地球内部结构和物质组成的知识

地球内部结构和物质组成的知识
地球内部结构和物质组成的知识

地球内部结构和物质组成的知识
整个地球不是一个均质体,而是具有明显的圈层结构.地球每个圈层的成分、密度、温度等各不相同.在天文学中,研究地球内部结构对于了解地球的运动、起源和演化,探讨其它行星的结构,以至于整个太阳系起源和演化问题,都具有十分重要的意义.
地球圈层分为地球外圈和地球内圈两大部分.地球外圈可进一步划分为四个基本圈层,即大气圈、水圈、生物圈和岩石圈；地球内圈可进一步划分为三个基本圈层,即地幔圈、外核液体圈和固体内核圈.此外在地球外圈和地球内圈之间还存在一个软流圈,它是地球外圈与地球内圈之间的一个过渡圈层,位于地面以下平均深度约150公里处.这样,整个地球总共包括八个圈层,其中岩石圈、软流圈和地球内圈一起构成了所谓的固体地球.对于地球外圈中的大气圈、水圈和生物圈,以及岩石圈的表面,一般用直接观测和测量的方法进行研究.而地球内圈,目前主要用地球物理的方法,例如地震学、重力学和高精度现代空间测地技术观测的反演等进行研究.地球各圈层在分布上有一个显著的特点,即固体地球内部与表面之上的高空基本上是上下平行分布的,而在地球表面附近,各圈层则是相互渗透甚至相互重叠的,其中生物圈表现最为显著,其次是水圈.
大气圈
大气圈是地球外圈中最外部的气体圈层,它包围着海洋和陆地.大气圈没有确切的上界,在2000 ～ 16000 公里高空仍有稀薄的气体和基本粒子.在地下,土壤和某些岩石中也会有少量空气,它们也可认为是大气圈的一个组成部分.地球大气的主要成份为氮、氧、氩、二氧化碳和不到0.04％比例的微量气体.地球大气圈气体的总质量约为5.136×1021克,相当于地球总质量的百万分之0.86.由于地心引力作用,几乎全部的气体集中在离地面100公里的高度范围内,其中75％的大气又集中在地面至10公里高度的对流层范围内.根据大气分布特征,在对流层之上还可分为平流层、中间层、热成层等.
水圈
水圈包括海洋、江河、湖泊、沼泽、冰川和地下水等,它是一个连续但不很规则的圈层.从离地球数万公里的高空看地球,可以看到地球大气圈中水汽形成的白云和覆盖地球大部分的蓝色海洋,它使地球成为一颗"蓝色的行星".地球水圈总质量为1.66×1024克,约为地球总质量的3600分之一,其中海洋水质量约为陆地（包括河流、湖泊和表层岩石孔隙和土壤中）水的35倍.如果整个地球没有固体部分的起伏,那么全球将被深达2600米的水层所均匀覆盖.大气圈和水圈相结合,组成地表的流体系统.
生物圈
由于存在地球大气圈、地球水圈和地表的矿物,在地球上这个合适的温度条件下,形成了适合于生物生存的自然环境.人们通常所说的生物,是指有生命的物体,包括植物、动物和微生物.据估计,现有生存的植物约有40万种,动物约有110多万种,微生物至少有10多万种.据统计,在地质历史上曾生存过的生物约有5－10亿种之多,然而,在地球漫长的演化过程中,绝大部分都已经灭绝了.现存的生物生活在岩石圈的上层部分、大气圈的下层部分和水圈的全部,构成了地球上一个独特的圈层,称为生物圈.生物圈是太阳系所有行星中仅在地球上存在的一个独特圈层.
岩石圈
对于地球岩石圈,除表面形态外,是无法直接观测到的.它主要由地球的地壳和地幔圈中上地幔的顶部组成,从固体地球表面向下穿过地震波在近33公里处所显示的第一个不连续面（莫霍面）,一直延伸到软流圈为止.岩石圈厚度不均一,平均厚度约为100公里.由于岩石圈及其表面形态与现代地球物理学、地球动力学有着密切的关系,因此,岩石圈是现代地球科学中研究得最多、最详细、最彻底的固体地球部分.由于洋底占据了地球表面总面积的2/3之多,而大洋盆地约占海底总面积的45％,其平均水深为4000～5000米,大量发育的海底火山就是分布在大洋盆地中,其周围延伸着广阔的海底丘陵.因此,整个固体地球的主要表面形态可认为是由大洋盆地与大陆台地组成,对它们的研究,构成了与岩石圈构造和地球动力学有直接联系的"全球构造学"理论.
软流圈
在距地球表面以下约100公里的上地幔中,有一个明显的地震波的低速层,这是由古登堡在1926年最早提出的,称之为软流圈,它位于上地幔的上部即B层.在洋底下面,它位于约60公里深度以下；在大陆地区,它位于约120公里深度以下,平均深度约位于60～250公里处.现代观测和研究已经肯定了这个软流圈层的存在.也就是由于这个软流圈的存在,将地球外圈与地球内圈区别开来了.
地幔圈
地震波除了在地面以下约33公里处有一个显著的不连续面（称为莫霍面）之外,在软流圈之下,直至地球内部约2900公里深度的界面处,属于地幔圈.由于地球外核为液态,在地幔中的地震波S波不能穿过此界面在外核中传播.P波曲线在此界面处的速度也急剧减低.这个界面是古登堡在1914年发现的,所以也称为古登堡面,它构成了地幔圈与外核流体圈的分界面.整个地幔圈由上地幔（33～410公里深度的B层,410～1000公里深度的C层,也称过渡带层）、下地幔的D′层（1000～2700公里深度）和下地幔的D〃层（2700～2900公里深度）组成.地球物理的研究表明,D〃层存在强烈的横向不均匀性,其不均匀的程度甚至可以和岩石层相比拟,它不仅是地核热量传送到地幔的热边界层,而且极可能是与地幔有不同化学成分的化学分层.
外核液体圈
地幔圈之下就是所谓的外核液体圈,它位于地面以下约2900公里至5120公里深度.整个外核液体圈基本上可能是由动力学粘度很小的液体构成的,其中2900至4980公里深度称为E层,完全由液体构成.4980公里至5120公里深度层称为F层,它是外核液体圈与固体内核圈之间一个很簿的过渡层.
固体内核圈
地球八个圈层中最靠近地心的就是所谓的固体内核圈了,它位于5120至6371公里地心处,又称为G层.根据对地震波速的探测与研究,证明G层为固体结构.地球内层不是均质的,平均地球密度为5.515克/厘米3,而地球岩石圈的密度仅为2.6～3.0克/厘米3.由此,地球内部的密度必定要大得多,并随深度的增加,密度也出现明显的变化.地球内部的温度随深度而上升.根据最近的估计,在100公里深度处温度为1300°C,300公里处为2000°C,在地幔圈与外核液态圈边界处,约为4000°C,地心处温度为 5500 ～ 6000°C.

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