地球圈層

地球圈層結構分為地球外部圈層和地球內部圈層兩大部分。

地球外部圈層可進一步劃分為三個基本圈層，即大氣圈、水圈、生物圈。

地球內圈可進一步劃分為三個基本圈層，即地殼、地幔和地核。地殼和上地幔頂部（軟流層以上）由堅硬的岩石組成，合稱岩石圈。

基本介紹

• 中文名：地球圈層
• 外文名：earth sphere
• 分類：地球外圈和地球內圈
• 地球外圈：水圈、生物圈、大氣圈
• 地球內圈：地殼、地幔和地核
• 劃分依據：通過地震波的記錄間接地獲得的

簡介

在地球外圈和地球內圈之間還存在一個軟流圈，它是地球外圈與地球內圈之間的一個過渡圈層，位於地面以下平均深度約150公里處。這樣，整個地球總共包括八個圈層，其中岩石圈、軟流圈和地球內圈一起構成了所謂的固體地球。

對於地球外圈中的大氣圈、水圈和生物圈，以及岩石圈的表面，一般用直接觀測和測量的方法進行研究。

而地球內圈，主要用地球物理的方法，例如地震學、重力學和高精度現代空間測地技術觀測的反演等進行研究。

地球各圈層在分布上有一個顯著的特點，即固體地球內部與表面之上的高空基本上是上下平行分布的，而在地球表面附近，各圈層則是相互滲透甚至相互重疊的，其中生物圈表現最為顯著，其次是水圈。

地球內部圈層

形成依據

一般認為，從太陽星雲分化出來的原始地球是均質的。後來由於放射性元素蛻變、微星碰撞及地球本身物質壓縮等因素，地球累積了大量熱能，使原始均質物質發生局部持續的熔融，從而導致了地球內部物質物理和化學的垂直分異與調整。較輕的矽鋁物質緩慢上升，較重的鐵、鎂矽酸鹽物質及鐵鎳物質下沉，原始地球乃逐漸形成了內部圈層結構。

劃分

地球內部情況主要是通過地震波的記錄間接地獲得的。地震時，地球內部物質受到強烈衝擊而產生波動，稱為地震波。它主要分為縱波和橫波。由於地球內部物質不均一，地震波在不同彈性、不同密度的介質中，其傳播速度和通過的狀況也就不一樣。例如，縱波在固體、液體和氣體介質中都可以傳播，速度也較快；橫波只能在固體介質中傳播，速度比較慢。地震波在地球深處傳播時，如果傳播速度突然發生變化，這突然發生變化所在的面，稱為不連續面。根據不連續面的存在，人們間接地知道地球內部具有圈層結構。

地球結構圖

地殼

指固體地球表層莫霍諾維奇地震不連續面（簡稱莫霍面）以上的一圈岩石，平均厚約16km。地殼的結構基本上有兩種類型，即陸殼和洋殼。

陸殼具有雙層結構，上部為矽鋁層，下部為矽鎂層。地殼厚度各處不一，平均厚度為35km，高大山系地區的地殼較厚，歐洲阿爾卑斯山的地殼厚達65公里，亞洲青藏高原某些地方超過70公里，而北京地殼厚度與大陸地殼平均厚度相當，約36公里。

洋殼主要為矽鎂層，平均厚度為6km。大洋地殼很薄，例如大西洋南部地殼厚度為12公里，北冰洋為10公里，有些地方的大洋地殼的厚度只有5公里左右。整個地殼平均厚度約17公里。

一般認為，地殼上層由較輕的矽鋁物質組成，叫矽鋁層。大洋底部一般缺少矽鋁層；下層由較重的矽鎂物質組成，稱為矽鎂層。大洋地殼主要由矽鎂層組成。

地球圈層示意簡圖

地幔

地幔介於地殼與地核之間，由地殼底部一直延伸到地核的外圍，即介於莫霍面與古登堡面之間，又稱中間層。其厚度約2880km，其體積占地球總體積的83%，質量為4030×10²⁴g，占地球質量68.1%，平均密度為4.5g/cm³，根據地震波速度變化的情況，將地幔分為上下兩層，上部稱為上地幔，下部為下地幔。

從地殼最下層到100-120公里深處，除矽鋁物質外，鐵鎂成分增加，類似橄欖岩，稱為上地幔，又稱橄欖岩帶。下層為柔性物質，呈非晶質狀態，大約是鉻的氧化物和鐵鎳的硫化物，稱為下地幔。地震資料說明，大致在70-150公里深處，震波傳播速度減弱，形成低速帶，自此向下直到150公里深處的地幔物質呈塑性，可以產生對流，稱為軟流圈。這樣，地幔又可分為上地幔、轉變帶和下地幔三層。了解地幔結構與物質狀態，有助於解釋岩漿活動的能量和物質來源，及地殼變動的內動力。

地核

地核指從地下2898km古登堡面以下向內到地心，一個半徑為3473km的地球核心部分。其體積為固體地球總體積的16%。據推測，地核的密度為9.7～13g/cm³，質量占地球總質量的31.5%，壓力為1.52～3.75×10⁵MPa，溫度為2860～6000℃。

地震波顯示，地核內4640km和5155km處尚存在兩處不連續界面，因而可進一步劃分為外核（2898～4640km）、過渡層（4640～5155km）和核心（5155～6371km）三部分。外核不能傳播橫波、縱波波速降至8.1～8.9km/s，認為呈液態；核心可傳播橫波，認為具固態特徵，過渡層可傳播橫波，但波速很低，認為具有塑性狀態。一般認為地核主要由鐵和鎳組成，可能還含有矽、硫等其它元素。

地核之所以成為實心因為地心引力在此創造出的壓力是地球表面壓力的300萬倍。地核是的高溫可以達到華氏13000度，比太陽表面溫度高上2000度。地核內的鐵流使物質產生巨大的磁場，可以保護地球免受外來射線的干擾。

岩石圈

岩石圈其在軟流圈之上，是個剛性的固體圈層，它與軟流圈之間沒有截然的界限。岩石圈包括包括屬於地殼的矽鋁層（花崗岩層）、玄武岩層（矽鎂層）和屬於上地幔最上部的超基性岩層（橄欖岩層），厚約60～120km。岩石圈的基底被認為是板塊的基底，板塊在軟流圈面上滑移。大多數中源地震均發生於此。

地球外部圈層

形成依據

近年來發現地球大氣圈和水圈的成分同“普通球粒隕石類”物質釋放的氣體較為一致，因此，認為大氣圈和水圈可能是由普通球粒隕石類物質構成的原始地球“表層”釋放的氣體形成的，其中水汽成分凝結降落形成了原始水圈。原始大氣圈和原始水圈經長期演化，特別是經過生物作用後才形成了現今的大氣圈和水圈。原始大氣圈和水圈形成之後，在它們與岩石圈的接觸地帶，無機物經化學演化形成有機物質，生命從無機界中產生出來，再經過長期的進化形成了現今的生物圈。大氣圈、水圈和生物圈，是互相滲透的，也是互相重疊的。

大氣圈

大氣圈指連續包圍地球的最外面的空氣圈。大氣圈的下界為地面及水面，但無明顯的上界，地面以上數萬公里高空仍有極稀薄的空氣存在。大氣圈的總質量為5.6×10¹⁹g。由於地球引力使絕大部分大氣集中在地面到100km高度範圍內。大氣的成分隨高度而不同。在100km高度以下的大氣，主要由氦和氧組成。大氣的溫度隨高度而有不規則的變化。在距地表10km高度內，平均每升高100m氣溫下降約0.6℃。大氣的密度和壓力與高度成反比，與溫度也成反比。在20km高度的氣壓約為地面氣壓的1/10，在40km高度的氣壓約為地面的1/100。依照大氣的成分、密度、溫度以及其流動狀況，自地表到高空分為四層：對流層、平流層、中間層、熱層（暖層）和外大氣層（散逸層）。

經歷了幾十億年複雜演化過程的現代大氣的組成除含有各種氣體元素外，還有水滴，冰晶、塵埃和花粉等雜質。大氣中除去水汽和雜質的空氣稱為乾潔空氣，它的主要成分有氮，占78.09%；氧，占20.95%；氬，占0.93%，三者總計約占空氣總量的99.9%，其他各種氣體含量合計不到0.1%。

水圈

水圈是地球上所有水的總稱。包括地表、地下及大氣中以液態、固態和氣態各種形態存在的所有水。與大氣圈、生物圈、岩石圈共同組成地理殼。海洋是水圈中一個連續的最大水體，約占地球表面積的70.8%。地球上總水量約為13.7億立方公里，約占地球體積的0.12%。其中絕大部分存在於海洋中，陸地水只占2.8%。

水圈與大氣圈和地殼互相滲透，無明確界限。地面水、大氣水和地下水因受到太陽輻射的影響，不停地進行水的大小循環，引起多種表生地質作用，對地殼進行巨大的改造（破壞和建設）作用。

生物圈

地球上的一切生物都是生活在地球的表層，生物及其生存的該地球表層總稱生物圈。它的範圍大致包括11km深的地殼和海洋以及15km以內的地表大氣層，即包括了大氣圈、水圈和岩石圈的一部分。生物圈中的空氣、水、日光、土壤和岩石為生命活動提供了一切必要的條件。