1.4地球的圈层结构（教学案）

第四节　地球的圈层结构
课程标准：运用示意图，说明地球的圈层结构。
学习目标：1.知道地球内部圈层的划分、地球外部各圈层的名称及组成。2.理解地球内外部各圈层的主要特点。3.学会运用图象资料分析地球内部圈层的划分，分析地球外部各圈层之间的关系。
一、地球的内部圈层结构
1．地震波
(1)分类：图中A表示横波，B表示纵波。
(2)特征
(3)波速变化
①在地下平均33千米C处(大陆部分)：传播速度都明显增加。
②在地下2900千米D处：A波完全消失，B波传播速度突然下降。
P波和S波的共性：传播速度都随着所通过物质性质而变化；均是弹性波且都是能量载体和传递形式。
2．圈层划分
(1)依据：地震波在地球内部传播速度的变化。
(2)界面：图中C为莫霍面，D为古登堡面。
(3)圈层
3．岩石圈
地壳和上地幔顶部(软流层以上)，由坚硬的岩石组成。
世界上地壳最厚的地方是珠穆朗玛峰，因为它是世界上海拔最高的地点。
二、地球的外部圈层结构
1．大气圈是由气体和悬浮物质组成的复杂系统，它的主要成分是氮气和氧气。大气圈笼罩着地球，使得地球上的温度变化和缓，同时提供了生物生存所必需的氧气。大气圈中的风、云、雨、雪等天气现象，与人类息息相关。
2．水圈是地表和近地表的各种形态水体的总称，其主体是海洋，还包括陆地上的河流、湖泊、沼泽、冰川、地下水等。水是最活跃的自然地理要素之一，在地球表面物质迁移和能量转换中起着十分重要的作用。
3．生物圈是地球表层生物及其环境的总称。多数生物集中分布在大气圈、水圈与岩石圈很薄的接触带中。
4．大气圈、水圈、生物圈与岩石圈相互联系、相互渗透，共同构成人类赖以生存和发展的自然环境。
1．当某处发生地震时，附近有明显震感的城市中，街道上的行人与湖中船上的人的感觉是否一样，为什么？
[答案]　不一样。处于街道上的行人首先感到地面上下颠簸，然后左右晃动，因为陆地上纵波、横波都能通过，且纵波传播速度比横波快；处于行船上的人只能感到上下颠簸，因为水只有纵波能通过。
2．为什么说水圈是一个连续的不规则圈层？
[答案]　水圈由固、液、气三态水共同组成，按存在的位置和状态分为海洋水、陆地水、大气水和生物水，水圈没有一个完整的形状，因此说它是不规则的；地球上的各种水体又通过自然界物质的循环相互联系、相互转化，所以说水圈又是连续的。
探究点一地球的内部圈层结构
[材料]　2016年3月29日，美国阿拉斯加州阿留申群岛巴甫洛夫火山喷发。巴甫洛夫是该地区最活跃的火山之一。它的爆发迫使航空公司取消了大量航班，浓密的火山灰覆盖邻近居民区。
[问题]　火山喷发的岩浆来自于地球内部的哪个圈层？
[提示]　岩浆来自于软流层，软流层位于地幔中。
1．地球的内部圈层
以莫霍面和古登堡面为界，将地球内部划分为地壳、地幔和地核三个圈层。地球内部圈层的概况，可简化总结成下表以便于记忆：
内部 圈层 地壳 地幔 地核
概念 指地面以下莫霍面以上很薄的一层固体外壳 是地球内部介于地壳和地核之间的圈层 从古登堡面到地球核心的内核部分
厚度 平均厚度17 km，陆地约33 km，海洋约6 km 2800多km 3400多km
物质 状态 固态 固态 外核为液态或熔融状态，内核为固态
主要 成分 氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁等，硅酸盐类矿物在地壳中分布最广 主要由含铁、镁的硅酸盐类矿物组成，由上而下铁、镁的含量逐渐增加 极高温度和高压状态下的铁和镍
其他 特征 厚度不均；地壳上层为硅铝层，不连续分布；下层为硅镁层，连续分布 岩石圈下面有软流层，一般认为是岩浆的主要发源地之一 温度很高，压力和密度很大；外核物质相对于地壳的“流动”，可能是地球磁场产生的原因
2．地壳的物质组成和结构特征
根据组成地壳的化学元素的差异和地震波传播速度的不同，将地壳分为上、下两层，这两层的物质组成和结构特征有着明显的区别，见下表：
分层 名称 主要成分 密度 分布
上层 硅铝层 由含硅、铝成分较多的花岗岩类组成 小 不连续分布：在大洋地壳中很薄，甚至缺失
下层 硅镁层 镁、铁、钙、玄武岩类组成成分增多 大 连续分布：大陆和大洋地壳中都有分布
【例1】　下图为地球内部圈层结构的局部图，读图回答(1)～(2)题。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
(1)关于图中地壳范围的说法，正确的是(　　)
A．①层是地壳
B．②层是地壳
C．①层和②层构成地壳
D．①层、②层和③层属于地壳
(2)有关上图，说法正确的是(　　)
A．地壳在海洋中缺失
B．①层和②层由岩石组成
C．②层是岩浆发源地
D．①层和②层就是岩石圈
[审题指导]　注意①②③三层与图中莫霍面的相对位置。
[解析]　第(1)题，莫霍面以上为地壳，结合插图可知①层和②层构成地壳；①层是硅铝层，②层是硅镁层；③层在莫霍面以下，属于地幔。第(2)题，地壳的硅铝层在海洋中缺失，而不是地壳全部在海洋中缺失，A项错误；①层和②层是由岩石组成的地壳，B项正确；②层属于地壳，而岩浆发源于上地幔顶部的软流层，C项错误；岩石圈包括上地幔顶部和地壳，D项错误。
[答案]　(1)C　(2)B
地壳与岩石圈的区别与联系
地壳位于莫霍界面以上，是地球表面一层薄薄的、由岩石组成的坚硬的外壳。岩石圈不同于地壳，岩石圈包括地壳和上地幔顶部(软流层以上)。
探究点二地球的外部圈层结构
[材料]　2016年4月24日上午，“蛟龙号”载人潜水器在西北太平洋麦哲伦海山链北部海域成功进行今年以来首次工程下潜，最大下潜深度2304 m。此次工程下潜旨在全面检测潜水器状态，同时兼顾富钴结壳资源调查和底栖生物多样性调查。
[问题]　蛟龙号下潜的位置处于地球的哪个圈层？
[提示]　该位置属于地球外部圈层中的水圈。
　地球的外部圈层包括大气圈、水圈、生物圈等，这些圈层之间相互联系、相互制约，形成人类赖以生存和发展的自然环境。各外部圈层的概况、特点见下表：
外部 圈层 概念 组成 其他
大气圈 包裹地球的气体层 气体和悬浮物，主要成分是氮和氧 厚度2000千米～3000千米，是地球自然环境的重要组成部分
水圈 由各种水体组成的外部圈层 地表水、地下水、大气水、生物水等 连续但不规则的圈层，且处于不间断的循环运动之中
生物圈 地球表层生物及其生存环境的总称 生物及其生活环境 生物圈与大气圈、水圈和岩石圈相互渗透、相互影响，是最活跃的圈层
【例2】　读秀丽的黄果树瀑布景观图，回答(1)～(2)题。
(1)该景观图体现出的地球圈层的个数是(　　)
A．2个 B．3个 C．4个 D．5个
(2)在景观图中，代表自然地理系统中最活跃的圈层的要素是(　　)
A．瀑布、水流 B．岩石
C．树木花草 D．大气
[审题指导]　第(1)题，从题干要求入手，特别要注意地球的圈层既包括外部圈层也包括内部圈层。第(2)题，先调动所学知识明确最活跃的圈层，再考虑该圈层的组成要素。
[解析]　第(1)题，景观图中涉及的圈层有水圈、生物圈、岩石圈、大气圈4个圈层。第(2)题，最活跃的圈层为生物圈，树木花草为生物圈的组成要素。
[答案]　(1)C　(2)C
生物圈的特殊性
(1)组成成分特殊：生物圈由所有生物和它们的生存环境组成，是唯一有生命存在的有机圈层，也是最活跃的圈层。
(2)空间分布范围特殊：生物圈占有大气圈的底部、水圈的全部和岩石圈的上部，是唯一不占独立空间的圈层。如图所示：
(3)形成过程特殊：生物圈是大气圈、水圈和岩石圈相互渗透、相互影响的结果。
根据所学知识，回答1～2题。
1．地震发生时释放出巨大的能量，下列说法正确的是(　　)
A．地震通过地震波向外释放出能量
B．地球的内能主要来源于太阳辐射
C．地震发生时，首先到达地面的是地震波中的横波
D．发生在海洋中的强烈地震不会对人类产生危害
[解析]　地球内能主要来源于放射性元素衰变产生的热能；地震发生时，首先到达地面的是纵波；海洋中的强烈地震可能引发海啸，对人类产生危害。
[答案]　A
2．如果某地震震源深度为8千米，则地震的震源最有可能位于地球内部圈层中的(　　)
A．地幔 B．地壳
C．内核 D．软流层
[解析]　根据地球内部圈层的划分可知，该次地震的震源最有可能位于地壳中。
[答案]　B
据图及所学有关地理原理，完成3～5题。
3．b圈层的主体是(　　)
A．河流 B．湖泊 C．冰川 D．海洋
4．a、b、c、d四圈层中不断转化和循环运动最明显的是(　　)
A．d B．b C．a D．c
5．岩石圈的下界在(　　)
A．莫霍面 B．古登堡面
C．软流层上界 D．下地幔上界
[解析]　由图及所学知识分析可知a是岩石圈、b是水圈、c是生物圈、d是大气圈。第3题，水圈的主体是海洋水，约占全球水资源总量的96.53%。第4题，水圈的水处于不间断的循环运动中，各种水体之间可以相互转化。第5题，岩石圈是指地壳和上地幔顶部(软流层以上)，是由坚硬的岩石组成的，因此岩石圈的下界为软流层上界。
[答案]　3.D　4.B　5.C
6．读下图，回答问题。
(1)地球内部圈层的名称：A和B是________，A和B＋C是________，D是________，C＋D＋E是________的一部分。
(2)不连续界面：F为________。
(3)地震波在经过F时速度发生的变化是_____________。
(4)A和B厚度不均的原因是_____________________________。
[解析]　A、B均位于地表，但厚度不同，分别为大陆地壳和大洋地壳，A＋B＋C均位于80千米深度(软流层上界)以上，共同构成岩石圈，D位于80～400千米深度，应为软流层，C＋D十E属于上地幔的三个组成部分，即属于地幔。F为莫霍界面，地震波在经过莫霍面时，横波、纵波均明显加速。
[答案]　(1)地壳　岩石圈　软流层　地幔
(2)莫霍面
(3)地震波(纵波和横波)传播速度明显加快
(4)地壳的厚度不均，A是大陆地壳，B是大洋地壳，大洋地壳比大陆地壳薄
课后作业(四)
一、单项选择题
读地球各圈层划分示意图，回答1～2题。
1．下列关于地球圈层结构的叙述，错误的是(　　)
A．地球具有明显的圈层结构特征
B．地球可分为内部和外部两大圈层结构
C．地幔属于地球内部圈层中间的一层
D．地壳既属于地球外部圈层，又属于地球内部圈层
[解析]　本题考查地球的圈层结构。地球具有明显的圈层结构，A正确；以莫霍界面和古登堡界面为界，地球内部划分为地壳、地幔和地核三个圈层，外部圈层包括大气圈、水圈、生物圈，B、C正确；地壳属于内部圈层，不属于外部圈层，D错误。
[答案]　D
2．下列关于图中地球各圈层的叙述，正确的是(　　)
A．C圈层是由岩石构成的，故称为岩石圈
B．B所在的圈层使地球表面形成了不同的自然带和自然景观类型
C．A圈层是外部圈层中厚度最大的
D．E圈层是岩浆的发源地
[解析]　本题考查地球的圈层结构。读图可知，图中A为大气圈，B为水圈，C为岩石圈，包括地壳和上地幔顶部，并不全由岩石构成，A错误。大气圈是外部圈层中厚度最大的，C正确。自然带和自然景观是气候、地形、土壤等多种要素综合作用的结果，B错误。一般认为岩浆的发源地是上地幔中的软流层，D错误。
[答案]　C
北京时间2017年12月13日5时41分，伊朗(30.8°N,57.25°E)发生6.2级地震，震源深度约10千米。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，完成3～4题。
3．此次地震的震源位于(　　)
A．内核 B．下地幔
C．外核 D．岩石圈
[解析]　本题考查地球内部圈层结构特征。地壳分为陆壳和洋壳，平均厚度为17千米。陆壳较厚，洋壳较薄，此次震源在地表以下10千米，所以此次震源位于岩石圈(由地壳和上地幔顶部组成)，D正确。
[答案]　D
4．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
[解析]　本题考查地球内部圈层的划分及地震波的特点。地震波有纵波和横波之分，纵波传播速度较快，可以通过固态、液态和气态介质传播；横波传播速度较慢，只能通过固态介质传播。根据图中甲、乙波速特征可以判断，甲波传播速度较快，先到达地面，B正确，D错误。丙为古登堡界面，A错误。丁为莫霍界面，C错误。
[答案]　B
当地时间2012年12月3日，俄罗斯远东堪察加半岛上的Plosky Tolbachik火山爆发，火山灰云有10千米高，并散布到了太平洋的上空。据此回答5～6题。
5．岩浆物质冲破了岩石圈的束缚后才喷发出来。关于岩石圈的叙述，正确的是(　　)
A．岩石圈属于地壳的一部分，是由岩石构成的
B．岩石圈属于上地幔的一部分
C．岩石圈与生物圈关系密切
D．岩石圈的上部是软流层
[解析]　岩石圈是由岩石构成的，包括地壳和上地幔顶部(软流层以上)，与地球的外部圈层关系密切。
[答案]　C
6．火山灰漫天飞扬，对地球的外部圈层产生了很大影响。有关地球外部圈层的说法，正确的是(　　)
A．大气圈是由大气组成的简单的系统
B．水圈是一个连续但不规则的圈层
C．生物圈占据大气圈的全部、水圈的底部
D．地球的外部圈层之间关系密切，但与地球的内部圈层之间没有关系
[解析]　大气圈是由气体和悬浮物组成的复杂系统；水圈是一个连续但不规则的圈层；生物圈是地球表层生物及其生存环境的总称，它包括大气圈的底部、水圈的全部和岩石圈的上部；地球的外部圈层之间相互联系、相互制约，形成人类赖以生存的自然环境，与岩石圈的关系也较密切。
[答案]　B
科学家通过对地震波的研究，划分地球内部圈层和寻找地下矿藏。读图回答7～8题。
7．若图中a是d的一部分，a和b组成c，则图中a、b、c可分别表示的概念是(　　)
A．外核、内核、地核
B．地壳、地幔、地核
C．上地幔顶部、地壳、岩石圈
D．上地幔、下地幔、地幔
[解析]　地壳和上地幔顶部合称岩石圈，所以a为上地幔顶部，b为地壳，c为岩石圈。
[答案]　C
8．地质学家常利用地震波来寻找海底油气矿藏，下面四幅地震波示意图中表示地下有石油储存的是(　　)
A．① B．② C．④ D．③
[解析]　由于石油为液态物质，所以横波不能通过，纵波传播速度变慢，由图可知，①符合题意。
[答案]　A
如图是地球圈层间的物质交换示意图，图中序号①②③④代表四大圈层，读图回答9～10题。
9．图中序号依次是(　　)
A．大气圈、水圈、岩石圈、生物圈
B．岩石圈、大气圈、生物圈、水圈
C．水圈、岩石圈、生物圈、大气圈
D．水圈、生物圈、岩石圈、大气圈
[解析]　地球的各个圈层之间存在着相互联系，根据它们之间的相互关系，可知图中①②③④依次代表的是水圈、岩石圈、生物圈、大气圈。
[答案]　C
10．“落红不是无情物，化作春泥更护花”反映的圈层关系是(　　)
A．①② B．②③ C．①③ D．③④
[解析]　“落红”属于生物圈，“春泥”属于岩石圈。
[答案]　B
如图为“我国某局部地区莫霍面等深线(单位：千米)示意图”，甲地为某省会城市。据图回答11～12题。
11．下列有关莫霍面的描述，最为准确的是(　　)
A．西高东低 B．中间高，南北低
C．中间深，东西浅 D．西深东浅
[解析]　结合图示可直接读出答案。
[答案]　D
12．有关34°N纬线等深线向东凸出，正确原因的是(　　)
A．山地的延伸 B．河流流向
C．谷地的分布 D．高原的分布
[解析]　34°N纬线等深线向东凸出即向数值小的地方凸出，说明该地的莫霍面较南北两侧高，即存在一东西走向的高地，结合经纬度可知该地为秦岭。
[答案]　A
二、非选择题
13．结合下列材料，回答问题。
材料一　据国家地震台网测定，北京时间2015年11月23日5时2分，在青海省海北藏族自治州祁连县(38.0°N，100.4°E)发生里氏5.2级地震，震源深度约10 km。
材料二　甲图为我国大陆部分地壳等厚度线图，乙图为地震波地球内部传播速度图。
(1)为探测莫霍界面的情况，在下列四地同时进行了地震波的测定，最迟从莫霍界面传来地震波的是(　　)
A．拉萨 B．济南 C．上海 D．北京
(2)掌握地震发生规律可有效减少危害，要了解青海省地球各圈层组成物质和结构特征，目前主要的研究依据是________，材料二乙图中A为________，B为________，并写出其判断依据。
(3)在地壳等厚度线图中，0 km表示____________(界面)，说出该区域地壳厚度的大致分布规律：______________________，根据我国大陆部分地壳等厚度线图可以推断出，此次青海海北地震的震源位于________。(填地壳、地幔或地核)
[解析]　第(1)题，在地球的大范围固体表面，海拔越高，地壳越厚，故拉萨所处青藏高原海拔高，地壳厚度大，故地震波到达的晚。第(2)题，了解地球内部圈层目前主要依靠地震波；图示A的传播速度较B慢，故判断A为横渡，B表示纵波。第(3)题，地壳是指莫霍界面以上的部分，故地壳厚度为0，表示位于莫霍界面上，图示等值线的分布规律，直接读图即可。材料反映该次地震的震源位于10 km处，而大陆地壳的平均厚度约33 km，故判断地震震源位于地壳。
[答案]　(1)A
(2)地震波　横波　纵波　地震波的传播速度随所通过的介质不同而变化；纵波能通过固体、液体和气体传播，横波只能通过固体传播。
(3)莫霍界面　从西北向东南递减　地壳
14．据材料回答下列问题。
材料一　科学家认为：“上天、入地、下海”是人类科学的三大挑战。深部矿产资源勘探与开发是影响中国可持续发展能力的战略性科技问题。应使中国主要区域地下4000米变得“透明”，以解决中国资源短缺的瓶颈。
材料二　地球深部探测计划实验项目——地震反射剖面探测，正在西藏阿里进行，这种探测是用地下爆破的方法，通过追踪反射信号，探明数十千米地下的结构，用科学家的话说就是“给地球深层做一个CT”。
材料三　在海拔4400米的喜马拉雅山罗布莎地区，国家深部探测专项——罗布莎科学钻探实验正在紧张进行。除罗布莎之外，山东莱阳、云南腾冲等地的6个钻探项目也在进行中，国家将从这7个钻探点中选择一处进行超越1万米的科学钻探。
(1)材料一中“透明”的中国地下区域位于地球内部圈层中的(　　)
A．地幔 B．地壳 C．地核 D．软流层
(2)材料二中的方法为什么能勘探到中国的地下资源？
(3)材料三中大陆科学钻探工程的实施，被称为“伸入地球内部的望远镜”，下列说法正确的是(　　)
A．我们人类对地球内部结构的研究成果是通过直接观测得到的
B．到目前为止，人们对地球内部的认识大多是通过地球物理等间接方法获得的
C．大陆科学钻探工程可以揭示整个地球内部的物质组成与结构构造
D．科学钻探并不能有效地监测某些地震活动
(4)除了材料中提供的方法外，你还能提供哪些认识地球内部结构的方法？
[解析]　地壳的平均厚度为17千米，所以我们的探测范围还处于地壳中。探测地球内部的方法常用的是地震波，利用地震波产生的纵波可以穿透固、液、气三态物质，而横波仅能通过固态物质的特性，可以探测地壳中的石油、天然气、固态矿产等。探测地球的“科学钻探”，是一种直接观测的方法，有别于以前的间接方法。除了这些方法外，我们还可以通过研究由地球内部喷出的岩浆岩等方法来研究地球的内部结构。
[答案]　(1)B
(2)利用地震波产生的纵波可以穿透固、液、气三态物质，而横波仅能通过固态物质的特性，可以探测地壳中的石油、天然气、固态矿产等。
(3)B
(4)利用穿透性强的X光照射地球，研究喷出岩等。