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
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
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
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

1. 徐果明,周蕙兰,《地震学原理》,科学出版社,北京,1982。 
2. 谢鸿森,《地球深部物质科学导论》,科学出版社,北京,1997 
3. Lay, T., Wallace, T. C., Modern Global Seismology, Academic Press, San Diego, 1995. 
4. Anderson, D. L., Theory of the Earth, Blackweell Scientific Publication, New York, 1986. 
5. Kennett, B. L. N., Seismic Wave Propagation and Seismic Tomography, Research School of Earth Sciences, The Australian National University, 1998
6 Karato,S-I,2013, Physics and chemistry of the deep earth’s interior. Whily-Blackwell