第四节 地球的圈层结构

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本节推理链：地震波传播特征 → 不连续面 → 地壳、地幔、地核；大气圈、水圈、生物圈与岩石圈 → 相互联系、相互渗透 → 人类赖以生存的自然环境。

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本节学习目标

• 理解纵波、横波的传播特征，掌握用地震波速度变化判断内部结构的方法。
• 能说出莫霍界面、古登堡界面及其两侧圈层变化。
• 能比较地壳、地幔、地核的范围、物质状态和主要特征。
• 能区分大气圈、水圈、生物圈和岩石圈，并说明它们的相互作用。
• 能从自然景观中识别圈层要素，构建“圈层—要素—联系”的综合分析。

核心知识点讲解

1. 区域定位与地理情境：地球内部不可直接观察

人类目前最深钻井约12千米，只触及地球“表皮”，无法直接到达地心。因此，认识地球内部主要依靠地震波、重力、地磁和火山活动等间接证据，其中地震波是划分内部圈层的重要依据。

地震波分为纵波（P波）和横波（S波）：

类型	质点振动方向	传播速度	可通过介质	判读意义
纵波	与传播方向平行	较快	固体、液体、气体	速度变化反映介质性质变化
横波	与传播方向垂直	较慢	只能通过固体	横波消失可说明进入液态或不能传波的介质

2. 核心概念与地理要素：内部圈层和关键界面

地震波速度在一定深度突然变化的面叫不连续面。地球内部有两个重要不连续面：

• 莫霍界面：平均位于地下33千米处，界面以下纵波和横波速度都明显增加，以此为界分为地壳和地幔。
• 古登堡界面：位于地下约2900千米处，界面处纵波速度突然下降，横波完全消失，以此为界分为地幔和地核。

内部圈层特征：

圈层	范围和特征	地理意义
地壳	莫霍界面以外的坚硬固体外壳；海洋地壳约5—10千米，大陆地壳较厚，山地处可达70千米	地表地形、岩石和人类活动直接依托的圈层
地幔	莫霍界面至古登堡界面，约占地球总体积80%；分上地幔和下地幔	上地幔上部软流层部分熔融、可缓慢流动，是岩浆主要发源地，与板块运动相关
地核	主要由铁、镍等金属组成，厚约3400千米；分外核和内核	外核为液态，运动形成地球磁场；内核为高密度固体金属球

岩石圈由地壳和上地幔顶部的坚硬岩石组成；软流层位于上地幔上部，岩石部分熔融，能缓慢流动。注意：岩石圈不是地壳的同义词。

3. 过程机制与成因链条：由波速变化判定物质状态

地震波判读可以写成一条证据链：

地震发生并产生P波、S波 → 波在不同物质中传播速度不同 → 记录不同深度的波速变化 → 突然变化处判定不连续面 → 根据纵波增速、降速和横波是否消失推断介质性质 → 划分地球内部圈层。

古登堡界面处横波完全消失，说明其下方外核为液态金属；外核物质运动又与地球磁场形成有关。莫霍界面以下两种波速都增加，说明物质性质或密度发生明显变化，但仍可传播横波，表明地幔总体为固态或具有固体介质特征。

4. 空间分布、图表判读与证据

读地震波曲线图时：

1. 先看横轴深度、纵轴波速，分清P波和S波。
2. 找波速突然变化的位置，确定不连续面深度。
3. 看波速变化方向：两波都增加，还是P波下降、S波消失。
4. 将深度与莫霍界面、古登堡界面对应。
5. 推断圈层范围和物质状态，再联系软流层、地磁场和板块运动。

读自然景观图时可按“找要素—归圈层—找联系”：

• 云、风、降水属于大气圈；
• 河流、湖泊、冰雪、地下水属于水圈；
• 草、树、动物和微生物属于生物圈；
• 山地、岩石、土壤和地貌属于岩石圈。

5. 人地关系、影响与对策：圈层共同构成自然环境

大气圈由气体和悬浮物质组成，主要成分是氮气和氧气，调节温度并提供生物所需氧气；水圈包括海洋、河流、湖泊、沼泽、冰川和地下水，是最活跃的自然环境要素之一；生物圈是地球表层生物及其生存环境的总称，生物从环境获取物质和能量，也会改变大气、水体组成和地表形态；岩石圈为地表提供岩石、土壤和地貌基础。

四个圈层不是彼此孤立的：水在大气圈和水圈之间循环，在岩石圈中下渗，又被生物利用；植被通过蒸腾影响大气，通过根系和枯落物影响土壤；流水侵蚀岩石并搬运沉积物。分析人地关系时，应从多个圈层和物质循环出发，提出节水、护土、保护植被、减轻污染和合理利用资源等措施。

6. 本节原文图像注释与判读

• 图1.33：地球内部探秘，设置“人类无法直接抵达地心”的问题情境。
  

• 地震波示意图：纵波和横波传播特征。
  

• 图1.34：地震波传播速度与地球内部圈层结构示意，包含曲线和剖面两个图像单元。
  

• 图1.35及其辅助图：地球外部圈层结构示意。
  

• 图1.36：山地、云、积雪、河流、草和树木组成的自然景观照片。
  

重点梳理

内部圈层记忆

地壳薄、地幔厚、地核金属；莫霍界面分地壳和地幔，古登堡界面分地幔和地核；横波能过固体，不能过液体，外核液态是判断古登堡界面的关键。

外部圈层记忆

大气圈管气象和温度，水圈管水体和循环，生物圈管生命和生态，岩石圈管岩石、土壤和地貌；四者相互联系、相互渗透，共同构成人类自然环境。

难点突破

难点一：波速突变说明什么

波速突然变化说明地震波经过的物质性质或状态发生明显改变。莫霍界面处两种波都增速，古登堡界面处P波减速、S波消失，后者表明外核为液态。不要把“波速变化”直接等同于“深度变化”。

难点二：地壳、岩石圈和软流层的关系

地壳是最外部的固体岩石层；岩石圈包括地壳和上地幔顶部坚硬岩石；软流层位于上地幔上部，是部分熔融、可缓慢流动的层。三者范围不同，不能混用。

难点三：外部圈层综合题

不要只列名词。应先识别景观要素，再说明圈层关系，例如“山地岩石圈提供地形基础—降水进入水圈形成河流—河流侵蚀搬运岩石—植被在水和土壤支持下生长—植被蒸腾影响大气”。

例题讲解

例题1：地震波曲线

题目：在地下约2900千米处，纵波速度突然下降，横波完全消失，这说明什么？

答案：该深度为古登堡界面，说明界面以下物质性质发生突变；横波不能通过液体，完全消失表明外核主要为液态金属。由此可将地球内部划分为地幔和地核。

例题2：内部圈层与地理意义

题目：说明软流层与板块运动、火山活动的关系。

答案：软流层位于上地幔上部，温度高、岩石部分熔融并能缓慢流动，是岩浆的主要发源地；软流层的运动与地球板块运动有关，岩浆上涌可形成火山活动。

例题3：自然景观判读

题目：一幅山地景观中有云、山顶积雪、河流、草和裸露岩石，分别属于哪些圈层？说明其中两种联系。

答案：云属于大气圈，积雪和河流属于水圈，草属于生物圈，山体和裸露岩石属于岩石圈。云中水分形成降雪和河流，体现大气圈与水圈联系；河流侵蚀山体，体现水圈与岩石圈联系；草通过根系和枯落物影响土壤，体现生物圈与岩石圈联系。

易错点整理

• 认为纵波和横波都能通过液体；横波只能通过固体。
• 把莫霍界面写成2900千米，或把古登堡界面写成33千米。
• 把外核和内核都写成液态；外核液态，内核为高密度固体。
• 把地壳等同于岩石圈；岩石圈包括地壳和上地幔顶部。
• 把水圈只理解为海洋，忽略冰川、河流、湖泊、地下水等。
• 只给自然景观要素贴圈层标签，没有说明圈层之间的物质和能量联系。
• 把生物圈理解成一个有清晰边界的球壳；它主要分布在大气圈、水圈和岩石圈相互接触的表层区域。

考点考证点整理

1. 纵波、横波的传播速度和介质差异。
2. 莫霍界面和古登堡界面的深度及波速变化特征。
3. 地壳、地幔、地核的范围、状态和组成。
4. 软流层、岩石圈、外核与地磁场的关系。
5. 大气圈、水圈、生物圈、岩石圈的概念和功能。
6. 自然景观中圈层识别及圈层相互联系的综合表达。

练习题

1. 比较纵波和横波的传播特征，并说明横波消失的地理意义。
2. 以莫霍界面和古登堡界面为界，写出地球内部圈层的划分。
3. 说明海洋地壳和大陆地壳在厚度上的差异。
4. 从岩石圈、软流层和地核三个对象中任选两个，说明其与地球表层环境或人类活动的联系。
5. 观察一幅“山地—河流—植被—云”的景观图，按“要素—圈层—联系”写出分析过程。

练习题答案

1. 纵波传播速度较快，可通过固体、液体和气体；横波速度较慢，只能通过固体。横波在古登堡界面处消失，说明外核主要为液态，地震波可据此识别圈层边界。
2. 莫霍界面以上为地壳，以下至古登堡界面为地幔，古登堡界面以下为地核；地核还可分为外核和内核。
3. 海洋地壳较薄，一般5—10千米；大陆地壳较厚，高大山脉下更厚，最厚可达70千米。
4. 示例：岩石圈包括地壳和上地幔顶部坚硬岩石，是地形、土壤和人类工程活动的基础；软流层部分熔融、能够缓慢流动，与板块运动和岩浆活动相关。也可说明外核液态金属运动形成地球磁场，磁场能保护地球免受部分太阳风影响。
5. 先找出云，归入大气圈；河流和积雪归入水圈；植被归入生物圈；山体、岩石和土壤归入岩石圈。再说明降水形成径流，流水侵蚀岩石，植被吸收水分并通过蒸腾影响大气，形成圈层间的物质联系。