2第二章 地球的物理性质和圈层结构

第二章 地球的物理性质和圈层结构

第一节 地球的密度与弹性一 地球的形状和大小形状：象一个“梨子”,赤道半径比 两极半径大21.36km,(分别为6378. 1km和6356.8km),且南半球要比 北半球“膨大”一些，南极内凹约30m, 北极外凸约10m。 体积：1.0832×1012km3

表面积：5.1007×108km2(5.1亿km2)质量：(5.9742±0.0006)×1024kg (60万亿亿吨)2

密度与压力(一)密度

平均密度：5.516g/cm3 据布伦的研究：地壳表层的密度：2.7g/cm3 地内33km处：3.32g/cm3 ;2885公里处： 自5.56陡增至9.98g/cm3 6371公里处：12.51g/cm3

地球内部的压力是指不同 深度处单位面积上的压力，实质上是压 强，地内压力随深度而增大：(二)压力 地下10km处：压力约为3×103atm,约304kpa 莫 霍 面 ( 33km 处 ) : 约 为 10×103atm 约 1200Mpa 古登堡面 ( 2885km 处):约为 150×103atm , 13.52万兆帕 地心压力：36.17万兆帕 (1大气压=101.3kpa)

第一节 地球的密度与弹性 六 地球的弹塑性 (一)弹性 地震波能在地球内部传播，表明地球具弹性。 此外，精确仪器测量表明，固体地球表面在日、月 引力作用下也有周期性交替涨落现象，其幅度为 7 - 15米，这种现象称为固体潮。

六 地球的弹塑性(一)弹性 (二)塑性 岩石能弯曲表明地球具塑性。此外，地球自转的惯性离心力 能使地球赤道半径加大而成为椭球体也表明地球具有塑性。 地球具弹塑性是地内物质能发生变形、运动和移位的重要原 因。

第二节 地球的重力

二 地球的重力与重力异常(一)重力和重力场

1 重力(gravity):是指地球质量对物体产生的引力和该物 体随着地球自转而引起的惯性离心力的合力 。2 重力场：地球内部及其附近存在的受重力作用的空间。 (二) 重力异常 1 正常重力值：地表上某一纬度上相当于平均海平面高度的 (理论)重力值。go=9.780318(1+0.0053024sin2φ-0.0000058sin2 (2φ))(φ为纬度)

(二) 重力异常 2 重力异常：往往在现场实测的重力值多数与正常重力值不 符，且有一定的偏差，这种现象称为重力异常。 其原因有二： ①测点不一定位于平均海平面上；②测点与 平均海平面之间有剩余物质(如测点在高山上)。 3 重力校正：将重力值校正到相当于平均海平面高度上的重 力值的过程(校正后的值与正常值偏离的部分称“重力异常 值”)。重力校正又称为布格校正，可分为高程校正和中间层 校正。 凡是校正后的重力值大于正常重力值的称正异常，反之为负 异常。大陆部分物质密度小，多为(正/负异常？);大洋部 分物质密度大，大洋部分为(正/负异常？)。7

第三节 地球的磁场地球的磁性 (

一) 地磁场和地磁要素 1 地磁场：地球周围存在的受磁力作用的空间。地磁场近似 于一个放臵于地心的磁棒所产生的磁偶极子磁场，它的南极位 于地理北极附近，北极位于地理南极附近，但并不重合，有 150的夹角，并围绕地理极附近进行缓慢迁移。

第三节 地球的磁场地球的磁性 (一) 地磁场和地磁要素 2 地磁三要素：磁偏角、磁倾角、磁场强度 ( 1 )磁偏角( declination ): 磁子午线与地理子午线的夹 角，也就是磁场强度矢量的水平投影与正北方向的夹角。 我国大部分地区为西偏，甘肃九泉以西多为东偏。

地球的磁性 (一) 地磁场和地磁要素 (2)磁倾角：是磁场强度矢量与水平面间的夹角。通常以磁 场强度矢量指向下为正值，指向上为负值，在赤道为00。由磁 赤道到磁北极磁倾角由00变900。 (3)磁场强度(磁感应强度):是指磁场强度矢量的绝对值， 地球平均为50μt(微特斯拉),在赤道附近最小，为30μt 。

(二)地磁场的组成 地磁场由基本磁场、变化磁场和磁异常三个部分组成 1 基本磁场： 占地磁场 99 %以上，是构成地磁场主体的稳 定磁场，其强度随远离地表而减弱，这一特点说明了基本磁场 起源于地球内部/外部？。 2 变化磁场：是指起源于地球外部并叠加在基本磁场上的各 种短期变化的磁场，主要是由太阳辐射、带电粒子流、黑子活 动等因素所引起的。有日变化、年变化、长期性变化和突然性 变化以及磁暴等。 3 磁异常：是地球浅部具有磁性的矿物和岩石所引起的局部 磁场叠加在基本磁场之上的部分。因此，利用磁异常可进行找 矿勘探和了解地下的地质情况， 古地磁(paleomagnetism):是地质历史时期的地磁场。11

第四节 地球的圈层结构和圈层耦合大量资料充分证明，地球不是一个均质体，它具有明显的圈 层结构，而且各圈层之间的物理化学性质和物质运动状态的差异 较大。 一、地球内部圈层划分 地震波：是地震所激发出的弹性波在地球中传播的结果，包括 纵波(P)、横波(S)和面波(L),其中前两者最有意义。 (1)纵波/原波：质点振动方向与地震波传播方向一致的波。 特点是：能在固、液和气态中传播，比横波速度快，是横波的 1.73倍。

第四节 地球的圈层结构和圈层耦合一、地球内部圈层划分 (2)横波/次波(S):是指质点振动方向与地震波传播方 向垂直的波。特点：只能在固态中传播。 当遇到不同介质的突变界面时，地震波射线就会发生反射和 折射，而且其传播速度也会发生变化，这界面称为波速不连续 界面。

一、地球内部圈层划分 ( 3 ) 面波 (L) : 最后到达的

地震波，沿地球表面传播，像波 浪起落, 是破坏性最强的地震波。

一 地球内部圈层的划分 1 地球内部主要波速不连续界面 大量研究发现，地震波速随深度而 递增，在地球内部出现了2个明显的 一级波速不连续界面： (1)莫霍洛维奇不连续面 (简称莫霍面) 1909年由南斯拉夫学者莫霍洛 维奇发现，其深度在大陆之下平均 33km处，在大洋之下平均为7km。 特点：在该界面附近，纵波速度 由7km/s突然增加到8.1km/s, 横波从4.2km/s突然增至4.4km/s。 该面之上的部分为地壳。

一 地球的内部圈层划分 1 地球内部主要波速不连续界面 (2)古登堡不连续面(简称古登堡面) 是1914年由美国的古登堡首次发现， 这个面位于地下2885km的深处。 特点：在该面上下，纵波速度由 13.64km /s突然降低为7.98km/s, 而横波由7.23km向下突然消失。到了 5155km处又出现。

通常把古登堡面以上至莫霍面 之间部分称为地幔，古登堡面 以下至地心的部分称为地核。