地球科学概论

地球科学概论

什么是地球科学

地球科学工作者的研究范畴 地球科学的分科和研究方法 为什么要学习地球科学 地球科学的研究历程

什么是地球科学－研究对象和内容

地球由什么组成？ 山脉和河流是怎样形成的？ 地球是怎样演化的？这是地球科学应回答的问题之一。 地球科学应回答的另一类问题是:为什么太空中有些天体与地球类似，有些天体则完全不同。

地球科学即地学，是研究地球结构、组成、演化和运动规律的一门基础自然科学，是一门全球性科学。地质学和地理学等均属于地学范畴。 地球科学工作者的研究范畴

探索地球本身:

大气圈、水圈、生物圈、土壌圈等外部圈层，岩石圈（地壳）、地幔、地核等内部圈层。 探索地球外部：

太阳系、银河系等。 地球科学家的工作地点： 野外地质考察 海底考察 海底考察 深海钻探 深潜调查 火山灾害考察 地震灾害考察

航天飞机上见到的日出和大气圈(太空旅行) 航天飞机上看到的地球全貌 第一节 地球科学及其任务

第二节 地球科学在经济和社会可持续发展中的战略地位 第三节 21世纪初我国地球科学发展的战略目标 第四节 地球科学概论课程的任务和基本要求 第五节 地质学研究的对象和任务 第六节 地质学研究对象的特殊性

第七节 地质学的研究方法及思维方法 第八节 地质学的发展与现状 地球科学的分科: 气象学

水文学和 海洋学 地理学 土壤学 地球物理学 环境地学 地质学

地球科学与可持续发展——迎接千喜年的挑战（三十一届国际地质大会）（２０００） 人类社会可持续发展面临的问题 人口爆炸、资源短缺、环境恶化、灾害频发 理论意义：

地球科学——揭示整个地球的形成、演化规律。因此，其研究成果能够指导人们正确地认识自然界、建立辩证唯物主义世界观，对整个自然科学的发展起推动作用。 全球铁矿分布 露天铁矿 温室效应

海平面上升 荒漠化 水资源短缺

保护人类美丽的家园 美丽的桂林 冰塔林

海洋——气候调解的中枢 天水

生物的乐园

第六节 地质学研究对象的特殊性 第八节 地质学的发展与现状

地质学的发展历史大致可分为三个阶段：

（1）古代地球科学知识的萌芽与积累阶段（17世纪以前） （2）主要学科的创立与初步发展阶段(17～19世纪） （3）地球科学的革命与全面发展阶段(20世纪至今）。

现今地球科学正处在一个革故鼎新的关键时期,可以预见在不远的将来,地球科学将进入一个全新的、更成熟的发展新阶段。

（1）古代地球科学知识的萌芽与积累(17世纪以前)

有关地球科学的知识与人类生活密切相关,其思想的萌芽可以追溯到远古时代。《禹贡》、《山海经》、《管子》是成书于春秋战国时代（公元前770～221年）的最早一批有关地理、地质、水文、气象的著作。 《禹贡》记载了公元前21世纪大禹治水时候所了解的全国各地的矿产情况和山川地形。

《山海经》记述了山岳、河流、湖泊、沼泽、气候与气象等之外,还记录岩石（矿石）及矿物(金属与非金属矿物〉72种,矿产地440多处,此书把矿产划分为：金、玉、石、土四大类,这是世界上最早的一个分类。

《管子》对金属矿床与找矿知识有精辟论述,指出了利用矿物共生组合及\铁帽\等作为找矿标志的科学方法。该书还曾对河流的横向环流、侧蚀作用形成河曲的过程进行了正确分析。

东汉杰出的科学家张衡于132年创造了世界上第一台地震仪——候风地动仪,138年在洛阳用这台地震仪正确测出了发生在650km外的陇西地震。

《水经注》是南北朝卓越的地学家郦道元在研究前人著作的基础上,结合自己的实际考察,于512～518年编写的著名地学著作。书中涉及地域广泛(包括中国及部分邻区〉,记述内容包括河流、瀑布、湖泊、风沙、溶洞、火山、地震、山崩、地滑、温泉、陨石、化石、矿物、岩石和矿产等多方面的地质、地理及水文等内容,至今仍有参考价值。

宋朝沈括(1031-1095年〉 与《梦溪笔谈》

涉及地球科学领域的包括陨石、地震、矿物、矿床、化石、河流、地下水、海陆变迁、地形测量和制图等方面。

书中论述了流水的侵蚀作用与沉积作用，推断华北平原是由河流自上游搬运泥沙到下游沉积而成的冲积平原。

根据太行山东麓山崖间所见海生螺蚌化石,推断：东距大海千里以外的该地在古代曾经是海滨。他还根据化石推测古地理、古气候的变迁。

沈括对化石的正确认识比意大利人达·芬奇所提出的类似观点要早400年。 他分析地质问题时使用的古今类比法比莱伊尔《地质学原理》所用的“将今论古”法要早700多年。 沈括首次使用“石油”这一科学术语，一直延用至今。

明朝徐宏祖(1586-1641）的《徐霞客游记》，对我国许多地区的岩溶、火山、温泉、水文、地貌及矿物等作了极有价值的记述。

明代宋应星(1587-1661) 的《天工开物》，详细记载了非金属矿物的产地、形状及性质，并根据煤的硬度与挥发性提出了世界上较早的煤分类法。特别是第一次系统论述了我国采矿工程技术,对矿藏开采、井下支护、通风、矿井充填、矿石洗选等都有细致描述。

国外古代地质知识的萌芽与积累主要集中于欧洲

古希腊学者毕达哥拉斯(约公元前571-497年)、亚里士多德(公元前384-342年)、狄奥弗拉斯特(公元前370一287年)等曾对火山喷发、地震和尼罗河三角洲的形成进行了观察和解释,并根据岩层中的贝壳化石得出海陆

变迁的概念, 对部分岩石、矿物作了初步分类和描述,还对一些天气现象作过适当的描述与解释。

古罗马的斯特拉波(Strabo,公元前63一公元20年)著有《地理学》,书中论及了有关化石、海陆升降、火山、地震、河流的搬运与沉积作用等许多方面的地质问题。 老普里尼（Pliny the Elder)于77年著《自然史》，对矿物进行了专门论述,包括当时使用的各种矿物、建筑用石材、矿石及矿床、采矿及冶金方法等。

同时代的西尼卡(Seneca〉著有《自然问题》，论述了有关地震、地下水和地面水问题，认识到河流对山谷的侵蚀作用。

14～16世纪欧洲的“文艺复兴”运动给地球科学的发展带来了生机，为地球科学的一些主要学科的创立准备了条件。

15世纪末～16世纪初，哥伦布、麦哲伦等相继环球航海成功，证实地球是球形，并对大洋和大陆的轮廓有了初步了解。

1530～1540年哥白尼写成《天体运动》这一伟大著作,提出\太阳中心说\。这对该时期的地球科学研究起了重要促进作用。

意大利艺术家达·芬奇(1452-1519年〉早年曾领导开凿运河工程,他对化石进行了细致观察和研究。他认为现今内陆或高山上发现的海生贝壳化石,是原先生长在海水中的生物,后来埋藏在泥沙中而形成,并由此推测海陆变迁历史。

德国的阿格里柯拉(Agricola,1494-1555年）一生著有七部地质专著,除了叙述德国采矿业的发展以外,还根据矿物的物理性质对其进行分类,对矿物与金属矿床的形成及相互关系作了论述,并涉及古生物学等问题。后人誉之为“矿物学之父\。

(2) 地球科学的主要学科的创立与初步发展(17~19世纪)

在地球科学中，地质学的创立具有划时代的意义。欧洲18世纪进入产业革命时期，随着生产力的提高和近代工业化的急速发展，使矿产的需求日益增加，因而促进了找矿和地质调查工作，使地质知识与资料迅速积累，逐步形成了系统的地质学理论和研究方法，于是地质学作为一门独立的科学诞生了。| 在地质学的创立过程中，学术思想论战起到了重要的促进作用。 当时的论战是 “火成论”与“水成论”、 “（渐）均变论”与“灾变论” “均变论”与“灾变论”的论战

“灾变论”的代表是法国学者居维叶(D.G.cuvier，1769一1832年)，

他在研究巴黎盆地中的生物化石时发现,在相隔很近的岩层中动植物化石群的种属有显著差异,曾经一度出现的古生物种属,后来竟完全绝灭而代之以新的种属。

他还看到较老岩层发生裙皱,上面盖以水平的沉积岩层。于是他便认为地壳曾经发生巨大变革,产生大灾变，致使地形改变、生物灭绝,以后在一定的时间内又重新创造出新的动植物来。地球上曾经历了多次这样的大灾变和再创造过程；最后一次大灾变发生在五六千年前,并造就了地球的现今面貌和生物特征。 “均变论”与“灾变论”的论战

居维叶的“灾变论”强调地质发展过程中的突变阶段,虽有合理成分,但他否认地球的渐近发展过程,并把其演变历史归结为古今没有联系的一系列不可知的突然事件。

居维叶的重复创造与不可知的观点,特别是最后一次灾变的时间与圣经中论述的“大洪水期”和“诺亚方舟”神话一致,因而受到了教会的欢迎,得到广泛传播。 “均变论”与“灾变论”的论战

“均变论”——法国学者拉马克( Lamark ，1744-1829)

在研究巴黎盆地第三纪古生物化石时,发现生物的种与种之间有过渡关系,某些种属是由另一种属发展而来的,并有由低级种属向高级种属演变的规律。

他认为生物进化过程是极其漫长的,它与地球的演变历史同时进行。 “均变论”与“灾变论”的论战

英国地质学家莱伊尔继承了郝屯（赫顿），的思想，经过与“灾变论”的多次论战，在结合前人成果及大量实际资料的基础上，于1830年出版《地质学原理》，明确提出地质学的现实主义原则(即“将今论古”。指出地球的发展历史是漫长的，解释地球的历史用不着求助于上帝和灾变，那些看来非常微弱的地质动力，经过长期缓慢的作用过程，就能使地球面貌发生巨大变化。

随着《地质学原理》的问世,“均变论”的思想逐渐取代了“灾变论”,现实主义原则也成为了地质学方法论的一条基本原则。但是“均变论”强调“古今一致”与渐近发展的同时,本身又存在片面性——忽视在地壳发展过程中有飞速发展的阶段(突变) 。

“火成论”与“水成论”的论战

“水成论”者认为组成地壳的所有岩石都是从原始海洋物质中结晶、沉淀形成的,否认地壳运动的存在,主张地球从取得现有形态以来没有发生过大的变化。

“水成论”者的代表人物是德国弗莱堡矿业学院矿物学教授魏尔纳(A.G.werner 1750-1817年）,在矿物学的研究方面卓越贡献。由于他丰富的知识和口才,使他驰名欧洲,对传播地质学起了重要作用。魏尔纳1775年在弗莱堡开始讲学,“水成论”兴起,由于他的声誉和拥有众多门生及崇拜者，加之教会的支持，使得18世纪后期，\水成论\在欧洲占统治地位。

“火成论”与“水成论”的论战

“火成论”的代表是英国学者郝屯（赫顿），他发现花岗岩脉穿插在沉积岩中呈侵入接触关系(有烘烤及冷凝边)，认为除沉积岩外，还有岩浆岩和变质岩，并认为地壳处于不断的演变之中，这一过程是缓慢的，过去发生的变化和现代进行的演变过程是类似的。他较正确地论述了三大岩类的成因及地壳运动的影响。

郝屯1785年发表最初的《地球理论》论文,提出“火成论”,1795年重新发表《地球理论》著作,系统论述自己的观点。该书为地质学的创立奠定了基础。

随着人们了解到更多的地质现象,到19世纪初,\水成论\观点逐渐被抛弃,\火成论\取得了胜利。

莱伊尔的《地质学原理》(共3册)确定了地质科学的概念和研究方法,初步完成了地质科学的体系,是地质科学创立的标志。自此以后,地质科学进入初步发展时期，到19世纪末已获得了很大进展。 在研究地壳的物质组成方面,用显微镜研究岩石和矿物的方法得到充分发展。 《地球化学》的工作也逐渐开展起来。

在研究地壳的演化历史方面,逐步建立起了比较完善的相对地质年代表。

北美学者霍尔、丹纳根据对美国东部造山带的研究,提出了“地槽”学说,对地质学研究产生了深远的影响。 在地质学的应用方面,矿床学进一步发展,并诞生出了石油地质学。 地震地质学、工程地质学等也开始逐渐发展起来。 (3）地质科学的革命与全面发展(20世纪至今)

20世纪是现代地球科学发展的新时期，其中影响最为深远的是固体地球科学(包含地质学和地球物理学等)的革命————主要是大地构造理论上围绕活动论与固定论发生的思想革命。

“固定论”地质观念认为,大陆及海洋只在原来的位置上作垂直升降运动,其相对位置未发生显著变化,故被称为“固定论”。——“地槽”、“地台”说。

“活动论”者认为,大陆曾有过长距离的水平运动,大陆和海洋的相对位置是不断变化的。————“大陆漂移-海底扩张-板块构造学说”。

20世纪60年代末期, 板块构造学说取得了决定性的胜利，并由此推动了地质学的深刻革命。

随着科学技术的进步,本世纪的地质学获得了前所未有的全面发展。

高温高压实验技术、同位素地质测年技术、电子计算机、电子显微镜、大陆超深钻与深海钻探等给地质学的发展以极大的推动作用,使地质学逐步由定性描述，向半定量、定量分析与研究发展。

地球物理、地球化学方法在研究地球及地壳的物质组成、结构构造及运动特征方面取得了丰硕成果,成为推动地质学发展的强大动力。

航天技术在地质学上的应用取得了重大成就，以航天技术为基础的新兴的天文地质学显示出旺盛的生命力。这些研究将为人类最终了解地球起源与演化、解决许多重大地质问题发挥重要作用。 地质学的应用是促进地质学发展的动力

除传统的矿床学不断发展，提出了许多新理论之外,石油地质学的发展尤其令人瞩目。 水文地质、工程地质、地震地质等的研究也发展迅速。

特别是20世纪中期以来，环境地质研究的重要性越来越引起人们的注意，正在向纵深方向发展。

思考题

1. 地球科学的研究对象主要有哪些？各自对应着哪些学科？ 2. 地球科学的主要研究方法有哪些？

3. 地球科学在人类社会中有哪些主要的作用？ 4. 举出1~2个“将今论古”的实例。

绪论

?什么是地球科学其任务是什么？ ?地球科学工作者的研究范畴 ?地球科学的分科和研究方法 ?为什么要学习地球科学

?地球科学在经济和社会可持续发展中的战略地位 ?21世纪初我国地球科学发展的战略目标 一、什么是地球科学，它的任务是什么？ 二、地球科学工作者的研究范畴 四、地质学研究的对象及任务 五、地质学研究对象的特殊性 三、地球科学的研究方法 1.野外调查

最重要和最基本的基础工作，获取研究对象的第一手资料。

2. 仪器观测：①可以获得地质活动的定量数据；②可以确定人类不能直接感知的地质活动 3. 大地测量：主要用于高程测量和地质体运动速率测定 中国西部与中亚地区现今地壳运动矢量

4. 航空、航天和遥感技术： 视域大、实时动态 天山南部巴楚地区卫星影像图 （一）.历史比较法

地球科学研究的一般程序 （1）资料收集：

了解已有的研究现状和存在的问题，奠定良好的研究工作基础 （2）归纳、综合和推理：

利用已知的地球科学原理，基于已知的地质事实，对未知的地质现象做出合理的归纳、综合和推理 （3）推论的验证：

通过生产实践或科学实验来证实或检验已经形成的认识，并进一步修正、补充和完善。 深海钻探 深潜调查

火山灾害考察 地震灾害考察

航天飞机上见到的日出和大气圈(太空旅行) 航天飞机上看到的地球全貌 火星探陆者 火星照片

四、为什么学习地球科学（意义）

1. 理论意义：揭示地球的形成和演变规律 2. 实际应用：（1）指导找矿

（2）为大型工程提供地基选址与场地稳定性评价 意大利比萨斜塔

地球科学有助于避免类似工程隐患

（3）预防和减轻地质灾害（如山崩、滑坡、泥石流、地震、火山、地面沉降等）

公元79年维苏威火山喷发时6米多厚的火山灰吞噬了附近的庞贝城。考古学家在一个洞中发现的已腐烂的尸体的印痕 温室效应 荒漠化 水资源短缺

保护人类美丽的家园 海洋——气候调解的中枢

五、地球科学在经济和社会可持续发展中的战略地位 八、地球科学的发展简史

1. 17世纪以前古代地球科学知识的萌芽与积累

宋朝沈括根据太行山东麓山崖间所见海生螺蚌化石推断该地在古代曾经是海滨——“沧海桑田”； 古希腊学者毕达哥拉斯、亚里士多德、狄奥弗拉斯特等都曾对火山喷发和尼罗河三角洲的形成进行了观察和解释，并根据岩层中的贝壳化石提出海陆变迁的概念；

1492-1493哥伦布到达美洲和1519-1522年麦哲伦环球航行成功，证实地球是球形，并对大洋和大陆轮廓有了初步了解，推动了地理学的发展。

1530-1540年哥白尼的《天体运动》提出“太阳中心说”，对天文学做出了巨大贡献。 2. 17~19世纪地球科学主要学科的创立与初步发展 气象学、地质学、地理学等学科创立 地质学的主要进展：

① “灾变论”与“渐变论” ② “水成论”与“火成论”

3. 20世纪至今地球科学的革命与全面发展

固体地球科学的革命——“活动论”取代“固定论” “固定论”：大陆和海洋只在原来的位置上作垂直升降运动，其相对位置未发生显著变化，“地槽-地台学说”； “活动论”：大陆曾有过长距离的水平运动，大陆和海洋的相对位置是不断变化的，“大陆漂移-海底扩张-板块构造学说”。 2亿年前（二叠纪）太原位于14.8?N 思考题

1. 地球科学的研究对象主要有哪些？ 2. 地球科学的主要研究方法有哪些？

3. 地球科学在人类社会中有哪些主要的作用？ 4. 举出1~2个“将今论古”的实例。

第二章 地球

一. 宇宙及其天体 星云

猎户座大星云 仙女座大星系

宇宙中天体的相对位置

天球：以地球球心为圆心，半径无穷大的假想球体，用于反映天体在天空中的位置和相对运动关系。

星座：为了便于认识恒星，人们把天球上的恒星分成若干群落，每个群落的恒星都有自己独特的形状并占据一定的空间，这样的恒星群落称为星座。 星座和星系是两个不同的概念，星座仅仅代表一些恒星之间的视几何关系，某一星座的恒星可能处于同一星系，也可能处于不同的星系。 星系 1 银河系 2 太阳系

3 太阳系的起源和地球的诞生 1. 银河系

?由1400亿颗恒星和大量星际物质组成的盘状天体系统。 ?直径10万光年。 ?银核直径1万光年。

?太阳距银核中心3万光年，延银道面公转一周2.8-3亿年。

2. 太阳系 太阳和太阳系

太阳系：太阳/ 水星/ 金星/ 地球/ 火星/ 小行星带

木星/ 土星/ 天王星/ 海王星

?类地行星：水/金/地/火 岩石组成

是与地球相类似的行星。它们距离太阳近，体积和质量都较小，平均密度较大，表面温度较高，大小与地球差不多，也都是由岩石构成的

?类木行星：木/土/天王星/海王星气体组成

主要由氢、氦、冰、甲烷、氨等构成，石质和铁质只占极小的比例，质量和半径均远大于地球，但密度却较低。类木行星还有3个共同的特征，那就是都具有行星环的结构且星体的密度较低，都有比较多的卫星，旁边还有一圈圈光环。 太阳 水星 水星表面

?金星 金星表面及其大气层

地球上40000年前的陨石坑

火星全景

?火星

1998年火星探陆者号 2004年勇气号火星探测器 勇气号降落火星表面（照片） 勇气号发回的火星表面照片 木星 土星 天王星 海王星

他测得的地球的周长为39500km，这与近代的测定值40025km相当按近，换算成地球半径约为6370km。 现代测量得到的地球参考形状

扁率很小的旋转椭球体（即扁球体）扁率=Re-Rp/Re = 1/298.257 一、地球内部的主要物理性质

地球内部主要的物理性质包括密度、压力、重力、温度、磁性及弹塑性等。

1. 重力:重力是指某处所受地心引力和地球自转离心力的合力。重力与质量成正比与距离成反比。 重力异常

?实测重力值与理论重力值的差异称为重力异常。 ?自由空气异常：经过高度校正的重力异常。

?布格重力异常：经过高度和中间层（岩石平均密度）校正的重力异常。 ?重力勘探:通过布格重力测量了解地下物质密度寻找金属和非金属矿藏。 2. 密度

地球内部的密度由表层的2.7~2.8g/cm3向下逐渐增加到地心处的12.51g/cm3，并且在一些不连续面处有明显的跳跃。 3. 压力

地球内部压力总是随着深度而增加，地下深处的压力称静压力或围压，可表示为?=h?hgh，即静压力?等于某深度h和该深度以上地球物质平均密度?h与平均重力加速度gh的乘积。 4. 温度

外热层：由于受太阳辐射热的影响，温度可变的地球表层，平均深度约15m。 常温层：外热层的下界处温度常年保持不变，这一深度带称常温层。 内热层（增温层）： 在常温层以下，热量由地球内热提供，温度随深度增大而增加，而且很有规律，即每向下加深一定深度便增加一定温度，不受太阳辐射热的影响（图1-4）。计量这种增温的大小通常有两种方法： 地热增温率或地温梯度：常温层以下每向下100m所升高温度。 地热增温级(geothermic degree)（地温深度） 在内热层里，温度每升高1℃所需增加的深度，以米来表示。 5. 地球的磁场

地球周围的磁场也称地磁场。 地磁三要素

磁场强度：

地球上某一点磁场强度大小的矢量， 用磁力线表示。 磁偏角:

磁力线在水平面上的投影与正北方向之间的夹角。 磁倾角:

磁力线与水平面之间的夹角。 地磁场的组成

?基本磁场：由地磁偶极子产生的磁场，占场强的99%以上。 ?变化磁场：太阳活动产生的叠加在基本磁场上的非偶极子场。 ?磁异常：地壳内部由磁性岩石叠加在基本磁场上的局部磁场。

古地磁

?古地磁（paleomagnetism）是指地质历史时期的地磁场。岩石在其形成过程中因受古地磁场的影响而获得磁性，这种磁性与古地磁场方向是协调的，这些受磁化的岩石在磁场发生改变后仍可将原来磁化的性质部分地保留下来，形成所谓的“剩余磁性” 。 ?剩余磁性包括热剩磁和沉积剩磁。

?热剩磁：岩石达到居里点时受当时磁场的影响而获得的永久磁化，代表了古地磁场的大小和方向。 ?沉积剩磁：铁磁性矿物沉积时按当时磁场方向排列而获得的永久磁化。

?古地磁极：地质历史中，地磁极的变化是以地理极为密集点的，在古地磁研究中，近似地把地理极视为古地磁极的位置。通过磁倾角可以计算地理纬度。

?地磁极反转：地质研究表明，地磁极具有极性反向的特点，与现代相同视为正，反之视为负。

6. 弹性和塑性

地球具有塑性的证据： （1）地球自转的惯性离心力使地球赤道半径加大；（2）岩石的塑性变形 地球具有弹性的证据：（1）地球内部能传播地震波；

（2）固体地球表面在日、月引力作用下可发生固体潮。 影响地球弹性与塑性的重要因素：时间和温-压条件。

在快速受力的情况下易于显示弹性，在缓慢受力的情况下易于显示塑性； 在较高的温度和压力条件下易于显示塑性。 地震波

?地震波由纵波（P波）、横波（S波）和面波（L波）组成。 ?纵波（P）：一种疏密波，速度最快，称为首波，8-9公里/秒，可以在任意介质中传播。 ?横波（S）：一种摆动波，速度其次，称为次波，4-5公里/秒，只能在固体中传播。 ?面波（L）：沿地表面传播的一重摆动波，类似波浪，速度最慢，也称长波，破坏性最大。

思考题

?地球的形状有何特点？

?大地水准面是一个什么面？是不是一个真实存在的物理面？

?为什么通过地震波穿过地球内部所发生的变化，可以了解地球的内部特征。

主要内容

一、地球的内圈

1.内圈划分的依据（本章重点） 2.地壳 3.地幔

4.岩石圈和软流圈 5.地核

二、地球的外圈 1.大气圈 2.水圈 3.生物圈

一、地球的内圈

1. 划分的依据——地震波在地球内部的传播特点 地球内部圈层划分示意图 地球的内部圈层划分

?地壳：莫霍面以上至地表部分，是固体地球的最外一圈，由岩石组成，是一个相对刚性的外壳。其下界以莫

霍面与地幔分开。地壳的厚度和性质变化很大。平均厚度约为16km，只有地球半径的1/400，体积只有地球体积的0.77%。 重力均衡

? 重力均衡：岩石圈内部位于补偿基准面以上单位面

? 积上的重量相等。符合阿基米德原理。 ? 重力均衡补偿的两种模式：

? 普拉特模式认为，补偿面以上单位柱体质量不等， ? 高的质量小，低的质量大，在补偿面上总重量应相等。 ? 艾里模式认为，无论地形高低，浮在高密度地幔 ? 上面的岩石密度均相等，高山下部存在低密度的反山 ? 根。位于补偿面上的总重量相等。

? 如果补偿面上部发生质量亏损，表现为重力均衡负 ? 异常，地壳将上升。反之为正异常，地壳将向下调整。

重力均衡调整 补尝面

重力均衡的艾里模式

重力均衡负异常地壳向上调整

? 沉积与剥蚀作用引起的重力均衡调整。

大陆冰川引起的重力均衡调整

3. 地幔：莫霍面至古登堡面之间的部分,厚度在2800km以上，平均密度为4.5g/cm3，占地球体积的82.3%，占地球总质量的67.8%。

质量大，是地球的主体部分；地幔的横向变化比较均匀，根据地震波速的变化以1 000km激增带为界面（雷波蒂面），进一步划分出上地幔和下地幔两个次一级圈层。 ?下地幔

下地幔的平均密度达5.4g/cm3。在2900km深度的下地幔底部，压力高达15×1010Pa，温度达2700℃。下地幔的地震波速增加缓慢，表明下地幔物质是一个物质成份比较均匀，相变不甚显著的区间。从上地幔下部开始至下地幔底部，物质密度的增加主要是由于压力增大，而含铁量的增多也可能是另一个重要原因。 4.岩石圈和软流圈：

软流圈： 60km至250km之间存在软流圈，物质部分熔融(1%~10%),具较强塑性或流动性，是岩浆的重要发源地；

岩石圈：软流圈之上的地球部分（0-60km）被称为岩石圈。。它实际上包括地壳和上地幔的顶层。这是一个不算很厚的板，由固态物质组成，刚性，有强度，大陆区有硅铝层、硅镁层及橄榄岩层；大洋区只有硅镁层和橄榄岩层。

5. 地核：古登堡面2900km（2885km）至地心部分。

(1) 密度高；厚3473km，占地球体积的16.3%，占地球总质量的1/3，密度为9.98~12.5g/cm3 。 (2) 主要由铁、镍和少量硅、硫等元素组成。

(3)地核又可根据4640km和5120km深度的两个界面进一步划分为外核（E层）、过渡层（F层）和内核（G层）三个次级圈层。外核呈液态，内核呈固态，过渡层呈液体-固体过渡状态。

1.1 大气圈的作用

?防止太空物质灾害性的袭击地球。 固体物质（陨石、冰体）；宇宙辐射。 ?维持地球上生命生存的必备条件。 温度、呼吸、气压、循环。

1.2大气圈的组成

?100Km以下均匀层中由三部分组成。 ?干洁大气 ?水气

?气溶胶粒子

干洁大气 水气 1.3 大气圈的结构

?散逸层 ?暖层 ?中间层

?平流层 ?对流层

?散逸层：粒子向太空扩散，构成地球外部磁场。 ?暖层（电离层）：85-800km，温度迅速升高，300km达1000度高温，存在大量自由电子和离子，是吸收紫外

线、传播无线电波和卫星运行的主要圈层。 ?中间层：55-85km，温度由热-冷（0— -83度）。 ?平流层：10-55km，温度由冷—热（-80—0度），无垂向大气对流，为飞行安全区和臭氧层分布区，吸收了大量的紫外线辐射。

?对流层：平均11-12km，赤道17-18km，两极8-9km。密度最大，气温由热-冷（15— -50度）。是产生气侯现象的主要层圈。 大气圈各分层的作用 对流层和平流层 对流层发生气候变化

平流层(臭氧层)吸收紫外线 暖层(电离层)反射无线电波 1.4大气圈的物质转换

?固体物质

? 火山爆发，陨石坠落。 ?气体物质

? 氮、氧、二氧化碳的循环。 ?水

? 蒸发与降水过程。

火山爆发向空中抛射物质 氮的循环 氧的循环 碳的循环

大气中的水 2. 水圈

?海洋：97.212%（咸水）。 ?冰川：2.15% （固体淡水）。 ?地下水：0.619%。 ?地表水：0.01%。

?大气水和生物水：0.001%。

?能够被人类直接利用的水不足1%。 水圈的构成 2.1.2 水的特征:

?水的偶极性分子结构决定了水具有流动性好、表面张力强、热容量大、弱粘滞性的特点，使其成为地质作用的主要媒介。

?水能够吸收大量的太阳辐射，使海洋成为生命的摇篮。 ?水是地球上生物生存和发展的必备条件。 2.2 水的循环 3. 生物圈

3.1 生物圈的组成

3.2 生命的特征—DNA

3.3 生命的起源、演化和生物圈的形成 3.4 生态系统及其平衡

3.5 生物圈对其他层圈的作用 3.1 生物圈的组成

?生物按界、门、纲、目、科、属、种分类。生物圈化学组成极其丰富，最主要的是氧、碳、氢、氮四种元素，其次为钙、钾、硅、镁等，它们具有重要的生物化学功能。

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