[轉貼] 地球

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Earth ♁
著名的「藍色彈珠(The Blue Marble)」照片，由阿波羅17號太空船於1972年拍攝


地球是太陽系中行星之一，按離太陽由近而遠的次序排列為第三，它是太陽系類地行星中最大的一顆，也是現代科學目前確證惟一存在生命的行星，科學家估計地球的年齡大約有45億7千萬年（4.57×109年），在行星形成後不久，可能曾遭受小型天體撞擊而產生一個天然衛星－月球，環中交叉十字為地球的天文符號，十字的兩畫分別代表子午線和赤道，另一種畫法則把十字放在環形的上方。


結構

如同其他的類地行星，地球內部從外向內分別為矽質地殼、高度粘滯狀地幔、以及一個外層為非粘滯液態內部為固態的地核。地核液體部份導電質的對流使得地球產生了微弱的地磁場。

地球內部的金屬質不斷的通過火山和大洋裂縫涌出地表（參見海底膨脹條目）。組成地殼大部分的岩石年齡都不超過1億（1×108）年；目前已知的最古老的地殼年齡大約有44億（4.4×109）年歷史。

總體來說，地球大部分的質量是由下列元素組成：

鐵：34.6 %
氧：29.5 %
矽：15.2 %
鎂：12.7 %
鎳：2.4 %
硫：1.9 %
鈦：0.05 %
其他元素：3.65%


內部

地球內部溫度高達5270K。行星內部的熱量來自於其形成之初的「吸積」（參見重力結合能）。這之後的熱量來自於類似鈾釷和鉀這類放射性元素的衰變。從地球內部到達地表的熱量只有地表接收太陽能量的1/20000。


地核

「地球」的平均密度為5515kg/m3，是太陽系中密度最大的行星。但地球表面物質的密度只有大約3000kg/m3，所以一般認為地核處存在高密度物質－在地球形成早期，大約45億（4.5×109）年前，地球幾乎是由熔化的金屬組成的，這就導致了地球中心處發生高密度物質聚集，低密度物質移向地表的過程。地核大部分是由鐵所組成（占80%），其餘物質基本上是鎳和矽。像鈾等高密度元素要麼在地球是稀少的，要麼就是和輕元素相結合存在於地殼中。

地核位於古登堡界面以內，地核又以利曼界面為界分為兩部分：一個半徑約1250km的內核，即G層，以及一個在內核外部一直到距地心約3500km的液態外核，即E、F層。F層是地核與地幔的過渡層。

一般的，人們認為地球內核是一個主要由鐵和一部分鎳組成的固態核心。一個不同的觀點則認為內核可能是由單鐵結晶組成。包在內核外層的外核一般認為是由液態鐵質混和液態鎳和其他輕元素組成的。通常，人們相信外核中的對流加上地球的快速自轉－通過發電機理論－是產生地磁場的原因。固態內核因為溫度過高以至於不可能產生一個永磁場。但內核仍然可能保存有液態外核產生的磁場。

最近的觀測證據顯示內核可能要比地球其他部分自轉的快一點，一年大約相差2°。


地幔

從地核外圍約2900公里深處的古登堡面一直延伸到約33公里深處莫霍界面的區域被稱作地幔。在地幔底部的壓力大約是1.40Matm（140GPa）。那裡大部分都是由富含鐵和鎂的物質所組成。物質的熔點取決於所處之處的壓力。隨著進入地幔的深入的增加，受到的壓強也逐漸增加。地幔的下部一般被認為是固態的，上地幔人們則一般認為是由塑性物質所構成。上地幔區域物質的粘滯度在1021至1024Pa·s之間，場圭啦苛井垃圭荏吉具體數據依據深度而變化，所以上地幔才有可能緩慢地流動。

地球內核是固態、外核是液態、而地幔卻是固態或塑性的，其原因在於不同地層物質的熔點，以及隨著深度增加的溫度和壓強。在地表溫度足夠低，主要成分鎳鐵合 金和硅岩呈固態。地幔上層的硅岩基本是固態的，局部有熔化的，但總的說來由於溫度高且壓強較小，粘滯度相對較低。而地幔下層由於巨大的壓強，粘滯度要比上層的大得多。金屬質的鎳鐵外核因為合金熔點低，儘管壓強巨大，還是呈液態。最終，極大的壓強使得內核呈固態。


地殼

地殼指的是從地面至平均深度約33km深處的莫霍界面的地下區域。薄的洋底殼是由高密的鎂硅酸鐵岩(鎂鐵礦)構成。硅酸鎂鐵岩是組成大洋盆地的基礎材料。比較厚的陸殼是由密度較小的鋁硅酸鉀鈉岩(長英礦物)所構成。地殼與地幔的交界處呈現不同的物理特性：首先，存在一個使地震波傳播速率發生改變層稱做莫霍洛維奇分界面的物理界線面，一般認為，產生分界面的原因是因為上部構成的岩石包括了斜長石而下部沒有長石存在。第二個不同點就是地殼與地幔間存在化學改變－大洋殼深處部分觀察到超鹼性積累和無磁場的斜方輝橄岩的差別以及大洋殼擠壓陸殼產生的蛇綠岩之間的差別。


生物圈

地球是目前已知的惟一仍然擁有生命存在地方。整個行星的生命形式有時被稱為是生物圈的一部分。生物圈覆蓋大氣圈的下層、全部的水圈及岩石圈的上層。生物圈通常據信始於自35億（3.5×109）年前的進化。生物圈又分為很多不同的生物群系。根據相似的存在範圍劃分為植物群和動物群。在地面上，生物群落主要是以緯度劃分，陸地生物群落在北極圈和南極圈內缺乏相關的植物和動物，大部分活躍的生物群落都在赤道附近。


大氣圈

地球擁有一個由78%的氮氣、 21%的氧氣、和1% 的氬氣混和微量其他包括二氧化碳和水蒸氣組成的厚密大氣層。大氣層是地球表面和太陽之間的緩衝。地球大氣的構成並不穩固，其中成份亦被生物圈所影響。如大氣中大量的自由二價氧是地球植物通過太陽能量製造出來的。離開這些植物，氧氣將通過燃燒快速與物質重新結合。自由（未化合）的氧元素對地球上的生命意義重大。

地球大氣是分層的。主要包括對流層、平流層、中間層、熱層和逸散層。所有的層在全球各地並不完全一致並且隨著季節而有所改變。

地球大氣圈的總質量大約是5.1×1018kg，是地球總質量的0.9 ppm。


水圈

地球是太陽系中惟一表面含有液態水的行星。水覆蓋了地球表面71%的面積（97%是海水3%是淡水）。水在五大洋和七大陸都存在。地球的太陽軌道、火山活動、地心引力、溫室效應、地磁場以及富含氧氣的大氣這些因素相結合使得地球成為一顆水之行星。

地球正好處在足夠溫暖能存在液態水的軌道邊緣。離開適當的溫室效應，地球上的水將都會凍結為冰。古生物學證據顯示如果藍綠藻（藻青菌）在海洋中出現晚一點，溫室效應將不足以維持地球表面液態水的存在，海洋可能在1000萬至1億年間凍結，發生冰川紀事件。

當時在像金星這樣的行星上，氣態的水阻止了太陽的紫外輻射。大氣中的氫被吹過的太陽風離子化，其產生的效果雖然緩慢但結果卻不可改變。這也是一個金星上為何沒有水的假說：離開了氫原子，氧氣將與地表物質化合併留存在土壤礦物中。

在地球大氣中，還存在一個薄薄的「臭氧層」。臭氧在平流層吸收了大氣中大部分多餘的高能紫外輻射，減低了裂化效應。 臭氧只能由大氣中大量自由二價氧原子產生，所以臭氧的產生也依賴於生物圈（植物）。地磁場產生的電離層也保護了地球不會受到太陽風的直接襲擊。

最後說明的一點是，火山活動也持續的從地球內部釋放出水蒸氣。地球通過水和碳對地幔和火山中的石灰石消解產生二氧化碳和水蒸氣。據估計，仍存留在地幔中的水的總量是現在海洋中所有水數量的10倍，雖然地幔中的大部分水可能從來不會釋放到地表。

地球水界的總質量大約是1.4 ×1021 kg，計為地球總質量的0.023%。


地球自轉

地球沿著貫串北極至南極的一條軸自西向東旋轉一周（1個恆星日）需要花時23小時56分2.1秒。這就是為什麼在地球上主要天體（大氣中的流星和低軌道衛星除外）一日內向西的視運動是15°/小時（即15'/分鐘）－即2分鐘一個太陽或月亮的視直徑的大小。

在慣性參考坐標系中，地軸運動還包括一個緩慢的歲差運動。這個運動的大周期大約是25800年一個循環，每一次小的章動周期是18.6年。對處於參考坐標系中的地球、太陽與月亮對地球的微小吸引在這些運動的影響下造成地球赤道隆起，並形成類橢圓形的扁球。

地球的自轉也是有輕微的擾動的。這稱為極運動。極運動是準周期性的，所謂的準周期包括一個一年的晃動周期和一個被稱為錢德勒擺動的14個月周期。自轉速度也會相應改變。這個現象被稱為日長改變。


地球公轉

公轉周期為365.2564個平太陽日（即1個恆星年）。地球的公轉使得太陽相對其他恆星的視運動大約是1°/日－這就相當於每12小時一個太陽或月亮直徑的大小。公轉造成的視運動效果與自轉造成的正好相反。

地球公轉軌道速度是30 km/s，即每7分鐘一個地球直徑，每4小時一個地月距離。


地球所在的天體系統

地球惟一的天然衛星是月球。其圍繞地球旋轉一周需要用時一恆星月（27又1/3日）。因此從地球上看來月球的視運動相對太陽大約是12°/日－即每小時一個月球直徑，方向同樣與自轉效果相反。

如果在地球北極進行觀測，則地球的公轉、月球運行以及地球自轉都將是逆時針的。

地球的軌道和軸位面並非是一致的：地軸傾斜與地日平面交角是23.5度，這產生了四季變化；地月平面與地日平面交角大約為5度，如果沒有這個交角，則每月都會發生日蝕。

地球的Hill大氣層（大氣影響範圍）的半徑大約為1.5 G米，這個範圍足以覆蓋月球的軌道了。

在慣性參考坐標系中，地軸運動還包括一個緩慢的歲差運動。這個運動的大周期大約是25800年一個循環，每一次小的章動周期是18.6年。對處於參考坐標系中的地球、太陽與月亮對地球的微小吸引在這些運動的影響下造成地球赤道隆起，並形成類橢圓形的扁球。

地球的自轉也是有輕微的擾動的。這稱為極運動。極運動是準周期性的，所謂的準周期包括一個一年的晃動周期和一個被稱為錢德勒擺動的14個月周期。自轉速度也會相應改變。這個現象被稱為日長改變。


氣候

因為地球氣候從亙古到現在都有發生巨大變化並且這種變化將繼續演進，很難把地球氣候概括。地球上與天氣和氣候有關的自然災害包括龍捲風、颱風、洪水、乾旱等。

兩極地氣候被兩個溫度相差並非很大的區域分隔開來：赤道附近寬廣的熱帶氣候和稍高緯度上的亞熱帶氣候，降水模式在不同地區也差異巨大,降水量從一年幾米到一年少於一毫米的地區都有。


地貌

海陸分佈：

地球總面積約為5.10072億km2，其中約29.2%（1.4894億km2）是陸地，其餘70.8%（3.61132億km2）是水。陸地主要在北半球，有四個大陸：歐亞大陸、非洲大陸、美洲大陸、澳洲大陸和南極大陸，另個還有很多島嶼。大洋則包括太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋四個大洋及其附屬海域。海岸線共356000千米。

極端海拔：

陸地上最低點：死海 −418米
全球最低點：太平洋上的馬里亞納海溝 −11,034米
全球最高點：珠穆朗瑪峰（聖母峰） 8,844.43米


自然災難

大部分地區以及其間生物都遭受過類似熱帶氣旋、颶風、或颱風這樣的極端天氣。也有很多地區發生過地震、山崩、海嘯、火山爆發、龍捲風、灰岩坑（地層下陷）、洪水、乾旱以及其他氣候異常和災難。


自然資源

地殼中包含大量化石燃料沉積：煤、石油、天然氣、甲烷包合物。這些沉積物被人類使用用來製造能源和作為其他化學物的給料。

在腐蝕和行星築造作用下，含鐵礦石組成了地殼。這些金屬礦石包含了多種金屬質和有用的化學元素。

地球生物圈能夠產生大量有用的生物產出，包括(但不限於)食物、木材、藥物、氧氣。生物圈還能回收大量有機垃圾、地面生態系統是依賴於上層土和新鮮水的，而海洋生態系統依賴於陸地上沖刷後融解的的營養物。
人類開發地球的自然資源是很普遍的。

這些資源中的一些，比如化石燃料，是很難短時間內是很難再重新產生的。這稱作不可再生資源。人類文明對不可再生資源的掠取已經成為現代環保主義運動的重要論爭之一。