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地理 / earth

地球

地球是距离太阳第三近的行星,也是已知唯一存在生命的天体。它是太阳系中密度最大的行星,表面大部分被液态水覆盖。

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地球是距离太阳第三近的行星,也是目前已知唯一存在生命的天体。它形成于约45.4亿年前,是太阳系四颗岩质行星中最大的一颗,在所有行星中体积排名第五。地球也是太阳系中密度最大的行星,平均密度约为5513千克/立方米。液态水覆盖了地表约71%的面积。以氮和氧为主的大气层、全球性的磁场,以及唯一的大型天然卫星月球,共同使地表环境足够稳定,让生命得以存续。地球的英文名称“Earth”源自一个意为“地面”的日耳曼语词汇。在英语中,它是太阳系中唯一不以希腊或罗马神祇命名的行星。

大小、形状与运动

地球并不是一个完美的球体,而是一个扁球体。由于自转,它的两极略微扁平。赤道半径约为6378千米,极半径约为6357千米,平均半径为6371千米。沿赤道的周长约为40075千米,经过两极的周长约为40008千米。地球质量约为5.97×10²⁴千克,地表平均重力加速度接近9.8米/秒²,逃逸速度约为11.2千米/秒。

地球绕太阳公转,与太阳的平均距离约为1.496亿千米,这一距离被定义为天文单位。地球公转一周约需365.26天,平均公转速度接近30千米/秒。其轨道近似圆形。每年1月初,地球距太阳最近,称为近日点;7月初距太阳最远,称为远日点。相对于太阳,地球约每24小时自转一周。自转轴相对于公转轨道面倾斜约23.4°,这一倾角造成了四季更替。月球对地球的引力掀起海洋潮汐,并在地质时间尺度上使一天的长度逐渐变长。

内部结构

地球内部可以按化学成分划分圈层,也可以按物理性质划分圈层。最外层是薄薄的地壳,分为两类:大陆地壳较厚,年代也较古老;大洋地壳较薄,密度较大。按质量计算,地壳主要由氧和硅组成,其次是铝、铁和钙。地壳之下是地幔,由炽热的硅酸盐岩石构成,厚度很大,在漫长的时间里会极其缓慢地流动。地球中心是半径约3485千米的地核,主要成分是铁和镍。地核分为液态的外核和固态的内核。一般认为,液态外核中的对流产生了地球的磁场。地磁场为地表挡住了大部分太阳风和宇宙辐射。

地壳与地幔最上部共同构成坚硬的外壳,这层外壳分裂成若干块彼此移动的板块。这一过程称为板块构造,它引发地震和火山活动,也推动山脉的形成,并使大洲缓慢漂移。在数亿年间,各板块曾多次拼合成超大陆,又再度分裂。板块构造还让碳在地表与地球内部之间循环,从而在长时间尺度上调节气候。

水圈与大气层

地球表面的水大部分储存在海洋中,较少的部分存在于冰盖、地下水、湖泊和河流之中。水通过蒸发、降水和径流,在这些储库与大气之间往返流动。这一循环塑造了地貌,也把热量输送到地球各处。

按体积计算,大气中约78%是氮气,21%是氧气,其余为氩气、二氧化碳、水蒸气和其他微量气体。水蒸气、二氧化碳等温室气体能够留住热量。假如没有它们,地表平均温度将远低于冰点,接近约254开尔文的黑体温度。平流层中的臭氧层吸收了太阳的大部分紫外线。大气环流和洋流把太阳能从热带输送到两极,形成了地球上的天气和各个气候带。工业革命以来,燃烧化石燃料使大气中的二氧化碳浓度明显上升。这是当前气候变化的主要原因。

地质与生物演化史

地球形成于环绕年轻太阳的气体和尘埃盘。关于月球的起源,目前最主流的解释是:地球形成后不久,一个火星大小的天体与早期地球相撞,月球由撞击抛出的碎片聚集而成。此后地表逐渐冷却,形成了固态地壳。地球内部释放的水和撞击带来的水不断积累,形成了海洋。

生命存在的证据至少可以追溯到35亿年前的单细胞原核生物。后来,蓝细菌通过光合作用向大气释放氧气。大约24亿年前,这引发了大氧化事件,永久改变了海洋和大气的化学组成。结构更复杂的真核细胞随后出现。约5.4亿年前的寒武纪,多细胞动物广泛扩散。在进化的作用下,生命逐渐分化,形成了今天所见的生物多样性,其间曾被数次大规模灭绝打断。生物反过来也在改造地球的大气、水体和岩石,使每个生态系统都与地球的物理系统紧密相连。解剖学意义上的现代人类大约出现于30万年前,如今全球人口已超过80亿。

人类认识地球的历程

古希腊学者得出了地球是圆形的结论。亚里士多德指出,月食时地球投在月面上的影子是弧形的。公元前3世纪,埃拉托色尼运用几何学,根据埃及两座城市的太阳光线入射角估算出地球周长,结果与现代测量值相当接近。此后许多世纪里,占主导地位的宇宙模型都认为静止的地球位于宇宙中心。16世纪,尼古拉·哥白尼提出地球绕太阳运行。在随后的一个世纪中,约翰内斯·开普勒、伽利略·伽利莱和艾萨克·牛顿的研究确立了这一观点。牛顿还预言地球的赤道部分应当向外隆起,后来的大地测量证实了这一点。1798年,亨利·卡文迪许通过扭秤实验,首次较准确地估算出地球的密度。

现代地球科学始于18至19世纪。当时,地质学逐渐认识到地球的年龄极为古老。20世纪,通过对岩石和陨石进行放射性测年,测得地球年龄约为45亿年。20世纪60年代,板块构造理论成为地质学公认的理论框架。此后,人造卫星对地球的形状、重力场、地表和气候进行了非常详细的测绘。航天器拍摄的照片,例如阿波罗17号在1972年拍下的地球全貌照片,让人们看到地球是一个独立而有限的世界。

参考来源

  1. Earth Fact Sheetnssdc.gsfc.nasa.gov
  2. Earthen.wikipedia.org
  3. How big is Earth?space.com
  4. The Earth - Imagine the Universe! - NASAimagine.gsfc.nasa.gov
  5. Planet Earth facts and informationnationalgeographic.com
  6. Quick Geography Facts About Planet Earth - Geography Realmgeographyrealm.com