第一节地球内圈与人类
1．地球的内部构造
从地表形态来看，我们所生活的地球大陆地表的地形、地貌既错综复杂，又形态各异；既有高山，又有平原；既有高原，又有盆地；既有河流，又有湖泊……透过表象看本质，那么，我们所赖以生存的地球究竟有着怎样的地理结构呢？
虽然人类在地球上已经生活了两三百万年，但地球的内部到底是个什么样子呢？有人建议向地心挖洞，把地球对直挖通，就可以到达地球的另一端了。然而，这却是不可能，也是不现实的。因为目前世界上最深的钻孔，也仅为地球半径的1/500。所以，人类对地球内部的认识，还是不可能很准确的。
随着科学的发展，人们从火山喷发出来的物质中了解到地球内部的物理性质和化学组成，同时利用地震波揭示了地球内部的许多秘密。
地球的整体形状，十分接近于一个扁率非常小的旋转椭球体（即扁球体）。它的赤道半径略长、两极半径略短，极轴相当于扁球体的旋转轴。
地球赤道半径约为6378千米，两极半径约为6357千米。
地壳是地球最外面的一层，一般厚33千米（大陆）或7千米（海洋）。地壳分为上下两层，中间是康拉德面，在10千米左右。
在地壳和地核之间的部分是地幔，平均厚度为2900千米左右。
地幔也分为上下两层，分界面约在1000千米左右。
在上地幔，分布着一个呈部分熔融状态的软流圈，其深度在60千米~400千米左右。人们一般认为，这里是岩浆的发源地。
地壳和软流圈以上的地幔部分，统称为岩石圈。
地球的中心部分为地核，半径为3473千米左右。地核又可分为外核和内核。根据对地震波传播速度的测定，外核可能是液态物质，内核则是固体物质。
探访焦点人物
1910年，前南斯拉夫地震学家莫霍洛维奇契意外地发现，地震波在传到地下50千米处有折射现象发生。他认为，这个发生折射的地带，就是地壳和地壳下面不同物质的分界面。1914年，德国地震学家古登堡发现，在地下2900千米深处也存在着另一个不同物质的分界面。
后来，人们为了纪念他们，就将两个面分别命名为“莫霍面”和“古登堡面”，并根据这两个面把地球分为地壳、地幔和地核三个圈层。
莫霍面以上的地壳，是以硅酸盐矿物为主体组合而成的岩石构成的，上下有所不同，上部的岩石含铝较多，花岗岩最为典型；下部含镁较多，玄武岩最为典型。由于存在差异，地震波在通过时，速度也就不同，在从花岗岩层进到玄武岩层时便会在地震记录上表现出来。
1923年，奥地利地震学家康拉德发现了这个界面，他也因此留名后世。这个界面被命名为康拉德面。
2．地壳
地壳是地球固体圈层的最外层，是岩石圈的重要组成部分。
地球的整个地壳平均厚度约17千米，厚度各处不一，其中大陆地壳厚度平均为33千米左右；高山、高原地区地壳更厚，欧洲阿尔卑斯山的地壳厚达65千米，亚洲青藏高原某些地方超过70千米，而北京地壳厚度约36千米；平原、盆地地壳相对较薄。
大洋地壳则远比大陆地壳薄，平均厚度只有几千米。例如，大西洋南部地壳厚度为12千米，北冰洋为10千米，有些地方的大洋地壳的厚度只有5千米左右。
地壳分为上下两层。
上层化学成分以氧、硅、铝为主，平均化学组成与花岗岩相似，称为花岗岩层（或硅铝层）。这一层在海洋底部很薄，尤其是在大洋盆地地区、太平洋中部甚至缺失，是不连续圈层。
下层富含硅和镁，平均化学组成与玄武岩相似，称为玄武岩层（或硅镁层），在大陆和海洋均有分布，是连续圈层。两层以康拉德不连续面隔开。
大洋地壳主要由硅镁层组成。
青藏高原是地球上地壳最厚的地方，厚达70千米以上。而靠近赤道的大西洋中部海底山谷中地壳只有1.6千米厚。太平洋马里亚纳群岛东部深海沟的地壳更薄，是地球上地壳最薄的地方。
（1）地壳的物质组成
地壳中有90多种天然化学元素，其中氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁八大元素的含量，约占地壳总重量的97％，其余元素只占2％左右。而地壳的八大元素中的氧约占49％，硅约占26％。
地壳中的各种化学元素，随着地质作用的变化不断地进行变化，合成和分解，形成各种具有特征的矿物，而矿物又是形成地壳岩石与矿石的基本单位。
地壳中的矿物大约有3000种，但与形成岩石有关的矿物主要有石英、长石、云母、方解石等。这类矿物通常称为造岩矿物。
（2）地壳中的岩石
地壳是由各种岩石组成的，岩石是由各类矿物组成的。根据形成的条件与当时形成的环境，岩石可分三大类：岩浆岩、沉积岩和变质岩。
岩浆岩，又称为火成岩。是地球深处高温高压下的岩浆在一定条件下形成的。
岩浆岩主要有侵入和喷出两种产出情况。在地壳一定深度上的岩浆，经缓慢冷却而形成的岩石，称为侵入岩。侵入岩固结成岩，需要的时间很长。地质学家们曾进行过估算，一个2000米厚的花岗岩体完全结晶，大约需要6.4万年。
岩浆喷出或者流到地表冷凝形成的岩石，称为喷出岩。喷出岩由于岩浆温度急剧降低，固结成岩的时间相对较短。1米厚的玄武岩全部结晶，需要12天；10米厚需要3年；700米厚需要9000年。
地壳中的岩石主要由岩浆岩构成，常见的、分布较广的岩浆岩有花岗岩、闪长岩、辉长岩、玄武岩、安山岩等。
玄武岩常形成广阔的台地。高原玄武岩，是岩浆溢流形成的地貌景观。安山岩常喷发成边坡比较陡的大型火山，如世界着名的日本富士山、意大利维苏威火山。
我国黑龙江镜泊湖地区，也有很多奇特的玄武岩景观。
沉积岩，又称水成岩。是岩石经风化、侵蚀、搬运、沉积和成岩作用后，形成的岩石。
沉积岩大多是在海洋、河流、湖泊等水环境下形成，一般具有成层现象。其构成岩石的颗粒有粗细之分，层次厚薄不同。
地表分布最广的是沉积岩。由于沉积岩一般形成于常温常压环境，所以岩层里往往保留有生物遗迹——化石。
常见的并且分布广泛的沉积岩有石灰岩、砂岩、砾岩。
变质岩是由岩浆岩、沉积岩甚至包括变质岩本身，在高温、高压或动力挤压下形成的具有一定的结构特征的岩石。
石灰岩经过变质作用，形成美丽的大理石。
这是一种名贵的建筑材料，因云南省大理附近的苍山地区出产这种岩石而得名。
砂岩经变质作用后，形成更为坚硬的石英岩。页岩经变质作用后，形成比较致密而坚实的板岩或片岩。
变质岩在我国的分布也很广。华北地块和塔里木地块主要由早前寒武纪的区域变质岩组成，并构成我国大陆的古老核心。
3．地幔
地幔在地壳与地核之间，又称中间层，厚度约2900千米，主要由致密的造岩物质构成。这是地球内部体积最大、质量最大的一层。
地幔一般分上下两层：从地壳最下层到1000千米1200千米深处，除硅铝物质外，铁镁成分增加，称为上地幔；下层为柔性物质，呈非晶质状态，大约是铬的氧化物和铁镍的硫化物，称为下地幔。
在上地幔上部，岩石圈之下，有一个呈熔岩状态的软流层。这一层地震波吸收率较高，因此地震波传播速度减弱，并且有对流现象，深度在50千米250千米。
了解地幔结构与物质状态，有助于解释岩浆活动的能量和物质来源及地壳变动的内动力。
纵波与声波相似，其速度比横波快。
横波与抖动的绳子产生的波形相似，通过时岩石的震动方向与波的传播方向垂直。横波穿越不同密度的岩石边界时，地震波也会发生反射和折射。利用这些特性，我们就可以对地球内部成像。
4．地核
地核是地球的核心部分，主要由铁、镍元素组成，半径大约是3480千米。地核分为外地核和内地核两部分。
地幔以下大约5100千米处，地震横波不能通过，称为外核。科学家推测外核物质可能是液态。由于地核不仅温度很高，而且压力很大，因此这种液态应当是高温高压下的特殊物质状态。
5100千米6371千米是地球的内核，在这里纵波可以转换为横波，物质状态具有刚性，科学家推测内核物质可能是固态。整个地核以铁镍物质为主。
5．软流层
软流层又叫软流圈，位于上地幔的上部，岩石圈下面，深度在50千米250千米，是一个基本上呈全球性分布的地内圈层。
软流层的分布具有明显的区域性差异，总的规律是大洋下面位置较浅（一般在60千米以下），大陆之下位置较深（深度在120千米以下）。软流层界面不十分确定，与岩石圈之间无明显界面，具有逐渐过渡的特点。软流层是在地震波传播速度研究中发现的。
科学家在研究地震波传播速度在地球内部的变化时发现，上地幔接近顶部的位置，有一个地震波传播速度明显减缓的层，称为“莫霍低速层”。
人们推测，这一层地震波传播速度慢的原因，是积累的热量使岩石软化并局部熔融，因此称为“软流层”。软流层的形成是一个漫长的地质演化过程。
一般认为，软流层的形成需要高温条件以及水和挥发性物质的加入等因素。软流圈熔岩产生时所需的热能、水和挥发性物质，主要由放射性元素衰变和地球圈层分化过程释放出来。地球内部的温度随深度的增加而增高，一般至100千米深时，温度便接近于地幔开始熔融的固相线温度，这时在水和挥发性组分的参与下，开始产生选择性熔融，逐渐形成固流体软流层。
软流层是造成上覆岩石圈严重失稳及导致大洋岩石圈板块下滑、潜没、漂移、扩张的决定性因素，也是大陆岩石圈在软流层上漂移的原因所在。
没有软流圈便不会有岩石圈，特别是大洋岩石圈；没有软流圈，大规模密度倒转现象也不会发生；没有软流圈也就没有了板块运动。
所以，板块构造是地球圈层分化到软流圈阶段之后才产生的。
第二节大气圈与人类
1．看不见摸不着的大气圈
就像盖棉被一样，地球的周围包围着一层厚厚的大气，人类就在这条棉被——这层大气——的底部生活着。这个看不见、摸不着的大气圈里发生着种种有趣的自然现象，为人类的生存提供了可靠的保障。
大气圈又叫大气层，主要由气体组成。当然其中也存在少量的固体、液体和离子，前两者主要出现在对流层，而最后一个主要出现在离地面较远（相对较稀薄）的大气中。
在气态物质中，氮气占去一大半（78.08%），其次是氧气（20.94%），再次是氩气（0.93%），还有少量的二氧化碳、稀有气体和水蒸气。
空气是混合物，成分虽然很复杂，但相对来说比较固定，主要是自然界各种变化相互补偿的结果。
水和各种杂质尘埃是形成云、雨、雪、雾的重要物质。
大气层的空气密度随着高度的增加而逐渐减小，越高空气越稀薄。据推算，在360公里高空的大气层中，空气密度只有海平面附近的万亿分之一。
大气层的厚度大约在1000千米左右，但没有明显的界线。大气圈是由五部分组成的，由下至上依次是对流层、平流层（或同温层）、中间层、热层（或暖层）、散逸层（或外层），再往上就进入星际空间了。
2．对流层
对流层位于大气的最底层，集中了约75％的大气质量和90％以上的水汽质量。这一层空气的运动，是以上升气流和下降气流为主。
对流层在地球上各处的厚度不一，并随着纬度和季节的变化而变化。
对流层在低纬度地区平均高度为17千米～18千米，在中纬度地区平均为10千米～12千米，极地地区平均为8千米～9千米，并且夏季高于冬季。
对流层中的气温，随高度升高而降低，高度平均每上升100米，气温大约降低0.65℃左右。由于对流层大气的主要热源是地面辐射，所以离地面越高的地方受热就越少，气温就越低。
青藏高原比相同高度的其他地区，温度明显偏高，就是因为它提高了地面辐射的位置。
对流层受地表影响较大，气温、湿度等水平分布不均匀，空气运动相当强烈，再加上90％以上的水汽集中在对流层中，所以云、雾、雨、雪等众多天气现象都发生在对流层，其中雨、雪、冰雹主要以大气降水的形式降到地表。
大气降水时必有云，但有云未必有大气降水。云的形成过程，是空气中的水汽经由各种原因达到饱和或过饱和状态而发生凝结的过程。云吸收从地面散发的热量，并将其反射回地面，这有助于使地球保温。但是云同时也将太阳光直接反射回太空，这样便有降温作用。
简单地说，雾就是接近地面的云，主要是气温降低造成的。一般秋冬早晨多雾。
城市中的烟雾是由于人类的活动造成的。
对流层集中了大气圈气体的90%以上，因此各种化学反应在这里是十分丰富的。
对流层是人类及生物主要活动的区域。这一层的各种天气变化，影响着生物的生存和行为，是大气层中与人们生活和生产关系最密切的一层。
因此，加深对对流层天气的了解，准确地把握天气变化的规律，对于工农业生产、交通、航天、航海以及人们日常生活都具有重大的意义。
3．平流层
平流层也叫同温层，是在对流层以上到海拔大约50千米的大气圈区域。在中纬度地区，平流层位于离地表10千米～50千米的高度。
而在极地，这层则最低离地表8千米左右。
