橢球體。,棕色的非洲和沙特阿拉伯,一、 地球的形狀和大小,大地水準面——是指平均海平面通過大陸延伸勾畫出的一個光滑連續(xù)的封閉曲面。 地球的形狀和大小即指大地水準面的形狀和大小。,地球的表面崎嶇不平，大部分為海水所覆蓋。,國際大地測量和地球物理協(xié)會

5、于1975、1980年公布了修訂的地球參數(shù)如下： 赤道半徑（a） 6378.140km 兩極半徑（c） 6356.755km平均半徑（R） 6371.004km扁平率以(a-c/a) 1／298.257赤道周長 40075.36km子午線周長 39940.670km表面積 510070100km2體積

6、 1083157900000km3平均密度：5.52克/立方厘米,地球的實際形狀： 南北兩半并不對稱，北極凸出約10m，南極凹進約30m。 地球的外形是其內部特征的反映： 第一，地球接近于旋轉橢球體，說明地 球具有一定的塑性，是地球 自轉離心力作用的結果。 第二，地球的實際外形與旋轉橢球體并不完全重合，說明地球內部物質是不均勻的。,,,就目前的技術水平，對地球深處的了解，主要依靠地球物理手段

7、。地球內部的主要物理性質包括密度、壓力、溫度、磁性及彈塑性等。,二、地球的重力,1、重力概念：地心引力和地球自轉產生的離心力的合力。離心力的最大值（赤道處）只是該處地心引力的1/289，因此，重力方向大致指向地心。,2、地面重力的變化：地表各處存在變化。 隨緯度的增加而增加，隨海拔高度的增加而減少（遞減率0.032%）。地表：赤道最?。?.780318m/s2) ，兩極最大（9.832177m/s2)，比赤道增加0.53

8、%。,第一章 地球概論 三 地球的物理性質,3、重力異常正常值或理論值：把地球看作表面光滑的均質體，以海平面為準計算出的重力值。重力校正：把重力值校正到相當于海平面高度時的重力值的這一工作。重力異常：是指校正后的實測值與正常值不一致的現(xiàn)象。 原因：地下物質分布不均勻，密度差異等 重力正異?！獙崪y值大于正常值 重力負異常——實測值小于正常值,4、地球內部的重力變化重力隨深度的變化：0-2885公里，隨深度增

9、加而增加； 地面：9.81 m/s2——2885公里：10 .69 m/s2， 2885公里以下，重力值開始下降——地心：0,,5、重力勘探：通過尋找地殼中局部重力異常區(qū)的方法來指導找礦，并可幫助查明地下的地質構造，這一工作方法稱為重力勘探。,三、地球的密度理論計算：地球平均密度約為5.52g/cm3實測：地表巖石的平均密度為 2.7

10、-2.8g/cm3，海水的密度為1.028g/cm3， ——推測，地內必有密度更大的物質。根據(jù)地震波在地內的傳播速度推斷：地內33公里： 3.32g/cm3，2885公里：由5.6g/cm3——9.98g/cm3， 6371公里：12.51g/cm3,,,,密度 g/cm3,2000,4000,6000,0,壓力 （105×MPa）,四、壓力靜壓力——由上覆物

11、質重量引起。地內壓力隨深度的增加而逐漸增加。計算證明：在地殼部分： 深度增加1公里，壓力 增加 27 MPa ； 地面：0.1 MPa（1個大氣壓） 33公里（莫霍面）：604 MPa （巖石在此壓力下會變軟） 2885公里（古登堡面）：15萬MPa 地心：36萬MPa（約360萬大氣壓）,,,,2000,4000,6000,0,壓力 （105

12、5;MPa）,密度 g/cm3,五、地球的磁性,1、地磁場：——指地球周圍空間存在的磁場。,地磁場可延伸到地球外面十萬公里以上高空。地磁場南北極與地理南北極位置相近，但并不重合，且在不斷變化（由地內物質運動引起）。1961年， 磁北極位于北緯75°54‘，西經101°，磁南極位于南緯70° ，東經148° 1970年， 磁北極位于北緯76°，西經101°

13、; 磁南極位于南緯66° ，東經140°地理子午線：地磁子午線：通過地磁兩極的磁力線。指南針：指地磁南北極。,2、地磁三要素 磁偏角——地理子午線與地磁子午線的交角。（指北針偏地理北方的東側，叫東偏角，符號“+”，反之為“-”。我國大部分為西偏，甘肅酒泉以西為東偏） 磁傾角——磁力線與水平面的交角。 （緯度越高，傾角越大，在磁極上為直角，赤道處為零。南半球—北針上傾為負，北

14、半球—下傾為正） 地磁場強度：地球上某一點的磁場強度。 北極0.68個奧斯特，南極0.58個奧斯特， 赤道0.31個奧斯特,3、地磁異常：正常值：把地磁場看成均勻的磁化球體所產生的磁場。地磁異常：實際觀測的地磁場與正常值不一致，稱為磁異常。 實測值 >正常值，為正異常，磁性較強。 實測值<正常值，為負異常，磁性較弱。4、磁法勘探：利用地磁異常來尋找據(jù)磁性的礦床和了解地下地質

15、構造情況的方法。5、古地磁：指地質歷史時期的磁場。,地磁場的變化和地磁異常,現(xiàn)代地磁場隨時間而變化：1922——1972， 磁北極移動2度， 磁南極移動4度多。,基本磁場——長期變化——可導致南北磁極的倒轉。,四百萬年來的磁性倒轉事件,變化磁場——短期變化——太陽黑子活動、日地位置變化等，,磁異?！貧ぶ新癫氐膸r石礦物在基本地磁場作用下產生的磁場。,各地磁臺站之間的實際觀

16、測值在消除短期變化之后與地磁場之間的正常值表現(xiàn)為不一致的現(xiàn)象叫地磁異常。 分地磁正異常與地磁負異常,磁法勘探，利用局部地區(qū)地磁異常幫助人們尋找地下礦產資源的方法。,,六、地熱,據(jù)估計，地球表面每年通過熱傳導輻射到空間的熱量為：2x1020x4.184J,相當于現(xiàn)代人類消耗的總能量的10倍以上。地球內部的總熱量估計為地球全部煤炭儲量的1.7X10 8倍。1、地熱：指地球內部的熱能。如火山、溫泉等。2、地熱來源：

17、地球內部放射性物質蛻變產生的熱；次為重力能和地球自身旋轉能、太陽輻射能。,,馬榮火山——菲律賓,3、由表及里，可分為三層:外熱層——其地溫受太陽輻射熱的影響 。向下溫度降低。常溫層——其地溫等于或略高于當?shù)啬昶骄鶞囟?。內熱層——常溫層以下的溫度層。隨深度增加而增加。4、地溫梯度：每向下加深100米所升高的溫度叫地溫梯度。（與油氣的生成有密切關系）。,,,,,地熱增溫,常溫層以下，受到地球內部熱量的影響，溫度逐漸升高。一般把在

18、常溫層以下，每向下加深100ｍ所升高的溫度稱為地熱增溫率或地溫梯度。這是由于地球內部熱量通過向上熱傳導而造成的。世界上不同地區(qū)，地溫梯度都不相同，地球表層的平均地溫梯度為３℃．海底的地溫梯度一般為４－８℃，大陸為0.9－５℃．大陸的地溫梯度一般來說是顯著低于海底的．如果都用上述地表附近的地溫梯度來推算地球深部的溫度,則地殼底部將為900℃,核幔邊界將達86,000℃,到地心將高達192,100℃。物理證明：熱導率隨溫度升高而遞減，

19、因而隨深度增加，地溫升高，地溫梯度逐漸降低。地心溫度：4000-6000 ℃。,西藏羊八井高地熱異常區(qū),5、熱流：單位時間內通過單位面積的熱量。大洋區(qū)高于大陸區(qū)，太平洋高于大西洋和印度洋。大洋中海嶺高，海溝低。6、地熱異常：熱流值較大的地區(qū)或地溫梯度明顯大于平均地溫梯度的地區(qū)。7、地熱勘探：開發(fā)及利用,地球具彈性，表現(xiàn)為： 地震波、固體潮。 具塑性表現(xiàn)在：地球的形狀、赤道的突起、巖石的褶皺 。,,,,,,

20、巖層的彎曲,七、地球的彈塑性,1、地球具彈性和塑性，是地內物質能發(fā)生變形、運動和移位的重要原因；2、地震波在地內的傳播特點，是了解地內各圈層物質特性的主要線索和依據(jù)。3、地震波波速大小與介質的密度和彈性有關，按傳播方式分為：體波：從震源向各方向傳播。 縱波：在固體、液體和氣體介質中傳播；質點振動方向與地震波傳播方向一致； 橫波：僅在固體介質中傳播。質點振動方向與地震波傳播方向垂直； 面波：只能沿界面或地

21、球表面呈二維方向傳播。,分界面,4.地震勘探： 依據(jù)地震波在地下傳播速度的變化信息，探測地下不同物質的分界面，從而了解地下深處的地質構造和礦產，并可用于研究地球內部的結構，這種工作方法即地震勘探。,第三節(jié) 地球的結構,一、 地球的內圈內圈——就是地球內部物質分布的圈層。 目前所掌握的對地球內圈的直接觀測資料是較少的，因為地球上最深的鉆井才12.5km，因風化剝蝕而出露在地表的巖石，其原來的形成深度最多也不

22、超過25km，即使是火山噴溢出來的巖漿，最深也只能帶出地下幾十到200 km左右的物質。這些與地球的半徑6371km相比，是微不足道的。因此：對地球內部圈層結構，特別是對地球深部結構的認識主要來自于一些間接資料，特別是物探方面的資料，根據(jù)地震波在地球內部的傳播形式和傳播速度的變化情況，可推測出內部物質成分、物質狀態(tài)、分布的深度范圍、各圈層物質的密度、重力和承受的壓力等各項參數(shù)。,（一）地球內部圈層劃分的依據(jù)主要依據(jù)：地震波波速的變化

23、 密度、波速與地表物質對比； 通過高壓、高溫模擬實驗； 來自地下深處的物質的研究； 與隕石研究成果的對比等。,縱波或橫波在傳播途中遇到不同物質的分界面時，會產生折射和反射。,地震波在地球內部傳播時，產生縱波（P波）和橫波（S波）,不連續(xù)面——地震波速度變化明顯的

24、深度，反映該深度上下的地球物質在成分上或物態(tài)上有變化，或兩者都有變化，這個深度可作為上下兩種物質的分界面，稱為波速不連續(xù)面。,,莫霍面 （最先由克羅地亞學者莫霍洛維奇(A. Mohoroviche, 1857 - 1936) 于1909年發(fā)現(xiàn)）： 大陸上平均深度33km。地震波 穿過該界面時，波速突然增大，VP 由6 ~ 7km/s突增8.0km/s。 為地殼、地幔分界。,地震波波速隨深度而遞增，但其中存在著兩個明顯的一級

25、波速不連續(xù)界面以及若干個次級波速不連續(xù)界面。,古登堡面 （ 1914年由美籍德裔學者古登堡（B. Gutenberg, 1889 - 1960）發(fā)現(xiàn)）： 深度2898km，地震波穿過該面，波速突降， VP 由13.3km/s 降8.1km/s，無橫波通過，屬幔、核分界。,地球內圈的劃分結果：地殼、地幔、地核,（二）地殼：1.基本特征：上為地表，下為莫霍面，呈固態(tài)，平均厚約16公里，占地球半徑的1/400，質量占0.4%。

26、大陸平均33km，最厚70km；大洋平均6km，一般4 ~ 9km。,2.地殼的類型及結構： 上層——硅鋁層：密度2.65g/cm3, VP：5.6 ~ 6.0km/s, 近于花崗巖。僅分布于大陸；下層——硅鎂層：密度2.9 g/cm3 VP ：6.8km/s。近于玄武巖。分布于全球。,現(xiàn)代大洋地殼的結構： 上層，沉積層：一般幾百米，平均密度2.3； 中層，玄武巖層

27、：厚0.5—2.5公里，平均密度2.5—2.6； 下層，大洋層：厚3—5公里，密度2.6—3；,3、地殼的均衡現(xiàn)象,地殼均衡—在地殼之下存在一個均衡補償基面，其上沿豎直方向上其物質的總質量到處一致，從而保持各地區(qū)重力的平衡。,兩種解釋：普拉特：密度不同 艾里：密度相同、厚度不同,大陸地殼和大洋地殼對比表,（三）地幔 莫霍面與古登堡面之間，厚2860km，質量占 67.8%，平

28、均密度4.53g/cm3 ，波速在650km突增，分上、下地幔。,1.上地?！裘?650公里，平均密度3.58g/cm3，主要由含鐵鎂較多的硅酸鹽礦物組成，其上部存在一個軟流層（60年代發(fā)現(xiàn)，地震波波速降低，物質呈液態(tài)，部分熔融）。 軟流層—指地震波波速降低的地帶（60-400公里），物質部分熔融，塑性增大。 2.下地?！卣鸩úㄋ僭黾虞^慢，平均密度5.1g／cm3，化學成分與上地幔相同，鐵的含量稍增。因壓力增大，形成

29、晶體結構更緊密的高密度礦物,（四）巖石圈和軟流圈 上地幔中地震波速變化復雜，在60～400km，地震波的穿越速度下降，特別是在100～150km降低最明顯，橫波在此帶基本不能通過，說明該帶的物質可能局部呈熔融狀態(tài)，整體呈塑性狀態(tài)。 超過400km界線，波速又逐漸上升，恢復“正?！保詷嬙斓刭|學中稱該地震波速降低的低速帶為軟流圈；并把其上的由固體巖石組成的上地幔的一部分和地殼合稱為巖石圈。因此，巖石圈是地球的一個剛性外殼，“

30、浮”在具塑性狀態(tài)的軟流圈之上。地質學研究的各種地質作用幾乎全發(fā)生在巖石圈中。,（五）地核——古登堡面至地心的部分。厚度約3473km，質量占31.3%， 成分與鐵隕石相當。根據(jù)波速變化（4640km、5155km）又分為外核、過渡層、內核。,外 核：厚1742km，平均10.5g/cm3，橫波不過——液態(tài)。過渡層：厚515km，變化復雜，可具橫波——液態(tài)向固態(tài)過渡。內 核：厚1216km，密度13.0g/cm3，縱、

31、橫波均有——固態(tài)。,地球的外部圈層 是指包圍著固體地球表層的組成部分，分為：大氣圈、水圈、生物圈 外圈是一切生命活動必不可少的環(huán)境要素，也是外動力地質作用的動力來源。,二、 地球的外部圈層,地球不是均質體，組成地球的物質的分布具同心圈層結構：以地殼表層為界，分內圈和外圈。,（一）大氣圈大氣圈:是因地球引力而聚集在地表周圍的氣體圈層。總質量:約為5136萬億噸，其中99％集中在100km以內，其中又有

32、一半集中在10km范圍內。大氣圈的厚度:幾萬公里以上,由于地球引力的吸引，大氣密度以地表附近最大，隨著高度的增加迅速減小，最后過渡到星際空間，所以，沒有明顯的上界。,第二章 大氣圈與大氣環(huán)境一 大氣圈的基本特征,主要成分（>99%）:N2、O2、Ar、CO2和水蒸汽,次要成分:O3、Ne、He、Kr、H2、Xe,臭氧層：O3 （20~25km ） 吸收太陽紫外線,水蒸氣：海洋及地表蒸發(fā)、植物蒸騰、形成雨霧雹雪,懸浮物：火山

33、、沙土飛揚、燃燒塵埃、細菌、植物孢子花粉,1、大氣的組成 主要由氮(78.9%)、氧(20.94%)、氬(0.93%)、二氧化碳、水以及微量惰性氣體組成。,恒定組分:組成幾乎不變,主要由氮(78.9%)、氧(20.94%)、氬(0.93%)組成;可變組分:指大氣中的二氧化碳、臭氧和水蒸氣。含量隨季節(jié)、氣象和人類活動的影響而發(fā)生變化。不定組分：指大氣中可有可無的成分，如塵埃、硫化氫、硫氧化物、氮氧化物、煤煙、金屬粉塵等。含量變化

34、大，來源之一是自然界暫時的災難，之二是人類的生產和生活。,2、大氣圈的結構：對流層——平均厚11-13公里，該層大氣占70-75%，幾乎包括全部的水氣、塵埃，氣溫隨高度遞減，具上下對流運動，產生風、雪、云、雨等天氣現(xiàn)象，對人類影響最顯著。平流層——對流層頂至35-55公里，該層質量占總質量的20%，水平運動為主，含多層臭氧層。不含水蒸氣和塵埃。中間層：平流層頂至85公里。無臭氧，氣溫隨高度增大而下降，至頂界-83~-113

35、6;C。暖層：中間層頂至800公里，空氣稀薄，質量占0.5%.，溫度再次升高.散逸層：800公里以上，空氣極為稀薄,溫度升高，大氣圈與星際空間的過渡帶。,（二）水圈——由地球表層水體所構成的連續(xù)圈層。 地球表面四分之三以上的面積被海洋、冰層、湖泊、沼澤、河流中的水體覆蓋。地面以下的土壤和巖石縫隙中也充填著大量的地下水，它們共同構成一個連續(xù)而不規(guī)則的圈層。,1.水的分布,第三章 水圈與水環(huán)境一 概述,地球上水的分布,2.水的循環(huán)

36、：動力主要來自太陽輻射能和重力能,各種水體的平均更新一次的時間為：大氣中水9～12天、河流水12～20天、潛水面以上的土壤水15～30天、湖泊水101～102年、地下水102～103年、冰川水104年、海洋水103～104年。,水圈的循環(huán)作用產生了三個重要結果：（1）源源不斷地制造淡水供給陸地；（2）凈化了空氣和大自然；（3）通過河流將陸地表面的松散泥沙及溶解物質送入海洋。,（三）生物圈 ——生物圈是地球表層生命物質（包括動物、

37、植物和徽生物）及其生命活動的地帶組成的圈層。生物在地球上分布很廣，上可達大氣圈內的10km的高空中，深可到地表以下3km深處和深海底部。所以，生物圈和其它兩個外圈的界線并不是截然分開的。但大量的生物主要集中在地表和水圈中，特別是陽光、空氣充足和溫暖潮濕的地區(qū)。,,大洋中脊深處的奇異生物,生物演化的特點低級→高級簡單→復雜植物→動物微觀→宏觀演化不可逆,,結構構造：簡單——復雜生物類型：低等到高等 生活環(huán)境：海洋——陸地、