b第二章 地球(学)

第二章地球地质学的研究对象是地球的固体外壳-----（地壳或岩石圈）。

------有必要了解地球。

地理学：自然现象与人文过程组成的地球表层系统，是一个多圈层交汇的、相互渗透的复杂巨系统。

------ 也有必要了解地球。

地球，我们人类的家园，她作为太阳系大家庭的一员，与其它行星相比，可以说即熟悉又陌生;▪它之所以熟悉，是因为它与太阳系的其它行星具有相同的特性，都有自己的固定轨道，并日复一日自转的同时绕太阳不停地公转着；▪它之所以陌生，是因为许多地质过程、地质现象仍是个谜。

自从宇宙飞船第一次登月成功后，人类就试图在地球以外的其它星球上找到可供人类栖息的第二个家园，然而，迄今为止，种种努力都失败了。

第一节地球概况一、地球的形状和大小地球是太阳系自中心向外的第三颗行星；也是地质学的研究对象。

对地球形状的认识的逐步建立的:地球是个什么样子，自古以来，人们就在不断地探索着。

----“永恒的话题”当然，古代人们由于认识的局限性，对地球的形状还不可能有正确的结论。

我国对地球形状的认识：●如殷周之际的“盖天说”，认为“天圆如张盖；地方如棋局”，半球形的天罩住方形的地：-----“天圆地方”●战国时的“盖天说”则是“天象盖笠，地法覆磐”，即天穹象斗笠，地象倒扣的盘子，天与地为平行的半球形。

●汉张衡的“浑天说”提出了地是球形，“天如鸡子，地如卵子黄，孤居于内，天大而地小。

”首次提出地球的形状是一个球体的可能性的是古希腊哲学家毕达哥拉斯（约公元前530年）。

对地球形状的科学探索是从中世纪开始的。

----非凭空想象。

在十四和十五世纪期间，资产阶级逐渐兴起，为了资本主义发展的需要，与科学技术发展的同时，航海事业也蓬勃开展起来。

第一级近似：意大利人哥伦布（1436～1506）于1492年8月3日，带领87名水手，乘船三艘，离西班牙的巴罗士港，不顾友人的警告，扬帆西航。

70天后，到达大西洋彼岸的美洲，发现了新大陆，并未象警告的那样：“千万不要航行的太远，以免连船带人一起从地盘的边缘掉下去。

”第一次开阔了人们的眼界。

1519年9月，葡萄牙人麦哲伦带领水手265人，分乘船五艘，从西班牙塞维尔码头出发西行，过南美南端的麦哲伦海峡进入太平洋，在赤道无风带上继续西航，发现了菲律宾。

麦哲伦被当地居民所害，从人继续前进，经印度洋，绕好望角，于1522年回到西班牙，第一次完成了环球旅行，人们“只是在这个时候才真正发现了地球”，证实了地球的球形特点。

但认识并未到此完结。

第二级近似：1672年，法国天文学家里舍，去南美赤道附近的厄瓜多尔地区观察天象，发现其摆钟每天慢了2分28秒。

进行校正后，把摆长缩短了2．88毫米就准确了。

后回到巴黎，发现摆钟又快了，校正后，又使摆的长度恢复到原来的长度。

这就使他提出了问题，这是什么缘故？此后，这种现象又为一些旅行家所证实。

到了1687年，牛顿根据万有引力定律认为，有那么一个与地球大小相同比钢还硬物体，其最稳定而平衡的形状只能是一个球形。

但地球又不是一个确切的球形。

牛顿认为，地球的运动，其物质不仅受到向内的地心引力的影响，也受到向外的离心力影响，后者在赤道处最大。

这样也就解释了摆钟产生时差的问题，是由于两地重力的不同影响了摆钟的时差；而万有引力的大小又与地球半径的平方成反比，这说明地球的赤道半径和两极半径是不同的，地球是前者大，后者小的扁球。

这一正确结论曾遭激烈反对（原因是测量计算上的错误），争论了半个世纪；至1735年和1736年，法国科学院组织的两支专门测量队分别在厄瓜多尔的安底斯山区的钦博拉索和北欧北端地区的拉普兰进行了大地测量、几年后从实践中证明了牛顿的结论是正确的地球是一个两极半径有些短的扁球体或二轴椭球体。

以后又发现，赤道面也不是一个圆，而是一个椭圆，相差200米，证明地球是一个三轴椭球体。

第三级近似：此后，随着人类对地球认识的加深，人们对地球形状与大小的认识也愈来愈准确。

特别是通过人造卫星的观测和计算，已能较精确地获得地球形状的数据。

地球表面是非常崎岖不平的，我们通常所说的地球形状是指大地水准面所圈闭的形状，所谓大地水准面（geoid）是指由平均海平面所构成并延伸通过陆地的封闭曲面。

地球的整体形状十分接近于一个扁率非常小的旋转椭球体（即扁球体）。

夸张他说，地球的真实形状略呈梨形。

赤道半径略长、两极半径略短，平均半径为6371km。

二、地球的表面形态打开世界地图，最明显的是：海陆分布------第一级地球表面形态分异。

大陆的轮廓有某些相似性，所有的大陆均为北端宽、南端窄；地表最高点在珠峰8844.43；最低点位于太平洋西侧的马里亚纳海沟，在海面以下11034m，最大垂直起伏约20km。

1.陆地地形特征按高程和起伏特征分为：山地、丘陵、平原、高原、盆地。

2.海洋地形特征（1）大陆边缘——是大陆与大洋盆地之间的过渡地带大西洋型：大陆架：海与陆接壤的浅海平台；大陆坡：大陆架外侧坡度明显变陡部分；大陆基：是大陆坡与大洋盆地之间的缓倾斜坡地；太平洋型：大陆架；大陆坡；岛弧与海沟：岛弧是大洋边缘延伸距离很长、呈弧形展布的岛群；海沟是与岛弧平行伴生，发育在岛弧靠大洋一侧的长条形海底深渊；组成岛弧-海沟系）（2）大洋中脊大洋中脊是绵延在大洋中部的巨型海底山脉.具有很强的构造活动性，经常发生地震、火山活动。

地震带、火山带、板块边界。

（3）大洋盆地大洋盆地是介于大陆边缘与大洋中脊之间的较平坦地带。

——有时分布孤立高地，称为海山——其中顶部平坦的海山称为平顶海山（海底平顶山，guyot，盖约特），其成因一般认为海山顶部接近海面时被波浪作用夷平而成。

三、地球的物理性质系指地球的密度、压力、重力、地磁、地热、弹塑性等。

1. 地球的密度和压力（1）地球的密度密度= 质量/ 体积我们无法直接称到地球的质量；根据万有引力定律间接计算出地球的质量，由此算得地球的平均密度是5.517g/cm3,地表岩石的平均密度是2.65 g/cm3，由此推测地球内部必有密度更大的物质，据地震波资料分析，地核部分密度可达13 g/cm3。

------具有圈层构造。

（2）压力地内的压力又称为静压力或围压。

----- 海洋水体相对复杂“动压”。

地内压力随深度而加大，并与地内物质的密度以及该处的重力有关。

P = ρgh （与势能相当）ρ——某深度物质的平均密度; h——某点深度；g——平均重力加速度如果知道地球内部物质的密度大小和分布，便可求出不同深度的压力值。

一般认为在地壳部分，深度每增加1km，压力将增加约270 Pa。

------ 显示“圈层构造”。

2. 重力和重力异常（1）地球的重力定义由于地球表面的任何物体都受到地球的引力和因地球自转而产生的惯性离心力的共同作用。

重力——是指地球引力与惯性离心力的合力；据万有引力:221 r MMGF——在不同的纬度而不同：由于赤道半径略大，两极半径略小，因而随不同纬度而不同，地球两极的重力值最大，并向赤道减小；——在不同的海拔也不相同。

在惯性离心力最大的赤道地区，也不超过引力的1/288（即0.34％），因此重力方向仍大致指向地心。

（2）重力异常若把地球看作一个理想的、均质的椭球体，所计算的重力值——称为理论重力值；)20000059.00053024.01(780327.922ϕϕϕSin Sin g -+= Gal (m/s 2)------ 只与纬度有关。

（注：1979年国际大地测量及地球物理协会提出）ϕ ——是纬度；某一地点，ϕ 一定值，g φ具有一个理论值。

地表测定的重力值多数是与上述理论值不相符：⏹ 一方面是由于测点不一定都位于平均海平面的高度，这样测点与平均海平面高度之间的物质，以及其周围的物体的引力都会影响该测点的重力值；------ “海拔高度引起的” & “剩余物质和地形”。

⏹ 另一方面是由于地下岩石的密度不同，也影响重力值。

----- 密度变化引起的重力异常。

由于海拔不同、周围地形及地下岩石密度不同，以致所测的实际重力值不同于理论值——称为重力异常；若要揭示地壳不同部分物质的密度不同，必须把地下密度变化引起的重力异常，从海拔高度变化、周围地形等因素引起的异常分离出来——校正。

（3）重力异常的校正若利用重力异常研究地壳构造和地球内部的物质变化的重要信息，必须对实测重力值进行校正；因为引起重力异常的原因主要有3个：➢ 地面观测点并不在大地水准面上，存在高度差（海拔高度），观测点的位置越高重力值越小；➢ 地面观测点与大地水准面之间的剩余物质（和测点周围地形）所产生的附加重力；➢ 地球内部物质的密度分布不均匀；分步消除、分步校正：第一步：高程校正由于实测点有一定的海拔高度（改变了万有引力的r 值），必须校正（换算）至大地水准面上的相应值。

——消除高差的影响消除测点与大地水准面之间的向程对重力产生的影响，称为高程校正（自由空气校正）。

这种校正只考虑高差的影响，未考虑高程间的物质组成的影响（视为空的一样），故又称为自由空气校正。

校正后的重力值与理论重力值之差——称为自由空气异常；第二步：布格校正消除测点与大地水准面之间的剩余物质对重力产生影响，称为中间层校正。

高程校正和中间层校正——又合称为布格校正。

（由法国大地测量学家布格所提出）布格校正后的重力值与理论重力值之差——称为布格重力异常；在文献中涉及的重力异常，一般指布格重力异常；（4）布格重力异常的分布我国大陆的布格重力异常图（未包括海洋），由图可以看出几个特点：a.大陆的布格重力异常为负异常，海洋的布格重力异常为正异常，表明地球表层的大陆部分（陆壳）物质密度较小，海洋部分（洋壳）物质密度度较大；b.自东部向西部，布格重力异常值逐渐降低，反映地壳厚度变化的总趋势是由东向西逐渐增厚的；从我国东部沿海地区到西部高原，布格异常值是逐渐降低的，东部沿海布格异常的平均值约为-0.2 m/s2,至西部帕米尔高原和藏南地区则下降至-0.5 m/s2以下。

c.存在三个明显的重力台阶（与我国地形上的三个台阶大致吻合），台阶的分界：东部地区的重力梯度带大致沿北东向延伸（大兴安岭-太行山），青藏高原边缘；西部沿东西向延伸。

东部地区的重力梯度带大致沿北东东向延伸，西部的重力梯度带则沿东西向延伸。

这些梯度带大都与我国的主要山系一致或平行，表明我国的地形特征与地质构造，尤其是与地壳深部的构造特点有密切关系。

（“地壳均衡说”的提出——认为山脉是较轻的岩块浮在较重的介质之上，正如轮船浮在海水中一样，山越高，其深入下部较重介质中的深度也越大，这深入的部分通称为“山根”。

）------ 以上是全球性or 区域性的，对全球构造、大地构造有重要意义。

（5）局部重力异常由于地球内部局部物质密度的差异，会引起局部的重力异常。

例如：在沉积岩及石油、煤、石盐等矿产的分布区，由于组成物质的密度小，常会引起局部的重力负异常。