地球圈層

簡介地球圈層分為地球外圈和地球內圈兩大部分。地球外圈可進一步劃分為三個基本圈層，即岩石圈、水圈、大氣圈；地球內圈可進一步劃分為三個基本圈層，即地殼、地幔和地核。此外在地球外圈和地球內圈之間還存在一個軟流圈，它是地球外圈與地球內圈之間的一個過渡圈層，位於地面以下平均深度約150公里處。這樣，整個地球總共包括八個圈層，其中岩石圈、軟流圈和地球內圈一起構成了所謂的固體地球。對於地球外圈中的大氣圈、水圈和生物圈，以及岩石圈的表面，一般用直接觀測和測量的方法進行研究。而地球內圈，目前主要用地球物理的方法，例如地震學、重力學和高精度現代空間測地技術觀測的反演等進行研究。

組構

殼地殼厚度各處不一，大陸地殼平均厚度約35公里，高大山系地區的地殼較厚，歐洲阿爾卑斯山的地殼厚達65公里，亞洲青藏高原某些地方超過70公里，而北京地殼厚度與大陸地殼平均厚度相當，約36公里。大洋地殼很薄，例如大西洋南部地殼厚度為12公里，北冰洋為10公里，有些地方的大洋地殼的厚度只有5公里左右。整個地殼平均厚度約17公里。一般認為，地殼上層由較輕的硅鋁物質組成，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組成，稱為硅鎂層。大洋地殼主要由硅鎂層組成。

地幔介於地殼與地核之間，又稱中間層。自地殼以下至2900公里深處。地幔一般分上下兩層：從地殼最下層到100—120公里深處，除硅鋁物質外，鐵鎂成分增加，類似橄欖岩，稱為上地幔，又稱橄欖岩帶；下層為柔性物質，呈非晶質狀態，大約是鉻的氧化物和鐵鎳的硫化物，稱為下地幔。地震資料說明，大致在70—150公里深處，震波傳播速度減弱，形成低速帶，自此向下直到150公里深處的地幔物質呈塑性，可以產生對流，稱為軟流圈。這樣，地幔又可分為上地幔、轉變帶和下地幔三層。了解地幔結構與物質狀態，有助於解釋岩漿活動的能量和物質來源，及地殼變動的內動力。地核地幔以下大約5100公里處地震橫波不能通過稱為外核，推測外核物質是“液態”，但地核不僅溫度很高，而且壓力很大，因此這種液態應當是高溫高壓下的特殊物質狀態；5100—6371公里是內核，在這裡縱波可以轉換為橫波，物質狀態具有剛性，為固態。整個地核以鐵鎳物質為主。地球結構為一同心狀圈層構造，由地心至地表依次分化為地核（core）、地幔（mantle）、地殼（crust）。地球地核、地幔和地殼的分界面，主要依據地震波傳播速度的急劇變化推測確定。地球各層的壓力和密度隨深度增加而增大，物質的放射性及地熱增溫率，均隨深度增加而降低，近地心的溫度幾乎不變。地核與地幔之間以古登堡面相隔，地幔與地殼之間，以莫霍面相隔。地核又稱鐵鎳核心，其物質組成以鐵、鎳為主，又分為內核和外核。內核的頂界面距地表約5100公里，約佔地核直徑的1/3，可能是固態的，其密度為10.5—15.5克/立方厘米。外核的頂界面距地表2900公里，可能是液態的，其密度為9—11克/立方厘米。地幔又可分為下地幔、上地幔。下地幔頂界面距地表1000公里，密度為4.7克/立方厘米，上地幔頂界面距地表33公里，密度3.4克/立方厘米，因為它主要由橄欖岩組成，故也稱橄欖岩圈。地殼的厚度約33公里，上部由沉積岩、花崗岩類組成，叫硅鋁層，在山區最厚達40公里，在平原厚僅10餘公里，而在海洋區則顯著變薄，大洋洋底缺失。地殼的下部由玄武岩或輝長岩類組成，稱為硅鎂層，呈連續分佈，在大陸區厚可達30公里，在缺失花崗岩的深海區厚僅5—8公里。

地球內部結構：地殼、地幔和地核 三層之間的兩個界面依次稱為莫霍面和古登堡面地殼+上地幔頂部=岩石圈 縱波，橫波通過地幔速度最大。地球外部圈層包括：大氣圈、水圈和生物圈。

1、地殼中的化學元素

地殼中有90多種天然化學元素，其中氧、硅、鋁、鐵、鈣、鈉、鉀、鎂八大元素含量佔地殼總重量的97%，其餘元素只佔3%。而地殼中的氧約佔49%；硅約佔26%。 2、地殼中的礦物

地殼中的化學元素，隨著地質作用的變化不斷地進行化合和分解，形成各種具有一定物理—化學性質特徵的礦物。而礦物又是形成地殼岩石與礦石的基本單位。地殼中的礦物大約有3000種，但與形成岩石有關的礦物主要有：石英、正長石、斜長石、角閃石、輝石、雲母、方解石等，這類礦物通常稱為造岩礦物。 3、主要造岩礦物特徵

石英（SiO2），晶體為柱狀或塊狀，透明或半透明，具有油脂光澤，硬度7，用刀刻劃不產生條痕，為重要造岩礦物。長石，各類岩石都有，為含有鉀、鈉和鈣的硅酸鹽礦物，硬度6—6.5，柱狀或板塊狀，正長石常為肉紅色，斜長石為灰白色。角閃石，暗灰色或黑色，硬度5.5—6，常與石英、長石共生。雲母，能沿解理方向揭成很薄的光滑薄片，發亮，透明，能彎曲，硬度2—3，具絕緣性。方解石（CaCO3），白色，透明或半透明，硬度3，用刀刻劃可見條痕，遇稀鹽酸反應起泡。地殼岩石地殼是由各種岩石組成的，岩石是由各類礦物組成的。根據形成的條件與當時形成的環境，岩石可分三大類：（一）岩漿岩這類岩石當時形成時溫度很高，所以又稱為火成岩。岩漿是地球深處高溫高壓下複雜的硅酸鹽熔融體，主要成分是二氧化硅、三氧化二鋁以及其他氧化物。金屬元素及其氧化物的含量雖然不多，卻是形成各種礦物（床）的物質來源。岩漿在不同條件下形成各種岩石。地殼中的岩石主要由岩漿岩構成。常見的、分佈最廣的岩漿岩有以下幾種： 1.花崗岩 花崗岩是大陸上分佈非常廣泛的岩石，主要由正長石、石英和雲母等礦物於地殼層內冷凝而成，多較堅硬，呈肉紅色，是良好的建築材料。與花崗岩成分相同而噴出地表形成的岩石，叫流紋岩，流紋岩在形成時，一面流動，一面冷卻凝固，產生流紋狀結構，所以叫流紋岩。 2.閃長岩 閃長岩也是一種侵入岩，主要由斜長石、角閃石等礦物組成，灰色或灰綠色。與閃長岩礦物成分相同、噴出地表后冷卻凝固成的岩石叫安山岩，因岩漿迅速冷卻，揮發性物質迅速散逸，常形成氣孔狀結構。 3.輝長岩 輝長岩也是常見的岩石，屬於侵入岩，主要由斜長石、輝石和少量角閃石等礦物組成。色深，與輝長岩礦物成分大致相同、噴出地表的叫玄武岩。因含鐵、鎂成分較多，故呈黑色或黑綠色，常具有氣孔狀結構。玄武岩分佈很廣。（二）沉積岩是各類岩石經風化、侵蝕、搬運、沉積和成岩作用后形成的岩石，稱為沉積岩。這類岩石大多是在海洋、河流、湖泊等水環境下形成，所以沉積岩又稱水成岩。由於水量有大小，水體深淺不一，水動力條件與沉積環境不一，沉積岩一般具層層層現象，構成岩石的顆粒有粗細之分，層次有厚薄不同。地表分佈最廣的是沉積岩。由於沉積岩一般形成於常溫常壓環境，所以岩層里往往保留有生物遺跡——化石。常見的並且分佈廣泛的沉積岩有以下幾種： 1.石灰岩 主要化學成分是碳酸鈣，原本原本是海洋環境下的生物化學沉積。白色、灰白色或灰色。石灰岩是沉積岩中最常見的和地表分佈最廣泛的一類岩石。它可作為建築材料，例如石灰、水泥等的原料。 2.砂岩 主要礦物成分是石英、長原來原來原來是陸地上或淺海環境沉積。黃色、灰白色，岩石比較堅硬，是較好的建築材料。用來做磨刀石的通常是砂岩。 3.頁岩 主要礦物有高嶺土、石英、雲母等，淺海或陸相沉積。泥質結構，緻密，不透水，是良好的隔水層。淺綠色或淺黃色。岩性軟弱，容易風化、侵蝕。 4.礫岩 由大小不一的岩石碎塊混雜在一起，被某種物質膠結而形成，一般為陸相沉積。礫岩成分有的簡單，有的很複雜，有的礫岩的礫石帶有稜角，有的則被磨得渾圓。這類岩石一般多孔隙、透水，常常是良好的含水層。（三）變質岩由岩漿岩、沉積岩，甚至包括變質岩本身，在高溫、高壓或動力擠壓下，使原有岩石中的礦物產生重新排列、組合，並可能產生新的變質礦物，具有一定的結構特徵的岩石，稱為變質岩。例如，石灰岩經過變質作用，形成美麗的大理石，這是一種名貴的建築材料，因雲南省大理附近點蒼山出產這種岩石而得名；砂岩經變質作用后，形成更為堅硬的石英岩；頁岩經變質作用后，形成比較緻密而堅實的板岩或片岩等等。

在地球外圈和地球內圈之間還存在一個軟流圈，它是地球外圈與地球內圈之間的一個過渡圈層，位於地面以下平均深度約150km處。這樣，整個地球總共包括八個圈層，其中岩石圈、軟流圈和地球內圈一起構成了所謂的固體地球。

對於地球外圈中的大氣圈、水圈和生物圈，以及岩石圈的表面，一般用直接觀測和測量的方法進行研究。

而地球內圈，主要用地球物理的方法，例如地震學、重力學和高精度現代空間測地技術觀測的反演等進行研究。

地球各圈層在分佈上有一個顯著的特點，即固體地球內部與表面之上的高空基本上是上下平行分佈的，而在地球表面附近，各圈層則是相互滲透甚至相互重疊的，其中生物圈表現最為顯著，其次是水圈。

一般認為，從太陽星雲分化出來的原始地球是均質的。後來由於放射性元素蛻變、微星碰撞及地球本身物質壓縮等因素，地球累積了大量熱能，使原始均質物質發生局部持續的熔融，從而導致了地球內部物質物理和化學的垂直分異與調整。較輕的硅鋁物質緩慢上升，較重的鐵、鎂硅酸鹽物質及鐵鎳物質下沉，原始地球乃逐漸形成了內部圈層結構。

地球內部情況主要是通過地震波的記錄間接地獲得的。地震時，地球內部物質受到強烈衝擊而產生波動，稱為地震波。它主要分為縱波和橫波。由於地球內部物質不均一，地震波在不同彈性、不同密度的介質中，其傳播速度和通過的狀況也就不一樣。例如，縱波在固體、液體和氣體介質中都可以傳播，速度也較快；橫波只能在固體介質中傳播，速度比較慢。地震波在地球深處傳播時，如果傳播速度突然發生變化，這突然發生變化所在的面，稱為不連續面。根據不連續面的存在，人們間接地知道地球內部具有圈層結構。

指固體地球表層莫霍諾維奇地震不連續面（簡稱莫霍界面）以上的一圈岩石，平均厚約16km。地殼的結構基本上有兩種類型，即陸殼和洋殼。

陸殼具有雙層結構，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，高大山系地區的地殼較厚，歐洲阿爾卑斯山的地殼厚達65km，亞洲青藏高原某些地方超過70km，而北京地殼厚度與大陸地殼平均厚度相當，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。整個地殼平均厚度約17km 。

地幔介於地殼與地核之間，由地殼底部一直延伸到地核的外圍，即介於莫霍面與古登堡面之間，又稱中間層。其厚度約2880km，其體積佔地球總體積的83%，質量為4030×10g，佔地球質量68.1%，平均密度為4.5g/cm，根據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。

地核指從地下2898km古登堡面以下向內到地心，一個半徑為3473km的地球核心部分。其體積為固體地球總體積的16%。據推測，地核的密度為9.7～13g/cm，質量佔地球總質量的31.5%，壓力為1.52～3.75×10MPa，溫度為2860～6000℃。

地震波顯示，地核內4640km和5155km處尚存在兩處不連續界面，因而可進一步劃分為外核（2898～4640km）、過渡層（4640～5155km）和內核（5155～6371km）三部分。外核不能傳播橫波、縱波波速降至8.1～8.9km/s，認為呈液態；內核可傳播橫波，認為具固態特徵，過渡層可傳播橫波，但波速很低，認為具有塑性狀態。一般認為地核主要由鐵和鎳組成，可能還含有硅、硫等其它元素。

地核之所以成為實心因為地心引力在此創造出的壓力是地球表面壓力的300萬倍。地核是的高溫可以達到華氏13000度，比太陽表面溫度高上2000度。地核內的鐵流使物質產生巨大的磁場，可以保護地球免受外來射線的干擾。

岩石圈其在軟流圈之上，是個剛性的固體圈層，它與軟流圈之間沒有截然的界限。岩石圈包括包括屬於地殼的硅鋁層（花崗岩層）、玄武岩層（硅鎂層）和屬於上地幔最上部的超基性岩層（橄欖岩層） ，厚約60～120km。岩石圈的基底被認為是板塊的基底，板塊在軟流圈面上滑移。大多數中源地震均發生於此。

近年來發現地球大氣圈和水圈的成分同“普通球粒隕石類”物質釋放的氣體較為一致，因此，認為大氣圈和水圈可能是由普通球粒隕石類物質構成的原始地球“表層”釋放的氣體形成的，其中水汽成分凝結降落形成了原始水圈。原始大氣圈和原始水圈經長期演化，特別是經過生物作用后才形成了現今的大氣圈和水圈。原始大氣圈和水圈形成之後，在它們與岩石圈的接觸地帶，無機物經化學演化形成有機物質，生命從無機界中產生出來，再經過長期的進化形成了現今的生物圈。大氣圈、水圈和生物圈，是互相滲透的，也是互相重疊的。

大氣圈指連續包圍地球的最外面的空氣圈。大氣圈的下界為地面及水面，但無明顯的上界，地面以上數萬千米高空仍有極稀薄的空氣存在。大氣圈的總質量為5.6×10g。由於地球引力使絕大部分大氣集中在地面到100km高度範圍內。大氣的成分隨高度而不同。在100km高度以下的大氣，主要由氮氣和氧氣組成。大氣的溫度隨高度而有不規則的變化。在距地表10km高度內，平均每升高100m氣溫下降約0.6℃。大氣的密度和壓力與高度成反比，與溫度也成反比。在20km高度的氣壓約為地面氣壓的1/10，在40km高度的氣壓約為地面的1/100。依照大氣的成分、密度、溫度以及其流動狀況，自地表到高空分為四層：對流層、平流層、中間層、熱層（暖層）和外大氣層（散逸層） 。

經歷了幾十億年複雜演化過程的現代大氣的組成除含有各種氣體元素外，還有水滴，冰晶、塵埃和花粉等雜質。大氣中除去水汽和雜質的空氣稱為干潔空氣，它的主要成分有氮，佔78.09%；氧，佔20.95%；氬，佔0.93%，三者共計約佔空氣總量的99.9%，其他各種氣體含量合計不到0.1% 。

水圈是地球上所有水的總稱。包括地表、地下及大氣中以液態、固態和氣態各種形態存在的所有水。與大氣圈、生物圈、岩石圈共同組成地理殼。海洋是水圈中一個連續的最大水體，約佔地球表面積的70.8%。地球上總水量約為1.3710km，約佔地球體積的0.12%。其中絕大部分存在於海洋中，陸地水只佔2.8% 。

水圈與大氣圈和地殼互相滲透，無明確界限。地面水、大氣水和地下水因受到太陽輻射的影響，不停地進行水的大小循環，引起多種表生地質作用，對地殼進行巨大的改造（破壞和建設）作用。

地球上的一切生物都是生活在地球的表層，生物及其生存的該地球表層總稱生物圈。它的範圍大致包括11km深的地殼和海洋以及15km以內的地表大氣層，即包括了大氣圈、水圈和岩石圈的一部分。生物圈中的空氣、水、日光、土壤和岩石為生命活動提供了一切必要的條件。