地球的物理性質和圈層結構第一頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五地球內部的主要物理性質

地球內部的主要物理性質包括密度、彈塑性、粘性、重力、壓力、溫度、磁性能量等。

地球的圈層結構地殼地幔地核第二頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五一、地球的密度和彈性二、地球的重力場三、地球內部的圈層結構和圈層耦合四、地球的磁場五、地球的能量和地震第三頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五一、地球的密度和彈性怎樣確定地球的密度？m=?v=?m質量v體積

用簡潔的詞句，寫出地球密度的確定?

第四頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五密度

計算出地球的質量為5.974×1024t（幾乎六十萬億億噸），地球的平均密度為5.516g/cm3

地表巖石平均密度僅為2.7～2.8g/cm3。可以肯定地球內部物質的密度一定大于地球的平均密度第五頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五密度變化

根據地震波速向下變大的資料，計算固體地球的密度為：地表巖石一般密度為2.6～2.7g/cm３

在地殼下部為2.9g/cm３

在莫霍面以下密度突然變大到3.32g/cm３

地幔密度可由3.32g/cm３逐漸增大到與地球平均密度相當的5.56g/cm３

在古登堡面之下，密度劇增至9.98g/cm３，而在地心則可達12.51g/cm３

第六頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五地球的彈性1849年英國科學家斯托克斯(G.H.Stokes)證實地震時產生出兩種彈性波縱波橫波瑞利波勒夫波第七頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五

第八頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五PwavePreliminary,CompressionSwaveSecondary,Shear第九頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五地震波速度公式：P波快于S波，S波破壞力大于P波“地震報警器”

第十頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五地球的彈性、塑性、粘性彈塑性

地球具有彈性，表現在地球內部能傳播地震波，因為地震波是彈性波。地表的固體巖石在日、月引力的作用下也有交替的漲落現象，其幅度為7—8cm,這種現象稱為固體潮。（彈性證據之一）固體地球具有彈性，也具有塑性和粘性塑性旋轉橢球體（塑性證據之一）粘性完全彈性體的性質？（沒有能量損耗）

第十一頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五二、地球的重力場第十二頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五重力異常，全球正異常，負異常，區域重力異常，重力探礦第十三頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五地球的壓力

指在不同深度處單位面積上的靜壓力（其實應該叫壓強，由上覆地球物質的重量產生的。

來自其周圍各個方向（三維空間）的壓力大致相等，即地球內部壓力基本上保持平衡；

靜壓力

P＝ｈ·ρ·ｇ

即靜壓力（P）等于某一深度（ｈ）、該處上覆物質平均密度（ρ）與平均重力加速度（ｇ）的乘積

第十四頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五地內壓力變化第十五頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五地球內部壓力隨深度加大而增高

地殼的平均密度約2.75g/cm３，深度每增加１km，壓力增加27.5MPa（1MPa＝10６N/m２≈10大氣壓力）

深部隨著巖石密度的加大，靜壓力增加得更快些。靜壓力在莫霍面附近約1200MPa，古登堡面附近約135,200MPa，地心處可達361,700MPa，相當于360萬個大氣壓力

第十六頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五三、地球內部的圈層結構和圈層耦合地球內部各圈層劃分的主要依據：

根據地球密度和地震波速度劃分成三個一級圈層：地殼地幔地核地殼與地幔的分界面為莫霍面地幔與地核的分界面為古登堡面

這兩個面是最主要的地震波傳播速度突然變化的不連續界面。第十七頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五莫霍洛維奇面（簡稱莫霍面）

由克羅地亞學者莫霍洛維奇(A.Mohoroviche,1857-1936)于1909年發現：

在莫霍面上下，縱波速度從7.0km/s迅速增加到8.1km/s左右；橫波速度則從4.2km/s增加到4.4km/s左右．莫霍面出現的深度，全球平均為33km,在大洋之下平均僅為7km。后來，人們就把莫霍面之上稱為地殼，莫霍面之下到古登堡面之間稱為地幔。第十八頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五古登堡面

1914年由美籍德裔學者古登堡（B.Gutenberg,1889-1960）發現的．

在此不連續面上下，縱波速度由13.6km/s突然降低為7.98km/s；橫波速度從7.23km/s到突然消失．此界面位于地下2891km深度。此界面之下到地心，稱為地核

第十九頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五第二十頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五可再細劃分成七個二級圈層：

A地殼

B，C，D地幔

E，F，G地核第二十一頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五地球內部結構CrustMantleCoreA′A"B′C′D′B"C"D"EFG

上地幔下地幔0-3560km400km920km2900km4640km5120km低速帶60-250kmMohoDisc.M.GuteabergDisc.G.一級界面二級界面巖石圈，地殼，軟流圈，相變帶，液態外核第二十二頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五

地殼是莫霍面以上的地球表層，其厚度變化在5-70km之間。平均約為33km，約占地球半徑的1/400，占地球總體積的1.55％，占地球總質量的0.8％。

地殼物質的密度一般為2.6-2.9g/cm３。

地殼為固態巖石所組成，包括沉積巖、巖漿巖和變質巖三大巖類。

這些巖石主要由各類富鋁的硅酸鹽礦物所組成。它們具有架狀、鏈狀或層狀等比較松散的硅酸鹽晶體結構。

第二十三頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五

地幔

是位于莫霍面以下、古登堡面以上的地球中間一個圈層其厚度約2850km，占地球體積的82.3％，質量的67.8％,是地球的主體部分．地震波中的橫波可以穿過整個地幔，應該是由固態的巖石所組成．球粒隕石的密度（３～５g/cm３）、化學成分與地幔相近，主要是由與球粒隕石成分相當的橄欖巖類［（Mg,Fe）2SiO4］所組成的．還含有少量金屬硫化物或氧化物的流體

第二十四頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五地幔內存在兩個物相變化的界線

在400km深處的晶體結構，由上部的橄欖石結構（孤立的島狀四面體結構）轉變為下部較緊密的尖晶石結構（四面體和八面體混合型結構）在670km深處則由尖晶石結構向下轉變為更緊密的鈣鈦礦結構（八面體和立方體混合型結構第二十五頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五

在上地幔內部（即Ｂ層內），還存在一個地震波的低速層，其深度一般在地表之下60km－250km之間。低速層的上下并沒有明顯的界面，地震波速表現為漸變的特征．低速層后來就被命名為軟流圈。軟流圈以上、巖石強度較大的部分（包括地殼和上地幔頂部）稱為巖石圈。

第二十六頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五地球內部結構與地震波速的變化第二十七頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五島狀結構（橄欖石結構）上地幔（Ｂ層，33～400km深）是由具橄欖石結構的鎂鐵硅酸鹽為主所組成

第二十八頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五尖晶石結構地幔過渡層（Ｃ層，400～670km深）由具有尖晶石結構為主所組成的鎂鐵硅酸鹽第二十九頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五鈣鈦礦結構下地幔（Ｄ層，670～2885km深）則由具有鈣鈦礦結構的鎂鐵硅酸鹽為主所組成

第三十頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五第三十一頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五

地幔V=90%M=67.2%⑴軟流圈，低速帶，巖石圈⑵地幔的物質組成：輝橄巖，上幔巖Pyrolite①超深鉆的進展②行星對比③實驗室模擬，高溫高壓下的Vp與平衡第三十二頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五

地核

地球內部古登堡面至地心的部分其體積約為地球的16.2％，質量約占地球的31.3％，地核的密度達9.98～12.5g/cm3

其成分以鐵鎳合金為主．，現在一般認為地核可能還含有10～15％的氫、硫化物，或硅酸鹽

第三十三頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五地核可分為三層：

根據地震波的傳播特點可分為：外核(E層，深度2885～4170km)，根據橫波不能通過，縱波發生衰減的事實推測其為液態過渡層(F層，4170～5155km)，過渡層則為液體—固體的過渡狀態

內核(G層，5155km至地心)，橫波又重新出現，說明其又變為固態

第三十四頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五第三十五頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五

A、架狀結構，硅氧四面體排列成空架狀，為各類長

石的晶體結構；

B、鏈狀結構，硅氧四面體排列成鏈狀，為角閃石與

輝石的晶體結構；

C、層狀結構，硅氧四面體排列成層狀為云母與粘土

礦物的晶體結構；

D、島狀結構，硅氧四面體排列成孤立的島狀，它直

接與周圍的鐵、鎂等離子相連結，為

橄欖石等的晶體結構；

E、尖晶石結構，硅氧組成四面體與八面體混合的結

構，為尖晶石所常見的晶體結構；

F、鈣鈦礦結構，硅氧組成八面體與立方體混合的緊

密結構，為鈣鈦礦所常見的晶體結構；第三十六頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五地殼、地幔、地核之間的圈層耦合圈層耦合：體現在圈層之間的相互作用上物質交換動力反饋第三十七頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五地球系統的自然驅動力

自然驅動力→外動力太陽能↘內動力內部能量內外動力作用示意圖第三十八頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五變質巖巖漿增溫增溫達熔點沉積物沉積巖巖漿巖漿巖降溫作用巖漿地表剝蝕風化搬運火山巖冷卻M火山太陽能輸入RM風化剝蝕搬運沉積噴出增溫壓變質作用構造抬升莫霍面放射能等內能輸入動力地質作用旋回增溫增壓變質壓實沉降重結晶脫水第三十九頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五1.外動力作用風化作用剝蝕搬運沉積第四十頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五第四十一頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五第四十二頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五第四十三頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五第四十四頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五地球內部的物理狀態和化學組成推斷地球內部各圈層物質組成的主要依據：

(1)根據各圈層密度和地震波速度與地表巖石或礦物的有關性質對比進行推測

(2)根據各圈層的壓力、溫度，通過高溫高壓模擬實驗進行推測

(3)根據來自地下深部的物質進行推斷。火山噴發和構造運動有時能把地下深部(如上地幔)的物質帶到地表

(4)與隕石研究的結果進行對比第四十五頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五四、地球的磁場

地磁三要素：磁偏角，磁傾角，磁場強度地磁極西偏半球，東偏半球第四十六頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五

磁法探礦地磁場起源假說Blackett磁極移與磁轉向古地磁（剩余磁性）熱剩磁與沉積剩磁居里點:Fe770oCNi360oC第四十七頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五塔里木盆地顯生宙磁極游移曲線第四十八頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五五、地球的能量和地震內部能量：熱能是地球的主要能量第四十九頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五溫度

變溫層在地表附近，由于太陽幅射熱的影響，溫度有晝夜變化、季節變化和多年周期的變化．這一表層可叫外熱層（或變溫層）。外熱層的深度一般在十幾米，最多不超過幾十米。常溫層

在其下界面附近，地溫常年保持不變，等于或略高于當地年平均氣溫，該處稱為常溫層。增溫層在常溫層以下，地溫開始隨深度增大而逐漸增加，該處稱為增溫層。

第五十頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五塔里木盆地孔深-溫度第五十一頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五中國大中型盆地不同深度溫度對比第五十二頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五地球的能量熱能是地球的主要能量地熱地球從太陽吸收能量，1/3反射，2/3吸收并且轉化為地球演化所需的能源。地球內部的熱能可能是來源于地下放射性元素衰變所釋放的熱。第五十三頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五地熱增溫

常溫層以下，受到地球內部熱量的影響，溫度逐漸升高。一般把在常溫層以下，每向下加深100ｍ所升高的溫度稱為地熱增溫率或地溫梯度世界上不同地區，地溫梯度都不相同，地球表層的平均地溫梯度為３℃．海底的地溫梯度一般為４－８℃，大陸為0.9－５℃．大陸的地溫梯度一般來說是顯著低于海底的．

如果都用上述地表附近的地溫梯度來推算地球深部的溫度,則地殼底部將為900℃,核幔邊界將達86,000℃,到地心將高達192,100℃。

第五十四頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五地球內部溫度比較公認的推算結果在莫霍面附近地溫約為400～900℃

在巖石圈底面約在1200℃左右地幔內的溫度大致在1000～3500℃之間地核的溫度在4000～5000℃之間。不同學者用不同方法所獲實驗結果略有出入，差值在幾百度到上千度之間第五十五頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五高溫高壓實驗第五十六頁，共七十頁，編輯于2023年，星期五第五十七頁，共七十頁，編輯于20