地球基礎(chǔ)知識

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 初中地理 來源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)


地球的質(zhì)量與數(shù)據(jù)

卡文迪許認(rèn)為地球的質(zhì)量約為610^24千克

地球的赤道半徑ra=6378137m6.37810^6m,極半徑rb=6356752m6.35710^6m,扁率e=1/298.257,忽略地球非球形對稱,平均半徑r=6.37110^6m。在赤道某海平面處重力加速度的值ga=9.780m/s^2,在北極某海平面處的重力加速度的值gb=9.832m/s^2,全球通用的重力加速度標(biāo)準(zhǔn)值g=9.807m/s^2,地球自轉(zhuǎn)周期為23小時56分4秒(恒星日),即T=8.61610^4s。

如果把地球看成質(zhì)量均勻,并且忽略其它天體的影響,可以通過如下途徑計算地球的質(zhì)量。

方法一、在赤道上,地球?qū)|(zhì)量為m的物體的引力等于物體的重力與隨地球自轉(zhuǎn)的向心力之和,則為5.984*10^24 kg

方法二、在北極,不考慮地球自轉(zhuǎn),則計算為5.954*10^24kg

方法三、把地球看作質(zhì)量均勻的球體,忽略自轉(zhuǎn)影響,半徑取平均值,重力加速度取標(biāo)準(zhǔn)值。則為5.965*10^24kg

月地距離r月地=3.88410^8m,月球公轉(zhuǎn)周期為27天7小時43分11秒(恒星日),即T月2.36110^6s,月球和地球都看做質(zhì)點,設(shè)月球質(zhì)量為m月。

方法四、為6.220*10^24kg

地球的主要成分

直到十六世紀(jì)時,人類才了解到地球只不過是太陽系的另一顆行星而已。

地球不需太空探測船才可認(rèn)識,但是直到二十世紀(jì)我們才真正勾勒出地球的全貌。當(dāng)然能自太空中取得它的影像是其中相當(dāng)重要的因素,地球的太空影像對天氣預(yù)測,尤其是臺風(fēng) (颶風(fēng))的預(yù)報來說有很大的幫助,而且從太空看到的地球真是非常美麗、可愛。

由化學(xué)組成成分及地震震測特性來看,地球本體可以分成一些層圈,以下就標(biāo)示出它們的名稱與范圍(深度,單位為公里):

0~40地殼40~2890地幔2890~5150外地核5150~6378內(nèi)地核

固態(tài)的地殼厚度變化頗大,海洋地區(qū)的地殼較薄,平均約7公里厚;而大陸地殼就厚得多,平均約40公里厚; 地函也是固態(tài),不過在它上部有一層極小部分熔融的區(qū)域,稱為軟流圈,其上的地函最頂部及整個地殼則稱為巖石圈 ;至于外地核是液態(tài)而內(nèi)地核是固態(tài)。 這些不同的層圈都是以不連續(xù)面為界,最有名的就是在地殼與地函之間的莫氏不連續(xù)面 (Mohorovicic discontinuity)。

地幔占有地球的主要質(zhì)量,地核反而位居其次,至于我們生存的空間則只是整個地球極小的一部分而已(質(zhì)量,單位為10的24次方公斤: 大氣層 = 0.0000051,海洋 = 0.0014 ,地殼 = 0.026,地幔 = 4.043,外地核= 1.835,內(nèi)地核 = 0.09675,)

地核的主要成分是鐵 (或鐵鎳質(zhì)),不過也可能有一些較輕的物質(zhì)存在,地心的溫度約有7,500K,比太陽表面溫度還高;下部地函的主要成分可能是矽、鎂、氧,再加上一些鐵、鈣及鋁;上部地幔主要成分則是橄欖石及輝石(鐵鎂矽酸鹽巖石),也有鈣和鋁。 以上這些?解都是來自于地震震測資料,雖然上部地幔的物質(zhì)有時會因著火山噴出熔巖而被帶到地表來,但是我們?nèi)詿o法到達(dá)固體地球的主要部分,目前的海底鉆探行動連地殼都尚未挖穿。地殼的成分則主要是石英 (二氧化硅)及硅酸鹽類如長石。 整體估算,地球化學(xué)組成的重量百分比為: 鐵34.6% ,氧29.5% ,硅15.2% ,鎂12.7% ,鎳2.4% ,硫1.9% ,0.05% 鈦 。

地球是平均密度最大的主要星體。

其它類地行星也都具有和地球類似的結(jié)構(gòu)與組成,但其中也有一些差異:月球核所占比例最; 水星核的比例最大;而火星及月球的函相對較厚;月球和水星沒有化學(xué)組成明顯不同的函與殼之分;地球可能是唯一可再分成內(nèi)外核的。不過請留意,我們對行星內(nèi)部的認(rèn)識主要是來自于理論推導(dǎo),就算是對地球的也是如此。

有別于其它類地行星 ,地球的最外層(包含地殼及上部地幔的頂端)被切分為數(shù)塊,「飄浮」于其下的熾熱地幔之上,這就是著名的板塊構(gòu)造運動學(xué)說 。 這個學(xué)說主要描述兩種運動:拉張與隱沒,前者發(fā)生在二個板塊互相遠(yuǎn)離,其下的巖漿涌出而生成新地殼之處;后者則發(fā)生在二個板塊互相碰撞,其中一方潛入另一方之下,終至消滅于地函中之處。此外,也有一些板塊邊界是橫向錯開式的相對運動或兩個大陸板塊硬碰硬地撞在一起。

地球的大部分表面很年輕 ,只有5億年左右,以天文的角度來看確實很短。但也有很少的地方露出了當(dāng)年地球地殼形成時的基底花崗巖,如中國遼寧省葫蘆島市綏中縣就有裸露,由于形成花崗巖時的冷卻時間長,所以花崗巖內(nèi)的結(jié)晶體都非常發(fā)育,邊長在1-2厘米,故把其命名為綏中花崗巖。由于侵蝕作用及構(gòu)造地質(zhì)運動不斷地破壞又重建大部分的地表,因而地表早期的地質(zhì)記錄不容易找到,例如撞擊坑,所以早期地球歷史大部分都已不見蹤跡。 地球約有45至46億年老,然而目前已知最老的巖石只有大約40億年前(地球有相當(dāng)長的一段時期是一個由熔化的巖漿形成的火球),而且老于30億年的巖石非常罕見。最老的生物化石不早于39億年前,有關(guān)生命起源的關(guān)鍵時期則亳無記錄。

地球表面積71%為水所覆蓋,地球是太陽系唯一在表面可以擁有液態(tài)水的行星 (土衛(wèi)六的表面有液態(tài)乙烷或甲烷,而藏于木衛(wèi)二的表面之下則可能有液態(tài)水,不過地球表面有液態(tài)水仍是獨一無二的)。液態(tài)水是我們已知的生命型式所不可或缺的要素;而緣于水具有的大比熱性質(zhì),海洋的熱容積成為保持地球溫度恒定的一大功臣;液態(tài)水還是陸地上侵蝕與風(fēng)化作用的主要營力,這是太陽系中唯一有此作用的地方(也許火星早期也曾有過這些作用,但現(xiàn)在已無)。

地球大氣組成中,77%是氮氣而21%是氧氣,再來就是微量的氬、二氧化碳及水氣。 地球初形成時的大氣很可能大部分都是二氧化碳,不過它們大多已被碳酸鹽類巖石給結(jié)合,其余的則是溶入海洋及被綠色植物耗盡;如今板塊構(gòu)造運動及生物作用是大氣中二氧化碳消長的持續(xù)主控者。大氣中存在的水氣及微量二氧化碳所造成的溫室效應(yīng)是維持地表溫度極重要的作用,溫室效應(yīng)使地表溫度提高了大約35℃,否則地表的平均溫度將是酷寒的-21℃! 若沒有水氣及二氧化碳,海水會凍結(jié),而我們已知的生命型式將無從開展。 此外,水氣更是地球水循環(huán)及天氣變化中不可或缺的要角。

自由氧的存在也是地球化學(xué)組成的一大特征,因為氧是活性很強的氣體,照理說應(yīng)該很容易就和大氣中其它元素相化合,地球上的氧氣完全是由生物作用產(chǎn)生及維持,若沒有生命就不會有自由氧。

地球與月球之間的引潮力會使地球的自轉(zhuǎn)周期每一世紀(jì)增加約2毫秒,最新研究顯示在9億年前一天只有18小時,而一年則有481天。地球擁有適度的磁場,推測磁場是起因于液態(tài)外地核中的電流。 由于太陽風(fēng)與地球磁場及外層大氣的交互作用, 極光于焉產(chǎn)生;而上述因素的不均衡造成磁極會在地表移動,目前磁北極位于加拿大北境。由于太陽風(fēng)與地球磁場及外層大氣的交互作用,極光于焉產(chǎn)生;

地球磁場及其與太陽風(fēng)的交互作用也造成了范艾倫輻射帶(Van Allen radiation belts),它是環(huán)繞著地球的成對環(huán)狀帶,外型就像是甜甜圈,由氣體離子(電漿) 組成,其外圈由海拔19,000公里延伸到41,000公里;內(nèi)圈則介于海拔13,000至7,600公里之間。

地球的溫度

地核的溫度大約是4700℃,比太陽光球表面溫度(6000℃)略低。地球上最高溫度發(fā)生在閃電中。一次閃電能釋放100億焦耳的能量,達(dá)到30000℃,這溫度是太陽表面溫度的5倍,但比太陽核心的溫度(1400萬攝氏度)低多了。 地球上最冷的地方在哪里?北半球的冷極在西伯利亞東部的奧伊米亞康,1961年1月的最低溫度是71℃。南半球的冷極在南極大陸,1960年8月24日氣溫為88.3℃。

地球的運動

地球繞地軸的旋轉(zhuǎn)運動,叫做地球的自轉(zhuǎn)。地軸的空間位置基本上是穩(wěn)定的。它的北端始終指向北極星附近,地球自轉(zhuǎn)的方向是自西向東;從北極上空看,呈逆時針方向旋轉(zhuǎn)。地球自轉(zhuǎn)一周的時間,約為23小時56分,這個時間稱為恒星日;然而在地球上,我們感受到的一天是24小時,這是因為我們選取的參照物是太陽。由于地球自轉(zhuǎn)的同時也在公轉(zhuǎn),這4分鐘的差距正是地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)疊加的結(jié)果。天文學(xué)上把我們感受到的這1天的24小時稱為太陽日。地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生了晝夜更替。晝夜更替使地球表面的溫度不至太高或太低,適合人類生存。

地球自轉(zhuǎn)的平均角速度為每小時轉(zhuǎn)動15度。在赤道上,自轉(zhuǎn)的線速度是每秒465米。天空中各種天體東升西落的現(xiàn)象都是地球自轉(zhuǎn)的反映。人們最早就是利用地球自轉(zhuǎn)來計量時間的。研究表明,每經(jīng)過一百年,地球自轉(zhuǎn)速度減慢近2毫秒,它主要是由潮汐摩擦引起的,潮汐摩擦還使月球以每年3~4厘米的速度遠(yuǎn)離地球。地球自轉(zhuǎn)速度除長期減慢外,還存在著時快時慢的不規(guī)則變化,引起這種變化的真正原因目前尚不清楚。

地球繞太陽的運動,叫做公轉(zhuǎn)。從北極上空看是逆時針繞日公轉(zhuǎn)。地球公轉(zhuǎn)的路線叫做公轉(zhuǎn)軌道。它是近正圓的橢圓軌道。太陽位于橢圓的兩焦點之一。每年1月3日,地球運行到離太陽最近的位置,這個位置稱為近日點;7月4日,地球運行到距離太陽最遠(yuǎn)的位置,這個位置稱為遠(yuǎn)日點。地球公轉(zhuǎn)的方向也是自西向東,運動的軌道長度是9.4億千米,公轉(zhuǎn)一周所需的時間為一年,約365.25天。地球公轉(zhuǎn)的平均角速度約為每日1度,平均線速度每秒鐘約為30千米。在近日點時公轉(zhuǎn)速度較快,在遠(yuǎn)日點時較慢。地球自轉(zhuǎn)的平面叫赤道平面,地球公轉(zhuǎn)軌道所在的平面叫黃道平面。兩個面的交角稱為黃赤交角,地軸垂直于赤道平面,與黃道平面交角為66,或者說赤道平面與黃道平面間的黃赤交角為23,由此可見地球是傾斜著身子圍繞太陽公轉(zhuǎn)的。


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