能以百分比来衡量的。因为大气中的水分不时凝结为雨、雪降下,又不时从 地面和海面得到补充。实际上,大气中的水汽成了水分循环的中转站。这个 中转站对人类生存关系极大。每年大约有4.46×1014t的水分经过蒸发进入 大气圈,同时也有相等数量大气中的水分经过凝结又降回大地,其中大约有 1/5降落在大陆上。 地球上的原生水,是地球物质分异的产物。目前火山喷发常有大量水汽 从地下喷岀便是证明。如1976年阿拉斯加的奥古斯丁火山喷发,一次喷出 水汽即达5×106kg。当然地球上的水圈是逐渐演化而成的。 水圈是地球构成有机界的组成部分,对地球的发展和人类生存有很重要 的作用 1)水圈是生命的起源地,没有水也就没有生命 (2)水是多种物质的储藏床。 (3)水是改造与塑造地球面貌的重要动力。 (4)水是最重要的物质资源与能量资源,水资源的多寡和水质的优劣 直接关系着经济发展与人类生存 (三)生物圈 指地球表面有生物存在并感受生命活动影响的圈层。目前世界上已知的 动物、植物大约有250万种,其中动物占200万种左右,植物大约占34万 种左右,微生物大约有37万种。整个生物圈的质量并不大,仅仅是大气圈 质量的1/300,但它起到的作用却是很大的。生物圈具有相当的厚度。绿色 植物的分布极限大约是海拔6200m左右,根据资料,在33000m高空还发现 有孢子及细菌。总的来讲,生物圈包括大气圈的下层,岩石圈的上层和整个 水圈,最大厚度可达数万米。但是其核心部分为地表以上100m,水下100m 也就是说大气与地面、大气与水面的交接部位是生物最活跃的区域,其厚度 约为200m左右,因为在这个范围内具有适于生物生存的温度、水分和阳光 等最好的条件。 生物圈是在地球演化过程中形成的一个特殊圈层,大约在30亿年以前 地球上才开始有了最原始的生命记录。大约从6亿年前才进入生命演化的飞 跃阶段。地球上自从出现生物,便对地球的发展起着重要的特殊的作用。由 于生物的生长、活动和死亡,使生物和大气、水、岩石、土壤之间,进行着 多种形式的物质和能量的交换、转化和更替,从而不断改变着周围的环境。 如植物在光合作用过程中,不断从大气中吸收cO2,在反应中放出02,改变 着大气的成分,同时将碳固定下来,并把它们的一部分埋藏在地壳中,形成 大量的地壳能源。据估计,每年大约有1.5×1010t的碳,从大气转入到树木 之中,煤碳就是地质时代树木被掩埋地下形成的。目前,每年大约形成含碳 量达3×10t的泥碳。此外,空气中的c02,溶解到水中形成H03,与Ca 结合形成ac3,一部分为生物所吸收变成硬体(外壳、骨骼等),沉积而 成为石灰岩。同时,生物也参予了土壤的发育。可以说,没有生物也就没有
能以百分比来衡量的。因为大气中的水分不时凝结为雨、雪降下，又不时从 地面和海面得到补充。实际上，大气中的水汽成了水分循环的中转站。这个 中转站对人类生存关系极大。每年大约有 4.46×1014t 的水分经过蒸发进入 大气圈，同时也有相等数量大气中的水分经过凝结又降回大地，其中大约有 1/5 降落在大陆上。 地球上的原生水，是地球物质分异的产物。目前火山喷发常有大量水汽 从地下喷出便是证明。如 1976 年阿拉斯加的奥古斯丁火山喷发，一次喷出 水汽即达 5×106kg。当然地球上的水圈是逐渐演化而成的。 水圈是地球构成有机界的组成部分，对地球的发展和人类生存有很重要 的作用： （1）水圈是生命的起源地，没有水也就没有生命。 （2）水是多种物质的储藏床。 （3）水是改造与塑造地球面貌的重要动力。 （4）水是最重要的物质资源与能量资源，水资源的多寡和水质的优劣 直接关系着经济发展与人类生存。 （三）生物圈 指地球表面有生物存在并感受生命活动影响的圈层。目前世界上已知的 动物、植物大约有 250 万种，其中动物占 200 万种左右，植物大约占 34 万 种左右，微生物大约有 3.7 万种。整个生物圈的质量并不大，仅仅是大气圈 质量的 1/300，但它起到的作用却是很大的。生物圈具有相当的厚度。绿色 植物的分布极限大约是海拔 6200m 左右，根据资料，在 33000m 高空还发现 有孢子及细菌。总的来讲，生物圈包括大气圈的下层，岩石圈的上层和整个 水圈，最大厚度可达数万米。但是其核心部分为地表以上 100m，水下 100m， 也就是说大气与地面、大气与水面的交接部位是生物最活跃的区域，其厚度 约为 200m 左右，因为在这个范围内具有适于生物生存的温度、水分和阳光 等最好的条件。 生物圈是在地球演化过程中形成的一个特殊圈层，大约在 30 亿年以前， 地球上才开始有了最原始的生命记录。大约从 6 亿年前才进入生命演化的飞 跃阶段。地球上自从出现生物，便对地球的发展起着重要的特殊的作用。由 于生物的生长、活动和死亡，使生物和大气、水、岩石、土壤之间，进行着 多种形式的物质和能量的交换、转化和更替，从而不断改变着周围的环境。 如植物在光合作用过程中，不断从大气中吸收 CO2，在反应中放出 O2，改变 着大气的成分，同时将碳固定下来，并把它们的一部分埋藏在地壳中，形成 大量的地壳能源。据估计，每年大约有 1.5×1010t 的碳，从大气转入到树木 之中，煤碳就是地质时代树木被掩埋地下形成的。目前，每年大约形成含碳 量达 3×108t 的泥碳。此外，空气中的 CO2，溶解到水中形成 HCO3 -，与 Ca+ 结合形成 CaCO3，一部分为生物所吸收变成硬体（外壳、骨骼等），沉积而 成为石灰岩。同时，生物也参予了土壤的发育。可以说，没有生物也就没有
今天的地球面貌,没有生物,也就不可能提供如此繁多的生物资源。 二、地球的内部圈层 该内部圈层指从地面往下直到地球中心的各个圈层,包括地壳、地幔和 地核。虽然人们渴望“向地球的心脏进军”,彻底搞清楚地球内部状况,但 目前世界上深井记录为12300m(俄罗斯科拉半岛一口深钻,截至1986年), 只占地球半径的1/530,所以还不能用直接观察的方法来研究地球内部构 造。通常釆用地球物理方法,更主要是利用地震波的传播变化来研究地球内 部构造情况。地震波分为纵波(P)和横波(S)。纵波可以通过固体和流体, 速度较快;横波只能通过固体,速度较慢。同时地震波的传播速度随着所通 过介质的刚性和密度的变化而改变。因此地震波实际上对地球起到“透视” 的作用。当然,也可以借助宇宙地质(特别是陨石的成分)来判断地球内部 的成分 如果地球从表及里,是由均一物质组成,则纵横波速度在任何深度和任 何方向都应该相同。但根据地球内部震波传播曲线分析,可以看出震波传播 速度随深度而发生变化,并且有些地方还发生突然变化,可见地球内部物质 不是均一的,而且还存在许多界面。地震波在地下若干深度处,传播速度发 生急剧变化的面,称为不连续面。其中有两个变化最显著的不连续面,叫 级不连续面(表1-4)。根据地震波的传播数据,可以制成地球内部震波传 播速度曲线图(图1-9)。从表或图中可以看出两个一级不连续面 一个在地下(自海平面起算)平均33km处(指大陆部分)。在此不连 续面以上,纵波速度为7.6km/s,以下则急增向8.0km/s;而横波则由4.2km/s 增到4.4km/s。这个一级不连续面称莫霍洛维奇①不连续面,简称莫霍面或 莫氏面。 表1-4地球内部圈层和物理数据
今天的地球面貌，没有生物，也就不可能提供如此繁多的生物资源。 二、地球的内部圈层 该内部圈层指从地面往下直到地球中心的各个圈层，包括地壳、地幔和 地核。虽然人们渴望“向地球的心脏进军”，彻底搞清楚地球内部状况，但 目前世界上深井记录为 12300m（俄罗斯科拉半岛一口深钻，截至 1986 年）， 只占地球半径的 1/530，所以还不能用直接观察的方法来研究地球内部构 造。通常采用地球物理方法，更主要是利用地震波的传播变化来研究地球内 部构造情况。地震波分为纵波（P）和横波（S）。纵波可以通过固体和流体， 速度较快；横波只能通过固体，速度较慢。同时地震波的传播速度随着所通 过介质的刚性和密度的变化而改变。因此地震波实际上对地球起到“透视” 的作用。当然，也可以借助宇宙地质（特别是陨石的成分）来判断地球内部 的成分。 如果地球从表及里，是由均一物质组成，则纵横波速度在任何深度和任 何方向都应该相同。但根据地球内部震波传播曲线分析，可以看出震波传播 速度随深度而发生变化，并且有些地方还发生突然变化，可见地球内部物质 不是均一的，而且还存在许多界面。地震波在地下若干深度处，传播速度发 生急剧变化的面，称为不连续面。其中有两个变化最显著的不连续面，叫一 级不连续面（表 1-4）。根据地震波的传播数据，可以制成地球内部震波传 播速度曲线图（图 1-9）。从表或图中可以看出两个一级不连续面： 一个在地下（自海平面起算）平均 33km 处（指大陆部分）。在此不连 续面以上，纵波速度为 7.6km/s，以下则急增向 8.0km/s；而横波则由 4.2km/s 增到 4.4km/s。这个一级不连续面称莫霍洛维奇①不连续面，简称莫霍面或 莫氏面。 表 1-4 地球内部圈层和物理数据
深度纵波速度横波速度 密度 压力 不连续面 (km )|(km/s)(g、cm3)(101l A 地壳A 康拉德面 0.00 6.6 莫霍面 3.32 0.019 4.6 3.34 0.031 幔 古登堡低速层 150 4.0 0.050 B 4.55 0.069 拜尔勒面 3.85 雷波蒂面 D 2000 12.8 6.92 5,1 0.88 7.31 5,6 幔 7 lI 5.7 古登堡面 2900 8. 150 1.95 3500 8.9 10.4 2.07 11.2 1.24 核 9.6 3.6 3.54 6371 11.3 13.0 =一级不连续面;一—次一级不连续面 另一个在2900km深处。在这里纵波速度由13.32km/s突然降为 8.1km/s,而横波至此则完全消失。这个面称古登堡②不连续面。 这两个一级不连续面,将地球内部划分为3个圈层:地壳、地幔和地核 (图1-10及表1-4)。此外,根据次一级不连续面还可以划分出次一级圈层, 如表1-4所示,共可划分出A、B、C、D、E、F、G7个圈层;次一级圈层还 可根据更次一级不连续面划分出更次一级的圈层,如A′、A",B′、B″等。 )地壳 指地球莫霍面以上的固体硬壳(A层),属于岩石圈的上部。地壳主要 由硅酸盐类岩石组成,它的质量为5×1019t,约占地球质量的0.8%,体积 占整个地球体积的0.5%
圈 层 名称 代 号 不连续面 深度 （ km ） 纵波速度 （ km/s ） 横波速度 （ km/s ） 密 度 （ g、cm 3） 压力 （ 10 11Pa A ′ 0 5.6 6.0 3.4 3.6 2.6 2.7 0 地壳 A A ″ 6.6 7.6 3.8 4.2 2.9 3.0 B ′ 8.0 8.2 4.4 4.6 3.32 3.34 0.019 B B ″ 古登堡低速层 100 150 250 7.8 7.7 8.2 4.2 4.0 4.55 3.4 3.5 3.6 0.031 0.050 0.069 上 地 幔 C ′ 9.0 4.98 3.85 0.14 C C ″ 10.2 5.65 4.1 0.218 D ′ 2000 11.43 12.8 6.35 6.92 4.6 5.1 0.40 0.88 地 幔 下 地 幔 D D ″ 13.63 13.32 7.31 7.11 5.6 5.7 1.34 外 核 E 3500 8.1 8.9 - - 9.7 10.4 1.95 过 渡 层 F 4900 10.4 11.2 2.07 1.24 12.0 12.5 12.7 3.01 3.24 3.33 地 核 内 核 G 5200 6371 9.6 11.3 3.6 3.7 12.9 13.0 3.54 3.65 康拉德面 10 0.003 莫霍面 33 0.01 拜尔勒面 400 650 雷波蒂面 1000 2752 古登堡面 2900 1.50 另一个在 2900km 深处。在这里纵波速度由 13.32km/s 突然降为 8.1km/s，而横波至此则完全消失。这个面称古登堡②不连续面。 这两个一级不连续面，将地球内部划分为 3 个圈层：地壳、地幔和地核 （图 1-10 及表 1-4）。此外，根据次一级不连续面还可以划分出次一级圈层， 如表 1-4 所示，共可划分出 A、B、C、D、E、F、G7 个圈层；次一级圈层还 可根据更次一级不连续面划分出更次一级的圈层，如 A′、A″，B′、B″等。 （一）地壳 指地球莫霍面以上的固体硬壳（A 层），属于岩石圈的上部。地壳主要 由硅酸盐类岩石组成，它的质量为 5×1019t，约占地球质量的 0.8％，体积 占整个地球体积的 0.5％
1.地壳的化学组成地壳中含有元素周期表中所列的绝大部分元素, 而其中0、Si、Al、Fe、0a、Na、K、Mg等8种主要元素占98%以上,其他 元素共占1—2%。化学元素在地壳中平均含量称克拉克值①。 表1-5地壳中主要元素的平均含量(重量‰) 据克拉克据费尔斯曼据维诺格拉多 元素 和华盛顿 (1933 夫据泰勒 (1964) (1924) 1939) (1962) 49.52 49.13 47.00 46.40 Si 25.75 26.00 29.00 28.15 Al 7.5 8.05 Fe 4.70 4.20 4.65 4.63 3.29 4.15 2.64 2.25 2.33 0.88 1.00 0.61 0.45 0.57 P 0.12 0.093 C 0.087 0.35 0.023 0.02 0.095 从表1-5可以看出,地壳中化学元素的克拉克值相差极为悬殊。氧几乎 占有一半,硅约占1/4,铝约占1/13,而表中未列入的大多数元素的含量是 微不足道的。比如铜的克拉克值为0.007%,铅为0.0016%,钍为0.0012 %,锑为0.0001%,金为5×10-7%。 组成地壳的各种元素井非孤立存在,大多数情况是相关元素化合形成各 种矿物,其中以0、Si、A、Fe、Ca、№a、K、Mg等组成的硅酸盐矿物为最 多,其次为各种氧化物、硫化物、碳酸盐等。各种不同矿物特别是硅酸盐类 又组成各种岩石,所以说地壳是岩石圈的一部分 其他大部分元素的克拉克值虽然很小,但它们在一定条件下可以迁移和 富集。如在一定地段和一定时间某些元素富集起来,含量超过该元素的克拉 克值,并在质和量上达到开采的要求,这样的地段就形成了矿床。 2.地壳的厚度和结构地壳是地球表面的一层薄壳,其厚度大致为地 球半径的1/400,但各处厚度不—(表1-6),大陆部分平均厚度37km多 而海洋部分平均厚度则只有约7km。一般说来,高山、高原部分地壳最厚 如我国青藏高原地壳最厚可达70km(图1-11) 地壳(A层)可以分为上下两层(图1-12),中间被康拉德面所分开。 但这一界面在海洋部分不明显或者根本不存在
1.地壳的化学组成 地壳中含有元素周期表中所列的绝大部分元素， 而其中 O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg 等 8 种主要元素占 98％以上，其他 元素共占 1—2％。化学元素在地壳中平均含量称克拉克值①。 表 1-5 地壳中主要元素的平均含量（重量％） 元素 据克拉克 和华盛顿 （ 1924 ） 据费尔斯曼 （ 1933 — 1939 ） 据维诺格拉多 夫据泰勒 （ 1962 ） （ 1964 ） O 49.52 49.13 47.00 46.40 Si 25.75 26.00 29.00 28.15 Al 7.51 7.45 8.05 8.23 Fe 4.70 4.20 4.65 4.63 Ca 3.29 3.25 2.96 4.15 Na 2.64 2.40 2.50 2.36 K 2.40 2.35 2.50 2.09 Mg 1.94 2.25 1.87 2.33 H 0.88 1.00 - - Ti 0.58 0.61 0.45 0.57 P 0.12 0.12 0.093 0.105 C 0.087 0.35 0.023 0.02 Mn 0.08 0.10 0.10 0.095 从表 1-5 可以看出，地壳中化学元素的克拉克值相差极为悬殊。氧几乎 占有一半，硅约占 1/4，铝约占 1/13，而表中未列入的大多数元素的含量是 微不足道的。比如铜的克拉克值为 0.007％，铅为 0.0016％，钍为 0.0012 ％，锑为 0.0001％，金为 5×10-7％。 组成地壳的各种元素并非孤立存在，大多数情况是相关元素化合形成各 种矿物，其中以 O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg 等组成的硅酸盐矿物为最 多，其次为各种氧化物、硫化物、碳酸盐等。各种不同矿物特别是硅酸盐类 又组成各种岩石，所以说地壳是岩石圈的一部分。 其他大部分元素的克拉克值虽然很小，但它们在一定条件下可以迁移和 富集。如在一定地段和一定时间某些元素富集起来，含量超过该元素的克拉 克值，并在质和量上达到开采的要求，这样的地段就形成了矿床。 2.地壳的厚度和结构 地壳是地球表面的一层薄壳，其厚度大致为地 球半径的 1/400，但各处厚度不一（表 1-6），大陆部分平均厚度 37km 多， 而海洋部分平均厚度则只有约 7km。一般说来，高山、高原部分地壳最厚， 如我国青藏高原地壳最厚可达 70km（图 1-11）。 地壳（A 层）可以分为上下两层（图 1-12），中间被康拉德面所分开。 但这一界面在海洋部分不明显或者根本不存在
上层地壳(即A层),其成分以0、Si、A及K、Na等为主,和花岗岩 的成分相似,所以叫花岗 表1-6地壳类型和平均厚度(据罗诺夫,1967) 地壳类型 面积×10%km2 平均厚度(km) 大陆型 436 次大陆型(过渡型) 237375 大洋型 296.1 7.3 整个地壳 510 20 岩层;此层又称为硅铝层(Sia)。在这一层的表层部分常分布有 10km厚的沉积岩层。平均密度为2.6-2.7g/cm3。此层厚度在山区和高原可 达40km,在平原区常为10km,在海洋地区变薄甚至完全缺失(如太平洋) 因此是一个不连续圈层。这一层物质组成极为多样,构造形态和地貌形态也 非常复杂。 下层地壳(即A"),其成分虽然也以0、Si、A等为主,但Mg、Fe Ca等成分则显著增加,和玄武岩的成分相似,所以叫玄武岩层,又称为硅镁 层(Sima)①。平均密度为2.9—3.0g/cm3。此层在海洋地壳部分平均厚5 -8km,在大陆部分则延伸至花岗岩层之下,推测可厚达30km,是一个连续 圈层。 3.地壳的类型地壳可以分为大陆型地壳(简称陆壳)和大洋型地壳 简称洋壳)。陆壳的特征是厚度较大(30-70km),具双层结构,即在玄 武岩层之上有花岗岩层(表层的大部分地区有沉积岩层)。总的来看,硅铝 层好像浮在硅镁层之上,地表起伏越大(如高山、高原),莫霍面的位置越 深,地壳越厚。洋壳的特征是厚度较小,最薄的地方不到5km,一般只有单 层结构,即玄武岩层,其表层为海洋沉积层所覆盖。此外,在陆壳和洋壳交 会处还可以分出过渡型地壳,又称次大陆型地壳,其特点介于以上二种类型 地壳之间。从图1-12可以明显看出陆壳和洋壳在结构、厚度等方面的差异。 地壳厚度的差异性和垂直结构及物质成分的不均匀性,构成了地壳总的 特征,这种特征常导致地壳物质的重新分配和调整,以便达到新的平衡关 系,这是引起地壳运动的多种因素之一。 (二)地幔 指莫霍面以下到古登堡面以上的圈层。深度为从地壳底界到2900km。其 体积占地球总体积的82%,质量为4.05×1021t,占地球总质量的67.8%。 物质密度大约从3.32g/cm递增到5.7g/cm3,即在地幔下部接近于地球的平 均密度。压力随深度而增加,界面上压力可达约1.5×101Pa。温度也随深 度缓慢增加,下部约为3000℃左右。 从莫霍面到古登堡面,根据地震波传播速度大体是缓慢而均匀变化的
上层地壳（即 A 层），其成分以 O、Si、Al 及 K、Na 等为主，和花岗岩 的成分相似，所以叫花岗 表 1-6 地壳类型和平均厚度（据罗诺夫，1967） 地壳类型 面积× 10 6km 2 平均厚度（ km ） 大陆型 149 次大陆型（过渡型） 64.9 436 237 37 5 . . . ü ý þ 大洋型 296.1 7.3 整个地壳 510 20 岩层；此层又称为硅铝层（Sial）。在这一层的表层部分常分布有 0— 10km 厚的沉积岩层。平均密度为 2.6—2.7g/cm3。此层厚度在山区和高原可 达 40km，在平原区常为 10km，在海洋地区变薄甚至完全缺失（如太平洋）， 因此是一个不连续圈层。这一层物质组成极为多样，构造形态和地貌形态也 非常复杂。 下层地壳（即 A″），其成分虽然也以 O、Si、Al 等为主，但 Mg、Fe、 Ca 等成分则显著增加，和玄武岩的成分相似，所以叫玄武岩层，又称为硅镁 层（Sima）①。平均密度为 2.9—3.0g/cm3。此层在海洋地壳部分平均厚 5 —8km，在大陆部分则延伸至花岗岩层之下，推测可厚达 30km，是一个连续 圈层。 3.地壳的类型 地壳可以分为大陆型地壳（简称陆壳）和大洋型地壳 （简称洋壳）。陆壳的特征是厚度较大（30—70km），具双层结构，即在玄 武岩层之上有花岗岩层（表层的大部分地区有沉积岩层）。总的来看，硅铝 层好像浮在硅镁层之上，地表起伏越大（如高山、高原），莫霍面的位置越 深，地壳越厚。洋壳的特征是厚度较小，最薄的地方不到 5km，一般只有单 层结构，即玄武岩层，其表层为海洋沉积层所覆盖。此外，在陆壳和洋壳交 会处还可以分出过渡型地壳，又称次大陆型地壳，其特点介于以上二种类型 地壳之间。从图 1-12 可以明显看出陆壳和洋壳在结构、厚度等方面的差异。 地壳厚度的差异性和垂直结构及物质成分的不均匀性，构成了地壳总的 特征，这种特征常导致地壳物质的重新分配和调整，以便达到新的平衡关 系，这是引起地壳运动的多种因素之一。 （二）地幔 指莫霍面以下到古登堡面以上的圈层。深度为从地壳底界到 2900km。其 体积占地球总体积的 82％，质量为 4.05×1021t，占地球总质量的 67.8％。 物质密度大约从 3.32g/cm3递增到 5.7g/cm3，即在地幔下部接近于地球的平 均密度。压力随深度而增加，界面上压力可达约 1.5×1011Pa。温度也随深 度缓慢增加，下部约为 3000℃左右。 从莫霍面到古登堡面，根据地震波传播速度大体是缓慢而均匀变化的