地球内部物理学  071M4003H

学期:2017—2018学年(春)第二学期 | 课程属性:专业核心课 | 任课教师:王多君,陈小斌,雷建设
授课时间: 星期三, 第5、6、7节
授课地点: 教2-125
授课周次: 2、3、4、5、6、7、8、9、10、11
授课时间: 星期一, 第5、6、7节
授课地点: 教2-125
授课周次: 2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12
课程编号: 071M4003H 课时: 60 学分: 4.0
课程属性: 专业核心课 主讲教师:王多君,陈小斌,雷建设
英文名称: Physics of the Earth’s interior

教学目的、要求

本课程为地球物理学科研究生的学科核心课。也可作为地球化学专业、构造地质专业以及其它固体地球物理相关专业或边缘专业(例如,比较行星学、高温高压实验及应用、地球层圈之间相互作用等研究方向)研究生的专业基础课或选修课。本课程介绍研究地球内部(深至地心)的结构、状态方程、物质成分、热学性质、传导性质等问题的物理学基础、理论、方法。与此同时,适当介绍不同学派的学术观点。本课程在使学生掌握基本理论和方法的同时,也拓展他们的视野,提高他们的分析研究能力。

预修课程

高等数学、大学物理

教 材

周蕙兰,《地球内部物理》,地震出版社, 北京,1990
Poirier, J. P., Introduction to the Physics of the Earth’s Interior (2nd ed.), Cambridge University Press, Cambridge, 2000

主要内容

第一章 地球内部的速度结构 (12学时)
地球的弹性和地震波动, PREM、iasp’91及AK135速度模型。地壳、上地幔和内核的波速各向异性及可能存在的内核相对旋转,莫霍界面、过渡带内部间断面、核幔界面和内外核界面的地形及细致结构。
第二章 地球内部的密度、弹性、重力和压力(6学时)
波速分布与密度分布的理论关系,波速与密度的实验定律及物理基础,地心密度和冲击波试验约束,地球内部弹性模量、重力、压力和密度随深度的分布,k-p关系。
第三章 地球内部状态方程 (10)
非线性弹性与有限应变,地球内部静压力和有限静压应变,热力学条件与内能表示式,地球内部的状态方程,地球内部Grüneisen参数,德拜温度。
第四章 地球内部的物质成分研究(12)
地球内部物质成分的基本方法,地球以外资料用于研究地球化学成分和元素丰度,地球物理观测结果与岩石学分析的结合,高温高压实验技术,矿物相变研究及意义,地壳的物质成分,上地幔的物质成分,下地幔的物质成分,外核与内核的物质成分,一些主要间断面的性质,地球各层圈氧逸度特征。
第五章 地球内热、热传输机制和温度 (6学时)
地热流和地球内部热源,地球介质的热传输机制,地壳温度,地幔和地核温度的下限——绝热自压温度,地幔和内核温度的上限——熔点温度,地幔和地核实际温度的研究,矿物相变温压条件与地幔过渡区间断面深度变化。
第六章 地球介质的传导性质 (7)
扩散方程,地球介质的扩散系数,扩散机制,短期和长期的变化地磁场对球体的电磁感应,地球电导率随深度的变化,液态金属外核的导电率, 地幔矿物的导电率,地壳的电磁特性,地球介质的导电机制。
第七章 地球内部的水 (7)
地球内部水的演化以及存在形式,名义无水矿物中的水,俯冲带中的水,水对矿物、岩石的物理化学性质的影响。

参考文献