第二节地球的圈层结构讲义2026-2027学年高一上学期中图版必修一

第二节 地球的圈层结构讲义 ◎ 学习目标（地理四维目标） 1 人地协调观：结合「生物圈2号」案例，认识地球各圈层之间相互联系、相互制约的关系，理解保护自然地理环境、与自然和谐相处的重要性。 2 综合思维：从物质组成、厚度、物理状态、温度压力等多角度综合分析地球内部三个圈层的特点，建立圈层结构的整体认知。 3 区域认知：理解地壳厚度不均、大气密度随高度递减等圈层分布的规律，认识地球表层各圈层相互渗透、重叠的分布特征。 4 地理实践力：能借助地震波传播速度变化示意图，判读莫霍界面、古登堡界面，并据此划分地球内部圈层；学会阅读地球外部圈层结构示意图。 ⚑ 教学重点与难点 重点 01 地球内部圈层的划分依据（地震波）及地壳、地幔、地核三大圈层的特点；岩石圈与软流层的概念。 重点 02 大气圈、水圈、生物圈三大外部圈层的组成、特点及相互渗透关系。 难点 01 根据地震波传播速度随深度变化曲线，判读莫霍界面与古登堡界面，并推断界面两侧物质状态的变化。 难点 02 理解各外部圈层之间以及内外圈层之间的相互联系、相互制约关系，形成自然地理环境的整体观。 ▍ 课堂导入 · 我们脚下是什么？ 播放一段地震波传播或火山喷发的视频片段，或展示从太空看地球的照片，引导学生思考： 图 从太空看到的地球——蓝色海洋与白色云层构成地球最显著的外部特征 教师设问： 我们每天站在坚实的大地上，可是脚下几千米、几十千米、甚至更深的地方，到底是什么？ 人类目前最深的钻孔（科拉超深钻孔约 12 千米）连地壳都没能穿透，科学家凭什么知道地球内部的样子？ 为什么我们能用「拍西瓜」的方式，判断地球内部的「熟没熟」？ 由此引出本课核心问题——借助地震波这一把「照亮地球内部的明灯」，认识地球的圈层结构。 ▍ 一、地球的内部圈层 ● 1.1 划分依据——地震波 地球内部圈层的划分，目前主要借助于地震波的研究成果。 ◆ 地震波 地震发生时，地下岩石受到强烈冲击，产生弹性震动，并以波的形式向四周传播，这种弹性波叫做地震波。地震波在不同物质中的传播速度不同，这正是人类认识地球内部结构的主要手段。 类型 传播速度 能通过的物质（介质） 共同点 纵波（P 波） 较快 固体、液体、气体三者均可 传播速度都随所通过物质的性质而变化 横波（S 波） 较慢 只能通过固体 —— 记忆口诀： 「地震双波分纵横，速因介质而不同；纵快可通固液气，横慢仅通固态中。」 ● 1.2 两个不连续界面 界面 地下深度 地震波变化 意义 莫霍界面（莫霍洛维奇面） 大陆下约 33 km，大洋下约 7 km P、S 波速都明显增加 地壳与地幔的分界面 古登堡界面 约 2 900 km P 波速度突然下降，S 波完全消失 地幔与地核的分界面 思考：在莫霍界面和古登堡界面附近，地震波速度发生突然变化，这说明了什么问题？（提示：波速变化说明界面两侧物质的状态或密度发生了明显变化。） ● 1.3 三大内部圈层：地壳 · 地幔 · 地核 图 1-1 地球内部地震波传播速度与圈层结构示意 以莫霍界面和古登堡界面为界，地球内部自外向内划分为地壳、地幔、地核三个圈层。 ◆ 地壳 地壳是地球表面一层由固体岩石组成的坚硬外壳，位于莫霍界面以外。 范围：地表至莫霍界面之间。 组成：由坚硬的岩石组成，是地球的「坚硬外壳」。 厚度：不均，平均厚度约 17 km。大洋地壳较薄，平均 5~10 km；大陆地壳较厚，平均 39~41 km。 典型：青藏高原地区地壳厚度超过 65 km，是世界上地壳最厚的地区之一。 ◆ 地幔 地幔位于莫霍界面以下至古登堡界面之间，是地球体积和质量最大的圈层。 范围：莫霍面 ↔ 古登堡面，厚度约 2 800 km。 分层：分为上地幔和下地幔；上地幔上部约 60~400 km 处存在一个呈部分熔融状态的软流层，被认为是岩浆的发源地。 岩石圈：由地壳和上地幔顶部（软流层以上）组成，全部由坚硬岩石构成，是地貌、土壤形成的物质基础，平均厚度约 100 km。 图 1-2 岩石圈与软流层示意——蛋壳与半熟蛋白的比喻 ◆ 地核 古登堡面以下至地心为地核，主要由铁和镍组成，温度和压力都极高。 外核：呈熔融（液态）状态，科学家认为外核物质的运动形成了地球的磁场。 内核：极高的压力把铁、镍原子紧紧挤压在一起，形成一个密度极大的固态金属球。 图 1-3 地球内部圈层结构剖面示意（地壳 · 地幔 · 地核） 圈层 范围 / 界面 厚度 主要特点 地壳 莫霍界面以上 平均 17 km（陆厚洋薄） 固体岩石外壳，厚度不均 地幔 莫霍面 ↔ 古登堡面 约 2 800 km 上地幔有软流层，为岩浆发源地 地核 古登堡面以下至地心 约 3 473 km 外核液态（铁镍）、内核固态 ▍ 二、地球的外部圈层 地球的外部圈层包括大气圈、水圈、生物圈等（与岩石圈一起，共同构成人类赖以生存的自然地理环境）。总特征：圈层之间相互联系、相互渗透、相互制约。 图 2-1 地球的外部圈层结构示意 ● 2.1 大气圈 ◆ 组成与范围 大气圈是由气体和悬浮物质组成的复杂系统，主要成分是氮气（约 78%）和氧气（约 21%）。它笼罩着地球，下界为海陆地表，密度随高度增加而逐渐减小，在 2 000~3 000 km 高空大气密度已与星际空间非常接近，可大致看作大气上界。 ◆ 作用 使地球表面的温度变化和缓，是地表温度的「保温层」； 提供生物生存必需的氧气，臭氧层吸收紫外线保护生命； 大气中的风、云、雨、雪等天气现象与人类息息相关。 ● 2.2 水圈 ◆ 概念 水圈是由地球表层水体构成的连续但不规则的圈层，包括地表水（海洋、河流、湖泊等）、地下水、大气水、生物水等。 ◆ 数据 全球总水量约 13.86 亿 km³，其中海洋咸水占 96.5%，淡水仅占 2.5%； 淡水中约 68.7% 储存在两极冰盖、冰川与永久积雪中，约 30.1% 为地下淡水； 河流、湖泊等地表淡水资源占比极少（约 0.3%），却是人类日常用水最主要的来源； 水是最活跃的自然环境要素之一，在水循环中实现物质的迁移和能量的转换。 ● 2.3 生物圈 ◆ 概念 生物圈是地球表层生物及其生存环境的总称（广义：地球上所有生物及其生存环境；狭义：仅指生物本身）。 ◆ 分布特点 不单独占有空间，渗透于大气圈下层、整个水圈和岩石圈上层； 生物圈的主体在地表以上 100 m、水面以下 200 m 范围内； 质量很小，但极其活跃，是地球各圈层中非常特殊、极其重要的圈层。 ▍ 三、案例研究 · 生物圈2号 美国亚利桑那州的「生物圈2号」是一个人工建造的密闭生态系统，旨在模拟地球（被称为「生物圈1号」）的自然环境，观察空气、水和废物在封闭环境中如何再循环。 图 3-1 美国亚利桑那州的「生物圈2号」人工密闭生态系统 ◆ 实验概况 历时 8 年建造，占地约 1.2 万 m²，耗资约 1.5 亿美元； 内部模拟热带雨林、热带草原、海洋、沼泽、沙漠等生态系统，共引入约 4 000 个物种； 1991 年 9 月 26 日，8 名科研人员进入，原计划封闭生活 2 年。 ◆ 失败表现 实验不到一年半，圈内氧气含量从 21% 降至 14%（相当于海拔 5 000 m 高空）； 多数动植物死亡，为植物传粉的昆虫全部灭绝，部分植物只开花不结果； 降雨失控、海水酸化，粮食减产，居民体重平均下降 10%~18%； 1993 年 1 月被迫从外界输入氧气，实验最终以失败告终。 ◆ 失败原因 氧气不能顺利循环：细菌分解土壤有机质消耗大量氧气，CO₂ 又被混凝土墙吸收，循环被打破； 生物种类失调：引入生物以生产者为主，动物、真菌、细菌种类和数量偏少，食物链不完整； 环境资源与人比例严重不对称：有限的空气、水、植物不足以支撑 8 人长期生存。 ✓ 案例启示 「生物圈2号」的失败表明，在现有技术条件下人类还无法模拟出一个类似地球、可供人类长期生存的生态环境。它警示我们：地球各圈层之间经过漫长的演化，已经形成了精密而脆弱的平衡，人类应当珍爱并保护我们唯一的家园——生物圈1号。 ▍ 四、课堂小结 圈层类别 主要圈层 记忆要点 内部圈层 地壳 · 地幔 · 地核 莫霍面、古登堡面为界；岩石圈 = 地壳 + 上地幔顶部（软流层以上） 外部圈层 大气圈 · 水圈 · 生物圈 大气主成分 N₂、O₂；水圈连续而不规则；生物圈渗透而不独占空间 第 页 学科网（北京）股份有限公司 $