科学家们根据无数次地震波在地球内部传播状态的分析,证明地球内部有圈层状的特点。由外向内分三层,地壳、地幔、地核。它们之间就像鸡蛋分为蛋壳、蛋白和蛋清一样。地壳 地壳是地球内部结构中最外的圈层,是由岩石组成的地壳固体外壳。地壳总厚度在5至70公里之间,
大陆地区壳厚,如
青藏高原地区厚度达70公里,大洋地区地壳薄,如
大西洋地壳有的地方仅厚5公里。海陆地壳的平均厚度约为33公里,仅占地球半径的二百分之一。地壳的上部主要由密度小、比重较轻的花岗岩组成,主要成分是硅、铅元素,称为“硅铅层”。地壳的下部是由密度较大、比重较重的
玄武岩组成,主要成分是镁、铁、
硅元素,称为“硅镁层”。在地壳的最上层,是一些厚度不大的沉积岩、沉积变质岩和风化土,它们是地壳的表皮。在地壳中,蕴藏着极为丰富的矿产资源,目前已探明的矿物已有二千多种,其中尤以金、银、铜、铁、锡、钨、锰、铅、锌、汞、煤、石油、天然气等为人类文明不可缺少的宝贵资源。地幔 位于地壳以下,地核以上,亦称为“中间层”。其下界深2900公里。地幔约占地球总体积的83.3%。地幔可分为上下两层,上地幔约到1000公里深处,一般认为,这里的物质处于局部的熔融状态,是岩浆的发源地,地球上分布广泛的玄武岩就是这一层喷发出来的。下地幔在1000公里以下到2900公里,主要是由金属硫化物和氧化物组成。地幔的质量为4.05×1021吨,占地球总质量的67.77%,温度较高,上地幔约为1200~1500℃,下地幔为1500~2000℃。地核 地球内部结构的中心圈层。可分为外核和内核两部分。外核自地下2900公里到5100公里,占整个地球质量的31.5%,体积占整个地球的16.2%。由于地核在地球的最深处,受到的压力很大,外核的压力已达到136万个
大气压,核心部分高达360万个大气压。地核内部的温度高达2000~5000℃,物质密度平均为10~16克/厘米3之间。地核主要由铁、镍组成并含少量其它元素,可能是硅、钾、硫、氧等物质。 形成原因 我们知道,地球的内部和其外层大气虽然在相态、密度和化学组成等方面有较大差异,但是它们却有一个共同点,即都呈现圈层结构。这一现象并非是偶然的巧合,它们的圈层构造或许有着相同或相近的形成机理。
1.大气圈层构造的形成
研究表明,地球大气的温度、组成和电离程度等随海拔高度而变化,呈现出明显的圈层结构。如果按大气温度随高度的变化分,则可把
大气层分为对流层、
平流层、中间层和热层;如果按大气的组成状况分,则可把大气层分为均质层和非均质层(在均质层中还包含着一个臭氧层);如果按大气的电离程度分,则可将大气层分为中性层和电离层。大气的这种圈层结构是由于各种宇宙射线和不同频率的太阳辐射,分别在不同的高度与大气物质作用的结果。例如高层大气物质吸收带电的粒子,形成电离层(ionosphere);在距地面10-50公里处,大气吸收
紫外线,形成臭氧层(ozone layer);在靠近地表的底层,大气吸收
可见光和红外线,形成对流层(troposphere)等等。当然,大气层的圈层构造并不是一成不变的,而是随着宇宙线和太阳光的强弱而发生起伏变化。例如,经过整整一个白天太阳辐射的影响,电离层在黄昏时最强;在夜晚太阳辐射消失,一些离子便与电子复合而使电离层变弱,至
黎明电离层最弱。因此,如果没有宇宙射线和太阳辐射的维持,大气分子的热运动将导致大气层逐渐变成均匀体,大气的圈层结构就会完全消失。
2.地球内部圈层结构的形成
同样地,地球内部的圈层结构也起源于外部粒子(或射线)与地球物质的作用。如果没有外部输入的能量的维持,地球的内部圈层结构就不可能形成,并在漫长的地质年代保持相对稳定。那么,是什么粒子或者宇宙射线能深入到地球内部并且供给地球能量呢?这个粒子就是太阳
中微子。
来自太阳的快中微子进入地球后,就被地球物质散射、减速而消耗能量,慢慢地就变成频率或速度与
原子核中的中微子相近的慢(热)中微子,最后被地球物质吸收,并释放能量。
由于太阳中微子的速度(能量)不同,而且各种能量的太阳中微子的分布也不均匀,即处于某种能量的中微子相对多一些,而处在另一种能量的中微子则要少一些,所以它们被减速、吸收的位置和形成的热效应也不一样,于是就形成了地球内部的圈层结构。少量太阳中微子能量较低,经过岩石圈(lithosphere)减速就变成了慢(热)中微子,并与岩石圈以下的物质作用,释放一定能量,使少量物质熔融,形成软流层(asthenosphere)。
多数快中微子必须经过整个岩石圈和地幔才能被减速成慢(热)中微子,在地表以下2900—5050公里处被吸收,释放巨大能量,导致物质熔融,形成液态外核。液态外核产生磁场,进一步加剧中微子的减速和吸收,释放更大的能量,这个能量又加剧了外核的熔融,这就是液态外核形成的根本原因。
5050公里以下,中微子不能到达,故那里物质保持固态.