1、第一章 地球的一般特征,西南石油大学资源与环境学院 夏青松,第一章 地球的一般特征,第一节 地球在宇宙中的位置,目前已确知的：,目前尚未知的：,宇宙的形状,地球是太阳系中的一颗行星，而太阳系是银河系中的一员,银河系中有10101011 颗星体，而在宇宙中，有类似数量 的星系存在。,宇宙是否有界,银河系（俯瞰）宇宙中的一个漩涡星系,银河系（側视）,约10万光年,银球（d 1.63万光年）,银盘,太阳系 8大行星（冥王星除外）在近似同一平面上朝同一方向、沿近似圆形的轨道围绕太阳公转,太阳与八大行星的相对大小,太阳与八大行星的相对大小,八大行星的相对半径及离太阳的距离（地球为1）,类地行星：水星、金
2、星、地球、火星 体积较小，密度较大，卫星较少，固体表层，重元素较多,类木行星：木星、土星、天王星、海王星 体积较大，密度较小，卫星较多，无固体表层，轻元素(尤其气体元素)较多,1. 如何知道地球的形状与大小？,（1） 地球的形状?,目前，通过人造地球卫星观测和计算能比较精确的获得地球的形状。地球不是一个圆球体，而是一个实心椭球体。,科学家认为： 地球极近似于旋转椭球体，这是地球自转导致的，表明地球有弹塑性； 地球不是严格的旋转椭球体，说明地球内部物质分布不均匀。,赤道半径（a）6378.14km 两极半径（c）6356.76km 平均半径（R）6371 km 扁平率（ac）a）= l298.2
3、57 赤道周长 40075.36 km,（2） 地球的大小?,第一章 地球的一般特征,第二节 地球的表面特征及物理性质,面积 5.1108km 最高点 8844.43m 最低点 11033m 陆地 29.2 海洋 70.8,第一章 地球的一般特征,第二节 地球的表面特征及物理性质,（2） 地球的大小?,（1）山地 500m以上，切割度大于200m,（2）高原500m以上，广阔而平坦 的地区，如青藏高原,（5）盆地四周被山地或高地包围， 中间低平，外形似盆的地形,（4）平原海拔200m，广阔而平坦的地区,（3）丘陵低于500m，相对高差小于200m,主动大陆边缘,被动大陆边缘,有俯冲带,无俯冲带
4、,大陆架,大陆的水下延伸部分 十分平缓（0.1o) 平均 80km宽 130m深,大陆坡,陆壳与洋壳交汇处？ 较陡：平均 45o,大陆基,位于洋壳之上的沉积物楔 坡度约为 0.5o 通常终止于水深5000米处,海沟、岛屿,平等伴生出现 海沟深6000米,（1）大陆边缘,大陆基,大陆坡,大陆架,全球主要海沟的分布,海沟：平行于大陆边缘或岛弧延伸的狭窄深槽。,一些主要海沟的数据,海山与海底平顶山,海山：水下的圆锥形山体，高度一般 1000m; 有些出露水面形成岛屿；据信大部分为死火山；大多位于洋脊顶部；西太平洋分布最多。,海山的侧向扫描声纳图像,海底平顶山的三维图像,海洋的主体部分 坡度1/100
5、0 水深40006000米,（2）大洋盆地,海洋的主体部分 坡度1/1000 水深40006000米,（2）大洋盆地,贯通世界大洋的巨大海底山脉 长逾80000公里， 宽15002500 公里， 高23公里。 大西洋和印度洋的洋脊顶部有深 12 公里、宽数公里的裂谷（太平洋的洋脊上一般不见）。,（3）大洋中脊,大洋中脊,洋脊的三维图像,根据万有引力定律及多次实验，求出地球的质量为:,5.9761027g,由此求得地球的平均密度：,P = = =5.517g/cm,但按实际测得的地表岩石密度平均都为2.62.8 g/cm3 ，仅地球平均密度的一半。根据地震波在地球内部传播速度与密度的关系，说明地
6、球内部的密度随着深度的增加而逐渐增加。,密度（克/厘米3),深度（公里）,地球的平均密度(5.5),地球内部密度随深度的变化,（一）地球的重力=地球的引力（F）与地球自转产生的离心惯性力（P）的合力（G）。,地球重力随纬度变化而变化， 根据理论计算出各地的正常重力值称为理论计算值。,重力异常由于地球各部分的物质组成和地壳构造不同，因而实际测量的重力值往往与理论值不符，称为重力异常。,正异常实测重力值大于理论值，一般为金属矿区，由于物质密度大，对地面物质的引力较大。,负异常实测重力值小于理论值，一般为石油，炔、石膏等非金属矿区，物质密度小，引力小。,利用重力异常找矿的方法称为重力探矿法。并且对研
7、究地球的形状，地壳的物质组成，地壳的构造，地壳运动和地震等都是有很高的价值。,（二）地球的压力指地球内部物质受上覆物质的重力而产生的压力即静压力,深度越大压力越大，并且随着地球内部物质密度加大，压力增加越大。,日变化一般为11.5m,1.外热层（变温层）,年变化影响深度达2030m,2.常温层与当地年平均温度大致相当， 常年不变，其深度一般为2040m,受太阳辐射影响,3.增温层地温随深度增加而逐渐增加，受地球内部热能影响，深度每增加100米升高的温度称为地温梯度。一般大陆为15/100m，海底为48/100m。,通过间接测算，越接近地心，温度的增加趋于缓慢,地下100km约为1300；100
8、0km约为2000； 2900km约为2700；地心温度约为40006000,地球内部如此大量的热能从何而来的呢？,目前有不同的说法：,地球余热说； 重力差异说； 放射热说。,深度（公里）,深度（公里）,温度(),压力（百万大气压）,老,新,地球内部温度和压力随深度的变化,老：内外核界面处 3700 500；地心 4000 新：壳幔界面处 4800 ；内外核界面处 6600 ；地心 6900 ,指南针为什么能够指示方向，就是因为地球是有磁性的。在它的周围形成了一个磁力作用的空间地磁场。位于南半球的叫磁南极（S）和位于北半球的磁北极（N）,地磁场的正常值（背景值） 是各地经过校正和清除变化等影响
9、的地磁要素数据。,磁层保护了地球生命 阻止或偏转了以每小时160万公里速度射向地球的太阳风，火星和金星没有地球这样强的磁场，太阳风可能“吹走了”水。,The solar wind travels past the Earth at well over 1,600,000 km per hour. Thanks to the Earths magnetic field, the solar wind is stopped and deflected around the Earth so that most of it does not hit our atmosphere head on. U
10、ltra-violet rays from the sun ionize the upper atmosphere, creating the electrically-conducting ionosphere and a source of plasma for the magnetosphere. The energy from the solar wind enters the magnetosphere and is stored there, being released in sudden surges. Our neighboring planet, Mars, which h
11、as little or no magnetic field, is thought to have lost much of its former oceans and atmosphere to space. This loss was caused, at least in part, by the direct impact of the solar wind on Mars upper atmosphere. Our other close planetary neighbor, Venus, has no appreciable magnetic field, either. Ve
12、nus is also thought to have lost nearly all of its water to space, in large part owing to solar wind-powered ablation.,地磁异常实地测量的地磁要素数据与正常值不符。,磁法找矿就是通过地磁测量寻找有磁性异常的矿 产，如磁铁矿等。,古地磁法地球磁场是在不断变化的，有日变化，年变化，也有长期的周期变化（磁极倒转）。通过对岩石中剩余磁性的研究，了解地质历史上磁场的变化，例如通过对比不同时期的古地磁极的位置(或同一地点不同时期所处的磁纬度)可以帮助了解地壳不同部分的相对位移情况，据古地磁
13、场反转周期则可确定岩石的形成年代。,地震是地下某一点发生振动，并通过地震波向四周传播，造成各种破坏。因此说明地球具有一定的弹性，地震波在不同介质中传播速度也不一样,如地震、固体潮,地震测量法通过测定人工地震产生的地震波在地下传播速度的变化情况，探测地下的矿产资源,油气地震勘探 陆上地震勘探,油气地震勘探 海上地震勘探,大气圈的物质成分,大气圈的物质成分,大气圈的分层,主要根据温度特征进行划分,大气圈的分层对流层,占大气圈质量的80%含有大气圈几乎所有的水蒸气大部分捕集热量的气体 (CO2, CH4, 等)（温度随高度增加而降低）与上覆平流层很少有物质混合(例外: 极端气候, 火山喷发)各种天气
14、现象主要产生于该层下部，改变地表形态（风、雨、雷、电，特别是风的地质作用）,大气圈的分层平流层,含有大气圈质量的约 19 %具高的臭氧（ O3）含量对物质的全球再分布起着重要作用:被抛入平流层的气体、液体和固体趋于在区域或全球范围内再分布,臭氧层与臭氧层“空洞”,臭氧层“空洞”,O3 含量通常用道布森单位（ Dobson Units DU)表示: 100 DU 相当于标准状况下 (T=25, P=1 大气压)厚度为 1 mm 的一层纯臭氧“空洞”：臭氧含量小于220 DU (正常值为 350 DU)在北极和南极均形成了“空洞”；南极的空洞更显著， 在春季空洞更明显,南极上空的臭氧层空洞,带来的
15、问题是什么?,平流层臭氧的损耗将导致地表紫外辐射的增强 过度暴露于紫外线会导致： 皮肤灼伤 皮肤癌 抑制免疫系统 人类患白内障的危险增加,蒙特利尔协议（1987） 在19892000年之间逐步停止氟氯化碳的生产 (这曾经是一个数十亿美元的产业)2002得到188个国家的认可,对这一威胁的回应:,若蒙特利尔协议得以实现会怎样?,扭转过去对臭氧层的破坏蒙特利尔协议科学评估委员会称至 2050年 臭氧层将会恢复到1980年以前的水平。所有的协议签署国逐步停止使用能使臭氧消耗的化学剂。,起作用了吗?,氟氯化碳的生产已经停止 其它化学剂几乎已完全停止生产 臭氧层空洞还在那里 有些气体能在大气层中存在超过
16、 50年，所以问题并未完全解决,大气环流,不同纬度处得到的太阳辐射量不同,赤道及其附近阳光直射，单位面积地表得到的太阳辐射量较其它纬度处更多。因此，赤道及其附近地表的空气受热更多。被加热的空气因体积膨胀、密度变小而上升极地及其附近的空气因受热较少而较冷。较冷的空气因密度较大而下沉并沿地表流动。,大气环流,假若地球是静止不动的，则将分别在北半球和南半球各形成一个大的空气对流环（由赤道处上升的热空气在高空因温度降低而逐渐变冷后，将在继续上升的热空气推动下向两极流动，在两极处下沉至地表后，沿地表向赤道流动）,大气环流,由于地球自转产生自转偏向力（科里奥利力），使得沿地表流动的气流发生偏转：在北半球向
17、右偏转在南半球向左偏转,在自转偏向力的影响下，结果形成三圈式大气环流：,极地东风运行至南北纬60o后向上升起，在空中流向极地后沉降,南北纬60o 至30o之间：北半球地表为西风南半球地表为西风,南北纬30o 至赤道之间：北半球地表为东北信风南半球地表为东南信风,概述,通常人们把地球表面上的海洋、河流、湖泊、冰川以及地下水等看成是一个包围地球的连续水层，称为水圈。,水在不停的运动中，以各种方式对地面（地下）岩石进行破坏、改造，并把破坏的物质带到另一些地方堆积下来，形成削高补低结果。,概述,地球上水的总体积15 亿km3,海洋 97.2%淡水 2.80%- 冰川/冰 2.15%- 地下水 0.63
18、%- 地表水 0.023%- 淡水湖 0.009%- 咸水湖 0.008%- 土壤水分 0.005%- 大气水 0.001%- 河流 0.0001%,概述,在地球的圈层之间水在循环往复地运动，构成一个既无起点、也无终点的水体运动系统。在一定时间内，这种运动保持着大体平衡,每年：,进入大气圈的水 50.5 万 km3海洋蒸发 43.4 万km3陆地蒸发植物蒸腾7.1 万km3 由大气圈返回的水 50.5 万 km3,概述,b.本身成矿：石油、煤;形成生物岩(有机地化研究领域）,a.破坏岩石： 机械破坏（根劈）、化学破坏（生物有机酸分解矿物）,是生命活动的地带所构成的连续圈层。,质点振动方向与传播
19、方向一致（固、液、气中传播）,在地球内部传播,质点振动方向与传播方向垂直（固态中传播）,“体波”,纵波（P波）推进波,横波（S波）剪切波,“面波”,沿地球表面传播,压缩,压缩,拉伸,波动方向,质点运动方向,波动方向,质点运动方向,波动方向,质点运动方向,第四节 地球的内部构造 1）地震波的类型,纵波,横波,纵波与横波传播的比较,两种面波,波传播方向,波传播方向,地震波速取决于：物质的性质 在刚性越强的物质中传播越快深度 随深度的增大而增快（压力/密度增大）纵波传播最快，面波传播最慢,地表,面波,P、S 波,面波,P、S 波,地震发生时间,观测站A的地震记录,观测站B的地震记录,面波,面波,第四
20、节 地球的内部构造 2）地震波的性质,纵波在固、气、液体中都能传播，横波在气体和液体中不能传播在两种物质的界面处，波的传播路径会发生偏转（折射）和反射,第四节 地球的内部构造 2）地震波的性质,莫霍洛维奇面（莫霍面）,Andrija Mohorovicic,地壳地幔分界面深度：大洋下平均 7 km大陆下3050 km全球平均 33 km1909年由莫霍洛维奇发现,第四节 地球的内部构造 a、重要的地震波不连续面,古登堡面,Beno Gutenberg,地幔地核分界面深度：2900 km1914年由古登堡发现,第四节 地球的内部构造 a、重要的地震波不连续面,液态外核固态内核分界面,Inge L
21、ehman,深度：5150 km1936年由英格丽曼发现,第四节 地球的内部构造 a、重要的地震波不连续面,地壳,上地幔,下地幔,外核(液态),内核(固态),比例尺,固态的上地幔上部地壳“岩石圈”其下的上地幔有一地震低速带（地表之下60250km），估计岩石呈局部熔融态，称“软流圈”,岩石圈,软流圈,地壳,地壳,上地幔上部（固态）,海洋地壳（洋壳）与大陆地壳（陆壳）的特征,地壳有多厚?,中国的地壳厚度,为何山脉之下地壳较厚？ 地壳均衡原理,漂浮在水中的木块： 出露水面越高者，伸入水下部分越长 （浮力作用）,地壳“漂浮”在地幔之上在高耸的山脉处，地壳向下伸入到地幔之中（“山有根”）,厚度约285
22、0千米占地球体积的82.3%、质量的67.8%“低速带”：始于70125公里深处，向下延伸至约200公里 可能是岩浆生成带 岩石强度较低，可能流动可能主要由橄榄岩(Mg，Fe)2SiO4 组成,占地球体积的16.2%、质量的31.3%外核为液态（S波不能穿过），内核为固态组成：以铁为主，以及少量镍、氢（呈金属态）、硫化物、硅酸盐,铁陨石。多为含少量镍的铁镍合金，有时还可含少量其他金属与矿物。地核的组成与之十分相似。,录像：陨石的形成,密度（克/厘米3),深度（公里）,地球的平均密度(5.5),地幔,外核,外核,内核,地球内部密度随深度的变化,深度（公里）,深度（公里）,地幔,地幔,外核,外核,外核,外核,内核,内核,温度(),压力（百万大气压）,老,新,地球内部温度和压力随深度的变化,老：内外核界面处 3700 500；地心 4000 新：壳幔界面处 4800 ；内外核界面处 6600 ；地心 6900 ,第一章 地球的一般特征,第五节 促进地壳演化的地质作用,第一章 地球的一般特征,第五节 促进地壳演化的地质作用,第一章 地球的一般特征,第五节 促进地壳演化的地质作用,第一章 地球的一般特征,第五节 促进地壳演化的地质作用,第一章 地球的一般特征,第五节 促进地壳演化的地质作用,
