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《地球概况》教案


《地球概况》教案
本学期授课次序 课 题 名 称 教学目的要求: 了解地球的演化及其在宇宙中的位置;地球的形状、大小及表面形态特征和外 部圈层构造;基本掌握内部圈层构造特征及地球的主要物理性质。 教学重点及难点:重点是地球内部圈层构造特征及主要物理性质; 教 学 程 序 设 计 次序 内 容 计划时间 地球概况 3-4 授课班级

第一章 地球概况

第一节 地球的演化 第一章 第二节 地球的形状、大小 地球概况 一、地球的形状 二、地球的大小 三、地球的表面形态 第三节 地球的主要物理性质 一、地球的质量与密度 二、地球的重力和压力 三、地球的磁性 四、地球的温度(地热) 五、地球的弹塑性 第四节 地球的圈层构造 一、地球的外部圈层构造 二、地球的内部圈层构造

作业及思考题: 1.地球表面的主要形态有哪些? 2.地球的主要物理性质有哪些? 3.地球外部有哪些圈层? 4.地球内部有哪些圈层?内部圈层主要是依据什么来划分的? 5.陆壳与洋壳有何差别?

教学实施经验小记(请写后面)

第一章 地球概况
第一节 地球的演化
一、宇宙、太阳系、地球的起源 宇宙在空间上是无限的,在时间上无始无终的,天体总是处与不 断的运动之中,天体之间既相互吸引又相互排斥,并按一定的规律组 合在一起,按一定的速度和周期进行自转和公转。 包含大量恒星的天体体系称为星系,地球所在的星系叫银河系, 由1400多亿颗恒星组成,是一个巨大的旋涡状星系,众多的恒星围绕 银河系中心旋转,银河系就像一个铁饼,中间厚,四周薄。 太阳是银河系中的一颗普通恒星,以太阳为中心的天体系统称为 太阳系,它以巨大的引力吸引着太阳系中的所有成员。太阳系中共有 九大行星,上万个小行星,其中已定轨道的小行星有4千个。 地球的起源与太阳系的起源是密不可分的,关于太阳系起源的各 种学说已不下四十多种,一般归纳为三大类: 一 星云说:认为太阳系是由一个星云物质组成的,其附近有超新 星爆发提供核能量; 二 灾变说认为先有一个原始的太阳, 在后来被另一个天体的吸引 或撞击下分离出大量的物质而形成行星和小行星等天体; 三 俘获说:认为先有一个原始太阳,以后太阳俘获了银河系中的 其他物质而形成的。 二、地球的早期演化(录像——天体的来龙去脉)

第二节 地球的形状、大小
一、地球的形状(附图) 目前通过人造地球卫星观测和计算能比较精确的获得地球的形 状和大小。 地球不是一个圆球体, 而是一个实心椭球体, 赤道半径长, 两极半径短,而且北极比旋转椭球体凸出14m南极却凹进24m,中纬度 在北半球稍凹进,而在南半球稍凸出(不到10m) 因此科学家认为:第一、地球极近于旋转椭球体,这是地球自 转导致的,表明地球有弹塑性;第二、地球不是严格的旋转椭球体, 说明地球内部物质分布不均匀。 二、地球的大小(附图) 根据1975年第16届国际大地测量和地球物理协会公布的数据介绍如 下: 赤道半径a=6378.137KM 两极半径 c=6356.752KM 平均半径 R=(a2*c)1/3=6371.004KM 长短半径差 a-c=21.385KM 扁平 δ=(a-c)/a =1/298.257 表面积 S=4πr2=510064472KM2 体积 V=4πr2/3=10832 亿 KM2 三、地球的表面形态 地球表面高低不平, 以海平面为界分为海洋和陆地两大地理单元。 海洋面积 3 亿 6 千万平方公里占 70.8%

陆地面积 1 亿 449 百万平方公里占 29.2% 海洋:
两者相差近 20km 海底地形: (1)大陆边缘 ①大陆架 ②大陆基 ③海沟、岛屿 (2)大样盆地——2500—6000m 深 有丘陵 平原 海山 (3)洋脊——洋底山脉 陆地地形:大的陆块叫大陆 小的叫岛屿 (1)山地(500m)以上切割度大于 200m (2)高原—500m 以上广阔而平坦的地区 (3) 丘陵—低于 500m, 相对高差小于 200m (4)盆地—四周被山地或高地包围 中间低平,外形似盆的地形 (5)平原—7200m 广阔而平坦的地区

陆地:
最高:8844m(珠穆朗玛)

平均深度:3729m 最深 11034m(马里亚纳海沟) 平均高度:875m

第三节、地球的物理性质 一、地球的质量与密度 根据牛顿万有引力定律及多次实验,求出地球的质量 为 : 5.976 ?1024 kg , 由 此 求 得 地 球 的 平 均 密 度 :
P?
M V 5.976?10 kg ? 1.08 ? 5.517 g/cm3 ?1027 CM 3
27

但是按实际测得的地表岩石密度平均都为 2.6—2.8 g/ cm3 仅为 地球平均密度的一半。根据地震波在地球内部传播速度与密度的关 系,说明地球内部的密度随着深度的增加而逐渐增加 二、地球的重力和压力(附图) (一)地球的重力=地球的引力(F)与地球
离心力

自转产生的离心惯性力(P)的合力(G) 。 地球重力随纬度变化而变化根据理论计 算出各地的正常重力值称为理论计算值。 重力异常——由于地球各部分的物质组

引 力 重 力

成和地壳构造不同,因而实际测量的重力值往往与理论值不符,称为 重力异常。 正异常——实测重力值等于理论值,一般为金属矿区,由于物 质密度大,对地面物质的引力较大。 负异常——实测重力值小于理论值,一般为石油,炔,石膏等 非金属矿区,物质密度小,引力小。 利用重力异常找矿的方法称为重力探矿法。 并且对研究地球的 形状,地壳的物质组成,地壳的构造,地壳运动和地震等都是有很高 的价值。 (二)地球的压力 地球的压力——指地球内部物质受上覆物质的重力而产生的压 力即静压力。 深度越大压力越大,并且随着地球内部物质密度加大,压力增加 越大。 三、地球的磁性(图) 指南针为什么能够指示方向,就是因为地球是有磁性的。在它的 周围形成了一个磁力作用的空间——地磁场。 位于南半球的叫磁南极 (S)和位于北半球的称为磁北极(N) 。 地磁场的正常值(背景值)——是各地经过校正和清除变化等 影响的地磁要素数据。 地磁异常——实地测量的地磁要素数据与正常值不符。 磁法找矿——就是通过地磁测量寻找有磁性异常的矿产。 (如磁

铁矿等) 古地磁法——地球磁场是在不断变化的,有日变化,年变化,也有长 期的周期变化(磁极倒转) 。通过对岩石中剩余磁性的研究,了解地 质历史上磁场的变化,例如通过对比不同时期的古地磁极的位置(或 同一地点不同时期所处的磁纬度)可以帮助了解地壳不同部分的相对 位移情况,据古地磁场反转周期则可确定岩石的形成年代。 四、地球的温度(地热)
日变化一般为 1—1.5m 1.外热层(变温层) 年变化影响深度达 20—30m 受太阳辐射影像

2.常温层———与当地年平均温度大致相当,常年不变, 其深度一般为 20—40m 3.增温层——地温随深度增加而逐渐增加,受地球内部热能影响, 深度每增加 100 米就升高的温度称为地温梯度。 一般大陆为 1—5℃ /100m,海底为 4—8℃/100m。 通过间接测算,越接近地心低温的增加趋于缓慢: 地下 100km 约为 1300℃ 1000km 约为 2000℃ 2900km 约为 2700℃ 地心温度约为 4000-6000℃ (附地球的温度录像) 地球内部如此大量的热能从何而来的呢? 目前有不同的说法: ①地球余热说;

②重力差异说; ③放射热说。 五、地球的弹性 地震是地下某一点发生振动,并通过地震波向四周转播,引起各 种破坏。因此说明地球具有一定的弹性,地震波在不同介质中传播速 度也不一样。 地震测量法——通过测定人工地震产生的地震波在地下传播速度 的变化情况,探测地下的岩层、构造及有用矿产。

第四节 地球的层圈构造
一、地球的外部圈层构造 (一) 、大气圈 ——是地球的最外圈,由空气、水气和尘埃组成,对地表气候 分带和生命活动起着很大的作用。其底界为海、陆表面,没有 明显的上界,为自然过渡到星际空间。 (附图) 1.对流层——大气圈的下部,底界为海、陆表面~18KM 高空。由 于温度、湿度分布不均匀,大气产生对流。是地球上风云,雨雪、 冰川等气候现象以及各种外力地质作用的发源地,对改变地表形 态起着非常重要的作用。
2.平流层 3.中间层 4.热成层 空气稀薄,在宇宙射线和太阳辐射的作用下气体分子被电离,故统称为 电离层,是无线电波的传播层。

5.扩散层——大气圈的最外层,地球引力极小,一部分大气分子 可逃逸到星际空间去。

(二)水圈 ——通常人们把地球表面上的海洋、河流、湖泊、冰川以 及地下水等看成是一个包围地球的连续水层,称为水圈。 水在这样不停的运动中,以各种方式对地面(或地下)岩 石进行破坏、改造,并且把破坏的物质带到另一些地方堆积下来,形 成削高补低结果。 (三)生物圈 ——是生命活动的地带所构成的连续圈层。 二、地球的内部圈层构造 (一)地球内部地震波速度突变的主要界面 地震波研究发现,地球内部存在着地震波速度突变的若干界 面,显示了地球内部物质的差异,具有层圈状构造。 1.莫霍面——位于地表以下数公里-40km±,纵波到达这一界面后, 其速度由平均 6-7km/s,突升为 8.1km/s。大洋浅(平均 8km) 、大 陆深(平均 33km) 。 是由南斯拉夫学者莫霍洛维奇(Mohorovicic)于 1909 年首先发 现的,因此被称为莫霍洛维奇面,简称莫霍面。莫霍面之上为地壳、 之下为地幔。 2.古登堡面——位于地下 2900km 深度。横波到这一界面就消失了, 纵波却能够通过。以最早(1914 年)研究这一界面的美国地球物理 学家古登堡的名字命名。 古登堡面之上为地幔,之下为地核。

3. 康拉德面——位于地壳内部。表现为纵波速度由 6km/s 突变为 6.6km/s。由此而推断地壳分为密度不同的上、下两层,上层为花岗 岩(硅铝层) ,下层为玄武岩层(硅镁层) 。 (二)地球内容各层圈的特征

层圈名称

特征

地 壳

岩 石 圈

1.是由岩石组成的地球外壳。上部花岗质层(硅铝层) 平均密度为 2.7g/cm3,下部玄武质层(硅镁层)平均密 度为 3.3g/cm3。 2.大陆地壳平均厚 33km(最厚>70km) ,广泛分布有沉 积岩、岩浆岩、变质岩,最老的岩石年龄为 38 亿年, 具有硅铝层和硅镁层。 大洋地壳平均厚 8km(最薄<3km) ,主要为玄武岩 类及现代沉积物,只有硅镁层没有硅铝层。 3.是所有地质作用的场所, 也是目前地质学研究的主要 对象。 莫霍面

地 幔

上 地 幔 软 流 圈

为坚硬岩石,与地壳共同构成地球外表。 60km±

共 同 特 征 :为 超

地震横波传播速度明显降低,<10%的岩石 铁 镁质 岩 处于熔融状态,其强度降低、塑性增加, 石 。平 均 物质发生蠕变,并缓慢流动。是岩浆的发 密 度 : 源地,也是构造运动的动力源。 250km 3.5g/cm3

地震波速迅速增加,物质密度增大由 3.64g/cm3 增至 4.64g/cm3。 650km 下地幔 地震波速平缓增加, 密度为 5.1g/cm3, 化学成分与上地 幔相似,铁的含量增加。 2900km 古登堡面

地 核

外核

平均密度 10.5g/cm3, 地震纵波速度急剧降低横波消失, 推测为液态,温度约 4642km 3000℃,压力大于 3×1011Pa

过渡层

纵波速度加快,推测其物质从液态过渡到固态。 5157km

内核

纵波突然加速, 并出现由纵波转换成横波, 表明物质为 固态, 平均密度 12.9g/cm, 与陨石相似推测内核物质主 要成分为铁、镍,故称为铁镍核。

三、均衡原理 一般地壳越厚的地方,地势越高;地壳越薄的地方,地势越低。 与此相应的是,莫霍面表现出明显起伏。地势高的地方,莫霍面低; 地势低的地方莫霍面高。地势的起伏同莫霍面的起伏呈镜像关系,很 显然均衡现象是存在的,但是引起均衡的动力不是岩块的浮力,而是 重力。 其原理是, 设想在地幔内部(很可能在软流圈内)的某一深度上可

以找到一个水平面,称为补偿基面。在此面的单位面积上所承受的上 覆岩块的总重量都相同。即是以此补偿基面为准,高山地区的地势虽 高,但其下部地幔的厚度小;大洋地区的地势虽低,但其拥有的地幔 厚度大,故两处岩块的总重量相等(图 1-20),从而能保持重力均衡。 这种均衡总是暂时的和相对的。因为高处易剥蚀,低处被填平, 以及构造运动等因素都可能打破这种平衡。


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