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地球

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地球 地球的天文學符號
"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.
美國阿波羅17號太空人在前往月球途中拍攝的「藍色彈珠」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黃道
近日點參數 114.20783°[3]
衛星 月球,以及多於1381個人造衛星[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英語ETRS89
周長 40,075.017 km(24,901.461 mi)赤道[8]
40,007.86 km(24,859.73 mi)子午線[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英語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 太陽質量
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
開氏 184 K[18] 288 K[19] 330 K[20]
攝氏 −89.2 °C 15 °C 56.7 °C
華氏 −128.5 °F 59 °F 134 °F
大氣特徵
表面氣壓 101.325 kPaMSL
成分

地球太陽系八大行星之一,與太陽的距離由近至遠位列第三,約為1.5億公里。地球質量約5.97×1024公斤,半徑約6,371公里,是太陽系中密度最高的行星。地球有自轉公轉兩種運動形式,地球自轉一圈為一地球公轉一圈稱為一。自轉軌域面稱為赤道面,公轉軌域面稱為黃道面,兩者之間的夾角稱為黃赤交角。地球自轉產生了晝夜更替,公轉產生了四季變化。月球是地球唯一的天然衛星,能產生月相變化,引發地球潮汐現象[22]

地球表面71%的面積為所覆蓋,被稱為海洋[23][24],餘下的29%為陸地,被海洋分隔為數個大洲和眾多島嶼,陸地表面分布有眾多的河流湖泊等水源,它們與海洋、地下水等水體共同組成了水圈[25]極地存在有大量,包括南極冰蓋以及北極的大範圍漂浮海冰。地球的岩石圈分為數個堅硬的地質板塊,在漫長的地質年代中漂移於地表。據科學家推測,地球的內部非常活躍,在岩石圈之下由外向內依次為通過對流驅動板塊漂移的地函熔融態金屬組成的外地核以及固態金屬組成的內地核。其中,外地核被普遍視為地磁場的成因[26]。地球最外部圍繞著一層混合氣體,稱為大氣層,主要成分是氮、氧、氬、二氧化碳和不到0.04%比例的微量氣體。

地球誕生於約45.4億年前[27][28][29][30],42億年前開始形成海洋[31]。並在35億年前的海洋中出現生命[32][33][34][35][36],之後逐步涉足地表和大氣,並分化為好氧生物厭氧生物。早期生命跡象產生的具體證據包括格陵蘭島西南部變質沉積岩英語Metasediment中擁有約37億年的歷史的生源英語Biogenic substance石墨,以及澳洲大陸西部岩石中約41億年前的早期生物遺骸英語Biotic material[37][38]。此後除去數次生物集群滅絕事件,生物種類不斷增多[39]。根據學界測定,地球曾存在過的50億種物種中[40],已經絕滅者占約99%[41][42],據統計,現今存活的物種大約有1,200至1,400萬個[43][44],其中有記錄證實存活的物種120萬個,而餘下的86%尚未被正式發現[45]。2016年5月,有科學家認為現今地球上大概共出現過1兆種物種,其中人類正式發現者僅占十萬分之一[46]。2016年7月,科學家稱現存的生物共祖中共存在有355種基因[47]。地球上擁有73億人口[48],分成了約200個的國家和地區,藉由外交旅遊貿易傳媒戰爭相互聯繫[49]。地球是人類和數百萬種生物的共同家園,也是目前已知宇宙中唯一存在生命天體[3]

命名和辭源[編輯]

地球的英文名「Earth」源自中古英語[n 6],其歷史可追溯到古英語(時常作「eorðe」)[50],在日耳曼語族諸語中都有同源詞,其原始日耳曼語詞根構擬為「*erþō」。拉丁文稱之為「Terra」,此為古羅馬神話大地女神之名[51]希臘文中則稱之為「Γαῖα」(Gaia),這個名稱是希臘神話中大地女神蓋亞的名字[52]

中文「地球」一詞最早出現於明朝西學東漸時期,最早引入該詞的是義大利傳教士利瑪竇(Matteo Ricci,1552-1610),他於《坤輿萬國全圖》中使用了該詞[53][54]清朝後期,西方近代科學引入中國,地圓說逐漸為中國人所接受,「地球」一詞(亦作「地毬」)被廣泛使用[55][56][57]申報在創刊首月即登載《地球說》一文。[58]

歷史[編輯]

地球形成[編輯]

早期太陽系的原行星盤藝術想像圖

根據放射性定年法的測量結果,太陽系大約在45.6±0.08億年前形成[59],而原生地球大約形成於45.4±0.04億年前[30]。從理論上講,太陽的形成始於46億年前一片巨大分子雲引力坍縮,坍縮的質量大多集中在中心,形成了太陽;其餘部分一邊旋轉一邊攤平,形成了一個原行星盤,繼而形成了行星衛星流星體和其他太陽系小天體星雲假說主張,地球這樣的微行星起源於吸積坍縮後剩下的由氣體、冰粒、塵埃形成的直徑為一至十公里的塊狀物。根據該理論,組成原生地球的物質的直徑大約為10–20 英絲,這些物質經過1000至2000萬年的生長,最終形成原生地球[60]月球形成於大約45.3億年前[61]月球的起源仍有待研究,尚無定論。而現今最受推崇的地月系統形成理論是大碰撞說。該理論認為有一顆火星大小、質量約為地球的1/10的天體忒伊亞與原生地球發生碰撞,爆裂出的物質進入環繞地球的軌域,後經由吸積形成了月球[62][63]。碰撞中,忒伊亞的鐵核沉入了原生地球的地核[64]。同時,兩者的地函互相混合,逐漸合併形成新地球[63]。在41至38億年前的後期重轟炸期,無數小行星與地月系發生了撞擊[65]

太古宙起地球表面開始凝固[66]火山爆發所釋放的氣體形成了次生大氣。最初的大氣可能由水汽二氧化碳組成,水汽的蒸發加速了地表的冷卻,待到充分冷卻後,暴雨連續下了成千上萬年,雨水灌滿了盆地,形成了海洋。暴雨在減少空氣中水汽含量的同時,也洗去了大氣中的很多二氧化碳[67]。此外,小行星原行星彗星上的也對是水的來源英語Origin of water on Earth之一[68]暗淡太陽悖論英語faint young Sun paradox指出,雖然早期太陽光照強度大約只有現在的7/10,但大氣中的溫室氣體足以使海洋里的液態水免於結冰[69]。約35億年前,地球磁場出現,有助於阻止大氣被太陽風剝離[70]。其外層冷卻凝固,並在大氣層水汽的作用下形成地殼。陸地的形成有兩種模型解釋[71],一種認為陸地持續增長至今[72],另一種更可能的模型認為地球歷史早期[73]陸地即迅速生成[74],然後保持到現在[75][76][77]。內部的熱量不斷散失,驅動板塊構造運動形成大陸,經過數億年超大陸經歷三次分分合合。大約7.5億年前,最早的超大陸之一——羅迪尼亞大陸開始分裂,又在6至4.5億年前合併成潘諾西亞大陸,然後合併成盤古大陸,最後於約1.8億年前分裂[78]。目前地球處於258萬年前開始的更新世大冰期中,高緯度地區經歷了數輪冰封與解凍,每40到10,000年循環一次。最後一次大陸冰封在約10,000年前[79][80]

生命演化[編輯]

 •  • 
-4500 —
-4000 —
-3500 —
-3000 —
-2500 —
-2000 —
-1500 —
-1000 —
-500 —
0 —
時間軸以百萬年為單位
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夠維持生命演化的環境[81]。人們認為約40億年前的高能化學反應產生了能夠自我複製的分子,又過了5億年則出現了所有生命的共同祖先,而後分化出細菌古菌[82]。早期生命形態發展出光合作用的能力,可直接利用太陽能,並向大氣中釋放氧氣[67]。大氣中積累的氧氣受到太陽發出的紫外線作用,在上層大氣形成臭氧(O3),進而出現了臭氧層[83]。早期的生命以原核生物的形態存在。根據共生體學說,在生命演化過程中,部分小細胞被吞進大細胞,並內共生於大細胞之中,成為大細胞的細胞器,從而形成結構相對複雜的真核細胞[84]。此後,細胞群落內部各部分的細胞逐漸分化出不同的功能,形成了真正的多細胞生物。由於臭氧層吸收了太陽發出的有害紫外線,陸地變得適合生命生存,生命開始在陸地上繁衍[85]。目前已知生命留下的最早化石證據有西澳洲砂岩里34.8億年前的微生物墊英語microbial mat化石[32][33][34][35][36]西格林蘭英語Western Greenland變質碎屑岩英語Metasediment里37億年前的生源英語Biogenic substance石墨[86],以及西澳洲岩石里41億年前的生物質英語biotic material殘骸[37][38]

1960年代起, 人們[誰?]猜測7.5億年到5.8億年前的新元古代成冰紀大冰期時,強烈的冰川活動使地球表面大部分處於冰封之下,是為「雪球地球」假說。5.42億年前發生了埃迪卡拉紀末期滅絕事件,緊接著就出現了寒武紀生命大爆發,地球上的多細胞生物種類猛增(如:節肢動物三葉蟲奇蝦等)[87]。在5億年前的奧陶紀出現了脊椎動物甲冑魚。寒武紀大爆發之後,地球又經歷了5次生物集群滅絕事件[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;而距今最近的滅絕事件是發生於6600萬年前的白堊紀-第三紀滅絕事件小行星的撞擊英語Chicxulub impactor使不會飛行的恐龍和其他大型爬行動物滅絕,但一些小型動物逃過一劫,例如那時還像鼩鼱一樣的哺乳動物。在過去的6600萬年中,哺乳動物持續分化。數百萬年前非洲的類動物(如圖根原人)學會了直立[89]。由此它們得以更好地使用工具、互相交流,從而獲得更多營養與刺激,大腦也越來越發達,最後演化成人類。人類藉助農業文明的發展享受到了地球上任何其他物種都未曾達到的生活質量,也反過來影響了地球和自然環境[90]

對於未來的預測[編輯]

50億年後,太陽進入紅巨星階段後,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。據推測,從現在起算,地球表面的複雜生命發展還算年輕,活動能夠繼續達到極盛,維持約5到10億年,不過如果大氣中氮氣完全消失,這個時間將會延長到23億年[91][92][93]。地球在遙遠未來的命運與太陽的演化緊密相連,隨著太陽核心的持續核融合生成太陽光度將持續會緩慢增加,在11億年後增加10%,35億年後則增加40%之多[94],太陽釋放熱量的速度也將持續增長。根據氣候模型,地球表面最終將會受到太陽輻射上升會產生嚴重後果,最初只是熱帶地區改到極冠,長久下去,海洋將會被汽化並消失[95]

地球表面溫度上升會加快無機碳循環,降低大氣二氧化碳含量。大約5至9億年後,大氣中二氧化碳含量逐漸會低到10ppm,若沒有演化出新的方法,連C4類植物都無法生存[91]。植被的缺失會使地球大氣含氧量下降,地球上的動物就會在數百萬年內滅絕[96]。此後預計再過十幾億年,地表水就會消失殆盡,地球平均溫度也將上升到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%的海水會進入地函[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確。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[編輯]

形態[編輯]

地球的形狀。圖示為地球表面地勢和地球幾何中心的距離。南美洲安地斯山脈的隆起清晰可見。數據來自2014年全球地勢模型[99]

地球大致呈橢球形。地球自轉的效應使得沿貫穿兩極地軸方向稍扁,赤道附近略有隆起英語equatorial bulge[100]。地球赤道半徑比極半徑大了43公里(27英里)。[101]因此,地球表面離地球質心最遠之處並非海拔最高的珠穆朗瑪峰,而是位於赤道上的厄瓜多欽博拉索山的山峰[102][103][104][105]。地球的參考橢球體平均半徑約為12,742公里(7,918英里),約等於(40,000 km)/[[圓周率|π]],這個整數並非巧合,而是因為長度單位的最初定義是經過法國巴黎的經線上赤道與北極點距離的一千萬分之一[106]

由於局部地勢有所起伏,地球與理想橢球體略有偏離,不過從行星尺度看,這些起伏和地球半徑相比很小,最大偏離也只有0.17%,位於海平面以下10,911公尺(35,797英尺)的馬利安納海溝與海拔8,844公尺(29,016英尺)的珠穆朗瑪峰只產生0.14%的偏離。若把地球縮到撞球大小,地球上像大型山脈和海溝那樣的地方摸上去就像微小瑕疵一樣,而其他大部分地區,包括北美大平原深海平原摸上去則更加光滑[107]

化學組成[編輯]

地球的總質量約為5.97×1024 Kg,即是5,970堯克(Yg)。構成地球的主要化學元素有鐵(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鎳(5.8%)和硫(4.5%),以及質量合共少於1%的微量元素。構成地函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、二氧化矽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、硫和在任何地方岩層中的總含量通常遠少於1%。占地殼淺表90%以上體積的火成岩主要由二氧化矽矽酸鹽構成。地球化學家法蘭克·維格氏維爾·克拉克英語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[編輯]

地球內部如同其他類地行星一樣,可根據化學性質或物理(流變學)性質分為若干層。然而,地球的內、外核具有明顯的區別,這是其他類地行星所沒有的特徵。地球外層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函。地函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。地殼以及地函較冷、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軟流圈,岩石圈就在軟流圈上方滑動。地函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,是分隔上地函及下地函的過渡區英語Transition zone (Earth)。在地函以下,是分隔地函和地核的核幔邊界(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]

地球的內部構造[117]
Earth-crust-cutaway-chinese.png
從地核到地表的地球結構示意圖

(未按照比例繪製)

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 地殼[n 8] 2.2–2.9
35–60 地函頂層 3.4–4.4
  35–2,890 地函 3.4–5.6
100–700 軟流層
2,890–5,100 外核 9.9–12.2
5,100–6,378 內核 12.8–13.1

地球內熱[編輯]

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)
在地函中的比例
(每公斤同位素/每公斤地函)
產生熱能
(瓦/每公斤地函)
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,吸積殘餘熱約佔20%,放射性衰變熱則佔80%[120]。地球內的產熱同位素主要有鉀-40鈾-238鈾-235釷-232[121]。地心的溫度最高可達6,000 °C(10,830 °F)[122],壓力可達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,地函對流英語mantle convection及板塊構造的速率也更快,可能生成一些像科馬提岩之類,以現在地質條件難以生成的岩石[124]

地球表面平均散熱功率密度為87 mW m−2,整個地球內部散熱總功率為4.42 × 1013 W[125]。地核的部分熱量通過高溫熔岩向上涌升傳到地殼,這種熱對流叫做地函熱柱。因此地函會出現熱點溢流玄武岩英語flood basalt[126]。地球的熱能還會在板塊構造中通過地函逐步上昇到中洋脊而流失。另一種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]

板塊構造[編輯]

地球的板塊構造英語List of tectonic plates[128]
Shows the extent and boundaries of tectonic plates, with superimposed outlines of the continents they support
板塊名稱 板塊面積
106 km2
103.3
78.0
75.9
67.8
60.9
47.2
43.6

位於地球外層的剛性岩石圈分成若干板塊。這些板塊是剛性的,板塊之間的相對運動發生在以下三種邊緣: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溝[129]。這些板塊漂浮在軟流圈[n 10]之上[130]

隨著板塊飄移,海洋板塊俯衝到聚合板塊邊緣的前緣下方。同時,地函物質於分離板塊邊緣上升至地殼,產生了中洋脊。這些過程使得海洋地殼一邊從地函中不斷產生,一邊不斷地回收到地函中,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,最古老的大陸地殼年齡約為40.3億歲[133]

目前地球的主要板塊為太平洋板塊北美洲板塊歐亞大陸板塊非洲板塊南極洲板塊印度-澳洲板塊以及南美洲板塊。另外還有阿拉伯板塊加勒比板塊、位於南美洲西海岸外的納斯卡板塊以及位於南大西洋的斯科舍板塊等板塊比較有名。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。在這些板塊中,大洋板塊位移速率快,大陸板塊移動速率慢:屬於大洋板塊的科科斯板塊位移速率為每年75毫米[134],太平洋板塊則以每年52至69毫米的速率位移;而屬於大陸板塊的歐亞大陸板塊,平均以約每年21毫米的速率行進[135]

地表[編輯]

現今地球表面的地形,數據來自美國國家地球物理數據中心英語National Geophysical Data Center

地球表面積總計約5.1億平方公里[12],約70.8%[12]的表面積由水覆蓋,大部分地殼表面(3.6113億平方公里)在海平面以下[12][136]。海底的地殼表面具有多山的特徵,包括一個全球性的中洋脊系統,以及海底火山[101] 海溝、海底峽谷英語Submarine canyon海底高原和深海平原。其餘的29.2%(1億4894萬平方公里,或5751萬平方英里)為不被水覆蓋的地方,包括山地、盆地、平原高原等地形。

[137]地球的地表受到構造和侵蝕作用,經歷了長時間的重塑。板塊構造運動會改變地貌,大風、降水、熱循環和化學作用對地表的侵蝕也會改變地貌。冰川作用、海岸侵蝕、珊瑚礁的形成,以及大型隕石的撞擊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為三類:火成岩、沉積岩變質岩。火成岩是由上升至地表的岩漿或熔岩冷卻凝固而形成的一種岩石,又稱岩漿岩,是構成地殼主要岩石。火成岩按照成因又可分大致分為兩類:一是岩漿侵入地表形成的侵入岩英語Intrusive_rock,按照形成位置的不同可分為深成岩和淺成岩,常見的花崗岩就是一種侵入岩。二是岩漿噴出地表形成的噴出岩,又名火山岩,例如安山岩玄武岩[139]大陸地殼主要由密度較低的花崗岩,安山岩構成,海洋地殼主要由緻密的玄武岩構成。[140]沉積岩是由堆積、埋藏並緊密結合在一起的沉積物形成的。近75%的大陸表面被沉積岩覆蓋,雖然他們只形成了約5%的地殼,[141]變質岩是從原有的岩石通過高壓高溫的環境變質而形成的一種岩石,如大理石[142]

地球表面最豐富的矽酸鹽礦物有石英長石角閃石雲母輝石橄欖石等。[143]常見的碳酸鹽礦物有方解石(發現於石灰石白雲石)等。[142]

土壤圈是地球陸地表面的最外層,由土壤所組成,並為土壤形成過程所影響。耕地占地表總面積的10.9%,其中1.3%是永久耕地。[144][145]接近40%的地表用於農田和牧場,包括1.3×107平方公里的農田和3.4×107平方公里的牧場。[146]

地表最低處位於西亞的死海,海拔約為-420公尺,海拔最高點位於中國和尼泊爾邊境的喜馬拉雅山脈的珠穆朗瑪蜂,海拔超過8848公尺。海平面以上的平均海拔為840公尺[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],或大致按照海陸分布分為水半球陸半球

水圈[編輯]

地表海拔柱狀圖

在太陽系中,表面為大面積的水域所覆蓋是地球有別於其他行星的顯著特徵之一,地球的別稱「藍色星球」便是由此而來的。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戰者深淵深達10,911.4公尺,是海洋最深處[n 11][153]

地球上海洋的總質量約為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,總體積約為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為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產生[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顯著的影響[161]。海洋溫度分布的變化可能會對天氣變化造成很大的影響,例如聖嬰-南方振盪現象[162]。受到地球行星風系等因素的影響,地球上的海洋有相對穩定的洋流,洋流主要分為「暖流」和「寒流」,暖流主要對流經的附近地區的氣候起到「增溫增濕」的效果,寒流的反之[163][164]

大氣圈[編輯]

近地軌道拍攝的颱風

地球表面的平均氣壓為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、混合微量的水蒸氣、二氧化碳以及其他的氣態分子所構成。對流層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,對流層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氣層影響顯著。在27億年前光合作用開始產生氧氣,最終形成現在主要由氮、氧組成的大氣[83]。這一變化使好氧生物能夠繁殖,隨後大氣中的氧氣轉化為臭氧英語Ozone–oxygen cycle,形成臭氧層。臭氧層阻擋了太陽輻射英語solar radiation中的紫外線,地球上的生命才得以存續[166]。對生命而言,大氣層的重要作用還包括運送水汽,提供生命所需的氣體,讓流星體在落到地面之前燒毀,以及調節溫度等[167]。大氣中某些微量氣體分子能夠吸收從地表散發的長波輻射,從而升高地球平均溫度,是為溫室效應。大氣中的溫室氣體主要有水蒸氣、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(現在是+15°C),生命就很可能不存在[168]

天氣和氣候[編輯]

地球的大氣層並無明確邊界。離地表越遠,空氣越稀薄,最後消失在外太空。大氣層四分之三的質量集中在離地表11公里的對流層。來自太陽的能量將地表和上面對流層中的氣體加熱,空氣受熱膨脹,因密度減小而上升,周圍較冷、密度較高的氣體填補過來,形成了大氣環流。這使得熱量重新分布,並產生各種天氣現象和氣候條件[169]

主要的大氣環流帶有緯度30°以下赤道地區的信風和緯度30°到60°之間的中緯度西風帶[170]。決定氣候的重要因素還有洋流,尤其是將熱量從赤道海域帶往極地地區的溫鹽環流[171]

地表蒸發的水蒸氣也通過大氣環流來運送。如果大氣環境適合,溫暖濕潤的空氣上升,然後其中的水汽凝結,形成降水落回地面[169]。降水中的大部分通過河流系統流向低海拔地區,通常會回到海洋中或者聚集在湖泊里。這種水循環是地球能維持生命的重要原因,也是地表構造在漫長地質時期受到侵蝕的主要因素。各地降水量大相逕庭,從一年數千毫米到不到一毫米都有。一個地區的平均降水量由大氣環流、地貌特徵和氣溫差異共同決定[172]

地球表面獲得的太陽能量隨緯度增高而遞減。高緯度地區太陽照射地面的角度較小,陽光必須通過的大氣層較厚,因此年平均氣溫較低。緯度每增高1度,海平面處的年平均氣溫就降低大約0.4 °C變化(0.7 °F變化)[173]。地球表面可分為氣候大致相似的若干緯度帶,從赤道到兩極依次是熱帶亞熱帶溫帶極地氣候[174]。根據各地氣溫和降水量的異同可以劃定不同的氣候類型。常用的柯本氣候分類法將全球氣候分為五大類:A類熱帶氣候,B類乾旱氣候,C類溫帶氣候,D類冷溫帶氣候,E類極地氣候高山氣候,每個大類被進一步分為若干小類[170]

緯度並非決定氣候的唯一因素。由於水的比熱比岩土的比熱大,海洋性氣候往往比大陸性氣候更為溫和。事實上,南半球處於夏季時地球離太陽更近,導致南半球全年接受到的輻射總量比北半球多。若不是南半球的水域面積比北半球更大,多出的水域吸收了多餘的輻射,南半球的平均氣溫將比北半球高2.3 °C。大氣環流和洋流的影響同樣重要。在高緯度地區,受到暖流和西風的作用,大陸西岸的氣候往往比同緯度內陸及大陸東岸的氣候更為溫和。北歐北部處於北極圈內,氣候卻比較適宜。緯度較低的加拿大北部及俄羅斯遠東地區反而呈現寒冷的極地氣候。在南美洲低緯度地區的西岸,受到秘魯寒流的影響,夏季沒有酷暑[175][175][176]。此外,氣候還與高度有關,海拔越高,氣候越寒冷[177]

1913年於美國加利福尼亞州死亡谷國家公園內的爐溪谷地英語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年於南極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],但遙感衛星曾在東部南極洲測到低至−94.7 °C(−138.5 °F)的溫度[180]。這些氣溫僅僅是自20世紀以來使用現代儀器測量到的,可能尚未完整體現地球氣溫的範圍。

高層大氣[編輯]

被地球大氣層局部籠罩的月球,由美國國家航空暨太空總署拍攝。

在對流層的上方,相對高層的大氣層通常分為平流層中間層熱層散逸層[167],每一層溫度隨高度的變化規律都不同。平流層上部是臭氧層,能部分吸收太陽射向地表的紫外線,這對地球上的生命很重要[181]。這也使得平流層中溫度隨高度的增加而增加。中間層中溫度則隨高度增加而下降。在熱層中,由於氣體原子對太陽輻射中短波成分有強烈吸收,溫度隨高度的增加急劇上升。在熱層上部由於空氣稀薄,溫度較高,氣體分子會發生電離,形成電漿體,構成電離層。散逸層向外延伸,愈發稀薄,直到磁層,那裡是地磁場和太陽風相互作用的地方[182]。距地表100 km的高空是卡門線,實踐中認為它是大氣層和外太空的分界[183]

由於熱運動,大氣層外緣的部分分子速度可以大到能夠擺脫地球引力。這會使大氣氣體緩慢但持續地散失到太空中英語Atmospheric escape。因為游離的氫分子量小,它更容易達到宇宙速度,散逸到外太空的速率也更快[184]。其中在氫氣散失方面,是地球大氣以及表面從早期的還原性變為現在的氧化性的原因之一。雖然光合作用也提供了一部分氧氣,但是人們認為氫氣之類的還原劑消失是大氣中能夠廣泛積累氧氣的必要前提[185],因此也影響了地球上出現的生命形式[186]。雖然大氣中的氧氣和氫氣可轉化為水,但其損失大部分皆來自甲烷在高層大氣的破壞[187]

磁場[編輯]

地球磁層示意圖。太陽風由左向右

地球內部及周圍空間中存在著靜磁場。根據靜磁場的多極展開,如果把地球近似看作一個磁偶極子,它的磁矩大小為7.91 × 1015 T m3,地磁軸方向與地軸近似重合但有少許偏離,兩者的夾角被稱為地磁偏角。在垂直平分地磁軸的平面和地球表面相交形成的「地磁赤道」圈上,磁感應強度約為3× 10−5 T,在地磁軸與地球表面相交形成的地磁極英語Geomagnetic pole處,磁感應強度約為地磁赤道處的兩倍。根據發電機假說,地磁主要來自於地核中鐵、鎳構成的導電流體的運動。在地核的外核中,熾熱的導電流體在從中心向外對流的過程中受到地轉偏向力的作用形成渦流,產生磁場。而渦流產生的磁場又會對流體的流動產生反作用,使流體的運動乃至其產生的磁場近似保持穩定。[188]但由於對流運動本身是不穩定的,地磁軸的方向會緩慢、無規律地發生變化,導致地磁逆轉。地磁逆轉的周期不固定,每一百萬年可能會發生數次逆轉,最近的一次則發生在78萬年前,被稱為布容尼斯-松山反轉[189][190]

地磁在太空的影響範圍稱為磁層。太陽風的離子與電子被磁層偏轉,因此無法直接襲擊地球。太陽風的壓力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陽面,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產生定向漂移,電子向東漂移,正離子向西漂移,因此形成環狀電流[195]:8, 31范艾倫輻射帶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,而外層還含有氦等較重的離子。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]。當發生磁暴時,帶電粒子會從外磁層沿著磁場線方向偏轉進入電離層,並在這裡與大氣層原子發生碰撞,將它們激發與離子化,這時就產生了極光[197]

地球的運動[編輯]

自轉[編輯]

深太空氣候觀測站英語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稱為一個平太陽日,定義為平太陽時86,400 秒(等於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),以國際單位制的秒為單位,測量了1623年至2005年[201]和1962年至2005年[202]的時長,確定了平均太陽日的長度。

地球相對於恆星的自轉週期,稱為一個恆星日,依據IERS的測量,1恆星日等於平太陽時(UT1)86,164.098903691 秒,即23h 56m 4.098903691s[2][n 12]。天文學上常以地球相對於平春分點的自轉週期作為一個恆星日,在1982年是平太陽時(UT1)86,164.09053083288 秒,即23h 56m 4.09053083288s[2]。由於春分點會因為歲差等原因而發生移動,這個恆星日比真正的恆星日短約8.4毫秒[203]

從地球上看,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,每兩分鐘的移動距離相當於地球表面所見的月球或太陽的視直徑(兩者幾乎相同)[204][205]

公轉[編輯]

地球繞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,也就是一個太陽日,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。 由於進動和軌域參數變化帶來的影響,這兩個日期會隨時間變化。這種變化具有周期性的特徵,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。由於地月系統共同繞太陽公轉,相鄰兩次朔的間隔,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)和地球赤道並不重合——黃道面和赤道面呈現23.439281°(約23°26')的夾角,該角也是自轉軸和公轉軸的夾角,被稱為軌域傾角轉軸傾角黃赤交角。而月球繞地球公轉的軌道平面(白道)與黃道夾角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]

地球的引力影響範圍(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,否則其軌道會因太陽引力攝動而變得不穩定,並有可能脫離地球束縛[209]

包括地球在內的整個太陽系,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,航海家1號從6.4 × 109公里(4 × 109英里)拍攝到了地球的圖像(暗淡藍點)。

傾角[編輯]

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

軌域傾角的存在使得地球繞太陽公轉時,太陽直射點在南回歸線北回歸線之間周期性地變化,其周期為一個回歸年,時長為365.24219個平太陽日(即:365天5小時48分45秒)。地球上不同緯度地區晝夜長短和太陽高度角隨之變化,進而使得這些地區一日之內接受到的太陽輻射總量發生變化,導致季節變化。當北極點相對於南極點離太陽更近時,太陽直射點位於北半球,此時北半球晝長夜短,太陽高度角較大,為夏半年;南半球晝短夜長,太陽高度角較小,為冬半年;反之亦然[211]。在北回歸線以北的北溫帶,太陽總是從東南方向升起,向東南方向落下;在南溫帶,太陽則是從東北方向升起,向西北方向落下[212]

在南、北半球各自的夏半年中,緯度越高,晝越長,夜越短,在極圈內可能出現全天都是白晝的情形,稱為極晝。在極點附近,夏半年的6個月都是極晝;冬半年緯度越高,晝越短,夜越長,極圈內可能出現全天都是黑夜的情形,稱為極夜[213]。極點附近冬半年均為極夜[214]

在一個回歸年內,太陽直射點在南北回歸線之間移動。直射點落在北回歸線、南回歸線上的事件合稱「二至」。直射點會兩次越過赤道,稱為「二分」。在北半球,冬至出現在每年的12月21日前後,夏至出現在6月21日左右,春分通常出現在3月20日,秋分通常出現在9月22日或9月23日。在南半球,春分、秋分;夏至、冬至的日期正好與北半球相反。[215]

由於地球不是理想的球體,而黃道面、白道面和赤道面都存在交角,太陽和月球對地球施加的力矩有垂直於自轉角動量的分量,使得地球在自轉的同時會發生進動,其周期為2.58萬年,從而導致了恆星年回歸年的差異,即「歲差」。地球的傾斜角幾乎不隨時間變化而改變,但由於日月相對地球的位置不斷變化導致地球受到的外力發生變化,地球在自轉、進動時傾斜角仍然會有輕微、無規則的章動,其最大周期分量為18.6年,與月球交點的進動周期一致[216] 。地球也不是理想的剛體,受到地質運動、大氣運動等作用的影響,地球的質量分布會發生變化,自轉極點相對於地球表面同樣也會有輕微的漂移,每年極點的位置會變化數米,自1900年以來,極點大約漂移了20公尺。這種漂移被稱為極移。極移是一種準周期運動,主要的周期分量包括一個周期為一年的運動和一個周期為14個月的運動。前者通常被認為與大氣運動有關,後者被稱為錢德勒擺動[217]。由於地球的自轉角速度比月球和地球的公轉角速度都大,受到潮汐摩擦的影響,地球的自轉角速度隨著時間變化緩慢減小,換言之,一天的時間逐漸變長[218]

適居性[編輯]

行星若能維持生命延續,就可稱為適居的,即使生命並不起源於那裡。地球能提供液態水,複雜的有機分子可在其中組裝合成並相互作用,還有足夠的能量來維持新陳代謝[219]。地球到太陽的距離、公轉軌域偏心率、自轉速率、軸向傾斜、地質歷史、適宜的大氣和能起保護作用的磁場造成地球表面現在的氣候條件主因[220]

生物圈[編輯]

在行星的生態系統中生活的所有生物之總體稱為行星生物圈。地球的生物圈從35億年前開始演化[83],並分成了多個生物群系,每個生物群系中生活的動植物種類基本相同。陸地上的生物群系主要用緯度、海拔濕度區分。極圈凍原高山凍原英語Alpine tundra極度乾旱地區的生物群系中動植物稀少,生物多樣性較低;而位於赤道的熱帶雨林中物種極為豐富,生物多樣性較高[221]

自然資源與土地使用情況[編輯]

2000年人類土地使用情況估算值[222]
土地利用情況 使用面積/百萬公頃
耕地 1,510–1,611
草原 2,500–3,410
天然林 3,143–3,871
種植林 126–215
城市用地 66–351
未開發土地 356–445

地球蘊藏著各種自然資源供人類開採利用。其中很多是如化石燃料一類的不可再生能源,這些資源的再生速度非常緩慢。[223]

化石燃料大多從從地殼中獲得,例如石油天然氣。人類主要用這些化石燃料來獲得能源和化工生產的原料。礦石形成於地殼的成礦過程,成礦過程由岩漿活動、侵蝕和板塊構造導致[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,並可使眾多有機廢棄物回收再利用。陸上生態系統依靠表土淡水維持,而海洋生態系統則依靠陸地沖刷而來的溶解養料維持[225]。1980年,全球有50.53億公頃(5053萬平方公里)林地,67.88億公頃(6788萬平方公里)草地和牧場,還有15.01億公頃(1501萬平方公里)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]。人類在陸地上用各種建築材料建造自己的住所[227]

天然和環境危害[編輯]

火山爆發,向大氣層注入灰燼

地球表面的大片區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,地函對流帶動板塊移動,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%

人類的活動給很多地區都帶來了環境問題:水污染、空氣污染、酸雨、有毒物質、植被破壞(過度放牧濫砍濫伐沙漠化)、野生動物的死亡、物種滅絕、土壤的退化侵蝕以及水土流失[231]

根據聯合國的資料,工業活動排放二氧化碳與全球暖化有密切關聯。預測顯示全球暖化將會給地球的環境帶來冰川冰蓋熔化、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[編輯]

地球七大洲[233]

地圖學是關於研究和實踐地圖製作的學科[234]地理學是研究地球上的大陸、構造、居民和其他現象的學科[235]。自古以來,地圖學和地理學一直為描述地球的方方面面而服務。測量是量度事物位置和距離的方法,可進行小規模的導航,確定位置和方向。測量與地圖學和地理學一起發展,提供並適當量化一些信息[236]

截至2011年10月31日,地球的總人口達到70億左右[237]。預測顯示世界人口將在2050年時達到92億人[238],其中在發展中國家將可能發生人口快速增長的情形。世界各處人口密度差異巨大,大部分人口居住在亞洲。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。位於加拿大努納福特埃爾斯米爾島阿勒特(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]

地球的陸地表面,除了南極洲部分地區、沿著多瑙河西岸的一些土地英語Croatia–Serbia border dispute以及位於埃及與蘇丹之間的無主地比爾泰維勒之外,均為主權獨立國家所擁有。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,此外還有2個觀察員國,以及72個屬地有限承認國家[13]。雖然有一些民族國家有統治世界的企圖,但從未有一個主權政府統治過整個地球[244]

聯合國是一個以「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國際組織[245],也是一個為國際法和國際外交設立的重要平台。如果取得了成員國的共識,聯合國可武裝干預一些國際事務。[246]

1961年4月12日,尤里·阿列克謝耶維奇·加加林成為了第一個抵達地球軌域的人類[247]。截至2010年7月30日,共有487人曾去過太空並進入軌道繞行地球,其中有12人還參與了阿波羅計劃並在月球行走[248][249][250]。正常情況下,國際太空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]阿波羅13號於1970年執行任務期間離地球400,171公里,為人類目前到達過的最遠距離[252]

衛星[編輯]

月球[編輯]

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,也常被稱作「月亮」,月球的直徑約為地球的四分之一,結構與類地行星相似。月球是太陽系中衛星-行星體積比最大的衛星。雖然冥王星和其衛星冥衛一之間的比值更大,但冥王星屬於矮行星[253][254]

月球和地球間的引力作用是引起地球潮汐現象的主要原因,而月球被地球潮汐鎖定,因此月球的自轉週期等於繞地球的公轉週期,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,月球會以每年大約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陽大小几乎相同。這一原因正好使得兩天體的角直徑(或是立體角)吻合[205],因此地球能觀測到日全食日環食[260]

關於月球的起源,大碰撞說是目前最受青睞的科學假說,但這一假設仍有一些無法解釋的問題。該假說認為,45億年前,一顆火星大小的天體忒伊亞與早期的地球撞擊,殘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現象的原因[261]

小行星及人造衛星[編輯]

國際太空站是在軌道上環繞地球的一顆人造衛星

人造地球衛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,現存最老的美國衛星前鋒1號英語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]

除了月球和人造衛星之外,地球還有至少5顆共軌小行星(準衛星),其中四顆是在地球軌道上環繞著太陽運行的小行星——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[編輯]

1968年阿波羅8號太空人在繞月軌道上拍攝的《地出》。

地球的標準天文符號為被圓形包圍的十字「」,代表世界的四角英語Four corners of the world[268]

地球在人類文化中的形象不一。部分文化賦予地球人格,將之拜為神明。許多文化中地球是主管生育的地母神[269]蓋亞假說於20世紀中期誕生,該觀點將地球比作能自我調節的生命體,使地球能保障自身總體穩定、適宜居住[270][271][272]。而多個宗教的創世神話則有記載,地球為超自然的神所創[269]

隨著科學技術的發展,人類眼中的地球也在不斷變化。起初,東西方的古人相信地平說[273]。但到了公元前6世紀,畢達哥拉斯提出的地圓說取代了這一觀點[274]。古人曾將地球視為宇宙中心,但後來的學者認定,地球和太陽系的其它幾個星體一樣,都是環繞恆星轉動的行星[275]。經過基督教學者和神職人員宣傳,如詹姆斯·烏雪用聖經譜系分析地球年齡,西方人進入19世紀時已基本相信地球超過幾千歲。到了19世紀,地質學家發現地球的年齡應該超過幾百萬歲[276]威廉·湯姆森在1864年用熱力學方法推斷,地球年齡應在2,000萬歲至4億歲之間,這一結論引發了激烈辯論。在19世紀後期至20世紀初期,科學家用放射性定年法測算出,地球誕生時間為幾十億年[277][278]。但在20世紀時,阿波羅計劃開始執行,人類第一次在軌域上觀察到了地球,並拍攝了地球的照片,人類的看法因而再度改變[279]

參見[編輯]

註釋[編輯]

  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的最初定義是經過法國巴黎的經線上赤道與北極點距離的一千萬分之一。
  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語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」等單詞[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. ^ 地函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語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. ^ 行星的希爾球半徑是,其中是行星質量,是以天文單位量度的行星至太陽距離,是太陽質量。經過計算得到地球的希爾球半徑是(天文單位)。

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延伸閱讀[編輯]

外部連結[編輯]