地球的构造

2地球的构造——圈层性

地球的构造有一个很重要的特点，就是圈层性。地球具有一系列物理、化学性质各不相同的圈层，这些圈层称为地圈。地圈在地球表面分布具有两种情况，一种是上下成层分布；一种是互相渗透，互相重叠的分布。高空和地球内部基本上是上下成层分圈，每层内部物理、化学性质比较均一，各层之间的关系也比较简单，每层的内部所发生的过程也比较简单。与此相反，海陆表面附近，即通常所称的地球表层，各地圈相互渗透，甚至互相重叠分布，其所发生的过程复杂多样。

地球的构造自外向内一共分为四部分，①超外圈；②外圈；③地球表层；④内圈。

地球的超外圈是向外扩展到外圈空间的磁力线所构成的地球外部磁场。在磁场范围内的整个区域都称为磁层，它的外边界称为磁层顶。

图3-2　地球表面结构示意

磁层形状的理想模型是一个环绕地球的环状圈。实际上，由太阳风的作用，这个理想的形状是不存在的。太阳风的压力把磁层顶在向太阳的地球那半面加以压缩。在这个区域里，磁力线挤在一起，磁场被强化了。在地球的另一背向太阳的平面上，磁层顶被延伸出去离地球很远，而磁力线稀疏得多。因而磁层的形状具有类似慧星的外貌。

磁层有一个重要的环境作用，即它起着保护地球内部大气和地球表面的作用，使它们免受电离辐射的影响。电离辐射以快速的电子和质子的运动形式从太阳向地球辐射，构成了太阳风。这些粒子一遇到磁层就被俘获，并停留在磁层的磁力线里，成为环状圈，即称为范艾伦辐射带。被俘获的粒子不断从“磁尾”中逃逸出去。地球磁层开始于地面以上600～1 000km处，在空间可延伸到相当于几百个甚至1000个地球半径以外的远处。范艾伦辐射带分布于由地面上空970km向上伸至64000km突然告终。如果没有磁层保护，电离辐射将会损害处于地球表层中的各种生命形态。

大气圈：地球的外圈一般称为大气圈。大气圈是指在地球引力作用下大量气体聚集在地球周围所形成的包层。地球大气的质量为5.3×10²¹克，约占地球总质量的1％。大气密度随高度的增加而按指数函数下降，大气总质量的99％集中在离地表15km高度以内，99.9％在50km高度以内。在2 000km高度以上，大气极为稀薄，逐渐向行星际空间过渡，而无明显上界。大气圈对地球表面的物理状况和生态环境有决定性的影响，特别是对地球生物的起源和存在起着极重要的作用，它不但供给生物活动所必需的碳、氢、氧、氮等元素，而且能防止地球表面温度剧烈变化和水分散失。

大气圈之下，即为海陆表面，习惯上称之为地球表面。它具有一定的厚度，更确切的名称应为地球表层。

根据地球科学的研究，现知有关地球从外部边缘到核心的圈层结构如表3-1。

表3-1

*生物圈质量很小，并渗透于水圈、大气圈等圈层中。

大气圈的底层是水圈、生物圈以及地壳的彼此交织，共同结合为一个特殊的地球表层。

水圈：指连续包围地球表层的水层，包括液态水、气态水和固态水。海水是水圈的主体，它约占水圈总体积的96.2％；其余的3.8％零星地分布在陆地上。水圈受太阳辐射影响，不停地进行大、小循环，对地球表层，特别是地貌起着极大的改造和营建作用；水圈积极参与天气、气候活动，甚至造成大规模的海水进退；水是生命过程的重要介质，深刻制约着生物的地理环境，在一定意义上，没有水就没有生命。

生物圈：地球表层有机体及其生存环境的总和，称生物圈。有人认为，严格地说，在空间上生物圈并不是一个单独存在的圈层。这种划分是出于分类上的需要，是对大气圈、水圈和岩石圈的一个补充。它与大气圈、水圈、岩石圈进行着相互渗透，对物质循环、能量转化和集聚具有特别作用，所以是个独特的圈层。

岩石圈：地球的岩石圈是指地球的固体部分。根据地震波在地下不同深度传播速度分布，地球固体地表以内的岩石圈构造可以分为三层，即地壳、地幔和地核。

图3-3　地球内部结构示意

地壳——地球的表层，从地表到莫霍面这一圈层，称地壳。地壳的平均厚度，大陆地区35km，海洋地区5～10km不等。地壳下部，地震波的传播发生突变，说明那里存在着一个界面。通称莫霍面或M界面。大陆地壳最表层为风化壳，其余则自上而下分为沉积岩层、硅铝层和硅镁层。沉积岩层是不连续的，其厚度一般为4～5km，少数地方可达10km。硅铝层化学成分主要是硅和铝，岩石组成主要为花岗岩和花岗闪长岩。硅镁层化学成分主要是硅和镁，由玄武岩质的岩石构成。海洋下的地壳厚度为5～10km，上部为疏松沉积物，中部为固结沉积物和玄武岩，下部为硅镁层。

地幔——莫霍面以下，深度为35～2 900km的圈层就是地幔。地幔分上下两层。上地幔深度35～1 000km，主要由橄榄岩质的超基性岩石组成。这层岩石比较软，为岩浆的源地，也称为软流圈。下地幔深度1 000～2 900km，可能比上地幔含有更多的铁。由上地幔到下地幔，密度由3.31g/cm³增加到5.62g/cm³。

地核——地核分为两层，地表以下2 900～4 980km，叫外地核，据推测可能是液体。4 980～5 120km深处，是内外两层的过渡带。而由5120km直到地心则为内地核，可能是固体。地核主要由铁、镍组成，可能还包含少量的硅、硫等轻元素。外层密度约为9.5g/cm³，至地心增加到13g/cm³。