地球圈层（由地球外圈和内圈组成的结构）
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更新时间：2023-05-20
地球圈层
由地球外圈和内圈组成的结构
术语解释
简介
地球圈层分为地球外圈和地球内圈两大部分。地球外圈可进一步划分为三个基本圈层，即岩石圈、水圈、大气圈；地球内圈可进一步划分为三个基本圈层，即地壳、地幔和地核。此外在地球外圈和地球内圈之间还存在一个软流圈，它是地球外圈与地球内圈之间的一个过渡圈层，位于地面以下平均深度约150公里处。这样，整个地球总共包括八个圈层，其中岩石圈、软流圈和地球内圈一起构成了所谓的固体地球。对于地球外圈中的大气圈、水圈和生物圈，以及岩石圈的表面，一般用直接观测和测量的方法进行研究。而地球内圈，目前主要用地球物理的方法，例如地震学、重力学和高精度现代空间测地技术观测的反演等进行研究。
地球圈层
组成结构
地壳
地壳厚度各处不一，大陆地壳平均厚度约35公里，高大山系地区的地壳较厚，欧洲阿尔卑斯山的地壳厚达65公里，亚洲青藏高原某些地方超过70公里，而北京地壳厚度与大陆地壳平均厚度相当，约36公里。大洋地壳很薄，例如大西洋南部地壳厚度为12公里，北冰洋为10公里，有些地方的大洋地壳的厚度只有5公里左右。整个地壳平均厚度约17公里。一般认为，地壳上层由较轻的硅铝物质组成，叫硅铝层。大洋底部一般缺少硅铝层；下层由较重的硅镁物质组成，称为硅镁层。大洋地壳主要由硅镁层组成。
地球圈层示意简图
地幔介于地壳与地核之间，又称中间层。自地壳以下至2900公里深处。地幔一般分上下两层：从地壳最下层到100—120公里深处，除硅铝物质外，铁镁成分增加，类似橄榄岩，称为上地幔，又称橄榄岩带；下层为柔性物质，呈非晶质状态，大约是铬的氧化物和铁镍的硫化物，称为下地幔。地震资料说明，大致在70—150公里深处，震波传播速度减弱，形成低速带，自此向下直到150公里深处的地幔物质呈塑性，可以产生对流，称为软流圈。这样，地幔又可分为上地幔、转变带和下地幔三层。了解地幔结构与物质状态，有助于解释岩浆活动的能量和物质来源，及地壳变动的内动力。地核地幔以下大约5100公里处地震横波不能通过称为外核，推测外核物质是“液态”，但地核不仅温度很高，而且压力很大，因此这种液态应当是高温高压下的特殊物质状态；5100—6371公里是内核，在这里纵波可以转换为横波，物质状态具有刚性，为固态。整个地核以铁镍物质为主。地球结构为一同心状圈层构造，由地心至地表依次分化为地核（core）、地幔（mantle）、地壳（crust）。地球地核、地幔和地壳的分界面，主要依据地震波传播速度的急剧变化推测确定。地球各层的压力和密度随深度增加而增大，物质的放射性及地热增温率，均随深度增加而降低，近地心的温度几乎不变。地核与地幔之间以古登堡面相隔，地幔与地壳之间，以莫霍面相隔。地核又称铁镍核心，其物质组成以铁、镍为主，又分为内核和外核。内核的顶界面距地表约5100公里，约占地核直径的1/3，可能是固态的，其密度为10.5—15.5克/立方厘米。外核的顶界面距地表2900公里，可能是液态的，其密度为9—11克/立方厘米。地幔又可分为下地幔、上地幔。下地幔顶界面距地表1000公里，密度为4.7克/立方厘米，上地幔顶界面距地表33公里，密度3.4克/立方厘米，因为它主要由橄榄岩组成，故也称橄榄岩圈。地壳的厚度约33公里，上部由沉积岩、花岗岩类组成，叫硅铝层，在山区最厚达40公里，在平原厚仅10余公里，而在海洋区则显著变薄，大洋洋底缺失。地壳的下部由玄武岩或辉长岩类组成，称为硅镁层，呈连续分布，在大陆区厚可达30公里，在缺失花岗岩的深海区厚仅5—8公里。
地球内部结构：地壳、地幔和地核 三层之间的两个界面依次称为莫霍面和古登堡面地壳+上地幔顶部=岩石圈 纵波，横波通过地幔速度最大。地球外部圈层包括：大气圈、水圈和生物圈。
1、地壳中的化学元素
地壳中有90多种天然化学元素，其中氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁八大元素含量占地壳总重量的97%，其余元素只占3%。而地壳中的氧约占49%；硅约占26%。2、地壳中的矿物
地壳中的化学元素，随着地质作用的变化不断地进行化合和分解，形成各种具有一定物理—化学性质特征的矿物。而矿物又是形成地壳岩石与矿石的基本单位。地壳中的矿物大约有3000种，但与形成岩石有关的矿物主要有：石英、正长石、斜长石、角闪石、辉石、云母、方解石等，这类矿物通常称为造岩矿物。3、主要造岩矿物特征
石英（SiO2），晶体为柱状或块状，透明或半透明，具有油脂光泽，硬度7，用刀刻划不产生条痕，为重要造岩矿物。长石，各类岩石都有，为含有钾、钠和钙的硅酸盐矿物，硬度6—6.5，柱状或板块状，正长石常为肉红色，斜长石为灰白色。角闪石，暗灰色或黑色，硬度5.5—6，常与石英、长石共生。云母，能沿解理方向揭成很薄的光滑薄片，发亮，透明，能弯曲，硬度2—3，具绝缘性。方解石（CaCO3），白色，透明或半透明，硬度3，用刀刻划可见条痕，遇稀盐酸反应起泡。地壳岩石地壳是由各种岩石组成的，岩石是由各类矿物组成的。根据形成的条件与当时形成的环境，岩石可分三大类：（一）岩浆岩这类岩石当时形成时温度很高，所以又称为火成岩。岩浆是地球深处高温高压下复杂的硅酸盐熔融体，主要成分是二氧化硅、三氧化二铝以及其他氧化物。金属元素及其氧化物的含量虽然不多，却是形成各种矿物（床）的物质来源。岩浆在不同条件下形成各种岩石。地壳中的岩石主要由岩浆岩构成。常见的、分布最广的岩浆岩有以下几种：1.花岗岩花岗岩是大陆上分布非常广泛的岩石，主要由正长石、石英和云母等矿物于地壳层内冷凝而成，多较坚硬，呈肉红色，是良好的建筑材料。与花岗岩成分相同而喷出地表形成的岩石，叫流纹岩，流纹岩在形成时，一面流动，一面冷却凝固，产生流纹状结构，所以叫流纹岩。2.闪长岩闪长岩也是一种侵入岩，主要由斜长石、角闪石等矿物组成，灰色或灰绿色。与闪长岩矿物成分相同、喷出地表后冷却凝固成的岩石叫安山岩，因岩浆迅速冷却，挥发性物质迅速散逸，常形成气孔状结构。3.辉长岩辉长岩也是常见的岩石，属于侵入岩，主要由斜长石、辉石和少量角闪石等矿物组成。色深，与辉长岩矿物成分大致相同、喷出地表的叫玄武岩。因含铁、镁成分较多，故呈黑色或黑绿色，常具有气孔状结构。玄武岩分布很广。（二）沉积岩是各类岩石经风化、侵蚀、搬运、沉积和成岩作用后形成的岩石，称为沉积岩。这类岩石大多是在海洋、河流、湖泊等水环境下形成，所以沉积岩又称水成岩。由于水量有大小，水体深浅不一，水动力条件与沉积环境不一，沉积岩一般具层层层现象，构成岩石的颗粒有粗细之分，层次有厚薄不同。地表分布最广的是沉积岩。由于沉积岩一般形成于常温常压环境，所以岩层里往往保留有生物遗迹——化石。常见的并且分布广泛的沉积岩有以下几种：1.石灰岩主要化学成分是碳酸钙，原本原本是海洋环境下的生物化学沉积。白色、灰白色或灰色。石灰岩是沉积岩中最常见的和地表分布最广泛的一类岩石。它可作为建筑材料，例如石灰、水泥等的原料。2.砂岩主要矿物成分是石英、长原来原来原来是陆地上或浅海环境沉积。黄色、灰白色，岩石比较坚硬，是较好的建筑材料。用来做磨刀石的通常是砂岩。3.页岩主要矿物有高岭土、石英、云母等，浅海或陆相沉积。泥质结构，致密，不透水，是良好的隔水层。浅绿色或浅黄色。岩性软弱，容易风化、侵蚀。4.砾岩由大小不一的岩石碎块混杂在一起，被某种物质胶结而形成，一般为陆相沉积。砾岩成分有的简单，有的很复杂，有的砾岩的砾石带有棱角，有的则被磨得浑圆。这类岩石一般多孔隙、透水，常常是良好的含水层。（三）变质岩由岩浆岩、沉积岩，甚至包括变质岩本身，在高温、高压或动力挤压下，使原有岩石中的矿物产生重新排列、组合，并可能产生新的变质矿物，具有一定的结构特征的岩石，称为变质岩。例如，石灰岩经过变质作用，形成美丽的大理石，这是一种名贵的建筑材料，因云南省大理附近点苍山出产这种岩石而得名；砂岩经变质作用后，形成更为坚硬的石英岩；页岩经变质作用后，形成比较致密而坚实的板岩或片岩等等。
简介
在地球外圈和地球内圈之间还存在一个软流圈，它是地球外圈与地球内圈之间的一个过渡圈层，位于地面以下平均深度约150km处。这样，整个地球总共包括八个圈层，其中岩石圈、软流圈和地球内圈一起构成了所谓的固体地球。
对于地球外圈中的大气圈、水圈和生物圈，以及岩石圈的表面，一般用直接观测和测量的方法进行研究。
而地球内圈，主要用地球物理的方法，例如地震学、重力学和高精度现代空间测地技术观测的反演等进行研究。
地球各圈层在分布上有一个显著的特点，即固体地球内部与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，各圈层则是相互渗透甚至相互重叠的，其中生物圈表现最为显著，其次是水圈。
内部圈层
划分
地球内部情况主要是通过地震波的记录间接地获得的。地震时，地球内部物质受到强烈冲击而产生波动，称为地震波。它主要分为纵波和横波。由于地球内部物质不均一，地震波在不同弹性、不同密度的介质中，其传播速度和通过的状况也就不一样。例如，纵波在固体、液体和气体介质中都可以传播，速度也较快；横波只能在固体介质中传播，速度比较慢。地震波在地球深处传播时，如果传播速度突然发生变化，这突然发生变化所在的面，称为不连续面。根据不连续面的存在，人们间接地知道地球内部具有圈层结构。
地壳
陆壳具有双层结构，上部为硅铝层，下部为硅镁层。地壳厚度各处不一，平均厚度为35km，高大山系地区的地壳较厚，欧洲阿尔卑斯山的地壳厚达65km，亚洲青藏高原某些地方超过70km，而北京地壳厚度与大陆地壳平均厚度相当，约36km。
洋壳主要为硅镁层，平均厚度为6km。大洋地壳很薄，例如大西洋南部地壳厚度为12km，北冰洋为10km，有些地方的大洋地壳的厚度只有5km左右。整个地壳平均厚度约17km。
地幔
地幔介于地壳与地核之间，由地壳底部一直延伸到地核的外围，即介于莫霍面与古登堡面之间，又称中间层。其厚度约2880km，其体积占地球总体积的83%，质量为4030×10g，占地球质量68.1%，平均密度为4.5g/cm，根据地震波速度变化的情况，将地幔分为上下两层，上部称为上地幔，下部为下地幔。
地球圈层
地核
地核指从地下2898km古登堡面以下向内到地心，一个半径为3473km的地球核心部分。其体积为固体地球总体积的16%。据推测，地核的密度为9.7～13g/cm，质量占地球总质量的31.5%，压力为1.52～3.75×10MPa，温度为2860～6000℃。
地震波显示，地核内4640km和5155km处尚存在两处不连续界面，因而可进一步划分为外核（2898～4640km）、过渡层（4640～5155km）和内核（5155～6371km）三部分。外核不能传播横波、纵波波速降至8.1～8.9km/s，认为呈液态；内核可传播横波，认为具固态特征，过渡层可传播横波，但波速很低，认为具有塑性状态。一般认为地核主要由铁和镍组成，可能还含有硅、硫等其它元素。
地核之所以成为实心因为地心引力在此创造出的压力是地球表面压力的300万倍。地核是的高温可以达到华氏13000度，比太阳表面温度高上2000度。地核内的铁流使物质产生巨大的磁场，可以保护地球免受外来射线的干扰。
外部圈层
大气圈
大气圈指连续包围地球的最外面的空气圈。大气圈的下界为地面及水面，但无明显的上界，地面以上数万千米高空仍有极稀薄的空气存在。大气圈的总质量为5.6×10g。由于地球引力使绝大部分大气集中在地面到100km高度范围内。大气的成分随高度而不同。在100km高度以下的大气，主要由氮气和氧气组成。大气的温度随高度而有不规则的变化。在距地表10km高度内，平均每升高100m气温下降约0.6℃。大气的密度和压力与高度成反比，与温度也成反比。在20km高度的气压约为地面气压的1/10，在40km高度的气压约为地面的1/100。依照大气的成分、密度、温度以及其流动状况，自地表到高空分为四层：对流层、平流层、中间层、热层（暖层）和外大气层（散逸层）。
经历了几十亿年复杂演化过程的现代大气的组成除含有各种气体元素外，还有水滴，冰晶、尘埃和花粉等杂质。大气中除去水汽和杂质的空气称为干洁空气，它的主要成分有氮，占78.09%；氧，占20.95%；氩，占0.93%，三者共计约占空气总量的99.9%，其他各种气体含量合计不到0.1%。
水圈
水圈是地球上所有水的总称。包括地表、地下及大气中以液态、固态和气态各种形态存在的所有水。与大气圈、生物圈、岩石圈共同组成地理壳。海洋是水圈中一个连续的最大水体，约占地球表面积的70.8%。地球上总水量约为1.3710km，约占地球体积的0.12%。其中绝大部分存在于海洋中，陆地水只占2.8%。
水圈与大气圈和地壳互相渗透，无明确界限。地面水、大气水和地下水因受到太阳辐射的影响，不停地进行水的大小循环，引起多种表生地质作用，对地壳进行巨大的改造（破坏和建设）作用。
生物圈
地球上的一切生物都是生活在地球的表层，生物及其生存的该地球表层总称生物圈。它的范围大致包括11km深的地壳和海洋以及15km以内的地表大气层，即包括了大气圈、水圈和岩石圈的一部分。生物圈中的空气、水、日光、土壤和岩石为生命活动提供了一切必要的条件。
