第4章 地球的圈層構(gòu)造及能量系統(tǒng)

第4章地球的圈層構(gòu)造及能量系統(tǒng)Chapter4SpheresStructureoftheEarth

地球具有圈層結(jié)構(gòu)，以地表為界分為內(nèi)部圈層和外部圈層。每個圈層都有自己的物質(zhì)組成、運動特征和物理、化學性質(zhì)。對地質(zhì)作用各有不同程度的、直接或間接的影響。第一節(jié)外部圈層第二節(jié)內(nèi)部圈層第三節(jié)能量系統(tǒng)第一節(jié)外部圈層（一）大氣圈（Atmosphere）1.大氣組成2.大氣結(jié)構(gòu)對流層平流層中間層（高空對流層）暖層（二）水圈（Hydrosphere）能夠被人類直接利用的水不足1%。1.水圈組成2.水的循環(huán)地下水的循環(huán)生物水的循環(huán)（三）生物圈（Biosphere）生物及其生命活動地帶所構(gòu)成的連續(xù)圈層，大氣圈、水圈和地殼表層的土壤和巖石里，都有生物存在，目前已知的生物有近兩百萬個種類。原核生物界原生生物界真菌界植物界動物界原核生物無細胞核的原核生物，以細菌和藍綠藻為主。硅藻原生生物具有細胞核的單細胞生物，包括細菌、藻和原生動物。真菌：沒有葉綠素的真核生物，不能進行光合作用，包括蘑菇、木耳、靈芝等。植物：具有葉綠素，能進行光合作用的自養(yǎng)生物，包括蕨類植物、裸子植物、被子植物等。動物：由無脊椎動物和脊椎動物組成的多細胞復雜生物。第二節(jié)內(nèi)部圈層地球內(nèi)部圈層：同心環(huán)狀，非梨亦非球—“煮熟的雞蛋”（一）圈層結(jié)構(gòu)的證據(jù)不同或同一構(gòu)造層內(nèi)物質(zhì)的化學成分不均一。地球化學石隕石：主要由鎂鐵質(zhì)的硅酸鹽相組成，代表上地幔的成分。鐵石隕石：大致相等的硅酸鹽相與鐵鎳金屬相組成，含少量的硫化物相，代表下地幔的成分。鐵隕石：主要是金屬相，少量的硫化物相（鐵、鎳），代表地核的成分。隕石學地球物理學證據(jù)（二）地球內(nèi)部圈層的劃分地球內(nèi)部有兩個明顯的波速不連續(xù)界面：第一個界面：地下5-70km深處，平均厚度33km，大洋區(qū)較淺，最淺處不足5km，稱為“莫霍面”。第二個界面：位于地下2891km處，稱“古登堡面”。（三）地球內(nèi)部圈層的特點1.地殼的特征

地殼是地球的最外部圈層，與人類活動的關(guān)系最為密切，對它的了解和研究也比較深入。

厚度：陸殼最厚，可達70km，洋殼最薄，最小不到5km，平均厚度18km。組成：陸殼，沉積巖、巖漿巖、變質(zhì)巖；洋殼，玄武巖，密度：2.6-2.9g/cm3。年齡：陸殼老（38億年），洋殼新（不超過2億年）上地殼（大陸地殼）（A1）硅鋁層（花崗質(zhì)層）：主要為富鋁的硅酸鹽礦物所組成，平均厚度約33km，平均密度2.7g/cm3，平均Vp5.8km/s下地殼（大洋地殼）（A2）硅鎂層（玄武質(zhì)層）：主要為富鎂的硅酸鹽礦物所組成，平均厚度約7km，平均密度2.9g/cm3，平均Vp6.8km/s-康拉德面-2.地幔的特征

厚度：2870km，體積約占地球83.4%，質(zhì)量占地球67.8%。組成：鎂鐵質(zhì)硅酸鹽（據(jù)地震、隕石、深成巖及實驗室推測），絕大部分屬于固體巖石。結(jié)構(gòu)：分三層。

B：上地幔（固/部分熔融）；C：過渡層（固）；D：下地幔（固）地幔上部由堅硬的巖石組成，這部分和地殼一起構(gòu)成巖石圈，地殼中的資源、巖漿均直接或間接來自于地幔。上地幔，B層，33-400km蓋層（巖石圈地幔），B1層，20-80km，固態(tài)，主要為橄欖巖。低速層（軟流圈），B2層，80-220km，部分熔融，拉斑玄武巖及金伯利巖的源區(qū)。均勻?qū)樱˙3層），220-400km，固態(tài)，鎂鐵質(zhì)和超鎂鐵質(zhì)巖石組成，堿性玄武巖的源區(qū)。過渡層，C層，400-670km下地幔，D層，670-2891km現(xiàn)今對地幔（地核）結(jié)構(gòu)、成分的研究，主要依賴隕石、地球物理，不少認識仍有較大的推斷成分。物質(zhì)結(jié)構(gòu)調(diào)整，密度進一步增大。物質(zhì)結(jié)構(gòu)不再發(fā)生變化，但進一步壓縮。3.地核的特征

厚度：3741km，體積約占地球的16.2%，質(zhì)量是地球的31.3%。組成：鐵、鎳、少量的氫、硫化物和硅酸鹽。結(jié)構(gòu)：分三層，外核（E層，液態(tài)）、過渡層（F層，液→固）和內(nèi)核（G層，固態(tài)）。平均密度10.83g/cm3。第三節(jié)能量系統(tǒng)內(nèi)能：地球自轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)能、重力作用的重力能、放射性元素衰變的熱能及礦物結(jié)晶的結(jié)晶能和化學能。外能：太陽輻射能、天體引力能等。

一般認為，巖石中放射性元素衰變是地球熱能的主要來源，如果地球中放射性元素含量和地殼中的含量相當，那么地球所釋放的熱量不僅足夠使整個地球熔化，而且能夠使它完全氣化并蒸發(fā)掉。

其次，由于自身的重力作用也可轉(zhuǎn)化出大量熱能，其總熱量可能十分接近放射性熱能。

此外，地球自轉(zhuǎn)的動能、礦物結(jié)晶及地幔物質(zhì)的分異作用等都可以轉(zhuǎn)