地球的圈层构造

地球是一个演化的行星，从原始物质均一的球体，经分异演化成为具层圈构造的行星，把地球划分为外圈层和内圈层，其外圈层包括大气圈和水圈、生物圈；而其内圈层包括地壳、地幔和地核，内圈层各层之间的化学成分有显著差异。

1.外部圈层

（1）大气圈。

大气圈是地球以外的空间，它提供生物需要的CO2和O2，对地貌形态变化起着极大的影响。

1）大气的成分。主要由氮气和氧气、二氧化碳及少量的水汽等多种气体组成，总质量约为5000多亿吨，其中氮气约占空气总容积的78%，氧气约占21%。

2）大气圈的分层。地球大气圈的厚度大约有2000～3000km，按距离地球表面的远近进行划分如下：

①对流层（厚16～18km）；②平流层（到约50km高空）；③中间层（到约85 km高空）；④热层（到500～800km高空）；⑤散逸层。

风霜雨雪、云雾冰雹等变化多端的大气现象都发生在对流层内。平流层中存在大量臭氧，它对太阳辐射紫外线的强烈吸收构成了对生物的有效天然保护。

（2）水圈。

地球的水是由地球诞生初期弥漫在大气层中的水蒸气慢慢凝结形成的，由地球上广泛分布的江河湖海及地下水组成，水圈为动物、植物、微生物所存在和活动的空间提供了必不可少的条件。水在运动的过程中与地表岩石相互作用，作为一种最活跃的地质营力促进各种地质现象的发育，大陆降水是改变地貌的强大动力因素之一，水圈主要包括：

1）海洋。海洋的面积约占地球表面积的71%，海洋水约占地球总水量的97.3%。

2）陆地水。以冰川水为主，分布在高山和两极地区，其余的陆地水分布在湖泊、江河、沼泽和地壳岩土体的空隙中。

（3）生物圈。

地球表面凡是有生命活动的范围称为生物圈，生物包括动物、植物、微生物。生物在其生命活动过程中，通过光合作用、新陈代谢等方式，形成一系列生物地质作用，从而改变地壳表层的物质成分和结构。生物活动成为改造大自然的一个积极因素，同时生物的繁殖活动和生物遗体的堆积，为形成有用矿物提供了物质基础。

2.内部圈层

图2-1　地球的形状

地球内部是由不同形态、不同物质的圈层构成的。了解地球内部构造是一个非常困难的问题，因为人类对地球无法直接进行观察，关于地球内部物质与构造的判断只有依靠间接信息。 目前，主要是根据地震波在地球内部传播速度来进行地球圈层划分的。根据对地震资料的研究，发现地球内部地震波的传播速度在两个深度上作跳跃式的变化，反映出地球内部物质以这两个深度作为分界面，上下有显著不同，上分界面称“莫霍面”，下分界面称“古登堡面”。据这两个分界面，把地球内部构造分为地壳、地幔、地核三个圈层（图2-2），其各层化学成分、密度、压力、温度等都不同，具有同心圆状的圈层构造，同类的物质大致位于相同的深度。

图2-2　地球的圈层构造

（1）地壳（0～33km） 。

由于元素衰变、外界行星撞击等引起地球的平均温度达2000℃，导致地球内部大部分物质开始熔融，低熔点组分即较原始物质密度小者向上浮动，形成原始的地壳，地壳厚度极不均匀，大陆地壳平均厚度为33km，我国青藏高原地壳厚度达70km左右。大洋地壳平均厚度为5～8km。地壳约占地球体积的0.5%，质量占地球总质量的0.8%。地壳由坚硬的岩层和岩层风化后所形成的土层组成。地壳的平均密度为2.6～2.9g/cm3。组成地壳的物质主要是地球中比较轻的硅镁和硅铝等物质。地壳的上层为硅镁层，相对密度2.6～2.7g/cm3，下层为硅铝层，相对密度2.8～2.9g/cm3，地壳最薄处约1.6km（在海底海沟沟底处），而其最厚处则约70km。地球形成至今有45～46亿年的历史，其地壳部分则是后来才形成的。按地壳中所含的放射性元素的衰减规律， 目前测得的地壳年龄约为38亿年。人类的工程活动目前仍限制在地壳的范围之内。组成地壳的化学元素有百余种，但各元素的含量极不均匀，最主要化学成分见表2-1。

表2-1　组成地壳的主要化学元素及含量

（2）地幔 （33～2900km） 。

在地壳和地核之间是以Si、 Mg为主的地幔。约占地球体积的83.3%，质量占67.8% ，是地球的主体部分，它主要由固体物质组成，根据地震波速的变化，分为上地幔和下地幔。上地幔的平均密度为3.5g/cm3，上地幔的物质成分可能与陨石相当，它们是由含Fe、 Mg多的硅酸盐矿物组成，其主要是橄榄质超基性岩石，上地幔60～250km存在一个不连续的地震波低速带，认为组成低速带的岩石由较大的塑性，也称软流层。按地热增温率推算，软流层的温度可达700～1300℃，是高温熔融的岩浆发源地。软流圈以上的固体圈层（包括地壳及软流圈以上的上地幔部分）为岩石圈，它具有刚性特性。岩石圈因其下存在着温度高、塑性大的软流层而易于移动。按照地质学中的板块构造学说，地壳并非是一个整体，而是由若干块相互独立的巨大构造单元“拼凑”而成。这些巨大的构造单元被一些构造活动带和转换断层分割开来，彼此之间又分别以不同的速度向不同的方向在地幔软流层上缓慢漂移。这样的巨大构造单元也被称为板块。 目前认为，对全球构造的基本格局起主导作用的有六大板块，它们分别是：太平洋板块、欧亚板块、美洲板块、非洲板块、大洋洲板块和南极洲板块。地幔的下层为地表下约1000～2900km的范围，除硅酸盐外，主要是由铁镁氧化物和硫化物组成，物质比重也明显增大，密度高达5.1 g/cm3，一般认为它的化学成分与上地幔相似，物质呈固态，可能比上地幔含有更多的铁。

（3）地核（大于2900km） 。

铁含量占地球质量的1/3，铁的熔化和下沉形成地核，按地震波波速的分布，可分为外地核、过渡层和内地核三层。

1）外地核。地表以下2900～4642km的范围，据推测可能是液态的，主要由熔融状态的铁、镍混合物及少量硅、硫等轻元素组成，平均密度约10.5g/cm3 。

2）内地核。厚约1216km，主要成分是铁、镍等重金属及其氧硫化物，平均密度约12.9g/cm3，又叫铁镍核心，物质呈固体状态，地核的体积占地球的16.2%，质量却占地球质量的31.3% 。

3）过渡层。位于外、内核之间，厚约515km，物质状态从液态过渡到固态。