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地球内部结构之谜（第1页）

地球内部结构之谜

人们对于地球的结构直到近来才有了比较清楚的认识。整个地球不是一个均质体，而是具有明显的圈层结构。地球每个圈层的成分、密度、温度等各不相同。在天文学中，研究地球内部结构对于了解地球的运动、起源和演化，探讨其他行星的结构，以至于整个太阳系起源和演化问题，都具有十分重要的意义。

地球圈层分为地球外圈和地球内圈两大部分。地球外圈可进一步划分为4个基本圈层，即大气圈、水圈、生物圈和岩石圈；地球内圈可进一步划分为三个基本圈层，即地幔圈、外核**圈和固体内核圈。此外在地球外圈和地球内圈之间还存在一个软流圈，它是地球外圈与地球内圈之间的一个过渡圈层，位于地面以下平均深度约150千米处。这样，整个地球总共包括8个圈层，其中岩石圈、软流圈和地球内圈一起构成了所谓的固体地球。对于地球外圈中的大气圈、水圈和生物圈，以及岩石圈的表面，一般用直接观测和测量的方法进行研究。而地球内圈，目前主要用地球物理的方法，例如地震学、重力学和高精度现代空间测地技术观测的反演等进行研究。地球各圈层在分布上有一个显著的特点，即固体地球内部与表面之上的高空基本上是上下平行分布的，而在地球表面附近，各圈层则是相互渗透甚至相互重叠的，其中生物圈表现最为显著，其次是水圈。

大气圈

大气圈是地球外圈中最外部的气体圈层，它包围着海洋和陆地。大气圈没有确切的上界，在2000～16000千米高空仍有稀薄的气体和基本粒子。在地下，土壤和某些岩石中也会有少量空气，它们也可认为是大气圈的一个组成部分。地球大气的主要成分为氮、氧、氩、二氧化碳和不到0．04％比例的微量气体。地球大气圈气体的总质量约为5．136×10TM千克，相当于地球总质量的0．000086％。由于地心引力作用，几乎全部的气体集中在离地面100千米的高度范围内，其中75％的大气又集中在从地面至10千米高度的对流层范围内。根据大气分布特征，在对流层之上还可分为平流层、中间层、热成层等。

生物圈

由于存在地球大气圈、地球水圈和地表的矿物，在地球上这个合适的温度条件下，形成了适合于生物生存的自然环境。人们通常所说的生物，是指有生命的物体，包括植物、动物和微生物。据估计，现有生存的植物约有40万种，动物约有110多万种，微生物至少有10多万种。据统计，在地质历史上曾生存过的生物约有5亿一10亿种之多，然而，在地球漫长的演化过程中，绝大部分都已经灭绝了。现存的生物生活在岩石圈的上层部分、大气圈的下层部分和水圈的全部，构成了地球上一个独特的圈层，称为生物圈。生物圈是太阳系所有行星中仅在地球上存在的一个独特圈层。

岩石圈

对于地球岩石圈，除表面形态外，是无法直接观测到的。它主要由地球的地壳和地幔圈中上地幔的顶部组成，从固体地球表面向下穿过地震波在近33千米处所显示的第一个不连续面（莫霍面），一直延伸到软流圈为止。岩石圈厚度不均一，平均厚度约为100千米。由于岩石圈及其表面形态与现代地球物理学、地球动力学有着密切的关系，因此，岩石圈是现代地球科学中研究得最多、最详细、最彻底的固体地球部分。由于洋底占据了地球表面总面积的2／3之多，而大洋盆地约占海底总面积的45％，其平均水深为4～5千米，大量发育的海底火山就是分布在大洋盆地中，其周围延伸着广阔的海底丘陵。因此，整个固体地球的主要表面形态可认为是由大洋盆地与大陆台地组成，对它们的研究，构成了与岩石圈构造和地球动力学有直接联系的“全球构造学”理论。

软流圈

在距地球表面以下约100千米的上地幔中，有一个明显的地震波的低速层，这是由古登堡在1926年最早提出的，称之为软流圈，它位于上地幔的上部。在洋底下面，它位于约60千米深度以下；在大陆地区，它位于约120千米深度以下，平均深度约位于60～250千米处。现代观测和研究已经肯定了这个软流圈层的存在。也就是由于这个软流圈的存在，将地球外圈与地球内圈区分开来了。

地幔圈

地震波除了在地面以下约33千米处有一个显著的不连续面（称为莫霍面）之外，在软流圈之下，直至地球内部约2900千米深度的界面处，属于地幔圈。由于地球外核为液态，在地幔中的地震波s波不能穿过此界面在外核中传播。P波曲线在此界面处的速度也急剧减低。这个界面是古登堡在1914年发现的，所以也称为古登堡面，它构成了地幔圈与外核流体圈的分界面。整个地幔圈由上地幔（33～410千米深度的B层，410～1000千米深度的C层，也称过渡带层）、下地幔的D’层（1000～2700千米深度）和下地幔的DJ，层（2700～2900千米深度）组成。地球物理的研究表明，D层存在强烈的横向不均匀性，其不均匀的程度甚至可以和岩石层相比拟，它不仅是地核热量传送到地幔的热边界层，而且极可能是与地幔有不同化学成分的化学分层。

外核**圈

地幔圈之下就是所谓的外核**圈，它位于地面以下约2900～5120千米深度。整个外核**圈基本上可能是由动力学黏度很小的**构成的，其中2900～4980千米深度称为E层，完全由**构成。4980～5120千米深度层称为F层，它是外核**圈与固体内核圈之间一个很薄的过渡层。

固体内核圈

地球8个圈层中最靠近地心的就是所谓的固体内核圈了，它位于5120—6371千米地心处，又称为G层。根据对地震波速的探测与研究，证明G层为固体结构。地球内层不是均质的，平均地球密度为5．515克立方厘米，而地球岩石圈的密度仅为2．6～3．0克／立方厘米。由此，地球内部的密度必定要大得多，并随深度的增加，密度也出现明显的变化。地球内部的温度随深度加深而上升。根据最新的估计，在100千米深度处温度为1300~C，300千米处为2000％，在地幔圈与外核液态圈边界处，约为4000~C，地心处温度为5500~C～6000~C。