Question

地球的内部圈层

Answer 1

地球的内部圈层指从地面往下直到地心的各个圈层，包括地壳、地幔和地核。地球的平均半径约为6371km，目前世界上深井记录为12.3km（俄罗斯，1986年），所以地球内部状况是靠间接方法了解的。通常采用地球物理的方法，更主要是利用地震波的传播变化来分析。地震波分为纵波（P）和横波（S）。纵波可以通过固体和流体，速度较快；横波只能通过固体，速度较慢。地震波速的大小与介质的密度和弹性有关，它们的关系为：

地质学基础

式中V_P为纵波速度；V_S为横波速度；ρ为介质密度；K为介质的体变模量；μ为介质的切变模量。

通过地球地震波的测量数据与实验室的各种不同物质的测量数据相比较可以分析地球内部的物质状态。大量测量数据表明，地球内部地震波传播速度随着深度而变化，并且有些地方还发生突然变化，可见地球内部物质是有差别的，而且还存在许多界面。地震波在地下若干深度处，传播速度发生剧烈变化的面，称为不连续面。其中有两个变化最显著的不连续面（表1-1），一个在地下（自海平面算起）平均33km处（指大陆部分），是由

表1-1 地球内部主要物理性质和圈层划分表

（据黄定华等，2004）

南斯拉夫地震学家莫霍洛维奇于1909年首先发现的，因而以他的名字命名，简称莫霍面（M）。该面上、下V_P由6.8km/s陡升至8.1km/s，而V_S则由3.9km/s升至4.5km/s。另一个在2891km处，是由美国地震学家古登堡于1914年发现的，称古登堡面。该面上、下V_P由13.7km/s陡降至8.0km/s，V_S从7.3km/s到突然消失，表明该面之上为固态岩石，该面以下为液态物质。

根据两个不连续界面，将地球内部划分为三个圈层：地壳、地幔和地核（表1-1，图1-8）。

图1-8 地球内部震波纵波P和横波S传播速度曲线

1.地壳

地壳是由固体岩石组成的地球外壳，是地球最外层的薄壳。其厚度变化大，各地不一。洋壳很薄，平均厚约8km，最薄处仅3km左右。陆壳平均厚约33km，我国的喜马拉雅山地区，可达70km以上。地壳的体积占地球总体积的1.55%，质量占地球质量的0.8%，地壳的平均密度为2.8g/cm³。

陆壳的中部较普遍存在一个次一级不连续面，称为康拉德面，将地壳分为上地壳和下地壳。上地壳平均厚度15km，平均密度约2.7g/cm³，由沉积岩、变质岩和岩浆岩等物质组成，因其化学成分与花岗岩相似，一般称为花岗岩质层或硅铝层。下地壳平均厚度18km，平均密度2.9g/cm³，其物质组成类似玄武岩，故而称为玄武岩质层或硅镁层。

洋壳只有硅镁层，缺乏硅铝层（图1-9）目前在地壳发现的最古老的岩石的年龄为3800±70Ma，这表明地壳至少在38亿年前就已形成了。

2.地幔

位于莫霍面与古登堡面之间的圈层称为地幔。其体积占地球体积的82.3%，质量占67.8%，平均密度约4.5 g/cm³。由于地下670km深处地震波速间断面甚为显著，故而以此间断面将地幔作为上、下地幔的分界面。

上地幔地震波数值和在橄榄岩中实验所得数值相似，所以也称橄榄岩层。莫霍面以下至80km，是上地幔的盖层，为固态，它与莫霍面以上的地壳共同组成了地球的坚硬外壳，称为岩石圈。深度80～220km，地震波速明显下降，横波在局部不能通过，推测部分物质可能呈熔融态，具有可塑性，故而称为软流圈。一般认为软流圈是岩浆的发源地，也是地壳运动的动力源。

图1-9 地壳构造示意图

下地幔是位于深度670～2891km的圈层。平均密度5.1g/cm³。物质成分推测为堆积紧密的氧化物矿物组成，也有人认为，其与陨石中的铁陨石接近。

3.地核

古登堡面以下直至地心部分，称为地核。它的体积占地球体积的16.2%，质量占31.4%，平均密度为10.83g/cm³。根据地震波速高低，可分为外核、过渡层和内核。

外核为深2891～4771km部分，为液态。密度由9.90g/cm³增至11.87g/cm³。

过渡层为深4771～5150km的圈层，推测为液态向固态过渡，平均密度增至12.06g/cm³。

内核为5150km～地心部分。推测为固态，其密度为12.77～13.09g/cm³。

地核的物质，一般认为主要是铁，特别是内核，可能基本由纯铁组成。

Answer 2

自然地理-地球的圈层结构