第二章 太陽系中的天體
第一節 人類的家園—地球
眾所周知，地球是太陽系八大行星之一，按離太陽由近及遠的次序是第三顆，位於水星和金星之後。在太陽系八大行星中，大小排行是第五。地球是唯一一個不是從希臘或羅馬神話中得到的名字。「Earth」一詞來自古英語和日耳曼語，當然還有許多其他語言的命名。在羅馬神話中，地球女神叫Tellus，意思是肥沃的土地。在希臘語中，地球則是Gaia，代表大地母親。地球是目前所知唯一一個存在的已知生命體的星球。
1.地球的概況
地球，這顆太陽系中蔚藍的星球，不但是我們人類共同的家園，而且也是地球上其他生物共有的家園。認識地球的發展演化，同時也是了解我們人類自身的歷史。因此，愛護地球，珍愛生命，要從認識地球的形成開始。我們對地球知識的了解掌握，也應從青少年時期抓起。
據科學家們計算，從地球誕生迄今，已經有46億年的歷史。地球最初形成時，是一個巨大的火球。隨著溫度的逐漸降低，較重的物質下沉到中心，形成地核；較輕的物質漂浮上升，冷卻後形成了地殼。大約在45億年前，地球的大小已經和今天的地球相差不多了。原始的地球上，既無大氣，也無海洋。在最初的數億年間，由於原始地球的地殼較薄，加上小天體的不斷撞擊，造成了地球內在熔液不斷上湧，地震與火山噴發隨處可見。在火山噴發過程中，地球內部蘊藏著大量的氣泡，從內部升起，形成雲狀的大氣。這些雲中充滿了水蒸氣，然後又通過降雨落回到地面。降水填滿了窪地，注滿了溝谷，最後積水形成了原始的海洋。到了距今25億— 5億年的元古代，地球上出現了大片相連的陸地，地球就形成了。經過漫長的演化發展，地球海洋裡的單細胞真核生物向多細胞動植物轉變。大約5億多年前，多細胞的植物和動物，很快取代了單細胞的生物，取得了在生物界的主角地位。在以後的進化過程中，多細胞的動植物由水生走向陸地，地球上的生物群落從此展現了生機勃勃的景象。在距今6500萬年的新生代，猿類出現了，它是和人類關係十分親近的靈長類。在此後的漫長歲月裡，猿類的一支開始了向人類的進化過程。距今大約300萬年前，出現了世界上最早的人群。經過漫長的進化，成為今天的人類。在這300萬年的時間裡，地球發生了十分巨大的變化。
2.地球的主要成分
直到21世紀，我們才真正勾勒出整個地球的全貌。當然能從太空中取得它的影像是相當重要的因素，地球的太空影像對天氣預測，尤其是颱風、颶風的預報來說，有很大的幫助。從太空看到的地球，非常美麗可愛。
地球可以分成地殼、地幔和地核。0～40千米為地殼，40～2890千米為地幔，2890～5150千米為外地核，5150～6378千米為內地核。
地殼的成分主要是石英及矽酸鹽類，如長石。整體估算，地球化學組成的重量百分比為： 鐵34.6%，氧29.5%，矽15.2%，鎂12.7%，鎳2.4%，硫1.9%，鈦0.05%。地球是平均密度最大的主要星體，地球的表面很年輕，只有5億年左右。從天文學的角度來看，確實很短。地球表面積71%為水所覆蓋，地球是太陽系迄今所知、唯一在表面可以擁有液態水的行星。水是我們的生命不可或缺的要素，因為水具有大比熱（比熱是體系的一種強度性質的量，反映了體系粒子能量與溫度變化的關係，它又是一種統計平均值）性質，海洋的熱容積成為保持地球溫度恆定的一大功臣。
地球大氣組成中，77%是氮氣，21%是氧氣，再次就是微量的氬、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，不過大多已和碳酸鹽類巖石結合，其餘的則融入海洋或被綠色植物消耗。如今板塊構造運動及生物作用，是大氣中二氧化碳消長的持續主控者。大氣中存在的水氣及微量二氧化碳造成的溫室效應，是維持地表溫度極重要的因素，溫室效應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，我們的生命也將無法繼續。此外，水氣更是地球水循環及天氣變化中不可或缺的角色。
3.地球的溫度
據科學家們測算，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，發生在閃電中。一次閃電能釋放100億焦耳的能量，達到30000℃，是太陽表面溫度的5倍，但比太陽核心的溫度還低很多。 地球上最冷的地方在哪裡？北半球的「冷極」在西伯利亞東部的奧伊米亞康，1961年1月最低溫度是–71℃；南半球的「冷極」在南極大陸，1960年8月24日氣溫為–88.3℃。
4.地球的運動
地球繞地軸的旋轉運動，叫做地球的自轉。地軸的空間位置基本上是穩定的。它的北端始終指向北極星附近，地球自轉的方向是自西向東，從北極上空看，呈逆時針方向旋轉。地球自轉一周的時間約為23小時56分，這個時間被稱為恆星日；然而在地球上，一天是24小時，這是因為我們選取的參照物是太陽。由於地球自轉的同時，也在公轉，這4分鐘的差距，正是地球自轉和公轉疊加的結果。天文學上，把我們感受到的這1天的24小時，稱為太陽日。地球自轉產生了晝夜更替。晝夜更替使地球表面的溫度不致太高或太低，適合人類生存。
地球自轉的平均角速度，為每小時轉動15度。在赤道上，自轉的線速度是每秒465米。天空中各種天體東升西落的現象，都是地球自轉的反應。人們最早就是利用地球自轉來計量時間的。研究表明，每經過100年，地球自轉速度減慢近2米/秒，主要是由潮汐摩擦引起的，潮汐摩擦還使月球以每年3～4釐米的速度遠離地球。地球自轉速度除長期減慢外，還存在著時快時慢的不規則變化，引起這種變化的真正原因目前還不清楚。
地球繞太陽的運動，叫做公轉。從北極上空看，地球逆時針繞日公轉。地球公轉的路線，叫做公轉軌道，它是近正圓的橢圓軌道。太陽位於橢圓的兩焦點之一。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的位置，這個位置稱為遠日點。地球公轉的方向也是自西向東，運動的軌道長度是9.4億千米，公轉一周所需的時間為一年，約365.25天。地球公轉的平均角速度約為每日1度，平均線速度約為每秒鐘30千米。公轉速度在近日點時較快，在遠日點時較慢。地球自轉的平面叫赤道平面，地球公轉軌道所在的平面叫黃道平面。兩個面的交角稱為黃赤交角，地軸垂直於赤道平面，與黃道平面交角為66°34『，或者說赤道平面與黃道平面間的黃赤交角為23°26』，由此可見地球是傾斜著身子圍繞太陽公轉的。
5.地球的結構
在漫長的幾千年裡， 由於自身的限制，人類一直以為地球是宇宙的中心，萬世萬物都圍繞著地球運轉。直到16世紀時，人類才了解到，地球只不過是太陽系的一顆行星而已。
固態的地殼厚度變化頗大，海洋地區的地殼較薄，平均約7000米厚；而大陸地殼就厚得多，平均約40千米厚。地幔佔有地球的主要質量，地核反而位居其次，我們生存的空間只是整個地球極小的一部分。地核的主要成分是鐵（或鐵鎳質），不過也可能有一些較輕的物質存在，地心的溫度約有7500開（開是熱力學溫度單位，1開﹦-273攝氏度），比太陽表面溫度還高；下地幔的主要成分可能是矽、鎂、氧，再加上一些鐵、鈣及鋁 ；上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。這些金屬都來自於地震，上地幔的物質有時會隨火山噴出熔巖而被帶到地表，但是我們仍無法到達固體地球的主要部分，目前的海底鑽探行動，連地殼都還未挖穿。
地殼主要由石英（矽的氧化物）和類長石的其他矽酸鹽構成。地殼的厚度不同，海洋處較薄，大洲下較厚。內核與地殼為實體；外核與地幔層為流體。不同的層由不連續斷面分割開，這由地震數據可以得到，其中最有名的要數地殼與上地幔間的莫霍面—不連續斷面。
不像其他類地行星，地球的地殼由幾個實體板塊構成，各自在熱地幔上漂浮，理論上稱其為板塊說。它被描繪為具有兩個過程：擴大和縮小。擴大發生在兩個板塊互相遠離，下面湧上來的巖漿形成新地殼時；縮小發生在兩個板塊相互碰撞，其中一個的邊緣部分伸入了另一個的下面，在熾熱的地幔中受熱而被破壞。在板塊分界處有許多斷層（比如加利福尼亞的聖安得列斯斷層），大洲板塊間也有碰撞（如印度洋板塊與亞歐板塊）。目前地球上有八大板塊：北美洲板塊、南美洲板塊、南極洲板塊、亞歐板塊、非洲板塊、印度與澳洲板塊、納斯卡板塊和太平洋板塊。還有超過20個小板塊，如阿拉伯板塊、菲律賓板塊等。地震經常在這些板塊交界處發生。
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