第39章 地球圈層結(jié)構(gòu)

　　地球是太陽(yáng)系從內(nèi)到外的第三顆行星，也是太陽(yáng)系中直徑、質(zhì)量和密度最大的類地行星。她經(jīng)常被稱作世界。

　　地球圈層結(jié)構(gòu)分為地球外部圈層和地球內(nèi)部圈層兩大部分。

　　地球外部圈層可進(jìn)一步劃分為三個(gè)基本圈層，即大氣圈、水圈、生物圈。

　　地球內(nèi)圈可進(jìn)一步劃分為三個(gè)基本圈層，即地殼、地幔和地核。地殼和上地幔頂部（軟流層以上）由堅(jiān)硬的巖石組成，合稱巖石圈。

　　地殼是地球的表面層，也是地球上絕大多數(shù)有機(jī)生命包括人類生存和從事各種生產(chǎn)活動(dòng)的場(chǎng)所。地殼實(shí)際上是由多組斷裂的，很多大小不等的塊體組成的，它的外部呈現(xiàn)出高低起伏的形態(tài)，因而地殼的厚度并不均勻。

　　地殼上層為花崗巖層（巖漿巖），主要由硅－鋁氧化物構(gòu)成；下層為玄武巖層（巖漿巖），主要由硅－鎂氧化物構(gòu)成。鉆探結(jié)果表明，在深達(dá)3公里以上時(shí)，每深入100米溫度升高2.5℃，到11公里深處溫度已達(dá)200℃。

　　目前所知地殼巖石的年齡絕大多數(shù)小于20多億年，即使是最古老的石頭丹麥格陵蘭的巖石也只有39億年；而天文學(xué)家考證地球大約已有46億年的歷史，這說(shuō)明地球殼層的巖石并非地球的原始?xì)?，是以后由地球?nèi)部的物質(zhì)通過(guò)火山活動(dòng)和造山活動(dòng)構(gòu)成的。

　　地殼是地球表面以下、莫霍面以上的固體外殼，地震波在其中傳播速度比較均勻。地球厚度變化的規(guī)律是：地球大范圍固體表面的海拔越高，地殼越厚；海拔越低，地殼越薄。

　　地殼由90多種元素組成，它們多以化合物的形態(tài)存在。氧、硅、鋁、鐵、鈣、鈉、鉀、鎂8種元素的質(zhì)量占地殼總質(zhì)量的98.04%。其中氧幾乎占1/2，硅占1/4。硅酸鹽類礦物在地殼中分布最廣。

　　地殼的結(jié)構(gòu)基本上有兩種類型，即陸殼和洋殼。

　　陸殼具有雙層結(jié)構(gòu)，上部為硅鋁層，下部為硅鎂層。地殼厚度各處不一，平均厚度為35km，高大山系地區(qū)的地殼較厚，歐洲阿爾卑斯山的地殼厚達(dá)65km，亞洲青藏高原某些地方超過(guò)70km，大陸地殼平均厚度約36km。

　　洋殼主要為硅鎂層，平均厚度為6km。大洋地殼很薄，例如大西洋南部地殼厚度為12km，北冰洋為10km，有些地方的大洋地殼的厚度只有5km左右。整個(gè)地殼平均厚度約17km。

　　一般認(rèn)為，地殼上層由較輕的硅鋁物質(zhì)組成，叫硅鋁層。大洋底部一般缺少硅鋁層；下層由較重的硅鎂物質(zhì)組成，稱為硅鎂層。大洋地殼主要由硅鎂層組成。

　　地幔介于地殼與地核之間，由地殼底部一直延伸到地核的外圍，即介于莫霍面與古登堡面之間，又稱中間層。厚度約2865公里，體積占地球總體積的83%，質(zhì)量為4030×1024g，占地球質(zhì)量68.1%，平均密度為4.5g/cm3，主要由致密的造巖物質(zhì)構(gòu)成，這是地球內(nèi)部體積最大、質(zhì)量最大的一層。根據(jù)地震波速度變化的情況，將地幔分為上下兩層，上部稱為上地幔，下部為下地幔。一般認(rèn)為上地幔頂部存在一個(gè)軟流層，推測(cè)是由于放射元素大量集中，蛻變放熱，將巖石熔融后造成的，可能是巖漿的發(fā)源地。軟流層以上的地幔部分和地殼共同組成了巖石圈。下地幔溫度、壓力和密度均增大，物質(zhì)呈可塑性固態(tài)。

　　從地殼最下層到100-120km深處，除硅鋁物質(zhì)外，鐵鎂成分增加，類似橄欖巖，稱為上地幔，又稱橄欖巖帶。下層為柔性物質(zhì)，呈非晶質(zhì)狀態(tài)，大約是鉻的氧化物和鐵鎳的硫化物，稱為下地幔。地震資料說(shuō)明，大致在70-150km深處，震波傳播速度減弱，形成低速帶，自此向下直到150km深處的地幔物質(zhì)呈塑性，可以產(chǎn)生對(duì)流，稱為軟流圈。這樣，地幔又可分為上地幔、轉(zhuǎn)變帶和下地幔三層。了解地幔結(jié)構(gòu)與物質(zhì)狀態(tài)，有助于解釋巖漿活動(dòng)的能量和物質(zhì)來(lái)源，及地殼變動(dòng)的內(nèi)動(dòng)力。

　　地核指從地下2898km古登堡面以下向內(nèi)到地心，一個(gè)半徑為3473km的地球核心部分。體積為固體地球總體積的16%。據(jù)推測(cè)，地核的密度為9.7～13g/cm3，質(zhì)量占地球總質(zhì)量的31.5%，壓力為1.52～3.75×105MPa，溫度為2860～6000℃。

　　地震波顯示，地核內(nèi)4640km和5155km處尚存在兩處不連續(xù)界面，因而可進(jìn)一步劃分為外核（2898～4640km）、過(guò)渡層（4640～5155km）和內(nèi)核（5155～6371km）三部分。外核不能傳播橫波、縱波波速降至8.1～8.9km/s，認(rèn)為呈液態(tài)；內(nèi)核可傳播橫波，認(rèn)為具固態(tài)特征，過(guò)渡層可傳播橫波，但波速很低，認(rèn)為具有塑性狀態(tài)。一般認(rèn)為地核主要由鐵和鎳組成，可能還含有硅、硫等其它元素。

　　地核之所以成為實(shí)心因?yàn)榈匦囊υ诖藙?chuàng)造出的壓力是地球表面壓力的300萬(wàn)倍。地核是的高溫可以達(dá)到華氏13000度，比太陽(yáng)表面溫度高上2000度。地核內(nèi)的鐵流使物質(zhì)產(chǎn)生巨大的磁場(chǎng)，可以保護(hù)地球免受外來(lái)射線的干擾。

　　巖石圈其在軟流圈之上，是個(gè)剛性的固體圈層，它與軟流圈之間沒(méi)有截然的界限。巖石圈包括包括屬于地殼的硅鋁層（花崗巖層）、玄武巖層（硅鎂層）和屬于上地幔最上部的超基性巖層（橄欖巖層），厚約60～120km。巖石圈的基底被認(rèn)為是板塊的基底，板塊在軟流圈面上滑移。大多數(shù)中源地震均發(fā)生于此。

　　地震一般發(fā)生在地殼之中。地殼內(nèi)部在不停地變化，由此而產(chǎn)生力的作用，使地殼巖層變形、斷裂、錯(cuò)動(dòng)，于是便發(fā)生地震。超級(jí)地震指的是震波極其強(qiáng)烈的大地震，其發(fā)生占總地震7%--21%，破壞程度是原子彈的數(shù)倍，所以超級(jí)地震影響十分廣泛，也是十分具有破壞力。

　　地震是地球內(nèi)部介質(zhì)局部發(fā)生急劇的破裂，產(chǎn)生的震波，從而在一定范圍內(nèi)引起地球表層快速振動(dòng)的現(xiàn)象。地震就像刮風(fēng)、下雨、閃電一樣，是地球上經(jīng)常發(fā)生的一種自然現(xiàn)象。大地振動(dòng)是地震最直觀、最普遍的表現(xiàn)。在海底或?yàn)I海地區(qū)發(fā)生的強(qiáng)烈地震，能引起巨大的波浪，稱為海嘯。地震是極其頻繁的，全球每年發(fā)生地震約500萬(wàn)次，大部分發(fā)生在環(huán)太平洋地震帶上。地震發(fā)生地會(huì)出現(xiàn)持續(xù)性的氣候異常，導(dǎo)致地表內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化。

　　今天探測(cè)器可以遨游太陽(yáng)系外層空間，但對(duì)人類腳下的地球內(nèi)部卻鞭長(zhǎng)莫及。目前世界上最深的鉆孔也不過(guò)12公里，連地殼都沒(méi)有穿透?？茖W(xué)家只能通過(guò)研究地震波、地磁波和火山爆發(fā)來(lái)分析地球內(nèi)部的秘密。