《自然科學(xué)基礎(chǔ)》第十一章

01地球的形狀與大小人類對地球形狀認(rèn)識的歷史地球的形狀地球的大小

早在公元前500多年，畢達(dá)哥拉斯從哲學(xué)觀點出發(fā)，認(rèn)為球形是最完美的形狀，因而提出地球為球狀的臆測。公元前300年，亞里士多德看到月食時地球投到月亮上的影子是弧形等現(xiàn)象，提出了地球為球狀的科學(xué)證據(jù)。在我國，早在公元前2000年就出現(xiàn)過大地球形的傳說，而第一個明確主張大地球形的則是東漢時期的張衡，他在《渾天儀圖注》中說：“渾天如雞子，天體圓如彈丸，地如雞中黃……天之包地，如殼之裹黃?！钡@一見解當(dāng)時卻很少人接受。直到公元1522年，麥哲倫及其伙伴完成繞地球一周的航行之后，人們才確立了地球為球體的概念。十七世紀(jì)中葉以前，人們一直把地球看作是正球形體，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們認(rèn)識到地球的形狀很不規(guī)則，不能用簡單的幾何形狀來表示。更確切地說，地球具有獨特的形體。從宇宙空間觀看地球，它既不像梨，也不像橘子或雞蛋，倒像一個滾圓的球。人們利用宇宙飛船和同步衛(wèi)星在36000km高空的實際觀測，已把地球的真面貌拍攝下來了，如圖11-1所示。圖11-1從人造地球衛(wèi)星上拍攝的地球極半徑：是從地心到北極或南極的距離，6356.8km（兩極的差極小，可以忽略）。2赤道半徑：是從地心到赤道的距離，6378.1km。3平均半徑：6371km。這個數(shù)字是地心到地球表面所有各點距離的平均值。5體積：10832億立方千米。4赤道周長：約40000km。6質(zhì)量：5.9742×1021t。1近年來，通過人造地球衛(wèi)星從宇宙空間對地球進行探測，獲得了有關(guān)地球大小的更精確數(shù)據(jù)。目前，表示地球大小的幾個數(shù)值如下：緯度和經(jīng)度地圖的類型02繪制我們的世界在地球儀上作許多與地軸相垂直的平面，使之與地面相割，在球面上呈現(xiàn)出許多相互平行的圓圈，這就是緯線或緯圈，如圖11-2所示。所有緯圈互相平行，指示東西方向，但大小不一，其中以地球中心為圓心的緯圈最大，為赤道。赤道把地球分為南北兩個半球。圖11-2緯線與緯度、經(jīng)線與經(jīng)度1．緯線與緯度緯線以緯度來度量。緯度是一種角度，是一個面與一條線的交角。其中的面是地球赤道平面，是緯度度量的起點；其中的線是任意一條緯線上面一點到地心的連線，是緯度度量的終點。所有通過地軸的平面，都和地球表面相交而成為圓，這就是經(jīng)線圈，也叫子午圈，如圖11-2所示。所有經(jīng)線圈都通過兩極，并且都是以地球中心為圓心的相同的大圓。每個經(jīng)線圈由兩條連接南北兩極的、相對應(yīng)的半圓弧組成，這個半圓弧叫做經(jīng)線，也叫子午線。所有經(jīng)線都呈南北方向，長度也彼此相等。1884年，天文學(xué)家確定通過英國倫敦格林威治天文臺原址的那條經(jīng)線稱為0°經(jīng)線，也叫本初子午線。2．經(jīng)線與經(jīng)度3．地理坐標(biāo)度量地球上任何地點的位置，要在地理坐標(biāo)中完成。這個坐標(biāo)系的橫軸是赤道，縱軸是本初子午線；經(jīng)度和緯度是兩個地理坐標(biāo)，它不但表示每一地點的位置，而且表示地點與地點之間的方向和距離。墨卡特投影也稱圓柱投影，在墨卡特投影中，地球球面上的點和線被投影到一張圓柱形的紙上，如圖11-3所示。因此，在墨卡特投影的地圖上，緯線和經(jīng)線都是平行的直線。當(dāng)經(jīng)線在地圖上被投影為平行線的時候，靠近極地的地表將會被放大。因此，在墨卡特投影中，地表的形狀是真實的，但面積是有出入的。

（一）地圖投影1．墨卡特投影圖11-3墨卡特投影圓錐投影是將地球球面上的點和線投影到一個圓錐上，如圖11-4所示。這個圓錐在一個特定的緯度上與地球球面相切，沿著這條緯線，地表的面積和形狀幾乎沒有變形，但是在接近圓錐頂部和底部的區(qū)域變形非常明顯。

（一）地圖投影2．圓錐投影圖11-4圓錐投影球心投影是將地球球面上的點和線投影一張與球面相切于一點的紙上形成的，如圖11-5所示。球心投影使得地表上的方向和距離都發(fā)生變形，但是在長距離飛行和航海中，球心投影非常有用。

（一）地圖投影3．球心投影圖11-5球心投影

（二）地形圖地形圖是指地表起伏形態(tài)和地物位置、形狀在水平面上的投影圖。地形圖表現(xiàn)了地表海拔的變化，還表示山脈、河流、橋梁等各種地表特征。地形圖用線條、符號和顏色表示海拔的變化和地表特征。在地形圖上，海拔是用等高線來表示的，如圖11-6所示。圖11-6等高線地形圖

（三）圖例與比例尺圖例是指在地圖上表示地理環(huán)境各要素，如山脈、河流、城市、鐵路等所用的符號。這些符號所表示的意義常注明在地圖的邊角上。圖例是表達(dá)地圖內(nèi)容的基本形式和方法，是現(xiàn)代地圖的語言，是讀圖和用讀所借助的工具。1．圖例比例尺是表示圖上距離比實地距離縮小或擴大的程度，公式為：比例尺=圖上距離/實際距離。比例尺有三種表示方法，即數(shù)字式、線段式和文字式，三種表示方法可以互換。2．比例尺地球的內(nèi)部圈層地球的外部圈層03地球的圈層結(jié)構(gòu)

地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)是指地球內(nèi)部的分層結(jié)構(gòu)?？茖W(xué)家只能通過研究地震波來揭示地球內(nèi)部的秘密。地震發(fā)生時，地下巖石受到強烈沖擊，產(chǎn)生彈性震動，并以波的形式向四周傳播，這種彈性波叫地震波。地震波可分為縱波和橫波，縱波和橫波的傳播速度都隨著所通過物質(zhì)的性質(zhì)而變化。根據(jù)地震波的傳播速度在地球內(nèi)部有規(guī)律的變化，人們將地球內(nèi)部劃分為地殼、地幔和地核三個圈層，如圖11-7所示。圖11-7地球內(nèi)部圈層示意圖地殼是由巖石組成的固體外殼，是地球固體圈層的最外層，巖石圈的重要組成部分。整個地殼平均厚度約17km，其中大陸地殼厚度較大，平均為33km；高山、高原地區(qū)地殼更厚，最高可達(dá)70km；平原、盆地地殼相對較薄；大洋地殼則遠(yuǎn)比大陸地殼薄，厚度只有幾千米。地殼分為上下兩層，如圖11-8所示。圖11-8地殼結(jié)構(gòu)示意1．地殼2．地幔地幔是地球內(nèi)部的中間層，厚度約2865km，主要由致密的造巖物質(zhì)構(gòu)成，這是地球內(nèi)部體積最大、質(zhì)量最大的一層。地幔又可分成上地幔和下地幔兩層。上地幔和地殼很相似，它們共同組成巖石圈，巖石圈的平均厚度為100km。3．地核地核是地球的核心，從下地幔的底部一直延伸到地球核心部位，距離約為3473km。地核的總質(zhì)量為1.88×1021t，占整個地球質(zhì)量的31.5%，體積占整個地球的16.2%。地核的體積比太陽系中的火星還要大。

1．大氣圈大氣圈是指包圍著地球的氣體圈層，即空氣。大氣圈含有大約78%的氮和21%的氧，剩下的1%氣體中含有水汽、氬、二氧化碳和其他痕量氣體。大氣圈是地球的重要組成部分，它是地球上大部分生物呼吸所必需的，它保護地球上的居民們免受太陽輻射的傷害，使地球上的溫度保持在適合生物生存的范圍內(nèi)。

2．水圈海洋、湖泊、河流和冰川的水體以及大氣圈中的水體一起構(gòu)成了地球的水圈，它主要呈液態(tài)及部分固態(tài)。地球上水圈的主體是大洋，海水的分布占全球面積的71%，海水是咸水，咸水的質(zhì)量占水圈的97.2%，而淡水只占2.8%。圖11-10所示為地球表面各類水體所占百分比。圖11-10地球表面各類水體所占百分比

3．生物圈生物圈包括地球上所