地球从表面到地心可分三个圈层,中间的圈层叫( )。 地球内部可以划分为哪三个圈层?
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现今对地球内部各圈层的物质组成与状态的认识如下:
(一)地壳
地壳是莫霍面以上的地球表层。其厚度变化在5~70km之间。其中大陆地区厚度较大,平均约为33km;大洋地区厚度较小,平均约7km;总体的平均厚度约16km,约占地球半径的1/400,占地球总体积的1.55%,占地球总质量的0.8%。地壳物质的密度一般为2.6~2.9g/cm3,其上部密度较小,向下部密度增大。地壳为固态岩石所组成,包括沉积岩、岩浆岩和变质岩三大岩类。由于地壳是当前地质学、地球物理学、地理学等学科的主要研究对象,因此,有关其详细情况将在下一节作进一步介绍。
(二)地幔
地幔是地球的莫霍面以下、古登堡面(深2885km)以上的中间部分。其厚度约2850km,占地球总体积的82.3%,占地球总质量的67.8%,是地球的主体部分。从整个地幔可以通过地震波横波的事实看,它主要由固态物质组成。根据地震波的次级不连续面,以650km深处为界,可将地幔分为上地幔和下地幔两个次级圈层。
1.上地幔
上地幔的平均密度为3.5g/cm3,这一密度值与石陨石相当,暗示其可能具有与石陨石类似的物质成分。从火山喷发和构造运动从上地幔上部带出来的深部物质来看,也均为超基性岩。近年来通过高温高压试验来模拟地幔岩石的性质时发现,用橄榄岩55%、辉石35%、石榴子石10%的混合物作为样品(矿物成分相当于超基性岩),在相当于上地幔的温压条件下测定其波速与密度,得到与上地幔基本一致的结果。根据以上理由推测,上地幔由相当于超基性岩的物质组成,其主要的矿物成分可能为橄榄石,有一部分为辉石与石榴子石,这种推测的地幔物质被称为地幔岩。
上地幔上部存在一个软流圈,约从70km延伸到250km左右,其特征是出现地震波低速带。物理实验表明,波速降低可能是由于软流圈物质发生部分熔融,使其强度降低而引起的。据地内温度估算,软流圈的温度可达700~1300℃,已接近超基性岩在该压力下的熔点温度,因此一些易熔组分或熔点偏低的组分便可开始发生熔融。据计算,软流圈的熔融物质可能仅占1%~10%,熔融物质散布于固态物质之间,因而大大降低了强度,使软流圈具较强的塑性或流动性。由于软流圈物质已接近熔融的临界状态,因此它成为岩浆的重要发源地。
2.下地幔
下地幔的平均密度为5.1g/cm3,由于这里经受着强大的地内压力作用,使得存在于上地幔的橄榄石等矿物分解成为FeO、MgO、SiO2和Al2O3等简单的氧化物。与上地幔相比,其物质化学成分的变化可能主要表现为含铁量的相对增加(或Fe/Mg的比例增大)。由于压力随深度的增大,物质密度和波速逐渐增加。
(三)地核
地核是地球内部古登堡面至地心的部分,其体积占地球总体积的16.2%,质量却占地球总质量的31.3%,地核的密度达9.98~12.5g/cm3。根据地震波的传播特点可将地核进一步分为三层:外核(深度2885~4170km)、过渡层(4170~5155km)和内核(5155km至地心)。在外核中,根据横波不能通过,纵波发生大幅度衰减的事实推测其为液态;在内核中,横波又重新出现,说明其又变为固态;过渡层则为液体—固体的过渡状态。
地核的密度如此之大,从地表物质来看只有一些金属物质才可与之相比,而地表最常见的金属是铁,其密度为8g/cm3,它在超高压下完全可以达到地核的密度。地核的密度与铁陨石较接近,也表明地核可能主要为铁、镍物质。地球具有主要由内部物质引起的磁场,这说明地球内部一定具有高磁性的铁、镍物质非常集中的某个圈层,而地壳、地幔中均不存在,那么它应存在于地核中。此外,人们用爆破冲击波提供的瞬时超高压来模拟地核的压力状态,并测定一些元素在瞬时超高压下的波速与密度,结果发现地核的波速与密度值与铁、镍比较接近。综合多方面推测,地核应主要由铁、镍物质组成。近年来的进一步研究还发现,在地核的高压下,纯铁、镍的密度略显偏高,推测地核最合理的物质组成应是铁、镍及少量的硅、硫等轻元素组成的合金。
自然地理-地球的圈层结构
地幔
地幔
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