第四节地球的圈层结构讲义2026-2027学年高一上学期人教版必修一

第四节 地球的圈层结构 讲义 一、教学目标（地理学科核心素养四维目标） （一）人地协调观 结合人类目前最深的钻井（科拉超深钻孔，约 12 千米）与地球平均半径（约 6371 千米）的巨大反差，认识人类认识的局限性与地球内部环境的复杂性，理解人类生存的自然环境由大气圈、水圈、生物圈和岩石圈相互联系、相互渗透共同构成，树立珍惜地球、保护环境的意识。 （二）综合思维 从地震波传播速度与介质性质的关系入手，综合分析地震波在莫霍界面、古登堡界面附近波速的突变所反映的地球内部物质状态和物质组成，理解地球内部圈层划分的依据，建立「由表及里、由现象到本质」的综合分析思路。 （三）区域认知 认识地壳厚薄不均的特点（陆壳厚、洋壳薄，海拔越高地壳越厚），了解不同区域地壳厚度差异的成因，并能运用区域对比的方法分析地球内部结构的差异性。 （四）地理实践力 能够阅读「地震波传播速度与地球内部圈层结构图」和「地球外部圈层结构示意图」，提取有用信息；学会运用示意图、数据图表等工具说明地球圈层结构；具备运用地震波知识解释实际地理现象（如地震发生时陆地上与海洋中船只感受不同）的能力。 二、教学重难点 （一）教学重点 1.地球内部圈层的划分依据（地震波波速变化）、两个不连续面（莫霍界面、古登堡界面）及其深度和波速特征。 2.地球内部三大圈层（地壳、地幔、地核）的范围、物质组成与物质状态特征，以及岩石圈的构成（地壳 + 上地幔顶部）。 3.地球外部三大圈层（大气圈、水圈、生物圈）的组成、特点及四大圈层的相互联系与相互渗透。 （二）教学难点 1.由地震波在不连续面处波速的突变，反推地球内部物质状态和物质组成（如古登堡界面处横波消失→外核为液态），这一推理过程抽象、难以直观理解。 2.地壳与岩石圈范围的辨析——地壳是「莫霍界面以上的固体岩石外壳」，岩石圈则是「地壳 + 上地幔顶部（软流层以上）」，二者不能混为一谈。 3.四大圈层「你中有我、相互渗透」关系的理解，特别是生物圈不单独占有空间，而是渗透于大气圈底部、水圈全部和岩石圈上部。 三、课堂导入 【情境呈现】 在凡尔纳的科幻小说《地心游记》中，主人公可以在地下旅行，甚至穿过地心。但就当前实际的科技水平来说，人类还无法实现「地心漫游」。 图 苏联科拉超深钻孔（人类曾到达的最深处，约 12 千米） 【数据对比·制造悬念】 目前世界上最深的钻井是苏联在科拉半岛开凿的科拉超深钻孔（SG-3），深度约 12 千米，而地球的平均半径约 6371 千米。 12 千米 ∶ 6371 千米 ≈ 1 ∶ 531 也就是说，人类钻探的深度相对于地球半径而言，仅相当于「触及表皮」。 【问题串·激发探究】 人类既然无法直接钻透地球、亲眼看到地心，那我们究竟通过什么方式认识地球的内部结构呢？ 地球的内部结构究竟是怎样的？ 为什么地震波能成为我们「透视」地球内部的「X 射线」？ 【过渡语】 这节课，就让我们以地震波为「钥匙」，开启一场认识地球圈层结构的科学之旅。 四、新课讲授 （一）地球的内部圈层结构 1. 认识地球内部的方法——地震波 地球的内部结构，我们无法直接观察。科学家主要通过对地震波的研究来了解地球的内部结构。 （1）地震波的概念：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。 （2）地震波的分类及特点： 类型 传播速度 传播介质 共同点 纵波（P 波） 较快 可以通过固体、液体和气体传播 传播速度都随着所通过物质的性质而变化 横波（S 波） 较慢 只能通过固体传播 （同上） 表 1 纵波（P 波）与横波（S 波）的对比 （3）生活中的现象印证： 地震发生时，陆地上的人们会「先上下颠簸，后左右摇晃」，这是因为纵波（P 波）传播速度较快、先到达，横波（S 波）速度较慢、后到达。而在海洋中航行的船只上的人只能感觉到上下颠簸——因为纵波可以在液体中传播，横波不能在液体中传播。 2. 不连续面与内部圈层的划分 从地球内部地震波曲线图上可以看出，地震波在一定深度发生突然变化。这种波速突然变化的面叫不连续面。地球内部有两个主要的不连续面。 （1）莫霍界面：位于地面以下平均 33 千米处（大陆部分）。在这个不连续面以下，横波和纵波的速度都明显增加。1909 年，克罗地亚地震学者莫霍洛维奇根据地震资料首先发现这一界面。 （2）古登堡界面：位于地下约 2900 千米深处。在这里纵波的传播速度突然下降，横波完全消失。1913 年，德国地震学者古登堡研究地震波时推算出这一界面。 以这两个界面为界，地球内部被划分为地壳、地幔和地核三个圈层。 界面名称 深度 地震波速度变化 分界意义 莫霍界面 地下平均约 33 千米（大陆） 纵波和横波的传播速度都明显增加 地壳与地幔的分界面 古登堡界面 地下约 2900 千米 纵波传播速度突然下降，横波完全消失 地幔与地核的分界面 表 2 地球内部两个主要不连续面对比 图 地球内部圈层结构（地壳·地幔·地核） 3. 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。 地壳厚薄不一：海洋地壳薄，一般为 5—10 千米；大陆地壳厚，有高大山脉的地方地壳会更厚，最厚可达 70 千米（如青藏高原）。 地壳的平均厚度约 17 千米；地势越高，地壳越厚。 地壳主要由各种岩石组成，是地球内部体积最小、质量最小的一层（仅占地球总体积的约 1%）。 4. 地幔 地幔从莫霍界面直至 2900 千米深处的古登堡界面，占地球总体积的 80%，是地球内部体积最大的圈层。 根据地震波波速的变化，地幔分为上地幔和下地幔。 上地幔的上部存在一个软流层，温度很高，岩石部分熔融，能缓慢流动。科学家推断，软流层是岩浆的主要发源地，地球板块的运动与之相关。 上地幔顶部与地壳都由坚硬的岩石组成，合称岩石圈。 5. 地核 地核位于古登堡界面以下，主要由铁和镍等金属组成，厚度约 3400 千米。 根据地震波的变化，可将地核分为外核和内核两层。 外核：液态或熔融状态的金属物质。科学家认为，外核物质的运动形成了地球的磁场。（横波不能在外核中传播，这也说明外核为液态。） 内核：密度极大的固体金属球，超强的压力将铁原子和镍原子紧紧挤压在一起。 6. 岩石圈 特别提醒——地壳 ≠ 岩石圈： 地壳是「莫霍界面以上的固体岩石外壳」，而岩石圈 = 地壳 + 上地幔顶部（软流层以上），由坚硬的岩石组成。岩石圈的范围比地壳大。 （二）地球的外部圈层结构 通常把地壳表层以外由大气、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，统称地球的外部圈层。 图 标注大气圈、水圈、生物圈及岩石圈的地球剖面图 1. 大气圈 大气圈是包裹地球的气体层，由气体和悬浮物质组成，主要成分是氮气和氧气。 近地面的大气密度大，随着高度增加，大气密度迅速减小；在 2000—3000 千米的高空，每立方厘米的空间平均只有一个气体分子，与星际空间情况很接近，一般把这个高度作为大气圈的上界。 大气圈笼罩着地球，使地球上的温度变化和缓，同时提供了生物生存所必需的氧气；风、云、雨、雪等天气现象与人类社会息息相关。 2. 水圈 水圈由液态水、固态水和气态水组成，是地表和近地表各种形态水体的总称。 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。 海洋水是水圈的主体；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。 水是最活跃的自然地理要素之一，在地球表面物质迁移和能量转换中起着十分重要的作用。 3. 生物圈 生物圈是地球表层生物及其生存环境的总称。 生物圈并不单独占有任何空间，而是分别渗透于大气圈的底部、水圈的全部和岩石圈的上部，厚度约 20 千米。 但生物的绝大部分集中在地面以上 100 米到水面以下 200 米的范围内，这一薄层处在大气圈、水圈、岩石圈的接触带，可以说是生物圈的核心部分。 生物是地球生态系统中最活跃的因素。 4. 四大圈层的相互关系 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。 五、知识小结 圈层 范围/界限 主要特点 地壳 莫霍界面以上 固体岩石外壳，厚薄不一，陆壳厚、洋壳薄 地幔 莫霍面—古登堡面（约占体积 80%） 上地幔上部有软流层（岩浆源地）；上地幔顶部+地壳合称岩石圈 地核 古登堡面以下（厚约 3400 km） 外核为液态金属（形成地球磁场）；内核为固体金属球 大气圈 包裹地球的气体层 主要成分氮、氧，使温度变化和缓、提供氧气 水圈 地表和近地表各种形态水体总称 主体为海洋，水是最活跃的自然地理要素之一 生物圈 大气圈底部、水圈全部、岩石圈上部 生物最活跃，不单独占有空间 表 3 地球圈层结构知识汇总 【记忆口诀】 内三圈：地壳—地幔—地核（以两个不连续面为界）； 外三圈 + 岩石圈：大气圈、水圈、生物圈与岩石圈相互联系、相互渗透。 「地球像颗鸡蛋」：蛋壳≈地壳，蛋清≈地幔，蛋黄≈地核。 第 页 学科网（北京）股份有限公司 $