第4章地球圈層與地球表層系統(tǒng)

1、,地球科學(xué)概論,旅游與環(huán)境學(xué)院,■自然災(zāi)害與減災(zāi),■緒論,■地球的起源與演化,■地球的物理性質(zhì),■地球的圈層,■板塊運(yùn)動(dòng)與地質(zhì)作用,■大氣圈,■水圈,■地表形態(tài),■生物圈,■地球環(huán)境及其變遷,■自然資源及其利用,,xgwei2007@163.com,主講：魏秀國(guó),地球圈層與地球表層系統(tǒng),,,第 4 章,● 四大圈層,● 地球表層系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),● 地球表層系統(tǒng)的功能,● 人類與地球表層環(huán)境,地球科學(xué)概論,●地球各圈層物質(zhì)組成,地球內(nèi)部結(jié)構(gòu),

2、,地球呈現(xiàn)出圈層結(jié)構(gòu)，可以劃分出內(nèi)部圈層與外部圈層。內(nèi)部圈層包括地殼、地幔、地核。巖石圈包括地殼與軟流圈之上的上地幔部分。,地球科學(xué)概論,地球內(nèi)部的分層,,（引自繆啟龍主編《地球科學(xué)概論》）,據(jù)地震波在地下不同深度傳播速度的分布的研究，地球內(nèi)部存在著兩個(gè)主要的分界面，在分界面上地震波傳播速度發(fā)生急劇變化。第一個(gè)間斷面位于地表以下平均33 km處，稱莫霍洛維奇間斷面，簡(jiǎn)稱莫霍面；第二個(gè)間斷面位于地表以下2 900 km處，稱古登堡間斷面。

3、這兩個(gè)間斷面把地球內(nèi)部分成三大層，即地殼、地幔和地核。這三大部門還可再分為7層。（P68）,,,地球科學(xué)概論,四大圈層,,,第四章 地球圈層與地球表層系統(tǒng),外部圈層包括巖石圈、大氣圈、水圈、生物圈。巖石圈指地球表層由固體巖石組成的圈層；大氣圈指環(huán)繞地球的由氣體組成的圈層；水圈指地球表層由各種形式存在的水組成的圈層；生物圈指地球表層所有活著的有機(jī)體組成的圈層。,地球科學(xué)概論,人在四大圈層中的地位,,圖表示了三重含義：（1）人類是生物圈的

4、一部分，但又不同于一般的生物；（2）人類生存在四大圈層的交界面上，四大圈層是人類誕生與發(fā)展的環(huán)境；（3）人類對(duì)四大圈層均有著重要的作用與影響。 四大圈層之間及其與人類相互作用、相互影響，構(gòu)成了地球表層系統(tǒng)。,生,物,圈,人是生物圈的一部分，又與一般的生物有著本質(zhì)的區(qū)別。人類與四大圈層之間的關(guān)系以及人類在地球表層系統(tǒng)中的位置可以用下圖來表示：,地球科學(xué)概論,三大界,,通常物質(zhì)可以劃分為無機(jī)物與有機(jī)物，自然界可以劃分為無機(jī)界與有

5、機(jī)界。但如果用無機(jī)界與有機(jī)界來概括表達(dá)地球表層系統(tǒng)，似乎還不夠全面。因?yàn)槿祟愓Q生、發(fā)生發(fā)展在地球表層。人類在地球表層系統(tǒng)中的地位與作用，以及人類與自然環(huán)境之間的相互作用、相互影響，僅僅用無機(jī)界與有機(jī)界還難以表達(dá)清楚。在自然地理學(xué)中，更有必要來強(qiáng)調(diào)一下人類的重要性。故有人提出了用人文界來表示人類在地球表層系統(tǒng)中的重要地位與作用，以及人類與自然環(huán)境之間的相互作用、相互影響?？梢赃@么說，地球表層系統(tǒng)是地球表層無機(jī)界、有機(jī)界與人文界相互作用、相

6、互影響而構(gòu)成的一個(gè)系統(tǒng)。,地球科學(xué)概論,地球表層環(huán)境（系統(tǒng)）的結(jié)構(gòu),,不同空間尺度的環(huán)境系統(tǒng)在空間上相互交叉、疊置，并且相互聯(lián)系、相互作用。因此是多級(jí)嵌套。,1. 垂直分層,垂直分層現(xiàn)象非常明顯：從地核、地幔、地殼，到水圈、大氣圈等；大氣圈又可分為對(duì)流層、平流層、中間層、暖層和散逸層。,2. 水平分異,指在水平分布方面的差異與變化。,3. 立體交叉,組成地表環(huán)境的巖石圈、水圈、大氣圈、生物圈，不是絕然分開的，而是相互交叉、相互滲透，在空

7、間上構(gòu)成了一個(gè)立體交叉的結(jié)構(gòu)。,4. 多級(jí)嵌套,地球科學(xué)概論,地球表層系統(tǒng)的功能,,垂直方向上，各個(gè)圈層之間、各個(gè)圈層內(nèi)部的各個(gè)次級(jí)層次之間。水平方向上，大洋與大陸之間、大洋與大洋之間、大陸與大陸之間、地區(qū)與地區(qū)之間。 生物圈與其他圈層之間。,1. 物質(zhì)傳輸、能量流動(dòng)、信息傳遞,通過研究地表系統(tǒng)物質(zhì)傳輸、能量流動(dòng)和信息傳遞的過程與規(guī)律，來預(yù)測(cè)系統(tǒng)的可能變化；通過改變系統(tǒng)的物質(zhì)流、能量流或信息流，來改變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與演化的趨勢(shì)

8、，從而達(dá)到對(duì)地表系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化、調(diào)控的目的。,2. 地球表層系統(tǒng)的可預(yù)測(cè)、可調(diào)控功能,地球科學(xué)概論,地球系統(tǒng)科學(xué),,,地球系統(tǒng)科學(xué)（Earth System Science）是20世紀(jì)80年代初國(guó)際科學(xué)界為迎接全球環(huán)境變化的挑戰(zhàn)而提出的一門全新的集成科學(xué)。今天，地球系統(tǒng)科學(xué)作為一個(gè)連接地球科學(xué)、生命科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)、對(duì)地觀測(cè)技術(shù)和其它相關(guān)科學(xué)的新興的跨學(xué)科領(lǐng)域，深刻地影響著人們對(duì)地球系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。,第四章 地球圈層與地球表層系統(tǒng),地球科

9、學(xué)概論,地球系統(tǒng)科學(xué)產(chǎn)生的背景,,（1）人類活動(dòng)在導(dǎo)致地球環(huán)境變化中的作用日益增大，并從局部范圍步入到全球影響時(shí)代，正威脅著人類自身的生存與發(fā)展。,（2）科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)，傳統(tǒng)學(xué)科自身的成熟，促進(jìn)了各學(xué)科之間的緊密聯(lián)系和相互依賴的認(rèn)識(shí)。,（3）現(xiàn)代技術(shù)特別是空間技術(shù)的發(fā)展，使人類有能力對(duì)地球進(jìn)行整體觀測(cè)。,,第四章 地球圈層與地球表層系統(tǒng),地球科學(xué)概論,地球系統(tǒng)科學(xué)產(chǎn)生的思想基礎(chǔ),（1）板塊理論面臨的困難使人們意識(shí)到，理解地球巖石圈演化

10、必須研究地幔與地核。,（2）固體地球的演化對(duì)水圈和大氣圈演化有著重要影響。,（3）大氣圈演化對(duì)巖石圈構(gòu)造運(yùn)動(dòng)有重要作用。,（4）水圈演化對(duì)大氣圈演化具有關(guān)鍵作用。,（5）巖石圈演化導(dǎo)致生物圈重大變革。,（6）宇宙和行星演化對(duì)地球系統(tǒng)有著深刻影響。,（7）人類活動(dòng)是地球演化最重要的營(yíng)力之一。,,地球科學(xué)概論,地球系統(tǒng)科學(xué)的內(nèi)涵,,,地球是一個(gè)由大氣圈、水圈、巖石圈、生物圈和日地空間組成的復(fù)雜系統(tǒng)，是一個(gè)所有的組成要素處在相互作用之中的動(dòng)態(tài)

11、系統(tǒng)，而引發(fā)地球系統(tǒng)變化的驅(qū)動(dòng)力，來自于地球內(nèi)部、太陽(yáng)輻射和人類活動(dòng)。在這種驅(qū)動(dòng)力作用下，其中某一成分的變化都會(huì)引起其它成分的響應(yīng)，某一成分的變化往往又是其它成分共同作用的結(jié)果。,,第四章 地球圈層與地球表層系統(tǒng),地球科學(xué)概論,人類與地球表層環(huán)境,,1.地球環(huán)境對(duì)人類的作用與影響,地球環(huán)境的演化與人類的誕生人類是地球環(huán)境發(fā)展、演化、分異的產(chǎn)物地球環(huán)境的區(qū)域分異與三大人種的形成地球環(huán)境對(duì)人口分布的影響地球環(huán)境與人體健康自然災(zāi)害對(duì)

12、人類的影響地球環(huán)境對(duì)社會(huì)發(fā)展的影響,,第四章 地球圈層與地球表層系統(tǒng),,地球科學(xué)概論,2.人類對(duì)地球表層環(huán)境的作用與影響,,對(duì)環(huán)境的污染,改變地表環(huán)境的結(jié)構(gòu),改變地表環(huán)境演化的方向,改變了地表環(huán)境變化的速率,改變了地表環(huán)境的物質(zhì)循環(huán),改變了地表環(huán)境的能量平衡,對(duì)資源的消耗與破壞,人類的影響,,,,,,,,地球科學(xué)概論,地球的物質(zhì)組成,借助于宇宙的豐度和已知的觀測(cè)事實(shí)以及地球物理資料來構(gòu)筑地球模型 ①必地球作為宇宙天體的一個(gè)成員并由

13、宇宙物質(zhì)演化而來，地球的元素豐度應(yīng)與宇宙的元素豐度大致相同，因此可以根據(jù)宇宙豐度構(gòu)成地球基本成分的簡(jiǎn)單模型；②地球基本成分及其分布必須符合深部地震資料所反映的物質(zhì)密度、比重等物理參數(shù)；③地球成分分布必須與地球總的質(zhì)量和慣性矩相協(xié)調(diào)；④地球元素分布必須符合地球內(nèi)部溫度、壓力分布的狀況。,地殼的結(jié)構(gòu)與物質(zhì)組成,主量元素：是指那些在巖石中（≠地殼中）含量大于1％（或0.1％）的元素，在地殼中大于1％的8種元素都是主量元素，除氧以外的7種元素在

14、地殼中都以陽(yáng)離子形式存在，它們與氧結(jié)合形成的氧化物（或氧的化合物），是構(gòu)成三大類巖石的主體，因此又常被稱為造巖元素。O＞Si＞Al＞Fe＞Ca＞Na＞K＞Mg＞Ti＞H,微量元素：在地殼（巖石）中含量低于0.1％的元素，一般來說不易形成自己的獨(dú)立礦物，多以類質(zhì)同象的形式存在于其他元素組成的礦物中，這樣的元素被稱為微量元素。 　硫（硒、碲）和鹵族元素：金屬成礦元素： 貴金屬元素、金屬元素 、過渡元素 、稀 有元素 、稀土元

15、素 放射性元素：,地殼的結(jié)構(gòu)與巖石組成,巖石是由一種或一種以上的礦物或巖屑組成的有規(guī)律的集合體，是地質(zhì)作用的產(chǎn)物。巖石是組成巖石圈的基本單位。巖石類型復(fù)雜多樣，可分為巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖三大巖類。,巖漿巖：,侵入巖 花崗巖 火山巖,沉積巖：,沉積巖僅占地殼巖石總體積的5％，但由于它形成于廣泛分布的陸地表面及海洋盆地中由沉積作用形成，因而，它占據(jù)地表75％面積。沉積巖最顯著的特征是成層性，在山區(qū)常?？梢钥吹揭粚訉拥?/p>

16、巖石，這就是沉積巖。,變質(zhì)巖：,地殼內(nèi)早先形成的巖石（巖漿巖、沉積巖）為適應(yīng)新的溫度和壓力條件，在不發(fā)生整體熔融的固態(tài)前提下，礦物成分和巖石結(jié)構(gòu)發(fā)生不同程度的變化，稱為變質(zhì)作用。經(jīng)歷變質(zhì)作用后形成的巖石稱變質(zhì)巖。變質(zhì)巖形成后還可經(jīng)歷新的變質(zhì)作用過程，有的變質(zhì)巖是多次變質(zhì)作用的產(chǎn)物。,地球不同圈層間的物質(zhì)-能量交換,不同圈層的能量交換 （1）地球的熱傳導(dǎo)（2）熱流觀測(cè)　大陸熱流：　海底熱流：不同圈層的物質(zhì)交換（1）地殼-地幔物

17、質(zhì)循環(huán)（2）海底熱泉,地殼-地幔的元素遷移和富集,（1）流體作用和地球化學(xué)循環(huán)（2）元素的活化和遷移（3）元素的沉淀和富集,,潘多拉魔盒--礦床開發(fā),作業(yè)1,,,,人類與地球表層環(huán)境的關(guān)系。,說明：內(nèi)容可以選擇某一方面的關(guān)系展開論述。字?jǐn)?shù)2000-3000，A4紙打印或手寫，統(tǒng)一在左上角標(biāo)注《地球環(huán)境與人類》課程作業(yè)。下周課堂交。,,第四章 地球圈層與地球表層系統(tǒng),地球科學(xué)概論,地球表層元素組成與人體健康,,,3.人類與環(huán)境的協(xié)