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地球圈層
由地球外圈和內圈組成的結構
基本信息
| 中文名 | 地球圈層 |
| 外文名 | earthsphere |
| 類(lèi)型 | 地理術(shù)語(yǔ) |
| 組成 | 地球外圈和地球內圈 |
| 地球外圈 | |
| 劃分依據 | 通過(guò)地震波的記錄間接地獲得 |
| 地球內圈 | 地殼、地幔和地核 |
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術(shù)語(yǔ)解釋
簡(jiǎn)介
地球圈層分為地球外圈和地球內圈兩大部分。地球外圈可進(jìn)一步劃分為三個(gè)基本圈層，即巖石圈、水圈、大氣圈；地球內圈可進(jìn)一步劃分為三個(gè)基本圈層，即地殼、地幔和地核。此外在地球外圈和地球內圈之間還存在一個(gè)軟流圈，它是地球外圈與地球內圈之間的一個(gè)過(guò)渡圈層，位于地面以下平均深度約150公里處。這樣，整個(gè)地球總共包括八個(gè)圈層，其中巖石圈、軟流圈和地球內圈一起構成了所謂的固體地球。對于地球外圈中的大氣圈、水圈和生物圈，以及巖石圈的表面，一般用直接觀(guān)測和測量的方法進(jìn)行研究。而地球內圈，目前主要用地球物理的方法，例如地震學(xué)、重力學(xué)和高精度現代空間測地技術(shù)觀(guān)測的反演等進(jìn)行研究。
地球圈層
組成結構
地殼
地殼厚度各處不一，大陸地殼平均厚度約35公里，高大山系地區的地殼較厚，歐洲阿爾卑斯山的地殼厚達65公里，亞洲青藏高原某些地方超過(guò)70公里，而北京地殼厚度與大陸地殼平均厚度相當，約36公里。大洋地殼很薄，例如大西洋南部地殼厚度為12公里，北冰洋為10公里，有些地方的大洋地殼的厚度只有5公里左右。整個(gè)地殼平均厚度約17公里。一般認為，地殼上層由較輕的硅鋁物質(zhì)組成，叫硅鋁層。大洋底部一般缺少硅鋁層；下層由較重的硅鎂物質(zhì)組成，稱(chēng)為硅鎂層。大洋地殼主要由硅鎂層組成。
地球圈層示意簡(jiǎn)圖
地幔介于地殼與地核之間，又稱(chēng)中間層。自地殼以下至2900公里深處。地幔一般分上下兩層：從地殼最下層到100—120公里深處，除硅鋁物質(zhì)外，鐵鎂成分增加，類(lèi)似橄欖巖，稱(chēng)為上地幔，又稱(chēng)橄欖巖帶；下層為柔性物質(zhì)，呈非晶質(zhì)狀態(tài)，大約是鉻的氧化物和鐵鎳的硫化物，稱(chēng)為下地幔。地震資料說(shuō)明，大致在70—150公里深處，震波傳播速度減弱，形成低速帶，自此向下直到150公里深處的地幔物質(zhì)呈塑性，可以產(chǎn)生對流，稱(chēng)為軟流圈。這樣，地幔又可分為上地幔、轉變帶和下地幔三層。了解地幔結構與物質(zhì)狀態(tài)，有助于解釋巖漿活動(dòng)的能量和物質(zhì)來(lái)源，及地殼變動(dòng)的內動(dòng)力。地核地幔以下大約5100公里處地震橫波不能通過(guò)稱(chēng)為外核，推測外核物質(zhì)是“液態(tài)”，但地核不僅溫度很高，而且壓力很大，因此這種液態(tài)應當是高溫高壓下的特殊物質(zhì)狀態(tài)；5100—6371公里是內核，在這里縱波可以轉換為橫波，物質(zhì)狀態(tài)具有剛性，為固態(tài)。整個(gè)地核以鐵鎳物質(zhì)為主。地球結構為一同心狀圈層構造，由地心至地表依次分化為地核（core）、地幔（mantle）、地殼（crust）。地球地核、地幔和地殼的分界面，主要依據地震波傳播速度的急劇變化推測確定。地球各層的壓力和密度隨深度增加而增大，物質(zhì)的放射性及地熱增溫率，均隨深度增加而降低，近地心的溫度幾乎不變。地核與地幔之間以古登堡面相隔，地幔與地殼之間，以莫霍面相隔。地核又稱(chēng)鐵鎳核心，其物質(zhì)組成以鐵、鎳為主，又分為內核和外核。內核的頂界面距地表約5100公里，約占地核直徑的1/3，可能是固態(tài)的，其密度為10.5—15.5克/立方厘米。外核的頂界面距地表2900公里，可能是液態(tài)的，其密度為9—11克/立方厘米。地幔又可分為下地幔、上地幔。下地幔頂界面距地表1000公里，密度為4.7克/立方厘米，上地幔頂界面距地表33公里，密度3.4克/立方厘米，因為它主要由橄欖巖組成，故也稱(chēng)橄欖巖圈。地殼的厚度約33公里，上部由沉積巖、花崗巖類(lèi)組成，叫硅鋁層，在山區最厚達40公里，在平原厚僅10余公里，而在海洋區則顯著(zhù)變薄，大洋洋底缺失。地殼的下部由玄武巖或輝長(cháng)巖類(lèi)組成，稱(chēng)為硅鎂層，呈連續分布，在大陸區厚可達30公里，在缺失花崗巖的深海區厚僅5—8公里。
地球內部結構：地殼、地幔和地核 三層之間的兩個(gè)界面依次稱(chēng)為莫霍面和古登堡面地殼+上地幔頂部=巖石圈 縱波，橫波通過(guò)地幔速度最大。地球外部圈層包括：大氣圈、水圈和生物圈。
1、地殼中的化學(xué)元素
地殼中有90多種天然化學(xué)元素，其中氧、硅、鋁、鐵、鈣、鈉、鉀、鎂八大元素含量占地殼總重量的97%，其余元素只占3%。而地殼中的氧約占49%；硅約占26%。2、地殼中的礦物
地殼中的化學(xué)元素，隨著(zhù)地質(zhì)作用的變化不斷地進(jìn)行化合和分解，形成各種具有一定物理—化學(xué)性質(zhì)特征的礦物。而礦物又是形成地殼巖石與礦石的基本單位。地殼中的礦物大約有3000種，但與形成巖石有關(guān)的礦物主要有：石英、正長(cháng)石、斜長(cháng)石、角閃石、輝石、云母、方解石等，這類(lèi)礦物通常稱(chēng)為造巖礦物。3、主要造巖礦物特征
石英（SiO2），晶體為柱狀或塊狀，透明或半透明，具有油脂光澤，硬度7，用刀刻劃不產(chǎn)生條痕，為重要造巖礦物。長(cháng)石，各類(lèi)巖石都有，為含有鉀、鈉和鈣的硅酸鹽礦物，硬度6—6.5，柱狀或板塊狀，正長(cháng)石常為肉紅色，斜長(cháng)石為灰白色。角閃石，暗灰色或黑色，硬度5.5—6，常與石英、長(cháng)石共生。云母，能沿解理方向揭成很薄的光滑薄片，發(fā)亮，透明，能彎曲，硬度2—3，具絕緣性。方解石（CaCO3），白色，透明或半透明，硬度3，用刀刻劃可見(jiàn)條痕，遇稀鹽酸反應起泡。地殼巖石地殼是由各種巖石組成的，巖石是由各類(lèi)礦物組成的。根據形成的條件與當時(shí)形成的環(huán)境，巖石可分三大類(lèi)：（一）巖漿巖這類(lèi)巖石當時(shí)形成時(shí)溫度很高，所以又稱(chēng)為火成巖。巖漿是地球深處高溫高壓下復雜的硅酸鹽熔融體，主要成分是二氧化硅、三氧化二鋁以及其他氧化物。金屬元素及其氧化物的含量雖然不多，卻是形成各種礦物（床）的物質(zhì)來(lái)源。巖漿在不同條件下形成各種巖石。地殼中的巖石主要由巖漿巖構成。常見(jiàn)的、分布最廣的巖漿巖有以下幾種：1.花崗巖花崗巖是大陸上分布非常廣泛的巖石，主要由正長(cháng)石、石英和云母等礦物于地殼層內冷凝而成，多較堅硬，呈肉紅色，是良好的建筑材料。與花崗巖成分相同而噴出地表形成的巖石，叫流紋巖，流紋巖在形成時(shí)，一面流動(dòng)，一面冷卻凝固，產(chǎn)生流紋狀結構，所以叫流紋巖。2.閃長(cháng)巖閃長(cháng)巖也是一種侵入巖，主要由斜長(cháng)石、角閃石等礦物組成，灰色或灰綠色。與閃長(cháng)巖礦物成分相同、噴出地表后冷卻凝固成的巖石叫安山巖，因巖漿迅速冷卻，揮發(fā)性物質(zhì)迅速散逸，常形成氣孔狀結構。3.輝長(cháng)巖輝長(cháng)巖也是常見(jiàn)的巖石，屬于侵入巖，主要由斜長(cháng)石、輝石和少量角閃石等礦物組成。色深，與輝長(cháng)巖礦物成分大致相同、噴出地表的叫玄武巖。因含鐵、鎂成分較多，故呈黑色或黑綠色，常具有氣孔狀結構。玄武巖分布很廣。（二）沉積巖是各類(lèi)巖石經(jīng)風(fēng)化、侵蝕、搬運、沉積和成巖作用后形成的巖石，稱(chēng)為沉積巖。這類(lèi)巖石大多是在海洋、河流、湖泊等水環(huán)境下形成，所以沉積巖又稱(chēng)水成巖。由于水量有大小，水體深淺不一，水動(dòng)力條件與沉積環(huán)境不一，沉積巖一般具層層層現象，構成巖石的顆粒有粗細之分，層次有厚薄不同。地表分布最廣的是沉積巖。由于沉積巖一般形成于常溫常壓環(huán)境，所以巖層里往往保留有生物遺跡——化石。常見(jiàn)的并且分布廣泛的沉積巖有以下幾種：1.石灰巖主要化學(xué)成分是碳酸鈣，原本原本是海洋環(huán)境下的生物化學(xué)沉積。白色、灰白色或灰色。石灰巖是沉積巖中最常見(jiàn)的和地表分布最廣泛的一類(lèi)巖石。它可作為建筑材料，例如石灰、水泥等的原料。2.砂巖主要礦物成分是石英、長(cháng)原來(lái)原來(lái)原來(lái)是陸地上或淺海環(huán)境沉積。黃色、灰白色，巖石比較堅硬，是較好的建筑材料。用來(lái)做磨刀石的通常是砂巖。3.頁(yè)巖主要礦物有高嶺土、石英、云母等，淺?；蜿懴喑练e。泥質(zhì)結構，致密，不透水，是良好的隔水層。淺綠色或淺黃色。巖性軟弱，容易風(fēng)化、侵蝕。4.礫巖由大小不一的巖石碎塊混雜在一起，被某種物質(zhì)膠結而形成，一般為陸相沉積。礫巖成分有的簡(jiǎn)單，有的很復雜，有的礫巖的礫石帶有棱角，有的則被磨得渾圓。這類(lèi)巖石一般多孔隙、透水，常常是良好的含水層。（三）變質(zhì)巖由巖漿巖、沉積巖，甚至包括變質(zhì)巖本身，在高溫、高壓或動(dòng)力擠壓下，使原有巖石中的礦物產(chǎn)生重新排列、組合，并可能產(chǎn)生新的變質(zhì)礦物，具有一定的結構特征的巖石，稱(chēng)為變質(zhì)巖。例如，石灰巖經(jīng)過(guò)變質(zhì)作用，形成美麗的大理石，這是一種名貴的建筑材料，因云南省大理附近點(diǎn)蒼山出產(chǎn)這種巖石而得名；砂巖經(jīng)變質(zhì)作用后，形成更為堅硬的石英巖；頁(yè)巖經(jīng)變質(zhì)作用后，形成比較致密而堅實(shí)的板巖或片巖等等。
簡(jiǎn)介
在地球外圈和地球內圈之間還存在一個(gè)軟流圈，它是地球外圈與地球內圈之間的一個(gè)過(guò)渡圈層，位于地面以下平均深度約150km處。這樣，整個(gè)地球總共包括八個(gè)圈層，其中巖石圈、軟流圈和地球內圈一起構成了所謂的固體地球。
對于地球外圈中的大氣圈、水圈和生物圈，以及巖石圈的表面，一般用直接觀(guān)測和測量的方法進(jìn)行研究。
而地球內圈，主要用地球物理的方法，例如地震學(xué)、重力學(xué)和高精度現代空間測地技術(shù)觀(guān)測的反演等進(jìn)行研究。
地球各圈層在分布上有一個(gè)顯著(zhù)的特點(diǎn)，即固體地球內部與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，各圈層則是相互滲透甚至相互重疊的，其中生物圈表現最為顯著(zhù)，其次是水圈。
內部圈層
形成依據
一般認為，從太陽(yáng)星云分化出來(lái)的原始地球是均質(zhì)的。后來(lái)由于放射性元素蛻變、微星碰撞及地球本身物質(zhì)壓縮等因素，地球累積了大量熱能，使原始均質(zhì)物質(zhì)發(fā)生局部持續的熔融，從而導致了地球內部物質(zhì)物理和化學(xué)的垂直分異與調整。較輕的硅鋁物質(zhì)緩慢上升，較重的鐵、鎂硅酸鹽物質(zhì)及鐵鎳物質(zhì)下沉，原始地球乃逐漸形成了內部圈層結構。
劃分
地球內部情況主要是通過(guò)地震波的記錄間接地獲得的。地震時(shí)，地球內部物質(zhì)受到強烈沖擊而產(chǎn)生波動(dòng)，稱(chēng)為地震波。它主要分為縱波和橫波。由于地球內部物質(zhì)不均一，地震波在不同彈性、不同密度的介質(zhì)中，其傳播速度和通過(guò)的狀況也就不一樣。例如，縱波在固體、液體和氣體介質(zhì)中都可以傳播，速度也較快；橫波只能在固體介質(zhì)中傳播，速度比較慢。地震波在地球深處傳播時(shí)，如果傳播速度突然發(fā)生變化，這突然發(fā)生變化所在的面，稱(chēng)為不連續面。根據不連續面的存在，人們間接地知道地球內部具有圈層結構。
地殼
陸殼具有雙層結構，上部為硅鋁層，下部為硅鎂層。地殼厚度各處不一，平均厚度為35km，高大山系地區的地殼較厚，歐洲阿爾卑斯山的地殼厚達65km，亞洲青藏高原某些地方超過(guò)70km，而北京地殼厚度與大陸地殼平均厚度相當，約36km。
洋殼主要為硅鎂層，平均厚度為6km。大洋地殼很薄，例如大西洋南部地殼厚度為12km，北冰洋為10km，有些地方的大洋地殼的厚度只有5km左右。整個(gè)地殼平均厚度約17km。
地幔
地幔介于地殼與地核之間，由地殼底部一直延伸到地核的外圍，即介于莫霍面與古登堡面之間，又稱(chēng)中間層。其厚度約2880km，其體積占地球總體積的83%，質(zhì)量為4030×10g，占地球質(zhì)量68.1%，平均密度為4.5g/cm，根據地震波速度變化的情況，將地幔分為上下兩層，上部稱(chēng)為上地幔，下部為下地幔。
地球圈層
地核
地核指從地下2898km古登堡面以下向內到地心，一個(gè)半徑為3473km的地球核心部分。其體積為固體地球總體積的16%。據推測，地核的密度為9.7～13g/cm，質(zhì)量占地球總質(zhì)量的31.5%，壓力為1.52～3.75×10MPa，溫度為2860～6000℃。
地震波顯示，地核內4640km和5155km處尚存在兩處不連續界面，因而可進(jìn)一步劃分為外核（2898～4640km）、過(guò)渡層（4640～5155km）和內核（5155～6371km）三部分。外核不能傳播橫波、縱波波速降至8.1～8.9km/s，認為呈液態(tài)；內核可傳播橫波，認為具固態(tài)特征，過(guò)渡層可傳播橫波，但波速很低，認為具有塑性狀態(tài)。一般認為地核主要由鐵和鎳組成，可能還含有硅、硫等其它元素。
地核之所以成為實(shí)心因為地心引力在此創(chuàng )造出的壓力是地球表面壓力的300萬(wàn)倍。地核是的高溫可以達到華氏13000度，比太陽(yáng)表面溫度高上2000度。地核內的鐵流使物質(zhì)產(chǎn)生巨大的磁場(chǎng)，可以保護地球免受外來(lái)射線(xiàn)的干擾。
外部圈層
形成依據
近年來(lái)發(fā)現地球大氣圈和水圈的成分同“普通球粒隕石類(lèi)”物質(zhì)釋放的氣體較為一致，因此，認為大氣圈和水圈可能是由普通球粒隕石類(lèi)物質(zhì)構成的原始地球“表層”釋放的氣體形成的，其中水汽成分凝結降落形成了原始水圈。原始大氣圈和原始水圈經(jīng)長(cháng)期演化，特別是經(jīng)過(guò)生物作用后才形成了現今的大氣圈和水圈。原始大氣圈和水圈形成之后，在它們與巖石圈的接觸地帶，無(wú)機物經(jīng)化學(xué)演化形成有機物質(zhì)，生命從無(wú)機界中產(chǎn)生出來(lái)，再經(jīng)過(guò)長(cháng)期的進(jìn)化形成了現今的生物圈。大氣圈、水圈和生物圈，是互相滲透的，也是互相重疊的。
大氣圈
大氣圈指連續包圍地球的最外面的空氣圈。大氣圈的下界為地面及水面，但無(wú)明顯的上界，地面以上數萬(wàn)千米高空仍有極稀薄的空氣存在。大氣圈的總質(zhì)量為5.6×10g。由于地球引力使絕大部分大氣集中在地面到100km高度范圍內。大氣的成分隨高度而不同。在100km高度以下的大氣，主要由氮氣和氧氣組成。大氣的溫度隨高度而有不規則的變化。在距地表10km高度內，平均每升高100m氣溫下降約0.6℃。大氣的密度和壓力與高度成反比，與溫度也成反比。在20km高度的氣壓約為地面氣壓的1/10，在40km高度的氣壓約為地面的1/100。依照大氣的成分、密度、溫度以及其流動(dòng)狀況，自地表到高空分為四層：對流層、平流層、中間層、熱層（暖層）和外大氣層（散逸層）。
經(jīng)歷了幾十億年復雜演化過(guò)程的現代大氣的組成除含有各種氣體元素外，還有水滴，冰晶、塵埃和花粉等雜質(zhì)。大氣中除去水汽和雜質(zhì)的空氣稱(chēng)為干潔空氣，它的主要成分有氮，占78.09%；氧，占20.95%；氬，占0.93%，三者共計約占空氣總量的99.9%，其他各種氣體含量合計不到0.1%。
水圈
水圈是地球上所有水的總稱(chēng)。包括地表、地下及大氣中以液態(tài)、固態(tài)和氣態(tài)各種形態(tài)存在的所有水。與大氣圈、生物圈、巖石圈共同組成地理殼。海洋是水圈中一個(gè)連續的最大水體，約占地球表面積的70.8%。地球上總水量約為1.3710km，約占地球體積的0.12%。其中絕大部分存在于海洋中，陸地水只占2.8%。
水圈與大氣圈和地殼互相滲透，無(wú)明確界限。地面水、大氣水和地下水因受到太陽(yáng)輻射的影響，不停地進(jìn)行水的大小循環(huán)，引起多種表生地質(zhì)作用，對地殼進(jìn)行巨大的改造（破壞和建設）作用。
生物圈
地球上的一切生物都是生活在地球的表層，生物及其生存的該地球表層總稱(chēng)生物圈。它的范圍大致包括11km深的地殼和海洋以及15km以?xún)鹊牡乇泶髿鈱?，即包括了大氣圈、水圈和巖石圈的一部分。生物圈中的空氣、水、日光、土壤和巖石為生命活動(dòng)提供了一切必要的條件。
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