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地球及其圈层结构
• 固体地球表面分为大陆和海洋两大地形单元。大陆平均高度875米,海洋平均深度3,729米。最大的大陆是亚欧大陆,位于北半球、东半球。
• 大陆上最具典型的地形单元是呈线状延展的山地和呈面状分布的平原,高原以及裂谷系,丘陵等。海底最重要的地形单元有洋脊,海沟,大洋盆地,海山,大陆边缘等。
• 大洋:年轻、演化相对简单。大陆:年龄跨度大、演化复杂(导致大陆岩石圈的不均匀性)。
地壳(Earth crust):是指由岩石组成的固体外壳,地球固体圈层的最外层,岩石圈的重要组成部分。它的外部呈现出高低起伏的形态,因而地壳的厚度并不均匀:大陆地壳平均厚度约35Km,褶皱山系的地壳最厚可达75Km,洋底地壳厚度仅约5~10公里;全球地壳的平均厚度约17Km。
按其构成成分,可分为表层、上层和下层。地壳表层因受大气、水、生物作用,可形成土壤层、风化壳和各种沉积层、变质层岩,厚度约0~10Km。地壳上层化学成分以氧、硅、铝为主,平均化学组成与花岗岩相似,称为花岗岩层,亦有人称之为“硅铝层”,平均密度为2.7g/cm3。此层在海洋底部很薄,尤其是在大洋盆底地区,太平洋中部甚至缺失,是不连续圈层。地壳下层富含硅和镁,平均化学组成与玄武岩相似,称为玄武岩层,亦有人称之为“硅镁层”,平均密度2.9g/cm3;在大陆和海洋均有分布,是连续圈层。上下层以康拉德不连续面(Conrad discontinuity)隔开。
地壳中的地震纵波速度为5.6~7.6Km/s,横波速度为3.4~4.2Km/s。地壳岩石具有一定的可塑性,且愈往深处塑性愈大。理论上认为地壳内的温度和压力随深度增加,每深入100米温度升高1℃。近年的钻探结果表明,在深达3公里以上时。每深入100米温度升高2.5℃。到11公里深处温度已达200℃。
莫霍面(Moho discontinuity):地壳同地幔间的分界面,因克罗地亚地震学家莫霍洛维奇在1909年发现,故命名为莫霍洛维奇不连续面,简称莫霍面(或莫氏面)。由许多具有弹性的薄圈层构成,具有一定的厚度、凹凸不平的圈壳。其深度因地而异。在大陆区的平均深度为30~40Km,其中在褶皱山区可达50~75Km,在岛弧地区约为20~30Km,而在大洋地区只有5~10Km。该界面在全球范围内都存在,厚度估计约为0.2~3Km。
在该界面附近,地震纵波(P波)速度从界面上方的7.0km/s左右至界面下方跳到8.1km/s左右;横波(S波)速度也从4.2km/s增至4.4km/s。此面以上物质平均化学组成与玄武岩相似,密度约2.9×103kg/m3;此面以下物质平均化学组成与橄榄岩相近,密度约3.1~3.3×103kg/m3。
地幔(Earth mantle):介于地壳与地核之间,故又称“中间层”或“过渡层”。厚度约2865公里,主要由致密的造岩物质构成,这是地球内部体积最大(占地球总体积83.4%)、质量最大(占地球总质量的68.1%)的一层。
地震波显示在400Km和1000Km深处有次级不连续面存在,即拜尔勒面和雷波蒂面。一般以1000Km为界把地幔分成上地幔和下地幔两层。上地幔顶部存在一个地震波传播速度加快的层(莫霍面),岩石圈(岩石圈指地壳和上层地幔顶部)以下称为软流层(Asthenosphere),推测软流层是由于放射性元素大量集中,蜕变放热,使岩石高温软化,并局部熔融造成的,很可能是岩浆(Magma)的发源地。下地幔温度、压力和密度均增大,物质呈可塑性固态。
古登堡面(Gutenberg discontinuity):地幔与地核的分界面。因德国物理地球学家古登堡(1936年加入美国籍)于1914年发现,故命名为“ 古登堡界面”。从莫霍面往下,地震波速继续增大,至2900Km深处,纵波速度增至13.64Km/s,横波速度增至7.3 Km/s。自2900 Km以下,由于地球外核为液态,在地幔中的地震横波突然中止消失(横波只能在固体中传播),纵波曲线在此界面处的速度骤然下降为8.1 Km/s。
地核(Earth core):古登堡界面以下的地球核心圈层。厚度为3473Km,占地球总体积的16%、总质量的31.5%。按地震波的速度变化,以4640Km和5155Km两处为界面,将地核分为外核、过渡层和内核。据推测,地核物质非常致密,密度为9.7~13g/cm3,外核与内核交界处温度为6300℃,核心温度约6600℃。地核的物质成分主要是铁,并含镍5~20%及少量轻元素(如硅或硫等)。
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