地球內部圈層的形成,地球內部圈層構造的可能形成原因

2022-03-04 04:33:08 字數 4832 閱讀 4731

1樓:匿名使用者

地球內部結構是指地球內部的分層結構。今天探測器可以遨遊太陽系外層空間,但對人類腳下的地球內部卻鞭長莫及。目前世界上最深的鑽孔也不過12公里,連地殼都沒有穿透。

科學家只能通過研究**波、地磁波和火山爆發來提示地球內部的祕密。一般認為地球內部有三個同心球層:地核、地幔和地殼。

地殼是地球的表面層,也是人類生存和從事各種生產活動的場所。地殼實際上是由多組斷裂的,很多大小不等的塊體組成的,它的外部呈現出高低起伏的形態,因而地殼的厚度並不均勻:大陸下的地殼平均厚度約35公里,我國青藏高原的地殼厚度達65公里以上;海洋下的地殼厚度僅約5~10公里;整個地殼的平均厚度約15公里,這與地球平均半徑6371公里相比,僅是薄薄的一層。

地殼上層為花崗岩層,主要由矽-鋁氧化物構成;下層為玄武岩層,主要由矽-鎂氧化物構成。理論上認為過地殼內的溫度和壓力隨深度增加,每深入100米溫度升高1℃。近年的鑽探結果表明,在深達3公里以上時,每深入100米溫度升高2.

5℃,到11公里深處溫度已達200℃。

目前所知地殼岩石的年齡絕大多數小於20多億年,即使是最古老的石頭——丹麥格陵蘭的岩石也只有39億年;而天文學家考證地球大約已有46億年的歷史,這說明地球殼層的岩石並非地球的原始殼層,是以後由地球內部的物質通過火山活動和造山活動構成的。

地殼下面是地球的中間層,叫做「地幔」,厚度約2865公里,主要由緻密的造巖物質構成,這是地球內部體積最大、質量最大的一層。 地幔又可分成上地幔和下地幔兩層。一般認為上地幔頂部存在一個軟流層,推測是由於放射元素大量集中,蛻變放熱,將岩石熔融後造成的,可能是岩漿的發源地。

下地幔溫度、壓力和密度均增大,物質呈可塑性固態。

地幔下面是地核,地核的平均厚度約3400公里。地核還可分為外地核、過渡層和內地核三層,外地核厚度約2080公里,物質大致成液態,可流動;過渡層的厚度約140公里;內地核是一個半徑為1250公里的球心,物質大概是固態的,主要由鐵、鎳等金屬元素構成。地核的溫度和壓力都很高,估計溫度在5000℃以上,壓力達1.

32億千帕以上,密度為每立方厘米13克。

最近,美國一些科學家用實驗方法推算出地幔與核交界處的溫度為3500℃以上,外核與核心交界處溫度為6300℃,核心溫度約6600℃。

地心是固態的證實

科學家在美國地球物理學會的一次會議上說,在液態地核之內的地球中心是固態的,從而首次為地質界長期信奉的一項理論提供了直接的證據。 這一研究結果是通過對2023年6月發生在印度尼西亞地下約600公里處的一次大**的震波進行分析後得出的。科學家長期以來一直在尋找這一從未被證實過的推測性結論的證據。

執筆撰寫該研究報告的西北大學地質科學教授埃米萊•奧卡爾說,科學家們知道地球是漂浮在融化態的鐵質地核上的巖質外罩已有一段時間了,不過地球物理學家還推測認為,在地球內部更深的地方,由於壓力很大,這些鐵變成了固體。

在30年代的時候,**學家發現穿過地心的**波的速度存在著不連續性,並提出了地球核心存在著某種層狀結構的假設。然而問題在於波傳播的是液體、而非固體的識別特徵。奧卡爾說,固體與液體的區別在於固體能夠維持兩種不同型別的波的進行,而液體只能維持一種波。

以前人們只觀察到來自地核的帶有液體識別特徵的第一類波。但是,奧卡爾和他的法國同事伊夫•坎西利用法國各地的**檢測網對印尼的**進行了研究,並且首次探測到了**波中的固體識別特徵。奧卡爾稱這一發現對材料科學領域的研究具有價值,因為它表明鐵在巨大的壓力下表現出了獨特的特性。

地球內部圈層構造的可能形成原因

如何理解地球圈層構造和各圈層的形成原因?

2樓:易書科技

作為一個整體的地球,在結構上的顯著特徵,就是它由同心圈層所組成。不同的圈層儘管它的大小、組成物質、性狀和厚薄不同,但都以地心為其共同的球心,所以稱為同心圈層,這些圈層依次更替,互相聯絡。一般以地殼表面為界,分為外部圈層和內部圈層,有人稱之為「裡三層和外三層」。

在地球外部圈層中,根據物質的不同特點可分為大氣圈、水圈和生物圈。地球內部,根據對**波的傳播研究等劃出地殼、地幔和地核三個圈層。

以上圈層的厚度、體積、平均密度和質量均不相同。那麼這些圈層又是如何形成的呢?簡單講,當初從太陽星雲中分化出來的原始地球是一個比較均質的球體,那時鐵、鎳、矽酸鹽物質混雜一起,沒有明顯的分層現象。

自原始地球形成後的幾千年內,由於地球內部鈾、釷、鉀等放射性元素蛻變生熱,地球內部不斷增溫,當溫度達到一定程度時,原始地球內部開始熔化,致使地球內部發生巨大分化,鐵、鎳首先熔化,比重較大的熔滴滲過矽酸鹽物質沉向地球中心,形成熔融的地核,同時地內深處較輕的矽酸鹽物質(後熔)則浮向地球上部,首先分化出地幔和地核。

組成地幔的矽酸鹽物質也存在著較輕和較重的差異,在長期分異和重力作用下,較輕的花崗岩類浮在地球最上層,玄武岩位於花崗岩之下,較重的橄欖岩又位於玄武岩之下,這樣,花崗岩和玄武岩層構成了地殼,而橄欖岩形成地幔的主要成分。在大規模的物質變遷中,大約經過4億~10億年,最後形成地球內部三層,即地殼、地幔和地核。

隨著原始地球的改組和分異活動等,一直被禁錮在地球物質中的氣體大量洩出地表,由於地球引力使甲烷和氨等比較重的氣體和水汽在地球外層停留形成原始大氣,隨著地表逐漸冷卻和大氣中塵埃微粒增多,水分迴圈,形成原始水圈。以後由於水量增加,地殼形態變化,原始水圈逐漸演變成今天的海洋、河湖和沼澤。

海洋形成以來,由於各種外力等因素的作用,生物逐漸出現,特別是原始綠色植物的出現,從而進行光合作用,令氧從二氧化碳中分離出來。遊離的氧對原始大氣的氧化作用使一氧化碳變成二氧化碳,氨變成水汽和氮,最後形成以氮和氧為主的現代大氣成分。氧的存在,原始生命逐漸發展起來,從海洋擴充套件到陸地和低層大氣,形成生物圈。

生物圈質量雖小而且較薄,但是唯一具有生命的圈層。生物的出現,不僅使自然界中化學元素進行了遷移,而且改造了大氣圈、水圈和岩石圈,從而使地球面貌發生了根本的變化。

地球的內部圈層

3樓:中地數媒

地球的內部圈層指從地面往下直到地心的各個圈層,包括地殼、地幔和地核。地球的平均半徑約為6371km,目前世界上深井記錄為12.3km(俄羅斯,2023年),所以地球內部狀況是靠間接方法瞭解的。

通常採用地球物理的方法,更主要是利用**波的傳播變化來分析。**波分為縱波(p)和橫波(s)。縱波可以通過固體和流體,速度較快;橫波只能通過固體,速度較慢。

**波速的大小與介質的密度和彈性有關,它們的關係為:

地質學基礎

式中vp為縱波速度;vs為橫波速度;ρ為介質密度;k為介質的體變模量;μ為介質的切變模量。

通過地球**波的測量資料與實驗室的各種不同物質的測量資料相比較可以分析地球內部的物質狀態。大量測量資料表明,地球內部**波傳播速度隨著深度而變化,並且有些地方還發生突然變化,可見地球內部物質是有差別的,而且還存在許多介面。**波在地下若干深度處,傳播速度發生劇烈變化的面,稱為不連續面。

其中有兩個變化最顯著的不連續面(表1-1),一個在地下(自海平面算起)平均33km處(指大陸部分),是由

表1-1 地球內部主要物理性質和圈層劃分表

(據黃定華等,2004)

南斯拉夫**學家莫霍洛維奇於2023年首先發現的,因而以他的名字命名,簡稱莫霍面(m)。該面上、下vp由6.8km/s陡升至8.

1km/s,而vs則由3.9km/s升至4.5km/s。

另一個在2891km處,是由美國**學家古登堡於2023年發現的,稱古登堡面。該面上、下vp由13.7km/s陡降至8.

0km/s,vs從7.3km/s到突然消失,表明該面之上為固態岩石,該面以下為液態物質。

根據兩個不連續介面,將地球內部劃分為三個圈層:地殼、地幔和地核(表1-1,圖1-8)。

圖1-8 地球內部震波縱波p和橫波s傳播速度曲線

1.地殼

地殼是由固體岩石組成的地球外殼,是地球最外層的薄殼。其厚度變化大,各地不一。洋殼很薄,平均厚約8km,最薄處僅3km左右。

陸殼平均厚約33km,我國的喜馬拉雅山地區,可達70km以上。地殼的體積佔地球總體積的1.55%,質量佔地球質量的0.

8%,地殼的平均密度為2.8g/cm3。

陸殼的中部較普遍存在一個次一級不連續面,稱為康拉德面,將地殼分為上地殼和下地殼。上地殼平均厚度15km,平均密度約2.7g/cm3,由沉積岩、變質岩和岩漿岩等物質組成,因其化學成分與花崗岩相似,一般稱為花崗岩質層或矽鋁層。

下地殼平均厚度18km,平均密度2.9g/cm3,其物質組成類似玄武岩,故而稱為玄武岩質層或矽鎂層。

洋殼只有矽鎂層,缺乏矽鋁層(圖1-9)目前在地殼發現的最古老的岩石的年齡為3800±70ma,這表明地殼至少在38億年前就已形成了。

2.地幔

位於莫霍面與古登堡面之間的圈層稱為地幔。其體積佔地球體積的82.3%,質量佔67.

8%,平均密度約4.5 g/cm3。由於地下670km深處**波速間斷面甚為顯著,故而以此間斷面將地幔作為上、下地幔的分介面。

上地幔**波數值和在橄欖岩中實驗所得數值相似,所以也稱橄欖岩層。莫霍面以下至80km,是上地幔的蓋層,為固態,它與莫霍面以上的地殼共同組成了地球的堅硬外殼,稱為岩石圈。深度80~220km,**波速明顯下降,橫波在區域性不能通過,推測部分物質可能呈熔融態,具有可塑性,故而稱為軟流圈。

一般認為軟流圈是岩漿的發源地,也是地殼運動的動力源。

圖1-9 地殼構造示意圖

下地幔是位於深度670~2891km的圈層。平均密度5.1g/cm3。物質成分推測為堆積緊密的氧化物礦物組成,也有人認為,其與隕石中的鐵隕石接近。

3.地核

古登堡面以下直至地心部分,稱為地核。它的體積佔地球體積的16.2%,質量佔31.4%,平均密度為10.83g/cm3。根據**波速高低,可分為外核、過渡層和核心。

外核為深2891~4771km部分,為液態。密度由9.90g/cm3增至11.87g/cm3。

過渡層為深4771~5150km的圈層,推測為液態向固態過渡,平均密度增至12.06g/cm3。

核心為5150km~地心部分。推測為固態,其密度為12.77~13.09g/cm3。

地核的物質,一般認為主要是鐵,特別是核心,可能基本由純鐵組成。

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