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地球

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地球 地球的天文学符号
"The Blue Marble" photograph of Earth, taken by the Apollo 17 lunar mission. The Arabian peninsula, Africa and Madagascar lie in the upper half of the disc, whereas Antarctica is at the bottom.
美国阿波罗17号宇航员在前往月球途中拍摄的“蓝色弹珠”地球照片(1972年12月7日,非原始照片)
軌道參數
曆元 J2000[n 1]
遠日點
152,100,000 km(94,500,000 mi)
1.0167AU) [n 2]
近日點
147,095,000 km(91,401,000 mi)
0.9832687 AU) [n 2]
半長軸
149,598,023 km(92,955,902 mi)
1.000001018 AU) [1]
離心率 0.0167086[1]
軌道週期
365.256363004 日[2]
1.0000174209儒略年
平均軌道速度
29.78 km/s(18.50 mi/s)[3]
107,200 km/h(66,600 mph)
平近點角 358.617°
軌道傾角
升交點黃經 −11.26064°[3]至J2000黄道
近日點參數 114.20783°[3]
衛星 月球,以及多于1381个人造衛星[5][n 3]
物理特徵
平均半徑 6,371.0 km(3,958.8 mi)[6]
赤道半徑 6,378.1 km(3,963.2 mi)[7][8]
半徑 6,356.8 km(3,949.9 mi)[9]
扁率 0.0033528[10]
1/298.257222101(ETRS89英语ETRS89
周長 40,075.017 km(24,901.461 mi)赤道[8]
40,007.86 km(24,859.73 mi)子午线[11][n 4]
表面積 510,072,000 km2(196,940,000 sq mi)
[12][13][n 5]
體積 1.08321×1012 km3英语Volume of the Earth
2.59876×1011 cu mi[3]
質量 5.97237×1024 kg
1.31668×1025 lb[14]
3.0×10−6 太阳质量
平均密度 5.514 g/cm3(0.1992 lb/cu in)[3]
表面重力 9.807 m/s2(32.18 ft/s2[15]
g
11.186 km/s(6.951 mi/s)[3]
恆星週期
0.99726968 d[16]
(23h 56m 4.100s)
赤道自轉速度 1,674.4 km/h(1,040.4 mph)[17]
轉軸傾角 23.4392811°[2]
反照率
表面溫度 最低 平均 最高
开氏 184 K[18] 288 K[19] 330 K[20]
摄氏 −89.2 °C 15 °C 56.7 °C
华氏 −128.5 °F 59 °F 134 °F
大氣特徵
表面氣壓 101.325 kPaMSL
成分

地球太阳系八大行星之一,与太阳的距离由近至远位列第三,约为1.5亿公里。地球质量约5.97×1024千克,半径约6,371千米,是太阳系中密度最高的行星。地球有自转公转两种运动形式,地球自转一圈为一地球公转一圈称为一。自转轨道面称为赤道面,公转轨道面称为黄道面,两者之间的夹角称为黄赤交角。地球自转产生了昼夜更替,公转产生了四季变化。月球是地球唯一的天然卫星,能产生月相变化,引发地球潮汐现象[22]

地球表面71%的面积为所覆盖,被称为海洋[23][24],余下的29%为陆地,被海洋分隔为数个大洲和众多岛屿,陆地表面分布有众多的河流湖泊等水源,它们与海洋、地下水等水体共同组成了水圈[25]极地存在有大量,包括南极冰盖以及北极的大范围漂浮海冰。地球的岩石圈分为数个坚硬的地质板块,在漫长的地质年代中漂移于地表。据科学家推测,地球的内部非常活跃,在岩石圈之下由外向内依次为通过对流驱动板块漂移的地幔熔融态金属组成的外地核以及固态金属组成的內地核。其中,外地核被普遍视为地磁场的成因[26]。地球最外部圍繞著一層混合氣體,称为大氣層,主要成分是氮、氧、氬、二氧化碳和不到0.04%比例的微量氣體。

地球诞生于约45.4亿年前[27][28][29][30],42億年前開始形成海洋[31]。并在35亿年前的海洋中出现生命[32][33][34][35][36],之后逐步涉足地表和大气,并分化为好氧生物厌氧生物。早期生命迹象产生的具體证据包括格陵兰岛西南部变质沉积岩英语Metasediment中拥有约37亿年的历史的生源英语Biogenic substance石墨,以及澳大利亚大陆西部岩石中约41亿年前的早期生物遗骸英语Biotic material[37][38]。此后除去数次生物集群灭绝事件,生物种类不断增多[39]。根据学界测定,地球曾存在过的50亿种物种中[40],已经绝灭者占约99%[41][42],据统计,现今存活的物种大约有1,200至1,400万个[43][44],其中有记录证实存活的物种120万个,而余下的86%尚未被正式发现[45]。2016年5月,有科学家认为现今地球上大概共出现过1万亿种物种,其中人类正式发现者仅占十万分之一[46]。2016年7月,科学家称现存的生物共祖中共存在有355种基因[47]。地球上拥有73亿人口[48],分成了约200个的国家和地区,藉由外交旅游贸易传媒战争相互联系[49]。地球是人类和数百万种生物的共同家园,也是目前已知宇宙中唯一存在生命天体[3]

命名和辭源[编辑]

地球的英文名「Earth」源自中古英语[n 6],其历史可追溯到古英語(时常作「eorðe」)[50],在日耳曼语族诸语中都有同源词,其原始日耳曼語词根构拟为「*erþō」。拉丁文称之为“Terra”,此为古罗马神话大地女神之名[51]希腊文中則称之为“Γαῖα”(Gaia),這個名稱是希腊神话中大地女神盖亚的名字[52]

中文“地球”一词最早出现于明朝西学东渐时期,最早引入该词的是意大利传教士利玛窦(Matteo Ricci,1552-1610),他于《坤舆万国全图》中使用了该词[53][54]清朝后期,西方近代科学引入中国,地圆说逐渐为中国人所接受,“地球”一词(亦作“地毬”)被广泛使用[55][56][57]申报在创刊首月即登载《地球说》一文。[58]

历史[编辑]

地球形成[编辑]

早期太阳系的原行星盘艺术想象图

根据放射性定年法的测量结果,太阳系大约在45.6±0.08亿年前形成[59],而原生地球大约形成于45.4±0.04亿年前[30]。从理论上讲,太阳的形成始于46亿年前一片巨大分子云引力坍缩,坍缩的质量大多集中在中心,形成了太阳;其余部分一边旋转一边摊平,形成了一个原行星盘,继而形成了行星卫星流星體和其他太陽系小天體星雲假說主张,地球这样的微行星起源于吸积坍缩后剩下的由气体、冰粒、尘埃形成的直径为一至十公里的块状物。根据该理论,组成原生地球的物质的直径大约为10–20 英絲,这些物质经过1000至2000萬年的生长,最终形成原生地球[60]月球形成于大约45.3亿年前[61]月球的起源仍有待研究,尚无定论。而现今最受推崇的地月系统形成理论是大碰撞说。该理论认为有一颗火星大小、质量约为地球的1/10的天体忒伊亚与原生地球发生碰撞,爆裂出的物质进入环绕地球的轨道,后经由吸积形成了月球[62][63]。碰撞中,忒伊亚的铁核沉入了原生地球的地核[64]。同时,两者的地幔互相混合,逐渐合并形成新地球[63]。在41至38亿年前的後期重轟炸期,無數小行星与地月系发生了撞擊[65]

太古宙起地球表面开始凝固[66]火山爆发所释放的气体形成了次生大气。最初的大气可能由水汽二氧化碳组成,水汽的蒸发加速了地表的冷却,待到充分冷却后,暴雨连续下了成千上万年,雨水灌满了盆地,形成了海洋。暴雨在减少空气中水汽含量的同时,也洗去了大气中的很多二氧化碳[67]。此外,小行星原行星彗星上的也对是水的来源英语Origin of water on Earth之一[68]暗淡太阳悖论英语faint young Sun paradox指出,虽然早期太阳光照强度大约只有现在的7/10,但大气中的温室气体足以使海洋里的液态水免于结冰[69]。約35亿年前,地球磁场出现,有助于阻止大气被太阳风剥离[70]。其外层冷却凝固,並在大气层水汽的作用下形成地壳。陆地的形成有两种模型解释[71],一种认为陆地持续增长至今[72],另一种更可能的模型认为地球历史早期[73]陆地即迅速生成[74],然后保持到现在[75][76][77]。内部的热量不断散失,驱动板块构造运动形成大陆,经过数亿年超大陸经历三次分分合合。大约7.5亿年前,最早的超大陸之一——羅迪尼亞大陸开始分裂,又在6至4.5亿年前合并成潘諾西亞大陸,然后合并成盤古大陸,最后於約1.8亿年前分裂[78]。目前地球处于258万年前开始的更新世大冰期中,高纬度地区经历了数轮冰封与解冻,每40到10,000年循环一次。最後一次大陸冰封在約10,000年前[79][80]

生命演化[编辑]

 •  • 
-4500 —
-4000 —
-3500 —
-3000 —
-2500 —
-2000 —
-1500 —
-1000 —
-500 —
0 —
时间轴以百万年为单位
rRNA進行分析所推測出的地球生命演化樹

地球提供了目前已知唯一能够维持生命进化的环境[81]。人们认为约40亿年前的高能化学反应产生了能够自我复制的分子,又过了5亿年則出现了所有生命的共同祖先,而后分化出細菌古菌[82]。早期生命形态发展出光合作用的能力,可直接利用太阳能,并向大气中释放氧气[67]。大气中积累的氧气受到太阳发出的紫外线作用,在上层大气形成臭氧(O3),進而出現了臭氧层[83]。早期的生命以原核生物的形态存在。根据共生體學說,在生命演化过程中,部分小细胞被吞进大细胞,並内共生於大细胞之中,成为大细胞的细胞器,从而形成结构相对复杂的真核细胞[84]。此后,细胞群落内部各部分的细胞逐渐分化出不同的功能,形成了真正的多细胞生物。由于臭氧层吸收了太阳发出的有害紫外线,陆地变得适合生命生存,生命开始在陆地上繁衍[85]。目前已知生命留下的最早化石证据有西澳大利亚州砂岩里34.8亿年前的微生物垫英语microbial mat化石[32][33][34][35][36]西格林兰英语Western Greenland变质碎屑岩英语Metasediment里37亿年前的生源英语Biogenic substance石墨[86],以及西澳大利亚州岩石里41亿年前的生物质英语biotic material残骸[37][38]

1960年代起, 人们[谁?]猜测7.5亿年到5.8亿年前的新元古代成冰纪大冰期時,强烈的冰川活动使地球表面大部分处于冰封之下,是为“雪球地球”假说。5.42億年前发生了埃迪卡拉紀末期滅絕事件,紧接着就出现了寒武纪生命大爆发,地球上的多细胞生物种类猛增(如:節肢動物三葉蟲奇蝦等)[87]。在5亿年前的奧陶紀出现了脊椎動物甲冑魚。寒武纪大爆发之后,地球又经历了5次生物集群灭绝事件[88]。其中,發生在2.51億年前的二疊紀-三疊紀滅絕事件是已知地質歷史上最大規模的物種滅絕事件;而距今最近的灭绝事件是发生于6600万年前的白垩纪-第三纪灭绝事件小行星的撞击英语Chicxulub impactor使不会飞行的恐龙和其他大型爬行动物灭绝,但一些小型动物逃过一劫,例如那时还像鼩鼱一样的哺乳动物。在过去的6600万年中,哺乳动物持续分化。数百万年前非洲的类动物(如圖根原人)学会了直立[89]。由此它们得以更好地使用工具、互相交流,从而获得更多营养与刺激,大脑也越来越发达,最后演化成人类。人类借助农业文明的发展享受到了地球上任何其他物种都未曾達到的生活质量,也反过来影响了地球和自然环境[90]

对于未来的预测[编辑]

50億年後,太陽進入紅巨星階段后,地球被燒成焦土的假想圖。

在15至45億年後,地球的轉軸傾角可能出現最多90度的變化。据推测,从现在起算,地球表面的複雜生命發展還算年輕,活動能够繼續達到極盛,维持約5到10億年,不过如果大气中氮氣完全消失,这个時間將會延長到23億年[91][92][93]。地球在遥远未来的命運與太陽的演化緊密相連,随着太陽核心的持续核聚变生成太陽光度将持续會缓慢增加,在11億年後增加10%,35億年後則增加40%之多[94],太阳释放热量的速度也将持续增长。根据气候模型,地球表面最终将会受到太阳辐射上升會产生嚴重後果,最初只是熱帶地區改到極冠,長久下去,海洋将會被汽化并消失[95]

地球表面溫度上升會加快無機碳循環,降低大气二氧化碳含量。大约5至9億年后,大气中二氧化碳含量逐漸会低到10ppm,若沒有進化出新的方法,连C4类植物都无法生存[91]。植被的缺失會使地球大气含氧量下降,地球上的动物就會在数百万年内灭绝[96]。此後預計再过十幾億年,地表水就會消失殆尽,地球平均溫度也将上升到70 °C(158 °F)[96]。即使太陽永遠保持穩定,因為大洋中脊冒出的蒸氣減少,約10億年後,27%的海水會進入地幔[97],海水的減少使得溫度變化劇烈而不利複雜生命。

50億年後,太陽演化成為紅巨星,地球表面此時已經不能形成複雜的分子了。模型預測太陽將膨脹至約目前半徑的250倍,也就是大約1 AU(150,000,000 km)[94][98],地球的命運目前仍尚不明确。成為紅巨星時,太陽會失去30%的質量。因此若不考慮潮汐的影響,當太陽體積最大時,地球會移動到約距太陽1.7 AU(250,000,000 km)遠處,擺脫了落入膨脹太陽的外層大氣內的命運;然而即使真是如此,太陽亮度峰值將是目前的5,000倍,地球上剩餘的生物也難逃被陽光摧毀的命運[94]。2008年進行的一個模擬顯示,地球的軌道會因為潮汐效應的拖曳而衰減,使其落入已成為紅巨星的太陽大氣層而蒸發掉[98]

物理特性[编辑]

形态[编辑]

地球的形狀。图示为地球表面地势和地球几何中心的距离。南美洲安第斯山脉的隆起清晰可见。数据来自2014年全球地势模型[99]

地球大致呈椭球形。地球自转的效應使得沿贯穿两极地轴方向稍扁,赤道附近略有隆起英语equatorial bulge[100]。地球赤道半径比极半径大了43公里(27英里)。[101]因此,地球表面离地球質心最远之处並非海拔最高的珠穆朗瑪峰,而是位於赤道上的厄瓜多尔钦博拉索山的山峰[102][103][104][105]。地球的参考椭球体平均半径约为12,742公里(7,918英里),约等于(40,000 km)/[[圓周率|π]],这个整数并非巧合,而是因为长度单位的最初定义是经过法国巴黎的经线上赤道与北极点距离的一千万分之一[106]

由于局部地势有所起伏,地球与理想椭球体略有偏离,不过从行星尺度看,这些起伏和地球半径相比很小,最大偏离也只有0.17%,位于海平面以下10,911米(35,797英尺)的马里亚纳海沟與海拔8,844米(29,016英尺)的珠穆朗瑪峰只产生0.14%的偏离。若把地球缩到台球大小,地球上像大型山脉和海沟那样的地方摸上去就像微小瑕疵一样,而其他大部分地区,包括北美大平原深海平原摸上去則更加光滑[107]

化學組成[编辑]

地球的总质量约为5.97×1024 Kg,即是5,970堯克(Yg)。構成地球的主要化學元素有铁(32.1%)、(30.1%)、 (15.1%)、(13.9%)、(2.9%)、(1.8%)、(1.5%)、(1.4%);剩下的1.2%是其他微量元素,例如等。由於質量層化(質量較高者向中心集中)的緣故,據估算,構成地核的主要化學元素是(88.8%),其他構成地核的元素包括镍(5.8%)和硫(4.5%),以及质量合共少於1%的微量元素。構成地幔的主要礦物質則包括輝石化學式為(Mg,Fe,Ca,Na)(Mg,Fe,Al)(Si,Al)2O6)、橄欖石(化學式為(Mg,Fe)2SiO4)等[108]

至於地殼的化學構成,氧是地殼內豐度最高的元素,佔了46%[109]。地殼中的含氧化合物包括水、二氧化硅硫酸鈣碳酸鈣氧化鋁等,而地殼內含量最高的10種化合物、絕大部分構成地殼常見岩石的化合物均是含氧化合物[110][111]。有些岩石則是氟化物硫化物氯化物,但氟、硫和在任何地方岩层中的總含量通常遠少於1%。占地壳浅表90%以上体积的火成岩主要由二氧化硅硅酸盐构成。地球化學家法蘭克·維格氏維爾·克拉克英语Frank Wigglesworth基於1,672個對各種岩石的分析進行計算,推論出99.22%的岩石是以下表列出的氧化物構成,亦有其他含量較少的成分[111]

地殼的化學構成[112]
化合物 二氧化矽 氧化鋁 氧化鈣 氧化鎂 氧化亞鐵 氧化鈉 氧化鉀 氧化鐵 二氧化碳 二氧化鈦 五氧化二磷 總計
含量 陸地 60.2% 15.2% 5.5% 3.1% 3.8% 3.0% 2.8% 2.5% 1.4% 1.2% 0.7% 0.2% 99.6%
海洋 48.6% 16.5% 12.3% 6.8% 6.2% 2.6% 0.4% 2.3% 1.1% 1.4% 1.4% 0.3% 99.9%

內部構造[编辑]

地球内部如同其他類地行星一样,可根据化学性質或物理(流变学)性質分为若干层。然而,地球的內、外核具有明显的区别,這是其他類地行星所沒有的特徵。地球外层是由矽酸鹽礦物組成的地殼,下面又有一層黏稠固體組成的地幔。地幔和地殼之間的分界是莫氏不連續面。地殼的厚度隨位置的不同而不同,從海底的6公里到陸地的30至50公里不等。地殼以及地幔較冷、較堅硬的上層合稱為岩石圈,板塊也是在這個區域形成的。岩石圈以下是黏度較低的软流圈,岩石圈就在软流圈上方滑动。地幔晶體結構的重大變化出現在地表以下410至660公里之間的位置,是分隔上地幔及下地幔的過渡區英语Transition zone (Earth)。在地幔以下,是分隔地幔和地核的核幔邊界(古氏不連續面),再往下是黏度非常低的液體外地核,最裡面是固體的內地核[113]。內地核旋轉的角速度可能較地球其他部份要快一些,每年約領先0.1–0.5°[114]。內地核半徑1,220公里[115],約為地球半徑的1/5[116]

地球的内部构造[117]
Earth-crust-cutaway-chinese.png
从地核到地表的地球结构示意图

(未按照比例绘制)

深度[118]
(公里)
組件層 密度
(公克/立方公分)
0–60 岩石圈[n 7]
0–35 地壳[n 8] 2.2–2.9
35–60 地幔顶层 3.4–4.4
  35–2,890 地幔 3.4–5.6
100–700 软流层
2,890–5,100 外核 9.9–12.2
5,100–6,378 内核 12.8–13.1

地球內熱[编辑]

現今主要產生地熱的同位素[119]
同位素 產生熱能
(瓦/每公斤同位素)
半衰期
(年)
在地幔中的比例
(每公斤同位素/每公斤地幔)
產生熱能
(瓦/每公斤地幔)
238U 94.6 × 10−6 4.47 × 109 30.8 × 10−9 2.91 × 10−12
235U 569 × 10−6 0.704 × 109 0.22 × 10−9 0.125 × 10−12
232Th 26.4 × 10−6 14.0 × 109 124 × 10−9 3.27 × 10−12
40K 29.2 × 10−6 1.25 × 109 36.9 × 10−9 1.08 × 10−12

地球內部產生的熱量中,吸积殘餘熱約佔20%,放射性衰變熱則佔80%[120]。地球內的產熱同位素主要有钾-40鈾-238鈾-235钍-232[121]。地心的溫度最高可达6,000 °C(10,830 °F)[122],壓強可达360 GPa[123]。因為許多地熱是由放射性衰變而來,科學家推測在地球歷史早期、在半衰期短的同位素尚未用盡之前,地球的內熱可能產生得比現在更多,在30億年前可能是現在的二倍[120]。因此當時延著地球半徑的溫度梯度會更大,地幔對流英语mantle convection及板塊構造的速率也更快,可能生成一些像科马提岩之類,以現在地質條件難以生成的岩石[124]

地球表面平均散热功率密度为87 mW m−2,整个地球內部散热总功率为4.42 × 1013 W[125]。地核的部分热量通过高温熔岩向上涌升传到地壳,这种熱对流叫做地函熱柱。因此地函會出現熱點溢流玄武岩英语flood basalt[126]。地球的熱能还會在板块构造中通过地函逐步上昇到中洋脊而流失。另一种熱能流失的主要方式是藉由岩石圈的熱傳導,主要發生在海底,因為海底的地殼比陸地的要薄[127]

板块构造[编辑]

地球的板块构造英语List of tectonic plates[128]
Shows the extent and boundaries of tectonic plates, with superimposed outlines of the continents they support
板块名称 板块面积
106 km2
103.3
78.0
75.9
67.8
60.9
47.2
43.6

位于地球外层的刚性岩石圈分成若干板塊。這些板塊是剛性的,板塊之间的相對運動发生在以下三種邊緣:其一是聚合板塊邊緣,在此二個板塊互相靠近;其二是分離板塊邊緣,在此二個板塊互相分離;其三是轉形板塊邊緣,在此二個板塊互相橫向錯動。在這些板塊邊緣上,會出現地震火山活動造山運動以及形成海沟[129]。這些板塊漂浮在軟流圈[n 10]之上[130]

隨著板塊飄移,海洋板塊俯冲到聚合板塊邊緣的前緣下方。同時,地幔物質於分離板塊邊緣上升至地壳,產生了中洋脊。這些過程使得海洋地殼一边从地幔中不断产生,一边不斷地回收到地幔中,因此海洋地殼的年齡大多低於1億歲。現今最古老的海洋地殼位於西太平洋地區,其年齡估計約為2億歲[131][132]。相較之下,最古老的大陆地壳年齡約為40.3億歲[133]

目前地球的主要板块为太平洋板塊北美洲板塊歐亞大陸板塊非洲板块南極洲板塊印度-澳洲板塊以及南美洲板块。另外還有阿拉伯板块加勒比板块、位於南美洲西海岸外的纳斯卡板块以及位於南大西洋的斯科舍板块等板塊比較有名。印度-澳洲板塊是澳洲板塊與印度板塊在5,000萬至5,500萬年前融合形成的。在这些板块中,大洋板塊位移速率快,大陆板块移动速率慢:属于大洋板块的科科斯板块位移速率為每年75毫米[134],太平洋板塊則以每年52至69毫米的速率位移;而属于大陆板块的歐亞大陸板塊,平均以約每年21毫米的速率行進[135]

地表[编辑]

現今地球表面的地形,數據來自美国国家地球物理数据中心英语National Geophysical Data Center

地球表面积总计约5.1亿平方千米[12],约70.8%[12]的表面积由水覆盖,大部分地壳表面(3.6113亿平方公里)在海平面以下[12][136]。海底的地壳表面具有多山的特征,包括一个全球性的中洋脊系统,以及海底火山[101] 海沟、海底峡谷英语Submarine canyon海底高原和深海平原。其余的29.2%(1亿4894万平方公里,或5751万平方英里)为不被水覆盖的地方,包括山地、盆地、平原高原等地形。

[137]地球的地表受到构造和侵蚀作用,经历了長時間的重塑。板块构造运动会改变地貌,大风、降水、热循环和化学作用对地表的侵蚀也会改变地貌。冰川作用、海岸侵蚀、珊瑚礁的形成,以及大型陨石的撞击都會對地貌的重塑產生影響[138]

地球表面的岩石按照成因大致可分为三类:火成岩、沉积岩变质岩。火成岩是由上升至地表的岩浆或熔岩冷却凝固而形成的一种岩石,又称岩浆岩,是构成地壳主要岩石。火成岩按照成因又可分大致分为两类:一是岩浆侵入地表形成的侵入岩英语Intrusive_rock,按照形成位置的不同可分为深成岩和浅成岩,常见的花岗岩就是一种侵入岩。二是岩浆喷出地表形成的喷出岩,又名火山岩,例如安山岩玄武岩[139]大陆地壳主要由密度较低的花岗岩,安山岩构成,海洋地壳主要由致密的玄武岩构成。[140]沉积岩是由堆积、埋藏並紧密结合在一起的沉积物形成的。近75%的大陆表面被沉积岩覆盖,虽然他们只形成了约5%的地壳,[141]变质岩是从原有的岩石通过高压高温的環境变质而形成的一种岩石,如大理石[142]

地球表面最丰富的硅酸盐矿物有石英长石角闪石云母辉石橄榄石等。[143]常见的碳酸盐矿物有方解石(发现于石灰石白云石)等。[142]

土壤圈是地球陆地表面的最外层,由土壤所組成,並为土壤形成过程所影響。耕地占地表总面积的10.9%,其中1.3%是永久耕地。[144][145]接近40%的地表用于农田和牧场,包括1.3×107平方公里的农田和3.4×107平方公里的牧场。[146]

地表最低處位于西亚的死海,海拔约为-420米,海拔最高点位于中国和尼泊尔边境的喜马拉雅山脉的珠穆朗瑪蜂,海拔超过8848米。海平面以上的平均海拔为840米[147]

傳統上,地球表面被分為七大洲、四大洋和不同的海域[148][149]。也會以極點為中心將地球分為南半球北半球兩個半球[150][151],以經度分為東半球西半球[152][152],或大致按照海陆分布分为水半球陆半球

水圈[编辑]

地表海拔柱狀圖

在太阳系中,表面为大面积的水域所覆盖是地球有别于其他行星的显著特征之一,地球的别称“蓝色星球”便是由此而来的。地球上的水圈主要由海洋組成,而陸海、湖泊、河川以及可低至2,000公尺深的地下水也占了一定的比例。位於太平洋馬里亞納海溝的挑战者深渊深達10,911.4公尺,是海洋最深處[n 11][153]

地球上海洋的总質量约为1.35×1018公噸,相當於地球總質量的1/4400。海洋覆蓋面積為3.618×108平方公里,平均深度為3,682公尺,总體積约为1.332×109立方公里[154]。如果地球上的所有地表海拔高度相同,而且是個平滑的球面,則地球上的海洋平均深度會是2.7~2.8公里[155][156]

地球上的水約有97.5%為海水,2.5%為淡水。而68.7%的淡水以冰帽冰川等形式存在[157]

地球上海洋的平均鹽度約为3.5%,即每公斤的海水約有35公克的鹽[158]。大部分鹽在火山的作用和冷卻的火成岩中产生[159]。海洋也是溶解大氣氣體的的貯存器,這對於許多水生生命體的生存是不可或缺的[160]。海洋是一個大型儲熱庫,其海水對全球氣候造成了显著的影響[161]。海洋溫度分布的變化可能会对天氣變化造成很大的影响,例如厄尔尼诺-南方振荡现象[162]。受到地球行星风系等因素的影响,地球上的海洋有相对稳定的洋流,洋流主要分为“暖流”和“寒流”,暖流主要对流经的附近地区的气候起到“增温增湿”的效果,寒流的反之[163][164]

大氣圈[编辑]

近地軌道拍攝的颱風

地球表面的平均气压為101.325千帕大氣標高約8.5公里[3]。地球的大氣層為由78%的氮氣、21%的氧氣、混合微量的水蒸气、二氧化碳以及其他的氣態分子所構成。对流层的高度隨著緯度的變化而異,位於赤道附近的對流層高度則高達17公里,而位於兩極附近的對流層高度僅8公里,对流层的高度也會隨著天氣及季節因素而變化[165]

地球的生物圈地球大气层影響显著。在27亿年前光合作用开始产生氧气,最终形成现在主要由氮、氧组成的大气[83]。这一变化使好氧生物能够繁殖,随后大气中的氧气转化为臭氧英语Ozone–oxygen cycle,形成臭氧层。臭氧层阻挡了太阳辐射英语solar radiation中的紫外线,地球上的生命才得以存续[166]。对生命而言,大气层的重要作用还包括运送水汽,提供生命所需的气体,让流星体在落到地面之前烧毁,以及调节温度等[167]。大气中某些微量气体分子能够吸收从地表散发的长波辐射,从而升高地球平均温度,是为溫室效應。大气中的温室气体主要有水蒸氣、二氧化碳、甲烷和臭氧。如果地球沒有溫室效應,則地表平均溫度將只有−18°C(现在是+15°C),生命就很可能不存在[168]

天氣和氣候[编辑]

地球的大气层並無明確边界。离地表越远,空氣越稀薄,最后消失在外太空。大气层四分之三的质量集中在离地表11公里的对流层。来自太阳的能量将地表和上面对流层中的气体加热,空气受热膨胀,因密度减小而上升,周围较冷、密度较高的气体填补过来,形成了大氣環流。這使得热量重新分布,并产生各种天气现象和气候条件[169]

主要的大氣環流带有纬度30°以下赤道地区的信風和纬度30°到60°之间的中纬度西風帶[170]。决定气候的重要因素还有洋流,尤其是将热量从赤道海域带往极地地区的溫鹽環流[171]

地表蒸发的水蒸气也通过大氣環流来运送。如果大气环境适合,温暖湿润的空气上升,然后其中的水汽凝结,形成降水落回地面[169]。降水中的大部分通过河流系统流向低海拔地区,通常会回到海洋中或者聚集在湖泊里。这种水循环是地球能维持生命的重要原因,也是地表构造在漫长地质时期受到侵蚀的主要因素。各地降水量大相径庭,从一年数千毫米到不到一毫米都有。一个地区的平均降水量由大氣環流、地貌特征和气温差异共同决定[172]

地球表面获得的太阳能量随纬度增高而递减。高纬度地区太阳照射地面的角度较小,阳光必须通过的大气层较厚,因此年平均气温较低。纬度每增高1度,海平面处的年平均气温就降低大约0.4 °C變化(0.7 °F變化)[173]。地球表面可分为气候大致相似的若干纬度带,从赤道到两极依次是热带亚热带温带極地气候[174]。根据各地气温和降水量的异同可以划定不同的气候类型。常用的柯本气候分类法将全球气候分为五大类:A类熱帶氣候,B类干旱气候,C类温带气候,D类冷温带气候,E类极地气候高山气候,每个大类被进一步分为若干小类[170]

纬度并非决定气候的唯一因素。由于水的比热比岩土的比热大,海洋性气候往往比大陆性气候更为温和。事实上,南半球处于夏季时地球离太阳更近,导致南半球全年接受到的辐射总量比北半球多。若不是南半球的水域面积比北半球更大,多出的水域吸收了多余的辐射,南半球的平均气温将比北半球高2.3 °C。大气环流和洋流的影响同样重要。在高緯度地區,受到暖流和西风的作用,大陆西岸的气候往往比同纬度内陆及大陆东岸的气候更为温和。北欧北部处于北极圈内,气候却比较适宜。纬度较低的加拿大北部及俄罗斯远东地区反而呈现寒冷的极地气候。在南美洲低纬度地区的西岸,受到秘鲁寒流的影响,夏季没有酷暑[175][175][176]。此外,气候还与高度有关,海拔越高,气候越寒冷[177]

1913年於美国加利福尼亞州死亡谷國家公園內的爐溪谷地英语Furnace Creek, California所測得的56.7 °C(134.1 °F)為地球目前所測得的最高氣溫[178];而1983年於南极洲沃斯托克站所測得的−89.2 °C(−128.6 °F)為地球目前所測得的最低氣溫[179],但遥感卫星曾在东部南极洲测到低至−94.7 °C(−138.5 °F)的温度[180]。这些氣溫仅仅是自20世纪以来使用现代仪器测量到的,可能尚未完整体现地球氣溫的范围。

高層大氣[编辑]

被地球大气层局部笼罩的月球,由美国国家航空航天局拍摄。

在對流層的上方,相对高层的大氣层通常分為平流層中間層熱層散逸层[167],每一层温度随高度的变化规律都不同。平流層上部是臭氧层,能部分吸收太阳射向地表的紫外线,这对地球上的生命很重要[181]。这也使得平流层中温度随高度的增加而增加。中间层中温度则随高度增加而下降。在热层中,由于气体原子对太阳辐射中短波成分有强烈吸收,温度随高度的增加急剧上升。在热层上部由于空气稀薄,温度较高,气体分子会发生电离,形成等离子体,构成电离层。散逸层向外延伸,愈发稀薄,直到磁层,那里是地磁场和太阳风相互作用的地方[182]。距地表100 km的高空是卡門線,实践中认为它是大气层和外层空间的分界[183]

由于热运动,大气层外缘的部分分子速度可以大到能够摆脱地球引力。这会使大气气体缓慢但持续地散失到太空中英语Atmospheric escape。因为游离的氢分子量小,它更容易达到宇宙速度,散逸到外太空的速率也更快[184]。其中在氢气散失方面,是地球大气以及表面从早期的还原性变为现在的氧化性的原因之一。虽然光合作用也提供了一部分氧气,但是人们认为氢气之类的还原剂消失是大气中能够广泛积累氧气的必要前提[185],因此也影响了地球上出现的生命形式[186]。雖然大气中的氧气和氢气可转化为水,但其損失大部分皆來自甲烷在高層大氣的破壞[187]

磁场[编辑]

地球磁層示意圖。太陽風由左向右

地球内部及周围空间中存在着靜磁場。根据静磁场的多极展开,如果把地球近似看作一个磁偶极子,它的磁矩大小为7.91 × 1015 T m3,地磁轴方向與地轴近似重合但有少许偏离,两者的夹角被称为地磁偏角。在垂直平分地磁轴的平面和地球表面相交形成的“地磁赤道”圈上,磁感应强度约为3× 10−5 T,在地磁轴与地球表面相交形成的地磁極英语Geomagnetic pole处,磁感应强度约为地磁赤道处的两倍。根据发电机假说,地磁主要来自于地核中铁、镍构成的导电流体的运动。在地核的外核中,炽热的导电流体在从中心向外对流的过程中受到地转偏向力的作用形成涡流,产生磁场。而涡流产生的磁场又会对流体的流动产生反作用,使流体的运动乃至其产生的磁场近似保持稳定。[188]但由于对流运动本身是不稳定的,地磁轴的方向会缓慢、无规律地发生变化,导致地磁逆轉。地磁逆转的周期不固定,每一百万年可能会发生数次逆转,最近的一次则发生在78万年前,被称为布容尼斯-松山反轉[189][190]

地磁在太空的影響範圍称为磁層。太陽風的離子與電子被磁層偏轉,因此无法直接襲擊地球。太陽風的壓強會把磁層靠近太陽的區域壓縮至10個地球半徑,而遠離太陽的區域會延伸成長尾狀[191]。太陽風以超音速吹入磁層向阳面,形成弓形震波,太陽風速度因此減慢,一部分動能轉換為熱能,使得附近區域溫度升高[192]。在電離層上方,磁層中的低能量帶電粒子形成電漿層,其運動受地磁場主導。由於地球的自轉會影響電漿的運動,因此電漿層會與地球共轉[193][194]。磁層中能量居中的粒子繞地軸旋轉流動,形成環狀電流。帶電粒子除了沿著磁場線作螺旋運動外,還會在地磁場的梯度曲率作用下产生定向漂移,電子向東漂移,正離子向西漂移,因此形成環狀電流[195]:8, 31范艾伦辐射带是兩層狀似甜甜圈的輻射區域,內層主要是由高能量質子與電子所形成,而外層還含有氦等较重的離子。這些高能量粒子都被磁場俘獲於並且以螺旋形式沿著磁場線移動[191][196]。當发生磁暴時,帶電粒子會從外磁層沿著磁場線方向偏轉進入電離層,并在這裡與大氣層原子發生碰撞,將它們激發與離子化,这时就产生了极光[197]

地球的运动[编辑]

自轉[编辑]

深太空氣候觀測站英语Deep Space Climate Observatory在2016年5月29日拍攝的地球自轉影像。

地球相對於太陽的平均自轉週期称为一个平太陽日,定义為平太陽時86,400 秒(等于SI86,400.0025 秒[198]。因為潮汐減速的緣故,現在地球的太陽日已經比19世紀略長一些,每天要長0至2 SI ms[199][200]國際地球自轉服務(IERS),以國際單位制的秒为單位,测量了1623年至2005年[201]和1962年至2005年[202]的时長,确定了平均太陽日的长度。

地球相對於恆星的自轉週期,稱為一个恆星日,依據IERS的測量,1恆星日等于平太陽時(UT1)86,164.098903691 秒,即23h 56m 4.098903691s[2][n 12]。天文学上常以地球相對於平春分點的自轉週期作為一个恆星日,在1982年是平太陽時(UT1)86,164.09053083288 秒,即23h 56m 4.09053083288s[2]。由于春分點会因為歲差等原因而发生移动,这个恆星日比真正的恆星日短約8.4毫秒[203]

从地球上看,空中的天體都以每小時15°,也就是每分鐘15'的角速度向東移動(低軌道的人造衛星和大氣層內的流星除外)。靠近天球赤道的天體,每兩分鐘的移動距离相當於地球表面所見的月球或太陽的視直徑(两者幾乎相同)[204][205]

公轉[编辑]

地球绕太陽公轉的軌道與太陽的平均距離大約是150 × 106公里(93,000,000英里),每365.2564平太陽日轉一圈,稱為一恆星年。公轉使得太陽相對於恆星每日向東有約1°的視運動,每12小時的移動相當於太陽或月球的視直徑。由於這種運動,地球平均要24小時,也就是一个太陽日,才能繞軸自轉完一圈,讓太陽再度通過中天。地球公轉的平均速度大約是29.8 km/s(107,000 km/h),7分鐘內就可行進12,742 km(7,918 mi),等同於地球的直徑的距離;約3.5小時就能行進約384,000 km(239,000 mi)的地月距離[3]

在現代,地球的近日點遠日點出現的時間分別出現於每年的1月3日和7月4日左右。 由于进动和轨道参数变化带来的影响,这两个日期会随时间变化。这种变化具有周期性的特征,即米蘭科維奇循環。地球和太陽距離的變化,造成地球從遠日點運行到近日點時,獲得的太陽能量增加了6.9% [n 13]。因為南半球總在每年相同的時間,當接近近日點時朝向太陽,因此在一年之中,南半球接受的太陽能量北比北半球稍多一些。但這種影響遠小於軸向傾斜對總能量變化的影響,多接收的能量大部分都被南半球佔有很高比例的海水吸收掉[206]

相對於恆星背景,月球和地球每27.32天繞行彼此的質心公轉一圈。由於地月系统共同繞太陽公轉,相邻两次朔的间隔,即朔望月的週期,平均是29.53天。從天球北極看,月球環繞地球的公轉以及它們的自轉都是逆時針方向。從超越地球和太陽北極的制高點看,地球也是以逆時針方向環繞著太陽公轉,但公轉軌道面(即黃道)和地球赤道并不重合——黄道面和赤道面呈现23.439281°(约23°26')的夹角,该角也是自转轴和公转轴的夹角,被称为轨道倾角转轴倾角黄赤交角。而月球繞地球公轉的軌道平面(白道)与黄道夹角5.1°。沒有這些傾斜,每月就會有一次日食和一次月食交替發生[3][2][207]

地球的引力影响范围(希爾球)半徑大約是1.5 × 106公里(930,000英里)[208][n 14]。這是地球的引力大於太陽和更遙遠行星的最大距離。天體必需進入這個範圍內才能環繞著地球運動,否则其軌道會因太陽引力攝動而变得不稳定,并有可能脱离地球束缚[209]

包括地球在内的整个太陽系,在位於銀河平面上方約20 光年獵戶臂內,以28,000 光年的距離環繞著銀河系的中心公轉[210]。1990年,旅行者1号從6.4 × 109公里(4 × 109英里)拍攝到了地球的图像(暗淡藍點)。

倾角[编辑]

黃道和赤道的關係:赤道是垂直地球自轉軸的平面,與軌道平面(黃道)的夾角是軌道傾角,也就是黃赤交角

轨道倾角的存在使得地球绕太阳公转时,太阳直射点在南回歸線北回归线之间周期性地变化,其周期为一个回归年,时长为365.24219个平太阳日(即:365天5小时48分45秒)。地球上不同纬度地区昼夜长短和太阳高度角随之变化,进而使得这些地区一日之内接受到的太阳辐射总量发生变化,导致季节变化。当北极点相对于南极点离太阳更近时,太阳直射点位于北半球,此时北半球昼长夜短,太阳高度角较大,为夏半年;南半球昼短夜长,太阳高度角较小,为冬半年;反之亦然[211]。在北回归线以北的北温带,太阳总是从东南方向升起,向东南方向落下;在南温带,太阳则是从东北方向升起,向西北方向落下[212]

在南、北半球各自的夏半年中,纬度越高,昼越长,夜越短,在極圈内可能出现全天都是白昼的情形,称为极昼。在极点附近,夏半年的6个月都是极昼;冬半年纬度越高,昼越短,夜越长,极圈内可能出现全天都是黑夜的情形,称为极夜[213]。极点附近冬半年均为极夜[214]

在一个回归年内,太阳直射点在南北回归线之间移动。直射点落在北回归线、南回归线上的事件合称“二至”。直射点会两次越过赤道,称为“二分”。在北半球,冬至出现在每年的12月21日前后,夏至出现在6月21日左右,春分通常出现在3月20日,秋分通常出现在9月22日或9月23日。在南半球,春分、秋分;夏至、冬至的日期正好与北半球相反。[215]

由于地球不是理想的球体,而黄道面、白道面和赤道面都存在交角,太阳和月球对地球施加的力矩有垂直于自转角动量的分量,使得地球在自转的同时会发生進動,其周期为2.58万年,从而导致了恒星年回归年的差异,即“岁差”。地球的倾斜角几乎不随时间变化而改变,但由于日月相对地球的位置不断变化导致地球受到的外力发生变化,地球在自转、进动时倾斜角仍然会有轻微、无规则的章動,其最大周期分量为18.6年,与月球交點的进动周期一致[216] 。地球也不是理想的刚体,受到地质运动、大气运动等作用的影响,地球的质量分布会发生变化,自转极点相对于地球表面同样也会有轻微的漂移,每年极点的位置会变化数米,自1900年以来,极点大约漂移了20米。这种漂移被称为极移。极移是一种準周期运动,主要的周期分量包括一个周期为一年的运动和一个周期为14个月的运动。前者通常被认为与大气运动有关,后者被称为錢德勒擺動[217]。由于地球的自转角速度比月球和地球的公转角速度都大,受到潮汐摩擦的影响,地球的自转角速度随着时间变化缓慢减小,换言之,一天的时间逐渐变长[218]

适居性[编辑]

行星若能维持生命延續,就可称为适居的,即使生命并不起源于那里。地球能提供液态水,复杂的有机分子可在其中组装合成并相互作用,还有足够的能量来维持新陈代谢[219]。地球到太阳的距离、公转轨道偏心率、自转速率、轴向倾斜、地质历史、适宜的大气和能起保护作用的磁场造成地球表面现在的气候条件主因[220]

生物圈[编辑]

在行星的生态系统中生活的所有生物之总体称为行星生物圈。地球的生物圈从35亿年前开始演化[83],並分成了多个生物群系,每个生物群系中生活的动植物种类基本相同。陆地上的生物群系主要用纬度、海拔湿度区分。極圈凍原高山凍原英语Alpine tundra极度干旱地区的生物群系中动植物稀少,生物多样性较低;而位于赤道的热带雨林中物种极为丰富,生物多样性较高[221]

自然资源与土地使用情况[编辑]

2000年人类土地使用情况估算值[222]
土地利用情况 使用面积/百万公顷
耕地 1,510–1,611
草原 2,500–3,410
天然林 3,143–3,871
种植林 126–215
城市用地 66–351
未开发土地 356–445

地球蕴藏着各种自然资源供人类开采利用。其中很多是如化石燃料一类的不可再生能源,这些资源的再生速度非常缓慢。[223]

化石燃料大多从从地壳中获得,例如石油天然气。人类主要用这些化石燃料来获得能源和化工生产的原料。矿石形成于地壳的成矿过程,成矿过程由岩浆活动、侵蚀和板块构造导致[224]

地球生物圈可產生許多對人類有益的生物製品,包括食物木材藥品氧氣等,并可使眾多有機廢棄物回收再利用。陆上生态系统依靠表土淡水维持,而海洋生态系统则依靠陆地冲刷而来的溶解养料维持[225]。1980年,全球有50.53亿公顷(5053万平方公里)林地,67.88亿公顷(6788万平方公里)草地和牧场,还有15.01亿公顷(1501万平方公里)用作耕地[226]。1993年,全球有2,481,250平方公里(958,020平方英里)的土地受到灌溉[13]。人类在陆地上用各种建筑材料建造自己的住所[227]

天然和環境危害[编辑]

火山爆發,向大氣層注入灰烬

地球表面的大片区域均受熱帶氣旋颱風極端天氣影響,這些災害影響了受災地區生物的存亡。1980年到2000年之間,每年平均有11,800人因天災而死亡[228]。其中在1900年至1999年之間,旱災促成的飢荒是造成最多死亡的災害[229]。另外,地幔對流帶動板塊移動,並引起地震和火山活動等環境危害[230]。地球的天然和環境危害還包括山火水災山崩雪崩等,均會造成死亡[229]

各種天然和環境危害造成死亡的比率(1900年到1999年)[229]
危害 旱災促成的飢荒 水災 地震和海嘯 風暴 火山爆發 山崩 雪崩 山火
造成死亡的比率 86.9% 9.2% 2.2% 1.5% 0.1% 小於0.1%

人类的活动给很多地区都带来了环境问题:水污染、空气污染、酸雨、有毒物质、植被破坏(过度放牧滥砍滥伐沙漠化)、野生动物的死亡、物种灭绝、土壤的退化侵蚀以及水土流失[231]

根據聯合國的資料,工業活動排放二氧化碳與全球变暖有密切關聯。预测顯示全球变暖將會給地球的環境帶來冰川冰盖熔化、溫度範圍更極端、重大天氣轉變、海平面上升等變化[232]

人文地理[编辑]

地球七大洲[233]

地图学是关于研究和实践地图制作的学科[234]地理学是研究地球上的大陆、构造、居民和其他现象的学科[235]。自古以来,地图学和地理学一直为描述地球的方方面面而服务。测量是量度事物位置和距离的方法,可进行小规模的导航,确定位置和方向。测量与地图学和地理学一起发展,提供并适当量化一些信息[236]

截至2011年10月31日,地球的总人口达到70亿左右[237]。預測顯示世界人口將在2050年時達到92億人[238],其中在发展中国家將可能發生人口快速增長的情形。世界各处人口密度差异巨大,大部分人口居住在亚洲。預計在2020年全世界將有60%人口居住於都市中,而非農村地區[239]

據估計,地球上只有八分之一的地方適合人類居住。其中有四分之三覆蓋著海水,四分之一則是陸地。沙漠(14%)[240]、高山(27%)[241]以及其他不適合人類居住的地形佔陸地總面積的二分之一。位於加拿大努納武特埃尔斯米尔岛阿勒特(82°28′N)為全球最北端的永久居住地[242];而位於南極洲的阿蒙森-史考特南極站(90°S)則是全球最南端的永久居住地,此地幾乎完全接近南極點[243]

地球的陆地表面,除了南極洲部分地區、沿著多瑙河西岸的一些土地英语Croatia–Serbia border dispute以及位於埃及與蘇丹之間的无主地比尔泰维勒之外,均为主權獨立國家所拥有。截至2015年 (2015-Missing required parameter 1=month!),全球共有193個主權國家聯合國會員國,此外还有2個觀察員國,以及72個属地有限承认国家[13]。雖然有一些民族國家有統治世界的企图,但從未有一個主權政府統治過整個地球[244]

联合国是一个以“介入國家之間的糾紛從而避免武裝衝突”為成立目標的全球性国际组织[245],也是一个为国际法和国际外交设立的重要平台。如果取得了成员国的共识,联合国可武装干预一些国际事务。[246]

1961年4月12日,尤里·阿列克谢耶维奇·加加林成为了第一个抵达地球轨道的人类[247]。截至2010年7月30日,共有487人曾去过太空並進入軌道繞行地球,其中有12人还參與了阿波罗计划並在月球行走[248][249][250]。正常情況下,国际空间站是太空中唯一還有人類的地方。太空站的成員由6人組成,成員一般每六個月替換一次[251]阿波罗13号於1970年執行任務期間離地球400,171公里,为人類目前到達过的最遠距離[252]

衛星[编辑]

月球[编辑]

月球
從地球的北半球看見的滿月。
直徑 3,474.8 km
質量 7.349×1022 kg
半長軸 384,400 km
軌道週期 27 d 7 h 43.7 m

月球是地球的天然衛星,因古代在夜晚能提供一定的照明功能,也常被称作“月亮”,月球的直徑約為地球的四分之一,结构與類地行星相似。月球是太阳系中卫星-行星体积比最大的卫星。雖然冥王星和其卫星冥衛一之間的比值更大,但冥王星属于矮行星[253][254]

月球和地球间的引力作用是引起地球潮汐现象的主要原因,而月球被地球潮汐鎖定,因此月球的自轉週期等于繞地球的公轉週期,使月球始終以同一面朝向地球[255]。月球被太陽照亮並朝向地球這一面的變化,導致月相的改變,黑暗部分和明亮部分被明暗界線分隔開來[256]

地月系統的詳圖,顯示每個天體的半徑和地球與月球的質心。月球的軸受到卡西尼第三定律的規範。

由於地月間的潮汐相互作用,月球会以每年大約38毫米的距離逐漸遠離地球,地球自轉的時間長度每年大約增加23微秒。數百萬年來,這些微小的變更累積成重大的變化[257]。例如,在泥盆紀的時期(大約4,100萬年前),一年有400天,而一天只有21.8小時[258]

月球對地球氣候的調節可能戲劇性地影響到地球上生物的發展。古生物學的證據和電腦模擬顯示地球的轉軸傾角因為與月球的潮汐相互作用才得以穩定[22]。一些理論學家認為,沒有這個穩定的力量對抗太陽和其他行星對地球的赤道隆起產生的扭矩,地球的自轉軸指向將混沌無常;火星就是一個現成的例子[259]

太陽的直徑大約是月球的400倍,但它與地球的距離也是400倍遠,因此地球看到的月球和太阳大小几乎相同。这一原因正好使得兩天體的角直徑(或是立體角)吻合[205],因此地球能观测到日全食日環食[260]

关于月球的起源,大碰撞說是目前最受青睐的科学假说,但这一假设仍有一些无法解释的問題。该假说认为,45亿年前,一颗火星大小的天体忒伊亚与早期的地球撞击,残留的碎片形成了月球。這一假說解釋了月球相對於地球缺乏鐵和揮發性元素、以及其組成和地球的地殼幾乎相同等现象的原因[261]

小行星及人造衛星[编辑]

國際太空站是在軌道上環繞地球的一顆人造衛星

人造地球卫星是由人類建造的環繞地球運行的太空飛行器。依據2015年9月的統計,包括已經失效,现存最老的美国卫星前鋒1號英语Vanguard 1,全球共有1,305顆人造衛星,和300,000萬個太空垃圾在軌道上環繞著地球。目前全世界最大的人造衛星是國際太空站[5]

除了月球和人造卫星之外,地球还有至少5顆共軌小行星(準衛星),其中四颗是在地球軌道上環繞著太陽运行的小行星——克魯特尼2002 AA29[262][263]2016 HO3[264]和在地球前導拉格朗日點L4特洛伊小行星2010 TK7[265][266]。嬌小的近地小行星2006 RH120,大約每隔20年就會靠近地-月系統一次,當它靠近時會短暫進入繞行地球的軌道[267]

文化及歷史觀點[编辑]

1968年阿波羅8號太空人在繞月軌道上拍攝的《地出》。

地球的标准天文符号为被圆形包圍的十字“”,代表世界的四角英语Four corners of the world[268]

地球在人類文化中的形象不一。部分文化赋予地球人格,将之拜为神明。许多文化中地球是主管生育的地母神[269]蓋亞假說于20世紀中期诞生,该观点将地球比作能自我调节的生命体,使地球能保障自身总体稳定、适宜居住[270][271][272]。而多個宗教的創世神話則有记载,地球为超自然的神所創[269]

随着科学技术的发展,人类眼中的地球也在不断变化。起初,东西方的古人相信地平說[273]。但到了公元前6世紀,毕达哥拉斯提出的地圓說取代了这一观点[274]。古人曾将地球视为宇宙中心,但后来的学者認定,地球和太陽系的其它几个星体一样,都是環繞恆星转动的行星[275]。经过基督教學者和神职人员宣传,如詹姆斯·烏雪用圣经谱系分析地球年龄,西方人进入19世紀时已基本相信地球超过几千岁。到了19世紀,地质学家發現地球的年齡应該超过幾百萬歲[276]威廉·汤姆森在1864年用熱力學方法推斷,地球年齡应在2,000萬歲至4億歲之间,这一结论引發了激烈辩论。在19世紀後期至20世紀初期,科学家用放射性定年法测算出,地球诞生时间為幾十億年[277][278]。但在20世纪时,阿波罗计划开始执行,人类第一次在轨道上观察到了地球,并拍摄了地球的照片,人类的看法因而再度改变[279]

參見[编辑]

註釋[编辑]

  1. ^ 所有的天文量都會發生變化,包括長期的週期性的。給出的量是長期變化在J2000.0的瞬間值,忽略掉週期性的變化。
  2. ^ 2.0 2.1 遠日距 = ;近日距 = ,其中是半長軸、為偏心率。地球的近日距與遠日距相差約500萬公里。
  3. ^ 美國戰略司令部追蹤大約15,000個人造天體,其中大部分都是碎屑。參見:USSTRATCOM Space Control and Space Surveillance. 2014年1月 [2015-07-17]. 
  4. ^ 地球的圓周約長40,000公里,因為1的最初定义是经过法国巴黎的经线上赤道与北极点距离的一千万分之一。
  5. ^ 因為自然的變動,模糊了周圍的冰架和繪製地圖的高程基準,使得精確的陸地和海洋覆蓋值變得沒有意義。基於來自向量地圖英语Vector map全球土地覆蓋物的數據,極端的湖泊和溪流覆蓋著地球表面的0.6%和1.0%。支撐南極格陵蘭冰架的陸地有許多位於海平面之下,但也算成是陸地。
  6. ^ 「eorþe」、「erþe」、「erde」和「erthe」等单词[50]
  7. ^ 約在5公里至200公里之間的深度
  8. ^ 約在5公里至70公里之間的深度
  9. ^ 包括正從非洲板塊中分離,形成中的索馬利亞板塊。參見:Chorowicz, Jean. The East African rift system. Journal of African Earth Sciences. October 2005, 43 (1–3): 379–410. Bibcode:2005JAfES..43..379C. doi:10.1016/j.jafrearsci.2005.07.019. 
  10. ^ 地幔上部會隨著板塊運動而流動、固態但黏滯性較低的部分[130]
  11. ^ 這是採取日本測量船海溝號英语Kaikō(遙控潛水器)在1995年3月24日的數值,被認為是迄今最精確的測量。請參閱挑戰者深淵條目,有更詳細的資訊。
  12. ^ 這些圖例的來源使用「UT1的秒」而非「平均太陽時間的秒」。—Aoki, S.; Kinoshita, H.; Guinot, B.; Kaplan, G. H.; McCarthy, D. D.; Seidelmann, P. K. The new definition of universal time. Astronomy and Astrophysics. 1982, 105 (2): 359–61. Bibcode:1982A&A...105..359A. 
  13. ^ 遠日距的距離是是近日距的103.4%。由於平方反比定律,在近日點接收到的能量是遠日點的106.9%。
  14. ^ 行星的希爾球半径是,其中是行星质量,是以天文單位量度的行星至太陽距離,是太阳质量。经过计算得到地球的希爾球半徑是(天文单位)。

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延伸閱讀[编辑]

外部連結[编辑]