5、地球的圈层结构
地球的内部圈层的划分依据
地震波
纵波（P波）primary 速度快， 固、液、气介质 横波（S波） secondary 速度慢，固体介质
地球内部的分层
（引自缪启龙主编《地球科学概论》）
厚度/km 0～33 33～410 410～1 000 1 000～2 900 2 900～4 980 4 980～5 120 5 120～6 371
地 球 的 重 力 构 成
b.
a.
地心
图 3—4 地球重力图解
G—重力；F—引力；P—离心力； R—地球半径； 重力：地球引力和地球自转离心力的合力。离心 力相对于万有引力来说要小得多。因此重力的方 r—纬圆半径 向大致指向地心
地球上的重 力
重力大小受离心力影响。赤道地区离心 力最大；向两极随纬度增加离心力减少，极 地附近离心力约等于零。因此，重量，在赤 道地区比两极地区要轻。地表不同纬度的理 论重力值，赤道地区为 978.03 cm/s2，两极 地区为 983.22 cm/s2。
由于采用不同的资料，地球椭球体大小和形体 及椭球体的元素值也是不同的。世界各国常用 地球椭球体模型的数据，如下表所示。
1975 年第 16 届国际大地测量及地球物理联合会上通 过国际大地测量协会第一号决议中公布的地球椭球体
二、地球的物理性质与圈层结构
物理性质和圈层结构是互为因果 的 它们对地球的运动和演化有决定 性的制约作用
地球为椭圆形，赤道部分凸出，也与离 心力的长期作用有关。
地 球 的 压 力
上覆物质重量引起的静压力。大
小与深度、物质密度和重力加速
正相关，与深度非线性递增。
0 km（1×105 Pa ）~24 km （0.6×109 Pa） ~670 km（24×109Pa）~2891 km（136×109Pa） ~6371 km（364×109Pa）
背斜
由此可见，地表形态与其内部地质构造有很大的关系
2
断层 概念： 地壳运动产生的压力或张力，超过了岩石所能承受的
程度，发生破裂，且沿断裂面错动位移的地质构造。
1）断
层
地
貌
断层一侧上升的岩块
块状山地或高地 如华山 庐山 泰山 黄山等
断层一侧下沉的岩块
谷地或低地
如渭河平原 汾河谷地
河西走廊 鄱阳湖平原等 断裂地带易发育成 沟谷 河流
常温层地温与当地年平均温度相当，且 常年基本保持不变，其深度大约20~40m。 增温层 在常温层以下，地下温度开始随 深度增大而逐渐增加。大陆地区常温层以下 至约30km深处，大致每往下30m，温度增加 1°，大洋底到15km深处，大致每加深15m， 地温增高1°。 深度每增加100m时所增高的温度称作地 温梯度， 其单位是°C/100m。
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磁极漂移与磁性倒转事件
磁偏角在几十到几百年的时间内，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的 向西漂移。此外地磁场还有时间尺度更短的昼夜变 化。 地磁极还出现过 “反转”即南、北极互相颠 倒的现象。在距今大约100万年前，地磁场的方向 和现在完全相同。这一时期称作地磁场的正向期。 但在更早的时代，通过对岩石磁法研究的结果，其 磁化方向多数与现代地磁场的方向相反，称其为反 向期。
0 布容正向期 1 年 2 代 百 万 3 年 4 曼莫斯事件 高斯正向期 吉尔伯特反向期 奥尔杜瓦事件 贾拉米洛事件 松山反向期
四 百 万 年 来 的 磁 性 倒 转 事 件
图 3—14 距今 400 万年以来的磁场变化
4、地球内部的能量
——地球能量有外部和内部两个来源
地球从太阳吸收的能量每年大约为 4.2×1024 焦耳，超过地球上全部煤炭储量 完全燃烧后所能够获得的热能的300倍。 其中1/3左右的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 的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的能源。
地球的粘性：斯堪底那维亚冰后期的抬升
地球的振荡
由于具有弹性，地球作为一个整体在受激后 能够产生无穷多种振型的自由振荡。其两类 基本的振荡方式为周期性的涨缩振荡和扭转 振荡。 涨缩振荡是一种沿地球径向发生的自由振荡， 可使地球的密度在一定程度上发生改变。扭 转振荡是一种纯粹的切向振荡，不存在沿地 球径向的分量。因此地球作扭转振荡时一般 不会发生密度的变化。
3、地球的磁性
地球周围存在磁场，地磁轴与地球自转 轴之间的夹角为11.5°，实测纬65.5 °，东经139.4 °。
长期的观测证实，地磁极围绕地理极进行 着向西缓慢漂移的过程。大约0.18°/年。大 量的古地磁资料表明，地磁的南北极在地质 历史中一直处在周期性交替之中。
地磁要素
地磁力线分布的空间称作地磁场。由磁针指 示的磁南、北极，为磁子午线方向，其与地 理子午线之间的夹角称磁偏角。磁针在地磁 赤道上呈水平状态，由此向南或向北移动时， 磁针都会发生倾斜，其与水平面之间的夹角 称作磁倾角。
地磁场的状态则可用磁场强度，磁偏角和磁 倾角三个要素来确定。
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磁 暴
磁暴是一种急剧的地磁场变化现象，也是一 种危害性很大的灾害性自然现象。发生磁暴 时，不仅地磁场要素会发生激烈的跳跃式变 化，还会使电力线受到破坏、通信线路和信 号中断、变压设备发生故障、绝缘电缆被击 穿等。磁暴是受太阳活动所引起。发生磁暴 时，感应的环形电流不仅出现在电离层中， 也会出现在地球内部。
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涨
涨 缩 缩 振 振 荡
荡 n=0 n=1 n=2 扭 扭 转转 振 荡振 n=1 n=2 n=3 荡
2、地球的重力场
地球的重力在不同地区，不同深度的部位都不相同 ； 在地球内部，不同深度部位上的重力会受到不同因 素的综合影响； 在地心处，计算重力的公式与其它部位的计算有所 不同。
地壳 r R F G 地核 P 地幔
2）断层的组合类型
地垒和地堑
B、岩浆活动
岩浆是一种炽热的，具有极强活动力的熔融体。受 到上覆地壳挤压，深处缓慢冷却结晶；浅处较快冷 却结晶；火山喷溢迅速冷却。 岩浆作用：岩浆的形成（熔融）、运移和冷凝的整 个过程中，岩浆自身的变化以及对周围岩石影响的 全部地质过程。
类型：侵入作用
火山作用
岩浆侵入作用 深部岩浆因上部压力降低而向上运移，侵入 周围岩石中而未达到地表即冷凝成岩，称侵 入作用，所形成岩石称侵入岩。
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地球的弹—塑—粘性
弹性——变形与受力成正比； 塑性——外力消失后部分变形不能恢复； 粘性——外力消失后变形还可能继续 同一物体在不同的受力—变形条件下， 可以分别表现出不同的物性。
海洋潮汐：日—月引力的结果
固体潮：
同样的原因作用于固体地球的结果
岩石褶皱：地壳的塑性变形表现
地球的弹—塑性及其转动趋势：月—地靠拢
1．地球非严格的旋转椭球体 2．地球内部物质分布是不均匀的
将假想的、静止的平均海平面（称为大 地水准面）又通过大陆和岛屿而围成的 整个地球的形体，作为大地球体。大地 水准面的特征就是处处和铅垂线相垂直 。由于铅垂线的方向取决于地球内部质 量的吸引力，而地球内部质量分布不均 ，这引起铅垂线方向的变化，导致和铅 垂线垂直的大地水准面成为一个复杂的 曲面。
1、内力地质作用是因地球内部能产生的地 质作用，有地壳运动，岩浆活动，地震作 用和变质作用 这类地质作用主要发生在地下深处，有的 可波及到地表。它使岩石圈发生变形、变 位，或发生变质，或发生物质重熔，以至 形成新岩石。
A、地壳运动
地壳运动方式 挤压：高大的褶皱山系（喜--山） 水平运动 张裂：裂谷、洋中脊(大西洋)
火山作用
地球内部能量-物质突然释放事件。 火山喷发类型
中心式喷发： 火山物质从中央火山口 或火山管溢出，形成典型的火山锥构 造。 裂隙式喷发： 熔岩与火山碎屑都是从 狭长的裂隙或裂隙群中喷射（溢流） 而出的，具有一个线性的熔浆源。如 哥伦比亚高原、洋底玄武岩层。
火山的空间分布
地球上存在着500～600座活火山，大多数火山 分布在板块的边缘。据统计，其中80％分布在 会聚板块的压性火山岛弧带，15％分布在板块 分离的拉张带。极少数分布在板块内部。
火山喷发、温泉及矿井随深度而增温的现 象表明地球内部储存有很大的热能。从地面 向地下深处，地热增温的现象随着深度的改 变是不均匀的，可以划分为三层： 变温层地温主要是受太阳光幅射影响， 其温度随季节、昼夜的变化而变化。日变化 造成的影响深度较小，一般仅1~1.5m，年变 化影响深度在20~30m。
地球内部结构
地球呈现出圈层结 构，可以划分出内 部圈层与外部圈层。 内部圈层包括地壳、 地幔、地核。岩石 圈包括地壳与软流 圈之上的上地幔部 分。
内核 中心
6 378 km
外核
地幔
地表面
三、地质作用
地质作用：
是指由于受到某种能量(外力、内力、人为） 的作用，从而引起地壳组成物质、地壳构造、 地表形态等不断的变化和形成的作用
分离板块边缘的火山活动 会聚板块边缘的火山链 大洋板块内的火山 大陆板块内的火山
日本富士山
1、地球的密度与弹性
密度=质量÷体积
若一头大象的质量以平均3t计, 则 地球的质量 M=5.9472×1024Kg=1.984×1021
根据体积和引力常数，计算出地球的平均密度为
5.516g/cm3
地表出露的花岗岩的密度为 地表常见沉积岩的平均密度
2.60g/cm3
2.85 g/cm3
固体潮与地球的弹性
地球在日月引力作用下发生弹性变形。
地球的固体表层存在与潮汐相似的周期 性升降现象－固体潮。陆地表面的升级幅度 达7～15 cm。
地震波（弹性波）能够在地球内部进行传播 也说明地球具有弹性。
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地球同时还具有一定的塑性。地球在其自转 的过程中逐渐演化成为一个旋转椭球体并保 持下来，这表明看似刚体的地球实际上存在 着永久性的塑性变形。在野外常常也可以看 到，各种坚硬的岩石中往往发育有高度的弯 曲现象，同样是岩石形成后在长期的地应力 作用下再发生塑性变形的结果。