地球各圈层结构

地球各圈层结构

地球具有怎样的结构呢？从古至今，有不少人对此进行了猜测，但这些猜测并没有什么科学依据，直到进入近代，随着科学技术的发展，人们对于地球的结构才有了较为清晰的认识。整个地球并非一个平均分配的球体，相反，地球还具有极其明显的圈层结构，并且每个圈层的成分、密度和温度等都不一样。现在，了解地球的运动、起源和演化，探讨其他行星的结构以及整个太阳系起源和演化问题都需要研究地球的内部结构，因而，研究地球的内部结构就显得非常有意义。

地球圈层有内圈和外圈之分。地球外圈包括4个基本圈层，即大气圈、水圈、生物圈和岩石圈；地球内圈包括3个基本圈层，即地幔圈、外核液体圈和固体内核圈。此外，在地球外圈和地球内圈之间还存在软流圈，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150千米处。这样，整个地球总共包括8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。对大气圈、水圈、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等方法进行研究。地球的这8个圈层在分布上有一个特点，即固体地球的内部深度与空气高度基本上是相等的，在地球表面，各个圈层是相互交叉而存在的，其中生物圈与其他圈层的交叉最为明显。

一、大气圈

大气圈是气体圈层，它是地球外圈的最外层，并包围着海洋和陆地。大气圈没有上界，在2000～16000千米的高空仍有稀薄的气体和基本粒子。在地下，土壤和某些岩石中也会有少量空气，它们也可认为是大气圈的一个组成部分。地球大气的主要成分为氮、氧、氩、二氧化碳和不到0．04%比例的微量气体。地球大气圈中气体的总质量约为5．136×10²¹克，相当于地球总质量的0．86/10⁶。由于地心具有引力，大部分气体集中在离地面100千米之内，其中75%的大气集中在地面至10千米高度的对流层内。根据大气分布特征，在对流层之上还可将大气圈分为平流层、中间层、热成层等。

大气圈

二、水圈

水圈是一个互相连接但不规则的圈层，包括海洋、江河、湖泊、沼泽、冰川和地下水等。如果有机会站在离地球数万千米的高空，可以看到地球大气圈中水汽形成的白云和覆盖地球大部分的蓝色海洋，它使地球成为一颗蓝色的行星。地球水圈总质量为1．66×10²⁴克，约为地球总质量的1/3600，其中海洋水质量约为陆地水质量的35倍。我们可以假设一下，如果整个地球没有高山等固体部分的起伏，那么地球将是深达2600米的汪洋。大气圈和水圈两个圈层的存在，是地表的流体系统存在的基础。

三、生物圈

地球大气圈、水圈和矿物的存在以及地球上适宜的温度，为生物的生存提供了自然环境。人们通常所说的生物是指有生命的物体，包括植物、动物和微生物。据估计，地球上现存植物约有40万种，动物约有110多万种，微生物至少有10多万种。据统计，在地质历史上曾生存过的生物约有5亿～10亿种之多，然而，在地球漫长的演化过程中，绝大部分都已经灭绝了。现在地球上的生物基本上都生活在岩石圈的上层部分、大气圈的下层部分和水圈的全部，它们共同构成了地球与其他星体相区别的一个独特的圈层，即生物圈。

四、岩石圈

通常我们只能观察到地球岩石圈的表面形态，对于其内部构造则无法直接观测。岩石圈主要由地球的地壳和地幔圈中上地幔的顶部组成，从固体地球表面向下穿过地震波在近33千米处所显示的第一个不连续面一直延伸到软流圈为止。岩石圈厚度不均匀，平均厚度约为100千米。由于岩石圈及其表面形态与现代地球物理学、地球动力学有着密切的关系，因此，岩石圈是现代地球科学中研究得最多、最详细、最彻底的固体地球部分。现在我们知道，地球表面总面积的2/3是洋底，而海底总面积的45%是大洋盆地，这些盆地的平均水深为4000～5000米，很多海底火山就存在于大洋盆地中，在大洋盆地的周围是广阔的海底丘陵，因而，我们可以知道大洋盆地与大陆台地构成了整个固体地球的表面形态，对岩石圈的研究主要是对固体地球的研究，这构成了“全球构造学”理论。

五、软流圈

上地幔是地球表面以下约100千米的地方，在上地幔有一个非常明显的地震波低速层，这个地震波低速层的概念最初是由美籍德国科学家古登堡在1926年提出的，又被称为软流圈，它处于上地幔的上部。在洋底，上地幔位于地球表面约60千米深度以下；在大陆，上地幔位于地球表面120千米深度以下。因此，上地幔的平均深度约为60～250千米。现在科学家们通过观测和研究，已经肯定了软流圈层的存在。软流圈的存在具有重要的意义，地球外圈与地球内圈因为它的存在而区分开来。

六、地幔圈

在软流圈以下至地球内部约2900千米深度的界面处存在着一个圈层，这就是地幔圈。由于地球外核为液态，所以在地幔圈和外核流体圈之间存在一个界面。在地幔中的地震波不能穿过此界面在外核中传播，另一种波在这个界面中运行的速度也减低了很多。这个界面是古登堡在1914年发现的，所以也称为古登堡面，它构成了地幔圈与外核流体圈的分界面。整个地幔圈由上地幔和下地幔组成。地球物理学通过研究证明，下地幔存在强烈的横向不均匀性，这种不均匀的程度非常大，甚至可以跟岩石层的不均匀程度相比。下地幔不仅是地核热量传送到地幔的热边界层，而且它很可能与地幔有着不同的化学成分。

七、外核液体圈

外核液体圈是处于地幔圈之下的一个圈层，它在地面以下2900～5120千米的深度。整个外核液体圈基本上是由动力学粘度很小的液体构成的，其中2900～4980千米深度完全由液体构成，4980～5120千米深度则是外核液体圈与固体内核圈之间的过渡层。

八、固体内核圈

地球圈层结构图

固体内核圈是地球8个圈层中最靠近地心的圈层，它位于5120～6378千米的地心处。根据对地震波速的探测与研究，现在已经证明固体内核圈是固体结构。地球内层物质的形态各不相同，地球平均密度为5．515克/厘米3，地球岩石圈的密度仅为2．6～3．0克/厘米3。因此可以知道，地球内部的密度必定要比平均密度大许多，并且随着深度的增加，地球密度会出现非常明显的变化。

地球内部的温度与地表的温度有很大差异，因为它会随深度的增加而上升。根据最新观测，我们可以得知在100千米深度，地球的温度为1300℃，300千米深处为2000℃，在地幔圈与外核液态圈边界处，地球的温度达到了4000℃，地心的温度则是5500℃～6000℃。