第一章地球与地壳概述.ppt
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1、,主讲:杨 斌 二零一一年,普 通 地 质 学,第一章 地球与地壳概述,第一节 地球的表面特征 第二节 地球的物理性质 第三节 地球的结构 第四节 洋壳、陆壳及地壳均衡现象,普通地质学教学内容简介,绪论 第一章 地球与地壳概述 第二章 矿物 第三章 岩浆作用与岩浆岩 第四章 外力地质作用与沉积岩 第五章 变质作用与变质岩 第六章 地质年代 第七种 构造运动与地质构造 第八章 大地构造理论 第九章 风化作用 第十章 河流地质作用 第十一章 地下水地质作用 第十二章 海洋地质作用 第十三章 冰川地质作用 第十四章 风的地质作用 第十五章 地质灾害,总学时:64; 讲授学时:48; 实验学时:16;
2、 学分:4。,师生交流,由同学们思考和回答的问题: (1)考入中南大学地球科学与信息物理学院,你最想说的一句话或最想问的一个问题是什么? (2)关于地球,你最想说的一句话或最想问的一个问题是什么?,人类如果想一直延续下去,就必须移民火星或其他的星球,而地球迟早会灭亡。至于这个时间期限,霍金预言:两个世纪。霍金说:“人类已经步入越来越危险的时期,我们已经历了多次事关生死的事件。由于人类基因中携带的自私、贪婪的遗传密码,人类对于地球的掠夺日盛,资源正在一点点耗尽,人类不能把所有的鸡蛋都放在一个篮子里,所以,不能将赌注放在一个星球上。”,著名物理学家史蒂芬霍金,第一节 地球的表面特征,一、地球的形状
3、和大小 二、固体地球表面的一般特征 三、大陆表面的形态(陆地地形) 四、海底表面的形态(海底地形),一、地球的形状和大小,地球的外表被一层大气所环绕,透过大气则为大部分被海水所覆盖的固体地球表面。地球表面起伏不平,为便于测量,以平均海水面所形成的封闭曲面为参考面。此参考面称为大地水准面。它是个假想的通过大陆延伸所现成的曲面。地球的形状和大小就是指大地水准面的形状和大小。,45N,赤道,北极,2)北极星在地平线上的高度取决于观察者在北半球的位置。,1) 由于海面是一个曲面,所以通过望远镜看远方的船只时好像有一部分沉在水下。,1. 地球是个球体,一、地球的形状和大小,3)公元1522年,麦哲伦及其
4、伙伴完成绕地球一周以后,才确立了地球为球体的认识。,4)公元前5、6世纪,古希腊哲学家毕达哥拉斯就提出地球是球形的观念,另一位古希腊哲学家 亚里士多德根据月食时月球上的地影是一个圆。 第一次科学的论证了地球是个球体。,上图为每隔八分钟拍摄一次的月全蚀,4) 古埃及地理学家埃拉托西尼兹 (Frastohenes)公元前275-195), 在某一年的夏至正午测得塞恩(今阿斯旺)和亚历山大两地 (相距00公里)的太阳高度,计算地球周长约为39600公里 (实际长度为40076.604公里),其误差仅为12。2000年前的这一成果是多么了不起!,2.地球是个椭球体,)十七世纪末,牛顿(1543-172
5、7)研究了地球自转对地球形态的影响,从理论上推测地球不是一个很圆的球形,而是一个赤道处略为隆起,两极略为扁平的旋转椭球体并计算其扁率为230。,)1672年法国天文学家里舍(JRicher,1630-1696)发现同一时钟在南美圭亚那和欧洲巴黎两地钟摆的周期不同而认为地球是个椭球体。,1924年第二届国际大地测量与地球物理协会决定了一个国际统一的椭球体作为基准椭球体。该基准椭球体的球面是平均海平面和该面扩展到大陆下面构成的一个理论上的连续面-大地水准面,该面是重力等位面,该面处处垂直重力方向,大地水准面(Geoid)是一个不规则、有起伏的物理曲面,它反映了地球形态,接近地球真实形状。,3. 地
6、球是个倒梨形 本世纪50年代后,科学技术发展非常迅速,为大地测量开辟了多种途径,高精度的微波测距,激光测距,特别是人造卫星上天,再加上电子计算机的运用和国际间的合作,使人们可以精确地测量地球的大小和形状了。通过实测,终于得到了确切的数据。测量还发现,北极地区约高出18.9米,南极地区低下去24-30米。所以有人说,地球像一个倒放着的梨。其实地球确切地说,是个三轴椭球体.,地球形状大小的数据,国际大地测量与地球物理联合会1980年公布,从卫星上看,地球仍是很园的,因有水、植被而呈蔚蓝色的星。,二、固体地球表面的一般特征,地球表面高低起伏。71的面积为海域,29的面积为陆地。海洋主要分布在南半球,
7、陆地主要在北半球,而且非洲、南美洲、北美洲、大洋洲、欧洲等大陆的形状均为尖端向南的倒三角形。另外,大西洋东西两岸的海岸线形状十分吻合。 大陆平均海拔高度800m(0.8km),最高8844.43m(8.8km)(珠穆朗玛峰, 2005年10月9日在中国正式宣布)。 大洋底平均深度3700多米(3.7km),最深11033米(11km)(马里亚纳海沟)。,三、大陆表面的形态(陆地地形),按照高程和起伏特征,大陆表面可分为山地、丘陵、平原、高原、盆地、洼地、裂谷系统。,昆仑山,祁连山,山 地,山地:海拔高程500m(高)、相对高差200m(起伏大)的地区。 3500m1000m500m 高山 中山
8、 低山 呈线状延伸的山体叫山脉。如美州西缘安第斯山脉、喜马拉雅山脉。世界上高大的山脉大多是在地壳活动特别强烈的地带。它们可分为两大地带:一为环太平洋两岸地带;另一为略呈东西向横贯亚洲、欧洲南部、非洲北部的地带(地中海沿岸,即阿尔卑斯喜马拉雅带)。上述两带是现今地球上火山和地震活动最强烈的地带。,丘陵:地表起伏不大、山峦林立的低矮地形。一般海拔500m,相对高差几十米(200m)。它介于山地和平原之间。,平原:地势宽广较平坦,四周为山岳,或山地与海洋之间。如华北平原、松辽平原。,低平原海拔200m,华北平原,东北平原; 高平原海拔200600m,成都平原。,高原:海拔600m以上的宽广地区。四周
9、为陡崖。世界上最高的青藏高原,海拔4000米以上。,盆地:四周为高原或山地。中央低平(平原或丘陵)。四川盆地、柴达木盆地。 洼地:高程在海平面以下的低洼区。吐鲁番盆地中的艾丁湖湖水面比海平面低150m,称克鲁泌洼地。,裂谷系统:东非裂谷为一系列峡谷和湖泊组成,位于高原上。(大陆)裂谷是指大陆上巨型线状低洼谷地,这是地壳上被拉张而裂开的地区。,四、海底表面的形态(海底地形),三大单元:大陆边缘、 大洋盆地、 洋中脊 (根据海底地形的基本特征 ),(一)大陆边缘:大陆与大洋连接的边缘地带,占海底总面积的1/5。 1大陆架大陆在水下自然延伸的部分,围绕大陆的浅水海底平原。表面平坦,坡度0.1,水深一
10、般200m以内。浅海、陆棚。 2大陆坡大陆架外缘坡度变陡,平均4.3,最大20,这一斜坡直到深海底,这就是大陆坡。坡脚深度14003200米。 大陆坡常有海底峡谷横切,呈“V“字形,两岸很陡。 3大陆基大陆坡与大洋盆地的过渡地带,坡度缓。 4海沟岛弧系,海沟山弧系。,有些地方大陆基不发育,却发育海沟。称活动型大陆边缘。太平洋北部和西部的阿留申群岛、日本群岛、琉球群岛、菲律宾群岛,无论是这些岛屿本身,还是把它们连接起来,都成弧形,称为岛弧。岛弧靠大洋一侧常发育有长条状的巨型凹地,横剖面类似不对称的“V“字形,深度在6000m以上,称为海沟。海沟与岛弧常平行伴生,构成海沟岛弧系。太平洋西岸特点。
11、太平洋东岸,有海沟,无岛弧,但这时大陆西岸为一海岸山脉,称安弟斯山脉,亦呈弧形,称海沟山弧系。板块消减地带。 活动型大陆边缘,陆架、陆坡不宽,缺失大陆基;稳定型大陆边缘,陆架、陆坡、陆基环绕着大陆。,(二)大洋盆地 海洋主体,占大洋面积一半(45%),水深主要40005000m,也称深海盆地。深海盆地中最平坦的部分称深海平原。 深海平原中可见到范围不大,地形比较突出的孤立高地,称海山。露出水面称海峰。夏威夷群岛为一系列海峰。 海山顶部被海浪削平,位于水下,称海底平顶山。 大洋盆地中较宽阔的隆起区,称海底高地(海底高原)。海底的山脉(长条状隆起区),无地震活动的,称海岭。,(三)洋中脊 洋中脊是
12、位于大洋中间,经常发生地震,正在火山活动的海岭。洋中脊是大洋中央的巨大“山脉“,延伸于四大洋,连绵数万公里。占大洋面积1/3。 大西洋中脊,中央部有一巨大的裂谷,称中央裂谷。陡,宽数十公里,深12km。 太平洋洋隆、中央裂谷不发育。 洋中脊被一系列横向断裂错开。转换断层。 板块构造基本概念。,洋脊高24KM,宽10004000 KM,垂直于洋脊延伸方向,被一系列横向断裂错开。,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,大陆边缘类型,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
13、陆 边缘海 岛弧 海沟 洋盆,介绍一位地质学家李四光,李四光,古生物学家、地层学家、大地构造学家、第四纪冰川学家、地质学家。1919年和1927年分别获英国伯明翰大学硕士和博士学位。曾留学日本和英国。早年加入同盟会,参加辛亥革命。曾任北京大学地质系教授、中央研究院地质研究所所长。1949年10月19日,尚是漂泊国外之时,他已被任命为中国科学院副院长。,他长期担任着政府地质部部长和中国科学技术协会主席。他是中国地质学的先驱之一,创立了地质力学,并为中国石油工业的发展作出了重要贡献。1955年选聘为中国科学院院士(学部委员)。,李四光(1889-1971),蒙古族,字仲拱,原名李仲揆,1889年1
14、0月26日出生于湖北省黄冈县一个贫寒人家。他自幼就读于其父李卓侯执教的私塾,14岁那年告别父母,独自一人来到武昌报考高等小学堂。在填写报名单时,他误将姓名栏当成年龄栏,写下了“十四”两个字,随即灵机一动将“十”改成“李”,后面又加了个“光”字,从此便以“李四光”传名于世。,1904年,李四光因学习成绩优异被选派到日本留学。他在日本接受了带有汉民族主义的反满革命思想影响,成为孙中山领导的同盟会中年龄最小的会员,以“驱逐鞑虏、恢复中华”为己任。孙中山赞赏李四光的志向:“你年纪这样小就要革命,很好,有志气。”还送给他八个字:“努力向学,蔚为国用。”,湖北黄冈人物,李时珍(1518-1593):字东壁
15、,明代著名医药学家。 毕升:北宋活字印刷伟大发明家,发明了中国四大发明之一的印刷术。 革命家:陈潭秋 ,董必武 ,李先念 ,林彪 ,闻一多 ,王树声 ,秦基伟 ,韩先楚 ,陈锡联 等。 彭桓武:1915年生,物理学家,中国科学院院士,两弹一星元勋。 熊十力:1885年生,著名哲学家,北京大学教授,中国现代新儒家的早期代表。,第二节 地球的物理性质,一、密度和压力 二、重力 三、地磁 四、地电 五、放射性 六、地热 七、弹塑性,根据万有引力定律可计算出地球质量为5.9761027g,地球的平均密度为5.52g/cm3。 地壳的平均密度为 2.8g/cm3,这个数值比地球的平均密度小,因此可以推断
16、地球内部的密度应有明显的增加。 地球内部的压力主要是静压力,是由上覆地球物质的重量所产生的压力。Ph=hdhgh dh该深度以上平均密度,gh该深度以上平均加速度。 10km处压力为3000atm,地心350万atm;深度越大,压力越大。,(一)地球的密度和压力,地球内部密度随深 度的变化曲线图,二、重力,地面重力的变化随纬度增加而增加,随海拔高度增加而减少。两极重力最大。因为:地面重力为地面某处所受地心引力和该处地球自转离心力的合力。地心引力与物体的质量成正比,而与地心距离的平方成反比,赤道半径最大,故赤道地心引力最小,两极最大。 离心力与该处自转线速度的平方成正比,因此,赤道离心力最大。合
17、力赤道重力最小。赤道重1000g的物体拿到两极就重1005g。 离心力比地心引力小得多,赤道最大也只有地心引力的1/289,假若,地球自转速度比现在快17倍,赤道离心力增大1717,即289倍,与地心引力相等,物体就无重量了。可以把地心引力近似当作重力。,把地球作为一个均匀球体,以海平面为基准计算出来的各地重力值,称理论值,但实际各地测定的重力值不同于理论值,这种现象称重力异常。实测值大于理论值,称正异常,反之负异常。 地表的理论重力值应该只与地理纬度有关。但实际上,不仅地球的地面起伏甚大,内部的物质密度分布也极不均匀,在结构上还存在着显著差异。这些都使得:实测的重力值与理论值之间有明显的偏离
18、,在地学上称之为重力异常。 根据重力异常范围大小分为区域重力异常、局部重力异常。前者范围大,可据以了解地球内部结构;后者范围小,可用以探矿。在进行小面积重力测量时,常常以区域重力异常值作为标准值(背景值)。,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,地球物理勘探中的重力勘探方法,就是利用这一原理,通过发现各地的局部重力异常来进行找矿和勘查地下地质构造的。,重力正异常,重力负异常,在埋有密度较小物质如石油、煤、盐等非金属矿产及沉积岩、酸性岩等的地区显示负异常
19、。,在埋有密度较大物质如Fe,Cu,Pb,Zn等金属矿产以及基性岩等的地区,显示正异常。,地球是一个球形磁铁,磁力线在地球周围分布,形成一个偶极地磁场。地磁场的南北两极与地理南北两极不重合,相距甚远,地磁极位置也在不断变化。 1970年磁北极位于76N和101W,磁南极位于66S和140E。 地磁极的迁移可能是地内深部物质运动引起的。,三、地磁,长期观测证实,地磁极围绕地理极附近进行着缓慢的迁移。,地磁场:地球周围存在的磁场 地磁场三要素: ()磁场(磁感应)强度 ()磁偏角 ()磁倾角,()磁场(磁感应)强度,使磁针偏和倾的磁力大小的绝对值叫磁场强度; 是一个具有方向(磁力线方向)和大小的矢
20、量; 在磁两极附近磁感应强度大(约为60T(微特拉斯);在磁赤道附近最小(约为30T )。,由于地磁极与地理极不相吻合,从而地磁轴与地理轴(地球自转轴)不相重合,两者交角目前约11.5。因此,地磁子午线与地理子午线(经线)之间也就有交角,这个交角叫磁偏角。 罗盘指针是地磁南北,指北针偏在经线东边叫做东偏角,符号为正,偏在经线西边叫西偏角,符号为负。用罗盘测方向时应加以校正才能得到地理方向。 如南京西偏4(4),正北罗盘刻度盘读数应是356。 磁针的空间位置与水平面之间夹角叫磁倾角。磁针与磁力线重合,赤道水平,两极直立。我国地处北半球,南翘北倾,故南针绕有铜丝。,地球磁场产生的原因一般认为:在地
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