圈层结构、水圈、生物圈、大陆型地壳、大洋型地壳、地幔

2023-08-11 理论教育版权反馈

【摘要】：地球具有的这种结构就被称为圈层结构。水圈是地球特有的环境优势。生物圈是指地球表层生物有机体及其生存环境的总称，是一个有生命的特殊圈层。因此地壳又可分为双层结构的大陆型地壳和单层结构的大洋型地壳。图5-2-3地球内部圈层2.地幔地幔是从莫霍面到古登堡面之间的圈层，介于地壳和地核之间。地幔的体积约占地球总体积的83%

地球结构最重要的特征就是具有圈层结构。

（一）圈层结构的含义和组成

圈层结构是指地球从核心到外部由不同的圈层构成，每个圈层都有各自的物质成分、物质运动特点和物理化学等性质，厚度也各不相同，但都以地心为共同的球心，这些圈层又被称为同心圈层。地球具有的这种结构就被称为圈层结构。

以地球的固体表面为界，整个地球主要划分为外部圈层和内部圈层两大部分。外部圈层指地球外部离地表平均800 km以内的圈层，包括大气圈、水圈和生物圈。内部圈层指固体地球内部的主要分层，由地表到地心依次分为地壳、地幔、地核，其中地壳及地幔顶部是由坚硬的岩石所组成的，又称为岩石圈。

此外，在外部圈层之外，还存在着超外圈——磁层，起始于离地表600～1000 km，磁层顶在向太阳一侧为10.5个地球半径，在背向太阳一侧可延伸到几百至上千个地球半径。

地球存在一个特殊部分——“地球表层”，这是指内、外圈层相互接触处，也就是地球表面附近，上界以大气圈底部的对流层高度为限，平均10 km，下界到岩石圈的上部，即陆地往下5～6 km，海洋往下约4 km。这里的各圈层是相互渗透甚至相互重叠的，主要是生物圈、水圈、大气圈和岩石圈相互渗透、彼此交织在一起，也正是人类生存的环境，这部分就被称为地球表层。

（二）地球的外部圈层

地球的外部圈层指大气圈、水圈、生物圈，各圈层之间并没有明显的分界（图5-2-2）。

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图5-2-2　地球外部圈层示意图

1.大气圈

大气圈是地球外部圈层中的最外圈层。大气圈是地球海陆表面到星际空间的过渡圈层，没有明显的上限，一直可延续到800 km高度以上，但越向外大气越稀薄。

大气圈也可以分为若干个气体层，其中最重要的是底部的对流层，它的厚度不大，在两极是9 km，在赤道附近是17 km，并随季节变化而异，夏季增厚而冬季变薄。但大气总质量的70%～75%都集中在这一层内。人们所关心的天气变化、气候变异以及温室效应主要都发生在对流层。对流层以上，还有平流层、中间层、暖层和散逸层，它们各自具有不同的密度和温度特征。低层大气由干洁空气、水汽和尘埃微粒等组成，干洁空气是多种气体的混合物，但以氮和氧为主要成分，在其总体积中，氮占78.09%，氧占20.95%，余下的为氩（占0.93%）、二氧化碳（占0.03%）及微量其他气体。

大气圈对生物的形成、发育和保护有很重要的作用。生物生存离不开空气，特别是由于大气圈的存在，挡住了绝大多数飞向地球的陨石，拦截下太阳辐射中的大部分紫外线和来自宇宙的高能粒子流，保护地球生命免受外来的伤害。因此，大气圈是保护地球表面和生命的“盾牌”。

2.水圈

水圈是指连续包围地球表面的水层，包括海洋、江河、湖泊、沼泽、冰川和地下水等，它是一个连续但不是很规则的圈层，既有液态水，也有气态水和固态水。

海洋水是水圈的主体，约占全球总水量的96.5%和全球面积的71%。陆地水大部分是固态水，即覆盖两极的冰原和高山冰川，而存在于河流湖沼的地表水是有限的。此外，在土壤中有土壤水，陆地深处有地下水。气态水存在于大气层中，其含量在水圈中微不足道，主要集中于大气圈的对流层中。陆地水以淡水为主，海洋水则含有丰富的盐分，其化学成分以氯（占海水1.9%）和钠（占1%）为主，此外还有Mg、S、Ca、K、C等。

水圈是地球特有的环境优势。水圈的运动和循环影响地球上各种环境条件的变化，影响各个圈层，使地球处在不断变化之中。如水体通过蒸发、降水、下渗和径流等形式构成水循环，直接影响大气的温度环流；水的径流对岩石圈表层“削高填低”，改造着地表形态。更重要的是水是生命过程的重要介质，是地球上的生命之源，没有水就没有生命，水对亿万种生命以及人类能在地球上生存和发展，具有决定性的意义。

3.生物圈

生物圈是太阳系所有行星中仅于地球上存在的一个独特圈层。生物圈是指地球表层生物有机体及其生存环境的总称，是一个有生命的特殊圈层。生物圈是一个和大气圈、水圈甚至地壳交织在一起的圈层，是有机体活动和影响的区域。地球上的生物就生活在岩石圈的上层、大气圈的下层和水圈的全部，其上限一般为7000～8000 m，其下限在大洋中的深度为10 000 m，在陆地上深度一般为100多米。有机界的组成除人类外，还有植物、动物和微生物，是极其丰富多彩的。生物之间相互依存和制约，共同构成整个生态系统。

生物圈是地球特有的圈层，它是地球大气、水和地壳长期演化、相互作用的结果，它又参与了对岩石、大气和水等其他圈层的改造，对地表物质的循环、能量转换和积聚具有特殊作用。例如，绿色植物能吸收大气层中的二氧化碳，增加氧气，形成臭氧层，调节气温；生物影响一些元素在水中的迁移和沉淀过程；生物体中的水通过吸收和排出以及在生命系统内部的运动，参与着水圈的循环；生物对岩石圈进行生物分化作用和生物成矿作用等。

由此可见，地球上外部圈层的大气圈、水圈和生物圈既是相互区别和相互独立的，又是相互渗透和相互作用的。

（三）地球的内部圈层

与可以直接观测到的地球外部各圈层相比，地球内部的情况是无法直接观测到的，科学家就使用人工地震等方法来进行研究，探测到地球内部是非均质体，各层物质的密度、压力、温度、物理状态和化学成分存在着明显差异。在地球内部发现了两个明显的地震波不连续界面，即莫霍面和古登堡面，由此将地球内部分为地壳、地幔和地核三个同心圈层（图5-2-3）。

1.地壳

地壳是从地表到莫霍面的圈层，是地球表面的一层薄壳。厚度不均匀，大陆地壳厚，平均厚度约为35 km；而海洋地壳薄，约为7 km。地壳的体积占整个地球体积的1%，质量占整个地球质量的0.4%，密度仅为地球平均密度的1/2。地壳与人类关系密切，对人类危害极大的大陆浅源地震，就产生于此层。

地壳由低密度的富铝硅酸盐岩石组成，又可分为硅铝层和硅镁层两层，硅铝层为大陆地壳所特有，海洋地壳并没有这一层。因此地壳又可分为双层结构的大陆型地壳和单层结构的大洋型地壳。

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图5-2-3　地球内部圈层

2.地幔

地幔是从莫霍面到古登堡面之间的圈层，介于地壳和地核之间。古登堡界面位于地球内部约2900 km的深处。地幔的体积约占地球总体积的83%，质量占地球总质量的68%，密度向内逐渐增大。地幔可分为上地幔、下地幔，其主要由中等密度、固态富铁镁硅酸盐岩石组成。在距地球表面以下平均深度60～400 km处的上地幔上部有一层柔性的软流圈，它位于岩石圈之下，是地震和火山等现象的根源。

3.地核

地核指古登堡界面以下直至地心的地球核心部分，半径约为3400 km，质量和体积分别为整个地球的31.5%和16%，密度极高，温度也随深度而上升，在地心可达到5500～6000 K。地核可分为外核和内核两部分，其主要由高密度的铁镍合金组成。

综上所述，地球是由不同的圈层构成的（表5-2-1），但并不是每一圈层机械的拼接，而是各个圈层相互接触、紧密联系、综合影响的一个整体。

表5-2-1　地球圈层的基础数据

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圈层结构、水圈、生物圈、大陆型地壳、大洋型地壳、地幔

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