第四讲 地球的外部

圈层结构

人们对于地球的结构近代才有了比较清楚的认识。整个地球不是一个均质体，而是具有明显的圈层结构（图1）。地球每个圈层的成分、密度、温度等各不相同。

图1 地球圈层结构

地球圈层分为地球外圈和地球内圈两大部分（图2）。地球外圈可进一步划分为四个基本圈层，即大气圈、水圈、生物圈和岩石圈（图3）；地球内圈可进一步划分为三个基本圈层，即地幔圈、外核液体圈和固体内核圈。此外在地球外圈和地球内圈之间还存在一个软流圈，它是地球外圈与地球内圈之间的一个过渡圈层，位于地面以下平均深度约150km处。这样，整个地球总共包括八个圈层，其中岩石圈、软流圈和地球内圈一起构成了所谓的固体地球。地球各圈层在分布上有一个显著的特点，即固体地球内部与表面之上的高空基本上是上下平行分布的，而在地球表面附近，各圈层则是相互渗透甚至相互重叠的，其中生物圈表现最为显著，其次是水圈。

图2 地球结构

图3 四大圈层

1. 大气圈

外圈中最外部的气体圈层，它包围着海洋和陆地。大气圈没有确切的上界，在2000~16000km高空仍有稀薄的气体和基本粒子。在地下，土壤和某些岩石中也会有少量空气，它们也可认为是大气圈的一个组成部分。地球大气的主要成份为氮、氧、氩、二氧化碳和不到0.04％比例的微量气体。地球大气圈气体的总质量约为5.136×1021g，由于地心引力作用，几乎全部的气体集中在离地面100km的高度范围内，其中75％的大气又集中在地面至10km高度的对流层范围内（图4）。

图4 大气的垂直分层

2. 水圈

地球表面3/4以上的面积被海洋、冰层、湖泊、沼泽和河流中的水体所覆盖，地面以下的土壤和岩石缝隙中也充填着大量的地下水，由它们共同构成一个连续而不规则的圈层，称为水圈（图5）。从离地球数万公里的高空看地球，可以看到地球大气圈中水汽形成的白云和覆盖地球大部分的蓝色海洋，它使地球成为一颗"蓝色的行星"。地球水圈总质量为1.66×1024g，约为地球总质量的1/3600，其中海洋水质量约为陆地（包括河流、湖泊和表层岩石孔隙和土壤中水）的35倍。如果整个地球没有固体部分的起伏，那么全球将被深达2600m的水层所均匀覆盖。大气圈和水圈相结合，组成地表的流体系统。

图5 海陆间大循坏

3. 生物圈

由于存在地球大气圈、水圈和地表矿物，在地球上这个合适的温度条件下，形成了适合于生物生存的自然环境。据估计，现有生存的植物约有40万种，动物约有110多万种，微生物至少有10多万种。在地质历史上曾生存过的生物约有5-10亿种之多，然而，在地球漫长的演化过程中，绝大部分都已经灭绝了。现存的生物生活在岩石圈上层、大气圈下层和水圈全部，构成了地球上一个独特的圈层，称为生物圈（图6）。生物圈是太阳系所有行星中仅在地球上存在的一个独特圈层，也是迄今为止所发现的唯一适合人类生存的行星。

图6 生物圈的物质和能量循坏

4. 岩石圈

对于地球岩石圈，除表面形态外，是无法直接观测到的。它主要由地壳和地幔圈中上地幔的顶部组成，从固体地球表面向下穿过地震波在近40km处所显示的第一个不连续面（莫霍界面），一直延伸到软流圈为止。岩石圈厚度不均一，厚约60~120km，平均厚度约为100km（图7）。由花岗质岩、玄武质岩和超基性岩组成。由于洋底占据了地球表面总面积的2/3之多，而大洋盆地约占海底总面积的45％。因此，整个固体地球的主要表面形态可认为是由大洋盆地与大陆台地组成。地球岩石圈（因为地球上90%的构造均发生于该圈层）又叫构造圈（狭义），构造圈是20世纪中叶提出的一个概念，指均衡补偿面以上、发生地壳运动的地球外壳部分。

图7 岩石圈厚度不均

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来源: 湘潭市观赏石宝玉石协会微信公众号