3-地球的物理性質(zhì)及圈層構(gòu)造省名師優(yōu)質(zhì)課賽課獲獎(jiǎng)?wù)n件市賽課一等獎(jiǎng)?wù)n件

第三節(jié)地球物理性質(zhì)地球重力地球密度和壓力地球磁性地?zé)岬厍驈椝苄缘?頁(yè)本節(jié)包括到英文術(shù)語(yǔ)gravity;

gravityanomaly;Bouguergravityanomaly;geomagneticfield;magneticdeclination;

magneticinclination;magneticanomaly;

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

物理性質(zhì)和圈層結(jié)構(gòu)是互為因果；它們對(duì)地球運(yùn)動(dòng)和演化有決定性制約作用；研究物理性質(zhì)歷史中產(chǎn)生過(guò)許多優(yōu)美科學(xué)傳奇，從中能夠領(lǐng)會(huì)地學(xué)家是怎樣巧妙地揭開(kāi)地球內(nèi)部奧秘。第3頁(yè)一、地球重力重力：地球?qū)ξ矬w產(chǎn)生引力和該物體伴隨地球自轉(zhuǎn)而引發(fā)離心力協(xié)力。重力方向大致指向地心。因?yàn)殡x心力相對(duì)地球引力是很微弱。第4頁(yè)地球重力分布第5頁(yè)地球重力地球重力在不一樣地域，不一樣深度部位都不相同；在地球內(nèi)部，不一樣深度部位上重力會(huì)受到不一樣原因綜合影響；在地心處，計(jì)算重力公式與其它部位計(jì)算有所不一樣。第6頁(yè)地球內(nèi)部重力改變?cè)诘厍虬霃?885公里以上，重力值……在地球半徑2885公里以下，重力值……第7頁(yè)重力場(chǎng):地球內(nèi)部及其附近存在重力作用空間重力場(chǎng)強(qiáng)度:

單位質(zhì)量物體在重力場(chǎng)中所受重力。它在數(shù)值上(包含方向)等于重力加速度。重力場(chǎng)第8頁(yè)重力異常

將地球視作一個(gè)圓滑均勻球體，計(jì)算得出重力值稱作理論重力值。 地球地面起伏甚大，內(nèi)部物質(zhì)密度分布也極不均勻，在結(jié)構(gòu)上還存在著顯著差異。這些都使得實(shí)測(cè)重力值與理論值之間有顯著偏離，在地學(xué)上稱之為重力異常。 利用這一原理，能夠經(jīng)過(guò)發(fā)覺(jué)各地局部重力異常來(lái)進(jìn)行找礦和勘查地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)。第9頁(yè)重力異常

將實(shí)測(cè)重力值減去該點(diǎn)重力正常值,其差值即為重力異常(gravityanomaly)。第10頁(yè)自由空氣重力異常把測(cè)點(diǎn)因高出平均海平面而減小重力值加到實(shí)測(cè)值中,稱為自由空氣校正,以gh表示。自由空氣(高度)重力異常:經(jīng)自由空氣校正后重力值與正常重力值之差,稱為自由空氣重力異常。

gF=(g+gh)-g0反應(yīng)了地球表面地形高程改變第11頁(yè)中間層校正中間層校正減去平均海平面以上到測(cè)點(diǎn)間物質(zhì)對(duì)物體產(chǎn)生引力作用,或加上低于平均海平面部分全部用地殼物質(zhì)填平所產(chǎn)生引力作用,稱中間層校正,以gm表示。第12頁(yè)重力校正把實(shí)測(cè)重力值校正到相當(dāng)于海平面高度時(shí)重力值，這一過(guò)程稱為重力校正。重力異常類型：校正后實(shí)測(cè)重力值大于理論值稱重力正異常，表示地下物質(zhì)密度過(guò)大；相反為重力負(fù)異常，表示地下物質(zhì)密度小。第13頁(yè)二、地球密度和壓力地球質(zhì)量5.974×1021t,體積1.08×1012km3,平均密度為5.516g/cm3。實(shí)測(cè)地表巖石平均密度為2.7-2.8g/cm3,海水平均密度為1.028g/cm3,均小于地球平均密度,地球內(nèi)部必定存在密度更大物質(zhì)。第14頁(yè)若一頭大象質(zhì)量以平均3t計(jì),則地球質(zhì)量M=5.9472×1024t=1.984×1024即約等于2萬(wàn)億兆頭大象二、地球質(zhì)量和密度第15頁(yè)地球內(nèi)部密度分布布倫(1975)推導(dǎo)結(jié)果:地殼表層密度為2.7g/cm3,地下33km處為3.32g/cm3,大約在2990km處密度由5.56g/cm3突增至9.98g/cm3,至6371km處,達(dá)12.51g/cm3。第16頁(yè)地球內(nèi)部密度改變第17頁(yè)?!?!阿基米德曾說(shuō)過(guò)：給我一個(gè)支點(diǎn)，我能夠把地球撬起來(lái)第18頁(yè)三、地球壓力地球壓力是一個(gè)與重力直接相關(guān)地球物理性質(zhì)。地球某處壓力是由上覆地球物質(zhì)重量產(chǎn)生靜壓力。靜壓力大小與所處深度、上覆物質(zhì)平均密度及重力加速度呈正相關(guān)關(guān)系。在地球表層、地殼和靠近地心附近時(shí)壓力增加較平穩(wěn)，在下地幔和外核部分增加得較快。第19頁(yè)地球壓力10km處壓力為3000大氣壓;33km處為1大氣壓;地心達(dá)360萬(wàn)大氣壓第20頁(yè)三、地球磁場(chǎng)(一)地磁場(chǎng)和地磁要素(二)地磁異常和磁場(chǎng)改變第21頁(yè)地磁場(chǎng)特征，地磁場(chǎng)起源和地磁場(chǎng)在地學(xué)中應(yīng)用，是地球物理學(xué)領(lǐng)域中地磁場(chǎng)研究三個(gè)基本問(wèn)題三、地球磁場(chǎng)第22頁(yè)(一)地磁場(chǎng)和地磁要素地磁場(chǎng)(geomagneticfield):地球周圍環(huán)境存在著磁場(chǎng)。據(jù)磁力線特征，地球外磁場(chǎng)類似于偶極子磁場(chǎng)，即無(wú)限小基本磁鐵特征（書中圖1-12）。地磁極:偶極子磁軸與地面交點(diǎn)。第23頁(yè)磁場(chǎng)要素(3個(gè))磁場(chǎng)強(qiáng)度總磁場(chǎng)強(qiáng)度(T):地球上某一點(diǎn)磁力大小水平磁場(chǎng)強(qiáng)度(H)：總磁場(chǎng)強(qiáng)度水平分量,指向磁北方向，在兩磁極處為零。垂直磁場(chǎng)強(qiáng)度(Z)：總磁場(chǎng)強(qiáng)度垂直分量,向下為+,向上為-。在磁赤道處為零，在磁赤道以北大于零，在磁赤道以南小于零。第24頁(yè)磁場(chǎng)要素(3個(gè))磁偏角(D):磁子午面與地理子午面間夾角,磁北自地理北向東偏為+,西偏為-磁子午面：經(jīng)過(guò)水平磁場(chǎng)強(qiáng)度(H)方向鉛直平面地理子午面：第25頁(yè)磁場(chǎng)要素(3個(gè))磁傾角(I):總磁場(chǎng)強(qiáng)度與水平面交角，當(dāng)T下傾時(shí)，I為+，反之為-。其大小隨緯度增加。第26頁(yè)磁場(chǎng)要素第27頁(yè)（二）地磁異常和磁場(chǎng)改變地磁場(chǎng)組成（據(jù)起源和改變規(guī)律）主要起源于地球內(nèi)部穩(wěn)定磁場(chǎng)Ts主要起源于地球外部改變磁場(chǎng)

T第28頁(yè)地球穩(wěn)定磁場(chǎng)地球穩(wěn)定磁場(chǎng)組成地球基本磁場(chǎng)中心偶極子磁場(chǎng)（T0)，代表了地磁場(chǎng)空間分布主要特征非偶極子磁場(chǎng)(Tm),指實(shí)際地磁場(chǎng)與地球中心偶極子磁場(chǎng)偏離部分地磁異常:疊加在地球基本磁場(chǎng)之上，由地殼內(nèi)巖石礦物及地質(zhì)體磁性差異而引發(fā)磁場(chǎng)第29頁(yè)地磁異常應(yīng)用地磁異常：實(shí)測(cè)地磁要素?cái)?shù)據(jù)與正常值(地球基本磁場(chǎng))有顯著差異磁法勘探若地殼中存在磁性巖體和礦體，如磁鐵礦、鎳礦、超基性巖等，出現(xiàn)正異常若地殼中存在金礦、鹽礦、石油、花崗巖等低磁或反磁性礦物和巖體，則出現(xiàn)負(fù)異常第30頁(yè)磁場(chǎng)改變長(zhǎng)久改變：以數(shù)千年時(shí)間為周期改變。如現(xiàn)在地球磁場(chǎng)強(qiáng)度約為81025csc（高斯）電磁單位，這一磁矩每100年約降低5%。按這種趨勢(shì)，在a后，地球磁矩將變?yōu)?。地磁極向西漂移也是長(zhǎng)久改變。短期改變：晝夜改變等，主要是固體地球外部各種電流體系引發(fā)。第31頁(yè)地磁場(chǎng)改變特點(diǎn)偶極子場(chǎng)改變對(duì)長(zhǎng)久改變貢獻(xiàn)少,而長(zhǎng)久改變與非偶極子場(chǎng)改變親密相關(guān)。地球磁場(chǎng)向西漂移：如倫敦磁偏角在1600-1700年100年間自90E一直向西偏移到40W，共向西漂移了130，磁傾角約增大20。1700-1800年間，繼續(xù)向西漂移，但磁傾角減小。地球磁矩衰減改變，是地球磁極倒轉(zhuǎn)征兆。第32頁(yè)磁極漂移與磁性倒轉(zhuǎn)事件磁偏角在幾十到幾百年時(shí)間內(nèi)，大致沿著緯線方向平穩(wěn)地向西移動(dòng)，這一性質(zhì)被稱作地磁場(chǎng)向西漂移。速率能夠到達(dá)約每年0.18°，繞地球一圈大致需要1800年。另外，地磁場(chǎng)還有時(shí)間尺度更短晝夜改變。地磁極不但曾發(fā)生過(guò)漂移，還出現(xiàn)過(guò)“反轉(zhuǎn)”即南、北極相互顛倒現(xiàn)象。在距今大約100萬(wàn)年前第四紀(jì)，地磁場(chǎng)方向和現(xiàn)在完全相同。與之對(duì)應(yīng)，這一時(shí)期稱作地磁場(chǎng)正向期。但比第四紀(jì)更早時(shí)代，經(jīng)過(guò)對(duì)巖石磁法研究結(jié)果，其磁化方向多數(shù)與當(dāng)代地磁場(chǎng)方向相反，所以也稱其為反向期。正向期和反向期在地球歷史上交替出現(xiàn)，表明地史時(shí)期中曾有過(guò)屢次地磁場(chǎng)反轉(zhuǎn)事件。第33頁(yè)四、地?zé)?一)地球熱源1.放射性元素生熱2.地球重力熱3.其它熱源第34頁(yè)四、地?zé)?二)地溫場(chǎng)和地球溫度

地溫場(chǎng):(Geothermalfield)(或地?zé)釄?chǎng)):是指地球內(nèi)部各層中溫度分布狀態(tài),是地球內(nèi)部空間各點(diǎn)在某一瞬間溫度值總和。

地溫梯度:(Geothermalgradient）沿等溫面法線朝向地球中心方向上單位距離內(nèi)溫度所增加數(shù)值,又稱地?zé)嵩鰷芈?其倒數(shù)稱地?zé)嵩鰷丶?jí)。地?zé)嵩鰷芈始s為2-30C/100m。第35頁(yè)四、地?zé)?二)地溫場(chǎng)和地球溫度地殼淺層溫度分布從地表向下大致可分為三層：變溫層、恒溫層、增溫層。

第36頁(yè)四、地?zé)岬貧ど钐帨囟韧扑?普雷斯，1974）100km（上地幔局部熔融開(kāi)始）1000-12000C400km(上地幔橄欖石尖晶石相變帶)15000C700km(上下地幔界面)19000C2900km(地幔地核分界面)37000C5100km（內(nèi)、外核分界面）43000C6371km(地心)45000C

第37頁(yè)地球內(nèi)部溫度改變第38頁(yè)地?zé)幔ㄈ┑責(zé)崃骷暗責(zé)岙惓?/p>

地?zé)崃魇侵竼挝粫r(shí)間內(nèi)經(jīng)過(guò)地球表面單位面積所散失熱流量。也稱大地?zé)崃髅芏取?/p>

第39頁(yè)地球內(nèi)部能量地球從太陽(yáng)吸收能量每年大約為4.2×1024焦耳，超出地球上全部煤炭?jī)?chǔ)量完全燃燒后所能夠取得熱能300倍。其中1/3左右能量被大氣圈和地球表面反射掉，并直接分散到宇宙空間中去。剩下2/3被地球表層系統(tǒng)吸收，再以各種方式轉(zhuǎn)化為地球演化所需能源。地球內(nèi)部熱能起源問(wèn)題尚無(wú)定論。普通認(rèn)為，由巖石中放射性元素衰變釋放熱是地?zé)嶂饕鹪础＿@種熱能據(jù)估算能夠到達(dá)每年2.14×1021焦耳。其次，因地球本身重力作用過(guò)程也能夠轉(zhuǎn)化出大量熱能，其總熱量可能十分靠近于放射性熱能。另外，地球自轉(zhuǎn)動(dòng)能和地球物質(zhì)不停進(jìn)行化學(xué)作用等都能夠產(chǎn)生大量熱能。１cm3花崗巖中釋放熱來(lái)燒開(kāi)一杯水大約需要１億年時(shí)間。不過(guò)從全球規(guī)模上看，假如地球中放射性元素含量和它們?cè)诘貧ぶ泻肯喈?dāng)，那么地球所釋放熱量不但足夠使整個(gè)地球熔化，而且能夠使它全部被氣化且蒸發(fā)掉第40頁(yè)四、地?zé)幔ㄈ┑責(zé)崃骷暗責(zé)岙惓Ｈ驘崃髦捣植硷@著特征①大陸平均熱流值和海洋平均熱流值非?？拷蚪跸嗟娶诓徽撛诖箨戇€是在海洋不一樣觀察點(diǎn)觀察值往往有很大差異

第41頁(yè)五、地球彈塑性彈性表現(xiàn):地震波能在地球內(nèi)部傳輸;固體潮塑性表現(xiàn):旋轉(zhuǎn)橢球體;褶皺變形地震波分類體波:縱波(Pwave)和橫波(Swave)面波傳輸速度:縱波>橫波>面波第42頁(yè)地震波類型第43頁(yè)第四節(jié)地球內(nèi)部圈層結(jié)構(gòu)掌握：一、地球內(nèi)部圈層及其劃分依據(jù)二、地球內(nèi)部圈層基本特征了解三、地殼物質(zhì)組成第44頁(yè)本節(jié)包括英文術(shù)語(yǔ)隕石（meteorite）古登堡面（Gutenbergdiscontinuity）莫霍面（Mohodiscontinuity）地殼（crust）地幔（mantle）地核（core）巖石圈（lithosphere）軟流圈（asthenosphere）元素（element）礦物（mineral）巖石（rock）巖漿巖（magmatite）沉積巖（sedimentaryrock）變質(zhì)巖（metamorphicrock）第45頁(yè)地球內(nèi)部圈層劃分－課外閱讀閱讀提要地球彈性和塑性劃分依據(jù)：宇宙地質(zhì)學(xué)，地質(zhì)學(xué)，地球物理學(xué)劃分方案。思索題你認(rèn)為這些依據(jù)中存在問(wèn)題么？假如有，是哪些問(wèn)題？為何？地震波改變是怎樣應(yīng)用在圈層劃分中？各個(gè)劃分方案之間是怎么樣一個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系？作業(yè)提交方式和截止時(shí)間匯報(bào)，下周二上課前，字?jǐn)?shù)第46頁(yè)一、地球內(nèi)部圈層及其劃分依據(jù)宇宙地質(zhì)依據(jù)試驗(yàn)證實(shí)宇宙物質(zhì)含有內(nèi)在統(tǒng)一性。鐵隕石：主要由鐵鎳組成，相對(duì)密度8.0-8.5或更大。石隕石：主要由橄欖石、輝石等鐵鎂硅酸鹽礦物組成，相對(duì)密度為3-3.5或更大。鐵石隕石：為上述兩種過(guò)渡類型。meteorite第47頁(yè)一、地球內(nèi)部圈層及其劃分依據(jù)地質(zhì)學(xué)依據(jù)經(jīng)過(guò)研究深源巖石及其形成時(shí)溫壓條件來(lái)了解地球內(nèi)部圈層信息。第48頁(yè)一、地球內(nèi)部圈層及其劃分依據(jù)地球物理依據(jù)據(jù)地震波波速在地內(nèi)改變將地球內(nèi)部劃分成若干圈層結(jié)合宇宙地質(zhì)和地表地質(zhì)資料對(duì)比分析，推斷各圈層物質(zhì)成份第49頁(yè)二、地球內(nèi)部圈層劃分方案內(nèi)圈中間圈構(gòu)造圈內(nèi)核過(guò)渡層下地幔外核下地殼上地幔上地殼內(nèi)核（固）外核（液）地幔（固）軟流圈（熔融）地幔地殼深度（km）巖石圈（固）圈層名稱(大陸)332898古登堡面莫霍面二、地球內(nèi)部圈層劃分方案地核蓋層（固）過(guò)渡層第50頁(yè)地球內(nèi)部圈層地殼:大陸地殼-----33km莫霍面（1909）地球地幔:60-250km軟流圈------2900km古登堡面（1914）地核:內(nèi)核和外核5000km第51頁(yè)非梨亦非球——“雞蛋”？地殼地幔地核蛋殼蛋白蛋黃第52頁(yè)雞蛋（cm）長(zhǎng)軸/短軸=5.5/4=1.375扁平率=(長(zhǎng)-短)/長(zhǎng)軸=0.273蛋殼：0.05——1/100蛋清：2——1/2.5蛋黃：2.7——1/1.7地球(km)長(zhǎng)軸/短軸=6378/6356=1.003扁平率=(長(zhǎng)-短)/長(zhǎng)軸=0.003地殼：33——1/200地幔：3000——1/2弱地核：3300——1/2強(qiáng)地球與雞蛋比較第53頁(yè)地球圈層結(jié)構(gòu)第54頁(yè)二、地球內(nèi)部圈層基本特征巖石圈巖石圈三層結(jié)構(gòu)地殼（大陸地殼，大洋地殼）上地幔頂部（B’層）軟流圈地幔圈地核第55頁(yè)(一)巖石圈(lithosphere):

軟流圈之上固體地球部分,由上地幔蓋層和地殼組成圈層,平均厚度60km,由固態(tài)巖石組成。巖石圈厚度在不一樣地域改變很大。大洋巖石圈厚度普通為60km左右，最厚不超出100km；大陸部分大部分巖石圈均超出100km，平均為120km。整個(gè)巖石圈平均厚度為100km。第56頁(yè)巖石圈結(jié)構(gòu)第57頁(yè)地殼

地殼是地球最外部圈層，與人類生存活動(dòng)關(guān)系最親密，人們對(duì)它研究和了解也比較深入。地殼是巖石圈上部次級(jí)圈層;地表以下,莫霍面以上由固態(tài)巖石組成圈層。莫霍面:地殼下界面,地震波波速在此突然加大。第58頁(yè)地殼類型據(jù)地殼演化歷史和結(jié)構(gòu)可分為大陸型地殼和大洋型地殼。大陸型地殼指大陸及大陸架部分地殼,含有上部硅鋁層(花崗質(zhì)層)和下部硅鎂層(玄武質(zhì))層雙層結(jié)構(gòu),以康德拉面為分界；大洋型地殼往往缺失硅鋁層,僅發(fā)育硅鎂層,不具雙層結(jié)構(gòu)。第59頁(yè)大陸地殼和大洋地殼區(qū)分大陸地殼大洋地殼分布大陸及大陸架洋底平均厚度33km6-8km硅鋁層花崗質(zhì)層10-40km缺失硅鎂層玄武巖質(zhì)層20km玄武巖質(zhì)層5.5-7km最古老巖石41億年<2億年結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，大部分巖石已發(fā)生了變形輕微，大部分洋殼巖層極少發(fā)生變形第60頁(yè)大洋地殼年紀(jì)圖2億年50萬(wàn)年第61頁(yè)層名稱性質(zhì)硅鋁層硅鎂層密度（g/cm2)2.6-2.72.9-3.0P波速度(km/s)5.6-6.06.8層厚(km)1015-20別稱花崗質(zhì)層玄武巖質(zhì)層大陸地殼硅鋁層和硅鎂層區(qū)分第62頁(yè)大陸地殼和大洋地殼第63頁(yè)沉積巖僅占地殼總體積5%，但因?yàn)樗鼜V泛分布于陸地表面及海洋盆地中，因而它占據(jù)了地表面積75%。變質(zhì)巖約占地殼總體積四分之一(27.4%)。

巖漿巖約占地殼總體67.6%。

沉積巖5%變質(zhì)巖27.4%巖漿巖67.6%地殼巖石類型第64頁(yè)巖石圈——地幔硅鎂層在莫霍面之下軟流圈之上固體圈層,因?yàn)榈貧ず穸雀淖冚^大，所以莫霍面是起伏不平，該層厚度改變也較大。在大洋區(qū)厚度約50km,而大陸區(qū)約80km,平均65km。平均密度3.33g/cm3,物質(zhì)成份與石隕石相當(dāng)，普通認(rèn)為是含鐵鎂較多硅酸鹽礦物組成超基性巖。第65頁(yè)巖石圈三層結(jié)構(gòu)

硅鋁層------康拉德面Conrad巖石圈硅鎂層-----莫霍面Moho地幔硅鎂層康拉德面和莫霍面標(biāo)志著巖石圈內(nèi)部物質(zhì)在化學(xué)成份和及晶體結(jié)構(gòu)方面改變，而不是物質(zhì)從硬到軟一個(gè)突然轉(zhuǎn)變。第66頁(yè)（二）軟流圈軟流圈概念：又稱低速帶，是指地下60-250km之間地震波速度減低地帶特征：全球范圍內(nèi)普遍存在，厚度厚薄不一。平均密度3.5g/cm2，物質(zhì)成份與石隕石相當(dāng)，因?yàn)闇囟瓤拷趲r石熔點(diǎn)，巖石又并未熔化，而其塑性和活動(dòng)性增強(qiáng)作用：大規(guī)模巖漿活動(dòng)策源地，全球性洋底擴(kuò)張，不停向地表噴出巨量熔巖形成巖石圈，巖石圈物質(zhì)又不?；氐杰浟魅χ小５?7頁(yè)軟流圈和地殼物質(zhì)循環(huán)第68頁(yè)大陸根示意圖第69頁(yè)（三）地幔圈概念：特指軟流圈之下至古登堡Gutenberg面部分，厚度2650km。分兩層：上層：厚度750km，密度增至4.1g/cm2，物質(zhì)成份與石隕石相當(dāng)，主要由鐵鎂硅酸鹽組成下層：厚度1900km，平均密度5.1g/cm2，物質(zhì)結(jié)構(gòu)無(wú)改變，鐵含量增加，相當(dāng)于石鐵隕石。第70頁(yè)（四）地核概念：自地下2898km至地心部分，厚度3500km特征：以雷曼Lemann界面為界，可分為外核和內(nèi)核外核：厚1742km，平均密度10.4g/cm2，P波