内容正文:
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1.3地球的圈层结构
湘教版高中地理必修一
2
《地心历险记》
《地心历险记》是一部以数字3D技术完整制作的动作冒险电影,2008年7月11日在美国首映,9月29日引进中国内地上映。
该片由科幻小说之父——儒勒•凡尔纳的《地心游记》所改编,讲述了地质学家特雷弗为了和侄子经过艰难旅行,发现地球内部的确别有洞天,最终到达地心的故事,描绘了一个神秘的地心世界。
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从宇宙中远观我们的地球,它是一颗平静而深邃的蓝色星球,可是这颗星球的内部长什么样呢?在科幻小说家的笔下,地心世界非常奇妙,有广阔无垠的海洋、有体型庞大的海怪、甚至还有已经灭绝了的恐龙,我们的地心真的会像影片所描绘的那样吗?
地心神秘莫测,让人充满幻想。科幻小说之父儒勒•凡尔纳曾写过一本书《地心游记》,书中描绘了一个神秘的地心世界,这部小说被翻拍成了电影《地心历险记》,让我们通过一段影片,来看看他所想象的地心世界。
2
如何探测地球内部的结构?
前苏联科拉超深井:12263m
地球的平均半径为6371km
新课导入
探测?
声波?
“如何挑西瓜”
科拉超深钻孔
科拉超深井(俄语:Кольская сверхглубокая скважина)是前苏联于1970年在科拉半岛邻近挪威国界的地区开始的一项科学钻探,其中最深的一个钻孔SG-3在1989年达到12,263米,以垂深计算,这个钻孔仍是到达地球最深处的人造物。
3
地震构造示意图
地球内部岩石发生断裂引起震动的位置。
震源在地面上的垂直投影,即地面正对着震源那一点。
从观测点(如地震台)到震中的直线距离。
将烈度相等的点连成封闭的曲线。
震级——地震的大小,释放能量越大,震级越大
烈度——地震对地表和建筑物等破坏程度
地震是地壳快速释放能量过程中造成的地面震动
从震中到震源的垂直距离。
震源
震源深度
震中
等震线
震中距
一、地震和地震波
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地球上板块与板块之间相互挤压碰撞,造成板块边沿及板块内部产生错动和破裂,是引起地震的主要原因。
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一、地震和地震波
8月28日凌晨00:31,很多人还在睡梦中,手机突然弹出一条地震预警。广西柳州市柳南区,震级3.5,预估烈度1级,无感。
据中国地震台网测定,2026年5月18日00: 21: 04,在广西柳州市柳南区(24.38°N,109.26°E)发生5.2级地震,震源深度8千米
烈度影响因素:震级、震源深度、震中距、地质构造、建筑坚固程度。
9月18日14时44分在台湾花莲县发生6.9级地震,震源深度10千米。房屋倒塌,火车站也有明显晃动。到19号一晚上一共发生了11次地震,震级多为5.4以下幸好没有更大的伤亡。
区分两个图的烈度
台湾地处太平洋地震带的西部,是太平洋板块、欧亚板块和菲律宾板块等多个板块的交汇区域,板块运动频繁导致地震频繁
5
地震波——地震发生时,地下物质受到强烈的冲击会发生弹性震动,并以波的形式向四周传播,这种弹性波就叫地震波。地震波分为横波和纵波。
共性
纵波和横波的传播速度,都随所通过的物质的性质而改变
地球内部圈层划分依据——地震波传播速度的变化
一、地震和地震波
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地震发生时,地下物质受到强烈的冲击会发生弹性震动,并以波的形式向四周传播,这种弹性波就叫地震波。地震波分为横波和纵波。
横波和纵波传播依靠介质,当介质发生变化时,横波和纵波的传播速度就会发生变化。而地震波传播速度的变化就是地球内部圈层划分依据。
这个我们等下再说,我们先来看横波纵波的传播特点。
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横波(S)
纵波(P)
上下颠簸
左右摇晃
纵波横波的传播特点
纵波横波的传播特点
一、地震和地震波
纵波(P波)和横波(S波)传播方式动图
纵波质点上下运动,所以像弹簧一样。横波质点左右运动,所以呈S形抖动。它们两个波总体的运动方向是从震源向地面。
7
分类
共同点
所经物质状态
传播速度
地
震
波
纵波
横波
特点
固体、液体、气体
较快
固体
较慢
在不同介质中传播的速度不同
震源
横波
纵波
一、地震和地震波
影响:
横波使左右摇摆
影响:
纵波使上下颠簸
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当地震发生时,人们首先感到地面上下跳动还是左右晃动?
纵波传播速度较快先到,横波传播速度较慢后到,所以人们首先感到地面上下跳动,然后是左右摇晃 。
如果地震发生是在海洋上呢?
如果是在海洋上,因为横波不能在液体中传播,所以人们只会感觉到上下跳动。
横波和纵波哪个破坏力更大?
横波破坏力较大,纵波破坏力较小。
思考
思考
“地震逃生的黄金12秒”也许很多人并没有听说过,但其实就是字面的意思即地震发生后我们有12秒的逃离时间。那是因为如果超过了这个时间房屋就会倒塌,如果能在这12秒内逃离建筑物,危险就会降低。那这到底是怎么来的呢?
其实地震的能量是通过地震波传播的,其中地震波有两种类型,横波和纵波。它们到达地表后表现的形式不同。如果纵波到达地面,地表就会上下颠簸。如果横波到达地表,地面就会水平晃动。横波传播速度慢,纵波传播速度快。而横波与纵波由于速度差引起的传播时间的间隔正好相差12秒。这就意味着,地震发生时,房屋先会随着地面上下颠簸,这时还不太容易导致倒塌,12秒之后,横波到达地面,房屋开始前后左右的摇晃,危险就大了。这就是横波为什么比纵波破坏大的原因。
9
km·s−1
15
(P)
12
9
6
3
0
/km
(S)
地球内部地震波速发生突然变化的面叫做不连续面——地球内部圈层的分界面
莫霍洛维契奇
英厄·莱曼
二、地球的内部圈层
前面我们说到,科学家借助地震波探索地球内部圈层结构,其实就是根据地震波传播速度的变化,速度变化说明介质出现变化,这样我们就大概知道了地球内部是存在不同圈层的。
当地震波通过地球内部速度突然发生变化的面被叫做不连续面,也就是地球内部圈层的分界面
根据这一性质,莫霍洛维契奇发现了莫霍界面,古登堡发现了古登堡界面,一位女科学家发现了地核内外核的分界面。我们现在阶段只需要学习莫霍界面和古登堡界面。莫霍界面和古登堡界面将地球大致分成了地壳、地幔和地核三大部分。
他们是怎么通过地震波找到不连续面的呢,课本25页会给我们答案。
10
内核
外核
地幔
地壳
横波
纵波
0
3
6
9
12
15
速度/km•S-1
1000
2000
3000
4000
5000
6000
深度/km
莫霍界面
古登堡界面
6371
地面
地心
33
2900
5150
二、地球的内部圈层
看图说话,看图完成p27的“地震波传播特点”
从上往下读,因为地震发生时会有两个方向的传播,平时我们地表感受到的地震震源深度为10千米左右。
在地震波速度与距地面深度这张图中,还有其他速度变化的地方,说明他还是有不连续面的,但我们在这里就不继续细分了,你们只需要学莫霍界面和古登堡界面,其他的以后再学。
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不连续面 地下深度 波速变化
莫霍界面
古登堡界面
该面下,横波、纵波的波速都明显增加
在这里,横波完全消失,纵波波速忽然下降
2900km处
33km处(大陆部分)
不连续面:莫霍面和古登堡界面
二、地球的内部圈层
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读图:“地球的内部圈层结构”及其各层特点?
范围?
厚度?
结构?
组成物质?
二、地球的内部圈层
地壳
由固体岩石组成的坚硬外壳;
莫霍面之上;
平均厚度( )Km;
厚薄不一,大陆部分较厚,平均厚度39~41千米;大洋地壳较薄,平均厚度为5~10千米
海拔越高,地壳越厚;海拔越低,地壳越薄。
陆 地
海 洋
深度/km
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二、地球的内部圈层
由玄武质岩和花岗质岩组成的坚硬外壳
14
地壳
硅铝层:密度较小,不连续;
硅镁层:密度较大,连续。
氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁
98.04%
二、地球的内部圈层
这么多化学元素在地壳中的分布是不均匀的,地壳上层是密度较小的硅铝层,硅铝层在海洋部分很薄或者缺失了。
地壳往下,铝元素愈来愈少,取而代之的是铁元素和镁元素,因此硅铝层底下是一层密度较大且连续的硅镁层。
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( )与( )之间;
可分为上、下地幔,都为固态;
深度从 5~ 70 千米以下到 2900 千米;
主要含有铁、镁的硅酸盐类矿物组成,由上而下,铁、镁的含量逐渐增加;
上地幔上部存在软流层。
莫霍界面
古登堡界面
二、地球的内部圈层
地幔
地幔在莫霍面和古登堡面之 间,处在地壳与地核之间,又叫中间层。 深度从 5~ 70 千米以下到 2900 千米。 它仍是固体,主要物质成分是铁镁的硅 酸盐类,由上而下铁镁含量逐渐增加。
②以地下 1000 千米深处为界,地幔又 分为上地幔和下地幔两部分。上地幔具有固体特征, 主要由含铁、镁的硅酸盐 类矿物组成。下地幔的温度、压力和密度都大,物质在这样的高温高压下呈 现可塑性固体状态。
③在地下 80 ~ 400 千米范围内的.上地 幔上部,存在一个软流层,根据推理, 它可能是放射性元素大量集中蜕变生 热而形成的高温异常、局部是熔融状态的圈层,称为软流层, 一般认为这里是 岩浆的发源地
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软流层:
由于人类尚未直接接触此层,故对其性质都是推测的,根据地震波传播速度的性质。在岩石坚硬处传播快,反之慢。此处地震波传播速度明显减缓,因此被认定较软,并可能有一定流动性,故名。
软流层经最新的测量,被认为仍是固体。但在热量集中的地方,可能有局部熔融,被认为是岩浆的源地。
二、地球的内部圈层
有人曾根据岩石的导热性推测软流层的温度,结果发现在 100km 深度上温度可达 1300℃左右,这个温度与从火山口流出的熔岩的温度十分接近,这似乎证明:火山熔岩就来自于软流层,换句话说软流层似乎就是岩浆的发源地。
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古登堡面以下;
由铁和镍组成,厚度约3400多Km;
可分为内核、外核;
外核可能呈熔融态,内核因高温、高压呈固态(金属球)。
二、地球的内部圈层
地核
根据地震波的变化,地核可以分为内核、外核。外核是熔融状态的金属物质,内核则是一个密度极大的固体金属球,强大的压力将铁原子和镍原子紧紧挤压在一起。有科学家认为,地球内部的放射性元素衰变不断释放出热量,
地核就是炉火,板块运动的发动机。地幔就是那口锅,将地核的热量向上传导。软流层就是锅里的猪油,板块就在它上面的漂移。地壳的那六大板块就是荷包蛋,彼此发生碰撞
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岩石圈=上地幔顶部+地壳
A
地幔
地核
B
地壳
岩石圈
岩石圈包括地壳和上地幔顶部,即软流层以上的地球的内部圈层部分。
岩石圈——内部圈层的特殊圈层
二、地球的内部圈层
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圈层名称 界面 地震波传播特点 圈层特点
地壳
地幔
地核
(莫霍界面)
(古登堡界面)
传播速度比较稳定
传播速度快
横波消失,纵波速度变慢
大陆地壳厚,大洋地壳薄;海拔越高,地壳越厚
固态,分上地幔、下地幔两层,上地幔上部存在软流层
分为外核与内核,外核呈液态或熔融状态,内核为固态
课本P27活动
20
地核
地幔
地壳
水圈
大气圈
大气圈的上界
生物圈
大气圈
包裹地球的气体层。主要由干洁空气、水汽和杂质组成,主要成分是氮气和氧气。
近地面的大气密度大,随着高度的增加,大气的密度迅速减小。在2000~3000千米高空,每立方厘米的空间,平均只有一个气体分子,与星际空间的情况很接近,一般把这个高度作为大气圈的上界。
调节地球的温度,提供生物生存所必需的氧气,形成复杂天气,与人类息息相关
三、地球的外部圈层
地核
地幔
地壳
水圈
大气圈
大气圈上界
生物圈
水圈
地表和近地表的各种形态水体的总称,主体是海洋,还包括陆地上的河流、湖泊、沼泽、冰川、地下水等。
按位置包括海洋水、陆地水和生物水;按状态包括液态水、固态水和气态水
参与地表物质迁移和能量转换,是人类和其他生物生存和发展所不可或缺的。
三、地球的外部圈层
地核
地幔
地壳
水圈
大气圈
大气圈上界
生物圈
生物圈
地球表层生物及其环境的总称,占有大气圈的底部、水圈的全部和岩石圈的上部。
生物从环境中获取物质和能量;促进太阳能转化;改变大气圈和水圈的组成;改变地表形态。
三、地球的外部圈层
大气圈
水圈
岩石圈
生物圈
生物圈的特殊性
(1)组成成分特殊:唯一有生命存在的有机圈层
(2)空间分布范围特殊:唯一不占有独立空间的圈层。
(3)形成过程特殊:生物圈是大气圈、水圈和岩石圈相互渗透、相互影响的结果,也正因为如此,这些圈层才能紧密相连。
总结:四个圈层之间的关系
24
认识大气圈、水圈、岩石圈和生物圈及其相互关系
1.找出照片中的主要事物
2.将找出的事物按照大气圈、水圈、岩石圈和生物圈进行分类
3.思考各事物之间的关系
大气圈、水圈、生物圈与岩石圈相互联系、相互渗透,共同构成人类赖以生存和发展的自然环境
湖泊、河流、山、树木、草地、山顶积雪、云、房子……
山顶积雪在夏季部分融化形成河流,一些水顺着山坡向下流,汇入河流,一部分水渗入底下成为地下水,河流水最终流入海洋。山顶积雪属于水圈。
25
P29课本活动
(1)地震预警与地震预报属于同一个概念吗?为什么?
不是。地震预警是地震发生后,利用地震纵波比横波传播速度更快的特点,根据检测到的纵波对即将到来的横波进行预警。
地震预报是指在地震发生之前,对地震发生的时间和地点进行预报。
目前,科学界还做不到对地震进行准确预报。
2017年8月8日21时19分,四川省阿坝藏族羌族自治州,九寨沟县发生里氏7.0级地震。地震预警系统在地震波抵达甘肃陇南前19秒、抵达四川成都前71秒对外发布预警信息,预警信息以广播预警、电视弹窗、手机App报警、专用接收终端预警等形式发出。地震预警是一个全自动的物联网。通过在主要地震区布设密集的地震预警监测仪,在地震发生时,利用地震波比电波传播速度慢的特点,在地震造成破坏前,通过手机、应急广播和专用接收终端等,提前几秒到几十秒为用户发出全自动秒级响应的预警警报。
(2)讨论开展地震预警应用的重大意义。
小试牛刀
1.火山喷发出的岩浆一般认为发源于( )
A.外地核 B.内地核 C.上地幔上部 D.下地幔下部
2.岩浆物质冲破了岩石圈的束缚后才喷发出来.岩石圈( )
A.属于地壳的一部分,是由岩石构成的 B.属于地幔的一部分
C.与生物圈关系密切 D.上部是软流层
3.火山灰对地球外部圈层产生了很大影响.有关外部圈层说法正确的是( )
A.大气圈是由大气组成的简单系统
B.水圈是一个连续但不规则的圈层
C.生物圈占据大气圈的全部、水圈的底部
D.地球的外部圈层之间关系密切,但与地球内部圈层没有关系
C
C
B
28
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