《自然科學(xué)基礎(chǔ)》第十一章

01地球的形狀與大小人類對(duì)地球形狀認(rèn)識(shí)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(diǎn)出發(fā)，認(rèn)為球形是最完美的形狀，因而提出地球?yàn)榍驙畹囊軠y(cè)。公元前300年，亞里士多德看到月食時(shí)地球投到月亮上的影子是弧形等現(xiàn)象，提出了地球?yàn)榍驙畹目茖W(xué)證據(jù)。在我國(guó)，早在公元前2000年就出現(xiàn)過大地球形的傳說，而第一個(gè)明確主張大地球形的則是東漢時(shí)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(shí)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?yàn)榍蝮w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(shí)到地球的形狀很不規(guī)則，不能用簡(jiǎn)單的幾何形狀來表示。更確切地說，地球具有獨(dú)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(gè)滾圓的球。人們利用宇宙飛船和同步衛(wèi)星在36000km高空的實(shí)際觀測(cè)，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(gè)數(shù)字是地心到地球表面所有各點(diǎn)距離的平均值。5體積：10832億立方千米。4赤道周長(zhǎng)：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(duì)地球進(jìn)行探測(cè)，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(gè)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(gè)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(gè)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(diǎn)；其中的線是任意一條緯線上面一點(diǎn)到地心的連線，是緯度度量的終點(diǎn)。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(gè)經(jīng)線圈由兩條連接南北兩極的、相對(duì)應(yīng)的半圓弧組成，這個(gè)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(zhǎng)度也彼此相等。1884年，天文學(xué)家確定通過英國(guó)倫敦格林威治天文臺(tái)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(diǎn)的位置，要在地理坐標(biāo)中完成。這個(gè)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(gè)地理坐標(biāo)，它不但表示每一地點(diǎn)的位置，而且表示地點(diǎn)與地點(diǎn)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(diǎn)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(shí)候，靠近極地的地表將會(huì)被放大。因此，在墨卡特投影中，地表的形狀是真實(shí)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(diǎn)和線投影到一個(gè)圓錐上，如圖11-4所示。這個(gè)圓錐在一個(gè)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(diǎn)和線投影一張與球面相切于一點(diǎn)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(zhǎng)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(hào)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(hào)。這些符號(hào)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(shí)地距離縮小或擴(kuò)大的程度，公式為：比例尺=圖上距離/實(shí)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(shí)，地下巖石受到強(qiáng)烈沖擊，產(chǎn)生彈性震動(dòng)，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(gè)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(gè)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(duì)較??；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(gè)地球質(zhì)量的31.5%，體積占整個(gè)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(hù)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