地质学基础第一章 地球的主要特征.doc

第一章 地球的主要特征 1.地球的外部圈层及表面特征 一、大气圈、水圈、生物圈 （Atmosphere、Hydrosphere、Biosphere） （一）大气圈和大气环流 100KM臭氧层 55KM平流层 10-16KM对流层 0 1. 范围包围着固体地球的外部 影响的是外动力地质作用，主要是靠近地表对流层中的空气。对流层空气的温度湿度，是气候的主要标志，不同气候条件一，外动力地质作用的方式不同。同时空气的流动风是直接的外动力。 成分N、O2、CO2、H2O 2 . 大气环流 对流层空气温度受地面辐射的影响 地面T↑ 高空T↓ 赤道T↑ 两极T↓ 大气环流 赤道 高温、低密度的气体上升，在高空向两极运动 两极 低温、高密度、气体沿地面向赤道运动 受地球自转的影响，地表各伟度上线速度不同，赤道最大（1600公里/小时）两极为零，此差异造成运动物体受偏向效应（偏向力）。 地球自转偏向力（科里奥利力）由于地球自转引起的一种作用于地表一切运动物体的力。结果是沿前进方向，北半球右偏，南半球左偏。 大气环流非正南正北。 河流北半球，右岸侵蚀；南半球，左岸侵蚀。 （二） 水圈和水的循环 包括地下水、地表水（咸水、淡水） 水圈是地球区别于其它行星的最重要特征之一，蕴育了生命，在外动力地质作用中起了重要的作用。 陆地、海洋中的水由太阳蒸发至空中，再经降水回地表。从这个意义上水的循环，可谓“取之不尽，用之不褐”。 （三） 生物圈 包括水圈及地表生存的生物，甚至地下几百～３ＫＭ，仍有微生物。生物的出现在水、气圈形成之后（地球年龄４６亿年，大量动物７－８亿年）。生物是外动力地质作用中比较活跃的因素。一方面自身作为动力参于，另一方面间接改变环境Ｏ2、CO2含量，影响外动力地质作用。 二、地表特征 平均半径 6371.11KM 形态 赤道半径a 6378.245KM 两极半径b 6356.863KM 面积 5.1108 KM 最高点 8848.13m 珠峰 最低点 －11033m 马里亚纳海沟 （一）、大陆地形 高原500600米，表面平坦或一定起伏的广阔地区近期上升地区，如青藏高原 平原200米，表面平坦，高差500米，高差200米，如江淮丘陵 盆地四周高中部低，如四川盆地 海陆分布 海71 陆29 （二）、海底地形 大陆边缘、 大洋盆地、 洋中脊 1．大陆边缘大陆与大洋连接的边缘地带，为海水覆盖。 包括大陆架continental sheltie、大陆坡continental shone） 大陆基、海沟（trench）及岛弧（island arc）。 大陆架近陆浅水海底平原，地势平坦，坡度200 米的水域，宽度我国为100-500KM；日本为4-8KM 大陆坡大陆架外缘的倾斜部分，平均坡度4.3最大20 宽度20～90KM ，平均28KM ，常见横切大陆坡的海底峡谷。 大陆基大陆坡与大洋盆地之间比较平坦的地区，大面积覆盖了堆积物。 海沟与岛弧无大陆基发育的海底（太平洋北、西部）常发育一系列岛屿，无论岛屿本身形态还是把它们连接起来都成弧形，称为岛屿，在岛弧靠大洋一侧，常发育几乎平行的巨形凹地，深约6000米，称海沟。 岛弧与海沟总是平等伴生的。在板块构造学说中，被认为是大洋板块向大陆板块俯冲的地方。 大陆边缘类型 ⑴被动性大陆边缘（大西洋型大陆边缘）［无海沟］ 大陆 大陆架 大陆坡 大陆基 大洋盆地 ⑵主动性大陆边缘（太平洋型大陆边缘）［有海沟］ 安弟斯型大陆 大陆边缘山脉 大陆架和大陆 海沟 洋盆 日本海型大陆 边缘海 岛弧 海沟 洋盆 2．大洋盆地 海洋的主体部分，水深4000～6000米，平坦坡度g理论 密度大 如 Fe、Ｃu、Ｐb等金属矿床 负异常g实测g理论 密度小 如 煤、石油、盐类等矿床 （二） 地球的温度 1．内部温度的变化 地内温度是不均匀的 外热层（变温层） 地表外层，温度来源于阳光。其中地表向下1～1.5M每日昼夜温度变化；10～20M每年四季温度变化。 常温层（恒温层） 变温层下界处，温度终年不变，大约为年平均温度。 内热层（增温层）温度来源于地球内部（放射性脱变）。 随深度增加，地温升高。 增温率（地温梯度）每深度增100米，增加的地温值,单位℃/百米；一般地区为3℃/百米。 增温级 每地温增加1℃增加的深度。单位米； 一般地区为33米。 增温率与增温级两者互为倒数。 2. 地热流值 单位时间内由地内向外通过岩石单位截面积放出的热量，与岩石的热导率有关，与地内温度有关。 地表有一些地热异常区（地热流值高）；如火山地区、温泉、海底某些地区，这与一定的地壳活动、地质构造有关，将深处地热代到地表。 3．地热来源放射性元素蜕变热，内部重力（位能）转化为热能 。 （三）、地球的磁性 地球如同一个巨大的磁铁，有磁南、磁北极。磁北极与地理北极交角11.5。 （地磁南北极与物理学相反，若把地球看作是磁铁则地磁北极为S极。） Z Ｔ ＭＮ Ｎ 1. 地磁要素 Ｔ磁物强度 Ｉ磁倾角，北半球为正（向下倾），南半球为负（向上翘） Ｄ磁偏角，不同的地理位置（不同经、纬度）磁偏角不同 Ｈ水平分量 Ｚ垂直分量 特例 赤道附近 I 0、 Hmax、 Z 0 两极 I90、 Ｈ０、 Ｚmax 磁偏角Ｄ在各地区是不不同的的，每到一个新区进行野外调查时，首先要了解该区的磁偏角，进行罗盘教正。 2. 地磁极的变化 磁南、北极位置的变化 长期缓慢漂移（偏离） 周期性倒转 现代地磁南北极与地理南北极交角11.5,并非绝对不变，长期观测证实，近代地磁极有向西漂移的现象，速度是极其缓慢的。 同时大量的古地磁资料表明，地磁的南北极在地质历史中一直处在周期性交替之中。我们把与现代两极极性相同的称正向期，反之称为反向期，最近34百万年来有三次大的倒转 0～69万年 布容正向期 69～243 松山反向期 每次持续时间大约１百万年 243～332 高斯正向期 共３次倒转 332以前 吉尔伯反向期 3.古地磁学 居里点铁磁质转为顺磁质时的温度（大约600～700℃）。 热剩磁岩浆冷凝成岩浆岩的过程中，磁性矿物经居里点时被当时 磁场磁化（方向一致），这种保留在岩石中的磁性称热剩 磁。记录了当时地磁场的状况。 古地磁学利用岩石热剩磁来研究地史时期地球磁场的大小、 方向、磁极位置及演变过程的科学。 古地磁学的研究成果为现代地质学的海底扩张，板块运动提供了十分重要的证据。 １. 能传播地震波 ２. 固体潮（球体形状一段时期变化，另一段时期 恢复原状） 弹性表现 （四） 地球的弹和塑性 １. 地球正固体椭球体，长轴与旋转轴垂直 ２. 岩层褶皱、柔皱、蠕变 塑性表现 作用速度快，持续时间短，表现为弹性。 作用速度缓慢，持续时间长，表现为塑性 二、地球的内部圈层 对地球内部的了解只能是间接地通过借助某种手段来了解（目前最深的钻10KM相对于6371KM半径来说微乎其微）这种手段就是地震波。（振动或冲击形成的弹性波）。 （一） 地震波 1． 面波物质界面上传播 2． 体波介质体内传播 （纵波Ｐ和横波S） 无论纵波还是热波的传播速度都与介质的物理有密切的关系。 体变模量（物体在围压下体积能宿小的程度） 切变模量（物体在定向压力下形状改变的程度，液体为零） 物体（介质）密度 液体中Vs0，无横波 同时，当地震波通过上、下两种物质的物性相差较大的界面时，能够发生的类似光的传播时的反射和折射。 （二） 圈层划分 人们在地表设立专门的地震波接收站，记录地震波的传播情况，并经复杂的计算，得出地球内部一些物性差异较大的圈层界面。 名称 圈层代号 底界深度KM 密度 物态 地壳 A 33 2.6-3.0 固态岩石 地 幔 上 地 幔 B 60 250 塑性软流圈（低速带） C 400 3．325.7 下 地 幔 D 2898 地 核 外 E 液态 过度 F 9.7-13（16） 固态 内 G 6381 一级界面有莫霍界面（地壳与地幔的分界），1909年南斯拉夫学者提出。 古登堡界面（地幔与地壳的分界），1914年美国学者提出 （三）地壳地质学研究的重点 1.莫霍面是地壳与地幔分界，厚度（深度）在大洋地区和大陆地区不同 大陆区 陆壳 厚2070公里 平均33km 大洋区 洋壳 厚 510公厘 平均7km 2． 康拉德界面仅存在于陆壳中（1925年发现），是次一级界面， 深约10km。 界面之上，岩石平均密度2.67,花岗岩质， 称硅铝层Si-Al 界面之下，岩石平均密度2.9, 玄武岩质, 称硅镁层Si-Mg 3．陆壳与洋壳的区别 ①厚度不同，陆壳33公理，洋壳7公理； ②陆壳的物质组成为上部硅铝层，下部硅镁层 洋壳的物质组成只有硅镁层 3 促进地壳演变的地质作用 地壳是地球的最外圈层，也是人类了解最多的部分，自形成以来其表面形态，内部结构和物质物质成分无时无刻不在变化和发展，这些变化和发展有的速度快而强烈，易为人们察觉，如地震，火山喷发等；有的却十分缓慢不易被发现，如山脉的上升、海底扩张等。促使这变化，发展的动力，都是自然动力。这些过程就是地质作用。 一、 地质作用由自然动力促使地壳（岩石圈）的物质组成，结构、 构 造和地表形态变化和发展的作用。 自然动力（地质动力）根据其能量来源分为内动力（内生动力，内营力） 外动力（外生动力、外营力） 二、 内动力地质作用由于地球内部能源（自转能，重力能，放射性元素蜕变产生的热能等），在地壳深处产生的动力，作用于整个地壳（包括地表和深处）的作用。 类型包括 岩浆作用、变质作用、地震作用、构造运动（地壳运动） 三、 外动力地质作用大气、水和生物在太阳辐射能、日月引力能及地球重力能的影响下产生的动力，作用于地壳表层的各种作用。 类型包括 风化作用、剥蚀作用、搬运作用、沉积作用、成岩作用 各种地质作用（内、外）在促使地壳物质运动、变化的过程中，都包含着建设性和破坏性两个方面，一方面不断形成新的物质成分（矿、岩）、地质构造和地表形态。另一方面又不断破坏原有的物质成分（矿、岩），地质构造和地表形态。 正是由于地质作用的破坏建设再破坏再建设不断反复，促使地壳不断变化和发展。 地质学中涉及的问题无一不是与各种动力的地质作用有关，都是地质作用的产物（矿物、岩石、构造、地表形态、地层、生物） 因此，研究和阐明各种地质作用的过程、规律是地质学的基本的内容 岩浆作用 变质作用 地震作用 地壳运动 内动力地质作用 风化作用 剥蚀作用 搬运作用 沉积作用 成岩作用 地质作用 外动力地质作用 12