第一章 地球概述.ppt

1,第一章 地 球 概 述,2,3,4,5,第一节 地球的表面特征,一、地球的大小和形状 二、地球表面的形态特征,6,一、地球的大小和形状,1975年16届国际大地测量和地球物理协会公布了修订的地球参数如下： 赤道半径(a) 6378.140km 两极半径(c) 6356.755km 平均半径(R) 6371.004km 表面积(4R2) 510070100km2 体积(4/3R3) 1083157900000km3,7,8,地球的外形是内部特征的反映： 第一、地球接近旋转椭球体，说明地球具有一定的塑性，是地球自转离心力作用的结果。 第二、地球的实际外形与旋转椭球体并不完全重合，说明地球内部物质是不均匀的。,9,二、地球表面的形态特征,10,地质学基础,11,(一)大陆地表的形态,1.山地 海拔高度在500m以上，地形起伏高差在200m以上的地区叫山地。呈线状延伸的山地叫山脉，在成因上相联系的若干相邻的山脉总称山系。,12,13,2.丘陵 大陆地表海拔高程在500m以下，切割深度不超过200m的起伏地形。如川中丘陵、东南沿海丘陵。 3.平原 面积广阔、地势平坦或略有起伏、海拔高程在600m以下的地区。如华北平原、松辽平原、长江中下游平原。,14,4.高原 海拔在600m以上，相对面积较大，地势较为平坦或有一定起伏的地区。高原边缘常是崖壁或地形的突降。如青藏高原、云贵高原。 5.盆地 四周是山地或高原、中央相对凹下且较平坦的地形。如四川盆地、塔里木盆地。 6.洼地 大陆内部高程在海平面以下的地区称为洼地。新疆吐鲁番盆地的克鲁沁地区低于海平面155m。,15,7.裂谷 是大陆上的一些规模宏伟的线状低洼谷地，延伸可达数千公里，宽仅数十公里，两壁为断崖。如东非大裂谷,为一系列峡谷和湖泊组成，全长6500多公里。,16,(二)海底地表的形态,17,18,1.洋脊 贯穿洋盆，线状延伸几千公里的海底山脉，顶部有中央裂谷的称洋脊或洋中脊；顶部无明显中央裂谷的称为洋隆。 2.大洋盆地 海沟与海底山脉之间宽阔而又平坦的大洋底，占海洋面积的43.5%，水深一般为40005000m，平均水深3700m。洋盆中表面极为平坦的部分称为深海平原。连绵起伏的小山丘叫深海丘陵，多为馒头状或覆盆状，相对高度仅数十至数百米。,19,3.海山 是洋底上孤立的隆起地形，高度大于1000m，多呈圆锥状，边坡较陡。顶部平坦，隐没于水下的叫平顶海山。海山顶端露出水面，则成为岛屿。 4.岛弧与海沟 岛弧是呈弧形延伸很长的火山列岛，常发育于大陆架的边缘。岛弧靠大洋一侧常发育长条形的巨型深海凹槽，叫海沟，海沟很窄，宽度一般小于100km，但延伸可达数千公里。一边坡度陡，一边坡度缓。 岛弧与海沟平行伴生构成一个统一体，合称岛弧-海沟系。,20,5、大陆基 是大陆坡外缘与大洋盆地之间的缓倾斜地区，坡度仅5´ 35´，由浊流和滑塌作用所带来的物质堆积而成。地球物理资料表明有的大陆基下面过去曾经是海沟。而现代海沟发育的太平洋型大陆边缘缺乏这一地形单元。 6.大陆边缘 是大陆和大洋盆地之间被海水淹没的连接地带，包括：大陆架和大陆坡。,21,(1)大陆架 是紧靠大陆分布的浅水台地，是大陆在水下的自然延伸部分。表面平坦，坡度一般小于0.1°，平均水深133m，最深可达500m，平均宽度75km ，一般是指水深在200m以内的水域。 (2)大陆坡 是在大陆架外缘转向深海海底、坡度较大的地带。平均坡度为4.3°，最大可达20°，平均宽度只有28km，坡脚深度为14003200m。,22,第二节 地球的主要物理性质,一、地球的密度和压力 二、重力 三、地磁 四、地电 五、放射性 六、地热 七、弹塑性,23,一、地球的密度和压力,（一）密度及其变化,地球的质量是5.976×1027g，地球的平均密度为5.52g/cm3。地表岩石的平均密度为2.72.8g/cm3 ，由此推测，地球内部的物质应具有更大的密度。 地球的密度随深度的增加而增大，但增长不均匀，在大约400、650、900、2885、4640km深度处变化较明显，其中以2885km处变化最大。到地心可达13g/cm3。,24,（二）压力及其变化,地球内部的压力主要是指静压力。它是随深度的增加而增大，在地表以下11km处的压力约为1000MPa，33km处为1200MPa，在2885km处为132500MPa，地心处估计高达360000MPa。,25,二、重力,地球表面某点的重力是该点所受地心引力和地球自转产生的惯性离心力的合力。 重力在此点就是加速度，单位是厘米每秒平方（cm/s2 ）。 其表现就是物体有了重量。重量等于物体质量与物体所在位置的加速度的乘积。,26,地表的重力随纬度的增高而增大。而且，重力随处而异。原因有三： 第一、赤道半径大于两极半径； 第二、不同纬度自转角速度不同，赤道离心加速度最大，是引力加速度的1/289，在两极离心加速度为零； 第三、组成地壳的物质密度分布不均。 若不考虑最后一种因素，地球表面任何一点的重力值可根据上述理论求出，此值称正常重力值。任何一点的观测值与正常重力值的差叫重力异常。,27,引起重力异常的原因主要是组成地壳的物质密度不均。物探中的重力勘探就是利用这个原理，通过寻找地壳中局部重力异常区的方法来找矿，并可帮助查明地下的地质构造及矿藏。 在地下由密度较大的物质，如铁、铜、铅、锌等金属矿床，常显示正异常。由密度较小的物质，如石油、煤、盐等非金属矿床，常显示负异常。,28,三、地磁,地球是一个磁化的球体，具有两个地磁极，在它的周围空间都存在着磁场，叫做地磁场。 地磁场的南北两极和地理两极并不一致，两者相差1280km，地磁轴和地球自转轴有11.5°交角。 有无数条磁子午线通过南北地磁极，地磁子午线与地理子午线的夹角叫磁偏角；指北针偏在地理子午线东边者叫东偏角，用“+”表示；指北针偏在地理子午线西边者叫西偏角，用“-”表示。,29,30,地磁磁力线在赤道地区是水平的，在两极地区则是直立的；其它任何地区，地磁力线与水平面之间都有一定的夹角，这个夹角就是磁倾角。以指北针为准，下倾者为正(北半球)，上仰者为负(南半球)。 在地磁场内，某一地点磁力的大小，叫地磁强度。 磁偏角、磁倾角和地磁强度是三个重要的地磁要素。,31,把地磁场看成是一个均匀的磁化球体产生的磁场，这种磁场叫基本磁场。 地磁场还包含着两种：变化磁场和磁异常。 实际观测到的地磁场与正常磁场不一致，称为磁异常。实际磁场大于正常磁场者叫正磁异常，实际磁场小于正常磁场者叫负磁异常。 利用磁异常来探测地下矿产和地质构造的方法叫做磁法勘探。在有磁铁矿、镍矿、超基性岩体的地区，显示较强的正磁异常；在金、铜、盐、石油、石灰岩等地区一般显示负磁异常。,32,地球磁性不稳定，有三种变化： 1、磁场强度变化：每天约有数十伽玛变动，以及突发性的磁暴； 2、地磁极的移动：南北地磁极在缓慢地移动，以磁北极为例：1600年位于78°42´N，59°00´W；1700年75°51´N，68°48´W；1980年78°12´N，102°54´W； 3、地磁极极性的变化：磁北极在地质历史中曾经多次变为磁南极。,33,四、地电,地球具有电性，可以导电。高层大气电离对地面产生感应电流，地球内部岩体可产生温差电流，地磁场的感应电流。 地球内部的电性主要与地内物质的磁导率和电导率有关。磁导率一般变化不大；但电导率变化较大，与温度、岩石的类型、矿物成分、岩石中的孔隙度、孔隙水的含量及其矿化度等因素有关。 如硫化物矿体可产生自发电流，矿体下部为正电极，上部为负电极，地面电流流向矿体，在矿体附近电位下降，形成负电中心；石墨也产生负电位，无烟煤则产生正电位。这样利用不同地下物质的地电特征可探明一些矿体及其位置，这种方法叫做电法勘探。,34,五、放射性,是放射性元素在不稳定原子核衰变为稳定的原子核的过程中发出射线、释放能量的现象。,表：岩石放射性元素的含量 （单位：百万分之一）,可以用专门仪器来寻找地壳中局部放射性强度较高的地区，即放射性异常区，进而寻找含放射性元素及与放射性元素有关的矿床，这种找矿方法就是放射性勘探。,35,六、地热,根据地内温度的分布状况和地热来源，可分为外热层、常温层和内热层： 1.外热层：是固体地球最外表的一个温度层，一般陆地深度为1020m，内陆和沙漠地区可达3040m。该层的热量来自太阳的辐射，因组成地表的岩石和土层导热率小，温度向下逐渐降低的。 2.常温层：外热层下界一带，是一个厚度不大的层带，温度大致保持在当地的年平均温度。常温层一般在中纬度地区的深度大于赤道和两极地区，内陆地区的深度大于海滨地区。,36,3.内热层：在常温层以下，热量由地球内部提供。该层温度随深度的加深而逐渐有规律地增高，即每下降一定深度便增高一定温度，地温增量有两种表示方法： (1)地温梯度：深度每增加100m所增加的温度数值，用表示。 (2)地温深度：即温度每升高1所增加的深度，用m表示。 上述两种表示数值互为倒数，如地温梯度为5，则地温深度为20m。常用地温梯度来表示。,37,七、弹塑性,固体地球在一定条件下表现为塑性。,褶皱,38,地球还具有弹性，表现在以下两个方面： 固体地球和海水一样，在日月引力作用下会产生潮汐现象，这种潮汐叫固体潮； 地球能传播地震波。这些现象都说明地球具有弹性。 可以通过测定人工地震产生的地震波在地下的传播速度的变化情况，探测地下不同物质的分界面，可了解地下深处的地质构造和矿产，还可用来研究地球的内部结构，这就是物探工作中最常用的地震勘探法。,39,第三节 地球的结构,一、地球外圈及其主要特征 二、地球内圈及其主要特征,40,41,一、地球外圈及其主要特征,在地球石质表面以上，充满了大气、水和生物，自然地分别形成了大气圈、水圈和生物圈。 (一)大气圈（atmosphere） 物质成分：氮、氧、氩、其它气体、固体尘埃、水分 大气圈的分层：对流层、平流层、中间层、暖层、散逸层,42,43,（二）水圈（hydrosphere）,44,水圈是地球表层的水体，是一个连续而又不规则的圈层，具有以下特点： 构成：海水、大陆水体（河流、湖泊、沼泽、冰川、地下水）、大气和生物中的水。 水体循环：水体互相转换，总量不变。,Hydrologic Cycle,45,各种水体的替换时间表,46,水体循环作用产生了三个重要结果： 1、源源不断地制造淡水供给陆地； 2、净化了空气和大自然； 3、地面流水冲蚀地表，通过河流将陆地表面的松散泥沙及溶解物质送入海洋。,47,(三)生物圈(biosphere),在大气圈、水圈和岩石圈的界面上下，分布着千万余种生物，它们相互依存和制约，构成一个形态特殊的圈层生物圈。 总质量：约为114800亿t； 分布范围：可达10km的高空，深可到地表以下3km深处和深海底部； 构成：原核生物、原生生物、真菌类、植物、动物。,48,二、地球内圈及其主要特征,(一)如何确定地球内部结构 地球具有弹性，地震波可以在地球内部传播并穿越地球，在传播途中遇到不同的界面会发生折射和反射，同时改变波速，来了解地球的内部情况。 地震时产生出两种弹性波，一种是质点振动方向与传播方向一致的纵波，另一种是质点振动方向与传播方向相垂直的横波。纵波的速度快，总是领先，又称P波；横波滞后，又称S波。P波与S波都是在物体内部传播的，因此都叫体波。,49,50,（二）不连续界面 根据地震波在地球内部的传播速度及其变化情况，发现有7个显著的地震波速不连续界面，其中有2个最明显、最重要的地震波速变化的界面。 莫霍面:地震波穿越莫霍面时，波速突然增大，纵波由67km/s突增至8.0km/s。该界面是前南斯拉夫地震学家莫霍洛维奇于1909年发现的，是地壳和地幔的分界面，其深度在大陆上平均为33km左右，在大洋底则为1112km。,51,古登堡面:是美国地球物理学家古登堡于1914年提出来的，其深度为2898km，地震波穿越该面时，波速突然降低，其中纵波速度由13.3km/s突降为8.1km/s；横波速度则降为零，表明不能穿越，据此可以判断古登堡面以下的地核的部分物质是液态的，是地幔和地核的分界面。 除莫霍面和古登堡面外，地球内部还有一些次一级的地震界面，它们是进一步划分二级或三级圈层的依据。,52,地质学基础,53,54,1.地壳(crust) 是固体地球内圈最外的一个圈层，由各种岩石组成。下界为莫霍面。 地壳的厚度在各地是不均匀的，在大陆区的平均厚度为33km，最厚可达7080km；在大洋区则较薄，一般为49km，平均为6km。整个地壳的平均厚度为16km，为地球半径的1/400，体积为地球体积的0.77，质量占地球质量的0.39。,(三）地球内部圈层的特征,55,地壳的厚度,56,57,地壳分为上、下两层: 上地壳：即A层，平均岩石成分、平均密度(2.65g/cm3)、波速(纵波速度为5.66.0km/s)都与以硅、铝为主的花岗质岩石一致，将此层称为花岗岩质层或硅铝层； 下地壳：即A”层，平均岩石成分、平均密度(2.9g/cm3)、波速(纵波速度为6.67.6km/s)都与洋底所见的，由硅、镁、铝为主的玄武岩相当，又将此层称为玄武岩质层或硅镁层。,58,大陆地区的地壳叫大陆地壳，简称陆壳，由硅铝层和硅镁层两层组成，具双层结构；大洋地区的地壳叫大洋地壳，简称洋壳，仅由硅镁层组成。,59,大陆地壳和大洋地壳对比表,60,2.地幔(mantle),位于莫霍面以下，古登堡面之上；介于地壳和地核之间的一个圈层，又叫中间层，即B、C、D层。 厚度约2860km，占地球半径的44，体积为地球的83.3，质量为地球的67.8，平均密度约4.5g/cm3。,61,地震波速在984km深度上突然增大，以此为界，将地幔分为上地幔(B、C层)和下地幔(D层)。 上地幔：密度在3.3g/cm3以上，平均为3.5g/cm3。据分析，该层物质成分基本上相当于含铁、镁很高的超基性岩。 下地幔：密度平均为5.1g/cm3。物质成分与上地幔的基本相似，因压力增大，形成了一些晶体结构更紧密的高密度矿物，因此，下地幔是由超基性岩的超高压相矿物组成。,62,3.岩石圈和软流圈 软流圈：在60400km范围内，地震波穿越速度下降，横波在此带的部分地段不能通过，说明该带的物质可能局部呈熔融状态，整体呈塑性状态。超过400km界线，波速又逐渐上升，恢复“正常”，称该地震波速降低的低速带为软流圈。 岩石圈：把软流圈上的由固体岩石组成的上地幔的一部分和地壳合称为岩石圈。是地球的一个刚性外壳，“浮”在具塑性状态的软流圈之上。大陆区岩石圈包括硅铝层、硅镁层和超基性岩层，大洋区岩石圈只有硅镁层和超基性岩层。,63,64,4.地核(core),是古登堡面以下直到地心的地球中心球状体。半径约3473km，它占地球总体积的16.3，总质量的32。 根据与陨石资料的对比，一般认为地核的成分相当于铁陨石，即含铁量80，含镍量为5 20。,65,根据地震波速度的变化情况，以4640km和5155km两个深度为界，将地核分为外核、过渡层和内核三个次级圈层。 外核：厚度1742km，平均密度10.5g/cm3，纵波波速在此急剧降低，且横波不能通过，证明外核是由液态物质组成。 过渡层：厚度为515km，这一层波速变化复杂，并已测到速度不大的横波，可能是由液态向固态物质转变的一个过渡圈层。 内核：厚度为1216km，平均密度13.0g/cm3。纵波和横波都能穿过，所测到的横波是由纵波转化而来。内核是由固态物质组成的。,66,第四节 地壳的物质组成,一、地壳的化学成分 二、矿物 三、岩石,67,一、地壳的化学成分,地壳和其它物体一样，其基本组成是各种元素。 从19世纪以来，许多学者从世界各地采集了具代表性的岩石标本进行定量分析，确定各元素在地壳中的含量。美国人克拉克(FWClark)在大量工作基础上最早提出了地壳中各类元素分布的百分含量表，后来为纪念他，国际上将某种元素在地壳中分布的重量百分比叫做克拉克值。,68,地壳中主要元素的克拉克值,地壳中的各种元素分布极不均匀，相差很悬殊。 元素的克拉克值并不能完全反映它在地壳中局部地方的富集情况。 地壳中的元素少数以自然元素产出，许多是以化合物的形式存在，尤以氧化物最为常见，其中又以硅和铝的氧化物分布最广。,69,二、矿物,矿物是在地质作用下形成的自然元素的单质或化合物，它是地壳中岩石的基本组成成分。 少数矿物是由一种元素组成的单质外，大多数都是由两种或两种以上的元素按一定比例组成的化合物； 绝大多数矿物都为固态，仅少数的几种矿物为液态或气态。 矿物都有一定的物理性质和化学性质。,70,已发现的矿物种类达3000多种，但构成岩石的主要矿物仅有二、三十种，把这些种类不多、又大量出现并构成岩石的主要矿物叫做造岩矿物。以硅酸盐矿物为主，多为非金属矿物，约占地壳总重量的90以上。 对那些种类繁多，数量不多，在一定地质作用下能聚集成矿床的矿物，称为有用矿物，有用矿物多为金属矿物。,71,三、岩石,岩石是矿物的天然集合体，是地壳的直接组成成分。 有些岩石是由一种造岩矿物组成，但大多数岩石都由两种或两种以上的矿物组成。 地壳中的岩石类型较多，按其成因可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。在地表，沉积岩的覆盖面积占总面积的75，岩浆岩和变质岩占25。就整个地壳来看，沉积岩仅占地壳总体积的5，岩浆岩和变质岩却占了95。,72,73,本章小结,地球的形状和大小：平均半径和表面积； 地球表面形态特征：海洋（洋脊、海岭、大洋盆地、海山、岛弧、海沟、大陆基、大陆边缘“大陆架、大陆坡”），大陆（山地、丘陵、平原、高原、盆地、大陆裂谷）； 地球的物理特征：密度、压力、重力、地磁场、地电、放射性、地热（分层性、地温梯度、地温深度）、弹塑性； 地球外部圈层及其特征（大气圈、生物圈、水圈）； 地球内圈及其主要特征（地壳、地幔、地核、岩石圈、软流圈）； 地壳的物质组成：化学成分（克拉克值）、矿物（造岩矿物）、岩石。,74,复习思考题,1、地球的形态是什么样？地球的平均半径是多少？ 2、地球表面海陆分布有何特点？大陆和海洋各有哪些主要地形单元及特点？ 3、地球的物理性质有哪些？如何利用其为人类服务？ 4、地球的外部圈层有哪些？它们有何特点？它们之间有何关系？ 5、根据哪两个界面来进行地球内部圈层的划分？所划分的各圈层有何特点？ 6、根据什么来判断地球内部物质的存在状态？ 7、地壳中克拉克值最高的前10种元素是哪些？ 8、矿物和岩石有何区别？,75,The end of this chapter！,