地球的圈层结构

地球的组成物质在重力作用下按其密度大小，从地心向外，大致呈现同心状的圈层结构。这是地球结构的最大特征。组成地球的物质多种多样，既有有机物也有无机物；既有固态的、液态的，也有气态的。在地球形成、演化的数十亿年过程中，它们从里向外逐渐地排列起来形成现在的地球。在地球的表面包围着一层大气，称为大气圈，构成地球的最外层。在距地表2000－3000公里的高度，地球大气的密度接近星际气体的密度，通常把这个高度作为地球大气的上界。大气的90%聚集在距地表15公里高度以下的大气层内，在48公里以下集中大气的99．9%。大气圈同岩石圈、水圈、生物圈通过物质和能量交换紧密连结在一起，形成一个综合系统。大气渗透到地壳岩石裂隙、孔洞、疏松土层以及各种水体和生物体中，成为地表岩石风化、物质运移的重要营力，是地表形态的塑造者，是全球水分循环的重要环节，是生物体生长发育的必须条件。在大气层之下，地球固体岩石的表面上是一个不连续的水圈。自然界中的水以液态、气态和固态形式存在于地表、地下和空中，并以海洋、河流、湖泊、沼泽、冰川、地下水等形式组成一个既不规则又不连续的水圈。这些水在不停地运动着和互相转化着(液气固)维持着全球的水分循环和水量平衡。在水的运动和转化过程中，对地球表层物质进行着机械的、物理的和化学的作用，改变着地表形态。在地球表面具备大气、水和营养物质的条件下，就给有机物的出现奠定了基础，有机物又是生命体形成的前提。发展到现在，世界已有一百多万种动物、三十多万种植物和十几万种微生物，它们共同构成了生物圈。生物在地球表面并不单独成圈，它们寄居在大气圈、水圈和地壳表面的接触地带，从其所占空间范围看，厚度仅2－3公里，其总量仅占地球质量的一亿分之三，可见是微不足道的。但是生物圈却是构成地球表面自然环境中最活跃、最复杂的成员，是地球表面生机盎然，区别于其他天体的决定因素。通常把大气圈、水圈和生物圈合称为地球的外部圈层。

自地表以下直到地心，又可分为地壳、地幔、地核等层次，它们构成了地球的内部圈层。因为地球深处的内部构造不能直接观察，目前主要是利用地震波在地球内部传播的情况间接地推测。大约在陆地地壳平均33公里深处，纵波速度为7．6公里／秒，横波为4．2公里／秒。再向下纵波急增为8．1公里／秒，横波为4．6公里／秒。这个波速不连续面是1909年奥地利地震学家莫霍洛维奇发现的，故名莫霍洛维奇界面，简称莫霍面。在距地表2900公里深处，纵波速度由13．64公里/秒突然降为8．1公里／秒，而横波至此完全消失。这个不连续界面是美籍德人地震学家古登堡于1914年发现的，故称为古登堡面。根据这两个不连续面将地球内部划分为三个圈层：地壳、地幔和地核。

地球内部圈层构造示意图

地壳：位于莫霍面以上部分称为地壳。地壳表层岩石平均密度2．65克／厘米，处在常温、常压下。地壳底部密度增加到2．9克／厘米，温度高达1000℃左右，压力可达1万个大气压。地壳的总体积只占整个地球体积的1%；其质量仅占地球总质量的0．8%。地壳又可分为大陆型和海洋型，大陆型地壳厚度大，平均厚约33公里，高山地区厚度更大，我国西藏及天山地区可达70公里厚。大洋型地壳厚度小，平均只有7．3公里。按组成岩石类型地壳又可分为上下两层，上层主要由花岗岩和沉积岩组成，称为花岗岩层。此层在山区厚度可达40公里，在平原区平均厚为10公里左右，在大洋底则很薄，甚至缺失。下层主要由玄武岩组成，称玄武岩层，在陆上较厚，可达30公里，在深海底仅为5－8公里厚。因为这两层的化学成分都是以硅铝为主，又称为硅铝层。地壳之下为橄榄岩层，密度较大，属上地幔，因其铁镁含量较高，又称硅镁层。

地壳构造示意图

地幔：莫霍面以下古登堡面以上的圈层，底界深为2900公里，其体积占地球总体积的82%，质量占67．8%，物质密度从上部的3．32克／厘米向下递增到5．66克／厘米，底界面上压力可达140万个大气压，温度从上部的1200℃到下部增到2000℃。按地震波变化，以984公里深为界把地幔分为上下两部分。上地幔以橄榄岩为主，称为橄榄岩层。在距地表50－250公里范围内存在一个地震波低速层，称为软流层。它可能是岩浆的发源地，地壳运动、岩浆活动、火山喷发和地震活动等都可能与此层有关．它可能是其上部岩石圈板块运动的趋动力，中源和深源地震的震源都发生在上地幔中。下地幔主要由金属硫化物和氧化物组成，因其铁、镍、铬、镁等金属化合物增加，又称为金属矿带层。

地核：古登堡面以下到地心称为地核。根据地震波传播情况，又可分为外核与内核。从2900－5100公里范围称为外核。在外核部分地震波的横波完全消失，只有纵波能通过，而且波速减慢，所以外核的物质可能是液态的。5100公里以下到地心，为内核。在这里地震波的横波重新出现，纵波波速也有突然增大的现象。由此推测内核物质可能是固态的。据推测地核物质非常致密，密度可达9．7－17．9克／厘米。按体积地核只占整个地球的17%，但其质量却占31．5%。地核内压力可达300－360万个大气压，温度为2000－3000℃，最高不超过5000℃。推测，地核为铁镍物质所组成。