第一章地球的主要特征 §1地球的外部圈层及表面特征 大气圈、水圈、生物圈( Atmosphere、 Hydrosphere、 Biosphere) )大气圈和大气环流 影响的是外动力地质作用,主要是靠近地表对流层中的空气。对流层空气 的温度湿度,是气候的主要标志,不同 气候条 100KM(臭氧层) 日,阳兰Ph4x 件一,外 55KM(平流层) 动力地质作用的方式不同。同时空气的 流动—风是直接的外动力 成分:N、O2、CO2、H2O 2.大气环流 对流层空气温度受地面辐射的影响:地面T↑高空T↓ 赤道T↑两极T↓
第一章 地球的主要特征 §1.地球的外部圈层及表面特征 一、大气圈、水圈、生物圈 （Atmosphere、Hydrosphere、Biosphere） （一）大气圈和大气环流 影响的是外动力地质作用，主要是靠近地表对流层中的空气。对流层空气 的温度湿度，是气候的主要标志，不同 气候条 件一，外 动力地质作用的方式不同。同时空气的 流动——风是直接的外动力。 成分：N、O2、CO2、H2O 2 . 大气环流 对流层空气温度受地面辐射的影响： 地面 T↑ 高空 T↓ 赤道 T↑ 两极 T↓ 100KM(臭氧层) 55KM(平流层) 10-16KM(对流层) 0 1. 范围：包围着固体地球 的外部
大气环流:赤道——高温、低密度的气体上升,在高空向两极运动 两极 低温、高密度、气体沿地面向赤道运动 受地球自转的影响,地表各伟度上线速度不同,赤道最大(1600公里/小时) 两极为零,此差异造成运动物体受偏向效应(偏向力 地球自转偏向力(科里奥利力)—由于地球自转引起的一种作用于地表 一切运动物体的力。结果是沿前进方向,北半球右偏,南半球左偏。 大气环流非正南正北 河流北半球,右岸侵蚀;南半球,左岸侵蚀 (二)水圈和水的循环 包括:地下水、地表水(咸水、淡水) 水圈是地球区别于其它行星的最重要特征之一,蕴育了生命,在外动力地质 作用中起了重要的作用。 陆地、海洋中的水由太阳蒸发至空中,再经降水回地表。从这个意义上水的 循环,可谓“取之不尽,用之不褐” (三)生物圈 包括水圈及地表生存的生物,甚至地下一几百~-3KM,仍有微生物。生 物的出现在水、气圈形成之后(地球年龄46亿年,大量动物7-8亿年)生物 是外动力地质作用中比较活跃的因素。一方面自身作为动力参于,另一方面间接 改变环境O2、CO2含量,影响外动力地质作用。 二、地表特征
2 大气环流： 赤道—— 高温、低密度的气体上升，在高空向两极运动 两极—— 低温、高密度、气体沿地面向赤道运动 受地球自转的影响，地表各伟度上线速度不同，赤道最大（1600 公里/小时） 两极为零，此差异造成运动物体受偏向效应（偏向力）。 地球自转偏向力（科里奥利力）———由于地球自转引起的一种作用于地表 一切运动物体的力。结果是沿前进方向，北半球右偏，南半球左偏。 大气环流非正南正北。 河流北半球，右岸侵蚀；南半球，左岸侵蚀。 （二） 水圈和水的循环 包括：地下水、地表水（咸水、淡水） 水圈是地球区别于其它行星的最重要特征之一，蕴育了生命，在外动力地质 作用中起了重要的作用。 陆地、海洋中的水由太阳蒸发至空中，再经降水回地表。从这个意义上水的 循环，可谓“取之不尽，用之不褐”。 （三） 生物圈 包括水圈及地表生存的生物，甚至地下—几百～—３ＫＭ，仍有微生物。生 物的出现在水、气圈形成之后（地球年龄４６亿年，大量动物７－８亿年）。生物 是外动力地质作用中比较活跃的因素。一方面自身作为动力参于，另一方面间接 改变环境Ｏ2、CO2 含量，影响外动力地质作用。 二、地表特征
形态:赤道半径a6378245KM 平均半径6371.11KM 两极半径b6356863KM 面积:5.1×108 最高点:884813m珠峰 最低点 11033m 马里亚纳海沟 高原:>500600米,表面平坦或一定起伏的广 (一)大陆地形 阔地区近期上升地区,如青藏高原 平原:>200米,表面平坦,高差200 米的水域,宽度:我国为100-500KM;日本为48KM 大陆坡:大陆架外缘的倾斜部分,平均坡度4.3°(最大20°) 宽度20~90KM,平均28KM,常见横切大陆坡的海底峡谷 大陆基:大陆坡与大洋盆地之间比较平坦的地区,大面积覆盖了堆积物
3 形态： 赤道半径 a 6378.245KM 两极半径 b 6356.863KM 面积： 5.1×108 KM 最高点： 8848.13m 珠峰 最低点： －11033m 马里亚纳海沟 海陆分布： 海 71% 陆 29% （二）、海底地形： 大陆边缘、 大洋盆地、 洋中脊 1．大陆边缘：大陆与大洋连接的边缘地带，为海水覆盖。 包括大陆架(continental sheltie)、大陆坡(continental shone） 大陆基、海沟（trench）及岛弧（island arc）。 大陆架：近陆浅水海底平原，地势平坦，坡度200 米的水域，宽度：我国为 100-500KM；日本为 4-8KM 大陆坡：大陆架外缘的倾斜部分，平均坡度 4.3°(最大 20°) 宽度 20～90KM ，平均 28KM ，常见横切大陆坡的海底峡谷。 大陆基：大陆坡与大洋盆地之间比较平坦的地区，大面积覆盖了堆积物。 平均半径 6371.11KM （一）、大陆地形 高原：>500——600 米，表面平坦或一定起伏的广 阔地区近期上升地区，如青藏高原 平原：>200 米，表面平坦，高差500 米，高差<200 米，如：江淮丘陵 盆地：四周高中部低，如：四川盆地
海沟与岛弧:无大陆基发育的海底(太平洋北、西部)常发育一系列岛 屿,无论岛屿本身形态还是把它们连接起来都成弧形,称为岛屿 在岛弧靠大洋—侧,常发育几乎平行的巨形凹地,深约6000米, 称海沟。 岛弧与海沟总是平等伴生的。在板块构造学说中,被认为是大洋 板块向大陆板块俯冲的地方。 大陆边缘类型 (}被动性大陆边缘(大西洋型大陆边缘)[无海沟] 大陆大陆架大陆坡大陆基大洋盆地 (2)主动性大陆边缘(太平洋型大陆边缘)[有海沟] 安弟斯型:大陆大陆边缘山脉大陆架和大陆海沟洋盆 日本海型:大陆一边缘海岛弧海沟洋盆 2大洋盆地:海洋的主体部分水深4000~6000米平坦坡度<1/1000 3.洋中脊:屹立于大洋底部的巨大“山脉”延伸于四大洋,连绵数万公里, 是大洋底部很重要的地势特征。中部有明显裂隙—中央 裂谷。洋脊高2~4KM宽1000~4000KM垂直于洋脊延伸方 向,被系列横向断裂错开。 §2.固体地球的物理性质和内部构 地球的物理性质
4 海沟与岛弧：无大陆基发育的海底（太平洋北、西部）常发育一系列岛 屿，无论岛屿本身形态还是把它们连接起来都成弧形，称为岛屿， 在岛弧靠大洋一侧，常发育几乎平行的巨形凹地，深约 6000 米， 称海沟。 岛弧与海沟总是平等伴生的。在板块构造学说中，被认为是大洋 板块向大陆板块俯冲的地方。 大陆边缘类型： ⑴被动性大陆边缘（大西洋型大陆边缘）［无海沟］ 大陆 大陆架 大陆坡 大陆基 大洋盆地 ⑵主动性大陆边缘（太平洋型大陆边缘）［有海沟］ 安弟斯型：大陆 大陆边缘山脉 大陆架和大陆 海沟 洋盆 日本海型：大陆 边缘海 岛弧 海沟 洋盆 2．大洋盆地： 海洋的主体部分，水深 4000～6000 米，平坦坡度<1/1000。 3．洋中脊： 屹立于大洋底部的巨大“山脉”延伸于四大洋，连绵数万公里， 是大洋底部很重要的地势特征。中部有明显裂隙——中央 裂谷。洋脊高 2~ 4KM 宽 1000～4000KM,垂直于洋脊延伸方 向，被系列横向断裂错开。 §2. 固体地球的物理性质和内部构 一、 地球的物理性质
)地球的重力 主要由于万有引力造成 1.重力值 F=KMM2/R2—地心引力 P—离心力 G—重力 重力值是地心引力与离心力的合力 若把地球物质密度看作是横向均一的话,就可得岀,赤道附近距离最大引 力最小,离心最大,重力值最小;两极附近距离最小,引力最大,离心最小,重 力值最大。因此,地表重力值,随纬度增加而增大,随地表高度的增加而减小。 理论值变化范围G=9.78~9.83厘米秒2 2、重力异常——当实测重力值与理论计算的重力值不一致时,称重力异常。 利用重力异常可判断地下密度的变化,指导找矿。 正异常∶g实测>g理论密度大如:Fe、Cu、Pb等金属矿床 负异常∶g实测<g理论密度小如:煤、石油、盐类等矿床 (二)地球的温度 1.内部温度的变化: 地内温度是不均匀的 外热层(变温层)——地表外层,温度来源于阳光。其中地表向下1~15M 每日昼夜温度变化;10~20M每年四季温度变化
5 （一） 地球的重力 主要由于万有引力造成 1. 重力值： F = K·M1M2/R 2 ——地心引力 P——离心力 G——重力 重力值是地心引力与离心力的合力 若把地球物质密度看作是横向均一的话，就可得出，赤道附近距离最大引 力最小，离心最大，重力值最小；两极附近距离最小，引力最大，离心最小，重 力值最大。因此，地表重力值，随纬度增加而增大，随地表高度的增加而减小。 理论值变化范围 G=9.78~9.83 厘米/秒 2 2、 重力异常——当实测重力值与理论计算的重力值不一致时，称重力异常。 利用重力异常可判断地下密度的变化，指导找矿。 正异常：g 实测>g 理论 密度大 如 ：Fe、Ｃu、Ｐb 等金属矿床 负异常：g 实测<g 理论 密度小 如 ：煤、石油、盐类等矿床 （二）地球的温度 1．内部温度的变化： 地内温度是不均匀的 外热层（变温层）—— 地表外层，温度来源于阳光。其中地表向下 1～1.5M 每日昼夜温度变化；10～20M 每年四季温度变化。 Fmax F G Fmin P 高
常温层〔恒温层)——变温层下界处,温度终年不变,大约为年平均温度。 内热层〔增温层)——温度来源于地球内部(放射性脱变)随深度增加, 地温升高。 增温率〔地温梯度)—每深度増100米,增加的地温值,单位℃/米; 般地区为3℃C/百米 增温级——每地温增加1℃增加的深度。单位:米 一般地区为33米。 增温率与增温级两者互为倒数。 2.地热流值——单位时间内由地内向外通过岩石单位截面积放出的热量, 与岩石的热导率有关,与地内温度有关 地表有一些地热异常区(地热流值高);如火山地区、温泉、海底某些地区, 这与一定的地壳活动、地质构造有关,将深处地热代到地表。 3.地热来源:放射性元素蜕变热,内部重力(位能)转化为热能 (三)地球的磁性 地球如同一个巨大的磁铁,有磁南、磁北极。磁北极与地理北极交角11.5 地磁南北极与物理学相反,若把地球看作是磁铁则地磁北极为S极。)
6 常温层（恒温层）—— 变温层下界处，温度终年不变，大约为年平均温度。 内热层（增温层）——温度来源于地球内部（放射性脱变）。 随深度增加， 地温升高。 增温率（地温梯度）——每深度增 100 米，增加的地温值,单位℃/百米； 一般地区为 3℃/百米。 增温级—— 每地温增加 1℃增加的深度。单位：米； 一般地区为 33 米。 增温率与增温级两者互为倒数。 2. 地热流值—— 单位时间内由地内向外通过岩石单位截面积放出的热量， 与岩石的热导率有关，与地内温度有关。 地表有一些地热异常区（地热流值高）；如火山地区、温泉、海底某些地区， 这与一定的地壳活动、地质构造有关，将深处地热代到地表。 3．地热来源：放射性元素蜕变热，内部重力（位能）转化为热能 。 （三）、地球的磁性 地球如同一个巨大的磁铁，有磁南、磁北极。磁北极与地理北极交角 11.5。 （地磁南北极与物理学相反，若把地球看作是磁铁则地磁北极为 S 极。）
1.地磁要素 用一水摆强度 特例 M1M名fmL长1 赤道附近 Hmax、z=0 两极 I=±90°、H=0、zmax 磁偏角D在各地区是不不同的的,每到一个新区进行野外调查时,首先要了 解该区的磁偏角,迸行罗盘教正 2.地磁极的变化 长期缓慢漂移(偏离) 磁南、北极位置的变化 周期性倒转
7 1. 地磁要素： 特例： 赤道附近 I = 0、 Hmax、 Z = 0 两极 I=±90°、 Ｈ=０、 Ｚmax 磁偏角Ｄ在各地区是不不同的的，每到一个新区进行野外调查时，首先要了 解该区的磁偏角，进行罗盘教正。 2. 地磁极的变化 Ｔ——磁物强度 Ｉ——磁倾角，北半球为正（向下倾），南半球为负（向上翘） Ｄ——磁偏角，不同的地理位置（不同经、纬度）磁偏角不同 Ｈ—水平分量 Ｚ—垂直分量 长期缓慢漂移（偏离） 周期性倒转 磁南、北极位置的变化 Ｎ Ｔ ＭＮ Z
现代地磁南北极与地理南北极交角11.5°并非绝对不变,长期观测证实,近 代地磁极有向西漂移的现象,速度是极其缓慢的 同时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。我们把与现代两极极性相同的称正向期,反之称为反向期,最近3-4 百万年来有三次大的倒转 0~69万年 布容正向期 69~243松山反向期每次持续时间大约1百万年 243~332 高斯正向期 共3次倒转 332以前 吉尔伯反向期 3古地磁学 居里点—铁磁质转为顺磁质时的温度(大约600°~700°C 热剩磁—岩浆冷凝成岩浆岩的过程中,磁性矿物经居里点时被当时 磁场磁化(方向一致),这种保留在岩石中的磁性称热剩 磁。记录了当时地磁场的状况。 古地磁学——利用岩石热剩磁来研究地史时期地球磁场的大小、 方向、磁极位置及演变过程的科学。 古地磁学的硏究成果为现代地质学的海底扩张板块运动提供了十分重要的证据。 (四)地球的弹和塑性 弹性表现 1.能传播地震波 2.固体潮(球体形状一段时期变化,另一段时期 恢复原状)
8 现代地磁南北极与地理南北极交角 11.5°,并非绝对不变，长期观测证实，近 代地磁极有向西漂移的现象，速度是极其缓慢的。 同时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。我们把与现代两极极性相同的称正向期，反之称为反向期，最近 3—4 百万年来有三次大的倒转 0～69 万年 布容正向期 69～243 松山反向期 每次持续时间大约１百万年 243～332 高斯正向期 共３次倒转 332 以前 吉尔伯反向期 3.古地磁学 居里点——铁磁质转为顺磁质时的温度（大约 600°～700℃）。 热剩磁——岩浆冷凝成岩浆岩的过程中，磁性矿物经居里点时被当时 磁场磁化（方向一致），这种保留在岩石中的磁性称热剩 磁。记录了当时地磁场的状况。 古地磁学——利用岩石热剩磁来研究地史时期地球磁场的大小、 方向、磁极位置及演变过程的科学。 古地磁学的研究成果为现代地质学的海底扩张，板块运动提供了十分重要的证据。 （四） 地球的弹和塑性 弹性表现 １. 能传播地震波 ２. 固体潮（球体形状一段时期变化，另一段时期 恢复原状）
塑性表现作用速度快,持续时间短,表现为弹性。 1.地球正固体椭球体,长轴与旋转轴垂直 2.岩层褶皱、柔皱、蠕变 作用速度缓慢,持续时间长,表现为塑性 二、地球的内部圈层 对地球內部的了解只能是间接地通过借助某种手段来了觚目前最深的 钻10KM相对于6371KM半径来说微乎其微)这种手段就是地震波。(振动或 冲击形成的弹性波 (一)地震波 1.面波—物质界面上传播 2.体波——介质体内传播(纵波P和横波S) 无论纵波还是热波的传播速度都与介质的物理有密切的关系。 —体变模量(物体在围压下体积能宿小的程度 切变模量(物体在定向压力下形状改变的程度,液体为零) 物体(介质)密度 液体中Vs=0,无横波 同时,当地震波通过上、下两种物质的物性相差较大的界面时,能够发生的
9 作用速度快，持续时间短，表现为弹性。 作用速度缓慢，持续时间长，表现为塑性 二、地球的内部圈层 对地球内部的了解只能是间接地通过借助某种手段来了解（目前最深的 钻 10KM 相对于 6371KM 半径来说微乎其微）这种手段就是地震波。（振动或 冲击形成的弹性波）。 （一）地震波 1． 面波——物质界面上传播 2． 体波——介质体内传播 （纵波Ｐ和横波 S） 无论纵波还是热波的传播速度都与介质的物理有密切的关系。 ——体变模量（物体在围压下体积能宿小的程度） ——切变模量（物体在定向压力下形状改变的程度，液体为零） ——物体（介质）密度 液体中 Vs=0，无横波 同时，当地震波通过上、下两种物质的物性相差较大的界面时，能够发生的 塑性表现 １. 地球正固体椭球体，长轴与旋转轴垂直 ２. 岩层褶皱、柔皱、蠕变
类似光的传播时的反射和折射。 (二)圈层划分 人们在地表设立专门的地震波接收站,记录地震波的传播情况,并经复杂 的计算,得出地球内部一些物性差异较大的圈层界面。 名称 圈层代是底界深度密度 物态 KM 地壳 A 33 2.6-3.0 固态岩石 60 B 250 上地幔 塑性软流 圈(低速 幔 4003.32-57带 下地幔外 2898 液态 地\过度 9.7-13 核 (16) 固态 内 6381 一级界面有:莫霍界面(地壳与地幔的分界),1909年南斯拉夫学者提出
10 类似光的传播时的反射和折射。 （二）圈层划分 人们在地表设立专门的地震波接收站，记录地震波的传播情况，并经复杂 的计算，得出地球内部一些物性差异较大的圈层界面。 名称 圈层代号 底界深度 KM 密度 物态 地壳 A 33 2.6-3.0 固态岩石 地 幔 上 地 幔 B 60 250 塑性软流 圈（低速 C 400 3．32—5.7 带） 下 地 幔 D 2898 地 核 外 E 液态 过度 F 9.7-13 （16） 固态 内 G 6381 一级界面有：莫霍界面（地壳与地幔的分界），1909 年南斯拉夫学者提出