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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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