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第一部分:地球奥秘

来源:发布时间:2015/12/29 10:53:16访问次数:2164

为什么以及应该怎样了解地球?

    1.为什么要研究地球?
  我们人类从古至今都生活在地球上,一切生活条件、资源都来自地球,人类的生存不
仅依赖并发展地球表面的阳光、空气(气候)、水(水流)、土地、植物、动物,还要深入地球内部,去取得、寻求各种矿产、能源、水源,以满足不断增长的生活需要。
  当然,在航天时代的今天,人类还有向其它星球取得各种生活资源的可能,但是目前主要的还是来自地球。
  地球还有各种自然灾害:洪灾、风灾、火灾、地震等等。如何兴利避害,充分利用地球资源就都须充分研究地球。而且,不仅在它的表面,还须深入它的内部,采用各种有效的科学手段,研究它的各种物理、化学特性和运动规律。这就是地球物理、化学的任务。
  2.对地球表层的研究
  地球可近似地看作一个椭球体,但是,它的表层也很有起伏,而且很不均匀:有的是海洋;海洋中有岛屿,有的是陆地;陆地内有河、湖,有高山、低谷、平原、丘陵,还有很多、很大的洞穴、暗河、水井、泉水,各种矿井,活的和死的火山、地震等等。
  对地球表层,可用肉眼,或辅以望远镜、显微镜、测距仪,航空、航天、卫星遥测等等,直接观察、测量,研讨。
  对地球内部,特别是其深处,的研究,只能结合借助于自然,特别是,在地面各处,多波段、多方位地人为的(包括核爆炸)造成的地震波,经地内各层介质及其界面的传播、折射、反射,测量各时刻得到的信号数据(所谓“走时表”)的实际观测结果,反复模拟、验证、修改、核对。而且通常还须根据实际情况分层、分区,分别、组合地建立物理模型,进行计算分析,才能对地球内部的结构、成分、特性、运动变化规律等等,进行判定。如果仅由凭空的想象,或脱离已知地球内部的实际复杂状态,过于简化的模型,进行所谓纯数学的计算,就只能得到不合实际的(例如:地球是空心的等等)错误结论。
  3.对地球深处的研究
  地球表层的许多现象、特性,都与地球深处的特性及其运动规律有关,许多重要的资源也都采自地球内部,需要了解它们的分布、储量,形成、变化的规律。因此,还必须研讨地球内部,直到深处。
  对地球深处的研究,虽也可有直接打孔、钻探的办法。但很显然是,可能的深度受到很大的限制。多波段的高空遥感技术也可探测分析得到地面,以及地下一定深度的某些特性,但是通常,主要的就只能借助于自然,特别是,在地面各处,人为的(包括核爆炸)造成的地震波,经地内各层介质及其界面的传播、折射、反射,测量各时刻得到的信号数据(所谓“走时表”),并建立相应的物理运动模型(物理运动模型应与探测结果反复模拟、验证、修改、核对而建立,不能凭空想象,或过于简化,而得到不合实际的结论),通过计算分析,对地球内部的结构、成分、特性、运动变化规律等等,进行判定。
  4.目前对地球深处的初步了解
  目前初步了解到地球是圈层结构的,从外向内大体有:地壳、地幔(还分上、下两层)、地核(还分外(液态)、内(固态,成分是铁,且以每年1度的角度较快地转动)两部分)。地幔与地核的边界很不稳定,地幔还有由内向外垂直运动的“热柱”。地壳有板块构造,水平运动漂移,挤压形成两大地震带;形成海底扩张。地幔“热柱”,推动地壳垂直运动,形成造山;地核液态岩浆涌出形成火山喷发。(相应的物理运动模型就应根据以上已知的探测结果,反复模拟、验证、修改、核对。而且通常须根据实际情况分层、分区,分别、组合地建立,不能凭空想象,或过于简化,而得到不合实际的(例如:地球是空心的等等)结论)
  我国用人工爆炸造成的地震波,测得甘肃、青海,地壳达50公里左右,100公里左右深处,地质流动情况是,华北:发散;青海、柴达木:收敛。地壳平均厚度,全球约为33公里,我国青藏高原达到75公里。喜马拉亚上升;南海下降。
  2005年8月26日《国家地理》与《科学》分别报道了伊利诺伊大学的研究员宋晓东与哥伦比亚大学拉蒙特—多尔蒂地质观测所的保罗。理查兹对南太平洋地区的30次地震(尤其是震源相距半英里以内不同时间发生的地震的地震波传播的“走时表”)进行分析,在阿拉斯加州的58个地震监测站进行测量所发现的地震波在速度和形状上发生差异结果:由于地震波穿过地球中心,由此分析计算地核各点的位置发生的变化,表明地核的旋转速度每年比地幔和地壳的要快0。3到0。6度。这一发现“是明确的”,证实了他们在1996年提出的地核的旋转速度较快这一观点。这样,地核的旋转速度就比地壳表面的要快约50000倍。假若地核每年快1/4到1/2度,700年到1400年就能快一整圈。但宋晓东还预计这个速率是变化的,有时地核的旋转速度可能还会比地球其它地方更慢些。地球的铁质固态内核直径约2400公里,液态外核直径约7000公里,地球内核的运动在产生地磁的地球动力学中起着重要作用,理解地球内核的运动,将使科学家更好的理解地球动力学。 

                  (摘自“新浪网”)

让我们一起深入地心

    中国科学院汪集旸院士谈到:地球实际上是一个大火球,地心温度可达4500℃左右。地球每年以传导方式向宇宙太空散发的热量比全球地震、火山、水热活动所散失的总能量要高出两个数量级。
  地球犹如一架不断运转着的“热机”,是它推动着发生在地球内部的各种作用过程并为它们提供能量。我们看到的火山、温泉是地球内热在地表的直接显示,但地球的内热来自哪里,地球开始形成是热还是冷,整个地球的热历史、热演化又如何,这些都是多少代人试图加以回答并仍在不断探索中的大问题。
  另外,地球又是一个“庞大的热库”(李四光语),如何将地热这一宝贵能源加以合理开发利用也是人类在21世纪所面临的实际问题。再有,地下至今仍保留着过去历史上气候变化的记录,根据地温资料可以反推出几个世纪以来的气候演变历程。因此,利用地温资料来研究全球气候变化也是当今国际地热界的热门话题。最后,近年来地球上嗜热生物的发现更为进一步认识地球生命起源问题打开了另一扇窗口。

地球的诞生和演变

    生物活动等外部作用,不断发生变化。有的变化进行得很快很激烈,如地震、火山喷发、山崩等。有的极其缓慢。现在地球表面的千姿百态,仅是地球演变漫长历史中的一个镜头。
(1)46亿年前,在原始太阳系星云,太阳周围的气体和尘埃不断吸积,生成无数小行星。(2)在现在地球轨道附近,有约100亿个直径约10公里左右的小行星。这些小行星不断反复撞击、凝聚形成原始的地球。(3)有科学家认为,大约在38亿年前,一个同现在火星差不多大的天体突然和地球碰撞,飞散的碎片在地球的吸引下形成了月球。(4)小行星高速撞击地球放出大量的热量,使原始地球表面处于熔融状态。重的物质慢慢下沉,形成地核。蒸发的物质形成浓密的大气。(5)随着撞击的减少,地表逐渐冷却形成地壳。大气中的水蒸气变成暴雨倾注地面,海洋开始形成。(6)在海洋里,各种物质相互作用,生成有机物,诞生了最原始的生命。这大约是40亿年前的事。(7)大约25亿--20亿年前,海洋中藻类大量繁殖,光合作用生成的氧气供给大气。(8)随着部分物质下沉,较轻的物质上升,海洋中形成海岭向两侧运动,约19亿年前生成了超大陆。超大陆反复多次分裂、漂移、集结。(9)由于地球磁场和臭氧层形成,生物避免了宇宙射线和紫外线的辐射。大约在5亿4千万年前,生物种类数量爆发增加。(10)约 4亿2千万年前,首先是植物,接着是鱼类、两栖类动物开始由海洋转向陆地生活。(11)2亿4千5百万年前,超大陆又一次分裂,由于频繁的火山爆发、地震等环境变化、许多低级生物灭绝,只有高级生物才能适应生存,开始出现爬行类动物。(12)大量生物的灭绝发复多次。每次反复,都有新的较高级生物出现。(13)约2似800万年前。恐龙出现.到株罗纪,山于气候温暖,许多恐龙开始大型化。(14)6500万年前,恐龙突然灭绝。最普遍的说法,认为当时有一颗巨大陨石撞击地球,使生存环境急剧变化。(15)恐龙灭绝后哺乳类动物占主导地位,逐渐适应进化、繁荣。(16)有人认为,约500万年前哺乳类中的部分灵长动物在非洲进化成了猿人。 

地球形状

    (1)古代人凭直觉认为整个大地是平的,天空像一口大锅,于是有“天圆地 方”的说法。(2)站在海岸看由远驶近的船,首先看到枪杆,然后渐渐看到整个船身;根据这些现象,古希腊人便产生了地球是球形的想法。公元前五、六世纪,希腊哲学家亚里斯多德发现月食时,月亮被地影速食的部分边缘总是圆弧形,于是把月食作为大地是“球体”证据。(3)葡萄牙航海家麦哲伦相信大地球形说,决心进行环球航行。1519年9月带领265名探险队员分乘五只船,从西班牙出发。1520年11月28日绕过南美洲南端进入当时称为“南海”的太平洋。1512年16日船队到达菲律宾群岛,4月27日麦哲伦在与土著人的冲突中被杀。1522年9月8日船队仅存的一艘船“维多利亚号”和17名船员回到西班牙桑卢卡尔港。航行中历尽千辛万苦,有时一连几个看不到一块陆地。没有淡水和食物,他们把船上的老鼠都吃光了甚至用锯末充饥。有些人病死,探险队员不断减少。这次航行是人类历史上第一次环球航行,以实践证明了大地球形论的正确。

地球有多大?

    地球平均半径:6371公里;赤道半径:6378公里;极半径:6357公里。(1)公元前220年前后,埃及的埃拉托斯特尼开始计算地球的大小。他发现夏季正午时,太阳光能照到南部城镇阿斯旺的深井底部,而同时亚历山大城日晷中央杆子和太阳光有706度的夹角。这说明两地纬度差为706度。这两个城镇之间有一条商队之路,从旅行花费的时间来看,两地之间的距离大约为920公里,可以计算出的地球周长为46000公里。这个结果与现在最准确之值相比,只大15%,可以说相当精确。(2)在我国唐代,也有高僧一行主持过大规模的全国天文大地测量。一行派大史监南官说在河南平原上除了测定大致位于同一子午线上的白马(分滑县附近)、浚仪(今开封西北)、扶沟和上蔡四地的纬度外,还用测绳丈量了其间的三段距离。因此得出了地球子午线一度长351.27唐里的结论,折合成现在的单位是132.3公里,比现代数值只大20%。《旧唐书》记载了这次测量的最后结果。这是世界上第一次子午线测量。(3)1672年法国天文学家里歇发现在巴黎精确调整的摆钟,带到南美圭亚那后,却每天慢2分28秒,后来他把这只钟带回巴黎后,每天又快2分28秒,他认为钟慢表示重力加速度变小,意味着离地心远,推测地球不是完全的球体,而是赤道附近凸起的近于扁的椭球体。法国科学院派出测量队,在法国、接近赤道的厄瓜多斯、斯堪的纳维亚半岛北部测量子午线1的弧长.结果发现纬度越高,子午线弧度越长。这清楚地表明地球为一扇的椭球体。(4)最近几十年,科学家利用人造卫星和宁宙飞船对地球进行测量,对地球的形状和大小知道得更精确了。人们终于发现,地球是一个不规则的扁球体:赤道略鼓,两极稍扁,南半球和北半球不对称,凹进去约20米。

地球有多重?

    地球的重量:59万8千亿亿吨.
    (1)伟大的英国物理学家、数字家年顿从树上的苹果落地开始深思:是不是所有物体之间都有吸引力?苹果是因为受到地球的吸引所以下落。1687年他得出了万有引力定律:任何两个物体间都有吸引力,这个引力和两物体的质量成正比,和物体间距离平方成反比。(2)1798年英国物理学家卡文迪什通过精密的实验,利用万有引力定律,终于推算出了地球的重量。(3)测出了地球的大小和重量,也就知道了地球的平均重量。科学家立刻发现,地壳的岩石花岗岩也好,玄武岩也好,它们的平均重量都比地球的平均重量要小,于是推测:地球内部深处的物质应该很重,很可能像铁一样。(4)地球在太阳系的九个行星家族中,大小排行老五,重量位列第六。

地球年龄究竟有多大?

    地球年龄约46亿年
    (1)地层中各种年生物的化名记录了地球演化的历史。各地展中含有各种生物的化石。生物越原始,那么会有这种生物化石的地层越古老,于是地质学家用古生物进化作为“时钟”,来划分地层的相对地质年代。但是这种方法不能知道这个地层的年龄,更何况地球生成的初期还没有生物。图为三叶虫化石,三叶虫生活在古代寒武纪。(2)近年来,开始使用放射性元素不断有规律地变化成,另外元素的规律来测定地球上各种岩石的年龄。发现古老的岩石年龄超过40亿年,而陨石的年龄均为45—47亿年,所以地质学家推想地球的年龄至少已有46亿年,可能还要大一些。有机体死亡后,它体内的放射性碳14开始衰变成氮而越来越少,过5730年就只剩一半。因此,可根据剩余碳14的含量来确定有机体的死亡时间。测定岩石年龄不能用测碳14,而用其它衰减更慢的放外险元素。如钟的一种同位素变化剩余一半,需要13亿年。

地球内部如何运作

  40多年以前,一场地球科学的革命发生了。板块构造学说更新了关于地球自身的知识,但是关于地球内部构造的问题,仍然沿袭着革命之前的知识。科学家在这40年中所做的,就是把这个鸡蛋模型———分为地壳、地幔和地核进一步细化。借助于越来越先进的地震波成像技术,科学家正在研究地球这个庞大机器的运作过程。但是要掀起另一场科学革命,可能还需要半个世纪。

地壳、地幔、地核的结构是怎么样的?

     地球是由不同物质和不同状态的圈层组成的球体,地球内部分为地壳、地和地核3个圈层。从地表至第一个界面为地壳,它是由坚硬的岩石组成的固体外壳,平均厚度33公里,福建省地壳厚度一般为28�33公里,由沿海往内地增厚,第二圈层为地幔,其上层为上地幔,与地壳岩层组成地球的岩石圈,岩石厚约100公里,世界上大多数地震发生在这里。岩石圈以下至400公里处称软流层,是岩浆的主要发源地。软流层至地球内部第二个界面为下地幔,其间压力在 3万至130万个大气压,温度高达1400至2000C°。第二个界面以下为地核,物质具有巨大的密度,高达17.9克/厘米3。值得指出的是,上述地球内部圈层划分主要是以地震波传播速度的变化作为依据的。

怎么知道大陆在漂移?

     (1)A.L.韦格纳(1880—1930),德国气象学家和地球物理学家,大陆漂移学说的先驱。后在格陵兰探险中不幸遇难去世。(2)韦格纳从地图上南美洲东海岸和非洲西海岸一凸一凹,似乎可以拼接开始,收集了大量资料,于1912年提出“大陆漂移”学说。但是,这个学说因无法解释漂移的动力,当时并未得到支持。(3)六十年代开始,一系列对古代地球磁场的研究表明,大洋的海底从中间洋鲁开始向两侧在慢慢扩张,而这正可以成为大陆漂移的动力。图为海底古地磁异常分布.红色部分海底地壳年代通两侧年代逐渐久远。(4)全球地震活动的分布也正和地球表面漂移的块体边缘一致。于是从大陆漂移、海底扩张进而提出了板块大地构造学说,开始形成了新的地球观。(5)以南极洲为中心,提示大陆漂移和气候变化的纪念邮票。(6)一块板块插入另一块板块的示意图。在这些地方往往容易发生地震。(7)按现在板块飘移速度和方向运动下,2亿5000万年后地球大陆将是这个样子。

地球上最坚固的物质是什么

    问:地球上最坚固的物质是什么呢?
  答:它不像钻石那么脆,比黄金更硬,比钛更坚固,人们要记住的这东西就是铱。这种属于铂家族的金属不仅极端坚固,而且还抗腐蚀。即便能溶解黄金和铂的王水(盐酸和硝酸的混合物)也对它无可奈何。它也是密度最大的物质之一,一个边长为10厘米的铱立方体重量为22.4公斤,只有相同体积的锇比它更重一些,为22.5公斤。 

                     (摘自“新浪科技”)

如果地球是扁平的会怎样

    问:如果地球是扁平的而不是球形的,会发生什么?
  答:准确地说,行星略微呈椭圆形--由于自转,它们的两极变平。地球大致是球形的,因为地球被地心引力聚合在一起。地心引力是一种"径向力",这意味着地心引力相等的表面是球形的。河流向低处流动就是这个原因。设想我们人为制造一个与地球质量相等的扁平行星,它有地心引力,能围绕某个像恒星一样的天体作轨道运行。那样的话,除非我们能够以某种方式让它旋转,否则白天与黑夜将没有区别。 

(摘自“新浪科技”)

地球的归宿

   我们已经知道地球从它诞生之日起,到现在已经有46亿年了。地球今后的命运怎样?能够象现在这样永远存在下去吗?这是人类最为关心的问题。任何事物都有发生、发展、消亡的过程,地球也不能例外,地球将来也有一天要消亡的。 
地球是宇宙中的一颗行星,是太阳系家族中的一个成员,所以,地球未来的命运与太阳的命运息息相关。只有太阳能够维持目前的这种活动水平,地球基本上就不会有变化。但是,太阳能把目前的这种状态维持下去吗?如果不能,将会发生什么变化?这种变化又会给地球带来什么样的影响呢?
在本世纪30年代之前,人们都觉得太阳也象其他炽热的天体一样,终究有一天会冷却下来。太阳能是来源于太阳内部的热核反应,即4个氢原子核,合成一个氦原子核,一克氢转变成氦所释放的能量,等于15吨煤燃烧所释放的热量。在这种热核反应中,大约每秒有6.3亿吨氢转变为氦后下沉到太阳的核心部分,另有460万吨左右的氢转化为辐射能向外倾泻。既然是这样,太阳上进行热核反应的氢等元素就会越用越少,目前太阳所产生的巨大能流就会变成涓涓细流,最后总会枯竭。随着这种情况的发生,太阳也会逐渐冷却下来变成橙色,再变成红色,光度也越来越昏暗,最后终于熄灭。
与此同时,地球也会因此慢慢冷却下来,越来越多的水将冻结起来,两极地区也会扩展出去。最后,就连赤道地区都会缺少足以维持生命的热量了。整个海洋将冻结成一块坚冰;空气也会液化,随后还会冻结成固体。到那时地球上所有的生命都不复存在了,包括我们人类在内。在此以后,冰冻了的地球(还有它那些行星伙伴)还会绕着熄灭了的太阳运转数不清的年头。根据科学家们的计算,太阳的热核反应足以维持100亿年,所以今天的人类不必为此担心。
不过,即使是真的如此,地球还是会作为太阳的行星而存在。
本世纪30年代,科学家进一步了解了太阳内部热核反应的秘密,认为地球等不到冷却的那一天就可能化为灰烬了。随着太阳能不断向外辐射,太阳上的氢会越来越少;而由氦构成的核心会越来越大;中心温度也会越来越热,同时太阳开始膨胀,表面积迅速增大,温度相对变低。这时,太阳将变成一个表面温度较低,体积巨大,密度很小,颜色发红的红巨星。太阳变成红巨星的时候,体积巨大,密度很小,颜色发红的红巨星。太阳变成红巨星的时候,体积大的惊人,可以吞下水星,熔掉金星,地球将被考焦,最后化为灰烬。这时,地球作为固体行星的历史就算到了头。
在太阳变成红巨星之前,地球上的人类会设法躲避被太阳(红巨星)烤焦的灾难,而移居到其他星球上去。因为那一天的到来至少还有80亿年的时间,在这样漫长的时间里,人类总能找到一颗适于自己居住的行星,也能制造出星际间来往的交通工具。因为人类的智慧是无穷的。

                       (摘自“上海地震信息网”)

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