地理科学导论第一章.ppt

地理科学导论,一,第一章 地球系统,主讲人：枫TEL:EMAL:,知识点,13大天体 2地球运动 3地球演化 4.地表循环 由于时间关系，今天就先讲1，2，3节内容.,第一节 宇宙中的地球,一,行星木星是太阳系中最大的行星，它是在地球上能看到的除金星以外最亮的星。,卫星-月球,流星雨,哈雷彗星,补充说明：宇宙中最基本的天体是恒星和星云,星云由气体和尘埃物质组成，质量很大，呈云雾状,恒星是由炽热的气体组成、质量庞大、能自行发光的天体。,、,小结：以上这些物质通称天体。即天体是宇宙间物质的存在形式。,：,银河系,太阳系,地月系,总星系（可见宇宙）,河外星系,其它恒星系统,其它行星系统,天体系统的层次（由高到低）,二、地球在宇宙中的位置,1.天体概念：宇宙间物质的存在形式2.天体存在形式：恒星 星云 行星 卫星 彗星 流星等3.天体系统形成条件：天体相互吸引、相互绕转4.天体系统层次：总星系,银河系,河外星系,太阳系,其它恒星系统,地月系,其它行星系统,地球,月球,太阳系的八大行星,太阳系模式图,太阳系八颗行星轨道倾角与偏心率,1、其他行星的公转轨道面与地球的公转轨道面之间的夹角大吗？,2、与其他行星相比，地球的轨道形状特殊吗？,讨论思考:,类地行星,巨行星,远日行星,将地球的质量和体积与其他行星进行比较，有特殊的地方吗？,太阳系其他行星与地球的质量和体积比,地球是一颗普通行星的原因：,运动特征:同向性共面性近圆性结构特征:类地行星巨行星远日行星,地球是太阳系中一颗普通的行星,1、有适合的温度,2、有供生物呼吸的大气,4、安全的宇宙环境,日地距离适中,质量和体积适中，引力适中，吸引大气,同向性、共面性、近圆性，各行星各行其道，互不干扰,适于生命过程发生和发展的温度（地表平均气温15）,金星：480,火星：-40,3、有液态水,地球内部物质变化,为什么说地球是人类唯一的”家园”呢？,地球又是一颗特殊的行星地球的特殊性：有生命存在,三大原因:1.地球与太阳距离适中适宜的温度 2.地球体质和质量适中大气条件 3.地球上有液态水的存在,第二节 宇宙因素的地理效应,知识点：太阳对地球的影响 月球对地球的影响,【知识结构】,一、太阳辐射,概念:太阳源源不断地以电磁波的形式向四周放射能量,这称为太阳辐射。,太阳能量的来源:4个氢原子聚变为一个氦原子释放大量的能量太阳寿命:按爱因斯坦质能方程E=C2m计算,太阳寿命为100亿年,目前正处于稳定而旺盛的中年时期50亿年。,1.5亿千米(1 AU),日地平均距离,太阳常数：日地平均距离条件下，在地球大气上界，垂直于太阳光线的1cm2面积上，一分钟接受到的太阳辐射能量。,8.24,观察图中太阳辐射的能量的分配情况如何？主要集中在哪个光区？,以各种各样的形式给地球提供能量：,太阳辐射,直接提供的光、热（维持生物的生长）；维持地表温度，促进地球上水、大气运动、生物活动和变化的主要动力；煤、石油等是地质历史时期生物固定以后积累下来的太阳能；是生活和生产中多种能源的来源。中国太阳能最丰富地区:最贫乏地区:,四川盆地,青藏高原,二、太阳活动有哪些，分别出现在太阳外部什么圈层？,光球层,（紫外线波段拍摄的太阳）,太阳大气的结构：,日冕层（日全蚀可见）,边缘为色球层,太阳大气层结构,光球层,色球层,日冕层,黑子变化周期是11年，是太阳活动强弱的标志。,色球层的耀斑和日珥,珥日,耀斑太阳活动最激烈的显示,活动层,例题,案例1：中高纬地区的一些乔木年轮的疏密变化，有明 显的11年周期性，原来,案例2:家住北京的刘长生老汉这几天有点纳闷，他的几只 一向听话的信鸽放飞之后再也没有回家，经人指点，原来这几天太阳活动,案例3：二战期间的一个早晨，英国指挥部接到各雷达站报告，说雷达受到了来自东方的奇怪干扰，这种干扰的方向与太阳移动的方向一致，而且只出现在白天。当时，人们对雷达受到干扰的原因进行了一些分析：A.德军使用的一种秘密武器；B.雷达本身的故障；C.外界杂波的干扰；D.太阳活动的影响。你认为上述原因哪一种比较合乎情理？为什么？,1、对气候的影响 2、扰乱地球上空电离层，影响无线电波通讯 3、扰动地球的磁场 4、作用于两极高空大气，产生极光 5、干扰电子设备，威胁太空中的宇航器的安全,三、太阳活动对地球的影响,太阳活动对地球和人类还有哪些影响？,对人类的健康有影响,对人类的生育有影响,对人类的智力有影响,还有很多,观察太阳黑子数与降水量之间的关系，从中你得出什么结论？,正相关,负相关,先负相关后正相关,极光,极光,极光,二、月球的地理效应,要点,1.产生地球上的潮汐现象。2.提供夜晚照明。3.提供一个自然的时间度量单位月。对地球的运动产 生摄动。,第一级近似圆球形第二级近似旋转椭球体第三级近似大地水准体(Geoid)大地水准面海面上的重力位各处都是相等的，即海面在重力作用下是一个等位面，把这个等位面延伸通过大陆，就形成一个封闭曲面。,1.1.1 地球的形状和大小,大地水准体大地水准面（平均海面）所封闭的球体形状。不是一个稳定的旋转椭球面，有地方隆起，有地方凹陷，相差可达100m以上；赤道横截面不是正圆形，是近似椭圆形，长轴指向西经20和东经160方向，长短轴之差为430m；赤道面不是地球的对称面，与标准椭球体相比，南极大陆比基准面凹进24m；北冰洋却高出基准面14m。赤道南纬60之间高出基准面，而从赤道到北纬45之间低于基准面。,有关地球的常数,地球赤道半经（）：6378137m*地球极半经（）：6356752m*赤道标准重力加速度（e）：（9780321）10-5m/s2 地球的其它数据地球平均半经：6371km 子午线周长：40008.08km赤道周长：40075.24km 地球的面积：51000万km2*海洋面积：36100万km2，占地球总面积的70.8陆地面积：14900万km2，占地球总面积的29.2地球的体积：10830亿km3*地球的质量：5.9761027g*地球的平均密度：5.517g/cm3物体脱离的临界速度：11.2km/s 赤道上点的线速度：465m/s地球沿轨道运动的平均速度：29.78km/s大陆最高山峰（珠穆朗玛峰）：8846.27m大陆平均高度：825m海洋最深海沟：-11034m 海洋平均深度：-3800m大陆和海洋的平均高度：-2448m（即全球表面无起伏，将被2448m厚的海水所覆盖）,地球的物理性质,地球的平均密度是5.517g/cm3。地壳上部岩石平均密度是2.65g/cm3。推测地球内部必有密度更大的物质。地球密度随深度而增大。在地下若干深度处密度呈跳跃式变化，推测地核部分密度可达13g/cm3左右。地球的平均密度和水星（5.4）相差不多。月球（3.341）和火星（3.95）的密度都比地球小，其它行星的密度更小。,地球的重力,地球的重力地球对地表和地内物质的引力。据万有引力定律：F=GMm/r2地球赤道处重力加速度g=9.780318(m/s2)地球两极处重力加速度g=983.2177(m/s2)两极，重力比赤道处大0.53，也就是说把在两极重100kg的物体搬到赤道地区时，则变成99.47kg。,重力随纬度的增加增加。重力随海拔高度的增加减小。重力随深度的增加先增加，然后减小，到地心趋向于零。,重力异常理论重力值：把地球看作一个理想的旋转椭球体，且内部密度无横向变化，所计算出的重力值。重力正异常实测重力值理论重力值0 重力正异常实测重力值理论重力值0 重力异常的地质意义：重力正异常此处地下往往有密度较大的物质，可能是铁、铜、铅、锌等矿区。重力正异常此处地下往往有密度较小的物质，可能有石油、煤、盐类以及大量地下水等 存在。看教材，想一想：重力的自由空气校正？自由空气异常？重力的布格校正？布格重力异常？看图1-3了解我国大陆部分地区布格重力异常。,地磁磁场同置于地球中心的一个大条形磁铁（条形磁铁与地轴呈11.5相交）所产生的偶极磁场相类似。地磁三要素磁场强度：地表任意一点地磁的大小。单位奥斯特Oe，指向北磁极。磁偏角：地磁子午线与地理子午线之间的夹角。其中，以指北针为准，东偏为“”；西偏为“”。磁倾角：磁针与各处水平面的夹角。依指北针，下倾为“”；上仰为“”。两磁极为90；赤道为0。,地磁的特点（1）地磁南北极和地理南北极的位置不一致，并且磁极的位置逐年都有变化（如表1-1），磁极有向西缓慢移动的趋势。（2）地面上每一点都可从理论上计算出它的磁偏角和磁倾角。如磁偏角和磁倾角与理论值不符时，叫做地磁异常。（3）地球磁场的磁力线受太阳风的影响，被压缩在一个固定区域内，这个区域叫磁层。,1.1.2.4 地热,地热地球内部储存的热能。有关地热的基本概念常温层：地表向下一定的深度地壳表层的温度不再随外界温度而变化，这一 深 度 叫常温层。其因地而异，我国北方约为30m。地热增温级（率）：在常温层以下，温度每升高1时所增加的深度，单位是m/。其平均值为：33 m/。地热梯度：深度每增加100m，地温增加值。平均：3/100m。地热增温的规律只适用于地壳部分或岩石圈。,地热（续1）,地热来源与释放来源：铀（U238，U235）、钍（Th232）、钾（K40）等放射性元素衰变产生的热能。释放：火山喷发、热水活动、构造运动、大地热流。大地热流 大地热流-地球内部热能向地表传输的现象。全球平均为：6.1510-6J/cm2s。则全球每年为：6.1510-6J/cm2s一年地球表面积9.631020-1.091021J，这个数字相当于燃烧300多亿吨煤放出的热量。,地热（续2）,地热流量（值）4.186810-6J/cm2s1个地热流量单位。用（HFU）表示。全球平均地热流值：1.47 HFU。全球地热流值特征：全球平均地热流值为1.470.74HFU，大陆和海洋平均值几乎相等。地热流值的分布有明显的时空差异。海洋：洋中脊最高1.901.48HFU；海盆1.270.53HFU；距离洋中脊最远的海沟平均值最低1.160.70HFU。从古到新，地热流值表现为由低到高的趋向。前寒纪地块0.910.02HFU，新生代褶皱带1.750.06HFU。热流值与岩石圈厚度有关。岩石圈越薄越大；反之越小。,地热资源,地热能一定地质条件下，地热富集起来形成地热能。地热流值2HFU，一般被认为是良好地热资源的地区。中生代褶皱带（相当于环太平洋带）、新生代喜马拉雅褶皱带（相当于地中海-喜马拉雅带）是著名的地热带（地震带和火山活动带）。我国东部沿海（包括台湾在内）和西藏、云南等地，处于世界的两条地热带范畴内，地热资源丰富。,地球的结构,大气圈地表16000km高空都存在气体或基本粒子。总质量达51015t，占地球总质量的0.00009。水圈包括海洋、江河、湖泊、冰川、地下水等，形成一个连续而不规则的圈层。生物圈指地球表面有生物存在的圈层。生物圈：大气圈的下层，岩石圈的上层和整个水圈，最大厚度可达数万米。核心部分为地表以上100m，水下100m。这三个圈层为地球外部圈层，将在其它课程中进一步学习。,地球内部圈层(地壳、地幔和地核),地震波地震时从震源释放出来的部分能量以弹性波的形式向四周传播。地震波分为：体波和面波；体波又分为纵波和横波。地震波的特点纵波（P）：周期短、振幅小，可以通过固体和流体，速度较快。横波（S）：周期较长、振幅较大只能通过固体，速度较慢。地震波的传播速度随着所通过介质的刚性和密度的变化而改变。分析地震波的传播，犹如“透视”地球，可知内部情况。,地震波在地下的传播,地震波地球内部传播的不连续面 地震波传播时，在某些深度处速度发生急剧变化，称为不连续面。其中有两个变化最显著的不连续面一级不连续面。莫霍面地下平均33km处（指大陆部分）。此不连续面以上，P波速为7.6km/s，以下急增为8.0km/s；S波由4.2km/s增到4.4km/s。此一级不连续面称莫霍面。古登堡面地下2900km处的地震波传播不连续面。纵波速由13.32km/s突然降为8.1km/s，横波至此完全消失。莫霍面和古登堡面，将地球内部分为3个圈层：地壳、地幔和地核。,地球内部圈层示意图,1.地壳的化学组成,地壳中主要元素的克拉克值,地壳地球莫霍面以上的固体硬壳（A层）。地壳的化学组成 地壳中含有元素周期表中所列的绝大部分元素，而其中O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg等8种主要元素占98以上，其他元素共占12。化学元素在地壳中平均含量克拉克值。大多数大多数情况是相关元素化合形成各种矿物，其中以O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg等组成的硅酸盐矿物为最多，其次为各种氧化物、硫化物、碳酸盐等。各种不同矿物特别是硅酸盐类又组成各种岩石。一些元素在一定条件下可以迁移和富集，含量超过该元素的克拉克值，并在质和量上达到开采要求形成矿床。,2.地壳的厚度,地壳地球表面的一层薄壳，其厚度大致为地球半径的1/400，但各处厚度不一。大陆部分平均37km多；海洋部分平均约7km。高山、高原部分最厚。如青藏高原地壳最厚可达70km,康拉德面地壳中地震波传播的次一级不连续面，海洋不明显或不存在。地壳（A层）：被康氏面分为上下两层（A和A）。上层地壳（即A层）：以O、Si、Al及K、Na等为主，与花岗岩的成分相似，所以叫花岗岩层；此层又称为硅铝层（Sial）。厚：010km；山区、高原40km；平原10km，海洋变薄甚至缺失。下层地壳（即A）：以O、Si、Al为主，但Mg、Fe、Ca等显著增加,与玄武岩的成分相似,叫玄武岩层，又称硅镁层（Sima）。海洋：厚58km；大陆部分延伸至花岗岩层之下，可达30km，是一个连续圈层。平均密度2.93.0g/cm3。,地壳的类型 大陆型地壳陆壳；大洋型地壳洋壳。陆壳的特征：厚度较大（3070km），双层结构玄武岩层之上有花岗岩层（表层的大部分地区有沉积岩层）。硅铝层浮在硅镁层之上，地表起伏越大（高山、高原），莫霍面越深，地壳越厚。洋壳的特征：厚度较小，最薄处5km，单层结构玄武岩层，其表层为海洋沉积层所覆盖。次大陆型地壳陆壳、洋壳间的过渡型。地壳总特征地壳厚度的差异性和垂直结构及物质成分的不均匀性。,陆壳与洋壳对比,地幔莫霍面以下到古登堡面以上的圈层。为从地壳底界2900km深度处。占地球总体积的82。物质密度3.32g/cm3 5.7g/cm3，在地幔下部接近地球的平均密度。压力随深度而增加。温度也随深度缓慢增加，下部约为3000左右。,1.地幔概况,地震波在地幔中的传播地震波传播速度缓慢而均匀变化，缺少一级不连续面，说明地幔物质较地壳具有很大的均匀性。在约400km和约1000km深处各有一个次一级不连续面，即拜尔勒面和雷波蒂面，据此划分为B、C、D层。一般以1000km为界，把地幔分为上地幔和下地幔。,上地幔 震波数值与在橄榄岩中实验所得数值相似橄榄岩层，又称榴辉岩层。与地壳相比，SiO2减少，镁铁增加。岩石圈莫霍面以下上地幔顶部，相当于固态的橄榄岩层。通常把这一层加上地壳（即A+B）合称为岩石圈。古登堡低速层软流圈60400km范围内，波速下降古登堡低速层（相当B层）。一般认为该层有部分熔融，有较大的塑性或潜柔性软流圈。软流圈的深度、厚度和范围常随地而异。约7001600，岩浆的主要发源地，地壳运动、岩浆活动、火山活动及热对流等皆可能与此层有关。上地幔下部（C层）也有次一级不连续面，具体情况有待于继续探索。中、深源地震（最深可达720km）的震源皆发生在上地幔中。,下地幔,下地幔（D层）物质密度较大，5g/cm3，底界接近地球的平均密度；压力可达1.51011Pa。化学成分：目前认为相当于镁铁的硅酸盐矿物，与上地幔无甚差别。但因压力大，硅酸盐矿物可能形成晶体结构紧密的高密度矿物。由于纵波和横波都能在地幔通过，因此一般认为地幔呈固态存在。,地核,地核：2900km的古登堡面以下地心因震波速度发生突然变化纵波速从13.32km/s下降到8.1km/s，横波则消失。表明组成物质的化学成分和物理性质等有了很大的变化。据地震纵波的变化，地核可分为：外核、过渡层和内核。据推测，地核物质致密，9.713g/cm3；压力达3.03.61011Pa；温度为3000，最高可能达5000或稍高。外核由于只有P波才能通过，呈液态。过渡层和内核有S波出现，呈固态。,地核（续）,地核的成分。很早认为地核是铁镍成分，相当于铁陨石的成分铁镍地核说。后来有人认为组成地核的物质也是硅酸盐，但在高温高压下，原子结构受到破坏，成为具有金属特性和液体特性的物质超固态。近来又提出了更新的看法：实验结果表明P波速度相当于铁族金属，重新肯定了铁镍地核说。可能还存在一些硅、硫等较轻的元素。,1.3 地质作用和地质年代,地质作用在自然力的作用下，使地球的物质组成、内部构造和地表形态发生变化的作用，总称地质作用。地质营力 内营力 外营力地质作用 内力地质作用 外力地质作用,自然力（地质营力）,内营力内力地质作用：地热 重力能 旋转能 化学能 结晶能,外营力外力地质作用：太阳能 潮汐能 生物能,地质作用的结果,内力作用：一般在地下深处，使地表起伏加剧。使岩石圈变形、变质、形成新岩石。使岩石圈分裂、融合、变位、漂移，改变大地构造格局。外力作用：一般在地表附近，夷高填低，减小起伏。使地表岩石的组成不断发生变化。使地表形态不断发生变化（外力地质作用几乎均有重力能参与）。内外力作用的关系对立统一，互为条件，相互依存。,地质作用的分类,内力作用,地质年代表,地质年代表,第三节 地球的运动,知识点：开普勒定律 日、年的概念 自转与公转的意义 地转偏向力 黄道 二分二至点,哥白尼太阳中心说 波兰天文学家哥白尼(1473-1543)提出日心說，认为太阳是宇宙的中心，而地球只不过是围绕太阳运动的一顆行星，成功解釋行星的逆行現象。但是，这一模型对天体运动的预测也不太准。,第谷和开普勒 第谷：测量行星的位置及变化，积累了大量的观测资料开普勒：第谷的助手和继承人，利用第谷的观测资料，总结出行星运动三大定律。,开普勒第一定律：所有行星皆以椭圆形轨道环绕太阳运行，而太阳则处在椭圆的一个焦点上。开普勒第二定律：假若在行星和太阳之间画一条直线，无论行星在什么位置，在同等时间之下，这条直线所扫过的面积皆会相等。行星越接近太阳，运行速度越高。,开普勒第三定律：行星公转周期的平方与太阳平均距离的立方成正比(公转周期)2=(常数)(平均距离)3 开普勒只是从行星运动的观测数据中总结出三大定律，属于经验规律，非常正确，但不知是什么原因。,牛顿 牛顿提出万有引力定律：萬物皆會互相吸引 F=G M1 M2/r2 G為引力常數，太小！（6.6711011米3千克1秒2）地球上的物體的質量太小，它們之间的引力便微不足道！,一、地球的自转,1.1傅科摆 傅科摆是一个镀金球体,球内装有一些铜,球体由一根不锈钢丝从75 英尺高的天花板上悬吊下来。万向接头使它可以自由地朝任何方向摆动。傅科摆下方的电磁铁抵销了空气摩擦力,使摆可以持续地均匀摆动。由于地球的自转,摆在一天中摆动的方向会变化。,地球绕其自转轴的旋转运动，叫做地球的自转。一般可以从地轴的空间位置，地球的自转方向、周期和速度等方面来说明地球自转的规律。天和地的关系，犹如球面与球心的关系，周日运动的方向应同地球自转方向相反。天体的东升西落，说明地球自西向东运动。恒星周日运动的周期（恒星日）和（角）速度，如实的反映了地球自转的周期和它的角速度。,1.2自转的定义,自转的方向,地球自转的方向是自西向东。,自转的周期,地球自转一周360，所需要的时间为23时56分4秒，这叫作1恒星日。一个太阳日是24小时。,地球自转的速度,根据地球自转的周期，可以知道地球自转的角速度大约为15每小时。地球表面除南北两极点外，任何地点的自转角速度都一样。地球自转的线速度，则因各纬度的不同而有差异,地球自转速度的变化 长期看来是逐渐变慢的，形成之初4小时到今天的24小时。短期看波动频繁，1999年以来速度一直在变快。影响因素：长期：潮汐、地球内部物质运动 短期：季节性变化,小结,方向,自西向东,周期,地球自转的真正周期地球自转了360，须23时56分4秒。,地球自转的非真正周期地球自转了36059，须24小时。,恒星日：,太阳日：,速度,除南北极点外，地球表面任何地点的自转角速度都相等，都为每小时15,角速度,线速度,与转动半径长度成正比,赤道长为40076604千米,N 逆S 顺,1、地球自转产生了昼夜更替现象,3、由于地球自转，地球上不同经度的地方，有不同 的地方时。,2、物体水平运动的方向产生偏向。南左北右,4、对地球形状的影响。,1.3地球自转的意义：,5、同地球的局部运动有密切的关系,科里奥利力,科里奥利力图解,地转偏向力是一种“视力”只能改变物体运动的方向而不能改变运动的速率，她时刻和物体运动方向垂直。,地方时：,因经度而不同的时刻,时间东加西减,二、地球的公转,2.1“年”的概念地球按照一定轨道绕太阳的运动，叫做地球的公转。周期为一年。“年”的概念：恒星年 365.2564 季节变化的周期 回归年 365.2422 春分点每年西移50”近点年 365.2596 近日点每年东移11”,黄北极,2.2地球公转的轨道,什么是黄道?黄道与公转轨道的异同?,地球自转,地球公转,赤道平面,黄道平面,黄赤交角,地轴在宇宙空间的方向不因季节而变化,太阳直射点在南北回归线间随季节而移动,正午太阳高度的变化,昼夜长短的变化,四季的更替,各地所得 太阳能量有季节变化,2.3地球公转的地理意义,黄赤交角,2326,6634,太阳直射点在南北纬2326间往返移动,春分日 3.21,夏至日 6.22,秋分日 9.23,冬至日 12.22,地球公转示意图,演示,昼夜长短的变化（以北半球为例）,A、春秋二分日，太阳直射赤道，全球各地昼夜等长，各为12小时；,B、自春分日经夏至日到秋分日，太阳直射在北半球，为北半球的夏半年，北半球各纬度昼长夜短；,C、自秋分日经冬至日到次年春分日，太阳直射在南半球 为北半球的冬半年，北半球各纬度昼短夜长。,夏至日，太阳直射在北回归线上，北半球各地昼最长，夜最短，北极圈内出现极昼现象。,冬至日，太阳直射在南回归线上，北半球各地昼最短，夜最长，北极圈内出现极夜现象。,二、对地球长期气候变迁影响，岁差、章动和极移,专题3地球的演化理论,过程天文时代地质时代生物时代人类时代,地球演化的特征,方向性非线性1、突变性2、累进性节律性稳定性,THANKS!请大家多多指导！谢谢！,