什么是地球

什么是地球
09-04-09  匿名提问 发布
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    白马过驹

    《地理》高中上册2004年人教版15页就讲“地球的自转”,这种讲法已是400年没变,从哥白尼到牛顿,又到21世纪,无人不知地球23小时56分4秒自转一周。可在如此简单的真理背后,没人告诉我们下一个为什么,即为什么地球会自转?为什么地球会偏着头转?而金星为什么要反转?天王星为什么要睡着转?冥王星为何要同自己的卫星查龙面对面地旋转?不弄清地球与其它行星的旋转动力来源,光年复一年地背诵地球自转的周期与转轴倾角有个屁用!你讲不清楚不要紧,可你得告诉学生,说你不知道地球自转的动力是怎么来的,你应该让学生有个深入思考的目标啊,怎么能长期回避这个科学问题呢?60
    年代,我读中学时就问过当时的老师,他说你上了大学就知道了,文革时期大学停办了,我买了原华东师大地理系主任金祖孟教授的《地球概论》,也在回避这个问题。文革后第一次高考,我有幸到上海上大学,某星期天,我背了一书包手稿到金祖孟教授的家里当面向他请教,他先问我读过美国芒克的《地球自转》没有,我说读过3遍,但芒克把全球火车对地球自转的影响都算进来了,却遗漏了万古奔腾的洋流,他也回避了这个问题。金教授最后也没说出个所以然,使我相当失望。后来金教授坐了我国地理学界的第一把交椅,80-90年代的中学《地理》课本全由他作最后审定,可这几十间的《地理》课本依然不谈地球自转的动力来源。1997年,我到北大地球物理系找到王仁教授(科学院院士),他是搞“地球动力学的第一权威”,王老师说他只研究潮汐对地球自转的影响,整个地球自转的动力问题可能是个哲学问题。该系钱祥麟、王邵武、地质系董申堡(院士)也没有很准确的答案。倒是一批哲学家认为这个问题很简单,他们说康德早在200多年前就把这个问题解决了,所有行星自转的动力都来自原始星云中的牛顿惯性,其实,这批哲学家根本就没读牛顿的原著,康德算哪根葱?这位德国古典哲学的创始人基本是个科盲。
    各位同学,下面是本人30多年的思考总结,发表在《地球大揭秘》第一章,能否有一定参考作用,请你们审定,你们才是历史与真理的最后审定者。
    第一章地球自转的动力
    著者认为:
    “地球在自转”不等于“地球自己转”,康德――拉普拉斯关于地球自转动 力来源于地球内部的“星云假说”误导了地球科学。地球无故不会转,它内部没有动力!现地球之所以24小时自转一周,是因为它在以每小时10万多公里的速度绕日公转,且途中遇到太阳风的侧面推力,使高空产生等离子西风环流,高空西风又推动地面西风和向东涌的洋流,进而推动地球自西向东旋转。
    一、地球在自转≠地球自己转
    今天人们所说的“地球自转”,只是在描述地球自身绕日运行的姿态,它相对于太阳的位置而言,每24小时旋转一周;相对于恒星的位置而言,每23小时56分旋转一周,这是现行时间标量的依据,是太阳日和恒星日日长的由来,也是地球出现朝、昼、暮、夜的原因。“地球自转”这一概念揭示的是“地球在自转”这一自然现象。 其实,古希腊的费罗劳斯、海西塔斯等人早已提出过地球自转的猜想,中国战国时代《尸子》一书中就已有“天左舒,地右辟”的论述,而对这一自然现象的证实和它被人们所接受,则是在1543年哥白尼日心说提出之后。
    然而,地球为什么会自转 自转的原因是什么 自转的动力从哪里获得 为什么选择现在的方向、姿态、速度自转 这些都是现代科学至今没有解决的问题。它不是要求去重复说明“地球在自转”这种已被证实的自然现象,而是要求弄清地球自转现象背后的原因,要求弄清地球自转的动力来源及其制约因素。
    “地球自己转”已经是在说明地球自转的原因,它要肯定的是:地球自转的动力在于“自己”,在于地球内部而不是外部,在于自身具有的内力而不是外力。否定“地球自己转”并不是否定“地球在自转”这一现象,而是否定地球内部有推动自己旋转的动力,如同水磨旋转的动力并不在于磨体内部一样。故“地球在自转”不等于“地球自己转”,它们是两个不同的概念,若把两者等同起来,便是一种“误等”。
    二、“误等”误导了分支科学
    几个世纪以来,人们似乎习惯于把“地球在自转”的现象归结为是地球自身的行为,并未更多地意识到这两个概念的不同,也没仔细质疑过“地球自己转”的动力来源。一代代人大胆地在“地球自己转”这一基础上,开垦着一块块分支科学的园地,其中地质力学、大气动力学等,把地球自转所产生的角动量、惯性、科里奥利效应等,引为自身的力源;天体物理学用“地球自己转”的原理,去解释其它行星、天体的运动;哲学家们据此概括出“事物运动的动力都存在于事物内部”这样的普遍规律;还有的分支学科运用这一原理“圆满地”解释过其它自然现象。在这样的气氛下,谁若撬“地球自己转”这块基石,难免会触动一系列分支学科发生连锁地震,科学界必群起而攻之。
    问题是,由“误等”误导的这些科学分支已经走到非常困难的境地。如气象学一直以为,风就是由于“地球自己转”而产生纬向环流的,而金星243天才自转一周,它却有比地球更大的纬向风,又作何解释 地质力学认为,山脉是地壳跟不上“地球自己转”的转速而向西滑动堆挤而成的,那么金星自己几乎不转,它地表上两条巨大的山系和大峡谷是怎么来的 另外抱给你一个地球,把它放在太空同样的轨道上,它会自转吗 到底地球自己转还是不转的问题,已经尖锐地提到现代科学的面前,无法回避。
    三、虚构的“星云说”
    科学并没有做错题,结论与事实不符的原因在于被康德――拉普拉斯星云说所误导。自哥白尼证实地球在自转这一现象后,人们就开始探索地球自转的动因。300年前的牛顿力学便精确地描述了地球的自转及其进动,但牛顿并未从物理学上论及地球自转的动力来源,而是简单地把它归因为上帝的“第一推动”。
    1755年,康德在《宇宙发展史――根据牛顿定理试论整个宇宙的结构及其力学起源》一书中,虚构出一种“原始星云”,地球在这种星云的引力收缩中诞生,于是保留着收缩时所产生的旋转惯性,从此永恒地按牛顿惯性定律旋转,“地球自己转”的动力是地球形成时与生俱来的,地球自转的原因在于地球物质自身的引力,力源在地球内部,地核的旋转角速度应大于地壳。 随着拉普拉斯把这套虚构的假说数学化,康德―拉普拉斯星云说诞生,“地球自己转”被公认为是“地球在自转”现象的原因,并成为战胜上帝推动说的有力武器。
    当然,琼斯―捷费利斯的碰撞潮汐说、施米特的俘获说、本纳季的新灾变说等,在地球旋转惯性的最初来源问题上提出过不同看法和推导,但在地球自转的力源问题上与康德并无两样,即地球内部一直保留着某种原始的旋转惯性。这些假说的推论过程有一个共同特点,即第一大前提都是虚构的,没有观测和实验的证据。
    科学不能建立在无法实验验证的假说基础之上,康德――拉普拉斯星云假说是不可靠的,不能作为科学立论的基础?銮遥档滤茉斓脑夹窃聘揪筒淮嬖凇H绻?0亿年前有 原始星云,50亿光年远处就不会有星光
    传来,因为星云是不发光的。现既然有星光传来,说 明那里没有星云。同理,50亿年后,那里的人类看到咱们太阳的星光时,也说我们这里曾是 原始星云,你信吗?
    四、地球无故不会转
    还是抱给你一个地球,把它放在同样的轨道上,它会不会转呢 也许你认为,若不预先给它一个旋转惯量,它就不会转。那你可错了,又在重复宇航时代初期的思路。 60年代,原苏联与美国曾向太空发射探测太阳辐射的人造卫星,让镜头固定地对准太阳并绕太阳公转,可出人意料的是,卫星在太空胡翻乱滚,镜头东摇西晃,根本无法给太阳拍照。卫星内部没有康德式引力收缩,也没预先给定一个旋转惯量,卫星为何无故而转呢 一次次失败使科学家们对传统的太空观念产生了怀疑,太空除引力、磁力之外,必还有第三种力,不然,太空中的物体,包括地球,无故自己不会转。
    五、太空第三种力
    70年代,太空探测发现太阳在刮“风”!即太阳表面的等离子体微粒流在向四面八方猛吹,在地球轨道附近实测平均风速约为450公里/秒,有时达到770公里/秒。微粒流中绝大多数是氢原子核,其次是氦核及少量其它元素的原子核。 这些带电粒子流在地球轨道空间呼啸而过,对阻拦它们前进的一切障碍都会给予一定冲力,它把太空探测器吹得左旋右转,把彗星的气体和尘埃从彗头吹出,形成几千万公里长的彗发,把地球磁层吹变形,迎风面被挤压在约8万公里半径之内,而避风面却延长到200多万公里之遥。
    地球磁层实际就是地球磁场俘获的等离子微粒圈层,由于它的屏蔽作用,高速撞来的太阳风质子流便停止在它的外沿,形成所谓“激波”。太阳风中每个氢原子核撞弢r /> ??地球等离子圈层的力可由牛顿第二运动定律求得。
    F=ma
    一个氢原子核的质量m为1 .67×10 -27 公斤,a为它的加速度,a=(v-v 0)/t,如这个氢原子核撞向地球等离子层后,其速度v在1秒钟内从460公里/秒变为0,那么a就为460000米/秒 2,由此而知这个氢原子核作用于地球等离子圈层的力为7 68×10 -22 牛顿。 地球等离子圈层(磁层)半径约31万公里,其最大截面面积约3×10 21 厘米 2,已知地球轨道附近太阳风的密度约每厘米 3含5个氢原子核,那么每1秒钟内撞向地球等离子圈层的氢原子核数将为6 .9×10 29 个,由此可求出太阳风每秒钟作用于地球等离子圈层的总推力为5. 3亿牛顿。这个力相当于使5 3亿吨的物体每秒钟获得1毫米的加速度,而整个地球等离子大气的质量不超过6000吨,故向日面的等离子大气完全在太阳风力的支配之中。因等离子体浮在地球大气之上,大气是等离子体的载体,太阳风对等离子圈层的这个压力必然向下传递,使大气圈层也产生相应的形变。 据气象学对地球大气的测定,地球大气总重量约5300万亿吨,而背日面大气通常比向日面大气厚1/10。也就是说,背日面大气比向日面大气重530万亿吨?悸歉呖盏拇笃浅O”。旨俣ㄋ拇笃芏戎幌嗟钡涂沾笃陌偻蚍种唬幢橙彰娴拇笃槐认蛉彰娴拇笃兀?.3亿吨。如果太空没有一个外力,大气应该平衡地分布在地球质心的两侧,那么这5. 3亿吨的外力是从哪里来的呢 显然是太阳风力,是太阳风通过带电粒子压迫地球等离子层,而间接作用于地球大气的结果。
    太阳风是太空中的第三种力,像一只看不见的巨掌推顶着地球,当然,由于地球的质量太大,它无法把地球推出轨道,但它恒久地作用于地球的一侧,必然影响地球在太空的行走姿态,地球自转必然与太阳风力有关。
    六 5 .3亿吨的无形负荷
    如果地球静止在太空,那么太阳风的风力再大,其压力F 1、F 2(如图1――――本机无法贴图)都平衡地作用在地球质心的两侧,它能把地球沿X轴方向向右推出,但无法把地球推转。 事实上,地球并没有停止在太空,而是以每小时10万公里的高速绕着太阳公转,对于一个运动着的天体来说,情况就不同了,太阳风的压力偏在Y轴的左侧,这就必然产生一个力矩。从理论上说,一个飘浮在太空的物体是没有摩擦阻力的,只要有哪怕仅1公斤的力矩,也能扳动一个巨大天体的转柄,因为1公斤的外力就已经打破了天体围绕质心的平衡。
    〖TPK1,+63mm。85mm,BP#〗
    〖TS(〗〖JZ〗〖HT5”H〗图〓1〖HT〗〖TS)〗
    <br>
    由于太阳风粒子流的质点运动方向与地球公转轨道的角度接近90°,而且恒久地作用在向日面一侧,故可设太阳风的合力作用在C点,且压力为5 3亿吨,而C点的物质随O点沿Y轴高速前进时,这个横向压力就成为C点纵向前进时的摩擦阻力,相当于左半球被一个气体刹车瓦包住或外加了一个5 3亿吨的无形负荷。同水面滚动 的气球一样,球皮与水面的接触点就是滚动摩
    擦点,相当于C点。 一旦C点附近出现一个摩擦阻力,就会使左半球作减速运动,无阻力的右半球仍在惯性作 用下按原速沿Y轴运动。假如右半球的惯性力集中在A点、方向与Y轴相
    同、力F刚好为5.3亿牛顿,力臂r取地球赤道半径的一半,即取3189公里,A点力矩M便由下式可得:
    M=r×F
    =3189000米×5 .3亿牛顿
    =1 .7×10 15 米?牛顿
    这个力矩M使A点总是快于地球公转前进的平均速度,导致地球绕地轴O点作逆时针圆周运动,即从北极看,自西向东旋转。
    七、旋转的等离子风轮
    数数夏夜的流星,也许有人会问,哪来这么多石块向地球大气层坠落呢 其实,地球所行走的空间除有无数石块、冰块、沙粒、尘埃之外,还有大量游离的等离子气团飘浮在太空。人在马路上疾行,会感到有风拂面,这个迎面风是由于人向前行走产生的,且叫它“行走风”。地球在太空高速“行走”,太空中的游离气团也会迎面而来,产生地球的行走风,地球行走风与Y轴平行,但方向相反,同太阳风相互垂直,共同作用于地球,见图2。
    〖TPK2,+69mm。90mm,BP#〗
    〖TS(〗〖JZ〗〖HT5”H〗图〓2〖HT〗〖TS)〗
    行走风对地球最外层的等离子气体圈层形成一定压力,把D区的大气向B区压、导致OD一面的 气层薄,OB一边的气层厚,即OB>OD。 太阳风对地球最外气层形成更大的压力,
    把C区的大气向E区压,导致OC一面的气层比OE一面的薄,即OE>OC。 比较这两股风力对地球等离子风轮的影响,太阳风的风速是450公里/秒,而行走风的风速才29 .8公里/秒,行走风比太阳风的风速小十几倍。另外,行走风只是偶然地、局部地、一阵阵地碰向地球的外层大气,而太阳风则是恒久地、全面地、连续地作用于地球,故太阳风是推动地球风轮的主力。
    由于太阳风的压力更大,它对地球气轮的运动起决定作用。因CD区的大气受力面积要比CB区小,故太阳风作用于CB区的压力要比CD区大。地球质心两边的力臂长短不一,OB>OD,两侧受力失衡,故地球气轮出现逆时针旋转的趋势。 由于靠近B点的等离子离地心远,地心引力小,故更易被太阳风吹向A区,而一旦CB区的大气向BA区挤压,A区大气就会在重力作用下向AE段运动,OBAE一区的大气压力就大于ODE区,大气向D区移动,DC段的大气又向CB段填充,整个地球气轮开始旋转,成为地球的等离子风轮。
    八、风轮裹着地球转
    即使太阳风有5 .3亿吨的压力,也还不到地球质量的万亿分之一,直接用该力来说明地球这个巨大刚体的旋转,显然是无稽之谈。前面把太阳风力作为扭动地球转柄的外力矩,只是一种设定。事实上,太阳风力不可能直接作用于地球刚体,它通过风轮和水轮间接地把力传递给地球,最终导致地球自转。 随着等离子层高度的降低,等离子体比重增大,大气密度增高,到50~500公里高度内,基本上全是高空稀薄大气层了。这一稀薄大气层是等离子层的载体,等离子西风风轮的旋转,必然粘滞它作同向环流。实测证明,50公里以上的稀薄大气层,全部由西向东作纬向环流。它已是计算导弹弹道的一个重要因子,即“高空西风因子”,它的平均风速约900米/秒,但由于大气非常稀薄,它的风是急而无力的。
    50公里以下的低空大气是高空稀薄大气的载体,高空西风因子又粘滞低空大气作全球性西风环流,这样便启动了整个地球的风轮。风力由外圈向内圈传递,形成包围整个地球的西风系统,地球悬浮在旋转着的风轮中,风轮裹着地球同它一起自西向东旋转,如图3所示。
    地球表面70%是海洋,海洋是地球的水圈,是大气的主要载体,大气西风环流必然会吹动粘滞洋面作同向环流。事实上,地球上的洋流全是由风力所支配的,如环南极西风漂流,便在常年西风吹动下永不停歇地自西向东涌流。如果地球上没 有陆

    地,那么,海水就会在西风系统驱赶下作全球性纬向环流。 海水向东涌流,当然会粘滞海底、推涌海岸向东旋转。地球最大水域中的太平洋西风洋流便每时每刻都在把科迪勒拉山系向东推涌,这条全球最长的海岸山系便成为地球的最大转柄。太阳风就这样通过风轮、水轮抓住了地球这个刚体的转柄,地球就这样被一级一级地推动着自西向东旋转。
    〖TPK3,+64mm。82mm,BP#〗
    〖TS(〗〖JZ〗〖HT5”H〗图〓3〖HT〗〖TS)〗
    九、地球转速公式
    当地球被启动、加速、旋转起来之后,若速度得不到控制,它必然会像超速飞轮那样崩裂,而现在地球的转速是怎样被控制的呢 地球自转的力源既然来自“两风”,而行走风的风力取决于地球公转速度,那么太阳风力和地球绕日公转的速度就决定着地球自转的速度,也就是说,地球自转的速度V与太阳风力F和公转速度U的积成正比。
    V=F×U
    如果V>F?U,那就必须减速,如果V<F?U,就必须加速,这样才能维持自转速度与“两风”力矩的平衡。而“两风”并不直接把力传给地球,它们对地球自转速度的控制,仍然是通过西风和洋流来执行的。
    〖TPK4,+70mm。58mm,BP#〗
    〖TS(〗〖JZ〗〖HT5”H〗图〓4〖HT〗〖TS)〗
    图4说明,南、北中纬地区的西风及西流大于地转线速度,西风和西流把地球往东推,欲给地球加速。而赤道区的西风和西流流速小于地转线速度,成为“负西风”。这如同顺风行驶的汽车,车速超过风速后,顺风便转化为逆风一样。现赤道地面的东风带就是“负西风”转化而来的,太平洋、大西洋的赤道东风洋流也是由“负西流”转化而来的,赤道东风和赤道东风洋流把地球向西推涌,欲使地球减速。
    如果人为地给地球加速,那就会遇到赤道东风和赤道东风洋流的更大阻力。如果使地球转 慢,那又会遇到南北两条西风带及其西风洋流的更大推力。地球就在这南北两道推
    力和一条赤道拉力中寻求平衡,使自转的速度保持在“两推一拉”的合力之中。地球的转速在风轮和水轮的直接控制之下,它不能随意选择或改变自己的转速。
    十、“风吹地转说”
    太阳风推动地球自转的立论,宼br /> ?全建立在已观测的证据基础之上,它能完满地解释大气、海洋、地质等学科所面临的疑难,真实地反映地球运动的状态。?然而,冥王星不转,天王星睡着转,金星反转,水星慢转,这些行星自转现象如何解释呢?地球又为什么会公转?公转速度又如何控制?……这些问题不解决,地球自转的动因仍然无法落锤。可庆幸的是,70年代以来卓有成效的行星探测,已经为解决这些问题积累了大量观测数据,这些资料会促使人们去重新评判当代行星起源的假说。下篇将对这些问题逐一提述,它将消除我们对“太阳风造成地球旋转”原理的任何怀疑。
    现把这一原理归纳如下:地球自转的动力来源于外部,是太阳风和行走风的合力启动了地球的风轮和水轮,地球在风轮和水轮直接驱动下自西向东旋转。地球自己不能转,也不能不转,怎样转,转快转慢,都取决于外部各圈层的矢量和合力,这就是“地球在自转”现象的真正原因。为与“地球自 己转”的理论相区别,我把它简要地称为“风吹地转说”。
    有读友会产生这样的想法,太空中吹出的肥皂泡在周围气流作用下,照样会自转,这么简单的原理还能称为“地球大揭秘”? 我非常理解这样的读者,因为著者也曾有过类似的想法,全世界那么多大科学家,连这点道理都没曾想过?而事实是令人遗憾的,他们没有提出这样的问题,他们没有确切地告诉我们地球自转的动力来源。无论你参加过多少次国际、国内关于地球动力学学术会议,除了能听到类似康德的老调外,就是美国人芒克(《地球自转》作者)的算式。

    09-04-09 | 添加评论 | 打赏

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    wo壹壹

    我们生活的地方,就叫地球

    09-04-09 | 添加评论 | 打赏

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    chaoshui123

    《地理》高中上册2004年人教版15页就讲“地球的自转”,这种讲法已是400年没变,从哥白尼到牛顿,又到21世纪,无人不知地球23小时56分4秒自转一周。可在如此简单的真理背后,没人告诉我们下一个为什么,即为什么地球会自转?为什么地球会偏着头转?而金星为什么要反转?天王星为什么要睡着转?冥王星为何要同自己的卫星查龙面对面地旋转?不弄清地球与其它行星的旋转动力来源,光年复一年地背诵地球自转的周期与转轴倾角有个屁用!你讲不清楚不要紧,可你得告诉学生,说你不知道地球自转的动力是怎么来的,你应该让学生有个深入思考的目标啊,怎么能长期回避这个科学问题呢?60
    年代,我读中学时就问过当时的老师,他说你上了大学就知道了,文革时期大学停办了,我买了原华东师大地理系主任金祖孟教授的《地球概论》,也在回避这个问题。文革后第一次高考,我有幸到上海上大学,某星期天,我背了一书包手稿到金祖孟教授的家里当面向他请教,他先问我读过美国芒克的《地球自转》没有,我说读过3遍,但芒克把全球火车对地球自转的影响都算进来了,却遗漏了万古奔腾的洋流,他也回避了这个问题。金教授最后也没说出个所以然,使我相当失望。后来金教授坐了我国地理学界的第一把交椅,80-90年代的中学《地理》课本全由他作最后审定,可这几十间的《地理》课本依然不谈地球自转的动力来源。1997年,我到北大地球物理系找到王仁教授(科学院院士),他是搞“地球动力学的第一权威”,王老师说他只研究潮汐对地球自转的影响,整个地球自转的动力问题可能是个哲学问题。该系钱祥麟、王邵武、地质系董申堡(院士)也没有很准确的答案。倒是一批哲学家认为这个问题很简单,他们说康德早在200多年前就把这个问题解决了,所有行星自转的动力都来自原始星云中的牛顿惯性,其实,这批哲学家根本就没读牛顿的原著,康德算哪根葱?这位德国古典哲学的创始人基本是个科盲。
    各位同学,下面是本人30多年的思考总结,发表在《地球大揭秘》第一章,能否有一定参考作用,请你们审定,你们才是历史与真理的最后审定者。
    第一章地球自转的动力
    著者认为:
    “地球在自转”不等于“地球自己转”,康德――拉普拉斯关于地球自转动 力来源于地球内部的“星云假说”误导了地球科学。地球无故不会转,它内部没有动力!现地球之所以24小时自转一周,是因为它在以每小时10万多公里的速度绕日公转,且途中遇到太阳风的侧面推力,使高空产生等离子西风环流,高空西风又推动地面西风和向东涌的洋流,进而推动地球自西向东旋转。
    一、地球在自转≠地球自己转
    今天人们所说的“地球自转”,只是在描述地球自身绕日运行的姿态,它相对于太阳的位置而言,每24小时旋转一周;相对于恒星的位置而言,每23小时56分旋转一周,这是现行时间标量的依据,是太阳日和恒星日日长的由来,也是地球出现朝、昼、暮、夜的原因。“地球自转”这一概念揭示的是“地球在自转”这一自然现象。 其实,古希腊的费罗劳斯、海西塔斯等人早已提出过地球自转的猜想,中国战国时代《尸子》一书中就已有“天左舒,地右辟”的论述,而对这一自然现象的证实和它被人们所接受,则是在1543年哥白尼日心说提出之后。
    然而,地球为什么会自转 自转的原因是什么 自转的动力从哪里获得 为什么选择现在的方向、姿态、速度自转 这些都是现代科学至今没有解决的问题。它不是要求去重复说明“地球在自转”这种已被证实的自然现象,而是要求弄清地球自转现象背后的原因,要求弄清地球自转的动力来源及其制约因素。
    “地球自己转”已经是在说明地球自转的原因,它要肯定的是:地球自转的动力在于“自己”,在于地球内部而不是外部,在于自身具有的内力而不是外力。否定“地球自己转”并不是否定“地球在自转”这一现象,而是否定地球内部有推动自己旋转的动力,如同水磨旋转的动力并不在于磨体内部一样。故“地球在自转”不等于“地球自己转”,它们是两个不同的概念,若把两者等同起来,便是一种“误等”。
    二、“误等”误导了分支科学
    几个世纪以来,人们似乎习惯于把“地球在自转”的现象归结为是地球自身的行为,并未更多地意识到这两个概念的不同,也没仔细质疑过“地球自己转”的动力来源。一代代人大胆地在“地球自己转”这一基础上,开垦着一块块分支科学的园地,其中地质力学、大气动力学等,把地球自转所产生的角动量、惯性、科里奥利效应等,引为自身的力源;天体物理学用“地球自己转”的原理,去解释其它行星、天体的运动;哲学家们据此概括出“事物运动的动力都存在于事物内部”这样的普遍规律;还有的分支学科运用这一原理“圆满地”解释过其它自然现象。在这样的气氛下,谁若撬“地球自己转”这块基石,难免会触动一系列分支学科发生连锁地震,科学界必群起而攻之。
    问题是,由“误等”误导的这些科学分支已经走到非常困难的境地。如气象学一直以为,风就是由于“地球自己转”而产生纬向环流的,而金星243天才自转一周,它却有比地球更大的纬向风,又作何解释 地质力学认为,山脉是地壳跟不上“地球自己转”的转速而向西滑动堆挤而成的,那么金星自己几乎不转,它地表上两条巨大的山系和大峡谷是怎么来的 另外抱给你一个地球,把它放在太空同样的轨道上,它会自转吗 到底地球自己转还是不转的问题,已经尖锐地提到现代科学的面前,无法回避。
    三、虚构的“星云说”
    科学并没有做错题,结论与事实不符的原因在于被康德――拉普拉斯星云说所误导。自哥白尼证实地球在自转这一现象后,人们就开始探索地球自转的动因。300年前的牛顿力学便精确地描述了地球的自转及其进动,但牛顿并未从物理学上论及地球自转的动力来源,而是简单地把它归因为上帝的“第一推动”。
    1755年,康德在《宇宙发展史――根据牛顿定理试论整个宇宙的结构及其力学起源》一书中,虚构出一种“原始星云”,地球在这种星云的引力收缩中诞生,于是保留着收缩时所产生的旋转惯性,从此永恒地按牛顿惯性定律旋转,“地球自己转”的动力是地球形成时与生俱来的,地球自转的原因在于地球物质自身的引力,力源在地球内部,地核的旋转角速度应大于地壳。 随着拉普拉斯把这套虚构的假说数学化,康德―拉普拉斯星云说诞生,“地球自己转”被公认为是“地球在自转”现象的原因,并成为战胜上帝推动说的有力武器。
    当然,琼斯―捷费利斯的碰撞潮汐说、施米特的俘获说、本纳季的新灾变说等,在地球旋转惯性的最初来源问题上提出过不同看法和推导,但在地球自转的力源问题上与康德并无两样,即地球内部一直保留着某种原始的旋转惯性。这些假说的推论过程有一个共同特点,即第一大前提都是虚构的,没有观测和实验的证据。
    科学不能建立在无法实验验证的假说基础之上,康德――拉普拉斯星云假说是不可靠的,不能作为科学立论的基础?銮遥档滤茉斓脑夹窃聘揪筒淮嬖凇H绻?0亿年前有 原始星云,50亿光年远处就不会有星光
    传来,因为星云是不发光的。现既然有星光传来,说 明那里没有星云。同理,50亿年后,那里的人类看到咱们太阳的星光时,也说我们这里曾是 原始星云,你信吗?
    四、地球无故不会转
    还是抱给你一个地球,把它放在同样的轨道上,它会不会转呢 也许你认为,若不预先给它一个旋转惯量,它就不会转。那你可错了,又在重复宇航时代初期的思路。 60年代,原苏联与美国曾向太空发射探测太阳辐射的人造卫星,让镜头固定地对准太阳并绕太阳公转,可出人意料的是,卫星在太空胡翻乱滚,镜头东摇西晃,根本无法给太阳拍照。卫星内部没有康德式引力收缩,也没预先给定一个旋转惯量,卫星为何无故而转呢 一次次失败使科学家们对传统的太空观念产生了怀疑,太空除引力、磁力之外,必还有第三种力,不然,太空中的物体,包括地球,无故自己不会转。
    五、太空第三种力
    70年代,太空探测发现太阳在刮“风”!即太阳表面的等离子体微粒流在向四面八方猛吹,在地球轨道附近实测平均风速约为450公里/秒,有时达到770公里/秒。微粒流中绝大多数是氢原子核,其次是氦核及少量其它元素的原子核。 这些带电粒子流在地球轨道空间呼啸而过,对阻拦它们前进的一切障碍都会给予一定冲力,它把太空探测器吹得左旋右转,把彗星的气体和尘埃从彗头吹出,形成几千万公里长的彗发,把地球磁层吹变形,迎风面被挤压在约8万公里半径之内,而避风面却延长到200多万公里之遥。
    地球磁层实际就是地球磁场俘获的等离子微粒圈层,由于它的屏蔽作用,高速撞来的太阳风质子流便停止在它的外沿,形成所谓“激波”。太阳风中每个氢原子核撞弢r /> ??地球等离子圈层的力可由牛顿第二运动定律求得。
    F=ma
    一个氢原子核的质量m为1 .67×10 -27 公斤,a为它的加速度,a=(v-v 0)/t,如这个氢原子核撞向地球等离子层后,其速度v在1秒钟内从460公里/秒变为0,那么a就为460000米/秒 2,由此而知这个氢原子核作用于地球等离子圈层的力为7 68×10 -22 牛顿。 地球等离子圈层(磁层)半径约31万公里,其最大截面面积约3×10 21 厘米 2,已知地球轨道附近太阳风的密度约每厘米 3含5个氢原子核,那么每1秒钟内撞向地球等离子圈层的氢原子核数将为6 .9×10 29 个,由此可求出太阳风每秒钟作用于地球等离子圈层的总推力为5. 3亿牛顿。这个力相当于使5 3亿吨的物体每秒钟获得1毫米的加速度,而整个地球等离子大气的质量不超过6000吨,故向日面的等离子大气完全在太阳风力的支配之中。因等离子体浮在地球大气之上,大气是等离子体的载体,太阳风对等离子圈层的这个压力必然向下传递,使大气圈层也产生相应的形变。 据气象学对地球大气的测定,地球大气总重量约5300万亿吨,而背日面大气通常比向日面大气厚1/10。也就是说,背日面大气比向日面大气重530万亿吨?悸歉呖盏拇笃浅O”。旨俣ㄋ拇笃芏戎幌嗟钡涂沾笃陌偻蚍种唬幢橙彰娴拇笃槐认蛉彰娴拇笃兀?.3亿吨。如果太空没有一个外力,大气应该平衡地分布在地球质心的两侧,那么这5. 3亿吨的外力是从哪里来的呢 显然是太阳风力,是太阳风通过带电粒子压迫地球等离子层,而间接作用于地球大气的结果。
    太阳风是太空中的第三种力,像一只看不见的巨掌推顶着地球,当然,由于地球的质量太大,它无法把地球推出轨道,但它恒久地作用于地球的一侧,必然影响地球在太空的行走姿态,地球自转必然与太阳风力有关。
    六 5 .3亿吨的无形负荷
    如果地球静止在太空,那么太阳风的风力再大,其压力F 1、F 2(如图1――――本机无法贴图)都平衡地作用在地球质心的两侧,它能把地球沿X轴方向向右推出,但无法把地球推转。 事实上,地球并没有停止在太空,而是以每小时10万公里的高速绕着太阳公转,对于一个运动着的天体来说,情况就不同了,太阳风的压力偏在Y轴的左侧,这就必然产生一个力矩。从理论上说,一个飘浮在太空的物体是没有摩擦阻力的,只要有哪怕仅1公斤的力矩,也能扳动一个巨大天体的转柄,因为1公斤的外力就已经打破了天体围绕质心的平衡。
    〖TPK1,+63mm。85mm,BP#〗
    〖TS(〗〖JZ〗〖HT5”H〗图〓1〖HT〗〖TS)〗
    <br>
    由于太阳风粒子流的质点运动方向与地球公转轨道的角度接近90°,而且恒久地作用在向日面一侧,故可设太阳风的合力作用在C点,且压力为5 3亿吨,而C点的物质随O点沿Y轴高速前进时,这个横向压力就成为C点纵向前进时的摩擦阻力,相当于左半球被一个气体刹车瓦包住或外加了一个5 3亿吨的无形负荷。同水面滚动 的气球一样,球皮与水面的接触点就是滚动摩
    擦点,相当于C点。 一旦C点附近出现一个摩擦阻力,就会使左半球作减速运动,无阻力的右半球仍在惯性作 用下按原速沿Y轴运动。假如右半球的惯性力集中在A点、方向与Y轴相
    同、力F刚好为5.3亿牛顿,力臂r取地球赤道半径的一半,即取3189公里,A点力矩M便由下式可得:
    M=r×F
    =3189000米×5 .3亿牛顿
    =1 .7×10 15 米?牛顿
    这个力矩M使A点总是快于地球公转前进的平均速度,导致地球绕地轴O点作逆时针圆周运动,即从北极看,自西向东旋转。
    七、旋转的等离子风轮
    数数夏夜的流星,也许有人会问,哪来这么多石块向地球大气层坠落呢 其实,地球所行走的空间除有无数石块、冰块、沙粒、尘埃之外,还有大量游离的等离子气团飘浮在太空。人在马路上疾行,会感到有风拂面,这个迎面风是由于人向前行走产生的,且叫它“行走风”。地球在太空高速“行走”,太空中的游离气团也会迎面而来,产生地球的行走风,地球行走风与Y轴平行,但方向相反,同太阳风相互垂直,共同作用于地球,见图2。
    〖TPK2,+69mm。90mm,BP#〗
    〖TS(〗〖JZ〗〖HT5”H〗图〓2〖HT〗〖TS)〗
    行走风对地球最外层的等离子气体圈层形成一定压力,把D区的大气向B区压、导致OD一面的 气层薄,OB一边的气层厚,即OB>OD。 太阳风对地球最外气层形成更大的压力,
    把C区的大气向E区压,导致OC一面的气层比OE一面的薄,即OE>OC。 比较这两股风力对地球等离子风轮的影响,太阳风的风速是450公里/秒,而行走风的风速才29 .8公里/秒,行走风比太阳风的风速小十几倍。另外,行走风只是偶然地、局部地、一阵阵地碰向地球的外层大气,而太阳风则是恒久地、全面地、连续地作用于地球,故太阳风是推动地球风轮的主力。
    由于太阳风的压力更大,它对地球气轮的运动起决定作用。因CD区的大气受力面积要比CB区小,故太阳风作用于CB区的压力要比CD区大。地球质心两边的力臂长短不一,OB>OD,两侧受力失衡,故地球气轮出现逆时针旋转的趋势。 由于靠近B点的等离子离地心远,地心引力小,故更易被太阳风吹向A区,而一旦CB区的大气向BA区挤压,A区大气就会在重力作用下向AE段运动,OBAE一区的大气压力就大于ODE区,大气向D区移动,DC段的大气又向CB段填充,整个地球气轮开始旋转,成为地球的等离子风轮。
    八、风轮裹着地球转
    即使太阳风有5 .3亿吨的压力,也还不到地球质量的万亿分之一,直接用该力来说明地球这个巨大刚体的旋转,显然是无稽之谈。前面把太阳风力作为扭动地球转柄的外力矩,只是一种设定。事实上,太阳风力不可能直接作用于地球刚体,它通过风轮和水轮间接地把力传递给地球,最终导致地球自转。 随着等离子层高度的降低,等离子体比重增大,大气密度增高,到50~500公里高度内,基本上全是高空稀薄大气层了。这一稀薄大气层是等离子层的载体,等离子西风风轮的旋转,必然粘滞它作同向环流。实测证明,50公里以上的稀薄大气层,全部由西向东作纬向环流。它已是计算导弹弹道的一个重要因子,即“高空西风因子”,它的平均风速约900米/秒,但由于大气非常稀薄,它的风是急而无力的。
    50公里以下的低空大气是高空稀薄大气的载体,高空西风因子又粘滞低空大气作全球性西风环流,这样便启动了整个地球的风轮。风力由外圈向内圈传递,形成包围整个地球的西风系统,地球悬浮在旋转着的风轮中,风轮裹着地球同它一起自西向东旋转,如图3所示。
    地球表面70%是海洋,海洋是地球的水圈,是大气的主要载体,大气西风环流必然会吹动粘滞洋面作同向环流。事实上,地球上的洋流全是由风力所支配的,如环南极西风漂流,便在常年西风吹动下永不停歇地自西向东涌流。如果地球上没 有陆

    地,那么,海水就会在西风系统驱赶下作全球性纬向环流。 海水向东涌流,当然会粘滞海底、推涌海岸向东旋转。地球最大水域中的太平洋西风洋流便每时每刻都在把科迪勒拉山系向东推涌,这条全球最长的海岸山系便成为地球的最大转柄。太阳风就这样通过风轮、水轮抓住了地球这个刚体的转柄,地球就这样被一级一级地推动着自西向东旋转。
    〖TPK3,+64mm。82mm,BP#〗
    〖TS(〗〖JZ〗〖HT5”H〗图〓3〖HT〗〖TS)〗
    九、地球转速公式
    当地球被启动、加速、旋转起来之后,若速度得不到控制,它必然会像超速飞轮那样崩裂,而现在地球的转速是怎样被控制的呢 地球自转的力源既然来自“两风”,而行走风的风力取决于地球公转速度,那么太阳风力和地球绕日公转的速度就决定着地球自转的速度,也就是说,地球自转的速度V与太阳风力F和公转速度U的积成正比。
    V=F×U
    如果V>F?U,那就必须减速,如果V<F?U,就必须加速,这样才能维持自转速度与“两风”力矩的平衡。而“两风”并不直接把力传给地球,它们对地球自转速度的控制,仍然是通过西风和洋流来执行的。
    〖TPK4,+70mm。58mm,BP#〗
    〖TS(〗〖JZ〗〖HT5”H〗图〓4〖HT〗〖TS)〗
    图4说明,南、北中纬地区的西风及西流大于地转线速度,西风和西流把地球往东推,欲给地球加速。而赤道区的西风和西流流速小于地转线速度,成为“负西风”。这如同顺风行驶的汽车,车速超过风速后,顺风便转化为逆风一样。现赤道地面的东风带就是“负西风”转化而来的,太平洋、大西洋的赤道东风洋流也是由“负西流”转化而来的,赤道东风和赤道东风洋流把地球向西推涌,欲使地球减速。
    如果人为地给地球加速,那就会遇到赤道东风和赤道东风洋流的更大阻力。如果使地球转 慢,那又会遇到南北两条西风带及其西风洋流的更大推力。地球就在这南北两道推
    力和一条赤道拉力中寻求平衡,使自转的速度保持在“两推一拉”的合力之中。地球的转速在风轮和水轮的直接控制之下,它不能随意选择或改变自己的转速。
    十、“风吹地转说”
    太阳风推动地球自转的立论,宼br /> ?全建立在已观测的证据基础之上,它能完满地解释大气、海洋、地质等学科所面临的疑难,真实地反映地球运动的状态。?然而,冥王星不转,天王星睡着转,金星反转,水星慢转,这些行星自转现象如何解释呢?地球又为什么会公转?公转速度又如何控制?……这些问题不解决,地球自转的动因仍然无法落锤。可庆幸的是,70年代以来卓有成效的行星探测,已经为解决这些问题积累了大量观测数据,这些资料会促使人们去重新评判当代行星起源的假说。下篇将对这些问题逐一提述,它将消除我们对“太阳风造成地球旋转”原理的任何怀疑。
    现把这一原理归纳如下:地球自转的动力来源于外部,是太阳风和行走风的合力启动了地球的风轮和水轮,地球在风轮和水轮直接驱动下自西向东旋转。地球自己不能转,也不能不转,怎样转,转快转慢,都取决于外部各圈层的矢量和合力,这就是“地球在自转”现象的真正原因。为与“地球自 己转”的理论相区别,我把它简要地称为“风吹地转说”。
    有读友会产生这样的想法,太空中吹出的肥皂泡在周围气流作用下,照样会自转,这么简单的原理还能称为“地球大揭秘”? 我非常理解这样的读者,因为著者也曾有过类似的想法,全世界那么多大科学家,连这点道理都没曾想过?而事实是令人遗憾的,他们没有提出这样的问题,他们没有确切地告诉我们地球自转的动力来源。无论你参加过多少次国际、国内关于地球动力学学术会议,除了能听到类似康德的老调外,就是美国人芒克(《地球自转》作者)的算式。

    09-04-09 | 添加评论 | 打赏

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    黄阿飞

    地球(Earth)

    太阳系八大行星之一,国际名称为“该娅”(盖娅(Gaea),希腊神话中的大地之神,所有神灵中德高望重的显赫之神。是希腊神话中最早出现的神,在开天辟地时,由卡厄斯(Chaos)所生。她是宙斯的祖母,盖娅生了天空,天神乌拉诺斯(Ouranos or Uranus),并与他结合生了六男六女,十二个泰坦巨神及三个独眼巨人和三个百臂巨神,是世界的开始,而所有天神都是她的子孙后代。至今,西方人仍然常以“盖娅”代称地球。 ),按离太阳由近及远的次序数是第三颗。它有一颗天然的卫星---月球,二者组成一个天体系统---地月系统。

    地球自西向东自转,同时又围绕太阳公转。地球自转与公转运动的结合使其产生了地球上的昼夜交替和四季变化(地球自转和公转的速度是不均匀的)。同时,由于受到太阳、月球、和附近行星的引力作用以及地球大气、海洋和地球内部物质的等各种因素的影响,地球自转轴在空间和地球本体内的方向都要产生变化。地球自转产生的惯性离心力使得球形的地球由两极向赤道逐渐膨胀,成为目前的略扁的旋转椭球体,极半径比赤道半径短约21千米。

    阿波罗飞船在月球上看到地球是由一系列的同心层组成。地球内部有核(地核)、幔(地幔)、壳(地壳)结构。地球外部有水圈和大气圈,还有磁层,形成了围绕固态地球的美丽外套。

    地球作为一个行星,远在56亿年以前产生于原始太阳星云。

    地球的基本参数

    扁率因子: 298.257

    平均密度: 5.52克/厘米3

    赤道半径: ae = 6378136.49 米

    极半径: ap = 6356755.00 米

    平均半径: a = 6371001.00 米

    赤道重力加速度: ge = 9.780327 米/秒2

    平均自转角速度: ωe = 7.292115 × 10-5 弧度/秒

    扁率: f = 0.003352819

    质量: M⊕ = 5.9742 ×1024 公斤

    地心引力常数: GE = 3.986004418 ×1014 米3/秒2

    平均密度: ρe = 5.515 克/厘米3

    太阳与地球质量比: S/E = 332946.0

    太阳与地月系质量比: S/(M+E) = 328900.5

    公转时间: T = 365.2422 天

    离太阳平均距离: A = 1.49597870 × 1011 米

    公转速度: v = 11.19 公里/秒

    表面温度: t = - 30 ~ +45

    表面大气压: p = 1013.250毫巴

    表面重力加速度(赤道): 978.0厘米/秒2

    表面重力加速度(极地): 983.2厘米/秒2

    自转周期: 23时56分4秒(平太阳时)

    公转轨道半长径: 149597870千米

    公转轨道偏心率: 0.0167

    公转周期: 1恒星年

    黄赤交角: 23度26分

    地球海洋面积: 361745300平方公里

    地壳厚度: 80.465公里

    地幔深度: 2808.229公里

    地核半径: 3482.525公里

    表面积 : 510067866平方公里

    人们对于地球的结构直到最近才有了比较清楚的认识。整个地球不是一个均质体,而是具有明显的圈层结构。地球每个圈层的成分、密度、温度等各不相同。在天文学中,研究地球内部结构对于了解地球的运动、起源和演化,探讨其它行星的结构,以至于整个太阳系起源和演化问题,都具有十分重要的意义。

    地球各圈层结构

    地球圈层分为地球外圈和地球内圈两大部分。地球外圈可进一步划分为四个基本圈层,即大气圈、水圈、生物圈和岩石圈;地球内圈可进一步划分为三个基本圈层,即地幔圈、外核液体圈和固体内核圈。此外在地球外圈和地球内圈之间还存在一个软流圈,它是地球外圈与地球内圈之间的一个过渡圈层,位于地面以下平均深度约150公里处。这样,整个地球总共包括八个圈层,其中岩石圈、软流圈和地球内圈一起构成了所谓的固体地球。对于地球外圈中的大气圈、水圈和生物圈,以及岩石圈的表面,一般用直接观测和测量的方法进行研究。而地球内圈,目前主要用地球物理的方法,例如地震学、重力学和高精度现代空间测地技术观测的反演等进行研究。地球各圈层在分布上有一个显著的特点,即固体地球内部与表面之上的高空基本上是上下平行分布的,而在地球表面附近,各圈层则是相互渗透甚至相互重叠的,其中生物圈表现最为显著,其次是水圈。

    大气圈

    大气圈是地球外圈中最外部的气体圈层,它包围着海洋和陆地。大气圈没有确切的上界,在2000 ~ 16000 公里高空仍有稀薄的气体和基本粒子。在地下,土壤和某些岩石中也会有少量空气,它们也可认为是大气圈的一个组成部分。地球大气的主要成份为氮、氧、氩、二氧化碳和不到0.04%比例的微量气体。地球大气圈气体的总质量约为5.136×1021克,相当于地球总质量的百万分之0.86。由于地心引力作用,几乎全部的气体集中在离地面100公里的高度范围内,其中75%的大气又集中在地面至10公里高度的对流层范围内。根据大气分布特征,在对流层之上还可分为平流层、中间层、热成层等。

    水圈

    水圈包括海洋、江河、湖泊、沼泽、冰川和地下水等,它是一个连续但不很规则的圈层。从离地球数万公里的高空看地球,可以看到地球大气圈中水汽形成的白云和覆盖地球大部分的蓝色海洋,它使地球成为一颗"蓝色的行星"。地球水圈总质量为1.66×1024克,约为地球总质量的3600分之一,其中海洋水质量约为陆地(包括河流、湖泊和表层岩石孔隙和土壤中)水的35倍。如果整个地球没有固体部分的起伏,那么全球将被深达2600米的水层所均匀覆盖。大气圈和水圈相结合,组成地表的流体系统。

    生物圈

    由于存在地球大气圈、地球水圈和地表的矿物,在地球上这个合适的温度条件下,形成了适合于生物生存的自然环境。人们通常所说的生物,是指有生命的物体,包括植物、动物和微生物。据估计,现有生存的植物约有40万种,动物约有110多万种,微生物至少有10多万种。据统计,在地质历史上曾生存过的生物约有5-10亿种之多,然而,在地球漫长的演化过程中,绝大部分都已经灭绝了。现存的生物生活在岩石圈的上层部分、大气圈的下层部分和水圈的全部,构成了地球上一个独特的圈层,称为生物圈。生物圈是太阳系所有行星中仅在地球上存在的一个独特圈层。

    岩石圈

    对于地球岩石圈,除表面形态外,是无法直接观测到的。它主要由地球的地壳和地幔圈中上地幔的顶部组成,从固体地球表面向下穿过地震波在近33公里处所显示的第一个不连续面(莫霍面),一直延伸到软流圈为止。岩石圈厚度不均一,平均厚度约为100公里。由于岩石圈及其表面形态与现代地球物理学、地球动力学有着密切的关系,因此,岩石圈是现代地球科学中研究得最多、最详细、最彻底的固体地球部分。由于洋底占据了地球表面总面积的2/3之多,而大洋盆地约占海底总面积的45%,其平均水深为4000~5000米,大量发育的海底火山就是分布在大洋盆地中,其周围延伸着广阔的海底丘陵。因此,整个固体地球的主要表面形态可认为是由大洋盆地与大陆台地组成,对它们的研究,构成了与岩石圈构造和地球动力学有直接联系的"全球构造学"理论。

    软流圈

    在距地球表面以下约100公里的上地幔中,有一个明显的地震波的低速层,这是由古登堡在1926年最早提出的,称之为软流圈,它位于上地幔的上部即B层。在洋底下面,它位于约60公里深度以下;在大陆地区,它位于约120公里深度以下,平均深度约位于60~250公里处。现代观测和研究已经肯定了这个软流圈层的存在。也就是由于这个软流圈的存在,将地球外圈与地球内圈区别开来了。

    地幔圈

    地震波除了在地面以下约33公里处有一个显著的不连续面(称为莫霍面)之外,在软流圈之下,直至地球内部约2900公里深度的界面处,属于地幔圈。由于地球外核为液态,在地幔中的地震波S波不能穿过此界面在外核中传播。P波曲线在此界面处的速度也急剧减低。这个界面是古登堡在1914年发现的,所以也称为古登堡面,它构成了地幔圈与外核流体圈的分界面。整个地幔圈由上地幔(33~410公里深度的B层,410~1000公里深度的C层,也称过渡带层)、下地幔的D′层(1000~2700公里深度)和下地幔的D〃层(2700~2900公里深度)组成。地球物理的研究表明,D〃层存在强烈的横向不均匀性,其不均匀的程度甚至可以和岩石层相比拟,它不仅是地核热量传送到地幔的热边界层,而且极可能是与地幔有不同化学成分的化学分层。

    外核液体圈

    地幔圈之下就是所谓的外核液体圈,它位于地面以下约2900公里至5120公里深度。整个外核液体圈基本上可能是由动力学粘度很小的液体构成的,其中2900至4980公里深度称为E层,完全由液体构成。4980公里至5120公里深度层称为F层,它是外核液体圈与固体内核圈之间一个很簿的过渡层。

    固体内核圈

    地球八个圈层中最靠近地心的就是所谓的固体内核圈了,它位于5120至6371公里地心处,又称为G层。根据对地震波速的探测与研究,证明G层为固体结构。地球内层不是均质的,平均地球密度为5.515克/厘米3,而地球岩石圈的密度仅为2.6~3.0克/厘米3。由此,地球内部的密度必定要大得多,并随深度的增加,密度也出现明显的变化。地球内部的温度随深度而上升。根据最近的估计,在100公里深度处温度为1300°C,300公里处为2000°C,在地幔圈与外核液态圈边界处,约为4000°C,地心处温度为 5500 ~ 6000°C。

    形状和大小

    中国古代对天地的认识有所谓浑天说。东汉张衡在《浑天仪图注》里写道:“天体圆如弹丸,地如鸡中黄……天之包地犹壳之裹黄。”地球是圆的这个概念在远古就已模糊地存在了 。723 年唐玄宗派一行和南宫说等人 ,在今河南省选定同一条子午线上的 13 个地点 ,测量夏至的日影长度和北极的高度 ,得到子午线一度之长为351里80步 ( 唐代的度和长度单位 )。折合现代的尺度就是纬度 一度长132.3千米,相当于地球半径为7600千米 ,比现代的数值约大20%。这是地球尺度最早的估计( 埃及人的测量更早 一些,但观测点不在同 一 子午线上 ,而且长度单位核算标 准不详,精度无从估计)。

    精确的地形测量只是到了牛顿发现万有引力定律之后才有可能,而地球形状的概念也逐渐明确。地球并非是很规则的正球体。它的表面可以用一个扁率不大的旋转椭球面来极好地逼近。扁率e为椭球长短轴之差与长轴之比 ,是表示地球形状的一个重要参量。经过多年的几何测量、天文测量以至人造地球卫星测量,它的数值已经达到很高的精度。这个椭球面不是真正的地球表面,而是对地面的一个更好的科学概括,用来作为全球各地大地测量的共同标准,所以也叫做参考椭球面 。按照 这个参考椭球面 ,子午圈上一平均度是111.1千米 ,赤道上一平均度是111.3千米 。在参考椭球面上重力势能是相等的,所以在它上面各点的重力加速度是可以计算的,公式如下:

    g0=9.780318(1+0.0053024sin2j-0.0000059sin2j)米/秒2, 式中g0是海拔为零时的重力加速度,j是地理纬度 。知道了地球形状、重力加速度和万有引力常数G=6.670×10-11牛顿·米2/千克2,可以计算出地球的质量M为 5.976×1027克。

    自转

    由于地球转动的相对稳定性 ,人类生活历来都利用它作为计时的标准,简单地说,地球绕太阳公转一周的时间叫做一年,地球自转一周的时间叫做一日。然而由于地球外部和内部的原因,地球的转动其实是很复杂的。地球自转的复杂性表现在自转轴方向的变化和自转速率即日长的变化。

    自转轴方向的变化中,最主要的是自转轴在空间绕黄道轴缓慢旋进,造成春分点每年向西移动50.256〃的岁差。这是日、月对地球赤道突出部分吸引的结果。其次是地球自转轴相对于地球本身的位置变化,造成了地面各点的纬度变化。这种变化主要有两种成分 :一种以一年为周期 ,振幅约为0.09〃,是大气和海水等季节性变化所引起的,是一种强迫振动;另一种成分以14个月为周期,振幅约为0.15〃,是地球内部变化所引起的,叫做张德勒摆动,是一种自由振动 。此外还有一些较小的自由振动。

    转速的变化造成日长的变化。主要有3类 :长期变化是减速的,使日长每百年增加1 ~ 2毫秒 ,是潮汐摩擦的结果;季节性变化最大可使日长变化0.6毫秒 ,是气象因素引起的;

    不规则的短期变化,最大可使日长变化4毫秒 ,是地球内部变化的结果。

    表面形态和地壳运动

    地球的表面形态是极复杂的,有绵亘的高山,有广袤的海盆,还有各种尺度的构造。

    地表的各种形态主要不是外力造成的,它们来源于地壳的构造运动。地壳运动的起因至少有以下几种设想:①地球的收缩或膨胀。许多地学家认为地球一直在冷却收缩,因而造成巨大的地层褶皱和断裂。然而观测表明,地面流出去的热量和地球内部因放射性物质的衰变而生出的热量是同量级的。也有人提出地球在膨胀的论据。这个问题现在尚无定论。②地壳均衡。在地壳以下的某一定深度,单位面积上的载荷有一种倾向于均等的趋势。地面上的巨大高差为地下深部横向物质流动所调节。③板块大地构造假说——地球最上层约八、九十千米厚的岩石层是由几块巨大的板块组成的。这些板块相互作用和相对运动就产生地面上一切大地构造现象 。板块运动的动力来自何处,现在还不清楚,但不少人认为地球内部物质的对流起了决定性的作用。

    电磁性质

    地磁场并不指向正南。11世纪中国的《梦溪笔谈》就有记载。地磁偏角随地而异。真正地磁场的形态是很复杂的。它有显著的时间变化,最大的变化幅度可达到总地磁场的千分之几或更高。变化可分为长期的和短期的。长期变化来源于地球内部的物质运动;短期变化来源于电离层的潮汐运动和太阳活动的变化。在地磁场中,用统计平均或其他方法将短期变化消去后就得到所谓基本地磁场。用球谐分析的方法可以证明基本地磁场有99%以上来源于地下,而相当于一阶球谐函数部分约占80%,这部分相当于一个偶极场,它的北极坐标是北纬78.5°,西经69.0°。短期变化分为平静变化和干扰变化两大类。平静变化是经常出现的,比较有规律并有一定的周期,变化的磁场强度可达几十纳特 ;干扰变化有时是全球性的 ,最大幅度可达几千纳特 ,叫做磁暴。

    基本磁场也不是完全固定的,磁场强度的图像每年向西漂移0.2°~0.3°,叫做西向漂移。这就指出地磁场的产生可能是地球内部物质流动的结果。现在普遍认为地球核主要是铁镍组成的(还包含少量的轻元素)导电流体,导体在磁场中运动便产生电流。这种电磁流体的耦合产生一种自激发电机的作用,因而产生了地磁场。这是当前比较最为人接受的地磁场成因的假说。

    当岩浆在地磁场中降温而凝固成岩石时,便受到地磁场磁化而保留少许的永久磁性,称为热剩磁。大多数岩浆岩都带有磁性,其方向和成岩时的地磁场方向一致。由相同时代的不同岩石标本可以确定成岩时地球磁极的位置。但由不同地质时代的岩石标本所确定的地磁极位置却是不同的。这就给大陆漂移的假说提供了一个有力的证据。人们还发现,在某些地质时代成岩的岩石,磁化方向恰好和现代的地磁场方向相反。这是由于地球在形成之后,地磁场曾多次自己反向的结果。按照自激发电机地磁场成因假说,这种反向是可以理解的。地磁场的短期变化可以感应地下电流,而地下电流又引起地面的感应磁场。地下电流同地下物质的电导率有关,因而可由此估计地球内部的电导率分布。然而计算是复杂的,而且解答不单一。现在所能取得的一致意见是电导率随深度而增加,在60~100千米深度附近增加很快 。在400~700千米的深处,电导率又有明显的变化,此处相当于地幔中的过渡层(又叫C层)。

    温度和能源

    地面从太阳接受的辐射能量每年约有10焦耳,但绝大部分又向空间辐射回去,只有极小一部分穿入地下很浅的地方。浅层的地下温度梯度约为每增加30米,温度升高1℃ ,但各地的差别很大 。由温度梯度和岩石的热导率可以计算热流 。由地面向外流 出的热量 ,全球平均值约为6.27 微焦耳/厘米秒 ,由地面流出的总热能约为10.032×1020焦耳/年。

    地球内部的一部分能源来自岩石所含的放射性元素铀 、钍、钾。它们在岩石中的含量近年来总在不断地修正,有人估计地球现在每年由长寿命的放射性元素所释放的能量约为9.614×1020焦耳 ,与地面热流很相近 ,不过这种估计是极其粗略的,含有许多未知因素。另一种能源是地球形成时的引力势能,假定地球是由太阳系中的弥漫物质积聚而成的 。这部分能量估计有25×1032焦耳 ,但在积聚过程中有一大部分能量消失在地球以外的空间 ,有一小部分 ,约为1×1032焦耳,由于地球的绝热压缩而积蓄为地球物质的弹性能。假设地球形成时最初是相当均匀的,以后才演变成为现在的层状结构,这样就会释放出一部分引力势能,估计约为2×1030焦耳。这将导致地球的加温。地球是越转越慢的。地球自形成以来,旋转能的消失估计大约有1.5×1031焦耳,还有火山喷发和地震释放的能量,但其数量级都要小得多。

    地面附近的温度梯度不能外推到几十千米深度以下。地下深处的传热机制是极其复杂的,由热传导的理论去估计地球内部的温度分布,常得不到可信的结果。但根据其他地球物理现象的考虑,地球内部某些特定深度的温度是可以估计的。结果如下:①在100千米的深度 ,温度接近该处岩石的熔点,约为1100~1200℃;②在400千米和650千米的深度,岩石发生相变 ,温度各约在1500℃和1900℃ ;③ 在核幔边界,温度在铁的熔点之上,但在地幔物质的熔点之下,约为3700℃;④在外核与内核边界 ,深度为5100千米 ,温度约为4300℃,地球中心的温度,估计与此相差不多。

    内部结构

    地球的分层结构基本上是按地震波( P和S )的传播速度划分的。地球上层有显著的横向不均匀性:大陆地壳和海洋地壳的厚度大不相同,海水只覆盖着2/3的地面。

    地震时,震源辐射出两种地震波,纵波P和横波S。它们各以不同的速度向四围传播经过不同的时间到达地面上不同的地点。若在地面上记录到P和S的传播时间随震中距离的变化,就可以推算地下不同深度地震波的传播速度υp和υs。

    地球内部的分层就是由地震波速度分布定义的,在海水之下,地球最上层叫做地壳,厚约几十千米。地壳以下直对地核,这部分统称为地幔。地幔内部又有许多层次。地壳与

    地幔的边界是一个明显的间断面 ,称为M界面或莫霍界面 。界面以下约到会80千米的深度,速度变化不大,这部分叫做盖层。再往下,速度变化不大,这部分叫做盖层。再往下 ,速度明显降低 ,直到约220千米深度才又回升 。这部分叫低速带。以下直到2891千米深度叫做下地幔。核幔边界是一个极明显的间断面。进入地核 ,S波消失 ,所以地球外核是液体。到了5149.5千米的深度 ,S波又出现,便进入了地球内核。

    由地球的速度和密度的分布可以计算出地球内部的两个弹性常数、压力和重力加速度的分布。在地幔中,重力加速度g的变化很小 ,只是过了核幔边界才向地心递减至零 。在核幔边界处的压力为1.36兆巴,在地心处为3.64兆巴。

    内部物质组成

    地震波的速度和密度分布对于地球内部的物质组成是一个限制条件 。地球核有约 90%是由铁镍合金组成的,但还含有约法三章10%的较轻物质;可能是硫或氧。关于地幔的矿物组成,现在还存在分歧意见。地壳中的岩石矿物是由地幔物质分异而成的。火山活动和地幔物质的喷发表明地幔的主要矿物是橄榄岩。地震波速度的数据表明在内400、500、和谐500千米的深度,波速的梯度很大 。这可解释为矿物相变的结果。在内400千米的深处 ,橄榄石相变为尖晶石的结构,而辉石则熔入石榴石 。在家500千米的深度,辉石也分解为尖晶石和超石英的结构 。在先650千米深度下,这些矿物都为钙钛矿和氧化物结构 。在下地幔最下的200千米中,物质密度有显著增加。这个区域有无铁元素的富集还是一个有争论的问题。还有,越外天气越冷,里面是岩浆,在100摄氏度左右

    起源和演化

    地球的起源和演化问题实际上也就是太阳系的起源和演化问题。早期的假说主要分两大派:以康德和拉普拉斯为代表的渐变派和以G.L.L.布丰为代表的灾变派 。渐变派认为太阳系是由高温的旋转气体逐渐冷却而成的;灾变派主张太阳系是由此及彼2个或3个恒星发生碰撞或近距离吸引而产生的。早期的假说主要企图解释一些天文事实,如行星轨道的规律性,内行星和外行星的区别。太阳系中角动量的分布等。在全面解释上述观测事实时,两派都遇到不可克服的因难。

    从20世纪40年代中期起,人们逐渐倾向于太阳系起源于低温的固体尘埃的观点。较早的倡议者有魏茨泽克、施米特和尤里。他们认为行星不是由高温气体凝固而成,而是由温度不高的固体尘物质积聚而成的。

    地球形成时基本上是各种石质物体和尘、气的混合物积聚而成的。初始地球的平均温度估计不超过去时1000℃。由于长寿命放射性无素的衰变和引力势能的释放,地球的温度逐渐升高。当温度超过铁的熔点时,原始地球中的铁元素就化成液态,由于密度大就流向地球的中心部分,从而形成了地核。地球内部温度继续升高,使地幔局部熔化,引起了化学分异,促进了地壳形成。

    海洋和大气都不是地球形成时就有的,而是次生的。因为原始地球不可能保持大气和水 。海洋是地球内部增温和分异的结果。原始大气是从地球内部放出的,是还原性的。直到绿色植物出现后,大气中才逐渐积累了自由氧,在漫长的地质年代中逐渐形成现在的大气(见地球起源)。

    地球的年龄

    如果定义为原始地球形成后到现在的时间,则由岩石和矿物所含的放射性同位素可以测定。但是这样做时,仍免不了对地球的初始状态做一些假定,根据岩石矿物中和陨石中铅同位素的精密分析,现在一般都接受的地球年龄约为46亿年。

    地球上一共有多少个国家?

    世界上共有224个国家和地区,其中国家为193个,地区为31个。

    09-04-09 | 添加评论 | 打赏

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