1、地球的圈层结构 一、教学目标 （一）知识与技能 1了解地球内部和外部的圈层结构 2了解地球各圈层结构的特征及划分依据 3从人地关系的角度，了解各圈层对人类活动的主要影响 4了解地壳、地慢和地核的界限、厚度、物理性状和物质组成 5了解大气圈、水圈、生物圈物质循环的规律及地理意义 （二）过程与方法 1通过读图 、画图来分析掌握地球内部与外部圈层结构，训练学生读图用图的能力 2运用图解方法，正确表示出地球大气圈、水圈和生物圈之间的关系，培养学生地理 思维能力，空间想像能力和综合分析加工地理信息的能力 3通过对人类活动与地球外部结构相互作用的分析，理解人类活动在地理环境形成、 发展过程中的重要意义。
2、（三）情感态度与价值观 1通过本节的探究活动，激发学生探究地理问题的兴趣和动机，养成求真、求实的科 学态度。 2培养学生树立自然环境是人类赖以生存和发展的基础、因地制宜等基本的地理观念， 进一步强化学生科学的人地观和可持续发展观。 3通过对地球内部结构的学习，使学生进一步认识地球结构的复杂性，从而培养学 生利用自然、改造自然必须遵循自然规律的求真务实的意识。 二、教材分析 本节教材要求从宏观上了解地球的结构及特点。地球的圈层结构，可以划分为内部圈 层和外部圈层。内部圈层包括地壳、地慢和地核，外部圈层包括大气圈。水圈和生物圈。 岩石圈是介于内部圈层和外部圈层之间的一个圈层，包括地壳和上地慢顶部，
3、即软流层之 上的固体岩石部分。 此 外 ， 了 解 自 然 环 境 的 组 成 ， 这 也 是 课 标 的 根 本 要 求 之 一 。 在 学 习 了 有 关 “宇 宙 中 的 地 球 ”之 后 ， 面 临 的 一 个 基 本 问 题 就 是 “什 么 是 自 然 环 境 ”。 以 “宇 宙 环 境 一 地 球 一 自 然 环 境 ” 的 认 识 思 路 ， 在 宏 观 上 了 解 地 球 圈 层 结 构 的 基 础 上 ， 认 识 自 然 环 境 的 组 成 ， 即 在 空 间 范 围 上 把 自 然 环 境 放 在 地 球 圈 层 结 构 中 加 以 认 识 。 自然环境可以从宏观和微观两
4、个层面上理解。从宏观层面上，根据现代自然地理学的 研究，自然环境就是指地球表层系统，它是由岩石圈、大气圈、水圈。生物圈四大圈层交 叉而形成的。人类属生物圈的一部分。也有人为了强调人类的重要性和特殊性，单分出一 个“智慧圈” ，这样就共有五大圈层。 从微观层面上讲（如落实到一定的地域） ，自然环境是由岩石、地貌、土壤。气候、水 文、生物等要素组成的 从人地关系角度出发，课标对于各圈层不要求展开深入探讨，而要抓其主要特点及与 人类活动关系密切的内容。 在自然环境的基础上，人类通过长期活动创造了人文环境（也称社会环境） ，自然环境 和人文环境共同组成地理 环境。可见，地理环境的空间范围与自然环境是一
5、致的。 本节教材主要讲述地球的内部和外部圈层，以使学生对地球有一个整体的概念。包括 两部分内容：一是内部圈层及其划分特征，二是外部圈层的组成、结构。 地球的内部圈层是根据对地震波传播速度曲线的分析来划分的。地震波传播速度曲线 分析出两个不连续面莫霍面和古登堡面。 地球刚刚开始形成时是一个比较均质的球体，铁、镍和硅酸盐物质混杂在一起，没有 明显的分层现象。后来，由于地球内部放射性元素蜕变放出大量的热，使地球内部的温度 逐渐升高，当达到一定温度时，地球内部的物质开始熔化。由于铁、镍的熔点比大多数硅 酸盐的熔点低，所以铁、镍首先熔化，形成熔融金属层，随后硅酸盐物质也开始熔化，铁、 镍熔体渗过硅酸盐物
6、质，向地心集中；同时，地内深处较轻的硅酸盐物质浮出地 球上部。 这样，地球就首先分化成地核和地慢。组成地慢的硅酸盐物质，也存在着较轻和较重的差 异。在长期的演化分异中，在重力的作用下，较轻的花岗岩物质浮在地球的最上层，玄武 岩位于花岗岩之下，较重的橄榄岩又位于玄武岩层之下。这样，花岗岩层和玄武岩层构成 了地壳，而橄榄岩则形成了上地慢的重要成分。 那么，地球内部圈层是如何根据地震波传播速度曲线来划分的呢？地震波传播速度与 其通过的介质性质有关。如果介质是均质体，地震波是等速直线传播的。当介质性质发生 改变时，地震波传播的速度便有变化，特别是地震波通过性质完全不同的两种物质分界面 时，波速会发生突
7、然变化。此外，地震射线还会发生折射和反射现象，使地震射线由直线 变成曲线和折线。浅处地震，地震波可先传到深处，以后又折回地面而被仪器接收到。这 样，地震波就带来了地球内部的信息，利用这 些信息就可以推测地球内部构造和物质状态。 地震波在地球内部传播的速度一般随深度递增，但又不是匀速增加，通常在若干深度 处发生突然变化，这种纵向上的不均匀性，说明地球内部物质呈同心圈层构造。地震波在 地球内部传播的速度明显变化的深度，反映该深度处上下物质在成分或物态上有改变，这 个深度就是上下两种物质的分界面，地球物理学称它为不连续面或叫“界面” 。据此，在地 球内部可以划分若干个同心的球形面。其中有两个波速变化
8、最明显的一级不连续面，第一 个不连续面的深度很不一致，在大陆区较深，最深可达 70 千米，在大洋区较浅，最浅不足 5 千米。陆地部分平均深度为 33 千米。在此界面处纵波速度由 76 千米秒，剧增为 81 千米秒；横波则由 42 千米秒，增加到 46 千米秒。这个不连续面是奥地利 的地球物理学家莫霍洛维奇于 1909 年发现的，所以叫莫霍洛维奇不连续面，简称莫霍面。 第二个一级不连续面位于地下 2900 千米处。纵波在这里由 136 千米秒，突然降到 8 1 千米秒；横波到此中断消失，不能通过。这个不连续面是美国地球物理学家古登堡 于 1914 年提出的，所以叫古登堡不连续面，简称古登堡面。这
9、两个一级不连续面把地球内 部分成三大圈层，即地壳、地慢和地核。 对于地壳的结构，教材指出了地壳的厚度和物质组成的差异性。讲授时，可板书地壳 结构示意图，先指出海陆位置及地壳与地慢的分层，然后分析地壳构造的特点，并通过阅 读材料，简单介绍地壳中的组成元素。引导学生以矿物的定义去鉴别生活中所见到的物质， 哪些是矿物，哪些不是矿物，以加深学生对矿物概念的理解。 地壳和岩石圈不是一个概念。位于地面与莫霍面之间的部分称地壳。地壳主要由花岗 岩层和玄武岩层构成，它是岩石圈的一部分，是固体地球最外的一个圈层。地壳的厚度变 化很大。大陆地壳较厚，高山高原地区最厚处可达 70 千米以上，平均厚度约 33 千米。
10、大 洋地壳较薄，太平洋的最薄处不到 5 千米，平均厚度约 6 千米。这说明地壳下界面（即莫 霍面）是起伏不平的。地面以下 60250 千米至 400 千米之间是波速减慢的低速层。这是 放射性元素大量集中，蜕变生热，温度很高，使岩石处于塑性状态，局部地区发生熔融流 动的结果。该层在地质构造学中称为软流层。软流层与地面之间部分称岩石圈。岩石圈的 平均厚度为 70100 千米，包括全部地壳和上地慢顶端的一层。岩石圈是力学性质基本一 致的刚性体，绝大多数地震的震源都位于岩石圈内。 地慢又叫中间层，位于莫霍界面和古登堡界面之间，厚约 2 900 千米，占地球总体积 的 82，质量为地球的 678。密度、
11、温度和压力都随深度增加。地慢由于纵波和横波 都能通过，而且速度都比在地壳中大得多，因此，应属于固态物质。根据地震波变化情况， 以 984 千米（约 1000 千米）为界，又可把地慢分为上地慢和下地慢 上地慢地于 331000 千米处）比较复杂，又分为上部和下部两层。 上地慢上部位于地下 33413 千米，厚约 400 千米，由橄榄岩和榴辉岩组成。据地震 波速变化（82 千米秒一 77 千米秒十 84 千米秒）表明，层内存在一个低速层， 波速缓慢，局部地区横波不能通过，那是因为放射性元素大量放热，使岩石接近熔点，塑 性增大，局部呈熔融流动状态造成的，是火山喷发、岩浆活动的发源地。因此，这一层又
12、称为软流层或软流圈。 上地慢下部位于地下 4131000 千米处，厚约 600 千米，地震波速度增加很快。在这 里的高温高压下，橄榄石晶体变 成密度更大的尖晶石，随着深度增加，再分离成氧化物， 如方镁石、方铁矿等高压型矿物，使地慢的密度越来越大，波速迅速增加。 下地慢位于地下 10002900 千米处，厚约 1900 千米，平均密度 51 克立方厘米， 地震波速度平缓增加，成分比较均匀，物质结构变化不大，主要由金属硫化物和氧化物组 成，铁、镍成分有显著增加。 从古登堡面到地心部分称为地核。地核厚度约 3473 千米，密度为 9713 克立方 厘米。地心温度在 3 000以上，压力约 3710
13、11 帕。根据地震波的变化情况，地核又 可以分为三层：即外地核、过渡层和内地核。 外地核（2 9004 980 千米）平均密度约为 105 克立方厘米，在此层内纵波速度 减缓，横波不能通过，证明外核是液体。外核为液体的原因是温度超过了该处物质的熔点。 过渡层（4 9805 120 千米）厚度不大，波速变化复杂，从已测到的 微弱横波推知， 过渡层处于液态向固态的过渡状态。 内地核（5 1 206 371 千米）厚约 1251 千米，平均密度约 129 克立方厘米。纵 波和横波（由纵波转变而成）都能通过，呈固体状态，关于地核的物质成分，假说很多， 一般公认的铁镍地核说，认为地核是由铁、镍组成的。
14、关于地球的外部圈层，着重介绍大气圈、水围和生物圈的组成、厚度等基本知识，以 及三者之间相互渗透、相互联系的关系和人类活动的影响等。在后面的教材中，外部圈层 的具体情况将作详细介绍，因此这里要有所侧重。 大气圈。水圈和生物圈以及地壳，它们相互联系、相互影响，共同构成了人类赖以生 存的地理环境。随着人类社会的发展和人口的急剧增加，人类与地理环境的关系更加错综 复杂。 关于大气圈，要讲述大气的组成和分层结构。这两方面都是了解大气的基础知识。低 层大气是由干洁空气、水汽和悬浮在空气中的固体杂质三部分组成的。干洁空气又是多种 气体的混合物。大气的主要成分是氮和氧，它们对生命活动具有重要意义。有些成分如二
15、 氧化碳、臭氧、水汽、杂质等，含量虽少，但其作用也是很重要的，主要表现在对大气热 状况和大气降水的影响。特别是它们含量变化很大；作用非常显著。 大气的垂直分层是地球大气最主要的特征。大气的垂直分层主要根据大气在垂直方向 上温度变化的特征，大体划分为五个层次。各个层次之间的界限高度是不严格的，它是随 季节和昼夜的改变而变化的一个过渡的界限。在各层次中，要以与人类关系最为密切的对 流层作为讲授重点，另外臭氧层、电离层对人类也有重要影响，也可列为主要内容。气温 的垂直分布是大气在垂直方向上最基本的特征。其中气温随高度的增加而递减是最基本的， 没有这种温度结构，就没有大气的对流运动。没有对流运动，复杂
16、的天气现象也就不会产 生。 关于水圈，教材介绍了其组成，主要是液态水、固态水和气态水。按照它们存在的位 置和状态，可分为海洋水、陆地水、大气水和生物水。陆地水与人类 社会的关系最为密切， 又可分为地表水和地下水。 地球上有丰富的水，这是地球不同于其他行星的主要特征之一。由于水在常态下具有 固态、液态和气态三态相互转化的物理特性，因此，它在各自然地理要素中表现最为活跃， 在自然界的分布也最为广泛。水对地理环境起着重要的作用，水和热结合起来成为控制一 个地区基本自然地理特征的主导因素，水热的不同组合，形成了地球上丰富多彩的气候类 型和自然带。生命依赖于水，没有水就没有生命。水是农业的命脉，工业发展
17、的重要条件， 自然资源的重要组成部分。 水圈是由海洋、河流、湖泊、沼泽、冰川、地下水、土壤水和大气中的水等组成。各 种水体的储量不等，性质和运动形式也不一样，它们在地理环境结构中的作用和对人类的 影响也有着显著差别。组成水圈的各种水体处于不停地循环运动和交换更新之中，从动态 上看，水在不停地循环运动着，从数量上看，它又保持着某种平衡。海洋是水圈的主体， 它既是水体循环的源地，又是水循环的归宿，在自然地理环境的形成过程中，有着重要的 意义。 关于生物圈，教材未对其概念作具体的介绍，一般来讲，生物圈是地球上有生命分布 的空间领域，它是地球圈层结构的组成部分。在物质组成方面，生物圈包括全部生物有机
18、体以及它们的残骸。人类作为生物界中的一员，生活在生物圈层里。当研究人类同它的自 然环境之间的相互关系时，通常把人放在中心位置，而周围的自然环境便是整个生物圈。 随着人口的急剧增加及科学技术的进步，人类对生物圈各种性质和自然过程的干扰和影响 越来越强烈，于是导致了环境问题。由于生物圈是人类赖以生存的自然地理环境，保护生 物圈的稳定和协调发展，成为人类应特别关注的问题。 三、教学建议 对于本节内容的教学，应充分利用教材提供的地震波传播速度和距离地表深度的关系、 地球内部圈层构造示意等图片，制作成幻灯片或者媒体教学课件，进行直观形象地教学。 关于地球内部圈层的教学，可由多媒体课件打出内部圈层结构示意
19、图。然后再逐一介 绍内部圈层的划分及研究地球内部构造的方法。在讲授地震波是研究地球内部构造的主要 途径时，应明确指出地震波传播的速度取决于通过的介质的性质，根据地震波传播速度变 化的事实，可推知介质的性状。教学中要充分利用地震波与地球内部构造图，分析地震波 传播速度曲线，以说明地球内部具有两个不连续面和将地球内部划分为三个圈层的根据。 地壳是本段教材应重点介绍的内 容之一。讲述时应注意把地壳的厚度和地壳主要由岩石组 成两部分内容补充介绍，并讲述清楚。地慢是此部分教材的难点。但讲述地慢的厚度、分 层、物质组成之后，应重点介绍上地慢顶部的软流层。对于地核内容的教学，虽然人类没 有见过地核的物质成分
20、，但是可以通过地震波来分析研究它的温度、压力和密度。 对于这部分内容，建议列如下内容简明扼要的图表，让学生填写： 关于地球外部圈层的教学，首先是大气圈。对于大气圈可通过简要地介绍地球大气对 生物、水、地球表面的作用，说明大气对自然环境和人类有着重要的影响。大气的作用原 理和过程这里不做详细讲解，可作为问题提出，从而引起同学们的学习兴趣，启发学习以 后章节的积极性。 最后，教师可概括出，大气在自然地理环境中起着哺育生物、储存水分、雕塑地表等 作用。这些作用与大气的物质组成、热力性质和运动状况有着密切关系，并由此引出下文。 讲授大气的组成时，应扼要介绍主要组成成分的作用，其原因暂不解释。通过讲述大
21、 气组成成分的作用，说明大气对地球上物质和能量的分布与变化有着巨大的影响。 大气的垂直分层是本节的重点，其中尤以对流层的特点为最重要。 从中低纬地区的高山终年积雪的实例，引出气温随高度而变化的概念。根据探测资料 可以绘制出气温随高度的变化曲线（引用挂图或课本中气温的垂直分布图） ，可以看出，在 不同的高度范围内，气温的垂直变化不同，有的层次气温随高度增加而递减；有的层次气 温随高度增加而递增，根据这个特点可将大气划分为三个层次。 热状况是各层次最基本的特征，大气的运动和其他大气现象都与所在层次的热状况密 切相关。 造成各层气温垂直变化的原因，可适当讲解，其中着重介绍对流层和平流层气温垂直 变化
22、的原因。因为对流层内气温随 高度而递减，在水平方向上受。 其次，对臭氧层和电离层的作用及其对人类的意义可做适当介绍，但不要展开。 最后，可列下表引导同学做出总结或留作业。 对于水圈的教学，主要讲清三个问题，一是地球上有丰富的水，二是地球上水圈的特 点，三是水的重要性。组成地球表面的各个水体不是孤立存在的，而是有联系的，以说明 联系它们的纽带就是自然界的水循环。 在讲授水循环概念时，可以结合水循环示意图或自绘板图边画边讲，或绘成彩色挂图 教学。在彩色教学挂图中，应补充内陆水循环的内容，以备讲授水循环类型时应用。 讲清了水循环概念之后，再结合水循环示意图说明水循环的三种类型，讲清它们的区 别和联系
23、。其中海陆间循环包括的环节最完整，下垫面条件最复杂，对人类社会的意义也 最大。 水循环和水平衡是水体连续运动的两个侧面。前者着眼于现象，后者着眼于各水平衡 要素的数量关系。全球水平衡不仅要用数据说明水平衡原理的正确性，而且还应说明不同 类型水循环的数量是不同的。如海洋降水量约占海洋蒸发量的 90，这就是海洋内循环； 海陆间循环仅约占海洋蒸发量的 10，其比例大约为 9：1，但通过这种循环运动，陆地上 水不断得到补给，水资源得以再生，因而对人类更为重要。 讲人类活动对水循环和水平衡的影响时，要强调人的能动性与遵循自然规律的辩证关 系。人类活动在局部地区可以影响水循环和水平衡，改变水的时空分布，而
24、水循环的改变 又会引起自然环境的变化。这种变化可能是朝着有利于人类的方向发展，也可能是朝着不 利的方向发展。前者如合理修建水库、引水灌溉等；后者如大面积地滥伐森林、大面积地 排干湖泊和沼泽等。因此，只有了解自然规律，在遵循自然规律的条件下，发挥人的能动 作用，才能化害为利，合理利用水资源。 对生物圈的教学，教学时首先应说明什么是生物圈，它和“生物” 的概念有何区别与 联系，它的范围及与其他圈层的空间关系。 关于生物对大气圈、水困、岩石圈的影响，可以集中说明植物光合作用在整个地质历 史时期对各圈层性质的改造作用，这样就能比较容易地把这段教材内容贯穿起来，并抓住 重点。 通过前面的分析，我们可以看出，正是由于光合作用释放游离氧，并且氧 气不断积累、 扩散，与其他物质发生氧化反应，臭氧层逐渐形成，以及 CO2 被转化合成有机物并大量被 固定等现象，造成了地理环境的深刻变化。 关于环境条件对生物分布的影响问题，可以植物为主，来说明生物的分布受环境条件 制约的情况。为了讲课条理清楚，可将温度条件、光照条件、水分条件和生物条件分别加 以论述。
