地球結構

地球結構

地球結構,地球的內部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。

基本信息

地球內部結構

固體地球(一級分層)結構示意圖固體地球(一級分層)結構示意圖
當地殼岩石發生斷裂錯動時,會產生強烈的震動,這就是地震。地震所釋放出的能量非常巨大,可相當於10萬顆普通的核子彈爆炸。它能使地球像一個巨大的音叉那樣發生振動,產生強大的地震波。當人們在地表用儀器觀測地震波向地球中心傳播時,發現地震波在大陸底下33千米左右深處,在海洋底下10千米左右深處發生了巨大的突變;在地下2900千米左右深處又發生了巨大的突變。這表明地下有兩個明顯的界面,界面上下物質的物理性質有很大差異。第一個界面位於33千米深處,是奧地利科學家莫霍洛維奇於1909年發現的,簡稱為“莫霍面”。另一明顯界面位於2885千米深處,是德國科學家古登堡於1914年發現的,簡稱為“古登堡面”。據此,科學家們認為,地球內部大致可分為三個組成物質和性質不同的同心圈層,最外面的一層稱為地殼,最中心部分稱為地核,中間一層稱為地幔。如果把地球內部結構做個形象的比喻,它就像一個雞蛋,地核就相當於蛋黃,地幔就相當於蛋白,地殼就相當於蛋殼。

地殼

地殼是地球表面以下、莫霍面以上的固體外殼,地殼的厚度是不均勻的,地殼平均厚度約17千米,大陸部分平均厚度約33千米,高山、平原地區(如青藏高原)地殼厚度可達60~70千米;海洋地殼較薄,平均厚度約6千米。地殼厚度的變化規律是:地球大範圍固體表面的海拔越高,地殼越厚;海拔越低,地殼越薄。地殼的物質組成除了沉積岩外,基本上是花崗岩、玄武岩等。花崗岩的密度較小,分布在密度較大的玄武岩之上,而且大都分布在大陸地殼,特別厚的地方則形成山嶽。地殼上層為沉積岩和花崗岩層,主要由矽-鋁氧化物構成,因而也叫矽鋁層;下層為玄武岩或輝長岩類組成,主要由矽-鎂氧化物構成,稱為矽鎂層。海洋地殼幾乎或完全沒有花崗岩,一般在玄武岩的上面覆蓋著一層厚約0.4~0.8千米的沉積岩。地殼的溫度一般隨深度的增加而逐步升高,平均深度每增加1千米,溫度就升高30℃。

地幔

固體地球(二級分層)結構示意圖固體地球(二級分層)結構示意圖
地幔是介於地表和地核之間的中間層,厚度將近2900千米。主要由緻密的造岩物質構成,這是地球內部體積最大、質量最大的一層。它的物質組成具有過渡性。靠近地殼部分,主要是矽酸鹽類的物質;靠近地核部分,則同地核的組成物質比較接近,主要是鐵、鎳金屬氧化物。地幔又可分成上地幔和下地幔兩層。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,因為它主要由橄欖岩組成,故也稱橄欖岩圈。一般認為上地幔頂部存在一個軟流層,是放射性物質集中的地方,由於放射性物質分裂的結果,整個地幔的溫度都很高,大致在1000℃到2000℃或3000℃之間,這樣高的溫度足可以使岩石熔化,可能是岩漿的發源地。但這裡的壓力很大,約50萬~150萬個大氣壓。在這樣大的壓力下,物質的熔點要升高。在這種環境下,地幔物質具有一些可塑性,但沒有熔成液體,可能局部處於熔融狀態,這已從火山噴發出來的來自地幔的岩漿得到證實。下地幔溫度、壓力和密度均增大,物質呈可塑性固態。
地球各層的壓力和密度隨深度增加而增大,物質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

地核又稱鐵鎳核心,其物質組成以為主,又分為核心和外核。核心的頂界面距地表約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,可能是液態的,其密度為9—11克/立方厘米。推測外地核可能由液態鐵組成,核心被認為是由剛性很高的,在極高壓下結晶的固體鐵鎳合金組成。地核中心的壓力可達到350萬個大氣壓,溫度是6000攝氏度。在這樣高溫、高壓的條件下,地球中心的物質的特點是在高溫、高壓長期作用下,猶如樹脂和蠟一樣具有可塑性,但對於短時間的作用力來說,卻比鋼鐵還要堅硬。

地球內部劃分

固體地球結構表

地球圈層名稱 深度 (公里) 地 震 縱波速度 (公里/秒) 地 震 橫波速度 (公里/秒) 密度(克/立方厘米) 物 質 狀 態
一級 分層 二級 分層 傳統 分層
外 球 地 殼 地 殼 0—33 5.6—7.0 3.4—4.2 2.6—2.9 固態物質
外 過 渡 層 外過渡層 (上) 上地幔 33—980 8.1—10.1 4.4—5.4 3.2—3.6 部 分 熔融物質
外過渡層 (下) 下地幔 980—2900 12.8—13.5 6.9—7.2 5.1—5.6 液態—固態 物 質
液 態 層 液 態 層 外地核 2900—4700 8.0—8.2 不能通過 10.0—11.4 液態物質
內 球 內 過 度 層 過度層 4700—5100 9.5—10.3
12.3 液態—固態 物 質
地 核 地 核 5100—6371 10.9—11.2
12.5 固態物質

地球外部結構

地球外圈分為四圈層,即大氣圈、水圈生物圈和岩石圈

大氣圈

大氣圈是地球外圈中最外部的氣體圈層,它包圍著海洋和陸地。大氣圈沒有確切的上界,在2000~16000公里高空仍有稀薄的氣體和基本粒子。在地下,土壤和某些岩石中也會有少量空氣,它們也可認為是大氣圈的一個組成部分。地球大氣的主要成份為氮、氧。由於地心引力作用,幾乎全部的氣體集中在離地面100公里的高度範圍內,其中75%的大氣又集中在地面至10公里高度的對流層範圍內。根據大氣分布特徵,在對流層之上還可分為平流層、中間層、高層大氣等。

水圈

水圈包括海洋、江河湖泊沼澤、冰川和地下水等,它是一個連續但不很規則的圈層。從離地球數萬公里的高空看地球,可以看到地球大氣圈中水汽形成的白雲和覆蓋地球大部分的藍色海洋,它使地球成為一顆"藍色的行星"。其中海洋水質量約為陸地(包括河流、湖泊和表層岩石孔隙和土壤中)水的35倍。如果整個地球沒有固體部分的起伏,那么全球將被深達2600米的水層所均勻覆蓋。大氣圈和水圈相結合,組成地表的流體系統。

生物圈

由於存在地球大氣圈、地球水圈和地表的礦物,在地球上這個合適的溫度條件下,形成了適合於生物生存的自然環境。人們通常所說的生物,是指有生命的物體,包括植物、動物和微生物。據估計,現有生存的植物約有40萬種,動物約有110多萬種,微生物至少有10多萬種。據統計,在地質歷史上曾生存過的生物約有5-10億種之多,然而,在地球漫長的演化過程中,絕大部分都已經滅絕了。現存的生物生活在岩石圈的上層部分、大氣圈的下層部分和水圈的全部,構成了地球上一個獨特的圈層,稱為生物圈。生物圈與其他圈層相比,其不同點:首先,其他圈層是由無機物組成的,而生物則構成了生物圈的主體,是一個非常活躍的圈層;其次,其他圈層都具有相對獨立的空間結構,而生物圈則滲透於其他圈層之中,形成一個特殊的結構。生物圈是太陽系所有行星中僅在地球上存在的一個獨特圈層。

岩石圈

對於地球岩石圈,主要由地殼和地幔圈中上地幔的頂部組成,從固體地球表面向下穿一直延伸到軟流圈。岩石圈厚度不均一,平均厚度約為100公里。由於岩石圈及其表面形態與現代地球物理學、地球動力學有著密切的關係,因此,岩石圈是現代地球科學中研究得最多、最詳細、最徹底的固體地球部分。

地球結構成因

固體地球結構成因
地球是由地核俘獲熔融物質和少量塑性物質、固態物質、氣體和液體開始的。
在距今46億(?)年前,由鐵鎳物質組成的地核俘獲熔融物質和少量塑性物質、固態物質、氣體和液體,在地核外形成高溫熔融物質巨厚層。
地核與高溫熔融物質間形成內過渡層。
地球外表溫度降低,熔融物質凝固,形成外殼。
外殼與高溫熔融物質間形成外過渡層。
在地球的中間形成液態層。
水圈、大氣圈成因
地球結構地球結構
熔融物質由於凝固和收縮,在地表形成張裂、溝谷、高山。由於宇宙天體撞擊,在地表形成大坑窪地。
隨著溫度降低,熔融物質凝固過程中產生的水和俘獲的水流動匯聚到張裂溝谷與大坑窪地中,形成地球上最初的水域海洋和湖。產生的氣和俘獲的大氣留在地球表面,形成大氣圈
生物圈成因
生物圈成因實質是地球上生命起源。
關於地球生命起源分為兩大學派:一種學派認為生命起源於地球,是地球長期演化形成的;另一種學派認為地球上的生命來源於宇宙,是宇宙生命降落到地球後演化開始,人們對其他星球及太空的探索,沒有發現生命的存在,對生命起源於宇宙的觀點提出質疑。
如果地球破碎了,地球上的生命將如何
為了研究和探討地球上生命起源與演化,進行逆向思維:如地球破碎了,其上存在的生命將如何?
地球破碎後,所有動、植物都將或碎或以完好個體漂浮在宇宙中。
動物或破碎和肢解而死亡,或缺氧死亡,或凍死,或餓死,或因其他原因而死亡;或呈冬眠凍僵狀態。
生命的繁殖與生存
有關植物的一些資料
將胡蘿蔔搗碎後,將其細胞放入營養液中培養就可以培養出一株完整的胡蘿蔔。植物的克隆技術所要求的條件相對要低和簡單。
植物能通過孢子、種子繁殖,還能進行無性繁殖。人類將植物的種子帶到太空,經太空輻射等作用,一些植物得到了最佳化。一些植物的孢子、種子可在極端條件下長期保存,如低溫條件。可進行無性繁殖的植物其根莖也可在極端的條件下長期保存。
有關人類的一些資料
①、在第二次世界大戰時期,德國法西斯進行活人凍死試驗:將俘虜活活凍死,然後進行復活。被凍死的人有些能夠復活過來。德國法西斯經過試驗,被凍死的人用人暖復活率高。其中,用一個女人暖一個凍死的男人復活率最高,而用兩個女人暖一個凍死的男人復活率相對要低。
②、借腹生子、試管嬰兒、克隆生命,這些人類生命繁殖技術已成功實現。理論上可以實現由基因複製生命。用一根頭髮絲就能複製出這個生命,當然需要相當的技術和實驗室條件。
有關其他動物的一些資料
昆蟲、爬行動物、兩棲動物等,在冬季時,它們或在土裡、或在洞裡冬眠。在冬眠時,它們處於凍僵狀態。當溫度適宜時,它們甦醒復活。
地球上水和冷凍狀態
地球上水的總量約占地球質量的萬分之二。如果將水鋪在平坦的地球表面,可形成一個水深2700多米的海洋。
地球破碎後,由於溫度降低,許多動植物將被凍在冰里,漂浮在宇宙中。
冬季,地球北半球是冬天;夏季,地球南半球是冬天。在高原和地球高緯度的一些地區,處於永凍狀態。
無論地球在什麼季節和時間破碎,都會有動植物處在冬眠狀態。

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