01第一章 地 球

第一章 地 球
本章主要介绍地球的天文或宇宙背景，对地球的形态、动态特征、内层和外层构造进行简单介绍
章节安排
第一节 地球在宇宙中的位置
第二节 地球的形状和大小
第三节 地球的运动
第四节 地理坐标
第五节 地球的圈层构造
第六节 地球表面的基本形态和特征
第一节 地球在宇宙中的位置
一. 宇宙和天体
二. 太阳和太阳系
三. 地球在天体中的位置
一. 宇宙和天体
1.宇宙
“上下四方曰宇（空间），古往今来曰宙（时间）”
是否有界？是否有始（终）？
大爆炸理论
多普勒效应
2. 天体
恒星、行星、流星、彗星、星云等物质
恒星：发光、恒星不恒，
行星：围绕恒星
卫星：围绕行星
彗星：极端稀薄和高度电离的氢和氮的混合物
天体系统示意图
天文单位：地球和太阳的平均距离（14960×104km）
光年：光在一年中传播的距离（94600×104km）
二. 太阳和太阳系
8个行星 planet
及66颗卫星 satellite
矮行星dwarf planet,如冥王星,谷神星
1万多颗小行星 asteroid
数以亿计的彗星(comet)流星(meteor)
以及弥漫在看起来一无所有的空间中的星际物质。
- 2006年8月国际天文联合会决议
太阳系的组成
太阳：一颗普通的恒星，太阳系的中心，内部不断进行着热核反应。
太阳的质量是地球的33万余倍，占整个太阳系质量的99.86%
太阳系的行星
（一）彗星?
彗星：在万有引力作用下绕太阳运动的一类质量很小的天体。彗星大多由彗核、彗发、彗云和彗尾组成（俗称扫帚星）。
彗核
主要由冰、甲烷、氨和尘埃组成，像个“脏雪球”

彗尾
在太阳风和辐射压下形成，背离太阳的方向
（二）小行星
火星和木星轨道之间（距太阳约2.8天文单位）
提丢斯-波得法则
(4+n) / 10
n为几何级数, 分别为0,3,6,12,24
月球?
（三）月球
月球是地球的唯一卫星，半径1738.2Km，相当于地球半径的27.28%；质量为7.35×1022t, 相当于地球质量的1.23%；平均密度为3.24g/cm3, 只有地球密度的0.6。
月球沿着一个椭圆形的轨道围绕地球自西向东运动。
月球对地理环境最重要的影响在于使地球形成潮汐，尤其使海洋潮汐。
月相
三. 地球在天体中的位置
地心说
一切天体围绕地球运行
日心说
太阳是太阳系的中心
地心说
哥白尼1473～1543
《天体运行论》中宣布：太阳在万物的中心统驭着；在这座最美好的神庙里，另外还有什么更好的地点安置这个发光体，使它能一下子照亮这个宇宙呢？
日心说的产生
伽利略1564～1642
《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》
付印前已通过审查，但出版后所产生的轰动效应，使它随即成为禁书
伽

利略也在1633年2月被软禁，经过刑讯逼供，他被迫表示 “ 相信并将始终相信教会所承认的和教导的东西都是正确的”
被判决在3年内每星期背诵7篇规定的忏悔诗。四年后伽利略双目完全失明，九年后，与世长辞。
开普勒（Johannes Kepler， 1571～1630）
行星都是沿“ 椭圆形”轨道围绕太阳旋转的行星轨道都位于同一个好像圆盘的“平面”（黄道面）上；
太阳和行星的联线在相等的时间内扫过相等的面积
行星轨道平均半径（以地球与太阳的距离为1）的三次方与公转周期（以地球年为单位）的平方相等
牛 顿
在前人成果的基础上，总结出万有引力定律
将力学推广应用到天体上
使哥白尼的太阳中心说在理论上得到了圆满的解释
第二节 地球的形状和大小
一. 地球的形状及其地理意义
二. 地球的大小及其地理意义
通常所说的地球形状就是大地水准面的形状。
大地水准面：大地测量中所谓的地球形状，是指一种以平均海平面表示的平滑封闭曲面
1.地球的形状
天圆地方（直观判断）
球形（逻辑判断）
椭球体
“梨状体”
天圆地方
球形体
椭球体
“梨状体”
地球形状.地理意义
2.地球形状的地理意义
地球的形状决定了投射到地表的正午太阳高度角不同（不同纬度地区获取太阳能的效率不同）
由于黄赤交角的存在，正午太阳高度角有规律在23°27’之间向两极减小，造成热量带（其他自然现象）的地带性分布
热力分带
气候
3.地球的大小
极半经为 6356.8km
赤道半经为6378.2km
平均半经为6371km
扁率为 1 / 298
赤道一带稍微凸出，南北半球也不对称，加上表面凹凸不平，地球为一两极稍扁、赤道略鼓，不规则的椭球体
基本上仍是一个圆球
地球大小的重要意义
地球的巨大质量，使它能够吸着周围的气体，保持一个具有一定质量和厚度的大气圈。
没有现在这样的大气圈，就没有海洋和河湖，没有风，没有生物
第三节 地球的运动
一. 地球的自转
二. 地球的公转
三. 岁差、章动和极移
一. 地球的自转
地球绕地轴旋转称为自转，自转一周的时间为自转周期，叫做“一日”
根据参照点的不同有: 太阳日 太阴日 恒星日

地球自转的地理意义
1. 地球自转决定了昼夜更替
地球自转的地理意义
2. 使水平运动的物体发生偏转（北半球右偏，南半球左偏）
地球偏转力（科里奥利力）
Coriolis effect
地球自转的地理意义
3. 地球自转造成同一时刻、不同经线上具有不同的地方时间
地球自转的地理意义
4.月球和太阳的引力使地球体发生弹性形变（洋面上表现为潮汐）

5.地球的整体自转运动与它的局部运动都有密切关系
地球的公转

地球按照一定的轨道绕太阳运动,称为公转,周期为“年”，转动方向为自西向东。
恒星年（太阳与另一恒星连线与地球轨道交点）
365日6时9分9.5秒
回归年（连续两次通过春分点）
365日5时48分46秒
近日点和远日点：大致1月3日，地球最接近太阳，此位置称近日点；大致7月4日，地球最远离太阳，此位置称远日点
*黄赤交角：太阳视运动的路线叫做黄道，黄道所在的黄道面和地球轨道面是重合的。黄道面与赤道面的交角即为黄赤交角，为23o27`。赤道和黄道面的两个交点称为春分点（ 3月20日或21日）和秋分点（9月23日或24日）。
（如果）地轴的倾斜方向固定不变，太阳光只能直射地球上南纬23o27`和北纬23o27`之间的地方。
地球绕太阳公转的结果，使太阳光线直射范围在23o27N和23o27S之间作周期性变动，从而形成了四季的更替。
三. 岁差、章动和极移
地轴进动（旋进 ）：地球自转轴绕黄道轴旋进，周期25700年
岁差：由于地轴进动，春分点每年西移约50.3″，即地球公转不到一周即可两次经过春分点。
为什么回归年时间短于恒星年？
2.章动：月球，太阳与地球的相对位置是不断变动的，因而引力方向也不断变化。太阳每年两次，月球则每月两次通过地球赤道面，这就在地轴旋进的平均位置上附加了一个短周期摆动，使地球自转轴在空间扫过的轨迹成为荷叶边形的锥面，而非一般的圆锥面。附加在圆上的这种短周期摆动叫做章动。
3.极移：由于地球质量分布不均，真正的极点位置经常发生变化，自转轴又将围绕新极点旋转，这种现象就是极移。极移实际上就是地球的自由章动。
第四节 地理坐标
一. 纬线和纬度
二. 经线和经度
一. 纬线和纬度
纬线：与地轴垂直的面和地表相交成的圆
纬度：一地的铅垂线对赤道面的夹角
二. 经线和经度
经线圈：所有通过地轴的平面，与地球表面相交成的圆为经线圈，每个经线圈包含两条相差180度的经线
第五节 地球的圈层构造
一. 地球的圈层分化
二. 地球的内部构造
三. 地球的外部构造
一. 地球的圈层分化
地球成形后不久，一颗小行星撞击地球，其碎屑物在地球轨道上形成环状物（月球形成的物质来源）
此后，地球在重力作用下继续发生圈层分化，火山喷发的气体形成大气圈，地球冷却后逐渐形成水圈
二. 地球的内部构造
根据对地震波在地下不同深度传播速度的差异和变化，地球固体地表以内可以分为：
（一）地壳
（二）地幔
（三）地核
莫霍面（Moho Discontinuity）或M界面：
1909年莫霍洛维奇（Mohorovicic）发现，约33ｋｍ处，速度突增：
横波由3.9km/ｓ突增到4.5km/ｓ；
纵波由6.8km/ｓ突增

到8.1km/ｓ。
这种速度突变是由于物质性质不同、上下之间存在一个界面的结果。
古登堡面：
1914年古滕堡发现2898km 深处有一个更明显的界面，称为古登堡面。
纵波由13.6ｋｍ/ｓ突降到8.1ｋｍ/ｓ，以后又慢慢增加。
横波到了这个界面就消失了。
说明地下2898ｋｍ深处确实存在着一个物质的物理性质截然变化的分界面。
（一）地壳
地壳是知地表至莫霍洛维奇面之间厚度极不一致的岩石圈的一部分。地壳体积是地球总体积的1％，质量的0.4％
大陆地壳的平均厚度为35km，但各地的差异较大。
大陆地壳由外向内依次为：风化壳，沉积岩层，硅铝层和硅镁层。
大洋地壳上部为疏松沉积物，中部为固结沉积物和玄武岩，下部为硅镁层
地壳主要分两类：陆壳和洋壳：
陆壳形成了大陆和海洋中的大陆架，
厚度平均33-35km，在高山区如喜马拉雅地区近80km。
陆壳具双层结构：上层主要由花岗质岩石组成，称硅铝层，其密度较小，约为2.6～2.7g/cm3下层由玄武质岩石组成，称硅镁层，其密度较大，约为2.9～3.0g/cm3。
洋壳形成大洋盆地，如太平洋、大西洋的洋盆就是洋壳。洋壳厚度较小，一般为5~8km，最薄处仅1.6km。
洋壳具“单层结构”，主要发育硅镁层，除上面有不厚的沉积物外，主要是由玄武岩组成的。
（二）莫霍面以下，深度为35～2900km的圈层，就是地幔。地幔分上下两层。
上地幔深35～1000km，主要由橄榄岩质的超基性岩石构成，岩浆侵入，火山喷发，地震，板块构造等一系列影响地球表层地理环境的过程都由此发生。下地幔深1 000～2 900km，其下界为古登堡面。
（三） 地核：2 900km以下至地心为地核。
岩石圈: 地壳和上地幔顶部的固体岩石层组成，厚度在70~100km
软流层（软流圈）：岩石圈下方岩石接近熔融状态，具有很大可塑性，地震波在此的转播速度明显小于岩石圈，与岩石圈相比，它易于流动，称为软流层，软流层一般认为是岩浆的主要发源地。
*地球内部圈层结构
三 地球的外部构造
地球的外部构造包括大气圈，水圈和生物圈
三个圈层。
（一）大气圈
（二）水圈
（三）生物圈 ：是指地球生物及其分布范围所构成的一个及其特殊又及其重要的圈层。在地理环境中，生物圈并不独占任何空间，而是分别渗透于水圈，大气圈下层和地壳即岩石圈表层。
上述地球构造中的同心圈层，在分布上有一个显著的特点：在高空和地球内部，它们基本上是上下平行分布的，但在地球表面附近，各圈层却是相互渗透相互重叠的。
1大气圈
大气圈的演化
2、水圈
从太空看地球是一个蓝色的星球，表面大部分被水所覆盖
水圈--闭合连续

的层圈，包括海洋、河流、湖泊、冰川、地下水以及渗入岩石裂隙中的水分。
水圈的厚度各地不同，厚者可达11ｋｍ以上。
水圈由地下水以及渗入岩石裂隙中的水分组成的部分与地壳上部重合。
水圈
3、生物圈
地球上的生命物质分布于地球的表面，形成一个连续的生物圈层包围着地球，此圈层叫生物圈。
生命分布于水圈和大气圈下部中，因此生物圈与水圈和大气圈是重合的。
生物通过新陈代谢过程和死后遗体分解出各种气体及有机酸等，可与地表的物质直接或间接地发生各种物理、化学作用，从而改造地表物质。
生物的演化
第六节 地球表面的基本形态和特征
一. 海陆分布
二. 海陆起伏
三. 岛屿
四. 地球表面的基本特征
一. 海陆分布
海陆对比：地球表面积5.1亿km2 ，其中陆地1.49亿km2，海洋3.61亿km2.陆地占29.2% ，海洋占70.8% ，总比例：3:7，故又称为“水球”
陆地：分三个部分：
（1）大陆：（六块大陆）：欧亚大陆，非洲大陆，澳大利亚大陆，北美洲大陆，南美洲大陆，南极大陆，最大的是欧亚大陆，最小为澳大利亚大陆。
（2）岛屿：占陆地的7%，最大的岛屿是格陵兰岛屿217.6万km2 。
（3）洲：以一块大陆为主，包括附近的岛屿，最大的为亚洲4400万km2，最小为大洋州890万km2 。
当今全球海陆分布特点:
陆地集中于北半球
大陆形状北宽南窄，呈倒三角形
多数大陆南北成对分布
多数大陆通过狭窄的海峡或地峡相连
大西洋两岸海岸线走向有明显的一致性（水下2000米处拼接最好 ）
海洋：面积巨大的水体。
海：陆地的边缘；面积较小；占11%，较浅2000~3000 m；温度变化大，含盐度较小，32/1000以下。
洋：远离大陆；面积较大，占海洋总面积的89%，深度大，4000~5000 m；温度稳定；有较完整的洋流系统；含盐度较大，35/1000。
（2）海底部分：三部分：a.大陆架，深200~300 m，占面积7.5%；b.大陆坡：坡度大，占海底总面积的12.5%；c.洋底：占80%。
（3）四大洋：太平洋，大西洋，印度洋，北冰洋
二. 海陆起伏
地形高低起伏悬殊
全球平均海拔840m，陆地高差可达9240m
山弧－地缝合线系2
死海的盐
三. 岛屿
岛屿可以分为大陆岛和海洋岛2种。
1. 大陆岛： 位于大陆附近并在地质构造上与相邻大陆有联系，如马达加斯加岛、斯里兰卡岛、台湾岛等
2. 海洋岛：面积较小，与大陆在地质构造上没有直接联系，可分为火山岛和珊瑚岛2类。
火山岛：海底火山喷发形成
珊瑚岛：由珊瑚礁构成的岩岛
海底黑烟囱
四. 地球表面的基本特征
1. 太阳辐射集中分布于地表，太阳能的转化也主要在地表进行
2. 固、液、气三态物质同时并存于地表

3. 地球表面具有其特有的、由其本身发展形成的物质和现象
4. 地表各个圈层相互渗透，进行复杂的物质能量交换和循环
5. 地表存在复杂的内部分异
6. 地表是人类活动的基本场所
本章小结
主要介绍与自然地理学相关的一些地球科学基本背景，包括天文、宇宙等一些内容
重要内容：
地球的结构（内部结构、外部圈层）
认识地球的宇宙环境及其形状、大小、圈层结构及表面形态结构特征，掌握地球运动规律及其地理意义。