第三篇地 球 与 宇 宙

PAGEPAGE62第三篇地球与宇宙第１章地球概貌与物质组成１－１地球概貌地球的形状球形及其形成机制我们所居住的大地是球形的，所以才把它叫做地球。这是地球和宇宙中所有其他较大星球在面貌上的共同特征。地球和其他星球为什么都呈球形？它们的形成机制是什么？这是学生在学习这一课时常常提出来的疑问。这个问题比较复杂，简略地说，主要是由于这类天体都具有较大的质量和自引力，在其形成和演化过程中都有一个融熔过程和不停地自转运动等一些因素共同作用的结果。原始认识由于地球是一个巨大球体，人们在同一时间内只能看到它的一小部分，这样，大地给人的感觉好像是平的。基于这种认识，人们就容易产生“天圆如张盖，地方如棋局”的“天圆地方”的错误观念，而球形的概念却不易形成。这是人类对地球形状的原始认识。第一次飞跃由于科学技术的发展，人的活动范围不断扩大，发现许多事实都说明大地不是平的，地球是球形的。这些事实是：●地平线的形状呈圆形。它的可见半径随观测者的升高而增加，升得越高看得越远。●行近的物体从地平线之下逐渐升现，远离的物体从地平线之上逐渐隐没。●月食时月面上的地影边缘呈圆弧形。特别是麦哲伦环球航行一周的事实，更证明大地是个球形的。这种从“平的”到“圆的”是人类对地球形状认识的第一次飞跃。第二次飞跃因为人的认识总是不断发展的。到１７世纪中叶以后，从实践中又发现下列一些事实：●人们经精确测定得出，地球赤道半径为６３７８．２千米，极半径为６３５６．８千米，两者相差约２１千米。●同一物体，在两极最重，在赤道最轻。根据计算，１０００克重的物体，由赤道带到两极，要加重５．２克。类似上述事实也不少，这都充分说明地球不是一个正球体，而是一个赤道隆起、两极扁平的椭球体。这种从“球形”到“椭球形”是人类对地球形状认识的第二次飞跃。第三次飞跃近些年来，通过人造卫星对地球形状和大小的更精确的测定，发现地球赤道并不是一个正圆，赤道最大半径和最小半径相差２６５米，而且地球北极比几何圆突起１５．２４米，而南极比几何圆凹下３０米。这样，地球的形状则是一个不规则的椭球体。这种从“椭球体”到“不规则椭球体”是人类对地球形状认识的第三次飞跃，也是人类对地球形状的最新认识。但是，这种差值和由于高山深谷所造成的地面起伏，与巨大的地球半径相比，都是微不足道的，所以从空中观看，地球仍是一个圆球形。地球的模型———地球仪人们仿照地球的形状，按一定比例把它缩小制成的地球模型就是地球仪。地球仪的表现形式不同，常见的有平面的、立体的和网状的，各有各的用途。尽管地球仪的表现形式不一，但它们都具有地轴、两极、赤道、经线和经度、纬线和纬度等作为球面坐标的基本要素。地轴·两极·赤道地球总是绕着自己的轴不停地旋转着。我们把地球自转的轴叫做地轴。这个轴是假想的，其实在地球内部根本就没有一个具体的轴存在。地轴同地球表面相交的两点叫做两极。其中对着北极星的一端是地球北极，另一端是地球南极。在地球仪上，距南、北两极相等的大圆圈叫做赤道。它把地球划分为南、北两个半球。经线和经度在地球仪上连接南、北两极的线，叫做经线，也叫子午线。经线指示南北方向，所有经线都等长，并汇集南、北两极。两条正相对的经线形成一个经线圈，也叫子午圈。经线是表示经度的线。某一地点的经度就是该地点的经线平面与本初子午面的夹角。国际上规定，把通过英国伦敦格林尼治天文台原址的那一条经线定为０°经线，也叫本初子午线。从０°经线算起，向东、西各分做１８０°，以东的１８０°叫做东经，以西的１８０°叫做西经。东、西经１８０°同在一条经线上，那就是１８０°经线。西经２０°和东经１６０°的经线圈把地球划分为东西两个半球。纬线和纬度在地球仪上，同赤道平行的线叫做纬线。纬线指示东西方向，并且都自成圆圈，称为纬线圈。最大的纬线圈是赤道，全长约４万千米。越往两极，纬线圈越小，到了两极，纬线圈就缩成一点了。纬线是表示纬度的线。某一地点的纬度，就是该地点的铅垂线与赤道面所夹的角度。纬度从赤道算起，把赤道定为０°，由赤道向南、北两极各分做９０°。赤道以北的叫做北纬，赤道以南的叫南纬。北纬９０°就是北极，南纬９０°就是南极。根据纬度大小的不同，把纬度分成低纬（０°～３０°）、中纬（３０°～６０°）和高纬（６０°～９０°）。经纬网经线和纬线相互交织所构成的网格叫做经纬网。反映这种网格的地球仪叫做经纬网地球仪。经纬网是地球仪和地图的骨架，利用它可以确定地球上任何一个地点的准确位置。例如，我国首都北京，位于北纬３９°５７′，东经１１６°２８′。又如，船舶在茫茫的大海中航行，它无论到了什么地方，都可以利用经纬网来确定所在位置，万一失事，人们可火速前往营救。地球内部构造地球的内部是由地壳、地幔和地核几个圈层构成的。炽热的岩浆就产生在地壳下部和地幔的顶部。地壳地壳是地球表面的一个薄层，是由坚硬的岩石组成的。它的厚度在大陆上为３０～７０千米，在洋底只有５～１５千米。地幔地幔位于地壳和地核之间，所以又叫中间层。它的厚度约有２８００多千米，是一个厚层。这里温度高，压力大，能通过地震波（横波），是固态的。但这种在高温高压条件下的过热固态物质，只要压力减轻就会流动。再加上这里放射物质的热力作用，在地壳下部和地幔顶部就形成一个软流层，一般认为它可能就是岩浆源地。岩浆的温度很高，炽热的岩浆喷出地表，就是火山爆发了。地核地核是地球的核心。它是一个巨大的核，半径约有３０００多千米。通过地震波得知，地核分为内核和外核两部分，外核是液态的，内核是固态的。一般认为，地核是由铁镍构成的金属核。教学建议●让学生观看从月球上拍摄的地球照片，以这种最先进的方法了解地球的形状。●让学生观看地形地球仪或两半球地形图，引导学生通过观察分析，说出地球上水陆分布特点：水陆分布不均，大洲和大洋大小不等，大陆多呈三角形，隔海相望的两岸轮廓多呈凹凸对应之势（特别是大西洋两岸最为典型）。●学习人类对地球形状的认识历史时，教师要引导学生很好地认识人类对地球形状认识的三次飞跃，以形成科学不断发展的观点。●教师要动手制作一个经纬网地球仪和一个立体剖面地球仪，用以说明地球坐标和地球内部构造，同时，让学生用废旧乒乓球在其上画出经线、纬线、赤道和两极，以建立经纬网概念。１－２地球上的岩石和土壤岩石是由矿物构成的，矿物又是由元素构成的，岩石、矿物和元素都是地壳的组成物质，而且是相互联系、密不可分的，所以，在学习岩石之前，首先应该了解组成地壳的元素和矿物。地壳中的元素和矿物组成地壳的元素到目前已发现９０多种组成地壳的化学元素。人们采用化学分析方法分析了大量的岩石，按照它们重量的百分比，计算出组成地壳的主要化学元素是：氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾和镁。这８种元素一共占地壳总重量的９７％以上。其中氧约占一半，硅约占１４，铝约占１１２。这三种元素共占地壳总重量的８０％以上，所以氧、硅、铝是组成地壳的三大元素，因而在地壳中有大量的氧化物和硅铝岩类。组成地壳的矿物地壳中的化学元素常常结合成化合物或单质，这种由数种或一种构成的化合物或单质就是矿物。例如，金刚石和石墨就是一种元素组成的，黄铁矿和赤铁矿则是由两种元素组成的，而且，绝大多数矿物都是由两种或两种以上的元素组成的，以一种元素构成的矿物并不多见。矿物在地球上的分布十分广泛，几乎到处可见。例如，人类吃的盐、做铅笔心的石墨、制玻璃的石英、炼铁用的铁矿石等等，都是矿物。地球上的岩石岩石是由一种或几种矿物组成的，如花岗岩是由长石、石英、云母组成的，石灰岩主要是由方解石组成的。岩石按其成因可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。岩浆岩岩浆岩是由地下的炽热岩浆上升侵入到地壳中或喷出地表，因温度降低逐渐冷却而形成的。岩浆侵入到地壳中逐渐冷却而形成的岩浆岩叫做侵入岩，如著名的花岗岩。岩浆喷出地表逐渐冷却而形成的岩浆岩叫做喷出岩，如玄武岩、浮石等。岩浆岩多呈块状，没有层理，这是这种岩石的基本特点。沉积岩沉积岩有的是由原来的各种岩石经过风化、侵蚀、搬运和沉积逐渐形成的，有的是生物死亡后由生物遗骸堆积而成的。组成沉积岩的砾、砂、土和生物遗骸等物质，开始是疏散的，后来经过长期的硬结成岩作用，砾石变成了砾岩，沙子变成了砂岩，黏土变成了页岩等等。沉积岩大多具有明显层理，呈层状。在沉积岩层中常常含有当时生存的生物遗体（骨骼、贝壳、枝叶）或遗迹（足迹、虫穴），后来形成了化石。化石是记录地球演变历史的“见证人”，是研究地球历史的宝贵资料。变质岩变质岩是由原来深埋地下的岩浆岩或沉积岩在高温、高压条件下改变了原来的岩石性质和面貌而形成的。例如，砂岩经过变质作用形成石英岩，石灰岩变成了大理岩，花岗岩变成了片麻岩。由于变质岩是在强大压力下形成的，所以多呈板状和片状。岩石不仅是良好的建筑材料，而且有的岩石也是矿产，如石灰岩，它不仅是建筑石材，也是制造水泥的工业原料。可见，岩石在生产建设中具有重要价值。此外，不容忽视的是：岩石还能治病，具有药用价值。据查，在《本草纲目》中记载可以入药的岩石和矿物竟有２１７种之多。地球上的土壤土壤的物质组成土壤是陆地表面具有一定肥力、能够生长植物的疏松表层。它是由矿物质、有机质、水分和空气四种物质组成的。矿物质即成土母质，是由岩石风化物形成砂粒、粉砂和细小黏粒的固体颗粒，在土壤组成物质中所占比重最大，是土壤的物质基础。矿物质分解后，能把其中的磷、钾、钙、镁等一些养分元素释放出来，供植物生长需要。因此，矿物质是土壤矿物养分的主要来源。土壤有机质多集中在土壤表层，颜色深暗，是由动植物残体和施入土壤中有机肥料经微生物分解而形成的，称做腐殖质。它在土壤中的含量虽然不高，却是重要的有机养分，可以极大地提高土壤肥力，是衡量土壤肥力的重要标志。土壤水分叫做土壤溶液。它和土壤空气都贮存在土壤孔隙中，两者共计约占土壤体积的一半。它们是液态和气态物质，具有很大的流动性，而且两者所占的比例随外界条件的变化而此消彼长。土壤中水分增多时，空气就减少，造成土中氧气不足，影响植物生长；相反，则会造成水分和养分供应不足，植物则会枯萎。所以，只有土壤中水分和空气所占比例适度，才有利于植物生长。土壤的形成土壤是由岩石转化而来的，其形成过程叫做成土过程。这一过程大致是：风化岩石经过风化作用破碎，形成颗粒大小不一的砂子、粉砂和黏粒。这些风化碎屑物，就是成土母质。它表层疏松，具有蓄水性和透气性，还有一些无机养分，这样就使一些自养微生物和从空气中能吸取氮素的微生物着生，这是成土过程的开始。微生物作用在微生物的作用下，成土母质中有了一些有机养分，于是一些低等植物开始出现。在微生物和低等植物的作用下，成土母质中的有机质逐渐增加，肥力逐渐提高，进而形成原始土壤。植物作用原始土壤已经初步具备组成土壤的各种物质，能够生长一些草本和木本植物。这样，在高等植物的作用下，土壤中的有机质进一步增多，于是形成可供耕耘的自然土壤———生土。熟化生土经过人类开垦、耕作、施肥、灌溉，逐渐熟化，使生土变为熟土，熟土变为肥土，成为稳产高产的耕作土壤。从上述成土过程可见，成土母质是形成土壤的物质基础，生物在成土过程中起主导作用，气候和人类活动对土壤的形成和熟化也有重要影响。教学建议●将各种不同岩石混在一起，让学生根据岩石的颜色、结构、形状、质地等鉴别出哪些是岩浆岩，哪些是沉积岩，初步掌握鉴别这两大主要岩类的能力，并能说出花岗岩、玄武岩、浮石、砾岩、砂岩、页岩和大理岩几种常见岩石的名称。为此，教师应尽可能多采集这几种常见岩石标本，把它们陈列起来，学习时组织学生观看。●让学生观看石英、云母、长石、金刚石、石墨、黄铁矿、赤铁矿等常见有用矿物标本。为此，教师平时要注意搜集，也要把它们陈列起来。●可采用烘干法组织学生进行土壤有机质和土壤水分的实验。取来的新土烘干时发出的异味越浓，说明土壤有机质含量越大；新土烘干后根据减轻的重量，即可了解土壤水分的含量。●让学生调查当地岩石、土壤被破坏的情况，提出保护岩石、土壤的措施，以培养学生对岩石、土壤的爱护，使他们对地球物质充满感激之情，增强其环境意识。

１－３地球上的水地球上有丰富的水，全球约有３４的面积被水覆盖着，因此，地球有“水的行星”之称。地球上的水主要是由海洋水和陆地水两大部分组成的。海洋水海洋水的储量约为１３３８００万立方千米，占地球上水总储量的９６．５３％，是地球上最重要的水体。海水的盐度海水中溶解许多盐类物质，其中氯化钠最多，占７０％，氯化镁次之，占１４％，因此海水既咸又苦，这是海洋水的突出特点。海水中所含盐类物质很多，如果把全世界海水中盐类物质都分离出来，可以使全世界的陆面增高１５０米。人们把每１０００克海水中所含盐类物质的总量叫做盐度，通常用‰表示。海水中平均盐度为３５‰，但由于海水所处的自然环境不同，各个海域的盐度高低也不一样。海水盐度的高低主要取决于降水量和蒸发量的大小，有无淡水河注入和流经洋流的寒暖对盐度高低也有一定影响。因此，如果某一海域降水量多，蒸发量小，河流注入多并有暖流经过，其盐度必低；反之，则盐度必高。在赤道附近的洋面，降水丰沛，降水量大于蒸发量，所以盐度低；而在南北回归线附近的洋面，降水稀少，蒸发量大于降水量，所以盐度高。这样，大洋表面的盐度分布规律是：从南北半球的副热带海域向低纬和高纬海域逐渐降低。世界上盐度最高的海域是红海，盐度高达４０‰。这是因为红海位于副热带高压带控制下，降水稀少，蒸发旺盛，几乎没有淡水河注入等因素造成的。世界盐度最低的海域是波罗的海，盐度只有１０‰。这是由于那里降水量大于蒸发量，并有大量的淡水河注入的结果。

图３－９世界洋面盐度的分布规律海水的盐化海水中的盐类是从哪里来的？对于这个问题，人们一般认为是河流在流经过程中不断地溶解岩石和土壤中的盐类，当这种河水注入海洋时，便把溶解的盐类带到海洋中，而使海水盐化了。带有盐类的河水注入海洋后，海水不断蒸发，盐类便不断地积累起来。这样久而久之，海水就越来越咸了。这种说法叫做海水盐化的外因说。它虽然已被大多数人所认同，但地球上有些大湖，如贝加尔湖，多年来承受着陆地盐类物质的注入，也没有变咸。这一现象，对海水盐化的外因说却提出了挑战。人们调查发现，红海、东非大裂谷以及我国新疆境内的一些盐湖的盐分浓度都不是均匀分布的，而是集中分布在断裂活动的部位。这表明盐分可能是裂缝从地下涌上来的，是内生的。但这种说法并未得到大多数人的赞同。陆地水陆地水按其空间分布的不同，可分为地表水和地下水。地表水按其形态的不同，又可分为液态水和固态水。液态水主要是河水和湖泊水，固态水即冰川。河水河水是流动在河槽中的动态水，通常称为河流。河流多发源于高山或高原之上，注入湖泊或大海。河水的来源，叫做河流补给。河水最主要的补给是雨水，世界上绝大多数河流都以雨水补给为主，这种河流的水位和流量受降水的季节变化影响很大。在高山永久积雪地区，冰川融水是河流补给的主要形式。山地湖泊有的也成为河流源地，如我国的松花江就发源于长白山天池。地下水是河水补给的最稳定来源，这种补给受外界影响很小。一条河流常常是多种水源补给的，单一补给的河流很少见。河流有的注入内陆湖泊，有的注入大海。前者叫做内流河，后者叫做外流河。河流按流经地区的地形差异，可分为山地河流和平原河流。前者河道窄，河谷深，落差大，水流急，多瀑布、奇峰、怪石、苍松、翠柏，美丽壮观，景色宜人，多成为旅游胜地；而后者河道弯曲，河谷宽阔，地势平坦，沃野千里，多成为重要的农业区，对人类生存有重要价值。湖泊水湖泊水是陆地表面天然蓄水洼地的水体，通称湖水。湖水的化学成分有很大差异，有的湖水是淡水，而有的湖水是咸水。人们把湖水中含盐量少于０．３％的叫做淡水湖；湖水含盐量在０．３％～２．４７％的叫做半咸湖；含盐量在２．４７％以上的称为咸水湖。淡水湖中的水可以饮用，咸水湖水不能饮用。但咸水湖中的水含有丰富的盐类物质，如食盐、钾盐、苏打、天然碱等等。淡水湖既有河水注入，又有湖水流出，湖水有进有出，所以叫做排水湖。相反，咸水湖只有河水注入，却没有湖水流出，湖水有进无出，所以叫做非排水湖或内陆湖。冰川水在高纬度和高山地区，气候严寒，终年为冰雪所覆盖。这些冰雪经积压和重新结晶形成冰川冰。冰川冰在压力和重力作用下，沿山谷或坡面缓缓移动，就形成冰川，冰川融化后成为冰川水。冰川按其空间分布和特点可分为大陆冰川和山岳冰川两种。大陆冰川主要分布在南极大陆和格陵兰岛。这种冰川面积大，冰层厚，呈盾状，运动十分缓慢，每天只移动几厘米。当它进入海中就形成海上冰山，对航海造成很大威胁。山岳冰川主要分布在亚欧大陆的高山地区，我国的西南山地是世界著名的山岳冰川区。山岳冰川与大陆冰川不同，面积小，冰层薄，呈条带状，运动速度较大陆冰川稍快。冰川水是地球上淡水资源的主体，约占地球淡水资源总储量的６８．７％，是地球上的“固体水库”。它全部融化后世界洋面将上升６５米。冰川水对解决干旱地区的淡水短缺问题具有重要价值。地下水地下水是埋藏在地下土层和岩层空隙中的水体。它是由雨水下渗、砂隙水汽凝结和地下岩浆冷却形成的。储存地下水的土层、砂层和透水岩层叫做含水层或蓄水层。和含水层相反，由黏土和不透水岩层组成的地层叫做隔水层。地下水从含水层流出地表就成为泉，它可以形成河流的源地。通过打井，可把地下水取出，供生产和生活需用。水的循环自然界的水以各种不同方式，通过各个环节和过程，在大陆内部、海上和海陆之间，日夜不停地进行着循环运动。水的这种运动，叫做水的循环。海陆间循环海陆间循环是海洋和陆地之间的水循环。这一循环的过程是：海面的水受热蒸发成水汽后，上升到高空被风输送到陆地上空冷却，形成降水。降落到地面的水形成地下和地表径流，回归海洋。这一循环的速度较快，河水平均每１６天就可以更新一次。这对促进水资源的更新和再生具有重要意义。海上循环海上循环是海面受热，海水蒸发成水汽后，上升到高空冷却凝结，形成降水，又降落到海面上。这一循环不与陆地发生联系，所以叫做海上内循环，简称海上循环。它是海水自行更新的一种循环运动。内陆循环内陆循环是发生在大陆内部的水循环。这一循环的过程是：地面、水面受热蒸发和植物蒸腾形成水汽上升到高空，冷却凝结形成降水，仍降落在陆地之上，所以称之为内陆循环。它是陆地上的水自行更新的一种循环运动。因为内陆的水量有限，所以这一循环的降水量很小。水的污染和保护珍贵的水资源地球上所有的水体，虽然都可以称做水资源，但海水和咸水湖水都是咸的，不能直接为人类所利用，所以通常所说的水资源，是指淡水资源而言的。在淡水资源中，冰川和深层地下水也是难于利用的，因此狭义的水资源是指目前易于为人类利用的河水、淡水湖水和浅层地下水。这些水体只占淡水资源的０．３％，是极其珍贵的。水的污染仅有的珍贵水资源日益受到严重污染。工矿区排出的废水、城镇民用污水、农田排出的含农药水，是造成水污染的主要污染源。天然水虽然有一定的自净能力，少量的污染物在水中会被溶解、扩散、稀释或发生沉淀，能降低污染浓度，水质可能变好。但当污染物过量，超过水的自净能力时，水质就会变坏，以致发黑、发臭，导致鱼类死亡，甚至使水生生物灭绝。水的保护为了防止水污染，保护水资源，首先要严格控制工厂排放污水。排放污水的浓度必须符合国家规定的排放标准，超标排放的必须依法处理。要推广在厂内使废水净化的工艺技术，使废水经过处理达到用水标准后，再连续循环使用。这样，可使有害物质不致流入江河污染水资源。在大城市和工矿区，应建造集中统一的大型污水处理厂，以接纳工厂排出的废水和民用污水，进行无害处理后，再排放到江河中去，以使水资源免受污染。教学建议●观看地球仪或世界地形图，让学生了解地球上水的组成和分布，认识地球确实是一个“水的行星”。●组织学生调查当地水资源状况，包括水资源的来源（河水、淡水湖水、地下水或冰雪融水）和供水情况（能否满足生产和生活需要）等。●观看干旱地区龟裂的土地和枯黄庄稼的照片，并让学生讨论“如果没有水，地球将会怎样的”，以激发学生爱护水资源的环境意识。●观赏江、河、湖、沼、急流、瀑布等水域景观照片，以培养学生热爱大自然的情操，并通过观赏这种自然美景对学生进行美育教育，陶冶孩子们的心灵。当然，如果有条件带领学生到大自然里亲自看一看这种美景，教育效果会更好。●组织学生调查当地水资源的污染情况，主要包括污染源（废水、垃圾、农药、清洁剂等）和被污染程度。这种活动应在教师指导下，以学生科学活动小组的形式进行，并应取得当地环保部门的指导和协助。最后应把调查结果向有关部门汇报，并提出治理污水、保护水资源建议。这对培养学生爱水、节水的环境意识具有重要意义。１－４地球上的大气大气的组成和分层大气的组成大气是由氮、氧、二氧化碳、臭氧、水汽和固体杂质等物质组成的。氮占空气体积的７８％，是组成生物体的基本成分。氧占２１％，是生命活动的必需物质。二氧化碳是绿色植物进行光合作用的基本原料，还具有保温作用。臭氧的含量虽然很少，但它是地球生命的保护伞，能使人类和生物免遭紫外线的伤害。水汽和固体杂质是地球上成云致雨所必需的。可见，组成大气的各种物质与人类的关系都是非常密切的。大气的垂直分层大气的厚度约有３０００千米，包围着地球，形成一个巨大圈层，它就是大气圈。依据温度、密度和大气运动状况，可把大气圈划分为对流层、平流层、中间层、热层和外层五个圈层。其中近地面的对流层与人类关系最为密切，地球上的风、云、雨、雪等天气现象都发生在这一层里。

图３－１１大气的垂直分层空气存在的证明空气虽然是由各种具体物质组成的气体，但这种气体是无色、无味和透明的，是一种看不见、摸不着、嗅不到的气体。这样的气体物质怎样证明它的客观存在呢？证明空气存在的事例有许多。例如，把“空”杯子口朝下压入水中，如使杯子直立，就不往水面冒气泡；如使杯子倾斜，就往水面冒气泡。这证明杯子里有空气存在。再如，先把干火柴放在塑料盒盖内，置于水槽的水面上，用玻璃杯扣于其上，缓缓把它往下压到水底。然后再缓缓提起水杯，待塑料盒浮到水面后取出火柴，火柴没有沾水，一划就着。这说明杯子里有空气占据着，水进不去，火柴湿，点不着。这个证明空气存在的小实验，既说明问题，又很有趣。大气的热力———气温大气热力的来源太阳辐射是大气热力的最主要来源。太阳是一个巨大而炽热的气体球，它不断地向宇宙放射能量，这就是太阳辐射。太阳每分钟向地球辐射的能量，大约相当于燃烧４亿吨煤所产生的热量。大气的热力虽然来自太阳辐射，却不是太阳辐射直接把大气晒热的，而是先晒热地面，然后地面再把热量辐射到大气中，使大气增温的。所以，地面辐射是大气的直接热源。一天之中，正午１２时太阳辐射最强，但一日的最高气温并不出现在正午，而是出现在午后２时前后，究其原因就在这里，即大气主要是间接受热的。世界各地的气温高低，主要取决于太阳辐射的强弱，即太阳高度角的大小（阳光直射或斜射）决定的。太阳高度角大（直射或接近直射），太阳辐射经过的路径短，地面受热面积小，损失的热量既少，热力又集中，所以气温就高。反之，则低。地球五带的温度差异就是这个原因造成的。气温及其观测空气的冷热程度叫做气温。气温随纬度和高度的不同而不同，又随季节而变化，所以气温的观测必须在统一规定的高度上进行。我国现行气象观测规范规定为１．５米。观测气温的仪器是普通温度表，还有专门观测最高温度和最低温度的温度表。气温的观测要在太阳晒不着并且空气流通的地方进行，因此，观测气温的仪器应放在一个专门制作的百叶箱中。百叶箱的构造既要能防日照又要通风，百叶箱的门要向北开，就是为了避免太阳直接照射仪器。百叶箱要用油漆涂成白色，以防吸热过多，影响箱内气温。气温观测一般每天进行三次：８时、１４时、２０时。最高最低气温的观测只在２０时进行。观测时要做观测记录。根据观测资料，可以得出日平均气温、月平均气温和年平均气温。百叶箱要安放在气象园中，学校应该有这样一个气象观测园地。大气的水平运动———风风的成因大气有重量，对地面所有物体的各个方面都产生很大压力，这种压力叫做大气压，简称气压。由于空气密度大小不同，对地面所产生的压力大小也不一样，所以大气压力有大小：大的叫高气压，简称高压；小的叫低气压，简称低压。低压是由于空气膨胀上升，密度变小，重量减轻，所以压力变小；高压则相反，所以压力变大。可见，空气上升地区就会出现低压，空气下沉地区就会出现高压。空气的升降运动，有热力因素，也有动力因素，但前者是主要的。热力因素是引起大气运动的根本原因。由于两地的热力差，就会导致两地的气压差，因而引起空气的水平运动。空气从高压区流向低压区，就形成了风。两地的气压差越大，风力也就越大；反之，风力就越小。风的观测风的观测包括风向和风速两个方面。观测风向和风速要用测风器。如果没有这种仪器，也可用蒲福风级表的地面征象来估计风速。风向的观测比较简单，可根据炊烟或旗来测定。风的观测，每天要进行三次，根据观测表格做好观测记录。①方位②风向标③风级④风压板蒲福风级表风力等级名称地面征象风速（公里／小时）０无风烟直上０１软风烟能表示风向４～５２轻风树叶有微响６～１１３微风树叶及细小枝条摇动不息１２～１８４和风小树枝摇动１９～２９５清劲风有时小树摇摆３０～３９６强风大树枝摇动４０～５０７疾风全树摇动５１～６１８大风可折断树枝６２～７４９烈风瓦片从屋上落下７５～８６１０狂风树连根拔起８７～１０１１１暴风大范围的破坏１０２～１１６１２飓风巨大的破坏１１７＋大气的降水3水汽的凝结大气中含有的水汽发生凝结才有可能降水，即空气潮湿时才有可能下雨或下雪。空气的湿润程度就是湿度（相对湿度），可用湿度计（购置或自制）来测定，也可从相对湿度表中查出。例如，湿球温度为２４℃，干湿球温度差为５℃，则相对湿度为６５％。这时，空气不干也不湿。空气的相对湿度达到１００％时，就成为饱和空气。如果水汽再增加或空气上升冷却，会促使饱和空气达到过饱和，空气中容纳不下的水汽，在凝结核———空气中的尘埃———参与下，便凝结成小水滴———云，进而以雨、雪、雹等形式降落到地面，这就是大气降水。相对湿度表湿球温度（℃）干湿球温度差（℃）１２３４５６７８９１０２１９１９３７５６８６２５６５１４６４２３８２２９１９３７６６９６３５９５２４７４３３９２３９２９４７６７０６４５８５３４８４４４０２４９２９４７７７０６５５９５４４９４５４１２５９２９４７７７１６６６０５５５０４６４２雨和雪的成因雨和雪是大气降水最常见的形式。在温带地区，夏季降雨，冬季降雪。可见，雨和雪的成因同大气温度有密切关系。“雨从云中来”，有云才能下雨。如果气温在０℃以上时，云是由无数小水滴组成的，小水滴相互碰撞合并，逐渐变大，当增大到空气托不住时，就落下来成为雨。因为小水滴也有大小，较大水滴下降得快，较小水滴下降得慢，所以较大水滴在下降过程中就能“吃掉”许多较小水滴而变得更大。另外，云中的水滴受上升气流的推动，大小水滴相互碰撞，小水滴也会被大水滴“吞掉”而变得更大。当大水滴的重力超过空气浮力时，便降落到地面形成降雨。降雨有大雨、中雨和小雨，这主要是由于空气中水汽含量多少而决定的。降雨有的来得急，有的来得缓；有的历时长，有的历时短；有的只下雨不刮风，有的风雨交加，甚至出现狂风暴雨和闪电雷鸣。这些都是由于降雨类型不同引起的。雪是以雪花的形式降落到地面上的固体降水。雪花的形状千姿百态，但其基本形状是六角形。这是因为雪花是在冰晶的基础上，由水汽凝华而成的。冰的原始细小结晶体以六角形为最多，所以雪花的基本形态就成为六角形。雪花从高空飘落下来，如果近地面的气温在０℃以上，雪花就会融化，由降雪变为降雨；如果近地面的气温在０℃左右，雪花没有全部融化就降落到地面之上，这种降水就叫做雨夹雪；如果近地面气温在０℃以下，雪花就不会融化，这就是下雪了。雪花在飘落过程中，相互碰撞，如果气温稍高、湿度较大，有些雪花就会粘在一起，形成鹅毛状的小雪团，飘然而下。人们把这样的降雪形象地称为“鹅毛大雪”。降水的观测降水的观测包括降水形式和降水量两个方面。降水形式有雨、雪、雹等，可用目测。降水量的观测要用雨量器，它是由贮水瓶、水桶、漏斗和量筒所组成。降水量用“毫米／日或时”表示。固体降水液化后再测定。云量的观测云量即云对蓝天的遮盖程度，按云量多少可分晴天、少云、多云和阴天。云量占天空０％～２０％，阳光充足，称为晴；云量占天空３０％～５０％，阳光较充足，称为少云；云量占天空６０％～８０％，阳光不充足，称为多云；云量占天空９０％～１００％，不见或少见阳光，称为阴。云量可用目测。天气的变化和预报天气的变化大气经常在运动着和变化着。大气在短时间内的变化叫做天气。天气是变化多端的，时而阴，时而晴，时而风，时而雨，甚至一天之内也会出现几种不同的天气。天气变化是由于运动着的低压（气旋）、高压（反气旋）、气团和锋面活动等天气因素而引起的。在奔腾的空气海洋里，形成一些大大小小的空气旋涡，即低压区（气旋）和高压区（反气旋）的不断更替。气流从四周向中心流动的空气旋涡是低压区（气旋），在这里由于空气辐合上升，容易成云致雨，所以在它的控制下多阴雨天气。相反，气流从中心向四周流动的空气旋涡是高压区（反气旋），在这里由于空气辐散下沉，不能成云致雨，所以在它的控制下，多晴朗干旱天气。地球上广大地区经常受冷暖空气———冷气团和暖气团———交替影响着。冷气团移来时，可使天气变冷；暖气团移来时，可使天气变暖。特别是冷暖气团相遇交锋时，会形成锋面，在锋面一带，暖空气上升，会凝结成云致雨，形成阴雨天气，这种降雨叫锋面雨。锋面过后，天气转晴，如被冷气团控制，天气变冷；如被暖气团控制，天气变暖。可见，天气变化虽然无常，但也是有规律可循的，是可以预测的。天气预报根据天气变化规律，运用各种观测手段预测未来的天气变化，叫做天气预报。全国大范围的天气预报，由中央气象台做出；省区的天气预报，由省气象台做出；乡镇一级的则由农村气象站，根据省气象台的天气预报进行补充预报，这种天气预报叫做单站补充天气预报。一个学校所能做的就是这种天气预报。进行单站补充天气预报的基本方法是：收看预报收看中央和省区气象台的天气预报电视广播，以了解大范围的天气情况。观天、看物和看仪器观天，即观察天象，如天空出现“风圈”“钩钩云”等，预示天要刮风或下雨。看物，即观察物象，如“缸穿裙”、“山戴帽”、“燕低飞”、“蛇过道”等，预示天将下雨。看仪器，即观察气象要素在气象仪器上的反映，如气压下降，温度升高，预示天将变坏，等等。总结群众经验，运用天气谚语例如，“日晕三更雨，月晕午时风”，“天上出现钩钩云，三日雨淋淋”，“燕子低飞，蛇过道，蚂蚁垒窝雨要到”等等。这是千百年来人们在生产和生活实践中，对当地天气变化规律的总结，它对做好单站补充天气预报是很有价值的。大气的污染和保护球上如果没有大气，地球将同月球一样，也变成一个“万籁俱寂”的死的世界。所以，空气对人类和生命的重要意义，是不言而喻的。正因为如此，人们都非常关注大气的污染和保护。大气的污染和危害大气污染，主要是由于人类向大气中排放有害气体和粉尘，破坏了大气环境而引起的。燃烧、毁林与温室效应由于燃煤向大气中排放二氧化碳，毁林又降低了森林吸收二氧化碳的功能，因而导致大气中二氧化碳浓度增加，而使全球变暖。观测表明，近百年来全球平均气温上升０．７℃。这样就会使极冰融化，海水面上升，淹没沿海低地，给人类带来危害，氟氯烃与臭氧层的破坏由于使用冰箱和空调，向大气中排放氟氯烃有害气体，使大气中的臭氧总量减少，破坏了臭氧层，导致到达地面的紫外线增加，给人类和生物带来了危害。二氧化硫与酸雨由于燃煤和石油，不断向大气中排放二氧化硫等酸性气体，造成酸雨，而使河水、土壤酸化，危害鱼类和作物生长，而且腐蚀建筑物，危害人体健康。粉尘使空气污浊由于工矿、家庭做饭和取暖，向大气中排放大量粉尘，而使空气变得浑浊，导致光线不足，空气不洁，影响人的健康和植物生长。大气的保护措施针对大气污染源，大气的保护应采取以下措施：减少二氧化碳和粉尘排放量提高燃煤技术，提倡利用新能源，以电代煤，以沼气代煤，减少二氧化碳和粉尘的排放量，防止全球变暖和空气浊化。提倡使用无氟冰箱和空调器逐渐禁止向大气中排放氟氯烃有害气体以保护臭氧层。减少二氧化硫排放量发展洁煤技术，提倡燃烧无硫煤，以减少二氧化硫等酸性气体的排放，控制酸雨的形成。集中供热严控烟尘排放，以减少空气中的粉尘含量，净化空气，改善大气环境。教学建议●要做好空气存在的实验、水汽凝结实验和热空气上升产生风的实验。根据各校具体情况，可采用教师演示实验、学生课堂分组实验和学生课外个人实验几种不同形式。如有条件，尽可能让学生进行课堂分组实验，这种实验有明显的优越性，较教师演示实验和课外学生个人实验，对培养学生实验操作能力，要有效得多。进行这种实验时，教师要做好巡回指导和实验总结。●要做好气温、风、云量和降水的观测活动。这种活动应在气象园内进行。气象园要建在平坦空旷、四周没有高大建筑和树木的地方。场地四周要设栅栏，场内要用浅草铺地，并设小路。场内设备，除百叶箱外，还应有观测气温、风、降水等仪器（这些仪器有的可以自制）。气象观测活动，以小组活动为最好，教师要予以具体指导，同时还应取得当地气象台（站）的协助。根据观测结果，如有可能还要让学生做出当地的气温、风向、风速、云量、降水等简易的天气预报。●让学生观看灾害性天气图片或录像。灾害性天气主要有台风、龙卷风、暴雨、洪涝、干旱、寒潮等。这些灾害性天气在不同地区会造成不同的灾害。学生通过观看这些灾害性天气图片或录像之后，可以产生抗灾意识。同时教师对各种灾害性天气的成因和防灾、抗灾举措，也应做简要的说明。●组织学生调查当地空气污染情况，并提出保护建议。空气污染主要是由于人类生产和生活活动向大气中排放有害气体和粉尘，破坏了大气环境而引起的。为此，教师应组织学生调查当地空气污染源，并提出保护建议。这对培养学生环境意识，爱护我们的地球，具有重要的教育意义。第２章地壳变动与地球运动２－１地球的内力作用与地壳变动引起地壳变动和地貌变化的力量，一是来自地球内部，另一个是来自地球外部。来自地球内部的力量叫做地球的内力作用，它是由地球内部热能而引起的，表现为火山、地震、褶皱、断层和板块运动等等。内力作用是企图从地球内部结构上使地面形成巨大起伏。火山火山的喷发地球内部的炽热岩浆具有很大的活动性，而且地壳又给它以巨大压力，在这种高温高压条件下，它就会沿着地壳的薄弱地带喷出地表，这就形成了火山喷发。火山的喷发，有的宁静，有的猛烈。前者称为宁静式喷发，后者称为爆烈式喷发，两者具有不同的喷发特点。火山喷出物火山喷出的物质叫做火山喷出物，有气体、液体和固体三种。气体喷出物除水汽外，还有氯化物、硫化物和二氧化碳等气体。液体喷出物就是炽热的岩浆，为半流动体，称为熔岩流。固体喷出物有火山灰、火山沙、火山砾、火山弹（巨大石块）等，它们常常堆积或形成高大的火山锥。火山的类型火山按其活动情况可分为活火山、死火山和休火山三种。这三种火山虽各具特点，但不是绝对的，而是就目前情况相对而言的。火山的分布世界上的火山主要分布在环太平洋和亚欧大陆南部两个地带上。前者叫环太平洋火山带，这里有三百多座活火山，约占全球活火山的６０％以上，是世界最大的火山带；后者叫地中海—喜马拉雅火山带，是世界第二大火山带，这里有活火山十余座。火山的喷发改变了地球面貌。它虽然给人类带来了巨大灾难，但也给人类带来肥沃的火山灰土和硫磺等有用矿物。地震地震概况地震是岩石圈在内力作用下突然发生破裂的现象。地球内部发生地震的地方叫做震源。同震源正对着地面的那一点，叫做震中。震中到震源的距离，就是震源深度。震源深度小于７０千米的叫浅源地震；震源深度在７０～３００千米的叫中源地震；震源深度在３００～７００千米的叫深源地震。震源深度浅，对地面所造成的危害大；反之，所造成的危害就小。地震的大小用震级来表示，其范围为１～８．５级。震级小于２．５级的叫无感地震；由２．５到５级的叫有感地震；５级以上的叫破坏性地震。地震对地面所造成的破坏程度，用地震烈度来表示，由１°到１２°。震级与烈度不同，一次地震只有一个震级，却有多个烈度。但两者有密切联系，震级越大，烈度也就越大；震级越小，烈度也就越小。地震类型及其成因地震主要有火山地震和构造地震。前者是由火山爆发引起的，它波及的范围小，发生的次数少，所造成的危害也较小。后者是由岩层断裂、地质构造上出现巨大变化而产生的，所以又叫断裂地震。它波及的范围广，发生的次数多，所造成的危害也最大。地球上所发生的地震，绝大多数都是这种地震，约占地震总次数的９０％以上。地震的分布地震和火山是两种有着紧密联系的自然现象，它们在地球上的分布也基本上是一致的。地震的分布也主要集中在环太平洋和地中海—喜马拉雅山脉两个地带。环太平洋地震带集中了全世界８０％以上的浅源地震、几乎全部的中源和深源地震，是世界上最主要的地震带。地中海—喜马拉雅地震带，地震活动也很强烈，特别是它多发生在陆地上，破坏性也很大，是世界第二大地震带。褶皱和断层岩层的变形和变位岩层最初是按沉积顺序水平叠置着的，都是水平层。后来，由于地壳变动，而使原来的水平岩层遭到破坏。在山的断崖处，我们常常会看到，有的岩层弯曲，有的岩层断裂，出现了岩层的变形和变位。使岩层变形和变位的力量，主要是由于地壳运动对岩层所施加的压力和张力。压力就是对岩层所施加的挤压作用，张力与压力相反，是对岩层所施加的引张作用，因而导致岩层的变形和变位，发生了褶皱和断层。岩层褶皱是由挤压作用形成的，岩层断裂主要是由引张作用产生的。但挤压作用超过岩层对弯曲的抵抗能力时，也会使岩层断裂。这是由于岩石性质和外界条件变化而引起的。图３-２１岩层的变形和变位褶皱和褶皱山褶皱虽然是各式各样的，但其基本形式是背斜和向斜。背斜在形态上是向上弯曲，岩层由中心向外侧倾斜。被剥蚀露出后，可以看出老岩层在中间，新岩层在两侧。向斜在形态上是向下弯曲，岩层自两侧向中心倾斜。被剥蚀后，可以看出新岩层在中间，而老岩层在两侧，岩层排列与背斜相反。在地形上，背斜常形成山岭，而向斜常形成谷地。但背斜顶部由于张力作用，易被侵蚀，反而成为谷地，而向斜槽部却因挤压作用，岩层坚实，不易侵蚀，反而成为山岭，这种现象是不少见的。背斜和向斜是相互联系、相互依存着的，一起一伏，从而形成褶皱山。在地壳运动剧烈、水平挤压作用大的地区，常常是由许多小的背斜和向斜又组合成更大一级的大背斜和大向斜，形成一个既宽又长的巨大的褶皱山脉，如喜马拉雅山脉就是如此。这样高大的褶皱山脉，在地球上并不是到处可见的，主要分布在亚欧大陆南部和美洲大陆西部。著名褶皱山脉有喜马拉雅山、阿尔卑斯山、落基山和安第斯山等。断层和块状山断层是岩层失去连续性的断裂变位现象。断层主要是由引张和挤压作用形成的。由于断层作用，地表出现许多断裂地块。这些地块有的上升，有的下降，上升的部位形成山岭，下降的部位形成沟谷。这种因断层作用所形成的块状山体，叫做块状山，也叫断层山。块状山一般边线平直，多悬崖峭壁，如我国的庐山、泰山、华山等，都是著名的旅游胜地。由断层作用所形成的沟谷，叫做地沟或裂谷，如世界最著名的东非大地沟，也叫东非大裂谷。如果地沟里充满了水，就是断层湖了，如世界最深的贝加尔湖，我国的滇池和洱海等都是有名的断层湖。由断层作用所形成的块状山和沟谷，组成一个高低不平的山区，叫做块状山地。板块运动说新地球观世界上没有什么永恒不变的东西。组成地壳的局部岩层在变动，不断地产生火山、地震、褶皱和断层，引起地壳的垂直起伏运动；地壳的整体，包括陆壳和洋壳，也在不断地运动着，它们不仅有垂直起伏运动，在“原地踏步”，而且还有水平运动，能够“移行千里”。例如：欧洲与美洲的距离，平均每年增加６５厘米；印度次大陆平均每年向北移动９厘米。所以，应该去掉过去那种所谓的“固定的大陆”和“固定的大洋”等“固定论”的陈旧观点，建立起陆块（陆壳）和海底（洋壳）都在移动着的“活动论”新观念，树立起新的地球观，重新认识我们的地球，即地壳不仅有垂直运动，还有水平运动，而且还以水平运动为主。这对正确认识地壳变动，是具有重要意义的。板块运动说板块运动说是新地球观的核心。这个学说通过大量事实认为：组成地壳的岩石圈并不是一个整体，而是被一些活动带所割裂，形成许多不连续的单元，称为“板块”，陆壳和洋壳都以板块形式漂浮在“软流层”之上，不停地运动着。因此，有人就把这个学说叫做板块运动说。按照这个学说，可以把全球的岩石圈划分为六大板块：亚欧板块、非洲板块、美洲板块、太平洋板块、印度洋板块和南极洲板块。其中，太平洋板块全是海洋，其他板块既有陆地又有海洋。后来，人们又作进一步划分，把大板块划分为次一级的小板块。在板块的内部，地壳比较稳定，是地壳的安定区；但在板块的边缘，地壳变动剧烈，成为板块的活动带。板块活动带就是板块的边界线，其中包括板块的生长边界和板块的消亡边界。前者是板块的张裂区，主要分布在海上，是新海底的诞生地；后者是板块的挤压区，有的分布在陆块之间，有的分布在陆块和洋块之间，是老海底的消亡区。在板块张裂区，常常形成新的海洋或裂谷，如大西洋、东非裂谷等。在板块挤压区，常常形成高大山脉或海沟，如喜马拉雅山脉、太平洋西部海沟等等。可见，板块活动带是地壳变动最为剧烈的地带，在这个地带上，火山、地震、褶皱、断层活动频繁，世界上的高大山脉、深海沟和大海岭都分布在这里。当今地球上的海陆的形成和分布，陆地和海底的地貌格局，火山、地震、褶皱、断层的形成机制，都是板块运动的结果，这些已成为世人的共识。教学建议●做好模拟火山实验。这个实验应由教师进行模拟演示实验，让学生观看。教师可用土豆泥表示地表岩层，番茄酱表示形成岩浆的物质，把厚层土豆泥覆盖番茄酱上，然后加热（这种热力表示地热），促使番茄酱升温。当其温度所产生的压力超过土豆泥所给予的压力时，番茄酱则会喷出以示火山喷发。●做好模拟地震实验。教师做模拟演示实验，让学生观看。教师可选用易弯曲和断裂的木板表示地层，用双手从两侧拖压，而使木板弯曲，当压力超过木板弯曲承受能力时必须折断，以示地震的发生。●让学生观看唐山地震、神户地震等图片或录像，使他们了解地震给人类带来的灾难，并教育学生提高防震和抗震意识。●在地震多发区的学校，还应组织学生进行模拟避震演习和讨论地震发生时紧急避震的方法。在演习和讨论过程中，教师应向学生介绍一些地震测报和地震发生时紧急避震的方法，以增强学生防震、抗震和避震知识和能力。●让学生观看大西洋两岸（特别是非洲和拉丁美洲两岸）凹凸对应的情况，并让他们猜测非洲和拉丁美洲两块大陆从前可能是什么情况，以使学生认识板块运动说的可信性，培养他们树立现代的新地球观。２－２地球的外力作用与地貌变化由内力作用所形成的高山、深谷等构造地貌，只是地表形态的“毛坯”，它还要由外力作用进行再塑造，才能使地表形态更加多姿多彩。外力作用来自地球外部，它是由太阳热能而引起的，表现为风化作用、流水作用、风力作用和冰川作用等等。外力作用是企图从地球外部形态上，把由内力作用所造成的地面巨大起伏夷为平地。但由于内力作用从未停息片刻，所以它的愿望永远不能实现。实际上，今天的地表形态乃是长期以来地球内力和外力作用同时进行的结果。风化作用与地貌地表的岩石，白天被太阳晒热膨胀，夜间冷却收缩。特别是在日温差大的沙漠地区，这种热胀冷缩变化尤为强烈。白天岩石表面受热温度上升很快，但内部温度上升得很慢，于是岩石表面受热膨胀，产生张力，遂与内部岩石发生层状裂隙。到夜晚，岩石表层很快冷却收缩，但内部散热慢，冷却收缩得也慢，因而岩石表层发生破裂。这样，就使岩石表层一层一层地逐渐剥落下来。雨水渗入到岩石裂缝后，对岩石产生多方面的破坏作用：一是冲走岩屑；二是溶解岩石中的可溶性物质；三是冰冻胀裂，而使微小裂缝逐渐变大。这样，树木就会生长在石缝里。由于树根能楔入岩石裂缝的深处，而使岩石破裂。同时，植物根腐烂后还能分泌一种有机酸，它对岩石也有很大的腐蚀作用，可以加速岩石的崩溃。空气也经常腐蚀着岩石，特别是空气中的氧气所起的氧化作用尤为强烈。如果空气流动起来形成风，它又能吹走岩屑，加速岩石破碎进程。因此，无论如何，坚硬的岩石在这种热力、水分、生物和空气的作用下，也会逐渐破碎的，这种作用叫做风化作用。由于长期的风化作用，最后就使坚硬的岩石变成松散的碎屑风化物，残留地表，形成风化壳。而岩石内部未被风化作用剥落部分，多呈球状残留地表，形成球状风化地貌。图３-２４岩石的风化和风化地貌流水作用与地貌地球上有众多的河流，它蕴藏着巨大能量，能够“移山填海”，是夷平大地起伏的能手，对改变地面形态有很大作用。一条河流，通常都根据流经地区的地貌变化和水文特征，把它划分为上、中、下游三个河段，各河段的流水对改变地表形态的作用也不一样。上游段多流经山区，落差大，水流急，以侵蚀作用为主，特别是下蚀作用尤为强烈，常常刻成“Ｖ”型河谷，简称“Ｖ型谷”。因此上游段多峡谷、急流和瀑布。流水侵蚀作用的大小，与流量、流速成正比，与河床岩性也有一定关系。中、下游段多流经丘陵和平原地区，流水作用以搬运和沉积为主，即把从上游侵蚀下来的碎石和沙子等碎屑物搬运到低洼地方。当落差变小，流速减慢，便沉积下来形成各种流水沉积地貌。在山口处会沉积成冲积扇，在河口处会沉积成三角洲，在整个中、下游的低洼地带能沉积成形状不一和大小不等的冲积平原。流水的搬运与沉积作用也有大小，这主要取决于河流的流量和含沙量。流水的侵蚀、搬运和沉积作用，是相互联系、密切协作的“移山填海”系统工程。一块有棱有角的石块，由于长途在河底滚动和相互撞击，会逐渐变成光滑的卵形石头，人们把它形象地称为鹅卵石。这样的石头，在河流中下游的河滩上到处可见。它是流水侵蚀、搬动和沉积作用的综合体现。流水的这种作用，直到河流落差为零，把高山夷为平地时才能罢休。流水中含有二氧化碳，它对石灰岩等易溶性岩石具有很大的溶解作用。因此，在石灰岩分布地区可以形成奇特的石林、溶洞等各种石灰岩地形。特别是在石灰岩溶洞中，还能看到由石灰岩溶液沉积成的钟乳石、石笋、石柱等更为奇特、美丽和壮观的景象。石灰岩地形又叫喀斯特地形，在我国分布很广。广西的桂林山水、云南的路南石林以及宜兴等地的石灰岩洞都是中外闻名的旅游胜地。图３-２６石灰岩洞风力作用与地貌风有力量，也能产生很大能量，特别是在干旱少雨、植被稀少、地面裸露的地方，它更有“用武”之地，能够显示威力，所以它是夷平干旱地区地面起伏的能手。风能把地面的松散土沙甚至碎小石块吹起和吹走，形成风蚀洼地。同时它所夹带的碎石和沙粒像锉一样磨蚀着岩石，可以把岩石磨蚀成奇特的风蚀蘑菇和风蚀柱等风蚀地貌。这些就是风力侵蚀作用。被风化和风力侵蚀下来的土粒和沙子还能被风吹起，当风速减小或遇到石块、灌木丛阻挡时，夹带的沙子和土粒便沉积下来，形成沙丘和黄土。这便是风的搬运和沉积作用。沙丘是沙漠地区基本的地貌形态。如果没有植被的阻碍，它会在风力作用下移动，形成流动沙丘。这种沙丘能淹没农田、草场和村庄，破坏交通，对人类危害很大。因此，控制沙丘移动，保护农田、草场、村庄和道路，是人类改造自然的一个重要方面。特别是我国沙漠地区广大，危害严重，更应加强这项工作。风化作用、流水作用和风力作用，它们在地球上的不同地段，发挥着各自的绝技，以使地面变得平平坦坦。但内力作用却反其道而行之。可见，内力和外力是一对矛盾。地球已有４６亿年的历史，目前的地壳结构和地表形态就是４６亿年来内力和外力不断斗争、相互作用的结果。在整个地壳变动的历史长河中，始终贯穿着内力和外力对立统一过程，这就是地壳变动和地貌变化的辩证法。教学建议●让学生观看溶洞、钟乳石、石笋、石柱的图片，猜测其成因。学生猜不出时，教师可从形成这种地貌的物质———石灰岩———的性质、二氧化碳气和流水作用等方面进行启发引导，以使他们初步了解为什么在石灰岩地区，由于流水的溶蚀作用而形成这种奇特地貌。●让学生观看鹅卵石、石蘑菇的图片，猜测其成因。鹅卵石和石蘑菇是两种不同外力作用的产物。它们的形成原因比较简单，前者是由于流水作用，后者是由于风力作用而形成的。对此，学生是会猜测到的，教师稍加引导即可。如有条件，带领学生到大自然里实地看一看这种地貌，效果会更好。●用沙盘、喷壶模拟流水作用实验。对此，在本章的“活动与案例———流水作用的实验活动”中已有具体说明，故从略。●让学生查阅有关资料或访问当地老人，了解人类活动对地表形态变化的影响。对此教师应向学生表明人类活动对地表形态变化影响不大，但随生产力水平的不断提高，其影响在逐渐增大，如填海造田、开挖河道、修筑堤坝等。２－３地球运动的基本形式地球在不停地运动着，它一方面绕轴自转，另一方面绕日公转，这是地球运动的两种基本形式。地球的自转地球怎样自转地球围绕自己的轴———地轴———的旋转运动，叫做地球自转。古时，人们多以为天上的日月星辰都围绕大地旋转，主张“天动地静”说。直到１６世纪，伟大的波兰天文学家哥白尼提出了“天体运行论”力主“地动”说。从此，地球运动才逐渐被人们所认识。绕轴运动是地球自转的基本特点。地轴是连结地球南北两极并通过地心的假想轴。实际上，在地球里面并没有这样一个具体的轴存在。地球绕轴旋转时，地轴并不是直立着的，而是有２３°２６′的倾斜，即地球是“斜着身子”自转的，这是地球自转的又一特点。由于地轴倾斜，产生了许多与地理有关的后果。地球自转的方向是自西向东。从北极上空观察，它的自转方向是逆时针的；从南极上空观察，则是顺时针的。地球自转的角速度，大约每小时１５°。除两极不动外，全球各地自转的角速度都相等。地球自转的线速度，赤道最快，从赤道向两极逐渐变慢，到了两极就静止不动了。地球自转的线速度还随高度和深度而变化。空中的线速度大于地面，地面的线速度大于地下。在赤道一带每上升或下降１００米，线速度每小时就要增减２６米。地球自转一周所需时间叫做地球自转周期。它是一个恒星日，而不是一个太阳日。恒星日，是地球同一子午圈连续两次经过某恒星的时间间隔，为２３时５６分４秒。一个恒星日地球整整自转了一圈———３６０°，所以它是地球自转的真正周期。太阳日是地球同一子午圈连续两次经过太阳中心的时间间隔，平均为２４小时。由于地球自转的同时还公转，每日平均绕日公转５９′，所以当地球自转了３６０°，完成一个恒星日之后，还必须再自转由公转造成的５９′角距，才能完成一个太阳日。这样，一个太阳日地球就自转了３６０°５９′，因此它不是地球自转的真正周期。地球自转的证明摆动变向摆振具有这样一个特性，就是摆动平面在摆动期间力图保持其原来的方向。如图３－２９，把一个长摆挂在一个有可能使其自由摆动的两根柱子支撑着的横梁上，使其摆动平面指向某颗恒星和挂长摆的两根柱子，经过一定时间后，摆动平面虽然仍然指向那颗恒星，但和两根柱子产生了一定偏离，形成一个角度。如果在北极，经过６小时，摆动平面和两根柱子就会形成９０°的角度。因为恒星是相对不动的，摆动平面仍然指向它。很明显，摆动的变向不是摆振的真正变向，而是地球自转的结果。它是地球自转的有力证明。摆动变向的实验，是法国物理学家傅科首先进行的，这是人类首次从摆动变向这一事实中间接地看到了地球自转这个真理。水平运动物体方向的偏转地球上水平运动的物体，无论朝着哪个方向运动，都要和直线方向发生偏离。在北半球向右偏转，简称“右偏”；在南半球向左偏转，简称“左偏”。这种现象也是地球自转的结果，成为地球自转的又一有力证明。我们知道，根据惯性原理，任何运动物体都力图保持其原来的运动速度和方向。如果地球不自转，它的运动方向将与惯性方向相一致，是一直向前的。但由于地球自转，水平运动物体的方向遂与惯性方向发生偏离，而产生偏转。这种现象是法国科学家科里奥利首先发现的。地球自转偏向力对气流、河流、洋流等气体和流体物质运动方向有较大影响。地球椭球体的形成地球的赤道半径比极半径约长２１千米，它的形状是一个两极略微扁平，赤道稍有突起的椭球体。对于这一现象，英国伟大的物理学家牛顿早就预言了。他说，由于地球自转，必然导致地球成为一个椭球体。这是因为，地球自转必然驱使地球上高纬度物质向低纬度一带移动，而导致地球赤道一带隆起，两极扁平，形成椭球体。地球这个椭球体，既是地球自转的结果，又是地球自转的有力证明。地球的公转地球怎样公转地球除了绕轴自转以外，还绕日运动。地球的这种运动，叫做地球公转。地球和太阳是相互吸引、相互绕转的，只是由于两者质量相差太悬殊，而使地球绕太阳运动。地球公转的路线叫做地球轨道，全长９４０００万千米。地球轨道的形状与其他八大行星公转轨道是一样的，也呈椭圆形，太阳位于其中的一个焦点上面。因此地球在公转过程中，日地距离不断变化着。地球在轨道上距离太阳最远的一点，叫做远日点，这时日地距离为１５１８７００００千米；相反，距离太阳最近的一点，叫做近日点，这时日地距离为１４７０３００００千米。地球在公转轨道上，每年７月初通过远日点，１月初通过近日点。由于地轴有２３°２６′倾斜，所以地轴和公转轨道面有６６°３４′的夹角。而且在地球公转过程中，无论位于轨道的任何一点上，地轴倾斜方向不变，始终指向北极星，地轴在轨道上做平行移动。可见，地球是“斜着身子”公转的，这是地球公转的又一特点。地球公转的方向和自转方向一样，也是自西向东的。这种旋转方向，从北天极上空观察是逆时针的，从南天极上空观察是顺时针的。这是九大行星绕日运行的共同特点。地球公转的速度也有角速度和线速度之分。地球公转的平均角速度，大约每日１°；地球公转的平均线速度，每秒约３０千米。在近日点公转的速度较快；在远日点公转的速度较慢；由近日点向远日点运行时，逐渐变慢；由远日点向近日点运行时，逐渐变快。这是地球公转速度变化的基本规律。地球的公转周期是一年，是个恒星年，而不是回归年。恒星年是地球在公转轨道上连续两次通过某一恒星的时间间隔，为３６５日６时９分１０秒。在此期间，地球恰好公转了３６０°，所以恒星年是地球公转的真正周期。回归年是太阳在黄道上连续两次通过春分点的时间间隔，为３６５日５时４８分４６秒。在此期间，地球只公转了３５９°５９′１０″，不足３６０°，不够一圈，所以回归年不是地球公转的真正周期，这是春分点每年向西移动（退行）５０″的角距所造成的。

恒星周年视差

地球公转的证明恒星周年视差哥白尼发现了地球围绕太阳转的真理后，他的老师第谷由于没有看到恒星周年视差而感到疑惑。哥白尼死后大约３００年，有人真的发现了恒星周年视差现象，地球围绕太阳转的真理得到了进一步证实。如图３－３５，我们先在Ａ点观测Ｃ星，记下Ｃ星的方位Ｃ１；６个月后，地球转到Ｂ点，再在同一时刻观测Ｃ星，记下Ｃ星的方位Ｃ２。由此得出Ｃ星的方位差∠ＡＣＢ，这个方位差角的一半∠α，即恒星Ｃ的周年视差，好像Ｃ星一年里在天上绕一个小圈子。这不是Ｃ星在天上的周年移动，而是地球公转的结果，是地球公转的有力证明。黄道星座的周年更替有十二个著名星座分布在黄道所经过的天球大圆上，它就是黄道十二宫。它们是：白羊座、金牛座、双子座、巨蟹座、狮子座、室女座、天秤座、天蝎座、人马座、摩羯座、宝瓶座、双鱼座。这十二个星座分别与一年１２个月的夜晚相对应，每个月的夜晚更换一座，一年更替一遍。因为组成星座的天体都是恒星，它们是相对不动的，所以黄道星座的周年更替不是恒星的移动，而是地球公转的结果，也是地球公转的有力证明。北斗翻身北斗，即北斗七星。北斗的斗柄指向，随季节而变化。对此，我国古人早已指出：“斗柄指东，天下皆春；斗柄指南，天下皆夏；斗柄指西，天下皆秋；斗柄指北，天下皆冬。”北斗七星是恒星，在天上是相对不动的。斗柄指向的变化，不是北斗七星在天上的转动引起的，而是地球公转的结果。这是因为天上的方向是地上方向的反映，天地方向是一致的。如图３３６，当地球运行到春季位置时，斗柄就指东；运行到夏季位置时，斗柄就指南；运行到秋季位置时，斗柄就指西；运行到冬季位置时，斗柄就指北了。十分明显，这是由于地球公转而导致的“北斗翻身”。斗柄指向随季节而变化，这是地球公转的又一有力证明。太阳周年视运动地球围绕太阳转，这是千真万确的。可是从地球上看，好像太阳围绕地球转动，这不是太阳的真实运动，而是地球以一年为周期围绕太阳转动的结果。我们把由于地球公转而引起的太阳围绕地球的转动，叫做太阳周年视运动。如图３－３７，Ｓ代表太阳，图内圈的ａ，ｂ，ｃ，ｄ代表地球围绕太阳公转在轨道上的四个不同位置；图外圈的Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ表示由于地球公转而引起的太阳在天球上的四个不同位置，它就是黄道。可见，黄道就是太阳周年视动路线。地球公围轨道ａｂｃｄ是真实存在的，为行星绕日运行的“第三跑道”；而黄道ＡＢＣＤ是根本不存在的，而是地球公转的结果。十分明显，太阳周年视运动乃是地球公转的反映，它全面地、真实地反映了地球是怎样公转的，是最富说服力的地球公转的证明。教学建议●让学生讨论：用什么方法证明地球在自转？这是在本课程标准中对地球与宇宙单元教学提出的较高要求。学生在讨论中可能出现讨论不下去的局面，向教师提出疑难。为此，教师要做好地球自转证明的知识储备。证明地球自转的事实很多，如昼夜交替、摆动变向、落体东偏、水平运动物体方向的偏转、地球椭球体的形成等，在本书中大多做了介绍，教师可选用学生易于接受的事实，进行通俗的解说。●让学生讨论：用什么方法证明地球公转？这个问题在课程标准中虽然没有明确提出，但学生在讨论地球自转证明时，很可能会提出这个相关问题。为此，教师也要做好地球公转证明的知识储备。证明地球公转的事实也很多，如四季循环、恒星周年视差、黄道星座的周年更替、北斗翻身、太阳周年视动、太阳视径的周年变化等，在本书中也大多做了介绍。如果学生提出这个问题，教师也要选用学生易于接受的事实，做通俗的解说。●地球运动比较抽象费解，在教学中必须加强直观性，为学生创设易于想像的教学情境。为此，要通过多媒体、网络技术以及传统的天文大挂图和模拟演示实验等方面来实现。特别是简单易行的模拟演示方

法，更易于收效（见“昼夜交替”和“四季循环”的模拟实验）。２－４地球运动引起的自然现象地球自转引起的自然现象昼夜交替昼夜的成因在人类对天和地的漫长的认识史中，关于昼夜的成因，很长时间没有得到解决。从古人的种种猜想，一直到托勒密的地心说，长达４０００余年，人们一向认为太阳围绕地球转，地球是静止不动的，都把昼夜成因弄错了。直到１５４３年，伟大的天文学家哥白尼提出“日心说”之后，才真相大白，纠正了过去的错误认识，人类才弄清了昼夜的成因。由于地球是个既不发光，又不透明的受光天体，而太阳则是一个能发光的射光天体，基于这两种天体的不同性质和地球的不停地自转，就产生了昼夜交替现象。昼半球、夜半球和晨昏线由于太阳光线的定点照射，遂把地球分成昼半球和夜半球：地球向着太阳的半球，叫做昼半球；背着太阳的半球，叫做夜半球。昼半球和夜半球的分界线，叫做晨昏线，也叫晨昏圈。太阳光线是平行光线，射在昼半球中心点的太阳高度为９０°；而射在晨昏线上的太阳高度则为０°。晨昏线把地球各纬圈分成昼弧和夜弧，昼弧即白昼所占据的纬线弧长度，夜弧即黑夜所占据的纬线弧长度，两者合计为一个纬线圈———３６０°。它们的大小除赤道外均不相等，并随季节变化而此增彼减。昼弧和夜弧是测定各地昼夜长短的依据，是很有用处的。图３－３９昼半球、夜半球和晨昏球时间的演变地方时地方时就是根据太阳和本地子午线所定出的地方时刻。地球自西向东自转，东边比西边先见日出。时间的演变，是东早而西晚。地球２４小时自转一周（３６０°），每小时转过经度１５°。这样，在同一瞬间，经度不同的世界各地时刻都不一样。只要经度相差１５°，时间就相差１小时。假如世界各地都使用地方时，就会给交通、通讯等方面造成许多不便。区时为了解决地方时的弊端，统一时间标准，国际上决定了划分时区，采用区时。即每隔经度１５°算做一个时区，把全球按经度划分成２４个时区。这样，把无数个地方时统一为２４个，这就极大地简化了地球上时间的计算，使用起来就方便多了。各时区都以本区中央经线的地方时作为全区使用的共同时刻，故称为区时。例如，北京位于东八区，东经１２０°是东八区的中央经线，因此“北京时间”就是采用东经１２０°的地方时，即东八区的区时。实际上，时区的界线并非机械地按经度划分的，而是参照各国的行政区划或自然界线来划分的。例如，根据世界时区的划分，我国由西到东可划分为五个时区。为了使用上的方便，我国现在一律采用北京所在的东八区的区时作为全国统一的标准时间，这就是“北京时间”。地球公转引起的自然现象由于地轴倾斜，地球“斜着身子”公转，因而引起了太阳直射点在南北回归线之间的往复运动，进而导致正午太阳高度和昼夜长短的变化，最后形成了四季、节气和五带。正午太阳高度变化太阳光线与地平面的交角，叫做太阳高度。太阳高度是用角度来表示的，故称为太阳高度角，简称太阳高度。在一天里，惟有正午的太阳高度才具有季节上的实际意义。正午太阳高度是随纬度不同和季节变化而有规律地变化着。在同一纬度，正午太阳高度随季节而变化。例如，北京（北纬３９°５４′），夏至日正午太阳高度最大，为７３°３２′，而冬至日最小，为２６°４０′。在同一季节，正午太阳高度随纬度而变化。二分日，赤道正午太阳高度最大，由赤道向两极逐渐变小；夏至日，北回归线正午太阳高度最大，从北回归线向南、北逐渐变小；冬至日，南回归线正午太阳高度最大，从南回归线向南、北逐渐变小。这是正午太阳高度变化的基本规律。这种变化对各地的昼夜长短、气温高低和季节变化都有重要意义。昼夜长短变化地球上，从空间来讲，除了赤道之外，从时间来讲，除了二分之外，昼夜长短都有变化。夏至日太阳直射北回归线，北半球昼长夜短，北极圈内出现极昼现象。而南半球则相反，昼短夜长，南极圈内出现极夜现象。冬至日太阳直射南回归线，北半球昼短夜长，北极圈内出现极夜现象。而南半球则相反，昼长夜短，南极圈内出现极昼现象。二分日太阳直射赤道，全球昼夜相等，均为１２小时。不同纬度最长昼与最长夜时间表最长昼与最长夜时间０°１２时０分１０°１２时３５分２０°１３时１３分３０°１３时５６分４０°１４时５１分５０°１６时９分６０°３４′２４时０分７０°２个月（约）８０°４个月（约）９０°６个月（约）四季四季的划分地球上温带一年中的春夏秋冬四个季节，叫做四季。它是个半球性现象，南北半球季节相反，全球没有统一的季节。四季又是个地带性现象，只有温带才有明显的四季变化。四季既是一种天文现象又是一种气候现象，所以四季的划分既要考虑天文因素，又要考虑气候因素，这两者是紧密相连的。●根据天文因素划分四季就是以“四立”作为四季的起止点。由立春到立夏为春季，由立夏到立秋为夏季，由立秋到立冬为秋季，由立冬到翌年立春为冬季。这样划分四季具有明显的天文含义，是我国传统的划分四季的方法。但这种划分四季方法，与温带北方地区的气候不太相符。●根据气候因素划分四季就是根据各地气温的实际情况而划分的四季。具体来说，就是根据“候均温”———一候（５日）的平均气温———划分的四季。候均温高于２２℃的时期为夏季，低于１０℃的时期为冬季，介于两者之间的时期为春、秋二季。这样划分的四季，具有明显的气候标志，与各地气温实际相符合，但没有明显的天文标志。●天文、气候因素兼顾划分四季就是把天文因素和气候因素结合起来，进行划分四季。这样划分的四季是：春季，由春分到夏至，包括３月、４月、５月三个月；夏季，由夏至到秋分，包括６月、７月、８月三个月；秋季，由秋分到冬至，包括９月、１０月、１１月三个月；冬季，由冬至到翌年春分，包括１２月、１月、２月三个月。这样划分的四季，基本上作到了既有天文标志，又有气候标志，欧美各国多采用这种划分四季的方法。四季的循环四季以一年为周期，有规律地循环着。夏至日，太阳直射北回归线上。这时，北半球昼长夜短，由于太阳高度最大，日照时间又长，所以获得的热量最多，形成了炎热的夏季，而南半球相反。夏至日是太阳北移达到极限的时候，此后开始南移。到了秋分日，太阳直射赤道，此时，南北半球所获得的热量相等，温度适中，昼夜等长。北半球形成了秋季，南半球形成了春季。此后太阳仍继续南移。到了冬至日，太阳直射南回归线上。这时，北半球夜长昼短，太阳高度最小，日照时间又短，所获得的热量最少，形成了寒冷的冬季。而南半球相反。冬至日是太阳南移达到极限的时候，此后转为北移。到了翌年的春分日，太阳又直射在赤道上。这时，南北半球所获得热量又相等，温度适中，昼夜等长，北半球形成春季，南半球形成秋季。此后太阳仍继续北移，到了夏至日又直射北回归线上。这时，北半球又形成了夏季，而南半球又出现了冬季。由夏到秋，由秋到冬，由冬到春，由春又到夏，四季就是这样年复一年地循环着。节气节气就是二十四节气的简称，它是我国劳动大众和历法家的杰出创作，早在２０００多年前的汉朝就出现了。节气的成因和四季相同。所谓节气，实际上就是四季变化的再分段，所以节气的划分就是把一年中地球在轨道上的位置变化（即太阳在黄道上的位置变化）所引起的地面气候和昼夜长短的变化规律与全过程，分成二十四个阶段，每段相隔半个月，分别列在１２个月里。划分节气的具体方法是：把地球轨道（或黄道）的一圈（３６０°）分成２４份，每份１５°为一个节气，合成二十四节气。每个月有两个节气，在月初的叫做节气，在月中（偏下）的叫做中气。但在习惯上，通称节气。十二个节气是：立春、惊蛰、清明、立夏、芒种、小暑、立秋、白露、寒露、立冬、大雪、小寒。十二个中气是：雨水、春分、谷雨、小满、夏至、大暑、处暑、秋分