“地球的圈层结构”内容详析

刘绍春

一、知识构建

“地球的圈层结构”是自然地理中地球知识的一个基本组成部分，是地理学的一个重要内容。本节内容为第一章第四节（湘教版、人教版、中图版；鲁教版没有编排专门的章节，但集中、详细编排于第二章“从地球圈层看地理环境”中），本节是继前面三节学习了地球的宇宙环境和地球自转及公转的地理意义后，继续学习地球自身的特点，为后面章节地理环境的发生、发展、变化的学习打下基础。了解地球的内外部结构其实质是了解人类生存和发展的基础——自然环境，这一部分知识的学习对于人们认识自然、改造自然、培养学生爱科学学科学的兴趣以及科学的探索精神等，都具有重要意义。

本节教材相应的课程标准是“说出地球的圈层结构，概括各圈层主要特点”，有显性和隐性两方面的要求。

（1）显性要求从宏观上了解地球的结构及特点。地球呈现出圈层结构，可以划分出内部圈层和外部圈层。内部圈层包括地壳、地幔和地核，外部圈层包括大气圈、水圈和生物圈。岩石圈是介于内部圈层和外部圈层之间的一个圈层，包括地壳和上地幔顶部，即软流层之上的固体岩石部分。

（2）隐性要求了解自然环境的组成，是根本要求。本模块的主题是“自然环境及其对人类活动的影响”，在学习了有关“宇宙中的地球”之后，面临的一个基本问题就是“什么是自然环境”。“标准”以“宇宙环境——地球——自然环境”的认识思路，设计了在宏观了解地球圈层结构的基础上认识自然环境的组成，即在空间范围上把自然环境放在地球圈层结构中认识。

上述知识的网络构建如图1（以湘教版、人教版为例）。

二、目标导航（以湘教版为例）

知识与技能：了解地球内部圈层的划分、边界及特征，地壳的组成元素及分布，地球的外部圈层结构；掌握地震波的传播规律和地球内部圈层划分的依据，地壳厚薄的分布规律，软流层、岩石圈与地壳的位置关系，地球外部各圈层之间的关系；掌握地球各圈层与人类的密切关系。

过程与方法：通过阅读材料、图表，培养整理地理信息的能力；通过绘图分析掌握地球内部与外部圈层结构，训练读图用图能力，培养地理思维能力、空间想象能力和综合分析加工地理信息的能力；通过小组合作完成任务、培养合作意识及语言表达、交流能力。

情感、态度与价值观：结合我国深空、深海、深陆探测计划和地球圈层结构图绘制，体验地球结构的优美，激发探索地球奥秘的兴趣和动机，培养科学的探索精神和辩证的思维观、科学的认知态度和求真意识；通过探究地球内、外部结构及彼此间的关系，认识事物的普遍联系性，培养整体观念和正确的全球意识，进一步强化学生科学的人地观和可持续发展观；通过观察图像资料，培养审美能力，陶冶审美情操及热爱地球环境的情感。

三、重难疑点

1.教学重点分析

从人地关系角度出发，本条“标准（说出地球的圈层结构，概括各圈层的主要特点）”的行为动词为“说出”（要求较低），对于各圈层不要求展开深入了解，而应抓其主要特点及与人类活动关系密切的内容，从而确定出教学重点——地球内部圈层的划分、界面、地壳厚度变化规律、外部圈层的划分及各圈层与人类活动的关系。

2.教学难点剖析

由于本节内容的宏观性（地球部分圈层如地幔、地核等，不可直接观测），学生接触不多；高一学生物理知识（如地震波知识）欠缺，要完全理解本节知识难度很大，依据教学内容、学情分析和课程标准，确定出教学难点——内部圈层的划分依据；地幔及软流层和岩石圈；外部圈层的界线。可通过简图和形象的比喻（如把地球看作一只“半熟的鸡蛋”）来加深学生对地球内部圈层结构的理解。

3.教学疑点解析

岩石圈属于地球的外部圈层还是内部圈层？大学教材和四种版本教材各有不同的叙述。

金祖孟、陈自悟编著的《地球概论》（第三版）P169页在讲述地球的外部结构时明确提到：“地球表面由岩石构成。它主要是岩浆岩，即从地内上升的炽热岩浆冷凝而成的岩石。在岩浆岩上面，往往有一层较薄的沉积岩（一般不超过4～5 km）和更薄的土壤覆盖层。地球的这一表层，包括岩浆岩、沉积岩和土壤覆盖层在内，称做岩石圈。地球的外部就是由岩石圈、水圈、大气圈和生物圈所组成的。”

人教版中岩石圈的叙述放在内部圈层讲述，并在“图1.27地球的内部圈层结构”中标出；但在叙述外部圈层时，这样提到：“地球的外部圈层包括大气圈、水圈、生物圈等”，并在“图1.28地球外部圈层示意”中标出了岩石圈，这让人疑惑不小。

湘教版和中图版在叙述内部圈层的地幔时提到岩石圈，把它当作内部圈层的一部分来讲解，中图版的叙述是——“地壳和上地幔顶部（软流层以上的上地幔），合称岩石圈”。湘教版的叙述是——“地壳和上地幔顶部（软流层以上）合在一起叫作岩石圈，平均厚度100～110千米。”但在“地球内部圈层结构示意图”中都未标出。

鲁教版教材在“图2-1-2地球内部圈层结构示意”中并未标出岩石圈，但有这样的叙述——“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”；并用“图2-1-3岩石圈结构示意”来解释。

由于地球外部圈层的划分依据是地表物质的构成，是可以直接观测和测量的；内部圈层是依据地震波来划分的，是无法直接观测的。因此，岩石圈是联系外部圈层与内部圈层的纽带。建议把岩石圈当作内部圈层与外部圈层之间的过渡圈层来处理更好！

四、教学建议

1.方法参考

（1）对比归纳法：对比归纳法是明确被比较的地理事物共同点（求同）和不同点（求异）的思维方法，有助于获得新的地理知识及其系统化，具有直观、形象作用，也是进行思想政治教育的有效方法。地震波（横波、纵波），地球外部圈层、内部圈层等知识就可以充分利用对比归纳法，如内部圈层的两个不连续面的对比归纳（详见表1）。

（2）地图分析法：地图具有直观性、地理方位性、抽象概括性、几何精确性等特点，具有信息传输、信息载负、图形模拟、图形认识等基本功能，因此，地图不仅是地理科学研究的重要手段，同时也是地理教学中一种极为重要的手段和方法。例如，通过观察“地球内部圈层结构示意图”，学生可以从界面、地震波波速变化等要素的读取、分析过程中，更好地理解内部三大圈层的厚度、物质状态等相关知识。

2.图表使用

（1）地震波的传播速度与地球内部圈层的划分（图2）。

*地震波有哪两种传播方式？其传播有何规律？地震波如何帮助我们了解地球内部结构？

*地球内部圈层分为哪三层？其界面是什么？其距地表深度大概是多少千米？

依据对地震波的研究，地球内部由外向里共分为地壳、地幔、地核三个圈层，地震波分为横波（在固体中传播，传播速度较慢）和纵波（在固、液中传播，传播速度较快），纵波的传播速度高于横波。界面（地震波波速发生突然变化的面）有两个——莫霍界面和古登堡界面。

（2）地球的内部圈层结构（图3）。

*何谓地壳？地壳的厚度变化规律是什么？其物质组成如何？地壳的结构特点有哪些？

地壳是地球表面以下、莫霍面以上的固体外壳，地震波在其中传播的速度比较均匀。全球平均厚度17千米，大陆平均厚度33千米，海洋平均厚度6千米。厚度变化规律：海拔越高，地壳越厚；海拔越低，地壳越薄。组成物质为岩石，化学元素有90多种，其中氧、硅、铝、铁、钙、纳、钾、镁含量居前8位，人称“8大造岩元素”，氧几乎占1/2，硅占1/4强。硅酸盐类矿物在地壳中分布最广。

地壳上层是硅铝层，主要由比重较小的花岗岩类组成；下层是硅镁层，主要由比重较大的玄武岩类组成。地壳厚度和物质组成各处并不相同。地壳厚度的不均和硅铝层的不连续分布状态，是地壳结构的主要特点：①水平方向上：地壳厚度不均（陆壳厚，洋壳薄）；②垂直方向上：硅铝层不连续分布（大洋部分缺失）。大陆地壳为双层结构，而大洋地壳以单层结构为主。地壳结构示意见图4。

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*何谓地幔？地幔的结构如何？软流层的位置如何？软流层为何能够通过横波？

地幔是地球内部介于地壳和地核之间的圈层，其界面在距离地表2 900千米深处，其结构分上地幔和下地幔。上地幔具有固体特征，主要由含铁、镁的硅酸盐类矿物组成。由地壳和上地幔顶部（软流层以上）合在一起组成岩石圈。软流层：位于上层地幔中，一般认为可能是岩浆的主要发源地之一。软流层所在深度温度、压力极大，强大的压力下，岩面处于一种潜在融熔态，就像烧红的玻璃，既不是液态，又有可塑性，以岩浆形式喷出时，由于压力减小，这种可塑性岩石转化成液态，正因如此，所以软流层能够通过横波。

*读地壳、地幔、岩石圈、软流层示意图（图5），从厚度、范围和联系等方面比较地壳与岩石圈。

在地面以下60～ 250千米之间，由于放射性元素大量集中，蜕变生热，温度很高，使岩石处于塑性状态，局部地区发生熔融流动，该层在地质构造学说中称为软流层。软流层与地面之间部分称为岩石圈。岩石圈平均厚度为100～110千米，包括全部地壳和上地幔顶部（软流层以上），岩石圈由力学性质一致的刚性体组成（表2）。

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*何谓地核？地核分为外核和内核的依据是什么？为什么地球的外核接近液体而内核为固体？

地核是地球的核心部分，即古登堡面（距离表面2 900千米以下）所包围的球体。科学家推测，地核可能是极高温度和高压状态下的铁和镍组成。根据地震波传播速度不同，地核分成内核和外核，横波不能够在外核中传播，则可推测外核呈液态或熔融状态；横波、纵波都可以在内核传播，内核呈固态，理由有二：一是纵波在5 000千米深处，传播速度明显增加，说明可能由液态转为固态；二是图2（地震波的传播速度图）上未表现出的是，横波在5 000千米以下由纵波转化而成，比较微弱，进一步证明内核是固态。

（3）地球外部圈层示意图（图6）。

*地球的外部圈层有哪些？试从概念、组成等方面对各个外部圈层进行比较。

地球的最外层是岩石圈，也是人类生存活动的直接场所。它由岩浆岩、沉积岩、变质岩和土壤覆盖层组成。岩石圈的表面大部分被海洋覆盖。陆地的低洼部分也往往分布有湖泊和河流。在寒冷地区，水积聚成冰川。此外，在地表以下一定的深度也有水，称为地下水。所有这些不同状态的水就构成了水圈。在岩石圈和水圈外面，整个地球被大气所包围，大气的主要成分是氮气和氧气，这个圈层叫大气圈。大气圈是地球最外部的圈层，也是从地面到行星空间的过渡圈层。岩石圈、水圈和大气圈，既彼此分离和独立，又互相渗透和作用。这样，地球上就出现了既有矿物质，又有空气和水分的地带，加上适宜的温度条件，这就构成了生物衍生的地带，叫做生物圈，它包括岩石圈的上部，大气圈的底部和水圈的全部，是地球上一个独立的圈层——人类生存活动的空间。

3.活动指导

（1）鸡蛋结构类似于地球内部结构。将鸡蛋煮到半熟，然后切开，仔细观察其中的物质形态，如果把这只半熟的鸡蛋比作地球，则蛋壳、蛋白、蛋黄就分别相当于地球的地壳、地幔和地核三部分。继续观察，“半熟”鸡蛋蛋白中存在的少量蛋白浆可以表示地球内部的软流层，蛋壳与蛋白之间的膜合起来又可以表示岩石圈（地壳和上地幔顶部）。

（2）绘制地球圈层结构示意图，学生之间相互交流。如果有可能，请学生把作品带给家人或低年级学生欣赏，向他们介绍地球的圈层结构，并力求使自己的讲解严谨科学，形象生动，且富有特色。绘制地球圈层结构示意图，此活动的设置目的在于鼓励大家用多种形式和手段来绘制地球圈层结构，以充分发挥大家的想象力。同时通过绘图，搭建地球的整个内外框架结构，建立地理空间概念，将所学知识形象化、条理化。

（3）收集相关资料。为了培养学生获取地理信息的能力，拓展学生的知识面，并让学生了解科学探究地球结构的新进展，让学生课后在图书馆或互联网收集有关地球各圈层与人类活动关系的材料。

五、思考与练习

（1）在莫霍面和古登堡面，地震波波速的突然变化说明了什么问题？推测地幔和地核的物质状态可能是什么？想一想，还能通过哪些渠道或方法获取地球内部的信息？

说明了物质状态发生了变化，在莫霍面以下（地幔）P、S波都能通过，物质状态可能是固态；在古登堡面以下（地核），S波消失，物质状态可能是液态。

渠道或方法有：①改进深部钻探技术，结合相关方面的科学设想；②根据火山喷发的物质，获取地球内部物质组成的相关信息；③由地表的温泉、热泉可知地球内部有丰富的地热资源；④地球物理遥感探测技术；⑤其它的方法。

（2）地理学家认为，人类生活的地球表层是岩石圈、大气圈、生物圈、水圈等共同作用的界面，具有三个特点：第一，它是一个开放的系统，与系统外的宇宙空间和地球内部始终保持着物质和能量联系；第二，它是一个不均一的层面，存在明显的地域分异；第三，它在不断地变化。请根据这段话回答下列问题：①你是如何理解上述观点的？试选择其中的一点加以解释。②要真正认识人类生活的地球表层，需要了解哪些方面的知识，把它们列出来，提交给地理教师。

问题对课文内容有一定的拓展，这两个问题其实是起承上启下的作用，不要求学生此时就能完全回答。

明确这些圈层之间相互联系、相互制约，形成人类赖以生存的自然环境即可。

需要了解的知识举例：水（海水、水循环）的能量是从哪里来的？火山、地震的能量是从哪里来的？地形是如何改变的？风是怎样形成的？气候是如何分类的？如何预报天气？岩石圈、大气圈、生物圈、水圈之间有什么关系？地球是如何演化的。