地球的结构是构成地球内部的迷人而复杂的层排列。 了解这种结构对于地质学家和科学家来说至关重要，因为它可以深入了解地球的组成、行为以及塑造地球的过程。 这些知识对于各个领域也至关重要，包括地质学、地震学和 板块构造，因为它有助于解释自然现象，例如 地震, 火山，以及大陆和海洋盆地的形成。
地球内部：地壳、地幔和地核
地球内部可分为三个主要层：地壳、地幔和地核。 这些层具有独特的性质和成分，在塑造地球的地质和行为方面发挥着重要作用。
- 地壳:
- 地幔:
- 核心:
地球的结构和各层之间的相互作用导致了各种地质现象，包括地震、火山喷发和构造板块的运动。 了解地球内部结构对于理解和预测这些自然事件以及探索地球的历史和地质至关重要。
关于地球内部，你应该了解什么？
- 由于地球的尺寸巨大且其内部成分不断变化，因此不可能通过直接观察来了解地球的内部。
- 对于人类来说，到达地球中心（地球半径为6,370公里）几乎是不可能的距离。
- 通过采矿和钻探作业，我们只能直接观察地球内部几公里的深度。
- 地球表面以下温度的快速升高是限制地球内部直接观测的主要原因。
- 但是，通过一些直接和间接的来源，科学家们仍然对地球内部的样子有一个大致的了解。
有关地球内部的信息来源
直接来源：
- 来自矿区的岩石
- 火山喷发
间接来源
- 通过分析 温度和压力的变化率 从表面到内部。
- 流火，因为它们属于构成地球的同一类型的材料。
- 引力，在两极附近较大，在赤道处较小。
- 重力异常，即重力值随物质质量的变化，为我们提供了有关地球内部物质的信息。
- 磁源.
- 地震波：体波（初级波和次级波）的阴影区域为我们提供有关内部材料状态的信息。
地球内部结构
地球内部结构基本上分为三层 – 地壳、地幔和地核.
地壳
- 它是地球最外层的固体部分，通常厚约 8-40 公里。
- 它本质上是脆性的。
- 地球体积的近1%和地球质量的0.5%是由地壳构成的。
- 海洋区和大陆区下面地壳的厚度是不同的。 与大陆地壳（约 5 公里）相比，海洋地壳更薄（约 30 公里）。
- 地壳的主要组成元素是硅（Si）和铝（Al），因此，它通常被称为 唾液酸 （有时 SIAL 用于指代岩石圈，它也是包含地壳和最上层固体地幔的区域）。
- 地壳中物质的平均密度为3g/cm3。
- 之间的不连续性 水圈和地壳 被称为 康拉德不连续性。
地幔
- 地壳以外的内部部分称为地幔。
- 之间的不连续性 地壳和地幔 被称为 莫霍罗维奇不连续性或莫霍面不连续性。
- 地幔厚度约为2900公里。
- 近84%的地球体积和67%的地球质量被地幔占据。
- 地幔的主要组成元素是硅和镁，因此也被称为 SIMA.
- 该层的密度高于地壳，范围为 3.3 – 5.4g/cm3。
- 地幔最上面的固体部分和整个地壳构成了 岩石圈.
- 软流圈 （80-200公里之间）是位于岩石圈正下方的上地幔的高粘性、机械强度弱且易延展的变形区域。
- 软流圈是岩浆的主要来源，也是岩石圈板块/大陆板块在其上移动的层（板块构造）。
- 之间的不连续性 上地幔和下地幔 被称为 重复不连续性.
- 位于岩石圈和软流圈下方但地核上方的地幔部分称为 中间层.
核心
- 它是地球中心周围的最内层。
- 地核因古腾堡不连续性而与地幔分离.
- 主要成分为铁（Fe）和镍（Ni），因此也被称为 NIFE.
- 地核占地球体积的近15%和地球质量的32.5%。
- 地核是地球最致密的层，其密度在9.5-14.5g/cm3之间。
- 核心由两个子层组成：内核和外核。
- 内核处于固态，外核处于液态（或半液态）。
- 上磁芯和下磁芯之间的不连续性称为 莱曼不连续性。
- 重球 有时用来指地球的核心，有时指整个内部。
地球的组成
地球成分中的主要元素和矿物质：
- 氧气（O）： 氧是地球成分中最丰富的元素，约占地壳重量的 46.6%。 它是矿物质和化合物（例如硅酸盐和氧化物）的重要组成部分。
- 硅（Si）： 硅是地壳中第二丰富的元素，约占地壳成分的27.7%。 它是各种硅酸盐矿物的关键成分，而硅酸盐矿物是地壳的主要组成部分。
- 铝材料 （阿尔）： 铝约占地壳的 8.1%。 它经常存在于矿物质中，例如 长石, 矾土和各种硅酸盐。
- 铁（Fe）： 铁是地球组成中的另一种重要元素，约占地壳的 5%。 它存在于多种矿物质中，包括 赤铁矿 和 磁铁矿.
- 钙（Ca）： 钙约占地壳的 3.6%，常见于以下矿物质中： 方解石 和 石膏.
- 钠 (Na) 和钾 (K)： 钠和钾合计约占地壳的 2.8%。 这些元素通常存在于长石等矿物中。
- 镁（Mg）： 镁约占地壳的 2.1%，存在于以下矿物质中： 黄绿 和 蛇纹石.
- 钛 （钛）： 钛约占地壳的 0.57%，存在于以下矿物质中： 钛铁矿 和 金红石.
- 氢 (H): 虽然氢不是地壳的主要成分，但它是地球整体组成中的重要元素，主要以水 (H2O) 的形式存在。
- 其他要素： 各种其他元素，包括 硫、碳、磷和许多微量元素在地球成分中的含量较少。
地球层内元素的分布：
- 脆皮： 地壳主要由硅酸盐矿物组成，包括 石英, 长石, 小，以及各种类型的岩石。 硅和氧是地壳中最丰富的元素，形成了这些矿物的支柱。
- 外套： 地幔主要由硅酸盐矿物组成，以铁和镁为主要元素。 橄榄石、辉石和 石榴石 是地幔中常见的矿物质。
- 外核： 外核主要由液态铁和镍组成。 该层负责产生地球磁场，其中铁是主要元素。
- 内部核心： 内核由固体铁和镍组成。 尽管温度极高，但强大的压力使这些元素保持固态。
地球各层内元素的分布是地球早期历史中物质分化和分离的结果。 地球的层状结构是数十亿年来发生的物理和化学过程的结果，包括行星吸积、分化和地质活动。
地球内部的温度、压力和密度
温度
- 在矿井和深井中观察到温度随着深度的增加而升高。
- 这些证据以及从地球内部喷发的熔岩都支持温度向地心方向升高。
- 不同的观测表明，从地表到地心的温度升高速率并不均匀。 有的地方比较快，有的地方比较慢。
- 开始时，深度每增加1m，温度升高的速度平均为32℃。
- 在前100公里内，气温以每公里12摄氏度的速度上升，在接下来的300公里内，每公里气温上升20摄氏度。 但进一步深入，这个速率降至每公里仅 10 摄氏度。
- 因此，假设 地表以下的温度升高速率正在降低 向中心 （不要将温度升高速率与温度升高混淆。 温度总是从地球表面向中心增加).
- 中心的温度估计在 3000 摄氏度到 5000 摄氏度之间，由于高压条件下的化学反应，温度可能要高得多。
- 即使在如此高的温度下，由于上覆物质的巨大压力，地心的物质仍处于固态。
压力
- 就像温度一样， 压力也从表面向中心增加 地球的。
- 这是由于岩石等覆盖材料的巨大重量造成的。
- 据估计，在更深的部分，压力非常高，比海平面大气压力高出近3至4万倍。
- 在高温下，下面的材料会向地球中心部分熔化，但由于压力很大，这些熔化的材料获得了固体的特性，并且可能处于塑性状态。
密度
- 由于压力增加以及中心存在较重的材料（如镍和铁）， 地球各层的密度也向中心增加.
- 各层的平均密度从地壳到核心不断增加，最中心的密度接近14.5g/cm3。
地球磁场
地球磁场是围绕我们星球的一个重要而复杂的特征。 它在我们的日常生活中发挥着重要作用，并具有多种重要功能。 以下是地球磁场的概述：
1. 地球磁场的产生：
- 地球的磁场主要是由地球外核中熔融铁和镍的运动产生的。 这个过程被称为地球发电机。
- 地球发电机由地球内部放射性同位素衰变和地核冷却产生的热量驱动。
2. 磁极性：
- 地球磁场有南北磁极，类似于条形磁铁。 然而，这些磁极与地理北极和南极并不对齐。
- 地球磁极的位置和方向会随着地质时间的推移而发生变化，这些极性的反转在岩石中被记录为“磁条”。
3. 磁场成分：
- 地球磁场的特征在于其强度、倾角和磁偏角。
- 磁力强度： 这代表地球表面特定位置的磁场强度。
- 倾角： 它指的是磁力线与地球表面相交的角度，从磁极的近垂直到赤道的水平不等。
- 偏角： 这是真北（地理北）和磁北之间的角度。
4. 磁场的作用及重要性：
- 地球磁场有几个重要的功能和好处：
- 它充当保护罩，偏转来自太阳的有害带电粒子，例如太阳风和宇宙射线。 这个屏蔽被称为磁层，有助于保护地球上的大气层和生命。
- 它可以为包括鸟类和海龟在内的迁徙动物提供导航和定向，这些动物使用磁场作为指南针。
- 指南针依靠地球磁场进行导航和定向。
- 磁场用于各种科学和地质研究，包括古地磁学（对岩石中记录的古代磁场的研究），以了解地球的历史和构造板块的运动。
- 磁场对于现代技术至关重要，包括医学中的磁共振成像 (MRI) 和地球物理勘探中的各种应用。
5. 地球磁场的变化：
- 地球的磁场不是恒定的，会随着时间的推移而发生变化，包括长期变化（逐渐变化）和地磁反转（磁极性翻转）。
- 研究人员监测这些变化，最近的观察表明，地磁北极的移动速度比过去更快。
出于各种科学、技术和环境原因，了解地球磁场至关重要。 它是地球地质的一个组成部分，在维持地球生命所需的条件方面发挥着至关重要的作用。
参考资料
吉乔·苏达桑 ,地球内部：地壳、地幔和地核（2018），https://www.clearias.com/interior-of-the-earth/
