第3章 地球的内部圈层

（1）、重力的分布
由于地球不是正球体，并有自转，所以地表的的重力 除主要受地球质量的影响外，还受自转产生的离心力和各 点与地心距离的影响，因此，实测的重力实际是地心吸引 力与离心力的合力。 重力（g）标准值的分布： 地表：重力两极最大，向赤道递减，赤道最小。 地内：重力随深度呈不规则的变化。 C-重力加速度 /cm·-2 S
（2）、地球的压力
地内压力随深度连续而逐渐增加。
3、 地球的磁性
（1）、地磁三要素
地心处压力约360万个大气压。
磁偏角----由于地磁极和地理极不相吻 合，因此，在大多数地方，地磁子午 线与地理子午线之间也就有交角，这 个交角叫磁偏角(magnetic declination)。 我们用罗盘(Compass)测方位时应加以 校正才能得到地理方位。 磁倾角----磁力线与水平面之间的夹角。 地磁场强度：北极0.68个特 南极0.58个特
FeO和 SiO2，铁的含量稍增。
2750公里到2900公里间100多公里范围有波速较低而密 度较高的D ”层，是地幔向地核急剧转化的前奏。
软 流 圈 流 动
岩 石 圈 的 运 动
三、地球内部各圈层特征
3、 地核( core) ：古登堡面至地心部分。占地球的
16.2％，质量占31.3％
(1) 主要由铁、镍和少量硅、硫等元素组成； (2) 密度高； (3) 根据地震波速度变化可把地核分为三层，以 4640公里和5120公里两个二级界面分为： 外核（液态）、过渡层（固、液态）和内核（固态） 三个次一级圈层。
单 质----由一种元素组成的矿物，如金、铜、金刚石。
矿物
例如石盐，NaCl，立方体晶格，立方体形，无色透明，硬 度小，比重约2.1—2.2等。
石盐的晶体结构
第二节、地壳
（一）地壳的物质组成—2、矿物
•地热异常区和地热勘探
热流值较大的地区(如热泉，火山等地区)叫地 热异常区(thermal anomaly area)。这些地区经过 地热勘探(geothermal prospecting)，用钻孔把地 下热水开发出来，用于发电(地热电站)、工业、
农业、医疗卫生、生活饮用和提取稀有元素等。
地热是主要天然动力资源之一。
根据地内温度分布状况可以分三个层：外热层、常温层、内热层。
其中绝大部分又辐射回空中，只有极少一部分透入地下以增高
岩石温度。外热层的温度是向下减低的。 常温层(homothermal layer)：是外热层最下界，温度常年保持
不变，等于或略高于当地年平均温度。
内热层(interior warming layer)： 在常温层下，温度随深度而逐渐增加。 每向下加深100米所升高的温度叫地温梯度。浅处地温梯度 平均为3摄氏度。
图 陨石
三、地球内部各圈层特征
1、 地壳(crust)：莫霍面以上至地表部分。
• 地壳由固体岩石构成，下界为莫霍面。地壳的厚度变化很 大，大洋地壳较薄，最厚约9公里，最薄处不到5公里，平 均厚7公里；大陆地壳较厚，最厚处可达70公里(如青藏高 原)，平均厚33公里。 • 地壳下界起伏不平，平均厚度约16公里。
5、 地球的弹塑性
地球的弹性：地震波；固体潮
地球的塑性：赤道的突起；岩石的褶皱。
褶 皱
三、地球内部各圈层特征
推断地内物质状态及组分的主要依据： 密度、波速与地表物质对比； 通过高压、高温模拟实验； 来自地下深处的物质的研究； 与陨石研究成果的对比等。
陨石——太阳系空间的天体碎片，它可分为铁陨石、石 陨石和铁石陨石。
• 岩石圈：由地壳和上地幔上部坚硬的岩石组成, 平均厚度
75km，是固体地球的真正外壳， 组成岩石圈板块。 • 软流圈：岩石圈下部上地幔中的软层，地震波低速带，
在1400度高温下（接近岩石熔点），岩石塑性增大，深
度延伸到300km，最软的部分位200km处。软流圈驮载 着岩石圈板块发生运动。
岩石圈
第三章 地 球 的 内 部 圈 层
地壳
地幔 地核
主要内容
第一节 地球的内部圈层 地壳内部圈层的划分 地壳内部的主要物理性质 地壳内部各圈层的特征 第二节地壳 地壳的物质组成 地壳的类型 地壳的重力异常与重力作用
第一节、地球内部圈层
一、地球内部圈层划分的依据——地震波
地震波：是地震所激发出的弹性波在地球中传播的结果，包 括纵波（P）、横波（S）和面波（L），其中前两者最有意 义。 （1）纵波（P）：质点振动方向与地震波传播方向一致的波。 特点是：能在固、液和气态中传播，比横波速度快，是横 波的1.73倍。
我国大陆部分及部分毗邻地区的布格重力异常图
2、 地球的密度和压力
（1）、地球的密度
地球的密度随深度而增加 地球平均密度： 5.516g/cm3 地表的平均密度： 2.7g/cm3 地内33Km处的平均密度： 3.32g/cm3 地内2885Km处的密度： 5.56-9.98g/cm3 地心密度：12.51g/cm3
三、地球内部各圈层特征
2、 地幔( mantle) ：莫霍面至古登堡面之间的部分，占地
球体积82.3％
① 质量大，是地球的主体部分（密度：3.5～5.1g／cm3 ）； ② 70km至250km之间存在软流圈，物质部分熔融(1%~10%)，具
较强塑性或流动性，是岩浆的重要发源地；
③ 地幔岩由相当于超基性岩的物质组成，主要矿物成分可能是 橄榄石和一部分辉石与石榴子石。 ④ 结构：以650km深度为界分为上地幔和下地幔次级圈层。
（2）横波（S）：是指质点振动方向与地震波传播方向垂直的
波。
特点：只能在固态中传播。 当遇到不同介质的突变界面时，地震波射线就会发生反射和折
射，而且其传播速度也会发生变化，这界面称为波速不连续界面。
地震
地震产生穿透固体 地球的地震波 P波到达液体或 部分液体层界面 时折射
P波到达固体边 界时再次折射 所有波的折射会产生 地表地震仪不能记录 到P波的阴影区 地震波在地球内部的传播
其中O、 Si、Al、Fe四种元素即占88.13%。
丰度值：某一地区某种化学元素的质量百分比。
地壳中主要元素的克拉克值
（二）矿物
概念
矿物( mineral )：天然形成的化合物或单质，具有
一定的化学成分和内部结构。是进一步组成岩石的基
本单位，是组成地球的基本物质。 化合物----由两种或两种以上的元素组成的矿物， 如岩盐、方解石、石英等。
第二节、地壳
一 地壳的物质组成
地壳中元素的组成与分布 矿 物 岩 石
二 地壳的结构和类型 三 地壳的重力均衡
第二节、地壳
一、地壳的物质组成
（一）地壳中元素的组成与分布
克拉克值：某种元素在地壳中的平均百分含量。 地壳中最丰富的10种元素：O、Si、Al、Fe、Ca、 Na、K、Mg、Ti、H，占地壳总质量99.96%.
变质岩三大岩类。
三、地球内部各圈层特征—地壳
地壳由上、下两层组成，其间有一个次级的界面 叫康拉德面( Conrad D．)，这个界面并不到处都存 在。
（1）、上地壳叫硅铝层(sial)
主要成分
是氧、硅、铝等轻元素，主要岩石为酸性的岩
浆岩和变质岩，如花岗岩、片麻岩等， 也叫花 岗质层(granitic layer)。这一层只有大陆壳才有， 大洋壳缺少此层，因此呈不连续分布。平均厚 度约10公里。
值)，形成区域或局部的重力异常。为了比较各测站的的重力，
必须进行一些校正，计算出各测站在海平面上的校正值，这种 校正后的实测值与该测站的标准值往往也有差值，这种现象称
之为重力异常（gravity anomaly）。
•重力正异常----实测值大于标准值为正异常 （positive anomaly） •重力负异常----实测值小于标准值为负异常 (negative anomaly）
地壳、地幔、地核温度变化
（2）、地表热流和地热异常
•地热流----地球内部的热总是不断地传出地面，传播方 式可以是传导、对流和辐射，其中以热传导方式由地球
内部传到地表的热称为地热流(heat flow) 。
•地热流主要有以下两点规律：
1）、地球表层活动带（包括年青的山脉、大陆裂谷、
洋脊、海沟陆侧的岛弧或海岸山脉以及某些深大断裂） 一般地热较高。 2）、大陆与海底的地热流平均值基本相等。
地震波随深度而增加，其中存在两个一级不连续面， 一个低速带一级几个次级不连续面
地球内部结构及P波河S波的速度分布
地球内部有两个波速变化最明显的界面： • 第一个界面（VP为7.0 / 8.1 km/s，VS为4.2 / 4.4
km/s）深度不一致，大陆区深，可达70公里；大洋 区较浅，最浅不足5公里，是南斯拉夫地球物理学 家莫霍罗维契奇于1909年发现的，称 (Mohorovicic
莫霍面
地 球 内 部 圈 层 划 分
上地幔 软流圈
上地幔 地幔
外核
内核
二、地球内部的主要物理性质
地球的重力 地球的密度、压力 地球的磁性
地热
地球的弹塑性
1、 地球的重力
地球的重力主要指地球对地表附近和地内物质的吸 引力。 在地学中重点研究的是重力加速度（单位质量所受 的重力），简称重力。
（1）、上地幔(upper mantle)
在莫霍面以下至1000公里深度之间，主要成分是超基性
岩。上地幔成分相当于一份玄武岩加三份纯橄岩，主要矿物 为辉石和橄榄石。
（2）、下地幔( Lower mantle)
从1000公里到2900公里深度，波速增加较慢，是压力 增加而成分均匀的原故。相变完全停止，矿物仍是MgO、
磁场也有长期的缓慢变化。自16世纪以来人们不断观 察，发现磁偏角、磁倾角和磁场强度都在非常缓慢地 全球性地变化。这种现象叫长期变化。 最重要的长期变化是地磁场有“向西迁 移”(westward drift)现象。