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地球科学原理之三:地球构造

已有 4360 次阅读 2009-3-4 21:03 |个人分类:地球科学|系统分类:科研笔记| 地球科学, 地壳, 地球构造, 地幔, 地核

地球科学原理之三:地球构造

广东海洋大学

廖永岩

(电子信箱:rock6783@126.com

 

我们上一回介绍了地球的形成,这里,我们再来分析一下地球的构造。

经过近46亿年的演化,地球形成了现在的大气圈、水圈、生物圈、固体地球等圈层。

1.1 地球的基本圈层

1.1.1  大气圈

大气圈为包围地球的空气总体。大气总质量约占地球总质量的百万分之一,总质量的99.9%集中在大气圈下部48km以内。按热力性质,可将大气圈分为对流层、平流层、中间层、热层和外逸层。

1.1.2 水圈

水圈是地球表层水体的总称。水体是水的聚集体,如海洋、湖泊、河流、沼泽、地下水、冰川、积雪和大气中的水。这些水形成一个断断续续围绕地球表层的水壳,即水圈。假设地壳是一个平坦的球面,若将水圈中的水均匀地平铺在地球表面上,那么地球将是一个被2700m深的水所覆盖的“水球”。

全球海洋总面积约占地表总面积的71%;全球海洋总水量占地球总水量的97%以上。因此,海洋是水圈的最大水体。海洋的中心主体部分称为洋,边缘附属部分称为海,海与洋彼此沟通组成统一的世界大洋。世界大洋分为太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋。

1.1.3 生物圈

地球表层的大气圈、水圈和岩石圈中适于生物生存的范围就是生物圈。水圈中几乎到处都有生物,在深度超过11000m的海沟最深处,还能发现深海生物,但生物主要还是集中在表层和浅水的底层。大气圈中的生物主要集中在下层,即与岩石圈的交界处,但在高达22000m的平流层中,也发现有细菌和真菌。在岩石圈中,大多数生物生存在地下几百m的土壤上层,但在地下2500-3000m处的石油中,也发现有石油细菌。无论如何,就厚度而言,生物圈只占地球表面薄薄的一层马宗晋等,2003

1.2 固体地球的圈层结构

1909年莫霍洛维奇Mohorovì?i?, 1909根据近震初至波的走时,算出地下56km深处存在一间断面,其上物质的波速为5.6km/s,其下为7.8km/s。后来称这一间断面为莫霍面或M界面,它在绝大多数地区都存在。这个面以上的圈层称为地壳。

1914年古登堡(Gutenberg)根据地震波走时,测定出在2900km深度处存在一间断面,其下的部分为地核,其上直至地壳底部的部分为地幔。这一间断面就是核-幔界面或核-幔边界(CMB),其深度至今一直沿用2900kmGutenberg, 1959

莱曼Lehmann, 1936根据通过地核的地震纵波走时,首先提出在地核内部还存在一个间断面,由此又将地核分为内核和外核。后来,古登堡Gutenberg, 1959和杰弗瑞斯Jeffreys, 1962相继证实了莱曼的假设,并得出内核的半径在1200-1250km间。因此,内、外核边界(ICB)的深度约为5100km。进一步观测研究表明,外核不能传播S波(横波),而内核可以传播S波,并根据地球潮汐和地球自由振荡所得地球刚性,推断外核为液态,内核为固态马宗晋等,2003

布伦Bullen, 1963, 1975根据地球内部地震波的速度分布,将固体地球分为7层。地壳为A层;地幔为BCD三层;外核为E层;内、外核的过渡区为F层;内核为G层。

1914年,美国地质学家巴雷尔J. Barrell, 1914根据地壳均衡理论推测地球深处存在塑性层,因而,首先提出把地球上部刚性部分中岩石圈(层),其下塑性较大的部分叫软流圈(层)。1926年古登堡发现,当地震波通过100-200km深度时,P波(纵波)速度由8.1-8.5km/s减慢到7.2-7.8km/s。后来,其它学者也发现过类似现象。19605月的智利大地震,提供了上地幔内的低速层(LVZ)可能具有全球性质的证据。这样,把地球表面至低速层,包括地壳和上地幔上部的部分称为岩石圈,而将其下的低速层称为软流圈,此构造分层概念得到普遍承认,并成为板块构造学说的立论基础之一。于是,对地球内部的圈层划分又有了岩石圈、软流圈、中圈和地核的划分方案,中圈指软流圈底至核-幔边界的地幔部分。有的学者则将地壳和上地幔称为构造圈,认为地球这个部分是内力地质作用-构造运动、岩浆活动和变质作用的直接起因。

地壳是莫霍面之上的地球最外层。无论是厚度还是成分,地壳都是很不均匀的。最明显的差别是在大陆地壳和大洋地壳之间。因此,一般将地壳分为大陆型地壳和大洋型地壳两大类。平均而言,大陆地壳比大洋地壳厚,比大洋地壳老,也比大洋地壳的密度小。就化学和矿物成分而言,这两类地壳也明显不同。

地震波及其他的地球物理探测都表明,上地幔的地球物理场的分布,例如重力场、地震波速度分布和电导率等,在纵向和横向上都具有非均质和非均匀特性。这一特性可以延伸到上地幔深部,甚至全部上地幔(安德森,1993

人类生存的地球,是一个有水、有氧气、有有生命的独特星球。为什么太阳系8大行星,仅只有地球具有这些特征?人类对地球知之甚少。为了使地球科学研究更有效,我们地球工作者该怎么办?当今的地球科学,对我们提出了什么要求?且听下回分解。

未完,待续。

下回预告地球科学原理之四 做一个“博地”学家

参考文献

安德森 D. L. 地球的理论. 北京: 地震出版社.1993.

马宗晋,杜品仁,洪汉净.地球构造与动力学. 广州: 广东科技出版社.20031-130

Barrell J. The status of hypotheses of polar wanderings. Science, 1914, 40: 333-340

Bullen, K. E. The Earth's density. New York: John Wiley & Sons. 1975. 1-420

Bullen, K. E. An index of degree of chemical inhomogeneity in the earth. Geophys. J., 1963, 7: 584-592

Gutenberg B. Physics of the earth's interior. Internat. Geophysics Ser., . New York: Academic Press. 1959. 1-240

Jeffreys H. The Earth (4th edition). Cambridge: Cambridge University Press. 1962.

Lehmann I. Publ. Bur. Cent. Assoc. Int. A, 14: 87-115. 1936

Mohorovì?i?. A. Das Beben vom 8, , 1909. Jahrb. Des Meteoroiogischen Observ, (Zagerb), 1909

 

(注:本“地球科学原理”系列,是根据廖永岩著,海洋出版社(20075月)出版的《地球科学原理》一书改编而来,转载者请署明出处,请不要用于商业用途

 



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