第3章地球的结构与组成
3.1复习笔记
一、地球的形状和大小
1．人类对地球形状的认识过程
（1）天圆地方的概念
“天圆地方”的概念是我国先民从北斗七星常年绕北极星旋转的关系和一望无际的大地得出的。

（2）泰勒斯的设想
公元前600年左右，古希腊哲学家泰勒斯曾提出地球为一圆盘的设想。

（3）毕达哥拉斯的设想
公元前550年左右，毕达哥拉斯提出地球是圆球形的概念。

（4）利用三角测量法之后的结论
17～18世纪，人们开始使用较为精确的三角测量法，认识到地球并不是一个理想的球体。

（5）地球自转对形状的影响
由于地球存在自转，旋转离心力的作用使赤道半径比两极半径略大。

（6）地球体的概念
地球体是最接近于现代地球形状的一个概念。

①假设大洋水体在重力的作用下会形成一个稳定的表面，这个表面与重力的指向垂直，且重力处处相等，即重力位表面。

②如果把这一假想的表面延伸到大陆下面，则构成一个全球封闭的近似球面，这就是地球体的表面。

③地球体是与大洋水面相一致的重力位表面。

地球体的形态和地球固体表面的形态有比较大的差别，二者不能混为一谈。

2．地球表面形态高差变化
地球的表面形态高差变化很大，可以分为陆地与海洋两大部分。

大陆约占地球表面的29.2％，平均高度为0.86千米，最高点为珠穆朗玛峰，高达8844.43米；大洋的面积约占地球表面的70.8％，平均深度为3.9千米，最深点在马里亚纳海沟，深度为11034米。

二、地球的物理性质
1．地球的波速结构
（1）地球具有弹性和塑性
地球具有弹性，允许弹性波通过，地震波可以在地球内部传播。

地球在一定的条件下还具有塑性，在力的长期作用下，岩石会发生变形。

（2）地震波的传播方式
地震波在地球内部的传播方式有三种：纵波、横波和面波。

①纵波
纵波又称为P波，波的振动方向与传播方向一致；
②横波
横波又称为S波，波的振动方向与传播方向垂直；
③面波
面波是地震波到达传播介质表面时形成的振动形式比较复杂的、沿介质表面传播的地震波。

④三种波的波速
在同一介质中，同一震源的地震波，纵波的传播速度比横波快1.73倍，而面波的速度只有横波的3／4。

（3）地震波波速的计算公式
地震波的传播速度与介质的密度和弹性的关系：
公式中V P为纵波速度，V S为横波速度，ν为介质的体变模量，μ为介质的切变模量，ρ为介质的密度。

由公式可以看出:
①地震波在介质中的传播速度与弹性模量成正比，与介质的密度成反比；
②波速一定时介质的弹性模量与密度成正比，实际观察结果显示，地球内部地震波的传播速度是随着密度的增大而加快的，这表明密度大的物质其弹性模量也加大；
③当μ为零时，V S也等于零，由于液体的切变模量μ为零，横波不能在液体中传播。

（4）依据地震波的波速变化对地球内部圈层的划分
①莫霍面
莫霍面是指从地表向下，大洋地区5～12km的深度，大陆平原地区30～40km的深度，大陆高山地区50～75km的深度位置，地震波的波速有明显变化的一级地震界面。

地球科学家把这一界面作为地壳与地幔的分界面。

②软流圈
软流圈是指到达200km深度附近一个地震波的低速层，该层是一个塑性程度相对较高
的圈层。

软流圈的位置各不相同，大陆之下变化范围在80～250km之间，大洋之下在50～400km之间。

③岩石圈
岩石圈是指软流圈以上地幔的刚性部分和地壳合起来的部分。

软流圈和岩石圈概念的建立是板块构造学说建立的基础。

④古登堡不连续面
古登堡面是指在670km的深度以后，地震波速发生明显变化，纵波和横波的传播速度缓慢增快。

到2900km的深度上，波速发生间断性变化，横波不能通过的另一个一级地震界面。

地球内部从莫霍面到古登堡面之间的部分称为地幔，670km以上的部分称为上地幔，以下的部分称为下地幔。

⑤地核
地核是指地球内部2900km深度以下的部分。

2900～5100km之间的部分称为外核，外核是液态的；5100km以下到地球的中心称为内核。

在5100km处纵波有一个突然变化，在界面处有横波出现，显示出固态的特点，说明内核是固态的。

2．地球的密度、压力和重力加速度
（1）密度
地球的平均密度为5.52g／cm3。

组成地壳岩石的密度大致在2.4g／cm3到3.0g／cm3之间，平均为2.8g／cm3，地球内部的密度随着深度的增加而不均匀的增加。

上地幔到下地幔的平均密度逐渐增加。

从地幔到外核，密度急剧跃升，一直到内核逐渐增加。

（2）压力
由于地球形成的时间很长，其内部所受的压力主要为静岩压力，其数值为深度与该深度
以上岩石的平均密度和平均重力加速度的连乘积。

（3）重力加速度
重力加速度在地球内部的变化与地球的物质分布和深度密切相关，呈复杂的曲线
（3-1）。

图3-1地球内部重力加速度随深度的变化
3．地球的磁性和电性
（1）地球的磁场
地球的磁力线分布在地球的周围，形成一个偶极地磁场。

地磁南北极的位置和地理南北极的位置是不一致的，地磁极位置在不停地移动变化着。

地磁极的迁移可能和地球内部物质的运动有关。

①磁偏角
磁偏角是指由于磁南北极和地理南北极存在交角，反映在地表的磁子午线和地理子午线之间的交角。

由于岩石形成过程中会获得磁性，其剩余磁场会在区域磁场中产生影响，地质工作者在实际工作中以罗盘指针与地理子午线的夹角作为磁偏角。

②磁倾角
磁倾角是指地球表面的磁力线与水平面存在的交角。

磁力线与水平面的交角在赤道为0°，向南北两极逐渐增大，在磁南北极为90°。

③研究地磁场的意义
利用地磁场的这一特性，通过研究岩石剩余磁场的特征可以确定岩石形成时的古纬度等。

利用岩石的不同磁性特征，研究区域的磁异常，有利于矿产资源、构造格局、地震预报等方面的研究。

（2）地球的电场
大面积的地磁场感应，可以形成大地电流，大地电流的平均密度约为2A／km2。

大地电流的强度不稳定，其变化和磁场的变化密切相关，也可能和岩石所受的应力变化有关。

利用大地电流的异常特征也可用于各种地质特征的研究。

（3）地球电磁场的作用
地球的电磁场构成了地球的第一个保护层，可以保护地球生命免受太阳风和外太空电磁辐射的威胁。

极光的形成就是太阳风沿地球两极磁场的薄弱处进入地球所引起的现象。

（4）剩磁及研究剩磁后的发现
地球磁场会对居里面之上的地壳上层岩石产生影响，使岩石获得磁性。

并使岩石的磁化方向与岩石形成时的地磁场方向一致。

通过对岩石剩余磁场及岩石形成历史的研究发现，地球的磁场曾经不止一次的发生重大的改变，甚至南极变成了北极，北极变成了南极，就是地磁场发生反转的结果。

4．地热与地热梯度
（1）地热。