地球構造

地球構造

1910年,前南斯拉夫地震學家莫霍洛維奇契意外地發現,地震波在傳到地下50公里處有折射現象發生。他認為,這個發生折射的地帶,就是地殼和地殼下面不同物質的分界面。1914年,德國地震學家古登堡發現,在地下2900公里深處,存在著另一個不同物質的分界面。後來,人們為了紀念他們,就將兩個面分別命名為“莫霍面”和“古登堡面”並根據這兩個面把地球分為地殼、地幔和地核三個圈層。地球的結構同其他類地行星相似,是層狀的,而這些層可以通過它們的化學特性和流變學特性確定。地球擁有一個富含矽的地殼,一個非常粘稠的地幔,一個液體的外核和一個固體的核心。這些對地球內部結構的認識來源於物理學證據和一些推斷,這些證據包括火山噴出的物質和地震波。

地球內部結構的順序

由內到外:地核-地幔-地殼。由外向內:地殼-地幔-地核。

概述

地球結構可以由化學手段和力學的手段——例如流變學確定。物理學上,地球可劃分為岩石圈、軟流層、地幔、外核和核心5層。化學上,地球被劃分為地殼、上地幔、下地幔、外核和核心。地質學上對地球各層的劃分[1],按照自地表的深度,分別是:
深度(千米) 層
0–60 岩石圈(深度介於5千米至200千米之間)
0–35 … 地殼(深度介於5千米至70千米之間)
35–60 … 地幔頂層
35–2890 地幔
100–200 … 軟流層
35–660 … 上地幔
660–2890 … 下地幔
2890–5150 外核
5150–6360 核心
利用地震波獲得地球的內部信息。地球的各層可以由折射和反射的地震波的傳播時間間接得知。橫波不能通過地核,在其他的層中速度也不同。波速在不同層中間的變化遵守折射的斯涅爾定律。高速地震波引起的反射則和光波在鏡面上的反射類似。

地球介紹

地球構造地球構造
地球是太陽系從內到外的第三顆行星,也是太陽系中直徑、質量和密度最大的類地行星。它也經常被稱作世界。英語的地球Earth一詞來自於古英語及日耳曼語。地球已有44~46億歲,有一顆天然衛星月球圍繞著地球以30天的周期鏇轉,而地球以近24小時的周期自轉並且以一年的周期繞太陽公轉。迪士尼有同名紀錄片。

地球的組成

三個同心球層:地核、地幔和地殼

地球內部結構

地球構造地球構造
地球內部結構是指地球內部的分層結構。根據地震波在地下不同深度傳播速度的變化,一般將地球內部分為三個同心球層:地核、地幔和地殼。中心層是地核;中間是地幔;外層是地殼。地殼與地幔之間由莫霍面界開,地幔於地核之間由古登堡面界開。地震一般發生在地殼之中。地殼內部在不停地變化,由此而產生力的作用,使地殼岩層變形、斷裂、錯動,於是便發生地震。超級地震指的是指震波極其強烈的大地震。但其發生占總地震7%~21%,破壞程度是核子彈的數倍,所以超級地震影響十分廣泛,也是十分具破壞力。
地震
地震是地球內部介質局部發生急劇的破裂,產生的震波,從而在一定範圍內引起地面振動的現象。地震(earthquake)就是地球表層的快速振動,在古代又稱為地動。它就象颳風、下雨、閃電、一樣,是地球上經常發生的一種自然現象。大地振動是地震最直觀、最普遍的表現。在海底或濱海地區發生的強烈地震,能引起巨大的波浪,稱為海嘯。地震是極其頻繁的,全球每年發生地震約500萬次。 今天探測器可以遨游太陽系外層空間,但對人類腳下的地球內部卻鞭長莫及。目前世界上最深的鑽孔也不過12公里,連地殼都沒有穿透。科學家只能通過研究地震波、地磁波和火山爆發來提示地球內部的秘密。

地殼

地殼是地球的表面層,也是人類生存和從事各種生產活動的場所。地殼實際上是由多組斷裂的,很多大小不等的塊體組成的,它的外部呈現出高低起伏的形態,因而地殼的厚度並不均勻:大陸下的地殼平均厚度約35公里,我國青藏高原的地殼厚度達65公里以上;海洋下的地殼厚度僅約5~10公里;整個地殼的平均厚度約17公里,這與地球平均半徑6371公里相比,僅是薄薄的一層。 地殼上層為花崗岩層(岩漿岩),主要由矽-鋁氧化物構成;下層為玄武岩層(岩漿岩),主要由矽-鎂氧化物構成。理論上認為過地殼內的溫度和壓力隨深度增加,每深入100米溫度升高1℃。近年的鑽探結果表明,在深達3公里以上時,每深入100米溫度升高2.5℃,到11公里深處溫度已達200℃。 目前所知地殼岩石的年齡絕大多數小於20多億年,即使是最古老的石頭 丹麥格陵蘭的岩石也只有39億年;而天文學家考證地球大約已有46億年的歷史,這說明地球殼層的岩石並非地球的原始殼層,是以後由地球內部的物質通過火山活動和造山活動構成的。

地幔

地殼下面是地球的中間層,叫做“地幔”,厚度約2865公里,主要由緻密的造岩物質構成,這是地球內部體積最大、質量最大的一層。 地幔又可分成上地幔和下地幔兩層。一般認為上地幔頂部存在一個軟流層,推測是由於放射元素大量集中,蛻變放熱,將岩石熔融後造成的,可能是岩漿的發源地。軟流層以上的地幔部分和和地殼共同組成了岩石圈。下地幔溫度、壓力和密度均增大,物質呈可塑性固態。

地核

地幔下面是地核,地核的平均厚度約3400公里。地核還可分為外地核、過渡層和內地核三層,外地核厚度約2080公里,物質大致成液態,可流動;過渡層的厚度約140公里;內地核是一個半徑為1250公里的球心,物質大概是固態的,主要由鐵、鎳等金屬元素構成。地核的溫度和壓力都很高,估計溫度在5000℃以上,壓力達1.32億千帕以上,密度為每立方厘米13克 美國一些科學家用實驗方法推算出地幔與核交界處的溫度為3500℃以上,外核與核心交界處溫度為6300℃,核心溫度約6600℃。 地球的平均密度為5,515kg/m3。由於地表物質的平均密度只有約3000 kg/m3,因此我們可以得知, 地球核心區域有密度更大的物質。關於地核的更多信息則來自於地震學研究。
地震學測量顯示,地核由2部分構成:半徑為1220千米的固體核心和裹在外面的液體外核,總半徑3400千米。固體核心是由英格·萊曼在1936年發現的,成分主要是鐵和鎳。
在45億年前的地球早期,高溫熔融的狀態使得較重的物質下沉到地球中心,較輕的物質上浮到地殼,這個過程稱為行星分化。地核的成分因此可以推斷為80%的鐵,以及鎳,以及一些輕元素。其他的重元素,例如鉛和鈾,不是含量過少,就是同其他的輕元素結合而留在地殼裡。核心甚至被認為是由鐵晶體組成。[2][3]
液體的外核包裹在核心周圍,成分也是鐵和鎳,還有少量的輕元素。
最近的研究顯示,地核最內部可能富含金、鉑和其他親鐵元素。[4]
組成地球的成分和普通球粒狀隕石和太陽外部的成分有很大關係[5] [6]。地球的成分同普通球粒隕石相似,而與另一種頑火輝石球粒隕石完全不同。在1940年初,包括弗朗西斯·伯奇在內的很多科學家在這個研究成果的基礎上建立了地球物理學。兩種隕石出現如此巨大的差異的原因是生成頑火輝石球粒隕石的環境必須是極端缺氧的環境。這使得親氧的元素部分或全部保留在和地核相同的合金中。
發電機理論認為,外核的對流,以及科氏效應為地球創造了磁場。核心由於高於居里溫度而不能保持一個穩定的磁場,但是可能對外核產生的磁場起到了穩定作用。
最近的研究顯示,核心可能比地球的其他部分轉得快[7]。在2005年8月,一些地球物理學家在《科學》上發表了一篇論文,稱地球的核心每年比地表多轉0.3至0.5度[8][9]。
現代研究認為,地溫梯度的來源有三個:地球形成時期的餘熱,放射性元素衰變和地核內部的凝固作用

自然的組成元素

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