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认识地球
发布者:四川省冶金地质勘查局  作者:  发布时间:2014-10-27  浏览量:29398次

一、我们的家园-地球

    我们居住的地球从宇宙角度看,只不过是太阳系中的一颗小行星,它的体积和质量远比太阳小得多,分别只有太阳的1/130万和1/33万,比水星、金星、火星要大,比冥王星大得多,而比木星、土星、天王星、海王星要小得多。

    地球距太阳的平均距离为1.5亿千米,比水星、金星远一些,但比火星、木星进一些,比海王星、冥王星要近30-39倍。

    地球是环绕太阳公转的行星,当人们乘宇宙飞船到达月球上或更远的宇宙空间时,可以看到它环绕太阳转动,而又不停地绕自己的轴在旋转,人类经历的昼夜变化,就是其自西向东自转23.9小时的结果。

二、地球的圈层结构

地球是具有圈层结构的行星(图4、图表5、图6),地球的半径是6300多千米(赤道半径6378.14千米,极半径6356.6千米),就人类目前的技术水平,探测地球内部结构的钻井深度远不足20千米,地球内部的高温高压是钻井的最大难度。通过采样方式了解地球内部,在可以预见的将来几乎是不可能的;人类对地球内部结构的认识,主要通过物理学、化学、数学等基础科学,以及地质学、地球物理学、地球化学、宇宙起源学等派生科学。

    地球由外向内由地壳、地幔和地核三个部分构成。地表的地壳非常坚硬,主要由岩石构成;中间为高温高压,具有流动性的地幔,地幔以下到地球中心部分为高压状态下以铁、镍成分为主的地核。人类脚下的土地就是地表的一部分;而火山喷发的炽热岩浆有利于人类了解地幔的情况,地球深部的地核,我们目前还无法直观地看到。

(一)地球的内部圈层

地球内部结构的研究主要来自地震波的研究。当地震发生时,地下岩石受到强烈冲击,产生弹性震动,并以波的形式向四周传播,这种弹性波叫地震波。地震波有纵波(P波)和横波(S波)之分。纵波传播速度较快,可通过固体、液体和气体传播;横波的传播速度较慢,只能通过固体传播。

1、由于地震波在不同的介质中传播的速度不同,地震波在经过不同介质的界面时会发生反射和折射现象,科学家利用地震波的上述性质,通过对地震波的精确测量,“透视”了地球内部的结构。

2、从地球内部地震波曲线图上可以看出,地震波在一定深度发生突然变化,这种速度发生突然变化的面,叫做不连续面。地球内部有两个不连续面。一个在地面下平均35千米处(指大陆部分),在这个不连续面以下,纵波和横波传播速度都明显增加。这个不连续面是奥地利地震学家莫霍洛维奇首先发现的,所以叫莫霍面。另一个在地下2900千米深处,纵波传播速度突然下降,横波则完全消失。这个不连续面是德国地震学家古登堡最早研究的,所以叫古登堡面。

4、以莫霍界面和古登堡界面为界,可以将地球内部划分为地壳、地幔和地核三个圈层。

   ⑴ 地壳是地球表面以下、莫霍面以上的固体外壳,也是人类生存和从事各种生产活动的场所,是一种固态土层和岩石,称为岩石圈层。地壳由90多种元素组成,它们多以化合物的形态存在。氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁8种元素的质量占地壳总质量的98.04%。其中氧几乎占1/2,硅占1/4。硅酸盐类矿物在地壳中分布最广。地壳岩石圈层蕴藏着极丰富的矿床资源,已探明的矿物达2000多种。

    地壳是由多组断裂的、很多大小不等的块体组成的,它的外部呈现出高低起伏的形态,地壳厚度并不均匀,其变化是有规律的,其规律是:地球大范围固体表面的海拔越高,地壳越厚;海拔越低,地壳越薄。大陆下的地壳平均厚度约35公里,我国青藏高原的地壳厚度达65公里以上;海洋下的地壳厚度仅约5~10公里;整个地壳的平均厚度约17公里,这与地球平均半径6378公里相比,仅是薄薄的一层。

   地壳分为上下两部分,各部分的物质结构不同;地壳上层为花岗岩层,主要由硅-铝氧化物构成;下层为玄武岩层(岩浆岩),主要由硅-镁氧化物构成。理论上认为:地壳内的温度和压力随深度增加,每深入100米温度升高1℃。近年的钻探结果表明,在深达3公里以上时,每深入100米温度升高2.5℃,到11公里深处温度已达200℃。

    目前所知地壳岩石的年龄绝大多数小于20多亿年,即使是最古老的石头--丹麦格陵兰的岩石也只有39亿年;而天文学家考证地球大约已有46亿年的历史,说明地球壳层的岩石并非地球的原始壳层,是后来由地球内部的物质通过火山活动和造山活动改造构成的。

⑵地幔主要由致密的造岩物质构成,这是地球内部体积最大、质量最大的一层,厚度约2865公里,占地球总体积83.3%;温度高达1000℃~2000℃,内部压力9000~38.2万个大气压。地幔又可分成上地幔和下地幔两层,一般认为上地幔顶部存在一个软流层(一般认为可能是岩浆的主要发源地之一),推测是由于放射元素大量集中,蜕变放热,将岩石熔融后造成的,可能是岩浆的发源地。软流层以上的地幔部分和地壳共同组成了岩石圈。下地幔温度、压力和密度均增大,物质呈可塑性固态。地壳和地幔主要由硅酸盐岩石物质组成,地幔上层物质具有固态特征,主要由铁、镁的硅酸盐类矿物组成,由上而下,铁、镁的含量逐渐增加。

⑶地核:地幔下面是地核,地核的平均厚度约3400公里。地核还可分为外地核、过渡层和内地核三层,外地核厚度约2080公里,物质大致成液态,可流动;过渡层的厚度约140公里;内地核是一个半径为1250公里的球心,物质大概是固态的,主要由铁、镍等金属元素构成。地核的温度和压力都很高,估计温度在5000℃以上,压力达1.32亿千帕以上,密度为每立方厘米13克

    美国一些科学家用实验方法推算出地幔与核交界处的温度为3500℃以上,外核与内核交界处温度为6300℃,核心温度约6600℃。

横波不能在外核中传播,表明了外核的物质在高温和高压环境下呈液态或熔融状态。它们相对于地壳的“流动”,可能是地球磁场产生的主要原因。一般认为地球内核呈固态。人类对于地球内部秘密的探索还在继续。根据探索出来的新规律,在上述三个圈层中还将分出更多的地球内部层次。

(二)地球的外部圈层

地球的外部圈层包括大气圈、水圈、生物圈等,这些圈层之间相互联系、相互制约,形成人类赖以生存和发展的自然环境。

,地壳内部在不停地变化,由此而产生力的作用,使地壳岩层变形、断裂、错动,于是便发生地震。超级地震指的是指震波极其强烈的大地震。但其发生占总地震7%~21%,破坏程度是原******的数倍,所以超级地震影响十分广泛,也是十分具破坏力。

(三)地震

    地震一般发生在地壳之中,是地球内部介质局部发生急剧的破裂,产生的震波,从而在一定范围内引起地面振动的现象。地震(earthquake)就是地球表层的快速振动,在古代又称为地动。它就象刮风、下雨、闪电、一样,是地球上经常发生的一种自然现象。大地振动是地震最直观、最普遍的表现。在海底或滨海地区发生的强烈地震,能引起巨大的波浪,称为海啸。地震是极其频繁的,全球每年发生地震约500万次。

    今天探测器可以遨游太阳系外层空间,但对人类脚下的地球内部却鞭长莫及。目前世界上最深的钻孔也不过12公里,连地壳都没有穿透。科学家只能通过研究地震波、地磁波和火山爆发来提示地球内部的秘密。

 

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