1、西北大学地质系地球科学概论讲义+笔记第 1 页 共 99 页目 录目 录 .1宇宙中的地球 .2地球的外部圈层 .6地球的内部圈层 10地质年代与地质作用 17风化作用与剥蚀作用 19搬运作用与沉积作用 35岩浆作用与变质作用 48构造运动 56地球动力系统 69地球的资源 78地球的环境 86地球的起源与演化 91西北大学地质系地球科学概论讲义+笔记第 2 页 共 99 页宇宙中的地球重点1. “地球科学”基本概念 2. “将今论古”原理 3. 研究方法、研究意义及发展简史 一、宇宙（university） 古人称“四方上下曰宇，古往今来曰宙”。宇宙是无限、永恒、不断运动变化的客观物质世界。
2、“宇”是空间的概念，是无边无际的；“宙”是时间的概念，是无始无终的。 o （一）、宇宙中的天体和物质 1. 恒星（star） 恒星是由炽热气体组成的、自身能够发光的球形或类似球形的天体。其主要特征是：宇宙中最重要的天体，集中了宇宙中相当大的能量；构成恒星的主要气体为氢、其次为氦，其他元素很少；拥有巨大质量是恒星能发光的基本原因；体积相差悬殊，小则直径 1000km，大者为太阳的 2000 倍；平均密度相差悬殊；距离地球都非常遥远，最近的半人马座 a 星 4.3 ly；恒星不恒，一直在运动。 2. 星际物质 弥漫于星际空间内极其稀薄的物质，包括星际气体和星际尘埃。 3. 星际云 星际物质的密集形
3、式。 4. 星云（nebula） 星际物质更加庞大和更加密集的形式。 5. 天体系统（sphere systems） 宇宙中物质是运动的，并有一定的系统和规律，相互吸引和旋转，该系统叫天体系统。 o （二）、宇宙的起源20 世纪初，天文学家斯里弗尔（V.M.Slipher）发现星系以每秒数十万米高速退行；1929 年，哈勃（E.P.Hubble）观测到河外星系退行资料，离我们愈远退得愈快；1916 年，爱因斯坦（A.Einstien）提出广义相对论，演绎出宇宙在膨胀的理论；天文学家继续观测证明，宇宙在膨胀；宇宙为何膨胀？宇宙大爆炸的产物；多种事实证明，大爆炸的发生，距离今约 150亿年。 二、
4、太阳系（solar system） o （一）太阳系的主要特征（启发式，师生共同讨论，抓住以下要点） 太阳是其中唯一的一颗恒星，占太阳系 99.87%，发出强光和热；围绕太阳旋转的是 9大行星，小行星带及卫星、陨星和彗星等；太阳系天体以太阳为中心作高速旋转，自转和公转方向相同；行星分布及运转几乎都在一个共同平面内，该平面叫赤道面。 o （二）太阳系的起源（用幻灯简述）康德拉普拉斯星云假说。1775 年，哲学家康德（I.kant）认为，在万有引力作用下，原始弥漫物质逐渐分别凝聚，形成了太阳系内的各天体；1796 年，法国科学院院士拉普拉斯（P.S.Laplace）从数学和西北大学地质系地球科学概
5、论讲义+笔记第 3 页 共 99 页力学角度进行了阐述：太阳系本是一团旋转的炽热气体，由于冷却收缩，越转越快，离心力加大，变得扁如圆盘；当外缘离心力大于引力时，一部分物质被抛出，成为圆环；抛出物分离，凝结成行星；行星周围的卫星也有类似形成过程；星云中心成为太阳。 三、地球的诞生 拉普拉斯设想太阳系是炽热气体冷凝而成，星云物质冷却收缩的过程就是地球形成过程。 天文探测和地质研究结果不支持这种假设，认为形成太阳系的星云不是热的，而是冷的气体和尘埃。 目前较为一致的看法：冷星云里微粒互相吸引形成星子；星子互相吸引，大吃小，不断吸积，逐渐增大，形成尘埃集合体；温度高，轻者（气体）跑掉，重者（尘埃）以固
6、体为主，留在地球表面，受万有引力作用向中心聚积，体积缩小，物质密度越来越大；收缩并非无限，由于惯性离心力作用达到平衡；尘埃向中心集中，体积收缩，压力加大，会放出热，放射性元素蜕变和陨石撞击会放出热，因此，局部或一个时期的地球是高温熔融状态，（尤其在太古宙，46Ma）；收缩停止，热者上升，又发生膨胀，轻者上升，重者下沉，形成了地核、地幔、地壳和水圈、大气圈等内部、外部圈层构造。总之，行星地球是宇宙中的尘埃在引力的作用下逐渐形成的。 四、地球的形状 o （一）地球的形状与大小 我们通常说的地球形状指大地水准面所圈闭的形状。 大地水准面（geoid）由平均海平面所构成并延伸通过陆地的封闭曲面。 地球
7、的真实形状略呈梨形，南极向内下凹 30m，北极向上凸出约 10 m。国际大地测量与地球物理联合会（1980）公布地球大小主要数据如课本 P23 所示。 o （二）地球的表面形态 分陆地（30%）、海洋（70%）两部分；陆地多分布在北半球；海洋多分布在南半球；无论陆地或海底，表面起伏不平；世界屋脊（第三极）珠穆朗玛峰海拔 8848.13 m；太平洋西侧的马里亚纳深海沟，海拔-11034 m。 o （三）陆地地形特征 1. 山地(mountains)：海拔高程大于 500m，相对高差大于 200m 的地形500m1000m 低山1000m3500m 中山3500m 高山线状延伸的山体称山脉，成因上
8、相联系的若干相邻的山脉称山系。大陆上最宏伟、最重要的山系：阿尔卑斯喜马拉雅山系和环太平洋山系。 2. 丘陵(hills)：海拔小于 500m海拔500m，相对高差数十米的低矮浑园地形。 3. 平原(plain)海拔200m，相对高差数不超过数十米。 4. 高原(plateau)海拔500m，表面比较平坦。 5. 盆地(basin) 周围高，中央低的地区。 6. 大陆裂谷(continental rift) 宏伟的线状洼地，如东非裂谷，是地壳上拉张的结果，呈“之”字型。西北大学地质系地球科学概论讲义+笔记第 4 页 共 99 页o （四）海底地形特征 海底大致可分为大陆边缘、大洋盆地和大洋中脊三
9、个地形单元。 1. 大陆边缘(continental margin)大陆与大洋盆地之间的过渡带，包括大陆架、大陆坡和大陆基。图 12 海底地形的主要单元示意图 大陆架(continental shelf)海与陆地接壤的浅海平台，坡度小于 0.3。 大陆坡(continental slope)大陆架外侧坡度明显变、陡部分，平均坡度 4.3。 大陆基(continental rise)大陆坡与大洋盆地之间缓倾斜坡地，坡度为 535。 岛弧(island arc)大洋边缘延伸距离很长，呈弧形展布的群岛。如阿留申、千岛、日本、琉球、菲律宾、马里亚纳等群岛。 海沟(trench)大洋边缘的巨型带状深渊，
10、长度达 1000km 以上，宽度大于 100km。 岛弧与海沟二者常组成岛弧海沟系。大陆边缘分两类： 一类由大陆架、大陆坡和大陆基组成，主要分布于大西洋，故称大西洋型大陆边缘； 另一类由大陆架、大陆坡和岛弧海沟组成，主要分布于太平洋，故称太平洋型大陆边缘。 西北大学地质系地球科学概论讲义+笔记第 5 页 共 99 页2. 大洋盆地（oceanic basins） 介于大陆边缘与大洋中脊之间的较平坦地带，平均水深 40005000m。 3. 大洋中脊（mideanic ridge）绵延在大洋中部（或内部）的巨型海底山脉，常发生地震和火山。大洋中脊轴常有一条纵向延伸的裂隙状深谷，称中央裂谷。 五、
11、大陆型地壳与大洋型地壳表 1-1 大陆地壳与大洋地壳对比表大陆地壳 大洋地壳比例面积的 40%占地壳 体积的 79%质量的 63%面积的 60%占地壳 体积的 21%质量的 37%平均厚度 33km 6km平均密度 2.7g/cm3 3.0g/cm3成分沉积岩、岩浆岩、变质岩均有；SiO 2含量60%；低价铁和镁的氧化物百分含量低，分别为 3.8 与 3.1，但铁的总含量高。几乎全部由火山岩组成；SiO 250%；低价铁和镁的氧化物百分含量高，分别为 6.2 与 6.8，但铁的总含量低。岩石时代 各地质历史时期形成的岩石均有，最 老岩石年龄可达 3800Ma。 岩石大部分生成于最近 50Ma
12、中，最老岩石不超过 200Ma。地质作用和地质构造岩石受到强烈挤压，形成褶皱、断裂和由它们构成的高大山脉，区域变质作用较普遍。没有强烈挤压褶皱形成的大山，海底大山主要为火山作用形成的。没有区域变质作用。引张大断裂发育。重力异常 以负异常为主。 以正异常为主。结构上部为花岗质层（硅铝层），下部为玄武质层（硅镁层），最表层有不连续分布的松散沉积物。底部为玄武质层（硅镁层），上部为松散沉积物层，两层之间为玄武岩夹已固结的沉积岩透镜体。 六、地壳的重力均衡（用船只、水中漂浮物等举例说明） 1. 地壳厚度各处不同一般地壳厚度较大的地方，地势较高；地壳越薄的地方，地势越低（图 1-3）。图 1-3 不同地
13、理单元地壳厚度的差异 2. 艾利的山根说美国天文学家艾利(G.B.Aity,1855)认为，厚度大的地壳有较大重量，但因其下沉深，所获的浮力大；而厚度小的地壳具有较小重量，因其下沉浅，所获的浮力小，故两者都能达到均衡。艾利看法的重点是高山之下有“根”，故称山根说（theory of mountain root）。例如海中航行的船只，水中漂浮物等。 3. 目前的观点现今认为，均衡现象是存在的，但是引起均衡的动力不是岩块的浮力，而是重力。其西北大学地质系地球科学概论讲义+笔记第 6 页 共 99 页原理是，地球内部某一深度可以找寻一个水平面，称为补偿基面（compensation level）。在
14、此面单位面积上的所承受的上覆岩块的总重量都相同。以此补偿基面为准，高山地区地势虽高，地壳厚度大，但其下部地幔厚度小；大洋地区地势虽低，但其拥有的地幔厚度大。故两处岩块的总重量相等，从而可保持重力均衡（isogtasy）。重点复习题 （一） 基本概念1.宇宙；2.恒星；3.大陆裂谷；4.岛弧海沟系；5.重力均衡。 （二） 画示意图并说明1.海底地形特征；2. 重力均衡示意图； 3.地球形状 （三） 填空1.宇宙产生于亿年的大爆炸。 2.行星地球是在引力作用下逐渐形成的。 （四） 回答问题 1. 恒星的主要特征是什么？ 2. 太阳系有哪些主要特征？ 3. 简述地球的诞生。 4. 宇宙的内涵究竟怎样
15、理解？如何认识？ 5. 何谓均衡原理？地球的外部圈层大气圈和生物圈重点对流层与平流层及 DNA 和 RNA。 一、 大气圈 大气圈（atmosphere）是因地球引力而聚集在地表周围最外部的气体圈层。 o （一）、大气的组成 1. 恒定组分 主要由氮（78.09%）、氧（20.94%）、氩（0.93%）组成。 2. 可变组分 二氧化碳、臭氧和水蒸气,随季节、气象、和人类活动的影响而发生变化。 3. 不定组分 这部分物质在大气中含量变化非常大，如尘埃、硫化氢、煤烟、金属粉尘等。它们一是来源自然界，二是来自人类生产、生活活动。 o （二）、大气圈的结构自地面向上，依次分为对流层、平流层、中间层、暖
16、层及散逸层（对流层和平流层最重要）。 1. 对流层（troposphere）对流层的主要特征是： 温度随高度增加而降低，平均升高 1km 温度降低6（大气降温率）； 空气具有强烈的对流运动，因而发生一系列天气现象，如风、西北大学地质系地球科学概论讲义+笔记第 7 页 共 99 页雪、云、雨等； 气象要素水平分布不均匀，天气现象复杂； 受人类活动影响最显著，污染严重； 占大气圈总质量的 70%75%。 2. 平流层（stratosphere）平流层是从对流层顶至 3555km 高空的大气层，其主要特征是： 质量约占大气圈总质量的 20%； 气流以水平方向运动为主（最显著特征）； 不存在对流层中各
17、种天气现象； 该层上部存在多层含臭氧的层，能吸收紫外线，因而是生物的保护伞； 随高度增加温度升高。 3. 中间层（mesosphere）自平流层顶至 85km 高空的大气层，气温随高度增加而下降，故又称冷层，空气又出现对流。 4. 暖层（thermosphere）从中间层顶到 800km 高空的大气层，温度随高度增加而上升，氧、氮被分解成电离状态，又称电离层。 5. 散逸层（exosphere）位于 800km 以上至 20003000km 的高空，地球引力作用弱，气体质量不断扩散，亦称外逸层。 o （三）大气的热状况 1. 大气受热过程 2. 气温的日变化、年变化和水平分布有何特征？o （四
18、）大气的运动 1. 大气运动的力 1. 真正造成大气水平运动的动力是水平梯度力。 2. 运动的大气还会受到地转偏向力等的作用。地转偏向力是由于地球自转和地球的球面效应所引起的（图 2-1）低纬度向高纬度运动的大气，使风向东偏。高纬度向低纬度运动的大气，使风向西偏。 图 2-1 地转偏向力示意图3. 河流的侧蚀，在北半球偏向东岸；在南半球偏向西岸。 4. 用由西向东转动乒乓球上的发射物演示，在其北部向东落，在其南部向西落。 5. 用从西向东转动的赤平投影球演示，由于赤道大圆处转得最快，在上半球从南向北发射的物体向东落，在下半球从南向北发射的物体向西落。 二、生物圈生物圈（biosphere）是指
19、地球表层由生物及其生命活动地带所构成的连续圈层。 o （一）生物圈的主要组成 西北大学地质系地球科学概论讲义+笔记第 8 页 共 99 页1. 原核生物界单细胞，无真正的细胞核，如细菌和蓝绿藻。 2. 原生生物界单细胞，有细胞核，如藻和原生动物。 3. 真菌界低等真核生物，如蘑菇，木耳等。 4. 植物界 5. 动物界o （二）DNA 1. 概念生命是一种能自我复制、记载、累积和传递遗传信息的有机体，掌握这个生命系统运作的是细胞核中的脱氧核糖核酸（Deoxyribonucleic），即 DNA。 2. 组成 组成的大分子有三种：脱氧核糖（s）、磷酸盐（p）和碱基。 次一级单元是核苷酸，s 居中，
20、两端连接 p，侧面连接碱基。碱基有四种：腺嘌呤A（adinine）、鸟嘌呤 G(guanine)、细胞嘧啶 C（cytosine）和胸腺嘧啶 T(thymine)。他们有严格的配对关系。人们梦寐以求的基因或称遗传密码，就藏在其中。o （三）RNA另一种对生命活动有重要意义的核糖核酸（Ribonucleic acid）即 RNA。 o （四）RNA 与 DNA 的关键差别 1. 核糖取代了脱氧核糖； 2. 尿嘧啶（uracil）取代了胸腺嘧啶； 3. RNA 为单链结构而 DNA 为双链结构； 4. RNA 包括三种类型 m（信使核糖核酸 mRNA，核糖体核糖核酸 rRNA 和转移核糖核酸tRN
21、A）o （五）DNA 与 RNA 的相互作用一个细胞就像一个工厂，DNA 为总设计师，mRNA 复制并带来图纸，rRNA 是车间，tRNA 是运输工具。在 DNA 统一指挥下，这个工厂按照图纸合成蛋白质，生命从而得到延续、发展。 重点复习题 （一） 基本概念大气圈 生物圈 DNA （二） 简述下列两组基本概念的主要区别1 .对流层与平流层 2 .DNA 与 RNA （三） 回答简述 DNA 与 RNA 的相互作用。 水 圈重点海水、河流和冰川。西北大学地质系地球科学概论讲义+笔记第 9 页 共 99 页 一、 水圈（hydrosphere） 指由地球表层水体所构成的连续圈层，以气态、固态和液态
22、三种形式为主。海洋占 97%，冰川占 2.15%，地下水占 0.6%。 二、水的类型据天然水所处的环境不同分海水、大气水和陆地水三类。 o （一）海水（sea water） 盐度介于 337之间，以 35代表海洋的标准盐，如果明显高于 35的海洋称为咸化海，如红海（40），低于 35的为淡化海，如波罗的海（10)。 海水的运动呈波浪状，水质点基本绕某个平衡位置作圆周运动，只是向前移动很小距离。引申张伯声院士创立“地壳波浪运动”形式： 宏观（地层弯曲）； 微观（波状消光）； 超微观（位错像“毛毛虫”运动）。 海啸(tsunami)地震、火山喷发可释放出巨大的能量，产生汹涌的海浪，波高可达几十米。
23、 潮汐（tide）全球性海水周期性涨落现象。太阳、月球对地球的引力与离心力的合力为引潮力。在地月体系中，该合力在对月点和背月点最大，且方向垂直指向球面外空间，因而可使海面上升凸起，发生涨潮。而在对月点、背月点方位为 90的地区，合力最小，形成落潮。由于地球自转，地球上同一地点一天内可出现两次涨潮和落潮。如果月球、太阳、地球处在一条直线上时，可出现特高潮和特低潮。由潮汐引起海面高度变化迫使海水作大规模水平运动，称为潮流。这对海岸的剥蚀、搬运、沉积有重要作用。 海（洋）流（ocean current）大洋中沿一定方向有规律移动的海水。 浊流（turbidity current ）海洋或湖泊中载有大
24、量悬浮物质的高密度水下重力流，多由地表、火山等因素引发，因而具有较大的剥蚀、搬运能力，常形成冲槽、冲沟、铸模等，沉积物具鲍马序列。 o （二）陆地水（continental water） 1. 地面流水 1. 暂时性流水片流（sheet flow）：刚下雨后，沿山体斜坡无固定水道的面状流水。洪流（flood flow）：下雨后沿山谷或河道流动的暂时性线状流水。 2. 常年性流水河流（river）：地球表面具有固定河道的线状常年性流水。水系和干流的概念：大大小小若干条河流组成的水流系统为水系。水系与水系之间以分水岭相隔，如长江、黄河水系。水系中最大、直接注入海洋或湖泊者为干流，如长江、黄河。注入
25、干流者为支流，如渭河为黄河的一个重要支流。层流：水质点平行运动。紊流：水质点运动紊乱，无规律。环流：水质点绕平行方向的轴作螺旋状规律运动。涡流：水质点绕垂直方向的轴作螺旋状运动。 2. 地下水（ground water） 西北大学地质系地球科学概论讲义+笔记第 10 页 共 99 页1. 岩石中存在孔隙、裂隙和溶隙（用幻灯演示岩石显微照片）。 2. 包气带水：埋藏在包气带中的水。 3. 潜水：埋藏在地表之下第一个稳定隔水层以上，具有自由表面的重力水（饱水带水）。 4. 承压水：埋藏在两个稳定隔水层之间的透水层内的重力水（层间水）。 3. 湖泊（lake） 1. 世界上最大的湖泊是西亚的里海（咸
26、水湖），面积约 43104km2。第二大湖是北美的苏比利尔湖（淡水湖），面积 8104km2 2. 世界上最深的湖泊是俄罗斯的贝加尔湖，水深 1741m。 3. 世界上最高的湖泊是我国西藏高原的纳木湖，海拔 4718m。最低的是死海，海拔-395m。 4. 沼泽（marsh）陆地上潮湿积水，喜湿植物大量生长并有泥炭堆积的地方，成因有多种。 5. 冰川（glacier）指由积雪形成并能运动的冰体。可分两类： 1. 大陆冰川（continental glacier）分布在高纬度和两极，雪线低，面积大，冰层厚，由中间向四周流动，流速快。2. 山岳冰川（mountains glacier）分布在高山地
27、带的冰川，雪线高，规模小，冰层薄，面积小，受地形控制，从上往下流动。 3. 冰川的运动为固体流，上部具脆性变形，下部为塑性变形，可见羊背石、丁字擦痕、漂砾等。 o （三）大气水存在于大气圈对流层中的水，以气态形式存在。主要来自海水蒸发，由于污染可形成酸雨，可使地面具“温室效应”。重点复习题 （一） 基本概念水圈 潮汐 浊流 冰川 包气带水 潜水 承压水 （二） 简述下列两组基本概念的主要区别1.大陆冰川与山岳冰川； 2.片流与洪流； 3.层流与紊流； 4.环流与涡流。 （三） 填空 1. 世界上最大湖泊是，为水湖，面积km 2。 2. 世界上第二大湖泊是，为水湖，面积km 2。 3. 世界上最
28、深湖是，水深m。 4. 世界上最低湖是，海拔m。 5. 世界上最高湖是，海拔m。 （四） 回答 1. 海水有何性质？如何运动？为什么？ 2. 冰川是如何形成的？怎样运动？ 3. 简述水圈的循环。 4. 地球上的水为什么处在永不停息的运动之中？西北大学地质系地球科学概论讲义+笔记第 11 页 共 99 页地球的内部圈层地球内部圈层的划分重点三个一级圈层和两个一级界面。 一、 地球内部的主要物理性质 o 密度（density） 密度=质量/体积；0km 处密度约 2.6g/cm3；33km 处密度约 2.9g/cm3；33km 处密度约 3.32g/cm3；2885km 处密度约 5.56g/cm
29、3；2885km 处密度约 9.98g/cm3；内核处为 12.51 g/cm3；总体规律是：从地表到地心，密度逐渐增大，在 33km、2885km 以及其他深度，密度突然增高。 o 压力（compressive stress）静岩压力，即压强（intensity of pressure）随深度增加压力不断增加； 33km 处为1200Mpa，2885 处为 135200Mpa，地心处可达 361700Mpa。 o 温度（temperature）变温层（外热层）地表受太阳影响，温度一年四季，白天黑夜呈周期变化的表层。常温层外热层之下，地温常年保持不变的地方。地热增温率或地温梯度（geother
30、mal gradient）常温层之下，每向下加深 100m 所升高的温度，平均 3。地热增温级温度每增加 1所增加的深度，是地温梯度的倒数。33km 处约 4001100，2885km 处为 3700，地核高达 4500。 o 重力（gravity） 地球吸引力和离心力的合力。具有随纬度增高而增加的规律。33km 为 983Gal，2885km为 1069Gal， 0km2885km 递增，且达最大值；2885km地心递减，最终变为 0。 o 磁场（magnetic field）地球周围存在着磁场，称为地磁场（geomagnetic field）。 o 地磁要素（geomagmetic ）磁偏
31、角磁场强度矢量的水平投影与正北方向的夹角，即磁子午线与地理子午线之间的夹角。磁倾角磁场强度矢量与水平面的交角。磁场强度磁场大小的绝对值，平均为50T。磁异常（magnetic anomaly）地球浅部具磁性物质引起的局部异常。 o 地震波（earthquake wave）表 3-1 地球各圈层的物理特征 西北大学地质系地球科学概论讲义+笔记第 12 页 共 99 页纵波质点振动方向与传播方向相同，速度快，任何物质均可通过，又称 P 波；横波质点振动方向与传播方向垂直，速度慢，不能通过液态介质，又称 S 波； 33km 处，P 波的速度从 7.0km/s 突然增加至 8.1km/s，S 波的速度
32、从 4.2km/s 突然增加至 4.4km/s；60100km 处，P 波从 8.2km/s 降至 7.93km/s，S 波从 4.6 km/s 降至 4.36 km/s；2885km 处，P 波从13.54km/s 降至 7.98km/s，S 波从 7.23km/s 降至 0；5155km 处，S 波从 0 变为 3.46km/s。 二、地球内部圈层的划分根据前面讲授的地球内部各种物理性质，尤其是地震波波速的变化，可将地球内部划分为以下三个一级圈层和两个不连续界面： 1. 地壳(crust)033km，大陆型地壳（SiAl 层）以花岗岩为代表；大洋型地壳（SiMg 层），以玄武岩为代表 2.
33、 地幔（mantle）33 2885km。上地幔（33650km），上部为固态（3360km）；中部为部分熔融状态（60250km，岩浆发源地），上地幔上部固态与地壳组成岩石圈，中部低速层（部分熔融状态）为软流圈；下部为固态（250650km）。下地幔也为固态（650-2885km）。 西北大学地质系地球科学概论讲义+笔记第 13 页 共 99 页3. 地核（core）外核（28854170km），液态地核；过渡层（41705155km），固液态过渡带；内核（51556371km），固态地核。 4. 莫霍面（moho discontinuity）前南斯拉夫学者莫霍洛维奇首先发现（1909 年）
34、地壳与地幔的不连续面，平均深度为 33km。 5. 古登堡面（Gutenberg discontinuity）美国地球物理学家古登堡首先发现（1914 年）地幔与地核的分界面，平均深度为 2885km。 图 3-1 地球内部圈层的划分 三、各圈层物质组成 o （一） 地壳由固态岩石组成，包括沉积岩、岩浆岩和变质岩o （二） 地幔1.上地幔由相当于基性岩（橄榄岩）物质组成，其主要矿物为橄榄石、辉石和石榴子石，被称为地幔岩，与石陨石（stone meteorite）相似。上地幔上部存在的软流圈是岩浆的重要发源地。 2.下地幔同上地幔物质成分相比，铁的含量相对增加。 o （三） 地核其成分与铁陨石（
35、iron meteorolite）相近，表明主要为铁、镍物质，其次有少量硅、硫等轻元素组成的合金。 四、地核的运动 1. 早就有学者推测地核转动较快，但证据不足。 2. 1996 年，旅美中国学者宋晓东博士与里查兹教授通过近 30 年来穿越地核的地震波研究，发现地核的对称轴比地球的旋转轴每年向东偏移 1.1（其后苏维加等人认为地核比地幔自转速度每年快 2-3），这就意味着地核的旋转速度比地球每年快 20km（如图 3-2）。此项研究成西北大学地质系地球科学概论讲义+笔记第 14 页 共 99 页为 1996 年国际十大科技新成果之一，得到许多专家的赞赏。图 3-2 地核的对称轴比地球的旋转轴每
36、年向东偏移 1.1 3. 此项成果具有非常重要的意义 液态外核正好成为转动快的地核与慢速转动的地幔之间的缓冲圈层；解释核幔成分的差异；解释核幔运动速度不同的现象；内核转速快的原因，可能与其保持了早期地球转速较快有关。 重点复习题 （一）基本概念地壳 地幔 地核 莫霍面 古登堡面 地磁要素 软流圈 岩石圈 （二）简述下列两组基本概念的主要区别地温梯度与地温级；变温层与常温层。 （三）回答问题 1. 简述地球内部各圈划分的主要依据。 2. 简述地球内部各界面及各圈层的主要特征。 3. 根据什么来判断地球内部是以固体为主，只有外核才是液态的？ （四）画示意图说明地球一级圈层和界面。 地壳的物质组成
37、矿物重点矿物的物理性质。 一、克拉克值（clark） 美国学者克拉克（1889）最早研究了地壳中元素的平均含量，地质学上把元素在地壳中的平均含量百分比称克拉克值。O(46.5%)、Si(27.88)、Al（8.13%）、Fe(5.71%)、Ca（3.65%）、Na (2.78%)、K(2.58%)、Mg(2.06%)约占地壳总质量的 99%。 二、矿物的基本概念o （一）、矿物(mineral)自然产出且内部质点（原子、离子）排列有序的固体，其化学成分一定，并可用化学式表达。 o （二）晶体与非晶体 西北大学地质系地球科学概论讲义+笔记第 15 页 共 99 页1. 晶体（crystal）内部
38、质点（原子、离子）在三维空间周期性重复排列（即有序排列）的固体。 2. 晶体结构（crystal structure）质点是有序排列，晶体内部所具有的格子构造（用简单的格子构造模型说明晶面、晶棱、质点等）。 3. 同质多象（polymorphism）相同化学成分在不同条件下形成不同的晶体结构，从而成为不同的矿物（如石墨和金刚石）。 4. 类质同象（isomorphism）相同的晶体结构被类似的原子、离子代替而不破坏其晶体结构（如各类长石）。 5. 非晶质体（玻璃质）内部质点排列无序的固体（如玻璃）。 6. 双晶两个或两个以上晶体有规律生长在一起。 三、矿物形态 o （一）、单体形态一向延长，呈
39、针状、柱状；二向延长，呈板状、片状；三向延长，呈立方体、八面体等。 o （二）、聚合体形态粒状、块状、致密块状、放射状、晶簇、鲕状、豆状、钟乳状等。 四、光学性质 1. 透明度（transparency）透过光的能力。 2. 光泽（luster）反射光的能力。 3. 颜色（colour）吸收光后表现出的互补色。区分真、假和它色。 4. 条痕（streak）矿物粉末的颜色，是真色，有鉴定意义。 五、力学性质 o （一）、硬度（hardness）矿物抵抗外力机械作用的强度。 1. 摩氏硬度计（mohs scale of hardness）滑石 石膏 方解石 萤石 磷灰石 正长石 -石英 黄玉 刚玉
40、 金刚石1 2 3 4 5 6 7 8 9 102. 指甲硬度为 22.5，小刀硬度 55.5，石英为 7。 3. 摩氏硬度指相对硬度。 o （二）、解理(cleavage) 注意同“节理”区分。晶体受外力后沿结晶方向裂开的平面（用结晶格子模型讲授其成因）。 o （三）、断口（fracture）矿物受外力后不沿固定结晶方向断开时所形的断面。 二、其他性质脆性和延展性、弹性和挠性、比重、磁性、电性、发光性、味道、气味、滑腻感等。 三、常见矿物简介（用标本讲解） o （一）、自然元素矿物石墨 C（graphite） o （二）、硫化物类矿物黄铁矿 FeS 2(pyrite)、 黄铜矿 CuFeS
41、2(chalcoprite)、方铅矿 PbS(galena)、闪锌矿 ZnS(sphalerite)。 西北大学地质系地球科学概论讲义+笔记第 16 页 共 99 页o （三）、氧化物类矿物石英 SiO 2(quartz)、赤铁矿 FeO 3(hematite)、磁铁矿 Fe 3O4(magnetite)、褐铁矿 Fe 2O3 nH2O(limonite)。 o （四）、硅酸盐矿物 1. 正（钾）长石 KAlSi 3O8(potsh feldspar)和斜长石 NaAlSi3O8CaAlSi3O8（feldspar）肉眼鉴定对比表（表 32） 表 3-2 正长石及斜长石肉眼鉴定对比表矿物 正长
42、石 斜长石晶体形状 常呈粗短柱状，粒状 常呈板片状，板条状或长柱状 双晶纹面上无双晶纹，有时在同一断面上可见有反光程度不同的两部分（卡氏双晶）解理面有平行细小的聚片双晶颜色 肉红到白色 白到灰色光泽 解理面常带珍珠光泽 玻璃光泽至珍珠光泽硬度 6 66.5产状 常产于酸性火成岩中，与石英、 黑云母等共生 常产于基性、中性火成岩中，与 辉石、角闪石等共生染色实验将小块正长石置于 HF 酸性侵蚀13 分钟，再在 60%的亚硝酸钠中侵蚀 510 分钟，用水冲洗显柠檬黄色按左法，不染色或呈浅灰色结构上部为花岗质层（硅铝层），下部为玄武质层（硅镁层），最表层有不连续分布的松散沉积物。底部为玄武质层（硅镁
43、层），上部为松散沉积物层，两层之间为玄武岩夹已固结的沉积岩透镜体。2. 橄榄石（Mg，Fe） 2c (olivine) 3. 普通辉石（Ca，Mg，Fe，Al） 2(Si，Al) 2O6 (augite)和普通角闪石（hornblende）异同比较表（表 3-3） 表 3-2 普通辉石和普通角闪石异同比较表异同 性质 普通辉石 普通角闪石颜色 绿黑至黑色 绿黑至黑色光泽 玻璃（风化后暗淡） 玻璃（风化后暗淡）同点硬度 56 56光泽 解理面常带珍珠光泽 玻璃光泽至珍珠光泽晶形 多为短柱状 多为长柱状横剖面 多为近于方形的八边形 多为近于菱形的六边形解理夹角 87（93） 124（56）异点分布
44、 基性及超基性岩中最多 中性及酸性岩中最多4. 云母白云母 KAl 2AlSi32O10(OH，F) 2 (muscovite)和黑云母 K(MFe) 3AlSi3C(C，F)2(biotite) 5. 滑石 Mg 3SiO4O10(OH)2 (talc) 6. 石榴子石 X 3Y2SiO4 (garnet) o （五）、碳酸盐类矿物方解石 CaCO 3 (calcite)和白云石 CaMg（CO 3）(OH) 2 (dolomite) 西北大学地质系地球科学概论讲义+笔记第 17 页 共 99 页o （六）、硫酸盐类矿物重晶石 BaSO 4和石膏 CaSO 42H2O (gypsum) 重点
45、复习题 （一）基本概念克拉克值 矿物 条痕 摩氏硬度计 （二）区分以下每两个概念的主要区别 1. 类质同象与同质多象 2. 解理与断口 3. 晶质矿物与非晶质矿物 4. 斜长石与正长石 5. 普通辉石与普通角闪石 （三） 回答 1. 组成地壳的主要元素有哪些？ 2. 矿物有哪些物理性质？ 3. 简述矿物分类？试举例说明。地质年代与地质作用重点1. 对地球历史上发生过的事情解释依据基本自然法则不随时间变化而变化的原理； 2. 相对地质年代是根据叠复原理、生物群的演化规律及地质体之间的切割关系等来确定的； 3. 标准地质柱状剖面系欧洲岩层层序并结合其它典型地区的岩层层序进行综合分析研究、整理而建立
46、起来的。根据它们含有的化石进行地层对比，可以运用于全世界。 我们必须懂得，时间是以变化来衡量的。如果事物是不变的和不动的，那我们就无法意识到时间的存在。在自然界中本来就包含了若干种测时的方法，我们从最科学最实用的角度出发，地球自身的行动就是一架极完美的时钟。它 24 小时绕轴旋转一周，一年又绕太阳转一圈。正因为旋转，我们才在一天、一个季节和一年当中感受到了显著的变化。对地质科学来说，岩石就是时间的记录。根据岩石由下而上的关系，地球历史上的各个事件都可以记录在岩石上，均可以排列在年代顺序中。一般岩石中多含有放射性元素，我们就是利用放射性同位素在衰变过程中不受环境干扰且稳定的特点，作为准确的计时钟
47、“放射性时钟”测定岩石或矿物的形成年代。此外，埋藏在岩层中的生物化石，又构成一种特殊的时钟“生物时钟”。根据它我们可以确定地球历史中同时发生的事件。地质学家就是用这些方法来确定各地地质事件所发生的时间。然后按它们的先后次序划分成适用的地质年代单位，编制成“地质年代表”并以此对地球历史作系统研究。 一、相对地质年代的确定 o （一）、相对年代（relative age）即把各个地质历史时期形成的岩石以及包含在岩石中的生物组合，按先后顺序确定下来，展示出岩石的新老关系。因此，相对年代只能说明各地质事件发生的早晚，而没有绝对的数量关系。西北大学地质系地球科学概论讲义+笔记第 18 页 共 99 页确
48、定相对年代，主要是根据岩层的叠复原理、生物群的演化规律和地质体（岩层、岩体、岩脉等）之间的切割关系这三个主要方面进行的。 1. 叠复原理（law of superposition） 沉积岩的原始沉积总是一层一层的叠置起来，表现了下老上新的关系。遗憾的是，各地区的地层并非都是完整无缺，有的地区因地壳下降而接受沉积，另一些地区又因地壳上升而遭受剥蚀。在这种各地不统一的情况下，要建立大区域的或全球性的统一地层系统，就必须把各地零星的地层加以综合研究对比，最后综合出一个标准的地层顺序（或地层剖面），这种方法叫地层学法。它主要是研究岩石的性质。 2. 生物群的演化规律（law of faunal suc
49、cession） 除了利用岩性和岩层之间的叠复关系来解决岩层的相对新老外，人们发现保存在岩层中的生物化石群也有一种明确的可以确定的顺序。而且处在下部地层中的生物化石，有的在上部地层中也存在，有的则绝灭了但又出现一些新的种属。这充分说明，生物在演化发展过程中具有阶段性。而且在某一阶段中绝灭了的生物种属，不会在新的阶段中重新出现，这就是生物进化的不可逆性。因此，愈老的地层中所含的生物化石愈原始，愈低级；愈新的地层中所含生物化石愈先进，愈高级。这就是划分地层相对年代的生物群演化规律。这种方法叫古生物学法。这里特别要指出的是，生物的存在与发展总是要适应随时间而变化的环境，所以在不同时代的地层中，往往有不同种属的生物化石。有趣的是，有些生物垂直分布很狭小（生存时间短），但水平分
