地球的圈层结构

孟凡刚　孙彦顺

通过科学家研究表明，数十亿年前，原始地球是一个刚从太阳星云中分化出来的接近均质的物体。主要由碳、氧、镁、硅、铁和镍等元素组成，没有明显的分层现象。地球圈层的分化过程同整个地球的温度变化过程密切相关。放射性元素的辐射能量在地球内部的积累，使那里的温度逐渐升高，因而物质就有了可塑性，加上重力的作用，物质便发生分异，逐渐形成性质不同的圈层，不同圈层间存在着相互联系。

一、地球的内部圈层

地球物理学家通过对地震波传播速度的研究，将地球内部大致分为三个主要圈层：地壳、地幔和地核。

1、地壳

地壳是地球表面一层薄薄的、由岩石组成的固体外壳，地球固体圈层的最外层，岩石圈的重要组成部分，其底界为莫霍洛维契奇不连续面(简称莫霍面)。整个地壳平均厚度约17千米，其中大陆地壳厚度较大，平均为33千米。高山、高原地区地壳更厚，最高可达70千米；平原、盆地地壳相对较薄。大洋地壳则远比大陆地壳薄，厚度只有几千米。

地壳分为上下两层。上层化学成分以氧、硅、铝为主，平均化学组成与花岗岩相似，称为花岗岩层，亦有人称之为“硅铝层”。此层在海洋底部很薄，尤其是在大洋盆底地区，太平洋中部甚至缺失，是不连续圈层。下层富含硅和镁，平均化学组成与玄武岩相似，称为玄武岩层，所以有人称之为“硅镁层”，在大陆和海洋均有分布，是连续圈层。

2、地慢

地幔介于莫霍界面与古登堡界面之间，厚度约2800多千米，分上地幔与下地幔。上地幔深35～1000千米，上地幔的组成可以从岩浆岩推知。源于地幔的基性岩、超基性岩(ultraba-sieroek)以及金伯利岩等都具有共同的高铁、镁特征，与地震波传播速度也一致，结合地球化学研究，可以认为上地幔的成分接近于超基性岩即二辉橄榄岩的组成。

下地幔深1000～2900千米，其下界为以美国地球物理学家姓氏命名的古登堡界面。其组成物质除硅酸盐、金属氧化物及硫化物外，显著特点是铁、镍物质大量增加。

在地幔的上部存在一个由塑性物质组成的软流层，是岩浆的主要发源地。软流层以上的地幔部分与地壳主要由岩石组成，构成了岩石圈。

3、地核

地核主要由铁、镍元素组成，半径为3400多千米，是地球的核心部分。地核又分为外地核和内地核两部分。外地核的物质为液态，内地核被科学家认为是固态结构。

地核内部不仅压力大，而且温度也很高，估计可高达2000-5000℃，物质的密度也很大。在这种高温、高压和高密度的情况下，通常所说的“固态”或“液态”概念，已经不适用了。因为地核内的物质既具有钢铁那样的“钢性”，又具有像白蜡、沥青那样的“柔性”(可塑性)。这种物质不仅比钢铁还坚硬十几倍，而且还能慢慢变形而不会断裂。

二、地球的外部圈层

1、大气圈

大气圈是包围在地球周围的空气圈层。大气圈是多种气体组成的混合物，其中低层大气主要由干洁空气、水汽和固体杂质组成。干洁空气的主要成分是氮和氧。其中，氮是干洁空气中含量最多的成分，是地球生物体内蛋白质的重要组成部分。氧也是大气中含量较多的成分，是人类和一切生物维持生命活动必须的物质。二氧化碳在大气中的含量很少，却起着非常重要的作用，它是植物进行光合作用的原料，也是调节地表温度的重要气体。臭氧在大气中的含量极少，但它能够强烈吸收太阳辐射中的紫外线，被誉为“地球生命的保护伞”。

根据大气在垂直方向上的温度、密度及运动状况的差异，可将大气层分为对流层、平流层和高层大气。对流层的高度随着纬度的变化是不一样的，高纬度地区对流层的厚度约为8-9千米，中纬度地区的厚度约为10-12千米，低纬度地区的厚度约为17～18千米。对流层的气温随高度的增加而降低，空气对流运动显著，是与人类关系最密切的一层，因为云、雨、雾、雪等天气现象都发生在这一层。平流层大气以水平运动为主，气流平稳，适合飞机飞行。气温随着高度的增加而升高，因为平流层中的臭氧层吸收了大量的紫外线。高层大气空气密度很小，含有电离层，能够反射无线电波，对人类的无线电通信活动有重要作用。

2、水圈

水圈的主体是世界大洋，其面积占全球面积的71％左右。陆地上的湖泊、河流、沼泽、冰川、地下水，甚至矿物中的水都是水圈的组成部分。可见，水是地球表面分布最广泛的物质。同时，水也是地表最重要的物质和参与地理环境物质能量转化的重要因素。在地球全部的水储量中，陆地淡水仅占2.526％，而且绝大多数又以冰川的形式存在于极地和高纬度、高海拔地区。目前可供人类直接利用的淡水资源很少，因此，节约用水和保护水资源已成为当务之急。

水分和能量的不同组合使地球表面形成了不同的自然带和自然景观类型，水溶解岩石中的营养物质，为满足生物需要创造了前提。水分循环不仅调节气候、净化大气，而且几乎伴随一切自然地理过程促进地理环境的发展与演化。

3、生物圈

生物圈是指地球生物及其分布范围所构成的一个极其特殊、又非常重要的圈层。生物圈主要由生命物质、生物生成性物质和生物惰性物质三部分组成。生命物质又称活质，是生物有机体的总和；生物生成性物质是由生命物质所组成的有机矿物质相互作用的生成物，如煤、石油、泥炭和土壤腐殖质等；生物惰性物质是指大气低层的气体、沉积岩、粘土矿物和水。

在地理环境中，生物圈并不单独占有任何空间，而是分别渗透于水圈、大气圈下层和地壳即岩石圈表层。生物圈的质量仅相当于大气圈的1／300，水圈的1，7000。但生物在促进太阳能转化，改变大气和水圈的组成，参与风化作用和成土过程，改造地表形态等方面起着重要的作用。

事物是普遍联系的，地球内部的物质在不断运动和循环。地球外部的各个圈层之间相互联系、相互制约，形成人类赖以生存的自然环境。人类与自然环境的关系是相互影响、相互制约的。人类活动在改造环境，环境对人类产生反作用，人类和环境协调发展，才能实现可持续发展的目标。