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第四节　地球的圈层结构
【学习目标】
1.结合图文材料,了解地球内部圈层结构,分析不同地区地壳厚度的差异。(区域认知)
2.结合图文材料,分析地震波的特点及其应用。(综合思维)
3.通过野外观察,了解地球外部圈层的范围并能观察说明其特点。(地理实践力)
4.结合日常生活,认识保护人类生存圈层的重要性,促进人地协调。(人地协调观)
【自主预习】
一、地球的内部圈层
1.划分依据:①　　　　的传播速度。
2.纵波:能在②　　　　　　　　　中传播,速度③　　　　。
横波:只能在④　　　　中传播,速度⑤　　　　。
3.结构
(1)地壳
a.厚度不均,海拔越高,地壳越厚。
b.分界:⑥　　　　　　。
　　(2)地幔
a.⑦　　　　:其中的⑧　　　　一般被认为可能是岩浆的主要发源地之一。
b.下地幔。
c.分界:⑨　　　　　　。
(3)地核
外核:横波不能在其中传播,表明其物质状态为液态或熔融态。
内核:一般认为呈固态。
　　
二、地球的外部圈层——与地壳或岩石圈共同组成地球的生态系统
　　1.大气圈
(1)地球生命生存的基础条件之一。
(2)大气圈主要成分是⑩　　　　和氧气。
2.水圈
(1)　　　　。
(2)陆地水。
3.生物圈
(1)广泛分布于地壳、大气圈和水圈中。
(2)是地球上最活跃的圈层。
　　【答案】　 ①地震波　②固体、液体、气体　③快　④固体　⑤慢　⑥莫霍界面　⑦上地幔　⑧软流层　⑨古登堡界面　⑩氮气　海洋水
【合作探究】
情境导入　左图示意20世纪世界最深的钻井——科拉钻井,深12 226 m,利用该钻井能够认识地球内部结构吗 右图示意人类生存的自然环境,组成自然环境的各圈层间存在怎样的关系
进入今天的课堂,我们可以揭开这两个谜底。
提示:不能,地球的半径约6 300 km,该钻井的深度不及地球半径的1/500,因而无法认识地球的内部结构。人类生存的各圈层是相互联系、相互渗透的。
主题1：地球的内部圈层
主题探究
情境　科学家用地震波的方法“透视”地球内部结构。地震波分为横波和纵波,纵波传播速度快于横波,纵波可以在固、液、气三相态物体中传播,而横波只能在固态物质中传播。科学家根据地震波在地球内部传播速度的变化发现两个不连续面,并以此为界,将地球内部分为三层结构。下图示意地球内部圈层结构。
任务1　说出地球内部的两个不连续面名称。
　　【答案】　莫霍界面和古登堡界面。
任务2　简述科学家用地震波方法发现两个不连续面的依据。
　　【答案】　莫霍界面在地表以下平均33 km处,地震波通过该界面传播速度明显加快;古登堡界面在地表以下约2 900 km处,横波突然消失,纵波速度减慢。
任务3　说出图中a、b、c代表的地球内部结构名称。
　　【答案】　a为地壳,b为地幔,c为地核。
素养培育
干热岩新能源的开发——培育人地协调观
情境　2020年4月29日,干热岩地热深井内开展的超长重力热管取热试验在河北唐山海港经济开发区马头营取得成功。这标志着我国在世界范围内首次实现中深层地热资源的“无泵式”开采(如图)。通过开发类似“地下锅炉”的新技术,实现了干热岩地热资源开采技术的重大突破,为地热资源利用开辟了新模式、新路径。
任务　结合所学知识,分析干热岩中储存的热能的来源。
　　【答案】　软流层中放射性元素的衰变产生的热能,随岩浆向地壳表层传播。
知识小结
1.地震波的特点及应用
分类 纵波 横波
别称 P波 S波
传播 状况 速度 快;固体中最快,气体中最慢 慢
介质 可以通过固体、液体和气体传播 只能通过固体传播
共性 传播速度都随着所通过物质的性质变化而变化
地物表现 上下颠簸 左右摇晃
应用 研究地球内部的结构、矿产资源的分布和油气资源的分布,以及与大型工程建设相关的近地表地层的复杂结构
2.地球内部圈层具体划分及特点
以莫霍界面和古登堡界面为界,可以将地球内部分为地壳、地幔和地核三个圈层,具体比较见下表。
圈层名称 厚度/km 不连续面 地震波波速变化 特征
地壳 平均 33 (莫霍界面) (古登堡界面) 纵波和横波的波速都明显增加 纵波波速突然下降,横波消失 由岩石组成的固体外壳;厚薄不一,大洋部分比较薄,大陆部分比较厚;在陆地部分,一般情况下,地势越高,地壳越厚
地幔 上地幔 2 900 为固态,上部存在一个软流层,可能为岩浆的主要发源地
下地幔 为固态,温度很高,压力和密度均很大
地核 外核 3 400 呈熔融状态,横波不能通过
内核 为固态;温度很高,压力和密度均很大
3.地壳与岩石圈的关系
(1)区别:地壳是地表至莫霍界面,全球平均厚度约17 km;岩石圈是地表至软流层,平均厚度在60~120 km。如下图所示。
(2)联系:岩石圈包括地壳,由坚硬的岩石组成。
对点训练
　　超深孔地质钻探是指为研究地壳深处和上地幔地质、矿藏等情况而进行的钻探工程。目前,人类最深的钻孔位于俄罗斯的科拉半岛上,深度达12 262 m。超深钻孔对于研究地壳和上地幔物质组成、矿产分布规律等有重要的意义,但对各类孔底动力机、钻头、测井仪器、电缆等钻探工具要求很高。读地球内部圈层局部示意图,回答1~2题。
1.俄罗斯科拉半岛上的钻孔最深处到达了上图中的(　　)。
A.甲层底部 B.乙层底部
C.甲层上部 D.乙层上部
2.科拉半岛上超深钻井钻探过程中探测到地层中的物质可信的是(　　)。
A.高温的岩浆
B.大量的岩石
C.大量液态或熔融状态的铁和镍物质
D.大量铁、镁含量很高的硅酸盐矿物
　　【答案】　1.C　2.B
【解析】　第1题,根据材料可知,该钻孔最深到达俄罗斯科拉半岛地下12 262 m处,而大陆地壳平均厚度约为39~ 41 km,故钻孔的最深处应在地壳上部,图中莫霍界面上部的甲层为地壳,故俄罗斯科拉半岛上的钻孔最深处到达了上图中的甲层上部。第2题, 科拉半岛上超深钻井最深处在地壳上层,高温的岩浆位于地幔;地壳是由固态岩石组成的,因此钻探过程中探测到的物质中最可能是大量岩石;大量液态或熔融状态的铁和镍物质位于地核;地壳上层一般是含硅、铝较多的硅酸盐矿物。
主题 2：地球的外部圈层
主题探究
情境1　下图为四个圈层构成示意简图。
任务1　判断甲、乙、丙、丁圈层的名称。
　　【答案】　甲为生物圈,乙为大气圈,丙为水圈,丁为岩石圈。
任务2　图中哪几个圈层与泥石流的形成相关
　　【答案】　丙、丁圈层。
任务3　说出甲圈层的特点。
　　【答案】　是地球特有的圈层,是非常活跃的圈层。
任务4　由其他三个圈层相互作用而成,反过来又对其他三个圈层产生不可忽视影响的是哪个圈层
　　【答案】　生物圈。
情境2　图Ⅰ是某同学拍摄的一张自然景观图。图Ⅱ是该同学绘制的地球圈层间的物质交换示意图,图中序号①②③代表外部圈层。
任务1　图Ⅰ中的自然景观能反映出哪些地球圈层
　　【答案】　大气圈、水圈、生物圈、岩石圈。
任务2　图Ⅱ中①②③分别代表哪些外部圈层
　　【答案】　①——水圈,②——生物圈,③——大气圈。
任务3　“落红不是无情物,化作春泥更护花”反映了各圈层之间怎样的关系
　　【答案】　反映了各圈层之间相互联系、相互制约的关系。
任务4　哪个圈层是自然地理环境系统中最活跃的圈层 说明原因。
　　【答案】　生物圈。生物圈中的生物,不仅使自然界中的化学元素进行了迁移,而且改造了大气圈、水圈和岩石圈,从而使地球面貌发生了根本的变化。因此,自然地理环境系统中最活跃的圈层是生物圈。
知识小结
1.三大外部圈层的比较
圈层 概念 组成 特点 作用
大气圈 由气体和悬浮物组成的、包围地球的复杂系统 气体的主要成分是氮和氧,还含有一定数量的二氧化碳和臭氧等气体;悬浮物主要为固态杂质,同时大气中还有一定数量的水汽 大气的密度随着高度的增加而逐渐减小,在2 000~3 000 km的高空,地球大气的密度已经与星际空间的密度非常相近 地球生命的保护伞,它避免了大多数流星体对地球的撞击,且削弱了紫外线对地球生物的影响,保护了地球上的生命
水圈 由地球表层水体构成的连续但不规则的圈层 地表水、地下水、大气水、生物水等 水圈的水处于不间断的循环运动之中 在地表物质迁移和能量转化中起着重要作用,是人类或其他生物生存和发展不可或缺的
生物圈 地球表层生物及其生存环境的总称 大气圈的底部、水圈的全部和岩石圈的上部 生物圈是地球特有的圈层,也是最为活跃的圈层 从环境中获取物质和能量,同时也促进太阳能的转化,改变大气圈和水圈的组成,改造地表形态
2.各个圈层之间的关系
地球的大气圈、水圈、生物圈与岩石圈之间,相互联系、相互制约、相互渗透,不断地进行着物质和能量的交换,形成了人类赖以生存的地球表层环境。
对点训练
　　李白的《望庐山瀑布》:“日照香炉生紫烟,遥看瀑布挂前川。飞流直下三千尺,疑是银河落九天。”为人熟知,名扬天下。读庐山瀑布景观图,回答1~2题。
1.庐山瀑布景观图反映出的地球圈层个数是(　　)。
A.2个 B.3个 C.4个 D.5个
2.“飞流”所在圈层的主要特点是(　　)。
A.最活跃的外部圈层
B.由坚硬的岩石组成
C.主要成分是氮气和氧气
D.圈层连续而不规则
　　【答案】　1.C　2.D
【解析】　第1题,图中大气体现的是大气圈,瀑布体现的是水圈,植被等体现的是生物圈,岩石体现的是岩石圈,一共体现了4个地球圈层。第2题,“飞流”属于水圈,水圈的特点是连续而不规则;生物圈是最活跃的外部圈层,岩石圈由坚硬的岩石组成,大气圈主要成分是氮气和氧气。
【随堂检测】
思维构建
　　【答案】　①水圈　②地壳
即时训练
　　地震发生后,某地理学习小组绘制了地震波波速在地球内部的变化图。读图,回答1~3题。
1.若该次地震震源深度约为10 km,则此次地震的震源位于(　　)。
A.内核 B.地幔
C.外核 D.岩石圈
【答案】　D
【解析】　大陆地壳平均厚度为39~41 km,此次地震的震源在地表以下10 km,所以此次地震的震源位于岩石圈。
2.下列有关甲、乙、丙、丁的叙述,正确的是(　　)。
A.丙为莫霍界面
B.先到达地面的是甲波
C.丁为古登堡界面
D.先到达地面的是乙波
　　【答案】　B
【解析】　地震发生时,地下岩石受强烈冲击,产生弹性振动,并以波的形式向四周传播,这就是地震波。地震波有纵波和横波之分,纵波传播速度较快,可以通过固体、液体和气体介质;横波传播速度较慢,只能通过固体介质,图中甲波为纵波,乙波为横波,故先到达地面的是甲波。
3.地震波横波(S波)和纵波(P波)的传播速度在莫霍界面处发生的显著变化是(　　)。
A.S波、P波的波速都明显增加
B.S波完全消失,P波的波速突然下降
C.S波、P波的波速都明显下降
D.P波完全消失,S波的波速突然下降
　　【答案】　A
【解析】　莫霍界面是地壳和地幔的分界面,纵波、横波在这个不连续面下,其传播速度都明显加快。
　　雾凇,俗称树挂,是低温时空气中水汽直接凝华,或过冷时雾滴直接冻结在物体上的乳白色冰晶沉积物,是非常难得的自然奇观。雾凇景观以吉林雾凇最为有名。读吉林雾凇景观图,回答4~5题。
4.雾凇的形成,体现的地球圈层数量有(　　)。
A.1个 B.2个 C.3个 D.4个
　　【答案】　C
　　【解析】　据图文材料可知,雾凇是空气中的水汽在树木等物体上凝华而成的,故雾凇的形成体现的地球圈层有大气圈、水圈和生物圈,共3个。
5.构成雾凇景观的核心要素所属地球圈层的主体是(　　)。
A.海洋 B.空气
C.岩石 D.植物
　　【答案】　A
【解析】　由材料可知,构成雾凇景观的核心要素是冰晶,属于水圈,水圈的主体是海洋。
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