地球上的信息

太阳系九大行星之一，它是离太阳从近到远排列的第三颗行星。它有一颗天然卫星——月球。地球有大约46亿年的历史。无论是整个地球还是它的大气、海洋、地壳、内部，从形成开始就一直处于不断的变化和运动之中。

地球自转一周约23: 56分4秒，地球赤道上的自转线速度为每秒465米。地球绕太阳运行的轨道为椭圆形，平均距离为1.49亿5.73亿公里。公转一周需要365.25天，平均公转速度为每秒29.79公里。黄道和赤道的交角是23度27分。因为这个角度，自转和公转的结合，产生了长短不均的地球上昼夜的交替，四季的变化，五带(热带、南北温带、南北寒带)的划分。地球自转的速度是不均匀的，有长期变化、季节变化和无规律变化。同时，由于太阳、月球和行星的引力作用，以及大气、海洋和地球内部物质的各种作用，地球自转轴的方向在空间和地球本身都会发生变化。

地球赤道半径6378140m，极半径6,357km，赤道周长40,076km。地球不是一个正球体，而是一个扁球体，或者更像一个梨形的旋转体。人造地球卫星观测结果表明，地球赤道也是一个椭圆，地球自转产生的惯性离心力使球形地球从两极向赤道逐渐膨胀，成为现在的略扁椭球形，极半径比赤道半径短约21 km。地球内部物质分布的不均匀性进一步造成了地球表面形状的不规则性。太阳和月亮对地球的引力作用引起地球上海洋和大气中的潮汐现象。

地球的质量为5.976×1027克(或约6×1021吨)，平均密度为每立方厘米5.52克。地球上任何一个质点都受到重力和惯性离心力的作用，它们的合力就是重力。重力随着高度的增加而减小，也随着纬度的变化而变化。有些地方会出现重力异常，反映了地球内部物质分布的不均匀。由于太阳和月亮的潮汐力，地球的重力加速度也有微小的周期性变化。

地球可以被看作是一系列同心层。地球内部有地核、地幔和壳层结构。在地球外部，有水圈、大气圈和磁圈，在固体地球周围形成一个外套。磁层和大气层阻挡了来自太空的紫外线、X射线、高能粒子和无数流星对地面的直接轰击。

地球表面积约为5.096亿平方公里，其中十分之七以上被蓝色的海洋覆盖，湖泊和河流只占地球表面水域的一小部分。地球表面的液态水层，称为水圈，已经形成了至少30亿年。地球表面由各种岩石和土壤组成，地面崎岖不平，低洼处泛滥成海洋和湖泊；水面以上的陆地有平原和山脉。地球固体表面的总垂直起伏约20公里，是珠穆朗玛峰顶和马里亚纳海沟的高度差，是大陆地壳平均厚度的一半以上。海底和陆地一样不平坦，不稳定。海底的岩石比陆地上的岩石年轻得多。大多数陆地上的岩石年龄不到20亿年。陆地上随处可见沉积岩，说明这些地方在古代可能是海洋。虽然地球表面有几个环形山，但很难找到像月球、火星和水星那么多的环形山。这是因为地球表面不断受到外力(水和大气)和内力(地震和火山)的风化、侵蚀和解体。

地球上部不仅有垂直运动，还有更大的水平运动，海洋和大陆的相对位置在地质时期也在变化。一些科学家认为，地球上更早存在两个古老的大陆——南半球的冈瓦纳大陆和北半球的劳亚大陆。后来原大陆块被板块运动的巨大力量撕裂，碎片逐渐漂流到今天的位置。科学家进一步认为，全球构造是海底持续扩张的直接结果。

地球最上面一层，大概几十公里厚，是强度很大的岩石圈，下面一层，几百公里厚，是强度很低的软流圈，这一层的物质在长期的应力下是可塑的。岩石圈漂浮在软流圈上。当地球内部的能量(原生热和放射性热)释放时，地球内部温度和密度的不均匀分布引起地幔物质的对流运动。地幔对流物质沿着洋底洋中脊的裂缝向两侧移动，不断形成新的洋底。此外，老洋底不断向外扩张，在接近大陆边缘时，在地幔对流的牵引下插入大陆地壳之下，导致岩石圈发生一系列构造运动。这种对流可以让整个海底大约3亿年更新一次。岩石圈被一些活动构造带分隔，分成若干不连续的单元，这些单元称为大陆板块。如欧亚板块、美洲板块、非洲板块、太平洋板块、澳大利亚板块和南极板块。海床的扩张导致了大陆板块的移动。板块的相互挤压造成了一个巨大的山系，从阿尔卑斯山经土耳其、高加索到喜马拉雅山正是如此。有些地方，两个板块的岩石同时下沉，造成了海底的深渊；此外，板块运动还引发了火山和地震。

对地球起源和演化的系统科学研究始于十八世纪中叶，至今提出了许多理论。现在流行的观点是，地球作为一颗行星，起源于46亿年前的原始太阳星云。和其他行星一样，它也经历了吸积、碰撞等一些相同的物理演化过程。地球胚胎形成之初，温度较低，没有层状结构。只是由于陨石物质的轰击，放射性衰变产生的热量和原地球的引力收缩，地球的温度才逐渐升高。随着温度的升高，地球中的物质越来越具有可塑性，出现局部熔化现象。此时，在重力作用下，物质开始分化，靠近地表的较重物质逐渐下沉，地球内部较轻的物质逐渐上升，部分重元素(如液态铁)下沉到地心，形成致密的地核(地震波观测显示地球外核为液态)。物质的对流伴随着大规模的化学分离，最终地球逐渐形成了现在的地壳、地幔和地核。

在地球演化的早期，原始大气完全逃逸。随着物质的重组和分化，原本在地球中的各种气体上升到地表成为二代大气；后来由于绿色植物的光合作用，进一步发展成为现代大气。另一方面，地球内部温度上升，使得内部结晶水汽化。随着地表温度的逐渐降低，气态水凝结并降落到地面形成水圈。大约三四十亿年前，地球上开始出现单细胞生物，然后逐渐进化成各种生物，直到像人类这样的高级生物形成了生物圈。

在地球引力的作用下，大量气体聚集在地球周围，形成一层被称为大气层的毯子。大气随着地球运动；太阳和月亮的引力也在其中起着潮汐作用。大气层对地面的物理条件和生态环境有决定性的影响。地球大气层的质量约占地球总质量的百万分之一。大气密度随着高度的增加而降低。大气总质量的90%集中在地表以上15 km高度范围内，99.9%集中在50 km高度范围内。海拔2000公里以上，大气极其稀薄，逐渐过渡到行星际空间，没有明显的上限。

地球大气层的密度、温度、压力和化学成分都随着高度而变化。地球大气可以根据温度分布、成分、电离度等不同参数进行分层。

根据大气温度随高度的分布，可分为:

对流层:接近地表的低层大气，有明显的对流运动。它的厚度随纬度、季节和其他条件而变化。赤道地区约16 ~ 18km，中纬度地区约10 ~ 12km，极地约7 ~ 8km。一般来说，夏天厚，冬天薄。对流层与地表联系最紧密，受地表条件影响最大。大气中的大部分水汽都集中在这一层，形成了云和降水。对流层上部称为“对流层顶”，大约有几百米到1 ~ 2公里厚。对流层的温度几乎随高度线性下降，对流层顶部大约为零下50摄氏度。

平流层:(也称平流层)从对流层顶到地面以上50公里高度的一层，这里的大气主要是平流。随着高度的增加，层内温度略有上升，在50公里左右的高度达到最高(约零下10 ~零下20摄氏度)。

中间层:(又称逃逸层)，其高度距地表50 ~ 85km，温度随高度增加而降低。在距离地表85公里的中间层顶部，温度接近最低值，约为零下摄氏度。

热层:中层以上的一层，温度随着高度的增加而上升，在距离地表500公里的热层顶部达到约1100摄氏度。这一层的温度上升是因为大气吸收了大量的太阳紫外线辐射。热层顶部的上方是外层大气。这里的大气极其稀薄。

根据大气的成分可分为两层:均质层在地表以下约100公里(大气由各种气体组成)；以上是异质层。在均质层中，距离地表10 ~ 50公里处，太阳紫外辐射的光化学作用产生臭氧，形成臭氧层，这一层的高度大致相当于上面提到的平流层。离地表20 ~ 30公里处臭氧浓度最高，但这部分大气中的臭氧含量仍不到这层大气的十万分之一，各种气体仍被视为均匀混合。臭氧层吸收来自太阳的威胁生命的紫外线辐射，使其无法到达地表。

根据大气的电离度，可分为两层:从地表到距地表80公里的层，大气中的分子和原子处于中性状态，称为中性层。在距离地表80 ~ 1000 km处，大气中的原子在太阳辐射(主要是紫外线辐射)的作用下电离，变成大量的正离子和电子，构成电离层。电离分为四层，这些层的高度和电离随一天中不同的时间、一年中不同的季节和太阳活动的程度而变化。许多有趣的天文现象，如极光和流星，都发生在电离层。电离层还可以反射短波无线电，这样就可以在地面上实现短波无线电通信。

近地表大气中，78%是氮气，265，438+0%是氧气，还有二氧化碳、氩气等其他气体成分，还有水蒸气。水蒸气是大气中最不稳定的成分。在夏季炎热潮湿的地方，大气中水汽的含量可达4%；在冬季干燥寒冷的地方，其含量可降至0.065438±0%。除了水蒸气，地表3公里范围内还有尘埃、花粉、火山灰、流星尘等颗粒。地球形成初期的原始大气已不复存在，已经全部或大部分逃逸到太空中。后来由于放射性元素的衰变和所谓的“引力加热”，地球处于融化阶段，加速了气体从地球内部逸出的过程。地球的引力使得这些逃逸的大气逐渐在地球周围积聚。这种第二代地球大气层缺氧，主要由二氧化碳、一氧化碳、甲烷和氨组成，称为还原性大气层。后来主要是绿色植物的光合作用，其次是太阳的辐射把水分解成游离氧，从而把还原的大气变成氮氧为主的氧化大气。一些科学家通过分析赤铁矿中的沉积物得出结论，氧气至少存在了25亿年。从那时起，大气中就富含游离氧。

地球是一个非各向同性体，内部是层状结构，每一层的成分、密度、温度都不一样。人们主要通过地震波研究地球内部结构。地震波的传播速度与地球中物质的密度和性质密切相关。在不同性质和状态的介质中，地震波的传播速度变化很大。根据地球不同部位的地震波传播速度数据，可以分析地球的结构。分析表明，地球存在两个不连续面，将地球分为三个主要的同心层:地壳、地幔和地核。

地壳也叫A层，厚度不均匀。大陆地壳平均厚度约30公里(我国青藏高原地壳厚度可达65公里以上)，而大洋地壳平均厚度只有5 ~ 8公里。密度是地球平均密度的1/2。上部大陆地壳的成分大约介于花岗闪长岩和闪长岩之间，下部岩石可能是麻粒岩和角闪石。洋壳是橄榄岩。据我们所知，绝大多数地壳岩石的年龄不到20亿年。这意味着地壳中的岩石并不是地球的原始地壳，而是后来地球中的物质经过火山活动和造山运动形成的。

地幔的物质密度从靠近地壳的每立方厘米3.3克增加到靠近地核的每立方厘米5.6克，地震波的传播速度也随之增加。地幔分为三层。B层和C层被称为上地幔。再往下2900公里称为D层，也就是下地幔。地幔物质的主要成分可能是类似橄榄岩的超基性岩。

核心也分为三层。E层是外核，可以是液体。f层是外核和内核之间的过渡层。G层是内核，可能是实心的。地核虽然只占地球体积的16.2%，但由于密度大(地核中心的物质密度达到每立方厘米13g，压力可能超过370万个大气压)，根据一些学者的计算，其质量超过了地球总质量的31%。内核主要由铁和镍等金属物质组成。

地球内部的温度随着深度而上升。根据地震波的传播，已知地幔处于固态，100公里深度的温度已经达到1300摄氏度，300公里深度的温度为2000摄氏度。根据最近的估计，地核边缘的温度约为4000摄氏度，地心的温度为5500 ~ 6000摄氏度。因为地球表面是热的不良导体，所以来自太阳的巨大热量只有极小一部分能渗透到非常浅的地下。因此，地球内部的热能可能主要来自地球本身，即来自天然放射性元素的衰变。

地球的重力加速度也随深度而变化。一般认为，从地表到地下2900公里深处，重力一般随深度增加，在2900公里处达到最高值。从这里到地心，重力急剧下降，在地心达到零。

地球绕着自转轴自西向东不停地旋转，各种天体东升西落的现象是地球自转的反映。地球自转是最早的测量时间的基准(见时间及其测量)，形成了常用的时间单位——天。20世纪以来，天文学上的一个重要发现就是证实了地球自转速度是不均匀的，从而动摇了以地球自转为测量时间的传统观念，出现了年历时间和原子时。到目前为止，已经发现地球自转速度有三种变化:长期减速、无规律变化和周期性变化。

地球自转的长期放缓，在一个世纪内使一天的长度增加了约1 ~ 2毫秒，使2000年根据地球自转周期测得的时间变慢了两个多小时。通过对月球、太阳和行星的观测数据以及古代日食数据的分析，可以证实地球自转长期变慢。通过研究古珊瑚化石的生长线，可以知道地质时期地球的自转。比如发现在泥盆纪中期，也就是3.7亿年前，每年有400天左右的时间，这与地球自转变慢很长时间的天文学论证是一致的。地球自转长期变慢的主要原因可能是潮汐摩擦。潮汐摩擦使地球自转的角动量减小，同时使月球离地球越来越远，从而使月球绕地球公转的周期变长。这种潮汐摩擦主要发生在浅海区域。此外，地球半径的膨胀和收缩、地核的增生以及地核与地幔的耦合也可能引起地球自转的长期变化。

除了地球自转速度长期变慢，还有时不时的不规律变化。这种无规律的变化，在月球、太阳、行星的观测数据中，以及天文定年数据中，也可以得到证实。根据变化情况，大致可分为三种:几十年或更长时间的相对变化；几年到十年的相对变化；几周到几个月的相对变化。前两个变化比较稳定，后一个变化比较剧烈。这些不规则变化的机制仍然没有定论。相对稳定的变化可能是由于地幔和地核之间的角动量交换或海平面和冰川的变化引起的。剧烈的变化可能是由风的作用引起的。

地球自转速度的季节性周期性变化是在20世纪30年代发现的。除了春季较慢、秋季较快的年度变化外，还有半年周期的变化。这些变化的幅度和相位相对稳定。相应的物理机制也研究得更加成熟，观点也更加一致。年变化幅度约为20～25 ms，主要由风的季节变化引起。半年变化幅度约为9毫秒，主要由太阳潮汐引起。由于天文测时精度的不断提高，在20世纪60年代末，从观测数据中得到了地球自转速度的一些微小的短周期变化，其周期以一个月和半个月为主，振幅只有1毫秒左右，主要是由月球潮汐引起的。