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探求地球奥秘
感悟人生真谛
地球的物理性质
由于技术发展水平所限, 目前还不具备直
接观察地球内部的手段, 可直观了解地球深
部情况的钻孔目前最深也只有 12km,因此对
地球深处的认识, 则主要靠地球物理的工作
成果 。 通过对固体地球的重力, 密度, 压力,
弹性, 地热, 地磁, 放射性等物理性质变化
规律的研究, 来推测地球内部的物质成分,
温度, 压力状态等及其变化规律, 并以此作
为了解和划分地球内部圈层构造的依据 。
地球的物理性质
地球的物理特征
地球的容貌
内 容 提 要
1,地球的密度
2、地球的压力
3、地球的重力
4、地球的温度
5,地球的磁性
6、地球的电性
7、地球的弹塑性
8、地球的放射性
一、地球的密度
? 根据地球的质量 （ 5.974× 1021 t） 和体积
（ 1.08× 1012 km3） 可求得地球的平均密度为
5.516g/cm3。 但地表岩石的密度为 1.5-3.3g/cm3，
平均 2.67g/cm3； 海水的平均密度为 1.028g/cm3。
据此可以断定, 地球内部必有密度更大的物质 。
? 目前尚无直接测量地球内部密度方法, 而是根据
地震波在地内的传播速度来推断的 。 目前公认的
地内密度变化模型是由澳大利亚学者布伦
（ K·E·Bullen） 推导的 。 因为它满足,1.与地球的
平均密度相符； 2.与地球绕其旋转轴的转动惯量
相符； 3.与地内地震波传播速度的深度变化曲线
相符； 4.与目前所知的地内物质成分相符 。
? 根据布伦 （ 1975年 ） 推导的模型 （ 图 5-3）,地 球
随深度呈阶梯状递增, 在 400,650,900,2900、
处有显著变化 。 地球 表层 2.7g/cm3； 33km处为
3, 32g/cm3； 2885km 处由 5, 56g/cm3 猛增至
9.98g/cm3； 6371km处 （ 地心 ） 达 12.51g/cm3。
地球的物理性质
二、地球的压力
?地球内部压力主要是上覆物质重量
所形成的静压力, 其大小与地内物
质密度和重力有关 。 可用 Ph=hρ hgh
来表达, 其物理含义是地内某处的
静压力 （ Ph)等于该处的深度 （ h）
与其上覆物质平均密度 （ ρ h ） 及
平均重力加速度的乘积 。
?地壳的平均密度为 2.7g/cm3,深度
每增加 1km,压力增加 27.5MPa。 地
下 10km处的压力约为 1kPa； 33km处
为 12MPa； 2885km处为 135200MPa；
地心处压力估计 可 达 361700MPa。
地球的物理性质
三、地 球 的 重 力
?重力概念
地球重力是指地球表面某一点所
受的地心引力 F和地球自转离心力
C的合力 。
?重力方向
根据 F＝ Gm/R2,C＝ mω 2r 可知：
地心引力以赤道最小, 两极最大,
而离心力以赤道最大, 两极为零,
离心力相对地心引力是很小的,
即便在离心力最大的赤道上, 离
心力也只不过是该处地心引力的
1/289。 可见离心力只在很小程度
上使重力小于地心引力, 而重力
方向仍大致指向地球的质量中心
r
R
地球的物理性质
三、地球的重力－地表重力场的变化
? 受重力影响的空间称为重力场 。 重力场中某一
点的重力强度 （ 即重力值 ） 常以该点的重力加
速度来表示, 其常用单位是 cm/s2。 这个单位称
为伽, 它的千分之一则称为毫伽 。
? 由于地心引力和离心力均随纬度而变化, 故地
球表面 （ 大地水准面 ） 赤道处的重力值最小,
为 978.0318伽, 两极处的重力值最大, 为
983.2177伽, 比赤道增加 0.53%。 即在赤道重
1kg的物体在两极便为 1005.3g。 据此, 1971年
国际大地测量和地球物理协会通过大地水准面
上某一点的重力值的计算公式：
ｇ 0 ＝ 978,0318（ 1＋ 0,0053 024sin2ψ －
0.000058sin22ψ ）
式中 ｇ 0―― 某一点海拔 0m时的重力加速度 。
ψ ―― 为地理纬度 。 该公式称为国际重力公式
地球的物理性质
三、地球的重力－重力校正与异常
? 国际重力公式是建立在地球为一均质体的假定基础之上的, 所求得的重力值
也是以海平面为基准的 。 由重力公式所求得的重力值称为正常重力值或理论
重力值 。 实际上, 由于地球物质分布不均匀, 各处密度和分布状态不同, 地
形高低不同, 由地面重力仪实测的重力值往往与正常重力值不一致 。 而人们
所要了解的往往是地球内部密度的变化情况, 因此, 就要消除高度 （ 根据重
力 g=Gm/r2计算以及实验测定, 高度每升高 1m,g值便减少 0.3083毫伽 ） 和地形
（ 高出海平面而组成地形的物质也会形成引力 ） 等因素对重力值所造成的影
响, 对实测重力值进行一定的折算, 这个折算过程称为重力校正 。 其中消除
高度对重力值影响的部分称为高程校正或自由空气校正；消除组成地形物质
引力对重力值的影响的部分称为中间层校正；高程校正和中间层校正又合称
为布格校正 。 其校正公式如下：
ｇ b＝ ｇ＋ （ 0.3083h－ 0.1119h） × 10-3
式中 ｇ b— 布格校正重力值, 伽；ｇ — 实测重力值, 伽；ｈ — 测点高程, 米；
0.3083— 高度每变化 1m重力的变化量, 毫伽； 0.1119— 密度为 2.67g/cm3的 1m
高的岩石所产生的重力, 毫伽 。
? 经过校正, 便可把某一点的重力观测值换算成与该点位置相当的海拔高度为
零的重力值 。 校正后的重力值若仍明显偏离正常值, 则称其为重力异常 。 实
测校正值大于理论值时称为正异常；反之称为负异常 。 这种异常反映了地球
内部物质密度的变化, 它是研究地质构造和地球内部物质变化的重要信息 。
地球的物理性质
三、地 球 的 重 力－地内重力变化
?由于地球内部质量随深度分布的不均
匀性, 导致重力在地球内部呈不规则
变化 。 总的趋势是在地表以下 2900km
以上呈波浪状变化, 而 2900km以下随
深度增加呈递减趋势 。 具体表现为：
?地表重力值为约 981伽, 向下递增至
655km处达到第一次最大值, 为 995伽,
然后向下递减, 至 2000km深处为 986
伽, 再向深处又快速递增, 到 2750km
处达到极大值 1050伽, 再向下又减小,
到 2900km深处为 1030伽, 其后开始锐
减, 至地心地球质量为零, 重力也为
零 。
2750km－－ 1050伽
2000km－－ 986伽
655km－－ 995伽
0km－－ 981伽
地球的物理性质
? 温泉, 火山, 井下升温等种种迹
象告诉人们, 地球内部蕴藏着巨大
热能 。 据估计, 地球每年通过地表
热传导和热辐射到空间的热量达
8.368× 1020J,相当于现代人类消
耗总能量的 10倍以上, 地球内部的
总热量相当于地球全部煤炭储量的
1.7× 108倍 。
? 地球内部温度的受地热控制, 表
层受太阳辐射热影响 。 据此可将地
球内部的热力和地温分为外热层,
常温层, 内热层等 三层
四、地球的温度地球的物理性质
外热层 是地球的表层, 平均
厚度约 15m左右 。 能吸收太阳辐
射热, 但其中绝大部分又被辐
射到空中, 只有极少的一部分
传入地下数十米深的岩石中,
部分温度变化主要受太阳辐射
热控制 。 因此, 该层的地温是
向下降低的 。 而且随太阳热量
的昼夜和季节性变化而变化,
也称 变温层 。 一般来说, 日变
化速度大而幅度小, 影响深度
1-1.5m； 年变化速度小而幅度
大, 影响深度 10-20m。
四、地球的温度－外热层地球的物理性质
常温层 常温层是外热
层地界面一下, 温度常
年保持不变的地带, 故
也称 恒温层, 其温度相
当于当地年平均气温 。
该层的深度一般中纬度
地区较深, 而在极地和
赤道较浅；内陆区较深,
滨海区较浅 。 原因是中
纬度和内陆区的气温年
变化较大 。
四、地球的温度－常温层地球的物理性质
内热层 位于 常温层之下, 地
温受地球内部热源的影响而随
深度的增加而升高, 故也称 增
温层 。 这种升高往往具有一定
规律性 。 并可用地温梯度和地
温级来表示 。
? 地温梯度 也称 增温梯度 或 地热
增温率 。 它是指深度每增加
100m时地温所增加的度数 。 以
℃ /100m为单位 。
? 地温级 也称 地热增温级 或 地热
深度 。 它是指温度每升高 1℃ 所
得增加的深度 。 与地温梯度呈
倒数关系 。 以 m/℃ 为单位 。
地温梯度和地温级互为倒数
四、地球的温度－内热层地球的物理性质
? 不同的地区地温梯度是不一样的, 大陆区一般为
3℃ /100m,洋底为 4-8℃ /100m。 地温梯度除与热
源距离有关外, 还与热导率有关, 热导率低的地
区, 地温梯度较高 。 地温较高的地区称为地热
（ 温 ） 异常区, 可用于开发地下热水和热气 。
? 在地球内部, 地表以下约 70km范围内, 地温梯度
平均为 2,5℃ /100m, 往下逐渐变小, 约为 0.5-
1.2℃ /100m； 地温在 1000km深处不超过 1500℃,
在 2900km深处约为 2700℃, 地心温度约为 3200℃,
一般认为不会超过 5000℃ 。
四、地球的温度－地温梯度的变化
地球的物理性质
目前普遍认为, 地热有三个可能的来源：
?地球残余热 地球形成过程中, 因星际物质撞击而产生大量
热量, 地球收缩过程也使地内物质受到压缩放出热量 。 这部
分热量估计可使地球温度升高到几百度并部分残余在地球内
部 。
? 重力位能降低热 地球形成后, 由于增温放热过程而发生轻
重物质分化, 轻物质上升, 重物质下降, 重力位能降低, 转
化成热量 。 这部分热量可是地球温度提高 1500 ℃
? 放射性元素蜕变热 放射性元素在蜕变过程中, 不仅要放出
射线, 而且也放出巨大热能 。 地球上部的放射性元素含量高
于下部, 故放射热主要集中在地球的上部圈层 。 同时, 放射
热随时间的推移是逐渐降低的, 据有关资料显示, 40亿年前
全球的放射热大约是现在的 4倍 。
四、地球的温度－地热来源地球的物理性质
?地球是一个均匀磁化
的球体 。 磁力线分布
特征和棒形磁铁地
磁场相似, 呈一个偶
极磁场 。
五、地 球 的 磁 性地球的物理性质
五、地球的磁性－磁倾角、磁场强度
地球的物理性质
?地磁极和磁偏角
五、地球的磁性－地磁极、磁偏角地球的物理性质
五、地球的磁性－古地磁
?古地磁 是指记录于岩石中的地质历史时期的地磁场 。 岩石在
其形成过程中, 因受当时地磁场的影响而获得磁性, 这些受
磁化的岩石在磁场发生改变后, 仍可将原来磁化的性质部分
地保留下来形成剩磁 。 其中剩磁有热剩磁和沉积剩磁之分,
这些剩磁可以指示当时的地磁场方向, 故称为古地磁 。
?热剩磁 是指岩浆岩在其形成过程中同时受到磁化而保存的磁
性 。 熔岩在 500℃ 以上时, 其中的矿物是没有磁性的, 当温
度降低到 450℃ 时, 某些磁性矿物便受当时的地磁场的影响
而磁化, 使冷凝后的岩浆岩保留了当时地磁场的特点 。
?沉积剩磁 是指沉积岩在其形成的沉积阶段, 原已磁化的颗粒
（ 如具剩磁的的熔岩碎屑 ） 沿当时地磁场的方向沉积下来而
保存的磁性特征 。
地球的物理性质
五、地球的磁性－地磁场变化
地磁场的变化有短期变化和长期变化之分
? 短期变化每天都有轻微而规则地发生, 磁偏角变
化约几分, 磁场强度变化几十伽玛 。 这些是由地
球公转和自转中日地相对位置和地轴倾斜等外部
原因引起 。 比较强烈的突然性变化称为磁暴, 平
均每年发生 10次左右, 每次时间几小时到几天,
强度可达几伽玛, 磁暴发生时, 磁针摆动不停,
罗盘无法使用, 无线电讯中断, 高纬度地区出现
极光 。 磁暴与太阳活动放出的大量电磁辐射使大
气强烈电离有关 。
? 消去地磁要素的短期变化就得到了基本地磁场 。
基本地磁场也有长期而缓慢的变化 。 主要表现为
地磁极极性和位置的变化 。 现已查明,0.69Ma年
前至今的磁北极在 0.69－ 2.43Ma年间为磁南极,
在 2.43－ 3.32Ma年间为北磁极, 再以前相当一段
时间为南极 。 极性转换期磁强减弱, 磁北极 1600
年 位 于 78° 42′ N,59° 00′ W； 1700 年是
75° 51′ N,68° 48′ W； 1970年是 69° 18′ N、
96° 37′ W； 1980年是 78° 12′ N,102° 54′ W。
根据北美和欧洲古地磁资料
500Ma来的地磁极迁移路径
1580－ 1970年伦敦磁偏角变化
地球的物理性质
?磁异常五、地球的磁性－磁异常
地球的物理性质
?磁场成因
五、地球的磁性地球的物理性质
六、地 球 的 电 性
? 地球电性的表现：大地可作为发电厂的回路, 大气电离对的感应电场,
大雷雨时的放电现象, 岩体温差电流, 大面积地磁场感应电流等, 说明
地球具有电性 。
? 地电的影响因：地球内部的电性主要受地内物质的电导率影响 。 地壳的
电导率 与岩石的成分, 空隙度, 空隙水的矿化度 有关 。 如沉积岩的电导
率大于变质岩的电导率, 空隙度大且充满水的岩石的电导率大, 空隙水
的矿化度高的岩石电导率大, 等等 。 地壳电导率还与 层理 有关, 沿层理
方向比垂直层理方向的电导率大 。 温度 对电导率的影响更大, 熔融岩石
比未熔融的同类岩石的电导率大几百到几千倍, 所以地热流大的地区电
导率也大 。 电导率随 深度 有的增加趋势 。
? 地电的变化：大地电流主要是地磁场变化而产生的, 因此大地电流的强
度和方向受其影响均有变化 。 地电场有日变, 月变, 年变等周期变化,
也有不规则的干扰变化 。 主要来自地球外部, 如太阳辐射, 宇宙线等 。
地电干扰也叫电暴, 变化强度大, 时间短 。
? 地电场经常受到日变和电暴影响而有改变 。 必须设固定的观测站连续观
测, 将外加电场消除, 可获得正常电场值 。 将测量值与正常值比较 。 如
有差异就是地电异常 。 反映可能有矿体或地质构造存在 。 根据这一原理
进行勘探找矿的方法叫电法勘探 。
地球的物理性质
七、地 球 的 弹 塑 性
? 地球具有弹性和塑性 。 地球内部地震波的传播和地球表层的固体潮 （ 地
表在日月引力下象海水发生潮汐那样发生升降运动的现象－仪器测量结
果升降可达 7-15cm） 现象反映出地球的弹性 。 地球旋转椭球体的形状和
许多岩层强烈褶皱而不断裂则说明地球不是完全的刚性体, 而具有一定
的塑性 。
? 地球的 弹性和塑性在不同条件下可以互相转化 。 一般来说, 任何物质变
形与都其松弛时间 （ 水为 10－ 12秒, 冰为 103秒, 方解石约为 1天, 石灰
岩约为 300年, 地球平均约为 1.5年 ） 有关, 当作用力作用时间短于松弛
时间时, 受力物质表现为弹性, 反之则表现为塑性 。 因此, 地球在作用
速度快, 持续时间短的力 （ 如地震波和潮汐力 ） 的作用下表现为弹性体,
而在速度缓慢, 持续时间长的力 （ 如地球旋转力, 重力 ） 的作用下则表
现为塑性体 。
? 所谓松弛是指在总变形 （ 弹塑性变形 ） 保持固定的条件下, 随着时间的
推移, 弹性变形会逐渐消失, 而塑性变形会逐渐增大, 变形物体内部的
应力逐渐降低的现象 。 松弛时间＝粘滞系数 /弹性模量 。
地球的物理性质
七、地球的弹性
－地震波
? 地球具有弹性使地震波得以传播, 人们正是通
过对地震波在地球内部传播所发生变化的研究来
了解和解释地球内部的特征和物质变化的 。
? 地震波通常可分为 体波 （ 又可分为纵波和横
波 ）, 面波和自由振荡 。 纵波 （ P波 ） 传播时质点
震动方向与波的传播方向一致 。 横波 （ S波 ） 的质
点震动方向与波的传播方向垂直 。 面波 （ L波 ） 是
沿地面或某个界面传播的波, 其质点震动比较复
杂 。 自由振荡
? 地震波速与物体的密度和弹性有关, 其关系式为
Vp=(k+3/4M)p Vs=M/p
（ Vp－ 纵波速； Vs－ 横波速； p－ 介质密度； k
－ 体变模量； M－ 切变模量 ）
可见, 波速与密度成反比, 与弹性模量成正
比；固体中纵, 横波都能传播, 而在液体中因其
切变模量为零而不能传播横波；地内密度随深度
增加, 波速也相应加快 。 结合模拟实验, 可将地
球内部划分为若干圈层并推测其成分和物态
地球的物理性质
八、地球的放射性
? 地球 。
地球的物理性质
探求地球奥秘
感悟人生真谛
地球的物理性质
由于技术发展水平所限, 目前还不具备直
接观察地球内部的手段, 可直观了解地球深
部情况的钻孔目前最深也只有 12km,因此对
地球深处的认识, 则主要靠地球物理的工作
成果 。 通过对固体地球的重力, 密度, 压力,
弹性, 地热, 地磁, 放射性等物理性质变化
规律的研究, 来推测地球内部的物质成分,
温度, 压力状态等及其变化规律, 并以此作
为了解和划分地球内部圈层构造的依据 。
地球的物理性质
地球的物理特征
地球的容貌
内 容 提 要
1,地球的密度
2、地球的压力
3、地球的重力
4、地球的温度
5,地球的磁性
6、地球的电性
7、地球的弹塑性
8、地球的放射性
一、地球的密度
? 根据地球的质量 （ 5.974× 1021 t） 和体积
（ 1.08× 1012 km3） 可求得地球的平均密度为
5.516g/cm3。 但地表岩石的密度为 1.5-3.3g/cm3，
平均 2.67g/cm3； 海水的平均密度为 1.028g/cm3。
据此可以断定, 地球内部必有密度更大的物质 。
? 目前尚无直接测量地球内部密度方法, 而是根据
地震波在地内的传播速度来推断的 。 目前公认的
地内密度变化模型是由澳大利亚学者布伦
（ K·E·Bullen） 推导的 。 因为它满足,1.与地球的
平均密度相符； 2.与地球绕其旋转轴的转动惯量
相符； 3.与地内地震波传播速度的深度变化曲线
相符； 4.与目前所知的地内物质成分相符 。
? 根据布伦 （ 1975年 ） 推导的模型 （ 图 5-3）,地 球
随深度呈阶梯状递增, 在 400,650,900,2900、
处有显著变化 。 地球 表层 2.7g/cm3； 33km处为
3, 32g/cm3； 2885km 处由 5, 56g/cm3 猛增至
9.98g/cm3； 6371km处 （ 地心 ） 达 12.51g/cm3。
地球的物理性质
二、地球的压力
?地球内部压力主要是上覆物质重量
所形成的静压力, 其大小与地内物
质密度和重力有关 。 可用 Ph=hρ hgh
来表达, 其物理含义是地内某处的
静压力 （ Ph)等于该处的深度 （ h）
与其上覆物质平均密度 （ ρ h ） 及
平均重力加速度的乘积 。
?地壳的平均密度为 2.7g/cm3,深度
每增加 1km,压力增加 27.5MPa。 地
下 10km处的压力约为 1kPa； 33km处
为 12MPa； 2885km处为 135200MPa；
地心处压力估计 可 达 361700MPa。
地球的物理性质
三、地 球 的 重 力
?重力概念
地球重力是指地球表面某一点所
受的地心引力 F和地球自转离心力
C的合力 。
?重力方向
根据 F＝ Gm/R2,C＝ mω 2r 可知：
地心引力以赤道最小, 两极最大,
而离心力以赤道最大, 两极为零,
离心力相对地心引力是很小的,
即便在离心力最大的赤道上, 离
心力也只不过是该处地心引力的
1/289。 可见离心力只在很小程度
上使重力小于地心引力, 而重力
方向仍大致指向地球的质量中心
r
R
地球的物理性质
三、地球的重力－地表重力场的变化
? 受重力影响的空间称为重力场 。 重力场中某一
点的重力强度 （ 即重力值 ） 常以该点的重力加
速度来表示, 其常用单位是 cm/s2。 这个单位称
为伽, 它的千分之一则称为毫伽 。
? 由于地心引力和离心力均随纬度而变化, 故地
球表面 （ 大地水准面 ） 赤道处的重力值最小,
为 978.0318伽, 两极处的重力值最大, 为
983.2177伽, 比赤道增加 0.53%。 即在赤道重
1kg的物体在两极便为 1005.3g。 据此, 1971年
国际大地测量和地球物理协会通过大地水准面
上某一点的重力值的计算公式：
ｇ 0 ＝ 978,0318（ 1＋ 0,0053 024sin2ψ －
0.000058sin22ψ ）
式中 ｇ 0―― 某一点海拔 0m时的重力加速度 。
ψ ―― 为地理纬度 。 该公式称为国际重力公式
地球的物理性质
三、地球的重力－重力校正与异常
? 国际重力公式是建立在地球为一均质体的假定基础之上的, 所求得的重力值
也是以海平面为基准的 。 由重力公式所求得的重力值称为正常重力值或理论
重力值 。 实际上, 由于地球物质分布不均匀, 各处密度和分布状态不同, 地
形高低不同, 由地面重力仪实测的重力值往往与正常重力值不一致 。 而人们
所要了解的往往是地球内部密度的变化情况, 因此, 就要消除高度 （ 根据重
力 g=Gm/r2计算以及实验测定, 高度每升高 1m,g值便减少 0.3083毫伽 ） 和地形
（ 高出海平面而组成地形的物质也会形成引力 ） 等因素对重力值所造成的影
响, 对实测重力值进行一定的折算, 这个折算过程称为重力校正 。 其中消除
高度对重力值影响的部分称为高程校正或自由空气校正；消除组成地形物质
引力对重力值的影响的部分称为中间层校正；高程校正和中间层校正又合称
为布格校正 。 其校正公式如下：
ｇ b＝ ｇ＋ （ 0.3083h－ 0.1119h） × 10-3
式中 ｇ b— 布格校正重力值, 伽；ｇ — 实测重力值, 伽；ｈ — 测点高程, 米；
0.3083— 高度每变化 1m重力的变化量, 毫伽； 0.1119— 密度为 2.67g/cm3的 1m
高的岩石所产生的重力, 毫伽 。
? 经过校正, 便可把某一点的重力观测值换算成与该点位置相当的海拔高度为
零的重力值 。 校正后的重力值若仍明显偏离正常值, 则称其为重力异常 。 实
测校正值大于理论值时称为正异常；反之称为负异常 。 这种异常反映了地球
内部物质密度的变化, 它是研究地质构造和地球内部物质变化的重要信息 。
地球的物理性质
三、地 球 的 重 力－地内重力变化
?由于地球内部质量随深度分布的不均
匀性, 导致重力在地球内部呈不规则
变化 。 总的趋势是在地表以下 2900km
以上呈波浪状变化, 而 2900km以下随
深度增加呈递减趋势 。 具体表现为：
?地表重力值为约 981伽, 向下递增至
655km处达到第一次最大值, 为 995伽,
然后向下递减, 至 2000km深处为 986
伽, 再向深处又快速递增, 到 2750km
处达到极大值 1050伽, 再向下又减小,
到 2900km深处为 1030伽, 其后开始锐
减, 至地心地球质量为零, 重力也为
零 。
2750km－－ 1050伽
2000km－－ 986伽
655km－－ 995伽
0km－－ 981伽
地球的物理性质
? 温泉, 火山, 井下升温等种种迹
象告诉人们, 地球内部蕴藏着巨大
热能 。 据估计, 地球每年通过地表
热传导和热辐射到空间的热量达
8.368× 1020J,相当于现代人类消
耗总能量的 10倍以上, 地球内部的
总热量相当于地球全部煤炭储量的
1.7× 108倍 。
? 地球内部温度的受地热控制, 表
层受太阳辐射热影响 。 据此可将地
球内部的热力和地温分为外热层,
常温层, 内热层等 三层
四、地球的温度地球的物理性质
外热层 是地球的表层, 平均
厚度约 15m左右 。 能吸收太阳辐
射热, 但其中绝大部分又被辐
射到空中, 只有极少的一部分
传入地下数十米深的岩石中,
部分温度变化主要受太阳辐射
热控制 。 因此, 该层的地温是
向下降低的 。 而且随太阳热量
的昼夜和季节性变化而变化,
也称 变温层 。 一般来说, 日变
化速度大而幅度小, 影响深度
1-1.5m； 年变化速度小而幅度
大, 影响深度 10-20m。
四、地球的温度－外热层地球的物理性质
常温层 常温层是外热
层地界面一下, 温度常
年保持不变的地带, 故
也称 恒温层, 其温度相
当于当地年平均气温 。
该层的深度一般中纬度
地区较深, 而在极地和
赤道较浅；内陆区较深,
滨海区较浅 。 原因是中
纬度和内陆区的气温年
变化较大 。
四、地球的温度－常温层地球的物理性质
内热层 位于 常温层之下, 地
温受地球内部热源的影响而随
深度的增加而升高, 故也称 增
温层 。 这种升高往往具有一定
规律性 。 并可用地温梯度和地
温级来表示 。
? 地温梯度 也称 增温梯度 或 地热
增温率 。 它是指深度每增加
100m时地温所增加的度数 。 以
℃ /100m为单位 。
? 地温级 也称 地热增温级 或 地热
深度 。 它是指温度每升高 1℃ 所
得增加的深度 。 与地温梯度呈
倒数关系 。 以 m/℃ 为单位 。
地温梯度和地温级互为倒数
四、地球的温度－内热层地球的物理性质
? 不同的地区地温梯度是不一样的, 大陆区一般为
3℃ /100m,洋底为 4-8℃ /100m。 地温梯度除与热
源距离有关外, 还与热导率有关, 热导率低的地
区, 地温梯度较高 。 地温较高的地区称为地热
（ 温 ） 异常区, 可用于开发地下热水和热气 。
? 在地球内部, 地表以下约 70km范围内, 地温梯度
平均为 2,5℃ /100m, 往下逐渐变小, 约为 0.5-
1.2℃ /100m； 地温在 1000km深处不超过 1500℃,
在 2900km深处约为 2700℃, 地心温度约为 3200℃,
一般认为不会超过 5000℃ 。
四、地球的温度－地温梯度的变化
地球的物理性质
目前普遍认为, 地热有三个可能的来源：
?地球残余热 地球形成过程中, 因星际物质撞击而产生大量
热量, 地球收缩过程也使地内物质受到压缩放出热量 。 这部
分热量估计可使地球温度升高到几百度并部分残余在地球内
部 。
? 重力位能降低热 地球形成后, 由于增温放热过程而发生轻
重物质分化, 轻物质上升, 重物质下降, 重力位能降低, 转
化成热量 。 这部分热量可是地球温度提高 1500 ℃
? 放射性元素蜕变热 放射性元素在蜕变过程中, 不仅要放出
射线, 而且也放出巨大热能 。 地球上部的放射性元素含量高
于下部, 故放射热主要集中在地球的上部圈层 。 同时, 放射
热随时间的推移是逐渐降低的, 据有关资料显示, 40亿年前
全球的放射热大约是现在的 4倍 。
四、地球的温度－地热来源地球的物理性质
?地球是一个均匀磁化
的球体 。 磁力线分布
特征和棒形磁铁地
磁场相似, 呈一个偶
极磁场 。
五、地 球 的 磁 性地球的物理性质
五、地球的磁性－磁倾角、磁场强度
地球的物理性质
?地磁极和磁偏角
五、地球的磁性－地磁极、磁偏角地球的物理性质
五、地球的磁性－古地磁
?古地磁 是指记录于岩石中的地质历史时期的地磁场 。 岩石在
其形成过程中, 因受当时地磁场的影响而获得磁性, 这些受
磁化的岩石在磁场发生改变后, 仍可将原来磁化的性质部分
地保留下来形成剩磁 。 其中剩磁有热剩磁和沉积剩磁之分,
这些剩磁可以指示当时的地磁场方向, 故称为古地磁 。
?热剩磁 是指岩浆岩在其形成过程中同时受到磁化而保存的磁
性 。 熔岩在 500℃ 以上时, 其中的矿物是没有磁性的, 当温
度降低到 450℃ 时, 某些磁性矿物便受当时的地磁场的影响
而磁化, 使冷凝后的岩浆岩保留了当时地磁场的特点 。
?沉积剩磁 是指沉积岩在其形成的沉积阶段, 原已磁化的颗粒
（ 如具剩磁的的熔岩碎屑 ） 沿当时地磁场的方向沉积下来而
保存的磁性特征 。
地球的物理性质
五、地球的磁性－地磁场变化
地磁场的变化有短期变化和长期变化之分
? 短期变化每天都有轻微而规则地发生, 磁偏角变
化约几分, 磁场强度变化几十伽玛 。 这些是由地
球公转和自转中日地相对位置和地轴倾斜等外部
原因引起 。 比较强烈的突然性变化称为磁暴, 平
均每年发生 10次左右, 每次时间几小时到几天,
强度可达几伽玛, 磁暴发生时, 磁针摆动不停,
罗盘无法使用, 无线电讯中断, 高纬度地区出现
极光 。 磁暴与太阳活动放出的大量电磁辐射使大
气强烈电离有关 。
? 消去地磁要素的短期变化就得到了基本地磁场 。
基本地磁场也有长期而缓慢的变化 。 主要表现为
地磁极极性和位置的变化 。 现已查明,0.69Ma年
前至今的磁北极在 0.69－ 2.43Ma年间为磁南极,
在 2.43－ 3.32Ma年间为北磁极, 再以前相当一段
时间为南极 。 极性转换期磁强减弱, 磁北极 1600
年 位 于 78° 42′ N,59° 00′ W； 1700 年是
75° 51′ N,68° 48′ W； 1970年是 69° 18′ N、
96° 37′ W； 1980年是 78° 12′ N,102° 54′ W。
根据北美和欧洲古地磁资料
500Ma来的地磁极迁移路径
1580－ 1970年伦敦磁偏角变化
地球的物理性质
?磁异常五、地球的磁性－磁异常
地球的物理性质
?磁场成因
五、地球的磁性地球的物理性质
六、地 球 的 电 性
? 地球电性的表现：大地可作为发电厂的回路, 大气电离对的感应电场,
大雷雨时的放电现象, 岩体温差电流, 大面积地磁场感应电流等, 说明
地球具有电性 。
? 地电的影响因：地球内部的电性主要受地内物质的电导率影响 。 地壳的
电导率 与岩石的成分, 空隙度, 空隙水的矿化度 有关 。 如沉积岩的电导
率大于变质岩的电导率, 空隙度大且充满水的岩石的电导率大, 空隙水
的矿化度高的岩石电导率大, 等等 。 地壳电导率还与 层理 有关, 沿层理
方向比垂直层理方向的电导率大 。 温度 对电导率的影响更大, 熔融岩石
比未熔融的同类岩石的电导率大几百到几千倍, 所以地热流大的地区电
导率也大 。 电导率随 深度 有的增加趋势 。
? 地电的变化：大地电流主要是地磁场变化而产生的, 因此大地电流的强
度和方向受其影响均有变化 。 地电场有日变, 月变, 年变等周期变化,
也有不规则的干扰变化 。 主要来自地球外部, 如太阳辐射, 宇宙线等 。
地电干扰也叫电暴, 变化强度大, 时间短 。
? 地电场经常受到日变和电暴影响而有改变 。 必须设固定的观测站连续观
测, 将外加电场消除, 可获得正常电场值 。 将测量值与正常值比较 。 如
有差异就是地电异常 。 反映可能有矿体或地质构造存在 。 根据这一原理
进行勘探找矿的方法叫电法勘探 。
地球的物理性质
七、地 球 的 弹 塑 性
? 地球具有弹性和塑性 。 地球内部地震波的传播和地球表层的固体潮 （ 地
表在日月引力下象海水发生潮汐那样发生升降运动的现象－仪器测量结
果升降可达 7-15cm） 现象反映出地球的弹性 。 地球旋转椭球体的形状和
许多岩层强烈褶皱而不断裂则说明地球不是完全的刚性体, 而具有一定
的塑性 。
? 地球的 弹性和塑性在不同条件下可以互相转化 。 一般来说, 任何物质变
形与都其松弛时间 （ 水为 10－ 12秒, 冰为 103秒, 方解石约为 1天, 石灰
岩约为 300年, 地球平均约为 1.5年 ） 有关, 当作用力作用时间短于松弛
时间时, 受力物质表现为弹性, 反之则表现为塑性 。 因此, 地球在作用
速度快, 持续时间短的力 （ 如地震波和潮汐力 ） 的作用下表现为弹性体,
而在速度缓慢, 持续时间长的力 （ 如地球旋转力, 重力 ） 的作用下则表
现为塑性体 。
? 所谓松弛是指在总变形 （ 弹塑性变形 ） 保持固定的条件下, 随着时间的
推移, 弹性变形会逐渐消失, 而塑性变形会逐渐增大, 变形物体内部的
应力逐渐降低的现象 。 松弛时间＝粘滞系数 /弹性模量 。
地球的物理性质
七、地球的弹性
－地震波
? 地球具有弹性使地震波得以传播, 人们正是通
过对地震波在地球内部传播所发生变化的研究来
了解和解释地球内部的特征和物质变化的 。
? 地震波通常可分为 体波 （ 又可分为纵波和横
波 ）, 面波和自由振荡 。 纵波 （ P波 ） 传播时质点
震动方向与波的传播方向一致 。 横波 （ S波 ） 的质
点震动方向与波的传播方向垂直 。 面波 （ L波 ） 是
沿地面或某个界面传播的波, 其质点震动比较复
杂 。 自由振荡
? 地震波速与物体的密度和弹性有关, 其关系式为
Vp=(k+3/4M)p Vs=M/p
（ Vp－ 纵波速； Vs－ 横波速； p－ 介质密度； k
－ 体变模量； M－ 切变模量 ）
可见, 波速与密度成反比, 与弹性模量成正
比；固体中纵, 横波都能传播, 而在液体中因其
切变模量为零而不能传播横波；地内密度随深度
增加, 波速也相应加快 。 结合模拟实验, 可将地
球内部划分为若干圈层并推测其成分和物态
地球的物理性质
八、地球的放射性
? 地球 。
地球的物理性质
