地球的圈層結構

孟凡剛　孫彥順

通過科學家研究表明，數十億年前，原始地球是一個剛從太陽星云中分化出來的接近均質的物體。主要由碳、氧、鎂、硅、鐵和鎳等元素組成，沒有明顯的分層現象。地球圈層的分化過程同整個地球的溫度變化過程密切相關。放射性元素的輻射能量在地球內部的積累，使那里的溫度逐漸升高，因而物質就有了可塑性，加上重力的作用，物質便發生分異，逐漸形成性質不同的圈層，不同圈層間存在著相互聯系。

一、地球的內部圈層

地球物理學家通過對地震波傳播速度的研究，將地球內部大致分為三個主要圈層：地殼、地幔和地核。

1、地殼

地殼是地球表面一層薄薄的、由巖石組成的固體外殼，地球固體圈層的最外層，巖石圈的重要組成部分，其底界為莫霍洛維契奇不連續面(簡稱莫霍面)。整個地殼平均厚度約17千米，其中大陸地殼厚度較大，平均為33千米。高山、高原地區地殼更厚，最高可達70千米；平原、盆地地殼相對較薄。大洋地殼則遠比大陸地殼薄，厚度只有幾千米。

地殼分為上下兩層。上層化學成分以氧、硅、鋁為主，平均化學組成與花崗巖相似，稱為花崗巖層，亦有人稱之為“硅鋁層”。此層在海洋底部很薄，尤其是在大洋盆底地區，太平洋中部甚至缺失，是不連續圈層。下層富含硅和鎂，平均化學組成與玄武巖相似，稱為玄武巖層，所以有人稱之為“硅鎂層”，在大陸和海洋均有分布，是連續圈層。

2、地慢

地幔介于莫霍界面與古登堡界面之間，厚度約2800多千米，分上地幔與下地幔。上地幔深35～1000千米，上地幔的組成可以從巖漿巖推知。源于地幔的基性巖、超基性巖(ultraba-sieroek)以及金伯利巖等都具有共同的高鐵、鎂特征，與地震波傳播速度也一致，結合地球化學研究，可以認為上地幔的成分接近于超基性巖即二輝橄欖巖的組成。

下地幔深1000～2900千米，其下界為以美國地球物理學家姓氏命名的古登堡界面。其組成物質除硅酸鹽、金屬氧化物及硫化物外，顯著特點是鐵、鎳物質大量增加。

在地幔的上部存在一個由塑性物質組成的軟流層，是巖漿的主要發源地。軟流層以上的地幔部分與地殼主要由巖石組成，構成了巖石圈。

3、地核

地核主要由鐵、鎳元素組成，半徑為3400多千米，是地球的核心部分。地核又分為外地核和內地核兩部分。外地核的物質為液態，內地核被科學家認為是固態結構。

地核內部不僅壓力大，而且溫度也很高，估計可高達2000-5000℃，物質的密度也很大。在這種高溫、高壓和高密度的情況下，通常所說的“固態”或“液態”概念，已經不適用了。因為地核內的物質既具有鋼鐵那樣的“鋼性”，又具有像白蠟、瀝青那樣的“柔性”(可塑性)。這種物質不僅比鋼鐵還堅硬十幾倍，而且還能慢慢變形而不會斷裂。

二、地球的外部圈層

1、大氣圈

大氣圈是包圍在地球周圍的空氣圈層。大氣圈是多種氣體組成的混合物，其中低層大氣主要由干潔空氣、水汽和固體雜質組成。干潔空氣的主要成分是氮和氧。其中，氮是干潔空氣中含量最多的成分，是地球生物體內蛋白質的重要組成部分。氧也是大氣中含量較多的成分，是人類和一切生物維持生命活動必須的物質。二氧化碳在大氣中的含量很少，卻起著非常重要的作用，它是植物進行光合作用的原料，也是調節地表溫度的重要氣體。臭氧在大氣中的含量極少，但它能夠強烈吸收太陽輻射中的紫外線，被譽為“地球生命的保護傘”。

根據大氣在垂直方向上的溫度、密度及運動狀況的差異，可將大氣層分為對流層、平流層和高層大氣。對流層的高度隨著緯度的變化是不一樣的，高緯度地區對流層的厚度約為8-9千米，中緯度地區的厚度約為10-12千米，低緯度地區的厚度約為17～18千米。對流層的氣溫隨高度的增加而降低，空氣對流運動顯著，是與人類關系最密切的一層，因為云、雨、霧、雪等天氣現象都發生在這一層。平流層大氣以水平運動為主，氣流平穩，適合飛機飛行。氣溫隨著高度的增加而升高，因為平流層中的臭氧層吸收了大量的紫外線。高層大氣空氣密度很小，含有電離層，能夠反射無線電波，對人類的無線電通信活動有重要作用。

2、水圈

水圈的主體是世界大洋，其面積占全球面積的71％左右。陸地上的湖泊、河流、沼澤、冰川、地下水，甚至礦物中的水都是水圈的組成部分?？梢姡堑厍虮砻娣植甲顝V泛的物質。同時，水也是地表最重要的物質和參與地理環境物質能量轉化的重要因素。在地球全部的水儲量中，陸地淡水僅占2.526％，而且絕大多數又以冰川的形式存在于極地和高緯度、高海拔地區。目前可供人類直接利用的淡水資源很少，因此，節約用水和保護水資源已成為當務之急。

水分和能量的不同組合使地球表面形成了不同的自然帶和自然景觀類型，水溶解巖石中的營養物質，為滿足生物需要創造了前提。水分循環不僅調節氣候、凈化大氣，而且幾乎伴隨一切自然地理過程促進地理環境的發展與演化。

3、生物圈

生物圈是指地球生物及其分布范圍所構成的一個極其特殊、又非常重要的圈層。生物圈主要由生命物質、生物生成性物質和生物惰性物質三部分組成。生命物質又稱活質，是生物有機體的總和；生物生成性物質是由生命物質所組成的有機礦物質相互作用的生成物，如煤、石油、泥炭和土壤腐殖質等；生物惰性物質是指大氣低層的氣體、沉積巖、粘土礦物和水。

在地理環境中，生物圈并不單獨占有任何空間，而是分別滲透于水圈、大氣圈下層和地殼即巖石圈表層。生物圈的質量僅相當于大氣圈的1／300，水圈的1，7000。但生物在促進太陽能轉化，改變大氣和水圈的組成，參與風化作用和成土過程，改造地表形態等方面起著重要的作用。

事物是普遍聯系的，地球內部的物質在不斷運動和循環。地球外部的各個圈層之間相互聯系、相互制約，形成人類賴以生存的自然環境。人類與自然環境的關系是相互影響、相互制約的。人類活動在改造環境，環境對人類產生反作用，人類和環境協調發展，才能實現可持續發展的目標。