地球结构是什么?
地球作为一个整体,在构造上有它自己显著的特征,即它是由同心圈所组成,不论是地球内部还是地球表面都是如此。
地球最外面的一层叫地壳,这就是地球的表皮,假如把地球比作鸡蛋的话,那么,地壳就相当于鸡蛋的蛋壳。地壳由各种岩石组成,除地表覆盖一层薄薄的沉积岩、风化土和海水外,上部主要由花岗岩类的岩石组成,由于富含硅和铝,称为硅铝层;硅铝层的厚度并不到处一样,在大洋深处有的地方甚至没有硅铝层,下部主要由玄武岩或辉长岩类的岩石组成,由于富含硅和镁,称为硅镁层。除大洋底部有硅镁层直接露出处,其余都埋在硅铝层之下。地壳的平均厚度为33公里,大陆所在的地方比较厚一些,海洋的地方比较薄,最薄的地方10公里都不到。如我国青藏高原下面的地壳厚度在65公里以上。海洋下面的地壳,厚度只有5-8公里。在地壳表面还有一层风化壳,上面“发育”了一层薄博的土壤。地壳的压力由上至下逐渐加大,由表面的一个大气压增至1300个大气压,温度至底部增加到摄氏1000度左右。地壳同我们人类生产和生活的关系最密切,里面含有大量的矿产,可供我们开采利用。地壳往下的那一层叫做地幔,又称“中间层”,介于地壳和地核之间,是固体层,厚度2900公里左右。地幔可分为上下两层。上地幔深度35-1000公里,上地幔最靠地壳的一层是由橄榄岩一类的物质组成,这种物质非常坚硬。现在知道最深的地震,是发生在地下700公里的地方,即地幔上部。地幔的物质可能是固态的,也可能象粘胶一样处在半流动状态,当它受到外力作用时,能够变形而不致破裂。如果地壳的某个地方发生了裂缝,“地幔”上部的物质就会喷出地表,变成熔融赤热的熔岩,这就是火山喷发了。下地幔离地面1000-2900公里,可能比上地幔含有更多的铁。地幔体积占地球总体积的83%,质量占整个地球的66%。地幔再往里就是地核,它的半径约3500公里。地核可分为“外地核”和“内地核”两层。处在地表以下2900-4980公里的部分叫外地核,是液体状态。4980-5120公里深处,是一个过渡带,从5120公里直到地心则为内地核,是固体状态。地核的成分主要是铁,另外还有一些没镍和碳的元素。内地核的半径约1300公里,因为地核离开地面太深,很少有“讯息”传来,所以我们至今对它了解得很少。那么,我们是怎样知道地核成分是铁呢?我们通过对地震波的研究,可以估算出地核物质的平均密度大约为每立方厘米10.7克。人们通过计算,大概知道地核处的压力在每平方厘米1550吨3880吨之间,温度在5000度左右。在如此高温高压下,有什么样的物质可以使它的密度达到10.7克/立方厘米呢?而这种物质又必须是一种比较普遍存在的,至少要占整个地球质量的三分之一。这样,人们就会自然考虑到宇宙中最为普遍的重元素,密度为7.86克/立方厘米的铁。它在地心高温高压下的密度值会达到10.7克/立方厘米左右。这是从地球本身的特点分析而得出的结论。此外,人们还从落到地球上的大量陨石的物质组成加以合理的推论。一般说,陨石有两种,一种是硅酸盐类组成的石质陨石;另一种是含90%的铁与9%的镍和1%的其他元素组成的铁陨石。科学家们已基本弄清楚,陨石是一颗碎裂的行星的残屑;铁质陨石就是这颗行星的内核碎屑。这不能不使人想到地核的内核也是以铁为主的铁镍核心。也有的科学家认为地核与地幔的成分相似,到底地核的成分是什么,还有待科学家的进一步探索。
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地球表面和地心之间的差异不仅表现于密度的不同。这两个部位的物质的性质也很不相同。实际上地球的构造是分成许多层的。
地球的结构可以分为三大层。最外边的那一层像是覆盖地球的薄薄的皮肤,称为地壳。地壳下面是一层厚厚的地幔。中心部分是地核。这三大层又各自分成一些更加复杂的构造。
地壳各部分的厚度并不相同。海洋底部地壳平均厚度是5千米,而大陆地壳平均厚度是31千米。大陆与海洋底部地壳厚度的差异是地壳的一个重要的特征。
上述两部分地壳还有另外的一些差异。它们各有不同种类的岩石。大陆岩石例如花岗岩,比海洋底部的岩石例如玄武岩密度小。这两部分的构造也不同。构成海洋底部的玄武岩类型的岩石也出现在大陆的底部。这就好像是比较轻的大陆底部的岩石漂浮在更重的岩石的上方。
现代有关地球构造的理论认为情况本来就是这样的。但是为了理解岩石的漂浮学说即地壳均衡说,必须先对地球较深层的地幔有所了解。
从来没有人看到过地幔是什么样子的。人们在大陆和海洋底部往地壳里挖掘了很深的洞,例如石油井,但是还没有一个洞打穿地壳进入地幔的。有关地幔的知识全都来自测量由地震引起的振动(即地震波)。通过这些测量,科学家可以推断出地幔的许多特征。
地幔的厚度大约有2900千米,可以分为三个部分。比起日常见到的物质来,地幔物质是十分坚硬的。但是如果长时间对它施加压力,比如说持续加压几百万年,它也会稍稍作出一些退让。由此可见,如果地壳里的岩石分布逐渐发生变化,例如山上的物质受到侵蚀脱离并沉积到海洋底部,地幔会慢慢地改变,弥补地幔上方岩石重量的改变。这就是地壳均衡说。
地核从地球的中心部位向外伸展,半径约为3480千米。要想了解地球内部的情况是十分困难的,所以有关它的结构的许多说法都不是定论。有些证据表明地核是分层的。内核的半径约为1255千米,质地十分坚硬,但是它周围的外核却几乎是液态的。
有些科学家不同意这种有关地核的描述,因为这种说法是以不完善的地震波数据为依据的。这个理论认为内核物质的密度约为每立方厘米16—20克。外核物质的密度为每立方厘米11—12克。
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澳大利亚的布伦根据地震资料于1967年提出了地球内部结构的A模型,1970年又提出了HB2模型。这些模型对地球的分层结构作了更仔细的研究,目前广泛使用的是A模型。
地壳又称
A层,它的厚度是不均匀的,大陆地壳平均厚度约30多公里(中国青藏高原的地壳厚度可达65公里多),而海洋地壳仅5~8公里。密度为地球平均密度的1/2。大陆地壳上层的成分约在花岗闪长岩和闪长岩之间,下层岩石可能是麻粒岩和闪岩。海洋地壳是橄榄岩。据目前所知,地壳岩石的年龄绝大多数小于20多亿年。这意味着现在地球壳层的岩石不是地球的原始壳层,是以后由地球内部的物质通过火山活动与造山运动而形成的。
地幔的物质密度由近地壳处的3.3克/厘米3增至近地核处的5.6/厘米3,地震波传播的速度也随之增大。地幔分为三层。从莫霍面到地表下410公里深处,称为B层,地震波波速几乎随深度直线增大。往下到1,000公里深处是一个过渡带,称为C层,地震波波速不均匀地增大,说明内部物质分布不均匀。B、C两层称为上地幔。再往下到2,900公里处称为D层,即下地幔,波速增大较均匀,而且没有发生过地震。地幔物质的主要成分可能是同橄榄岩相似的超基性岩。
地核也分为三层。E层是外地核,可能是液体,地震波横波在这里消失。
F层是外地核和内地核之间的过渡层。G层是内地核,可能是固体的,这里又出现地震波横波。地核虽只占地球体积的16.2%,但由于它的密度相当高(地核中心物质密度达到13克/厘米3,压力可能超过370万大气压),根据有些学者计算,它的质量超过地球总质量的31%。地核主要由铁和镍等金属物质构成。
地球内部的温度随深度而上升。根据地震波传播情况得知:地幔是固体状态的,100
公里深处的温度已达1,300℃,300公里深处的温度是2,000℃。据最近估计,地核边缘的温度约4,000℃,地心的温度为5,500~6,000℃。由于地球表层是热的不良导体,来自太阳的巨大热量只有极少一部分能穿透到地下极浅处。因此,地球内部的热能可能主要来源于地球本身,即产生于天然放射性元素的衰变。
地球的重力加速度也随深度而变化。在地球内部,地球自转引起的惯性离心力随深度的增加而减少,这样,地球内部的重力可以简单地看成是地球的引力。一般认为,从地表到地下2,900公里深处,重力大致随深度而增加,在2,900公里处重力达到最高值,约1,000伽。从地表下2,900公里到地心,重力急剧减小,到地心为0。
地球表面高低起伏悬殊,形态变化多端。喜马拉雅山脉的珠穆朗玛峰的现测高度为海拔8848.13米,这是陆地上的最高点;而西亚约旦河的尾闾死海的水面为负392米,是陆地上的最低点,高低差距9240.13米。陆地地形通常分为山地、平原、高原、盆地、丘陵等类型,它们以不同的规模在各大陆上交相分布,构成陆地表面起伏不平的外貌。