地球科学Lect15_地幔外核和内核full要点解析.pdf
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第 15 讲
地幔、外核和内核
申文斌邓洪涛罗佳徐新禹
2014.4.23
1
提纲
地球内部圈层划分
地球内部主要物理性质
地球内部各圈层的物质组成及物理状态
地球不同圈层的相互作用
2
1 地球内部圈层的划分
(1)划分依据
A 人类可以直接观察到的地下深度十分
有限。世界上最深的矿井仅4~5km,最深的钻
井不过12.5km。火山喷出来的岩浆,最深也
只能带出地下几十到200km左右的物质。
B 天然和人工地震是“透视”地球内部
的主要工具。
1849年斯托克斯(G.G.Stokes)证实,地
震过程产生两种弹性波: 一种是质点震动方
向与波的传播方向一致的纵波,又称P波,一
种是质点震动方向与波的传播方向垂直的横
波,又称S波。P波与S波都是在物体内部传播
的,叫体波。
纵波速度快,横波速度慢。
另一种地震波只在地球表面传播,称为表
面波,简称面波,对固体地球表面的破坏作
用最强。
1800多年前甘肃西部发生了一次地震,住在当
时中国首都(京城)洛阳的人没有感觉,但安
置在此城的一台仪器察觉到了,这就是张衡创
制的世界公认的最早的地震仪———地动仪。
1880年,英国学者来尔恩(J.Milne,1850-
1913)等制造了可以记录地震波传播情况的地
震仪,地球科学家开始利用天然地震波探测地
球内部。
现代地震仪已有很高的灵敏度,地震波记录
资料的累积越来越丰富。利用天然地震波探测
地球内部,就好像用X射线或超声波检查透视
人体内部器官一样,并已发展了一种地震层折
成象技术.
【思考题:候风地动仪的原理?地震仪的原理?】
地震波传播速度与介质的密度和弹性参数有以
下关系 :
式中,Vp 和 Vs 分别为纵波和横波速度;
ρ 为介质的密度,k为介质的体变模量,即物
体在压力下能缩小的程度,k值愈大,物体愈
难被压缩;µ为切变模量,反映物体在定向力
作用下形态改变的程度,µ值愈大,物体愈难
变形,k与µ通称为介质的弹性模量。
在 同 一 介 质 中 , VpVs,Vp≈1.73Vs 。 当
µ=0,Vs=0,即S波不能通过液体。
地震波在介质突变界面将发生反射和折射,
这种界面称为波速的不连续面。
由于地球介质分布不均一,地震波总是沿着
弯曲的路径传播,且在不同深度有不同的波速,
传播速度的跳跃及传播路线的折射与反射,不
仅表明介质的密度和弹性性质有显著变化,也
表明存在不连续界面。地震波波速和传播方向
的变化是地球内部圈层划分的基本依据。
况 状 布 分 度 密 的 部 内 球 地
地球内部圈层的划分
地球物理学家根据地震波在地球内部不同深
度下传播特征的变化情况,结合岩石学实验
,发现了不同的波速与密度界面。以此为基
础推算了地球内部的密度等物理参量分布状
况。
70年代后期,国际地球物理联合会提出了一
个初步参考地球模型(PREM),具体划分了
地球内部三种级别的圈层。
地球内部圈层的划分
一级圈层:三个
地壳(Crust)
莫霍面
一级圈层 地幔(Mantle)
古登堡面
地核(Core)
地球内部圈层的划分
二级圈层:七个
从地表向地球深部依次为
A(地壳);
B,C,D(地幔);
以及 E,F 和 G 层(地核)。
三级分层:11个
大陆地壳还可再分为上、下地壳两层,即A1和A2;
在地幔的B层中则包括三个三级分层:B1、B2 (为地震波
低速层,推断为熔融状态,故也称软流圈)和 B3;
C层
D层中包含两个三级分层,它们依次称作 D′和 D″层。
E,F,G层
初
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