《自然科学基础》第十一章

01地球的形状与大小人类对地球形状认识的历史地球的形状地球的大小

早在公元前500多年，毕达哥拉斯从哲学观点出发，认为球形是最完美的形状，因而提出地球为球状的臆测。公元前300年，亚里士多德看到月食时地球投到月亮上的影子是弧形等现象，提出了地球为球状的科学证据。在我国，早在公元前2000年就出现过大地球形的传说，而第一个明确主张大地球形的则是东汉时期的张衡，他在《浑天仪图注》中说：“浑天如鸡子，天体圆如弹丸，地如鸡中黄……天之包地，如壳之裹黄。”但这一见解当时却很少人接受。直到公元1522年，麦哲伦及其伙伴完成绕地球一周的航行之后，人们才确立了地球为球体的概念。十七世纪中叶以前，人们一直把地球看作是正球形体，随着科学技术的发展，人们认识到地球的形状很不规则，不能用简单的几何形状来表示。更确切地说，地球具有独特的形体。从宇宙空间观看地球，它既不像梨，也不像橘子或鸡蛋，倒像一个滚圆的球。人们利用宇宙飞船和同步卫星在36000km高空的实际观测，已把地球的真面貌拍摄下来了，如图11-1所示。图11-1从人造地球卫星上拍摄的地球极半径：是从地心到北极或南极的距离，6356.8km（两极的差极小，可以忽略）。2赤道半径：是从地心到赤道的距离，6378.1km。3平均半径：6371km。这个数字是地心到地球表面所有各点距离的平均值。5体积：10832亿立方千米。4赤道周长：约40000km。6质量：5.9742×1021t。1近年来，通过人造地球卫星从宇宙空间对地球进行探测，获得了有关地球大小的更精确数据。目前，表示地球大小的几个数值如下：纬度和经度地图的类型02绘制我们的世界在地球仪上作许多与地轴相垂直的平面，使之与地面相割，在球面上呈现出许多相互平行的圆圈，这就是纬线或纬圈，如图11-2所示。所有纬圈互相平行，指示东西方向，但大小不一，其中以地球中心为圆心的纬圈最大，为赤道。赤道把地球分为南北两个半球。图11-2纬线与纬度、经线与经度1．纬线与纬度纬线以纬度来度量。纬度是一种角度，是一个面与一条线的交角。其中的面是地球赤道平面，是纬度度量的起点；其中的线是任意一条纬线上面一点到地心的连线，是纬度度量的终点。所有通过地轴的平面，都和地球表面相交而成为圆，这就是经线圈，也叫子午圈，如图11-2所示。所有经线圈都通过两极，并且都是以地球中心为圆心的相同的大圆。每个经线圈由两条连接南北两极的、相对应的半圆弧组成，这个半圆弧叫做经线，也叫子午线。所有经线都呈南北方向，长度也彼此相等。1884年，天文学家确定通过英国伦敦格林威治天文台原址的那条经线称为0°经线，也叫本初子午线。2．经线与经度3．地理坐标度量地球上任何地点的位置，要在地理坐标中完成。这个坐标系的横轴是赤道，纵轴是本初子午线；经度和纬度是两个地理坐标，它不但表示每一地点的位置，而且表示地点与地点之间的方向和距离。墨卡特投影也称圆柱投影，在墨卡特投影中，地球球面上的点和线被投影到一张圆柱形的纸上，如图11-3所示。因此，在墨卡特投影的地图上，纬线和经线都是平行的直线。当经线在地图上被投影为平行线的时候，靠近极地的地表将会被放大。因此，在墨卡特投影中，地表的形状是真实的，但面积是有出入的。

（一）地图投影1．墨卡特投影图11-3墨卡特投影圆锥投影是将地球球面上的点和线投影到一个圆锥上，如图11-4所示。这个圆锥在一个特定的纬度上与地球球面相切，沿着这条纬线，地表的面积和形状几乎没有变形，但是在接近圆锥顶部和底部的区域变形非常明显。

（一）地图投影2．圆锥投影图11-4圆锥投影球心投影是将地球球面上的点和线投影一张与球面相切于一点的纸上形成的，如图11-5所示。球心投影使得地表上的方向和距离都发生变形，但是在长距离飞行和航海中，球心投影非常有用。

（一）地图投影3．球心投影图11-5球心投影

（二）地形图地形图是指地表起伏形态和地物位置、形状在水平面上的投影图。地形图表现了地表海拔的变化，还表示山脉、河流、桥梁等各种地表特征。地形图用线条、符号和颜色表示海拔的变化和地表特征。在地形图上，海拔是用等高线来表示的，如图11-6所示。图11-6等高线地形图

（三）图例与比例尺图例是指在地图上表示地理环境各要素，如山脉、河流、城市、铁路等所用的符号。这些符号所表示的意义常注明在地图的边角上。图例是表达地图内容的基本形式和方法，是现代地图的语言，是读图和用读所借助的工具。1．图例比例尺是表示图上距离比实地距离缩小或扩大的程度，公式为：比例尺=图上距离/实际距离。比例尺有三种表示方法，即数字式、线段式和文字式，三种表示方法可以互换。2．比例尺地球的内部圈层地球的外部圈层03地球的圈层结构

地球内部结构是指地球内部的分层结构。科学家只能通过研究地震波来揭示地球内部的秘密。地震发生时，地下岩石受到强烈冲击，产生弹性震动，并以波的形式向四周传播，这种弹性波叫地震波。地震波可分为纵波和横波，纵波和横波的传播速度都随着所通过物质的性质而变化。根据地震波的传播速度在地球内部有规律的变化，人们将地球内部划分为地壳、地幔和地核三个圈层，如图11-7所示。图11-7地球内部圈层示意图地壳是由岩石组成的固体外壳，是地球固体圈层的最外层，岩石圈的重要组成部分。整个地壳平均厚度约17km，其中大陆地壳厚度较大，平均为33km；高山、高原地区地壳更厚，最高可达70km；平原、盆地地壳相对较薄；大洋地壳则远比大陆地壳薄，厚度只有几千米。地壳分为上下两层，如图11-8所示。图11-8地壳结构示意1．地壳2．地幔地幔是地球内部的中间层，厚度约2865km，主要由致密的造岩物质构成，这是地球内部体积最大、质量最大的一层。地幔又可分成上地幔和下地幔两层。上地幔和地壳很相似，它们共同组成岩石圈，岩石圈的平均厚度为100km。3．地核地核是地球的核心，从下地幔的底部一直延伸到地球核心部位，距离约为3473km。地核的总质量为1.88×1021t，占整个地球质量的31.5%，体积占整个地球的16.2%。地核的体积比太阳系中的火星还要大。

1．大气圈大气圈是指包围着地球的气体圈层，即空气。大气圈含有大约78%的氮和21%的氧，剩下的1%气体中含有水汽、氩、二氧化碳和其他痕量气体。大气圈是地球的重要组成部分，它是地球上大部分生物呼吸所必需的，它保护地球上的居民们免受太阳辐射的伤害，使地球上的温度保持在适合生物生存的范围内。

2．水圈海洋、湖泊、河流和冰川的水体以及大气圈中的水体一起构成了地球的水圈，它主要呈液态及部分固态。地球上水圈的主体是大洋，海水的分布占全球面积的71%，海水是咸水，咸水的质量占水圈的97.2%，而淡水只占2.8%。图11-10所示为地球表面各类水体所占百分比。图11-10地球表面各类水体所占百分比

3．生物圈生物圈包括地球上所