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第五章 地球的結構 地球是前四顆岩質行星中最大的一個,也是太陽系中密度最大的 5-1 大氣的結構(向上1000公里)

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1 第五章 地球的結構 地球是前四顆岩質行星中最大的一個,也是太陽系中密度最大的 5-1 大氣的結構(向上1000公里)
第五章 地球的結構 地球是前四顆岩質行星中最大的一個,也是太陽系中密度最大的 5-1 大氣的結構(向上1000公里) 5-2 海洋的結構(向下數公里) 5-3 固體地球的結構(下達6371公里的地心)

2 5-1.1垂直氣溫分層 大氣層:因地球引力使得空氣聚集在地球周圍而成的。 1、主成分:氮、氧及氬外,尚有變動氣体例:二氧化碳、水氣
 2、分層(由溫度而分):由下而上如下    ____、____、_____、____、____ 對流層:離地10公里以內的高空,      其厚度隨緯度和季節不同而變。      90%水氣、四季、氣候變化皆發生於此層。      溫度隨高度而減少(每升1km降6.5度) 平流層:又稱臭氧層;離地10~50km處      氣溫由本層底部隨高度增加,先是變化極小,隨後則快速增溫      距地25公里的臭氧層可吸收太陽輻射中的紫外線 中氣層:50~85公里處,此層內氣溫隨高度升高而下降,因大氣對太陽輻熱能的吸收很少,此層內水氣極少,幾沒有雲。(-90℃) 增溫層:又稱電離層;距地85~550公里處,溫度隨高度而增高,此層的溫度和太陽表面活動有關,當太陽表面活動增強時,溫度會增加很快,反之,則增加較慢。(1800℃) 外氣層:與星際間的過渡帶,外太空的起點。人造衛星多於此。空氣極稀薄,溫度隨高度很少變化。

3 垂直氣溫分層 高溫,但變化不大,空氣十分稀薄;外太空的起點 溫度隨高度減少平均每升高1公里,氣溫約下降6.5 ℃。
地表加熱大氣的底層,使接近地表的空氣受熱上升,而較高層的冷空氣則下沉而生對流 厚度8-16km隨緯度↑而↓ 地表加熱程度愈強則對流層厚度愈大 赤道區>高緯度區 夏天>冬天 電離、增溫 臭氧因吸收太陽輻射的紫外線,臭氧形成或分解,都會吸收太陽輻射中的紫外線,產生熱能,提高周圍大氣溫度,故使氣溫隨高度而增高。 大氣運動多為水平方向 溫度隨高度增加而增高

4 電離層 空氣稀薄,少許太陽輻射使空氣分子能量大增,因此氣体分子溫度也就變得很高了。
氮氣、氧氣等分子會吸收波長非常短的太陽輻射,生成許多電離子,形成了帶電的離子層 電離層中有許多游離的氣体粒子 吸收、反射電波訊號,因此電離層的狀況會影響長程通訊。 氣体粒子會受太陽輻射影響—例如:白天有太陽輻射提供游離的能量,所以有較多的粒子電離,因此電離層會出現日夜變化。而每逢日夜交替,電波發訊站也必須對於輸出訊號的強度進行調整。

5 氣壓的定義 垂直於單位面積上大氣柱的重量,稱之為氣壓。P=F/A 氣壓的單位常用百帕(hPa)表示:
1 hPa=100牛頓/米2(N/m2)。 也可用毫巴(mb)表示:1mb=1hPa 其與毫米水銀柱高度 (mmHg)的關係: 1 mb = 0.75 mmHg,所以1mmHg≒1.333 hPa 1atm =76cmHg ≒1013hPa ≒1013mb=教室的桌子上站了50個人的重量=760torr ≒1.013「(bar)巴=達因/平方公分) 1Nt=100000達因

6 氣壓的垂直分佈 氣壓隨高度增加而降低,在離地5.5公里高度,氣壓約為海平面氣壓的一半。

7 全球海洋分布圖 海洋覆蓋地球約71%的表面積。 海受到陸地的影響超過洋 地中海 規模最大,跨過南、北半球 跨過南、北半球 黑海 紅海 南美洲
大多在南半球

8 鹽度的定義:海水中的溶解的無機鹽類的總量
鹽度(Salinity,一般均用S代表)﹕海水中的溶解物,包括無機鹽、有機化合物和氣体;其中占最大部分的是無機鹽類,它以離子狀態(註1)存於海水中,這些無機鹽類的總量稱為鹽度。 鹽度是重量千分比濃度,其單位為千分之一 (‰ )。 後來學者們逐漸改採PSU(Practical Salinity Unit)為單位,即所謂的實際鹽度單位,由導電度所推算出來的鹽度數值 世界各地大洋海水的鹽度範圍從34 ‰ 至37 ‰ 之間,平均鹽度:35 ‰左右。海水鹽度受到降雨量與蒸發量的影響,在熱帶和亞熱帶海域的蒸發率高,鹽度也稍高。溫帶海域則因蒸發率較低,所以鹽度也稍微低一些。 ______________________________________________________________________ 註1: 陽離子:來自岩石風化,地表水流逐漸溶解土壤,岩石中的陽離子雖然很少, 但隨著河水帶到海中累積起來 陰離子:來自於火山活動,陸上或海底的火山噴發氯、硫等陰離子,最後到海中累起來 海、陸間鹽分的交換: 海中的鹽分經由板塊運動再抬升到陸地上,隨河水運輸或火山噴發而帶到海中累積 兩者達平衡

9 補充: 河口、多雨及融冰的海域;加入淡水 鹽度便降低 加熱蒸發純水或純水結冰 鹽度增高 鹽度量測方法: 1、採水瓶:
河口、多雨及融冰的海域;加入淡水 鹽度便降低 加熱蒸發純水或純水結冰 鹽度增高 鹽度量測方法: 1、採水瓶: 預定深度採集海水 實驗室化學沉澱法(銀離子+氯離子生白色沉澱) 計算出氯化銀的固体量進而計算出鹽類含量 2、鹽溫深儀(CTD): 沉降至海底 快速記錄水溫及深度 利用導電度反推出鹽度

10 補充: 鹽度= ×氯度(簡寫為Cl‰) 化學滴定鹽度測定法﹕以硝酸銀為試液, 由氯化銀沉澱量反推氯 離子的量。

11 中緯度蒸發過大之孤立海面則可高達39‰(如地中海、紅海 )
赤道 太平洋 大西洋 印度洋 大洋鹽度介於33~37 ‰ 降雨多或有河流注入之海面甚至可小於5 ‰ 中緯度蒸發過大之孤立海面則可高達39‰(如地中海、紅海 ) 表面海水的平均鹽度:北大西洋最高(35.5);南大西洋及南太平洋較少(35.2),北太平洋最少(34.2)。 位於炎熱乾燥的沙漠陸地間,蒸作用使鹽度達41‰

12 海水溫度垂直分層 全球各地的海水鹽度頗為接近,但水溫有相當大的差異===主因緯度不同,所受日照量就有不同所致。
水表面的溫度範圍:-2~30℃之間;緯度愈低,海水表面愈高。 深海,因缺乏陽光的照射,所以愈深水溫愈低。 海水分為3層:混合層(100~200)、斜溫層(200~1000)、深水層(1000以上)

13 營養鹽的垂直分布 海水的苦味因氯化鎂、 鹼味因氯化鈉、易潮解因氯化鈣; 但部分鹽類是海洋生物賴以生存或生長不可缺少的物質,這些無機鹽類則稱為營養鹽。 營養鹽包括硝酸鹽及亞硝酸鹽、矽酸鹽、磷酸鹽。 營養鹽在海洋中的含量,會受生物消耗量的影響,隨深度的加大而增加。

14 溫 鹽 圖:區別不同的水團(p:75) 海水因受熱、蒸發、降水,以及所處緯度等因素影響,生成不同水團。
水團性質主要指海水的溫度及鹽度的不同。 1、黑潮水與南中國海水由不同的水團組成 2、鹽度變化:溫度大於十五度時,黑潮水的較南中國海水大 3、反之,小於十五度時,黑潮水的鹽度較南中國海小

15 地 殼--莫氏不連續面--上部地函 (含軟流圈) 鐵鎂多、玄武岩、較薄 矽鋁多、花岡岩、較厚 溫度較高、剛性較小

16 不連續面:不同性質的地層間,也會產生折射或反射現象,稱之
分層:利用地震波 不連續面:不同性質的地層間,也會產生折射或反射現象,稱之 上部地函:岩石和軟流圈 軟流圈:岩漿的家 橄欖石、輝石或其高壓同質異像体;厚度:2900km 100km 三大岩類:火成岩、沉積岩及變質岩 莫氏不連續帶 過渡帶 古氏不連續帶    :  3471公里 由地震波知可分為: 鐵、鎳金屬

17 地震與地震波 成因:地層受力時發生變形,當變形所產生的應力超過本身強度時,地層便會錯動而發生地震。
地震波:地震發生時,釋放的能量以波的方式向外傳遞。依傳遞方式可分分為表面波(威力較大)與體波(分p 、S波)。 地震儀可將震波記錄下來。利用震波在地球內部傳遞,可以了解地下岩層的構造(地球內部分層),推斷地下的岩石性質與厚度,並能探勘地下蘊藏的石油與其他礦產。

18 地震儀原理

19 體 波 種類 P 波 (Primary Wave) S 波 (Secondary Wave) 性質 縱波(質點振動方向與波行進方向一致);
體 波 種類 P 波 (Primary Wave) S 波 (Secondary Wave) 性質 縱波(質點振動方向與波行進方向一致); 可穿越地球內部。 橫波(質點振動方向與波行進方向垂直); 可穿越地球內部, 只能在固體中傳遞。 速度 最快 次之

20 講義p:3

21 地球內部P波與S波速度之分布 低速帶;軟流圈岩石具可塑性 無S波通過,呈液態。

22 講義p:4 關於地震波速: 1、地殼進入地函→地震波速_________
2、地下( km)的上部地函→p波和s波速急遽降低之處稱_________帶 因:地底溫度與地函岩石的熔點接近,使得部分岩石熔融,增加可塑性,易變形 又稱_________圈 3、過渡帶:因壓力增加,所以原子組織結構更緻,地震波速因此________。 4、古氏不連續面: p波和s波速急遽降低(p波:13→8km/sec; s波:7→____km/sec) 因: s波無法通過外地核,因而判斷外地核為______ 【註1】: s波不能在液体內傳播。

23 斷層引起地震 震央

24 岩石的分類:p:77 火成岩:由熔融的岩漿冷卻凝固而成,如玄武岩、安山岩、流紋岩、輝長岩、閃長岩及花崗岩。
沉積岩:由鬆散的沉積物固結而成,或由溶液所的化學沉澱而成。如礫岩、砂岩、頁岩、石灰岩 變質岩:任何岩石因溫度、壓力和化學環境的變化而改變其原有的礦物的種類、化學組成與岩石組織和結構所產生的岩岩。例:板岩、片岩、片麻岩、大理岩及石英岩。

25 候風地動儀 最早的地震儀(西元132年),東漢張衡發明


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