逍遥学能 2017-08-07 11:26
地球是一个具有同心圈层结构的非均质体，以地球固体表面为界分为内圈和外圈，它们又可分别再分为几个圈层，每个圈层都有自己的物质运动特征和物理化学性质。
一、地球外部圈层
地球固体表面以上，根据物质性状可以分为大气圈、水圈和生物圈。大气圈是包围着地球的气体，厚度有几万千米，总质量约5136108t。由于受地心的引力，以地球表面的大气最稠密(约有3/4集中在地面到100km高度范围内，1/2集中在地面至10km高度范围内)，向外逐渐稀薄，过渡为宇宙气体，故大气圈无明确的上界。大气有明显的可压缩性，其密度和压力与温度成反比，并与高度成反比，以海平面的密度和压力最大。根据温度和密度等大气物理特征可将大气圈自下而上分为对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层，其中与人类关系最密切的是对流层和平流层。
水圈是地球表层的水体，占地球总质量的0.024％。其中绝大部分汇集在海洋里(占总水量的97％)，另一部分分布在陆上河流、湖沼和表层岩石的孔隙中。此外，地球上的水还以固态水(两极和山地的冰川)或水汽的形式存在，其中冰川约占总水量的2％。陆上江河湖沼的水或直接、或通过水汽、地下水与海洋相通。所以地球上的水体构成了包围地球的完整圈层水圈。水圈既独立存在，又渗透于大气圈、岩石圈和生物圈中，并在其间不断循环。水循环是地球外部圈层物质循环最重要的方式之一。
生物圈是地球上生物(包括动物、植物和微生物)生存和活动的范围。现代地球的大气圈、水圈和岩石圈构成了一个适宜生命存在的环境。地球独特的天文条件，加上大气圈、水圈和生物圈本身等的调节作用，提供了适于生命的各种气候条件；磁层和大气层将有害于生命的高能辐射和带电离子阻挡或吸收；生物通过呼吸或光合作用在大气中进行着必不可少的氧与二氧化碳的交换；水圈和岩石圈为生物提供着必需的水分和矿物养料等等。这样，在岩石圈上部、大气圈下部和水圈的全部，到处都有生命的踪迹。生物所导致的或以生物活动为中心的物质循环不仅是地球各圈层间物质循环的重要内容，还是各圈层相互联系的重要纽带。
在太阳系中，地球是唯一具有水圈和生物圈的行星，其大气圈也是独特的。这是地球在得天独厚的天文条件下不断演变的结果。大气圈、水圈、生物圈和岩石圈在地表附近相互渗透、相互交错、相互重叠，又使地球上形成了独特的自然环境和表层物质结构。在地球表层，通过水、生物以及其他各种物质循环进行着彼此间复杂的能量和物质的交换。
二、地球内部圈层结构
地球物理学家对天然地震波传播方向和速度的研究证明，地球内部物质呈同心圈层结构。在各圈层间都存在着地震波速度变化明显的界面(或称不连续面)，其中最重要的界面有莫霍面(M面)和古登堡面(G面)，它们把地球内部分为地壳、地幔和地核三大圈层。地幔又分为上地幔和下地幔，地核又分为外核和内核(图23)。根据地震波横波速度的变化，地球上部进一步划分出软流圈和岩石圈。
地壳是指M面以上的岩石物质层，其厚度变化很大，从洋底的不足5km直至大陆造山带的70km以上，平均约15km。地壳是一个不均匀的圈层，根据其结构、物质组成和厚度的差异可以分为大陆性和海洋性地壳两大类。大陆性地壳较厚，平均厚33km，为双层结构：上地壳一般叫硅铝层，因物质组成与花岗岩相当，过去曾称为花岗岩质层；下地壳通常叫硅镁层，因物质成分与玄武岩相当，习惯上称作玄武岩质层。海洋性地壳很薄，平均厚度约6km，具有三层结构：上部为沉积层，主要由松散至半固结的沉积物组成；中间为基底层或火山岩层，是以玄武岩为主、上部夹有固结沉积岩的混合层；下部为大洋层，很可能是由辉长岩、闪长岩为主，近M面处由含蛇纹石化橄榄岩组成，它是海洋性地壳的主体。
地幔位于地壳之下，界于M面与G面之间，厚度约2800km，质量和体积分别占地球的67.6％和83％，由铁、镁、硅酸盐物质组成，与辉石橄榄岩相当。
地核以G面与地幔分界，其成分可能相当于铁陨石，主要是铁以及含5％～20％的镍和少量硅、氧。根据地震波的传播将其分为液态外核和固态内核，其间岩石圈本来是相对于大气圈、水圈和生物圈而言的，但现在广泛应用的岩石圈是随着低速层(或软流圈)的发现而确定的一个十分具体的圈层。
根据对地震波在上地幔传播情况的研究，发现在60～250km深度间地震波速度明显降低，特别是横波速度衰减90％以上，说明上地幔存在着速度比上、下层都小的低速层。造成低速层的原因很可能是在此深度上的物质发生部分熔融所致。该层在力学性质上呈软化的塑性状态，在缓慢而长期的作用力下会发生塑性变形和缓慢流动。因此，低速层也称为软流圈。岩石圈是指软流圈之上的刚性固体物质层，包括地壳和上地幔顶部的刚性岩层，地壳与地幔间的M面夹在岩石圈内部。由于岩石圈和软流圈的过渡带上未出现化学成分的变化，故岩石圈主要是力学概念，具有力学上的统一性和实在性，它可以对机械应力作出刚性反应。