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第5章 地球漫步(2)

地球环绕太阳的运动,就是地球的公转。因为同地球一起环绕太阳的,还有太阳系的其他天体,太阳是它们共有的中心天体,因此这种运动也被称为“公”转。

地球公转轨道:地球在公转过程中,所经过的路线上的每一点都在同一个平面上,而且会构成一个封闭的曲线。这种地球在公转过程中所走的封闭曲线就叫做地球轨道。如果我们把地球看成为一个质点的话,那么地球轨道实际上是指地心的公转轨道。

严格地说,地球公转的中心位置并非太阳中心,而是地球和太阳的公共质量中心,不仅地球在绕该公共质量中心在转动,而且太阳也在绕该点在转动。不过,太阳是太阳系的中心天体,地球只不过是太阳系中一颗普通的行星而已。太阳的质量是地球质量的33万倍,日地的公共质量中心离太阳中心仅450千米。这个距离与约为70万千米的太阳半径相比,实在是微不足道的,与日地1.5亿千米的距离相比就更小了。所以,我们把地球公转看成是地球绕太阳(中心)的运动,与实际情况是十分接近的。

由于地球轨道是椭圆形的,随着地球的绕日公转,日地之间的距离就会发生不断变化。地球轨道上距太阳最近的一点,即椭圆轨道的长轴,距太阳较近的一端被称为近日点。在近代,地球过近日点的日期大约在每年的1月初。此时,地球距离太阳约为1.471亿千米,通常称为近日距。地球轨道上距太阳最远的一点,即椭圆轨道的长轴距太阳较远的一端,被称为远日点。在近代,地球过远日点的日期大约在每年的7月初,此时地球距太阳约为1.521亿千米,称为远日距。近日距和远日距二者的平均值为1.496亿千米,这就是日地平均距离,即1个天文单位。

黄赤交角:地球轨道所在的平面称为地球的轨道面,也称为黄道面。地球的赤道面与黄道面并不重合,而是有一个交角(二面角),就是黄赤交角。在2000年,这个交角为23°26′21″。

春分点、秋分点、夏至点、冬至点:这些点是在地心天球上。黄道和天赤道的两个交点之一为白羊宫第一点,即春分点,第二个交点为天秤宫第一点,即秋分点,这两个点合称二分点。黄道上距天赤道最远的两点之一为巨蟹宫第一点,即夏至点,第二个交点为摩羯宫第一点,即冬至点,这两个点合称二至点。

地球公转的速度:地球公转的平均角速度是每年360?,即每日59?。平均线速度为每年9.4亿千米,即每秒29.78千米。即时角速度和即时线速度有季节变化,在能量守恒的前提下,离太阳越近时,位能越小,动能则越大,即时线速度和即时角速度就越大。在角动量守恒的前提下,即在相等长度的时间内,地球、太阳连线所扫过的面积是恒定的。

地球公转的周期:地球的公转周期为一个恒星年,需时365日6时9分9.5秒或365.2564日。

地球公转周期通常用“年”来表示。一年的长短和一天的长短一样都因选择的参考点不同而不同。根据参考点的不同。也有恒星年和回归年之分。

恒星年即地球连续两次通过太阳和另一恒星的连线与地球轨道的交点上所需的时间,它是地球公转的真正周期。

从地球经过轩辕十四同太阳连线的瞬间起,到再次经过轩辕十四同太阳连线的瞬间止,这段时间为一个恒星年,为365日6时9分9.5秒。

回归年是地球连续两次通过春分点与太阳连线与地球轨道交点所需的时间。

由于春分点从地球上看不是不动的,每年向西移动50“,而地球又是从西向东公转的,所以地球连续两次通过春分点与太阳连线与地球轨道交点所需的时间较恒星年短。

小知识

恒星年和回归年的关系

恒星年是地球的真正周期,而回归年是地球公转359°59′10″的时间;恒星年比回归年长约20′23.5″这个值就称为岁差。

目前所使用的历法是建立在回归年的基础上的,因为回归年与一年四季的变化直接有关。但我们使用的年并不是小数而是整数,即平年为365天,闰年为366天,每隔4年闰一次。

地球的构造

地球的外界是陆地和海洋表面。从太空看,地球其实不仅包括陆地和海洋表面,还包括周围的大气层。从大气层外缘向地球中心过渡,其地球物质的组成、结构及其变化方式都有所不同,大致呈同心圆状分布。其中,岩石圈、地幔和地核称为地球的内部构造,即地球固体表面以内的构造;而大气圈、水圈和生物圈则为地球的外部构造,即地球固体表面以外的构造。

地壳:地壳是指地球地表至莫霍界面之间一个主要由火成岩、变质岩和沉积岩构成的薄壳,是岩石圈组成的一部分,平均厚度为17千米。地壳下面的是地幔,上地幔大部分由橄榄石(一中比普通岩石密度大很多的岩石)构成。

地壳的质量只占全地球的0.2%,按结构可以分为大陆地壳和海洋地壳两种。大陆地壳有硅酸铝层(花冈岩质)和硅酸镁层(玄武岩质)双层结构,而海洋地壳只有硅酸镁层(玄武岩质)单层结构;大陆地壳平均厚度有33千米,海洋地壳平均厚度只有10千米。

地壳的温度会随着地壳的不断加深而逐渐升高,从200℃到400℃不等。

地幔:地幔位于地壳的下面,地核的上面,与地壳以莫氏不连续面为界,地幔与地核间则为古氏不连续面。厚度约有2900千米。化学成分主要是含铁镁的硅酸盐,平均密度是3.3~5.5克/厘米3,占地球体积的83%,总质量的68%。由于P波及S波都可以通过地幔,因此可以推测地幔主要为固体构成。

地幔又可分为地幔上部、过渡带及地幔下部。

(1)上部地幔

上部地幔约为地壳以下至深度400千米处,包含部分岩石圈及软流圈,岩石圈部分厚约100公里。上部地幔的组成方式有两种说法,一说为由双辉橄榄岩所组成,矿物以辉石及橄榄石为主,并含有少量尖晶石及石榴子石,相当于澳大利亚林伍所创立的玄橄岩成分,为玄武岩及橄榄岩以1:3所组成的结合体。另一说为由榴辉石所组成,含有约等量的石榴子石及辉石。

(2)过渡带

过渡带顶部约地表以下360~400千米,底部约深650~700千米处。在这里,P波及S波的波速会突然增加,此带也是最深震源所存在之处。

过渡带的形成和主要化学成分的变化无关,而是和结晶构造或相的变化有关。于过渡带的下部因压力增加使橄榄石分解为密度较大地简单氧化物,如氧化铁、氧化硅、氧化镁等,但详细的矿物组成仍在研究中。此处的矿物因高压而变得较有弹性,密度加大,进而增加了波速。

(3)下部地幔

下部地幔为地表下700~2900千米深处,下方即为地核。越往深处,波速越会缓慢增加,这是由于压力增大所造成的,岩石的化学成分及岩相则少有变化。

下部地幔的主要组成成分可能为密度高的硅酸盐或硅、镁的氧化物(氧化镁、氧化硅),氧化铁占约10%~12%,另含有少量的氧化钙、氧化铝及氧化钠等。

地核:所谓地核,即位于古登堡面以下直到地心的地球部分。地核位于地球的最内部,半径约有3470千米,高密度,平均每立方厘米重12克。地核的温度非常高,约有4000~6000℃。

地核可再分为内核和外核。由地震波的传送可知,外核是融熔的。从源自其他行星核心的铁陨石来推测,地核也是由铁和镍组成。至于内核,则极有可能是固态铁。

大气圈:大气圈也叫大气层,我们生活的地球就被这一层厚厚的大气层所包围着。

大气层的成分主要有氮气,占78.1%;其次是氧气,占20.9%;还有氩气,占0.93%。此外,大气层还有少量的二氧化碳、稀有气体(氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氡气)和水蒸气。

大气层的空气密度随高度而减小,越高空气越稀薄。大气层的厚度大约在1000千米以上,但没有明显的界限。整个大气层随高度不同表现出不同的特点,分为对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层,再上面就是星际空间了。

水圈:地球上的水以气态、液态和固态三种形式存在于空中、地表和地下,包括大气水、海水、陆地水(河、湖、沼泽、冰雪、土壤水和地下水),以及生物体内的生物水。这些水不停地运动着和相互联系着,以水循环的方式共同构成水圈。

我们通常所说的水圈,一般是指地球上被冰雪、液态水和水汽所占据而构成的壳层。水圈的上限可视为对流层顶,下限为深层地下水所及的深度。在水圈中,水的大部分是以液态和固态的形式在地面上聚集在一起的,构成各种水体,如冰川、海洋、河流、湖泊、水库等等。

生物圈:生物圈是地球的一个外层圈,包括地球上有生命存在和由生命过程变化和转变的空气、陆地、岩石圈和水。从地质学的广义角度上来看,生物圈是结合所有生物以及它们之间的关系的全球性的生态系统,包括生物与岩石圈、水圈和空气的相互作用。目前,地球是整个宇宙中唯一已知的有生物生存的地方。通常认为,生物圈是从35亿年前生命产生后进化来的。

生物圈的范围是难以测量的。就高等生物来说,通常鸟在650~2000米的高度飞行(但也有鸟可以飞到8000米以上,最高的纪录是黑白兀鹫高到1.13万米,斑头雁可以飞跃珠穆朗玛峰);鱼则可以生活在波多黎各海沟(-8372米);牦牛生活在3200~5400米的高原上;微生物可以生活在极深的地壳内部,有些微生物甚至可以生活在至少9000米以下。

小知识

莫霍洛维奇面

确定地球内部物质组成和存在状态,主要是通过地震波传播速度的变化来确定。如果地球内部是均质的话,那么地震波传播速度就会不会发生变化。南斯拉夫学者莫霍洛维奇发现,在地球固体表面以下平均35千米处,地震波突然发生了变化,这表明在这个平均深度以下,物质组成和存在状态发生了不连续变化。这个不连续面因此就被称为莫霍洛维奇面或简称莫霍面或M界面。

海陆分布

我们知道,地球的下面是地壳。地壳的表面并非一个平坦的表面,而是高低起伏、地表形态多样的地貌。宏观上来说,地球表面最显著的特点就是海陆分布,即有高起的大陆和深渊的海底。

据科学推算,地球的表面积为5.1亿平方千米,海洋占据了其中的70.8%,即3.61亿平方千米,剩余的1.49亿平方千米才是陆地,其面积仅为地球表面积的29.2%。这也就是说,地球上的陆地还不足整个地球的1/3。所以,宇航员从太空中看到的地球完全是一个蓝色的”水球“,而我们人类所居住的广袤大陆其实不过就是点缀在这一片汪洋中的几个”岛屿“而已。

海洋和陆地:海洋是”海“和”洋“的总称。地球上75%的面积都被海洋覆盖着。通常来说,人们将这些占地球很大面积的咸水水域称为”洋“,而把大陆边缘的水域称为”海“。

地球表面未被海水淹没的部分就是陆地,包括大陆和岛屿,总面积1.49亿平方千米,占地球表面积的29.2%。面积广大的陆地称大陆,全球有亚欧大陆、非洲大陆、北美洲大陆、南美洲大陆、澳大利亚大陆和南极洲大陆等六块,总面积为1.391亿平方千米,约占陆地总面积的93%;四周被海水包围的小块陆地称岛屿,总面积为970多万平方千米,约占陆地总面积的7%。陆地大部分分布于北半球,岛屿多分布于大陆的东岸。陆地表面起伏不平,有山脉、高原、平原、盆地等。

大陆分布:大陆分布具有一定的形态特征:

(1)除南极洲外各大陆均成对分布。除南极洲外,大陆均成对分布,如北美洲与南美洲成对,欧洲和非洲成对,亚洲和澳大利亚成对。每个成对的大陆叫做大陆瓣,大陆瓣中部两个大陆交界处,均有断裂带出现,如西印度群岛、地中海、东南亚群岛等。

(2)除南极洲外,各大陆形似底边朝北的三角形。研究大陆的轮廊,可以发现除南极洲外,每个大陆都是北部较宽广,向南逐渐变窄,像一个底边位于北方的三角形。

(3)南半球各大陆西边都向里凹进,东边都向外突出。例如,南美的亚里加湾、非洲的几内亚湾、大洋洲的澳大利亚湾都向里凹进,而东边相应部位均向海洋突出。

海洋的分界:海洋是地球表面广阔则连续的水域,其中面积较大的主体部分称为大洋,靠近大陆的部分称为海。可见海和洋的概念是不同的,两者的总称为海洋。海又可分为陆间海、内海、边缘海等不同类型。

被大陆分隔成彼此相通的四个大洋,它们是太平洋、印度洋、大西洋和北冰洋,各大洋的分界线为:

(1)北冰洋和太平洋、大西洋的分界线是北极圈。

(2)大西洋和印度洋的分界线是通过非洲厄加勒斯角的径线。

(3)印度线和太平洋的界线是通过塔斯马尼亚南角的径线。

(4)太平洋和大西洋的界线是通过南美洲合思角的径线。

在以上四个大洋中,以太平洋的两极最大,以北冰洋面积最小。

岛屿:岛屿或岛,是指四面环水且在高潮时高于水面的自然形成的陆地区域。

世界上面积最大的岛屿是格陵兰岛。在狭小的地域,集中两个或两个以上的岛屿,称为”岛屿群“,大规模的岛屿群则被称作”群岛“或”诸岛“,列状排列的群岛即为”列岛“。如果一个国家的整个国土都坐落在一个或数个岛上,那么这个国家就被称为岛屿国家。

从成因上来看,岛可以分为火山岛、大陆岛和珊瑚岛。

(1)大陆岛位于大陆附近,在地后构造上与邻近的大陆有密切关系的岛屿。我国的台湾岛、海南岛等都是大陆岛。这些岛屿在地区历史时期曾经与我国大陆连在一起,后来由于地壳下降或断裂海水侵入,才与大陆分开。从这个意义上,说台湾不仅是在文化历史上,甚至在自然环境上都与我国大陆息息相关。

(2)火山岛是海底火山喷发形成的岛屿。火山岛主要分布在太平洋西南部、印度洋西部和大西洋中部。火山岛是由于海底火山喷发后,溶岩、火山灰等喷发物堆积形成的岛屿。火山岛的面积一般都不大,即有单个的火山岛,也有群岛式的火山岛。

世界著名的火山岛主要有菲律宾群岛、印尼群岛(主要集中在苏门答腊岛和爪哇岛)、夏威夷群岛、斐济群岛、关岛、塞班岛和所罗门群岛等。

(3)珊瑚岛一般分布在热带海洋中,与大陆的构造、岩性、地质演化历史没有关系,因此珊瑚岛和火山岛一起被统称为大洋岛。

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