第四节 地球的圈层结构 讲义 2026-2027学年高一上学期地理人教版必修一

第四节　地球的圈层结构 讲义 【学习目标】 1. 理解地震波的类型与传播特点，能用“透视”思路说明地球内部圈层划分的依据。 2. 说出地球内部圈层的名称、界面、深度与物质状态，理清地壳、地幔、地核及软流层、岩石圈的关系。 3. 掌握地球外部圈层的组成、特点及其相互联系、相互渗透的关系。 4. 通过读图、绘图、比较（如熟鸡蛋类比），提升读图分析和地理实践能力。 一、情境导入：我们如何“看”到地球内部 教材在“探究”栏目里提出了一个让人震撼的事实：人类在地球表层钻出的最深钻井不足13千米，而地球的平均半径约为6371千米，人类已经触及的部分只占地球平均半径的约1/516。也就是说，我们对“地心世界”至今缺少直接的视觉证据。 那么，在钻不透、看不见的情况下，科学家凭什么能画出地球内部的圈层结构图，甚至能说出地核是液态还是固态？本节课就沿着“现象—证据—推理—结构”的思路，一层一层解开地球的圈层结构。 学习笔记　本节主线： 入地难（缺乏直接证据）→ 借助地震波“透视” → 依据波速突变划分内部圈层 → 理解外部圈层的相互联系。 二、地震和地震波——认识地球内部的“探针” （一）地震：能量的释放 地球内部岩石发生断裂引起震动的地方，称为震源。震源释放的能量以波的形式向外传播，形成地震波；地面出现的各种破坏现象，都是地震波的冲击造成的。 图1　地震构造示意（震源、震中、震中距、震源深度示意） ① 震源：地球内部岩石发生断裂引起震动的位置。 ② 震中：震源在地面上的垂直投影点，通常用经纬度表示。 ③ 震中距：观测点（如地震台）到震中的直线距离。 ④ 震源深度：震源到震中的垂直距离（注意是“垂直距离”，不是沿地表的水平距离）。 由震中和震中距可以确定震中所在的范围，进而圈定等震线，用于评估不同地区的受灾程度。 震级与烈度 比较项 含义 特点 震级 表示地震释放能量大小的等级，与震源释放的能量有关 一次地震只有一个震级；能量越大，震级越高 烈度 地震对地表和建筑物等破坏强弱的程度 一次地震可以有多个烈度 通常5级以上的地震会造成不同程度的破坏，7级以上的地震常造成极大的破坏。房屋的破坏程度还受地基坚固程度、设计好坏、抗震结构和施工质量等因素影响。 学习笔记　巧记： 可以把地震比作一颗炸弹——炸弹所含炸药的量相当于“震级”；炸弹爆炸后对不同地点造成的破坏程度有大有小，相当于“烈度”。 （二）地震波：纵波（P波）与横波（S波） 地震的能量以波动的方式向外传播，形成地震波。地震波有纵波（P波）和横波（S波）两种基本类型。 图2　纵波与横波传播方向、质点振动方向对比示意 比较项 纵波（P波） 横波（S波） 别名 初波、P波（primary wave） 次波、S波（secondary wave） 质点振动方向与传播方向的关系 质点振动方向与传播方向一致（疏密相间） 质点振动方向与传播方向垂直（剪切） 传播速度 较快 较慢 能通过的介质 固体、液体、气体均可传播 只能通过固体传播 到达地面的次序 先到达 后到达 引起地面的感觉 地面上下颠簸（上下跳动） 地面左右、前后摇晃 破坏性 相对较小 相对较大，是导致建筑物破坏的主要因素之一 共同点：两种波在不同介质中的传播速度不同；经过不同介质的界面时，还会发生反射和折射现象。 学习笔记　推理应用： ① 位于震中的人先感到上下颠簸，后感到左右、前后摇晃；② 轮船在水面上只会感到上下颠簸（横波不能在液态水中传播），岸上的人则先上下颠簸、后左右摇晃。 地震波的应用 研究地球内部圈层的结构和状态，是划分内部圈层的主要依据。 寻找石油、天然气等矿产资源：含油气的地层中横波会明显减弱或消失，据此可判断储油构造。 工程建设中探测地下岩层结构、寻找断裂带，进行工程探伤。 地震预警：利用地震波比电波传播慢的特点，在破坏性地震波到达前数秒至数十秒发出预警。 三、地球的内部圈层 （一）划分依据：地震波传播速度的变化 科学家通过对地震波传播速度的精确测量，发现地震波在一定深度处会发生突然变化。这种波速突然变化的面，叫做不连续面（也叫界面）。界面的命名是为了分别纪念发现这两个界面的地震学家莫霍洛维契奇和古登堡。 图3　地震波的传播速度与地球内部圈层的划分 不连续面 深度 波速变化 莫霍界面（莫霍面） 平均约17千米（大陆约33千米，海洋约6千米） 纵波速度由约7.6千米/秒增至8.0千米/秒；横波速度由约4.2千米/秒增至4.4千米/秒——纵波、横波都明显增加 古登堡界面（古登堡面） 约2900千米 纵波速度由约13.32千米/秒突然降为8.1千米/秒；横波则完全消失 据此，地球内部被划分为地壳、地幔和地核三个主要圈层。 （二）地壳 地壳是地面以下、莫霍面以上的固体外壳。其主要特点可归纳为“薄、杂、不均”三个方面。 范围：地面以下、莫霍面以上。地壳的平均厚度约17千米。 厚度不均：大陆地壳较厚，平均厚度为39～41千米；大洋地壳较薄，平均厚度为5～10千米。 地形与厚度正相关：地球大范围固体表面海拔越高，地壳越厚；海拔越低，地壳越薄。高山、高原地区（如青藏高原）地壳最厚处可达70千米。 组成：由90多种化学元素组成，多以化合物的形态存在。氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁8种元素的质量总数占地壳总质量的98.04%；其中氧几乎占1/2，硅占1/4强，因此硅酸盐类矿物在地壳中分布最广。 地壳的两层结构：根据地壳化学组成的差异和地震波传播速度的不同，地壳可分为上下两层。 分层 主要成分 密度 分布特点 上层——硅铝层 氧、硅、铝等 相对较小 不连续分布；在大洋底部非常罕见，即使有也非常薄 下层——硅镁层 氧、硅、镁、铁等 相对较大 连续分布；大陆和大洋地壳中都有分布 学习笔记　记忆口诀： 组成地壳的元素可记为“养闺女，贴给哪家美”——氧（O）、硅（Si）、铝（Al）、铁（Fe）、钙（Ca）、钠（Na）、钾（K）、镁（Mg）。 （三）地幔 范围：莫霍面以下到古登堡面以上，深度从地壳底界到2900千米，约占地球总体积的80%。 物质状态：能传播横波，具有固态特征；主要由含铁、镁的硅酸盐类矿物组成，由上而下铁、镁的含量逐渐增加。 分层：分为上地幔和下地幔。 软流层：上地幔上部存在一个软流层（深度约80～400千米），岩石高温软化并局部熔融，一般认为这里可能是岩浆的主要发源地；板块就漂浮在其上，随软流层的运动而发生水平运动。 岩石圈：地壳和上地幔顶部（软流层以上）由岩石组成的部分，合称为岩石圈。岩石圈平均厚度约70～100千米，与地壳是包含关系。 比较项 地壳 岩石圈 厚度 平均约17千米 约70～100千米 范围 地面至莫霍面 地表至软流层（地壳＋上地幔顶部） 关系 是岩石圈的一部分 包含全部地壳和上地幔顶部（软流层以上） （四）地核 范围：古登堡面所包围的球体，是地球的核心部分。 成分推测：组成物质可能是极高温度和高压状态下的铁和镍（依据包括地震波波速与密度特征、陨石成分对比等）。 分层：根据地震波传播速度的不同，地核又分为外核和内核。 分层 波速与物质状态 意义 外核 横波不能在外核中传播（消失），表明外核物质在高压和高温下呈液态或熔融状态 其相对于地壳的“流动”，可能是地球磁场产生的主要原因 内核 一般认为呈固态 在极高温高压条件下呈固态 图4　熟鸡蛋剖面与地球内部圈层的类比 教材活动　比较熟鸡蛋与地球内部圈层的异同 相同点：在内部圈层的结构和比例上，煮熟的鸡蛋和地球很相似——都可分为三个圈层；蛋壳对应地壳，蛋白对应地幔，蛋黄对应地核。 不同点：① 鸡蛋整体接近椭圆，地球接近正球体；② 鸡蛋壳厚度较均匀，地壳在陆地和海洋之间厚薄不均；③ 熟鸡蛋蛋白结构一致、呈固态，地幔则分为上地幔和下地幔，上地幔上部有软流层；④ 熟鸡蛋蛋黄呈固态，地核则分为外核和内核，外核呈液态或熔融状态、内核呈固态。 教材活动　地球内部圈层归纳表 圈层名称 界面 地震波传播特点 圈层特点 地壳 莫霍面（底界） 横波、纵波传播速度随深度增加而加快 由岩石组成的固体外壳，厚度不均 地幔 上界为莫霍面，下界为古登堡面 能传播横波，具固态特征 主要由含铁、镁的硅酸盐类组成；上地幔上部有软流层，可能为岩浆发源地 地核 古登堡面（顶界） 外核横波消失、纵波减慢；向内波速又有变化 温度、压力、密度很大；外核可能为液态或熔融态，内核呈固态 四、地球的外部圈层 通常把地壳表层以外的，由大气、水体和生物组成的自然界，划分为大气圈、水圈和生物圈三个圈层，统称为地球的外部圈层。它们与内部的岩石圈相互联系、相互渗透，共同构成人类赖以生存和发展的自然环境。 图5　地球外部圈层结构示意（大气圈、水圈、生物圈、岩石圈） （一）大气圈：厚度最大的圈层 组成：包裹地球的气体层，由气体和悬浮物质组成，主要成分是氮气和氧气。 密度变化：近地面大气密度大，随着高度的增加，大气密度迅速减小。 上界：一般把2000～3000千米这个高度作为大气圈的上界。 （二）水圈：连续但不规则的圈层 组成：由液态水、固态水和气态水组成。 分类：按照存在的位置和状态，可分为海洋水、陆地水、大气水和生物水。 主体：海洋水是水圈的主体。 与人类关系：陆地水与人类社会的关系最为密切，主要分为地表水和地下水。 （三）生物圈：最活跃的圈层 概念：地球上所有生物及其生存环境的总称。 空间位置：不单独占有任何空间，渗透于大气圈的底部、水圈的全部和岩石圈的上部。 活跃的原因：生物不仅促使自然界中的化学元素发生迁移，还改造了大气圈、水圈和岩石圈，使地球面貌发生了根本变化，是地球生态系统中最活跃的因素。 外部圈层 概念 组成 / 特点 地理意义 大气圈 包裹地球的气体层 气体和悬浮物质；随高度增加密度迅速减小 调节地表温度，提供生物所需的氧气，形成风、云、雨、雪等天气现象 水圈 地表和近地表各种形态水体的总称 液态、固态、气态水；海洋水、陆地水、大气水、生物水 参与地表物质迁移和能量转换，是生命存在的重要条件 生物圈 地球上所有生物及其生存环境的总称 渗透于大气圈底部、水圈全部、岩石圈上部 改造大气、水体和地表，是自然环境系统中最活跃的圈层 教材活动　从一幅自然景观照片看圈层联系 读一幅包含山、云、山顶积雪、湖泊、草、树木等事物的自然景观照片时，可以这样分析圈层归属与联系： 山、山顶积雪、裸露岩石——岩石圈。 云、空气——大气圈。 湖泊、积雪（作为水体）——水圈。 草、树木、动物——生物圈。 学习笔记　结论： 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。 五、知识整合 （一）圈层结构速览表 圈层 深度 / 范围 物质状态与特点 易错点 地壳 0～约17千米（平均） 固态岩石外壳；氧、硅、铝、铁等元素组成，硅酸盐类矿物分布最广 平均17千米是“全球平均”，不是大陆或海洋地壳的厚度 地幔 约17～2900千米 固态为主；含铁、镁的硅酸盐类；上地幔上部有软流层 地幔整体可传横波，故具有固态特征，不是液态 外核 约2900～5150千米 横波不能通过，呈液态或熔融状态 判断外核为液态的关键依据是“横波消失” 内核 约5150～6371千米 高温高压下呈固态 不是液态，常被误判 软流层 深度约80～400千米 岩石局部熔融，可能为岩浆发源地 属于上地幔的一部分，不属于地壳 岩石圈 地表至软流层 地壳＋上地幔顶部（软流层以上） 范围比地壳大，二者是包含关系 第 页 学科网（北京）股份有限公司 $