奇石地質(zhì)講壇|第四講：地球的外部圈層結(jié)構(gòu)

第四講 地球的外部

圈層結(jié)構(gòu)

人們對于地球的結(jié)構(gòu)近代才有了比較清楚的認(rèn)識。整個地球不是一個均質(zhì)體，而是具有明顯的圈層結(jié)構(gòu)（圖1）。地球每個圈層的成分、密度、溫度等各不相同。

圖1 地球圈層結(jié)構(gòu)

地球圈層分為地球外圈和地球內(nèi)圈兩大部分（圖2）。地球外圈可進(jìn)一步劃分為四個基本圈層，即大氣圈、水圈、生物圈和巖石圈（圖3）；地球內(nèi)圈可進(jìn)一步劃分為三個基本圈層，即地幔圈、外核液體圈和固體內(nèi)核圈。此外在地球外圈和地球內(nèi)圈之間還存在一個軟流圈，它是地球外圈與地球內(nèi)圈之間的一個過渡圈層，位于地面以下平均深度約150km處。這樣，整個地球總共包括八個圈層，其中巖石圈、軟流圈和地球內(nèi)圈一起構(gòu)成了所謂的固體地球。地球各圈層在分布上有一個顯著的特點，即固體地球內(nèi)部與表面之上的高空基本上是上下平行分布的，而在地球表面附近，各圈層則是相互滲透甚至相互重疊的，其中生物圈表現(xiàn)最為顯著，其次是水圈。

圖2 地球結(jié)構(gòu)

圖3 四大圈層

1. 大氣圈

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2000~16000km高空仍有稀薄的氣體和基本粒子。在地下，土壤和某些巖石中也會有少量空氣，它們也可認(rèn)為是大氣圈的一個組成部分。地球大氣的主要成份為氮、氧、氬、二氧化碳和不到0.04％比例的微量氣體。地球大氣圈氣體的總質(zhì)量約為5.136×1021g，由于地心引力作用，幾乎全部的氣體集中在離地面100km的高度范圍內(nèi)，其中75％的大氣又集中在地面至10km高度的對流層范圍內(nèi)（圖4）。

圖4 大氣的垂直分層

2. 水圈

地球表面3/4以上的面積被海洋、冰層、湖泊、沼澤和河流中的水體所覆蓋，地面以下的土壤和巖石縫隙中也充填著大量的地下水，由它們共同構(gòu)成一個連續(xù)而不規(guī)則的圈層，稱為水圈（圖5）。從離地球數(shù)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云和覆蓋地球大部分的藍(lán)色海洋，它使地球成為一顆"藍(lán)色的行星"。地球水圈總質(zhì)量為1.66×1024g，約為地球總質(zhì)量的1/3600，其中海洋水質(zhì)量約為陸地（包括河流、湖泊和表層巖石孔隙和土壤中水）的35倍。如果整個地球沒有固體部分的起伏，那么全球?qū)⒈簧钸_(dá)2600m的水層所均勻覆蓋。大氣圈和水圈相結(jié)合，組成地表的流體系統(tǒng)。

圖5 海陸間大循壞

3. 生物圈

由于存在地球大氣圈、水圈和地表礦物，在地球上這個合適的溫度條件下，形成了適合于生物生存的自然環(huán)境。據(jù)估計，現(xiàn)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。在地質(zhì)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(jīng)滅絕了。現(xiàn)存的生物生活在巖石圈上層、大氣圈下層和水圈全部，構(gòu)成了地球上一個獨特的圈層，稱為生物圈（圖6）。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，也是迄今為止所發(fā)現(xiàn)的唯一適合人類生存的行星。

圖6 生物圈的物質(zhì)和能量循壞

4. 巖石圈

對于地球巖石圈，除表面形態(tài)外，是無法直接觀測到的。它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過地震波在近40km處所顯示的第一個不連續(xù)面（莫霍界面），一直延伸到軟流圈為止。巖石圈厚度不均一，厚約60~120km，平均厚度約為100km（圖7）。由花崗質(zhì)巖、玄武質(zhì)巖和超基性巖組成。由于洋底占據(jù)了地球表面總面積的2/3之多，而大洋盆地約占海底總面積的45％。因此，整個固體地球的主要表面形態(tài)可認(rèn)為是由大洋盆地與大陸臺地組成。地球巖石圈（因為地球上90%的構(gòu)造均發(fā)生于該圈層）又叫構(gòu)造圈（狹義），構(gòu)造圈是20世紀(jì)中葉提出的一個概念，指均衡補償面以上、發(fā)生地殼運動的地球外殼部分。

圖7 巖石圈厚度不均

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