地球

地球

地球

美国阿波罗17号宇航员在前往月球途中拍摄的“蓝色弹珠”地球照片(1972年12月7日,非原始照片)
轨道参数
历元 J2000[n 1]
远日点
152,100,000 km(94,500,000 mi)
1.0167AU) [n 2]
近日点
147,095,000 km(91,401,000 mi)
0.9832687 AU) [n 2]
半长轴
149,598,023 km(92,955,902 mi)
1.000001018 AU) [1]
离心率 0.0167086[1]
轨道周期
365.256363004 日[2]
1.0000174209儒略年
平均轨道速度
29.78 km/s(18.50 mi/s)[3]
107,200 km/h(66,600 mph)
平近点角 358.617°
轨道倾角
升交点黄经 −11.26064°[3]至J2000黄道
近日点参数 114.20783°[3]
卫星 月球,以及多于1381个人造卫星[5][n 3]
物理特征
平均半径 6,371.0 km(3,958.8 mi)[6]
赤道半径 6,378.1 km(3,963.2 mi)[7][8]
半径 6,356.8 km(3,949.9 mi)[9]
扁率 0.0033528[10]
1/298.257222101(ETRS89英语ETRS89
周长 40,075.017 km(24,901.461 mi)赤道[8]
40,007.86 km(24,859.73 mi)子午线[11][n 4]
表面积 510,072,000 km2(196,940,000 sq mi)
[12][13][n 5]
体积 1.08321×1012 km3英语Volume of the Earth
2.59876×1011 cu mi[3]
质量 5.97237×1024 kg
1.31668×1025 lb[14]
3.0×10−6 太阳质量
平均密度 5.514 g/cm3(0.1992 lb/cu in)[3]
表面重力 9.807 m/s2(32.18 ft/s2[15]
g
11.186 km/s(6.951 mi/s)[3]
恒星周期
0.99726968 d[16]
(23h 56m 4.100s)
赤道自转速度 1,674.4 km/h(1,040.4 mph)[17]
转轴倾角 23.4392811°[2]
反照率
表面温度 最低 平均 最高
开氏 184 K[18] 288 K[19] 330 K[20]
摄氏 −89.2 °C 15 °C 56.7 °C
华氏 −128.5 °F 59 °F 134 °F
大气特征
表面气压 101.325 kPaMSL
成分

地球太阳系八大行星之一,与太阳的距离(由近至远)位列第三。地球是太阳系中密度最高的行星,也是类地行星直径质量最大的。地球是目前宇宙中存在已知生命的唯一天体,也是人类和数百万种生物的共同家园[3]

地球通过引力与太阳和月球等其他太空中的天体发生相互作用。地球有两种运动形式——自转公转。以恒星参考系,地球自转一圈称为一个恒星日,公转一圈称为一个恒星年,而若以太阳为参考系,地球自转一圈则称为一个太阳日。目前,相对恒星而言,地球绕太阳公转一周需要进行约366.26次自转,因此1个恒星年约相当于365.26个太阳日[n 6]。地球的公转轨道平面称为黄道面,自转轨道面称为赤道面,二面转轴倾角称为“黄赤交角”,目前约为23度26分。黄赤交角使得地球存在季节变化,四季轮回一次称为一个回归年[n 7][22][23]月球是地球唯一的天然卫星,其与地球的引力作用使得地球的转轴方向趋于稳定,并使地球自转速率逐渐减慢;此外,月球的引力亦为地球海洋潮汐现象的主要成因[24]

地球的岩石圈分为数个坚硬的地质板块,在漫长的地质年代中漂移于地表。地球表面71%的面积为所覆盖[25][26],余下的29%为陆地,分为数个大洲和众多岛屿,陆地表面分布有众多的河流湖泊等水源,它们与海洋、地下水等水体共同组成了水圈[27]。地球的极地存在有大量,包括南极冰盖以及北极的大范围漂浮海冰。据科学家推测,地球的内部非常活跃,在岩石圈之下由外向内依次为通过对流驱动板块漂移的地幔熔融态金属组成的外地核以及固态金属组成的内地核。其中,外地核被普遍视为地磁场的成因[28]

根据放射性定年法的测定,地球诞生于约45.4亿年前[29][30][31][32]。地球有利的物理性质地质条件以及和太阳适宜的距离,为生命的出现创造了有利的条件。根据科学界共识,生命在35亿年前起源于海洋[33][34][35][36][37],之后逐步涉足地表和大气,并分化为好氧生物厌氧生物。早期生命迹象产生的具体证据包括格陵兰岛西南部变质沉积岩英语Metasediment中拥有约37亿年的历史的生源英语Biogenic substance石墨,以及澳大利亚大陆西部岩石中约41亿年前的早期生物遗骸英语Biotic material[38][39]。此后除却数次生物集群灭绝事件,地球的生物种类不断增多[40]。根据学界测定,在地球曾存在过的50亿种物种中[41],已经绝灭者占约99%[42][43],据统计,现今存活的物种大约有1,200至1,400万个[44][45],其中有记录证实存活的物种120万个,而余下的86%尚未被正式发现[46]。2016年5月,有科学家认为现今地球上大概共出现过1万亿种物种,其中人类正式发现者仅占十万分之一[47]。2016年7月,科学家称现存的地球生物共祖中共存在有355种基因[48]。地球上拥有73亿人口[49],分成了约200个的国家和地区,借由外交旅游贸易传媒战争相互联系[50]

命名和辞源

地球的英文名“Earth”源自中古英语[n 8],再往前可追溯到古英语(时常作“eorðe”)[51],在日耳曼语族诸语中都有同源词,其原始日耳曼语词根构拟为“*erþō”。拉丁文中称地球为“Terra”,此为古罗马神话大地女神之名[52]希腊文中则称地球为“Γαῖα”(Gaia),这个名称是希腊神话中大地女神盖亚的名字[53]

中文“地球”一词最早出现于明朝西学东渐时期,最早引入“地球”一词的是意大利传教士利玛窦(Matteo Ricci,1552-1610),他于《坤舆万国全图》中使用了该词[54][55]清朝后期,西方近代科学引入中国,地圆说逐渐为中国人所接受,“地球”一词(亦作“地毬”)被广泛使用[56][57][58]申报在创刊首月即登载《地球说》一文。[59]

历史

地球形成

早期太阳系的原行星盘艺术想象图

根据放射性定年法的测量结果,太阳系大约在45.6±0.08亿年前形成[60],而原生地球大约形成于45.4±0.04亿年前[32]。从理论上讲,太阳的形成始于46亿年前一片巨大分子云引力坍缩,坍缩的质量大多集中在中心,形成了太阳;其余部分一边旋转一边摊平,形成了一个原行星盘,继而形成了行星卫星流星体和其他太阳系小天体星云假说主张,地球这样的微行星起源于吸积坍缩后剩下的由气体、冰粒、尘埃形成的直径为一至十千米的块状物。根据该理论,组成原生地球的物质的直径大约为10–20 密尔,这些物质经过1000至2000万年的生长,最终形成原生地球[61]月球形成于大约45.3亿年前[62]月球的起源仍有待研究,尚无定论。而现今主流的地月系统形成理论是大碰撞说,它主张一颗如火星般大小,质量约为地球的1/10,名为忒伊亚的天体与原生地球发生碰撞,爆裂出的物质进入环绕地球的轨道,后经由吸积形成了月球[63][64]。这次碰撞中,忒伊亚的铁核沉入了原生地球的地核[65]。同时,两者的地幔互相混合,逐渐合并形成新的地球[64]。在41至38亿年前的后期重轰炸期,无数小行星与地月系发生了撞击[66]

太古宙起地球表面开始凝固[67]火山爆发所释放的气体形成了地球的次生大气。最初的大气的主要成分可能是水汽二氧化碳,水汽的蒸发加速了地表的冷却,地球充分冷却后,暴雨连续下了成千上万年,雨水灌满了盆地,形成了海洋。暴雨在减少空气中水汽含量的同时,也洗去了大气中的很多二氧化碳[68]。此外,小行星原行星彗星上的也对地球水的来源英语Origin of water on Earth有所贡献[69]暗淡太阳悖论英语faint young Sun paradox指出,虽然早期太阳光照强度大约只有现在的7/10,但大气中的温室气体足以使海洋里的液态水免于结冰[70]。约35亿年前,地球磁场出现,有助于阻止大气被太阳风剥离[71]。地球外层冷却凝固,并在大气层水汽的作用下形成地壳。陆地的形成有两种模型解释[72],一种认为陆地持续增长至今[73],另一种更可能的模型认为地球历史早期[74]陆地即迅速生成[75],然后保持到现在[76][77][78]。地球内部的热量不断散失,驱动板块构造运动形成大陆,经过数亿年超大陆经历三次分分合合。大约7.5亿年前,最早的超大陆之一 ─罗迪尼亚大陆开始分裂,又在6至4.5亿年前合并成潘诺西亚大陆,然后合并成盘古大陆,最后于约1.8亿年前分裂[79]。目前地球处于258万年前开始的更新世大冰期中,高纬度地区经历了数轮冰封与解冻,每40到10,000年循环一次。最后一次大陆冰封在约10,000年前[80][81]

生命演化

查 • 论 • 
-4500 —
-4000 —
-3500 —
-3000 —
-2500 —
-2000 —
-1500 —
-1000 —
-500 —
0 —
时间轴以百万年为单位
rRNA进行分析所推测出的地球生命演化树

地球提供了目前已知唯一能够维持生命进化的环境。[82]人们认为约40亿年前的高能化学反应产生了能够自我复制的分子,又过了5亿年则出现了所有生命的共同祖先,而后分化出细菌古菌[83]。早期生命形态发展出光合作用的能力,可直接利用太阳能,并向大气中释放氧气[68]。大气中积累的氧气受到太阳发出的紫外线作用,在上层大气形成臭氧(O3),进而出现了臭氧层[84]。早期的生命以原核生物的形态存在。根据共生体学说,在生命演化过程中,部分小细胞被吞进大细胞,并内共生于大细胞之中,成为大细胞的细胞器,从而形成结构相对复杂的真核细胞[85]。之后,细胞群落内部各部分的细胞逐渐分化出不同的功能,形成了真正的多细胞生物。由于臭氧层吸收了太阳发出的有害紫外线,陆地变得适合生命生存,生命开始在陆地上繁衍[86]。目前已知生命留下的最早化石证据有西澳大利亚州砂岩里34.8亿年前的微生物垫英语microbial mat化石[33][34][35][36][37]西格林兰英语Western Greenland变质碎屑岩英语Metasediment里37亿年前的生源英语Biogenic substance石墨[87],以及西澳大利亚州岩石里41亿年前的生物质英语biotic material残骸[38][39]

1960年代起,人们就猜测7.5亿年到5.8亿年前的新元古代成冰纪大冰期时,强烈的冰川活动使地球表面大部分处于冰封之下,是为“雪球地球”假说。5.42亿年前发生了埃迪卡拉纪末期灭绝事件,紧接着就出现了寒武纪生命大爆发,地球上的多细胞生物种类勐增(如:节肢动物三叶虫奇虾等)[88]。在5亿年前的奥陶纪出现了嵴椎动物甲胄鱼。寒武纪大爆发之后,地球又经历了5次生物集群灭绝事件[89]。其中,发生在2.51亿年前的二叠纪-三叠纪灭绝事件是已知地质历史上最大规模的物种灭绝事件;而距今最近的灭绝事件是发生于6600万年前的白垩纪-第三纪灭绝事件小行星的撞击英语Chicxulub impactor使不会飞行的恐龙和其他大型爬行动物灭绝,但一些小型动物逃过一劫,例如那时还像鼩鼱一样的哺乳动物。在过去的6600万年中,哺乳动物持续分化。数百万年前非洲的类动物(如图根原人)学会了直立[90]。这样它们能更好地使用工具、互相交流,从而获得更多营养与刺激,大脑也越来越发达,最后演化成人类。人类借助农业文明的发展享受到了地球上任何其他物种都未曾达到的生活质量,也反过来影响了地球和自然环境[91]

预测的未来

50亿年后,太阳进入红巨星阶段后,地球被烧成焦土的臆想图。

在15至45亿年后,地球的转轴倾角可能出现最多90度的变化。据推测,从现在起算,地球表面的复杂生命发展还算年轻,活动能够继续达到极盛,维持约5到10亿年,不过如果大气中氮气完全消失,这个时间将会延长到23亿年[92][93][94]。地球在遥远未来的命运与太阳的演化紧密相连,随着太阳核心的持续核聚变生成太阳光度将持续会缓慢增加,在11亿年后增加10%,35亿年后则增加40%之多[95],太阳释放热量的速度也将持续增长。根据气候模型,地球表面最终将会受到太阳辐射上升会产生严重后果,最初只是热带地区改到极冠,长久下去,海洋将会被汽化并消失[96]

地球表面温度上升会加快无机碳循环,降低大气二氧化碳含量。大约5至9亿年后,大气中二氧化碳含量逐渐会低到10ppm,若没有进化出新的方法,连C4类植物都无法生存[92]。植被的缺失会使地球大气含氧量下降,地球上的动物就会在数百万年内灭绝[97]。此后预计再过十几亿年,地表水就会消失殆尽,地球平均温度也将上升到70 °C(158 °F)[97]。即使太阳永远保持稳定,因为大洋中嵴冒出的蒸气减少,约10亿年后,27%的海水会进入地幔[98],海水的减少使得温度变化剧烈而不利复杂生命。

50亿年后,太阳演化成为红巨星,地球表面此时已经不能形成复杂的分子了。模型预测太阳将膨胀至约目前半径的250倍,也就是大约1 AU(150,000,000 km)[95][99],地球的命运目前仍尚不明确。成为红巨星时,太阳会失去30%的质量。因此若不考虑潮汐的影响,当太阳体积最大时,地球会移动到约距太阳1.7 AU(250,000,000 km)远处,摆脱了落入膨胀太阳的外层大气内的命运;然而即使真是如此,太阳亮度峰值将是目前的5,000倍,地球上剩余的生物也难逃被阳光摧毁的命运[95]。2008年进行的一个模拟显示,地球的轨道会因为潮汐效应的拖曳而衰减,使其落入已成为红巨星的太阳大气层而蒸发掉[99]

物理特性

形态

地球的形状。图示为地球表面地势和地球几何中心的距离。南美洲安第斯山脉的隆起清晰可见。数据来自2014年全球地势模型[100]

地球大致呈椭球形。地球自转的效应使得沿贯穿两极地轴方向稍扁,赤道附近略有隆起英语equatorial bulge[101]。地球赤道半径比极半径大了43千米(27英里)。[102]因此,地球表面离地球质心最远之处并非海拔最高的珠穆朗玛峰,而是位于赤道上的厄瓜多尔钦博拉索山的山峰[103][104][105][106]。地球的参考椭球体平均半径约为12,742千米(7,918英里),约等于(40,000 km)/[[圆周率|π]],这个整数并非巧合,而是因为长度单位的最初定义是经过法国巴黎的经线上赤道与北极点距离的一千万分之一[107]

由于局部地势有所起伏,地球与理想椭球体略有偏离,不过从行星尺度看,这些起伏和地球半径相比很小,最大偏离也只有0.17%,位于海平面以下10,911米(35,797英尺)的马里亚纳海沟与海拔8,844米(29,016英尺)的珠穆朗玛峰只产生0.14%的偏离。若把地球缩到台球大小,地球上像大型山脉和海沟那样的地方摸上去就像微小瑕疵一样,而其他大部分地区,包括北美大平原深海平原摸上去则更加光滑[108]

化学组成

地球的总质量约为5.97×1024 Kg,即是5,970尧克(Yg)。构成地球的主要化学元素有铁(32.1%)、(30.1%)、 (15.1%)、(13.9%)、(2.9%)、(1.8%)、(1.5%)、(1.4%);剩下的1.2%是其他微量元素,例如等。由于质量层化(质量较高者向中心集中)的缘故,据估算,构成地核的主要化学元素是(88.8%),其他构成地核的元素包括镍(5.8%)和硫(4.5%),以及质量合共少于1%的微量元素。构成地幔的主要矿物质则包括辉石化学式为(Mg,Fe,Ca,Na)(Mg,Fe,Al)(Si,Al)2O6)、橄榄石(化学式为(Mg,Fe)2SiO4)等[109]

至于地壳的化学构成,氧是地壳内丰度最高的元素,占了46%[110]。地壳中的含氧化合物包括水、二氧化硅硫酸钙碳酸钙氧化铝等,而地壳内含量最高的10种化合物、绝大部分构成地壳常见岩石的化合物均是含氧化合物[111][112]。有些岩石则是氟化物硫化物氯化物,但氟、硫和在任何地方岩层中的总含量通常远少于1%。占地壳浅表90%以上体积的火成岩主要由二氧化硅硅酸盐构成。地球化学家法兰克·维格氏维尔·克拉克英语Frank Wigglesworth基于1,672个对各种岩石的分析进行计算,推论出99.22%的岩石是以下表列出的氧化物构成,亦有其他含量较少的成分[112]

地壳的化学构成[113]
化合物 二氧化硅 氧化铝 氧化钙 氧化镁 氧化亚铁 氧化钠 氧化钾 氧化铁 二氧化碳 二氧化钛 五氧化二磷 总计
含量 陆地 60.2% 15.2% 5.5% 3.1% 3.8% 3.0% 2.8% 2.5% 1.4% 1.2% 0.7% 0.2% 99.6%
海洋 48.6% 16.5% 12.3% 6.8% 6.2% 2.6% 0.4% 2.3% 1.1% 1.4% 1.4% 0.3% 99.9%

内部构造

地球内部如同其他类地行星一样,可根据化学性质或物理(流变学)性质分为若干层。然而,地球的内、外核具有明显的区别,这是其他类地行星所没有的特征。地球外层是由硅酸盐矿物组成的地壳,下面又有一层黏稠固体组成的地幔。地幔和地壳之间的分界是莫氏不连续面。地壳的厚度随位置的不同而不同,从海底的6千米到陆地的30至50千米不等。地壳以及地幔较冷、较坚硬的上层合称为岩石圈,板块也是在这个区域形成的。岩石圈以下是黏度较低的软流圈,岩石圈就在软流圈上方滑动。地幔晶体结构的重大变化出现在地表以下410至660千米之间的位置,是分隔上地幔及下地幔的过渡区英语Transition zone (Earth)。在地幔以下,是分隔地幔和地核的核幔边界(古氏不连续面),再往下是黏度非常低的液体外地核,最里面是固体的内地核[114]。内地核旋转的角速度可能较地球其他部分要快一些,每年约领先0.1–0.5°[115]。内地核半径1,220千米[116],约为地球半径的1/5[117]

地球的内部构造[118]
从地核到地表的地球结构示意图

(未按照比例绘制)

深度[119]
(千米)
组件层 密度
(克/立方厘米)
0–60 岩石圈[n 9]
0–35 地壳[n 10] 2.2–2.9
35–60 地幔顶层 3.4–4.4
  35–2,890 地幔 3.4–5.6
100–700 软流层
2,890–5,100 外核 9.9–12.2
5,100–6,378 内核 12.8–13.1

地球内热

现今主要产生地热的同位素[120]
同位素 产生热能
(瓦/每千克同位素)
半衰期
(年)
在地幔中的比例
(每千克同位素/每千克地幔)
产生热能
(瓦/每千克地幔)
238U 94.6 × 10−6 4.47 × 109 30.8 × 10−9 2.91 × 10−12
235U 569 × 10−6 0.704 × 109 0.22 × 10−9 0.125 × 10−12
232Th 26.4 × 10−6 14.0 × 109 124 × 10−9 3.27 × 10−12
40K 29.2 × 10−6 1.25 × 109 36.9 × 10−9 1.08 × 10−12

地球内部产生的热量中,吸积残余热约占20%,放射性衰变热则占80%[121]。地球内的产热同位素主要有钾-40铀-238铀-235钍-232[122]。地心的温度最高可达6,000 °C(10,830 °F)[123],压强可达360 GPa[124]。因为许多地热是由放射性衰变而来,科学家推测在地球历史早期、在半衰期短的同位素尚未用尽之前,地球的内热可能产生得比现在更多,在30亿年前可能是现在的二倍[121]。因此当时延着地球半径的温度梯度会更大,地幔对流英语mantle convection及板块构造的速率也更快,可能生成一些像科马提岩之类,以现在地质条件难以生成的岩石[125]

地球表面平均散热功率密度为87 mW m−2,整个地球内部散热总功率为4.42 × 1013 W[126]。地核的部分热量通过高温熔岩向上涌升传到地壳,这种热对流叫做地幔热柱。因此地幔会出现热点溢流玄武岩英语flood basalt[127]。地球的热能还会在板块构造中通过地幔逐步上升到中洋嵴而流失。另一种热能流失的主要方式是借由岩石圈的热传导,主要发生在海底,因为海底的地壳比陆地的要薄[128]

板块构造

地球的板块构造英语List of tectonic plates[129]
板块名称 板块面积
106 km2
103.3
78.0
75.9
67.8
60.9
47.2
43.6

位于地球外层的刚性岩石圈分成若干板块。这些板块是刚性的,板块之间的相对运动发生在以下三种边缘:其一是聚合板块边缘,在此二个板块互相靠近;其二是分离板块边缘,在此二个板块互相分离;其三是转形板块边缘,在此二个板块互相横向错动。在这些板块边缘上,会出现地震火山活动造山运动以及形成海沟[130]。这些板块漂浮在软流圈[n 12]之上[131]

随着板块飘移,海洋板块俯冲到聚合板块边缘的前缘下方。同时,地幔物质于分离板块边缘上升至地壳,产生了中洋嵴。这些过程使得海洋地壳一边从地幔中不断产生,一边不断地回收到地幔中,因此海洋地壳的年龄大多低于1亿岁。现今最古老的海洋地壳位于西太平洋地区,其年龄估计约为2亿岁[132][133]。相较之下,最古老的大陆地壳年龄约为40.3亿岁[134]

目前地球的主要板块为太平洋板块北美洲板块欧亚大陆板块非洲板块南极洲板块印度-澳大利亚板块以及南美洲板块。另外还有阿拉伯板块加勒比板块、位于南美洲西海岸外的纳斯卡板块以及位于南大西洋的斯科舍板块等板块比较有名。印度-澳大利亚板块是澳大利亚板块与印度板块在5,000万至5,500万年前融合形成的。在这些板块中,大洋板块位移速率快,大陆板块移动速率慢:属于大洋板块的科科斯板块位移速率为每年75毫米[135],太平洋板块则以每年52至69毫米的速率位移;而属于大陆板块的欧亚大陆板块,平均以约每年21毫米的速率行进[136]

地表

现今地球表面的地形,数据来自美国国家地球物理数据中心英语National Geophysical Data Center

地球表面积总计约5.1亿平方千米[12],约70.8%[12]的表面积由水覆盖,大部分地壳表面(3.6113亿平方千米)在海平面以下[12][137]。海底的地壳表面具有多山的特征,包括一个全球性的中洋嵴系统,以及海底火山[102] 海沟、海底峡谷英语Submarine canyon海底高原和深海平原。其余的29.2%(1亿4894万平方千米,或5751万平方英里)为不被水覆盖的地方,包括山地、盆地、平原高原等地形。

[138]地球的地表受到构造和侵蚀作用,经历了长时间的重塑。板块构造运动会改变地貌,大风、降水、热循环和化学作用对地表的侵蚀也会改变地貌。冰川作用、海岸侵蚀、珊瑚礁的形成,以及大型陨石的撞击都会对地貌的重塑产生影响[139]

地球表面的岩石按照成因大致可分为三类:火成岩、沉积岩变质岩。火成岩是由上升至地表的岩浆或熔岩冷却凝固而形成的一种岩石,又称岩浆岩,是构成地壳主要岩石。火成岩按照成因又可分大致分为两类:一是岩浆侵入地表形成的侵入岩英语Intrusive_rock,按照形成位置的不同可分为深成岩和浅成岩,常见的花岗岩就是一种侵入岩。二是岩浆喷出地表形成的喷出岩,又名火山岩,例如安山岩玄武岩[140]大陆地壳主要由密度较低的花岗岩,安山岩构成,海洋地壳主要由致密的玄武岩构成。[141]沉积岩是由堆积、埋藏并紧密结合在一起的沉积物形成的。近75%的大陆表面被沉积岩覆盖,虽然他们只形成了约5%的地壳,[142]变质岩是从原有的岩石通过高压高温的环境变质而形成的一种岩石,如大理石[143]

地球表面最丰富的硅酸盐矿物有石英长石角闪石云母辉石橄榄石等。[144]常见的碳酸盐矿物有方解石(发现于石灰石白云石)等。[143]

土壤圈是地球陆地表面的最外层,由土壤所组成,并为土壤形成过程所影响。耕地占地表总面积的10.9%,其中1.3%是永久耕地。[145][146]接近40%的地表用于农田和牧场,包括1.3×107平方千米的农田和3.4×107平方千米的牧场。[147]

地表最低处位于西亚的死海,海拔约为-420米,海拔最高点位于中国和尼泊尔边境的喜马拉雅山脉的珠穆朗玛蜂,海拔超过8848米。海平面以上的平均海拔为840米[148]

传统上,地球表面被分为七大洲、四大洋和不同的海域[149][150]。也会以极点为中心将地球分为南半球北半球两个半球[151][152],以经度分为东半球西半球[153][153]

水圈

地表海拔柱状图

在太阳系中,表面为大面积的水域所覆盖是地球有别于其他行星的显着特征之一,地球的别称“蓝色星球”便是由此而来的。地球上的水圈主要由海洋组成,而陆海、湖泊、河川以及可低至2,000米深的地下水也占了一定的比例。位于太平洋马里亚纳海沟的挑战者深渊深达10,911.4米,是海洋最深处[n 13][154]

地球上海洋的总质量约为1.35×1018公吨,相当于地球总质量的1/4400。海洋覆盖面积为3.618×108平方千米,平均深度为3,682米,总体积约为1.332×109立方千米[155]。如果地球上的所有地表海拔高度相同,而且是个平滑的球面,则地球上的海洋平均深度会是2.7~2.8千米[156][157]

地球上的水约有97.5%为海水,2.5%为淡水。而68.7%的淡水以冰帽冰川等形式存在[158]

地球上海洋的平均盐度约为3.5%,即每千克的海水约有35克的盐[159]。大部分盐在火山的作用和冷却的火成岩中产生[160]。海洋也是溶解大气气体的的贮存器,这对于许多水生生命体的生存是不可或缺的[161]。海洋是一个大型储热库,其海水对全球气候造成了显着的影响[162]。海洋温度分布的变化可能会对天气变化造成很大的影响,例如厄尔尼诺-南方振荡现象[163]。受到地球行星风系等因素的影响,地球上的海洋有相对稳定的洋流,洋流主要分为“暖流”和“寒流”,暖流主要对流经的附近地区的气候起到“增温增湿”的效果,寒流的反之[164][165]

大气圈

近地轨道拍摄的台风

地球表面的平均气压为101.325千帕大气标高约8.5千米[3]。地球的大气层为由78%的氮气、21%的氧气、混合微量的水蒸气、二氧化碳以及其他的气态分子所构成。对流层的高度随着纬度的变化而异,位于赤道附近的对流层高度则高达17千米,而位于两极附近的对流层高度仅8千米,对流层的高度也会随着天气及季节因素而变化[166]

地球的生物圈地球大气层影响显着。在27亿年前光合作用开始产生氧气,最终形成现在主要由氮、氧组成的大气[84]。这一变化使好氧生物能够繁殖,随后大气中的氧气转化为臭氧英语Ozone–oxygen cycle,形成臭氧层。臭氧层阻挡了太阳辐射英语solar radiation中的紫外线,地球上的生命才得以存续[167]。对生命而言,大气层的重要作用还包括运送水汽,提供生命所需的气体,让流星体在落到地面之前烧毁,以及调节温度等[168]。大气中某些微量气体分子能够吸收从地表散发的长波辐射,从而升高地球平均温度,是为温室效应。大气中的温室气体主要有水蒸气、二氧化碳、甲烷和臭氧。如果地球没有温室效应,则地表平均温度将只有−18°C(现在是+15°C),生命就很可能不存在[169]

天气和气候[编辑]

地球的大气层并无明确边界。离地表越远,空气越稀薄,直到消失在外太空。大气层四分之三的质量集中在离地表11千米的对流层。来自太阳的能量将地表和上面对流层中的气体加热,空气受热膨胀,因密度减小而上升,周围较冷、密度较高的气体填补过来,形成了大气环流。这使得热量重新分布,并产生各种天气现象和气候条件[170]

主要的大气环流带有纬度30°以下赤道地区的信风和纬度30°到60°之间的中纬度西风带[171]。决定气候的重要因素还有洋流,尤其是将热量从赤道海域带往极地地区的温盐环流[172]

地表蒸发的水蒸气也通过大气环流来运送。如果大气环境适合,温暖湿润的空气上升,然后其中的水汽凝结,形成降水落回地面[170]。降水中的大部分通过河流系统流向低海拔地区,通常会回到海洋中或者聚集在湖泊里。这种水循环是地球能维持生命的重要原因,也是地表构造在漫长地质时期受到侵蚀的主要因素。各地降水量大相径庭,从一年数千毫米到不到一毫米都有。一个地区的平均降水量由大气环流、地貌特征和气温差异共同决定[173]

地球表面获得的太阳能量随纬度增高而递减。高纬度地区太阳照射地面的角度较小,阳光必须通过的大气层较厚,因此年平均气温较低。纬度每增高1度,海平面处的年平均气温就降低大约0.4 °C变化(0.7 °F变化)[174]。地球表面可分为气候大致相似的若干纬度带,从赤道到两极依次是热带亚热带温带极地气候[175]。根据各地气温和降水量的异同可以划定不同的气候类型。常用的柯本气候分类法将全球气候分为五大类:A类热带气候,B类干旱气候,C类温带气候,D类冷温带气候,E类极地气候高山气候,每个大类被进一步分为若干小类[171]

纬度并非决定气候的唯一因素。由于水的比热比岩土的比热大,海洋性气候往往比大陆性气候更为温和。事实上,南半球处于夏季时地球离太阳更近,导致南半球全年接受到的辐射总量比北半球多。若不是南半球的水域面积比北半球更大,多出的水域吸收了多余的辐射,南半球的平均气温将比北半球高2.3 °C。大气环流和洋流的影响同样重要。在高纬度地区,受到暖流和西风的作用,大陆西岸的气候往往比同纬度内陆及大陆东岸的气候更为温和。北欧北部处于北极圈内,气候却比较适宜。纬度较低的加拿大北部及俄罗斯远东地区反而呈现寒冷的极地气候。在南美洲低纬度地区的西岸,受到秘鲁寒流的影响,夏季没有酷暑[176][176][177]。此外,气候还与高度有关,海拔越高,气候越寒冷[178]

1913年于美国加利福尼亚州死亡谷国家公园内的炉溪谷地英语Furnace Creek, California所测得的56.7 °C(134.1 °F)为地球目前所测得的最高气温[179];而1983年于南极洲沃斯托克站所测得的−89.2 °C(−128.6 °F)为地球目前所测得的最低气温[180],但遥感卫星曾在东部南极洲测到低至−94.7 °C(−138.5 °F)的温度[181]。这些气温仅仅是自20世纪以来使用现代仪器测量到的,可能尚未完整体现地球气温的范围。

高层大气[编辑]

被地球大气层局部笼罩的月球,由美国国家航空航天局拍摄。

在对流层的上方,相对高层的大气层通常分为平流层中间层热层散逸层[168],每一层温度随高度的变化规律都不同。平流层上部是臭氧层,能部分吸收太阳射向地表的紫外线,这对地球上的生命很重要[182]。这也使得平流层中温度随高度的增加而增加。中间层中温度则随高度增加而下降。在热层中,由于气体原子对太阳辐射中短波成分有强烈吸收,温度随高度的增加急剧上升。在热层上部由于空气稀薄,温度较高,气体分子会发生电离,形成等离子体,构成电离层。散逸层向外延伸,愈发稀薄,直到磁层,那里是地磁场和太阳风相互作用的地方[183]。距地表100 km的高空是卡门线,实践中认为它是大气层和外层空间的分界[184]

由于热运动,大气层外缘的部分分子速度可以大到能够摆脱地球引力。这会使大气气体缓慢但持续地散失到太空中英语Atmospheric escape。因为游离的氢分子量小,它更容易达到宇宙速度,散逸到外太空的速率也更快[185]。其中在氢气散失方面,是地球大气以及表面从早期的还原性变为现在的氧化性的原因之一。虽然光合作用也提供了一部分氧气,但是人们认为氢气之类的还原剂消失是大气中能够广泛积累氧气的必要前提[186],因此也影响了地球上出现的生命形式[187]。虽然大气中的氧气和氢气可转化为水,但其损失大部分皆来自甲烷在高层大气的破坏[188]

磁场

地球磁层示意图。太阳风由左向右

地球内部及周围空间中存在着静磁场。根据静磁场的多极展开,如果把地球近似看作一个磁偶极子,它的磁矩大小为7.91 × 1015 T m3,地磁轴方向与地轴近似重合但有少许偏离,两者的夹角被称为地磁偏角。在垂直平分地磁轴的平面和地球表面相交形成的“地磁赤道”圈上,磁感应强度约为3× 10−5 T,在地磁轴与地球表面相交形成的地磁极英语Geomagnetic pole处,磁感应强度约为地磁赤道处的两倍。根据发电机假说,地磁主要来自于地核中铁、镍构成的导电流体的运动。在地核的外核中,炽热的导电流体在从中心向外对流的过程中受到地转偏向力的作用形成涡流,产生磁场。而涡流产生的磁场又会对流体的流动产生反作用,使流体的运动乃至其产生的磁场近似保持稳定。[189]但由于对流运动本身是不稳定的,地磁轴的方向会缓慢、无规律地发生变化,导致地磁逆转。地磁逆转的周期不固定,每一百万年可能会发生数次逆转,最近的一次则发生在78万年前,被称为布容尼斯-松山反转[190][191]

地磁在太空的影响范围称为磁层。太阳风的离子与电子被磁层偏转,因此无法直接袭击地球。太阳风的压强会把磁层靠近太阳的区域压缩至10个地球半径,而远离太阳的区域会延伸成长尾状[192]。太阳风以超音速吹入磁层向阳面,形成弓形震波,太阳风速度因此减慢,一部分动能转换为热能,使得附近区域温度升高[193]。在电离层上方,磁层中的低能量带电粒子形成等离子层,其运动受地磁场主导。由于地球的自转会影响等离子的运动,因此等离子层会与地球共转[194][195]。磁层中能量居中的粒子绕地轴旋转流动,形成环状电流。带电粒子除了沿着磁场线作螺旋运动外,还会在地磁场的梯度曲率作用下产生定向漂移,电子向东漂移,正离子向西漂移,因此形成环状电流[196]:8, 31范艾伦辐射带是两层状似甜甜圈的辐射区域,内层主要是由高能量质子与电子所形成,而外层还含有氦等较重的离子。这些高能量粒子都被磁场俘获于并且以螺旋形式沿着磁场线移动[192][197]。当发生磁暴时,带电粒子会从外磁层沿着磁场线方向偏转进入电离层,并在这里与大气层原子发生碰撞,将它们激发与离子化,这时就产生了极光[198]

地球的运动

自转

深太空气候观测站英语Deep Space Climate Observatory在2016年5月29日拍摄的地球自转影像。

地球相对于太阳的平均自转周期称为一个平太阳日,定义为平太阳时86,400 秒(等于SI86,400.0025 秒[199]。因为潮汐减速的缘故,现在地球的太阳日已经比19世纪略长一些,每天要长0至2 SI ms[200][201]国际地球自转服务(IERS),以国际单位制的秒为单位,测量了1623年至2005年[202]和1962年至2005年[203]的时长,确定了平均太阳日的长度。

地球相对于恒星的自转周期,称为一个恒星日,依据IERS的测量,1恒星日等于平太阳时(UT1)86,164.098903691 秒,即23h 56m 4.098903691s[2][n 14]。天文学上常以地球相对于平春分点的自转周期作为一个恒星日,在1982年是平太阳时(UT1)86,164.09053083288 秒,即23h 56m 4.09053083288s[2]。由于春分点会因为岁差等原因而发生移动,这个恒星日比真正的恒星日短约8.4毫秒[204]

从地球上看,空中的天体都以每小时15°,也就是每分钟15'的角速度向东移动(低轨道的人造卫星和大气层内的流星除外)。靠近天球赤道的天体,每两分钟的移动距离相当于地球表面所见的月球或太阳的视直径(两者几乎相同)[205][206]

公转

地球绕太阳公转的轨道与太阳的平均距离大约是150 × 106千米(93,000,000英里),每365.2564平太阳日转一圈,称为一恒星年。公转使得太阳相对于恒星每日向东有约1°的视运动,每12小时的移动相当于太阳或月球的视直径。由于这种运动,地球平均要24小时,也就是一个太阳日,才能绕轴自转完一圈,让太阳再度通过中天。地球公转的平均速度大约是29.8 km/s(107,000 km/h),7分钟内就可行进12,742 km(7,918 mi),等同于地球的直径的距离;约3.5小时就能行进约384,000 km(239,000 mi)的地月距离[3]

在现代,地球的近日点远日点出现的时间分别出现于每年的1月3日和7月4日左右。 由于进动和轨道参数变化带来的影响,这两个日期会随时间变化。这种变化具有周期性的特征,即米兰科维奇循环。地球和太阳距离的变化,造成地球从远日点运行到近日点时,获得的太阳能量增加了6.9% [n 15]。因为南半球总在每年相同的时间,当接近近日点时朝向太阳,因此在一年之中,南半球接受的太阳能量北比北半球稍多一些。但这种影响远小于轴向倾斜对总能量变化的影响,多接收的能量大部分都被南半球占有很高比例的海水吸收掉[207]

相对于恒星背景,月球和地球每27.32天绕行彼此的质心公转一圈。由于地月系统共同绕太阳公转,相邻两次朔的间隔,即朔望月的周期,平均是29.53天。从天球北极看,月球环绕地球的公转以及它们的自转都是逆时针方向。从超越地球和太阳北极的制高点看,地球也是以逆时针方向环绕着太阳公转,但公转轨道面(即黄道)和地球赤道并不重合——黄道面和赤道面呈现23.439281°(约23°26')的夹角,该角也是自转轴和公转轴的夹角,被称为轨道倾角转轴倾角黄赤交角。而月球绕地球公转的轨道平面(白道)与黄道夹角5.1°。没有这些倾斜,每月就会有一次日食和一次月食交替发生[3][2][208]

地球的引力影响范围(希尔球)半径大约是1.5 × 106千米(930,000英里)[209][n 16]。这是地球的引力大于太阳和更遥远行星的最大距离。天体必需进入这个范围内才能环绕着地球运动,否则其轨道会因太阳引力摄动而变得不稳定,并有可能脱离地球束缚[210]

包括地球在内的整个太阳系,在位于银河平面上方约20 光年猎户臂内,以28,000 光年的距离环绕着银河系的中心公转[211]。1990年,航海家1号从6.4 × 109千米(4 × 109英里)拍摄到了地球的图像(暗淡蓝点)。

倾角

黄道和赤道的关系:赤道是垂直地球自转轴的平面,与轨道平面(黄道)的夹角是轨道倾角,也就是黄赤交角

轨道倾角的存在使得地球绕太阳公转时,太阳直射点在南回归线北回归线之间周期性地变化,其周期为一个回归年,时长为365.24219个平太阳日(即:365天5小时48分45秒)。地球上不同纬度地区昼夜长短和太阳高度角随之变化,进而使得这些地区一日之内接受到的太阳辐射总量发生变化,导致季节变化。当北极点相对于南极点离太阳更近时,太阳直射点位于北半球,此时北半球昼长夜短,太阳高度角较大,为夏半年;南半球昼短夜长,太阳高度角较小,为冬半年;反之亦然[212]。在北回归线以北的北温带,太阳总是从东南方向升起,向东南方向落下;在南温带,太阳则是从东北方向升起,向西北方向落下[213]

在南、北半球各自的夏半年中,纬度越高,昼越长,夜越短,在极圈内可能出现全天都是白昼的情形,称为极昼。在极点附近,夏半年的6个月都是极昼;冬半年纬度越高,昼越短,夜越长,极圈内可能出现全天都是黑夜的情形,称为极夜[214]。极点附近冬半年均为极夜[215]

在一个回归年内,太阳直射点在南北回归线之间移动。直射点落在北回归线、南回归线上的事件合称“二至”。直射点会两次越过赤道,称为“二分”。在北半球,冬至出现在每年的12月21日前后,夏至出现在6月21日左右,春分通常出现在3月20日,秋分通常出现在9月22日或9月23日。在南半球,春分、秋分;夏至、冬至的日期正好与北半球相反。[216]

由于地球不是理想的球体,而黄道面、白道面和赤道面都存在交角,太阳和月球对地球施加的力矩有垂直于自转角动量的分量,使得地球在自转的同时会发生进动,其周期为2.58万年,从而导致了恒星年回归年的差异,即“岁差”。地球的倾斜角几乎不随时间变化而改变,但由于日月相对地球的位置不断变化导致地球受到的外力发生变化,地球在自转、进动时倾斜角仍然会有轻微、无规则的章动,其最大周期分量为18.6年,与月球交点的进动周期一致[217] 。地球也不是理想的刚体,受到地质运动、大气运动等作用的影响,地球的质量分布会发生变化,自转极点相对于地球表面同样也会有轻微的漂移,每年极点的位置会变化数米,自1900年以来,极点大约漂移了20米。这种漂移被称为极移。极移是一种准周期运动,主要的周期分量包括一个周期为一年的运动和一个周期为14个月的运动。前者通常被认为与大气运动有关,后者被称为钱德勒摆动[218]。由于地球的自转角速度比月球和地球的公转角速度都大,受到潮汐摩擦的影响,地球的自转角速度随着时间变化缓慢减小,换言之,一天的时间逐渐变长[219]

适居性

行星若能维持生命延续,就可称为适居的,即使生命并不起源于那里。地球能提供液态水,复杂的有机分子可在其中组装合成并相互作用,还有足够的能量来维持新陈代谢[220]。地球到太阳的距离、公转轨道偏心率、自转速率、轴向倾斜、地质历史、适宜的大气和能起保护作用的磁场造成地球表面现在的气候条件主因[221]

生物圈

在行星的生态系统中生活的所有生物之总体称为行星生物圈。地球的生物圈从35亿年前开始演化[84],并分成了多个生物群系,每个生物群系中生活的动植物种类基本相同。陆地上的生物群系主要用纬度、海拔湿度区分。极圈冻原高山冻原英语Alpine tundra极度干旱地区的生物群系中动植物稀少,生物多样性较低;而位于赤道的热带雨林中物种极为丰富,生物多样性较高[222]

自然资源与土地使用情况

2000年人类土地使用情况估算值[223]
土地利用情况 使用面积/百万公顷
耕地 1,510–1,611
草原 2,500–3,410
天然林 3,143–3,871
种植林 126–215
城市用地 66–351
未开发土地 356–445

地球蕴藏着各种自然资源供人类开采利用。其中很多是如化石燃料一类的不可再生能源,这些资源的再生速度非常缓慢。[224]

化石燃料大多从从地壳中获得,例如石油天然气。人类主要用这些化石燃料来获得能源和化工生产的原料。矿石形成于地壳的成矿过程,成矿过程由岩浆活动、侵蚀和板块构造导致[225]

地球生物圈可产生许多对人类有益的生物制品,包括食物木材药品氧气等,并可使众多有机废弃物回收再利用。陆上生态系统依靠表土淡水维持,而海洋生态系统则依靠陆地冲刷而来的溶解养料维持[226]。1980年,全球有50.53亿公顷(5053万平方千米)林地,67.88亿公顷(6788万平方千米)草地和牧场,还有15.01亿公顷(1501万平方千米)用作耕地[227]。1993年,全球有2,481,250平方千米(958,020平方英里)的土地受到灌溉[13]。人类在陆地上用各种建筑材料建造自己的住所[228]

天然和环境危害

火山爆发,向大气层注入灰烬

地球表面的大片区域均受热带气旋台风极端天气影响,这些灾害影响了受灾地区生物的存亡。1980年到2000年之间,每年平均有11,800人因天灾而死亡[229]。其中在1900年至1999年之间,旱灾促成的饥荒是造成最多死亡的灾害[230]。另外,地幔对流带动板块移动,并引起地震和火山活动等环境危害[231]。地球的天然和环境危害还包括山火水灾山崩雪崩等,均会造成死亡[230]

各种天然和环境危害造成死亡的比率(1900年到1999年)[230]
危害 旱灾促成的饥荒 水灾 地震和海啸 风暴 火山爆发 山崩 雪崩 山火
造成死亡的比率 86.9% 9.2% 2.2% 1.5% 0.1% 小于0.1%

人类的活动给很多地区都带来了环境问题:水污染、空气污染、酸雨、有毒物质、植被破坏(过度放牧滥砍滥伐沙漠化)、野生动物的死亡、物种灭绝、土壤的退化侵蚀以及水土流失[232]

根据联合国的资料,工业活动排放二氧化碳与全球变暖有密切关联。预测显示全球变暖将会给地球的环境带来冰川冰盖熔化、温度范围更极端、重大天气转变、海平面上升等变化[233]

人文地理

地球七大洲[234]

地图学是关于研究和实践地图制作的学科[235]地理学是研究地球上的大陆、构造、居民和其他现象的学科[236]。自古以来,地图学和地理学一直为描述地球的方方面面而服务。测量是量度事物位置和距离的方法,可进行小规模的导航,确定位置和方向。测量与地图学和地理学一起发展,提供并适当量化一些信息[237]

截至2011年10月31日,地球的总人口达到70亿左右[238]。预测显示世界人口将在2050年时达到92亿人[239],其中在发展中国家将可能发生人口快速增长的情形。世界各处人口密度差异巨大,大部分人口居住在亚洲。预计在2020年全世界将有60%人口居住于都市中,而非农村地区[240]

据估计,地球上只有八分之一的地方适合人类居住。其中有四分之三覆盖着海水,四分之一则是陆地。沙漠(14%)[241]、高山(27%)[242]以及其他不适合人类居住的地形占陆地总面积的二分之一。位于加拿大努纳武特埃尔斯米尔岛阿勒特(82°28′N)为全球最北端的永久居住地[243];而位于南极洲的阿蒙森-史考特南极站(90°S)则是全球最南端的永久居住地,此地几乎完全接近南极点[244]

地球的陆地表面,除了南极洲部分地区、沿着多瑙河西岸的一些土地英语Croatia–Serbia border dispute以及位于埃及与苏丹之间的无主地比尔泰维勒之外,均为主权独立国家所拥有。截至2015年 (2015-Missing required parameter 1=month!),全球共有193个主权国家联合国会员国,此外还有2个观察员国,以及72个属地有限承认国家[13]。虽然有一些民族国家有统治世界的企图,但从未有一个主权政府统治过整个地球[245]

联合国是一个以“介入国家之间的纠纷从而避免武装冲突”为成立目标的全球性国际组织[246],也是一个为国际法和国际外交设立的重要平台。如果取得了成员国的共识,联合国可武装干预一些国际事务。[247]

1961年4月12日,尤里·阿列克谢耶维奇·加加林成为了第一个抵达地球轨道的人类[248]。截至2010年7月30日,共有487人曾去过太空并进入轨道绕行地球,其中有12人还参与了阿波罗计划并在月球行走[249][250][251]。正常情况下,国际空间站是太空中唯一还有人类的地方。太空站的成员由6人组成,成员一般每六个月替换一次[252]阿波罗13号于1970年执行任务期间离地球400,171千米,为人类目前到达过的最远距离[253]

卫星

月球

月球
直径 3,474.8 km
质量 7.349×1022 kg
半长轴 384,400 km
轨道周期 27 d 7 h 43.7 m

月球是地球的天然卫星,因古代在夜晚能提供一定的照明功能,也常被称作“月亮”,月球的直径约为地球的四分之一,结构与类地行星相似。月球是太阳系中卫星-行星体积比最大的卫星。虽然冥王星和其卫星冥卫一之间的比值更大,但冥王星属于矮行星[254][255]

月球和地球间的引力作用是引起地球潮汐现象的主要原因,而月球被地球潮汐锁定,因此月球的自转周期等于绕地球的公转周期,使月球始终以同一面朝向地球[256]。月球被太阳照亮并朝向地球这一面的变化,导致月相的改变,黑暗部分和明亮部分被明暗界线分隔开来[257]

地月系统的详图,显示每个天体的半径和地球与月球的质心。月球的轴受到卡西尼第三定律的规范。

由于地月间的潮汐相互作用,月球会以每年大约38毫米的距离逐渐远离地球,地球自转的时间长度每年大约增加23微秒。数百万年来,这些微小的变更累积成重大的变化[258]。例如,在泥盆纪的时期(大约4,100万年前),一年有400天,而一天只有21.8小时[259]

月球对地球气候的调节可能戏剧性地影响到地球上生物的发展。古生物学的证据和电脑模拟显示地球的转轴倾角因为与月球的潮汐相互作用才得以稳定[24]。一些理论学家认为,没有这个稳定的力量对抗太阳和其他行星对地球的赤道隆起产生的扭矩,地球的自转轴指向将混沌无常;火星就是一个现成的例子[260]

太阳的直径大约是月球的400倍,但它与地球的距离也是400倍远,因此地球看到的月球和太阳大小几乎相同。这一原因正好使得两天体的角直径(或是立体角)吻合[206],因此地球能观测到日全食日环食[261]

关于月球的起源,大碰撞说是目前最受青睐的科学假说,但这一假设仍有一些无法解释的问题。该假说认为,45亿年前,一颗火星大小的天体忒伊亚与早期的地球撞击,残留的碎片形成了月球。这一假说解释了月球相对于地球缺乏铁和挥发性元素、以及其组成和地球的地壳几乎相同等现象的原因[262]

小行星及人造卫星

国际太空站是在轨道上环绕地球的一颗人造卫星

人造地球卫星是由人类建造的环绕地球运行的太空飞行器。依据2015年9月的统计,包括已经失效,现存最老的美国卫星前锋1号英语Vanguard 1,全球共有1,305颗人造卫星,和300,000万个太空垃圾在轨道上环绕着地球。目前全世界最大的人造卫星是国际太空站[5]

除了月球和人造卫星之外,地球还有至少5颗共轨小行星(准卫星),其中四颗是在地球轨道上环绕着太阳运行的小行星——克鲁特尼2002 AA29[263][264]2016 HO3[265]和在地球前导拉格朗日点L4特洛伊小行星2010 TK7[266][267]。娇小的近地小行星2006 RH120,大约每隔20年就会靠近地-月系统一次,当它靠近时会短暂进入绕行地球的轨道[268]

文化及历史观点

1968年阿波罗8号太空人在绕月轨道上拍摄的《地出》。

地球的标准天文符号为被圆形包围的十字,代表世界的四角英语Four corners of the world[269]

地球在人类文化中的形象不一。部分文化赋予地球人格,将之拜为神明。许多文化中地球是主管生育的地母神[270]盖亚假说于20世纪中期诞生,该观点将地球比作能自我调节的生命体,使地球能保障自身总体稳定、适宜居住[271][272][273]。而多个宗教的创世神话则有记载,地球为超自然的神所创[270]

随着科学技术的发展,人类眼中的地球也在不断变化。起初,东西方的古人相信地平说[274]。但到了公元前6世纪,毕达哥拉斯提出的地圆说取代了这一观点[275]。古人曾将地球视为宇宙中心,但后来的学者认定,地球和太阳系的其它几个星体一样,都是环绕恒星转动的行星[276]。经过基督教学者和神职人员宣传,如詹姆斯·乌雪用圣经谱系分析地球年龄,西方人进入19世纪时已基本相信地球超过几千岁。到了19世纪,地质学家发现地球的年龄应该超过几百万岁[277]威廉·汤姆森在1864年用热力学方法推断,地球年龄应在2,000万岁至4亿岁之间,这一结论引发了激烈辩论。在19世纪后期至20世纪初期,科学家用放射性定年法测算出,地球诞生时间为几十亿年[278][279]。但在20世纪时,阿波罗计划开始执行,人类第一次在轨道上观察到了地球,并拍摄了地球的照片,人类的看法因而再度改变[280]

参见

地球科学主题
生态主题
天气主题
生物学主题

注释

  1. ^ 所有的天文量都会发生变化,包括长期的周期性的。给出的量是长期变化在J2000.0的瞬间值,忽略掉周期性的变化。
  2. ^ 2.0 2.1 远日距 = ;近日距 = ,其中是半长轴、为偏心率。地球的近日距与远日距相差约500万千米。
  3. ^ 美国战略司令部追踪大约15,000个人造天体,其中大部分都是碎屑。参见:USSTRATCOM Space Control and Space Surveillance. 2014年1月 [2015-07-17]. 
  4. ^ 地球的圆周约长40,000千米,因为1的最初定义是经过法国巴黎的经线上赤道与北极点距离的一千万分之一。
  5. ^ 因为自然的变动,模煳了周围的冰架和绘制地图的高程基准,使得精确的陆地和海洋覆盖值变得没有意义。基于来自向量地图英语Vector map全球土地覆盖物的数据,极端的湖泊和溪流覆盖着地球表面的0.6%和1.0%。支撑南极格陵兰冰架的陆地有许多位于海平面之下,但也算成是陆地。
  6. ^ 一个恒星年中太阳日的天数比恒星日少一天,这是因为地球绕太阳公转一圈的时间内,地球相对恒星比相对太阳多自转一圈。
  7. ^ 由于岁差等原因导致春分点退行,回归年比恒星年略短,1回归年相当于365.24219平太阳日,即365天5小时48分45秒。
  8. ^ “eorþe”、“erþe”、“erde”和“erthe”等单词[51]
  9. ^ 约在5千米至200千米之间的深度
  10. ^ 约在5千米至70千米之间的深度
  11. ^ 包括正从非洲板块中分离,形成中的索马里板块。参见:Chorowicz, Jean. The East African rift system. Journal of African Earth Sciences. October 2005, 43 (1–3): 379–410. Bibcode:2005JAfES..43..379C. doi:10.1016/j.jafrearsci.2005.07.019. 
  12. ^ 地幔上部会随着板块运动而流动、固态但黏滞性较低的部分[131]
  13. ^ 这是采取日本测量船海沟号英语Kaikō(遥控潜水器)在1995年3月24日的数值,被认为是迄今最精确的测量。请参阅挑战者深渊条目,有更详细的资讯。
  14. ^ 这些图例的来源使用“UT1的秒”而非“平均太阳时间的秒”。—Aoki, S.; Kinoshita, H.; Guinot, B.; Kaplan, G. H.; McCarthy, D. D.; Seidelmann, P. K. The new definition of universal time. Astronomy and Astrophysics. 1982, 105 (2): 359–61. Bibcode:1982A&A...105..359A. 
  15. ^ 远日距的距离是是近日距的103.4%。由于平方反比定律,在近日点接收到的能量是远日点的106.9%。
  16. ^ 行星的希尔球半径是,其中是行星质量,是以天文单位量度的行星至太阳距离,是太阳质量。经过计算得到地球的希尔球半径是(天文单位)。

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