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1、第一章 地球与地壳,地球在宇宙中的位置 地球的形状、大小和运动 地球的圈层构造和形态特征 地壳的组成 大地构造学说 火山与地震,宇 宙:“宇”指无限空间,“宙”指无限时间。哲学上又叫“世界”天 体:宇宙中恒星、行星、卫星、彗星、宇宙尘、流星、星云等的统称天文单位：地球和太阳的平均距离(14960104km)光 年：光在一年中传播的距离(94600108 km),地球在宇宙中的位置,-宇宙和天体-,恒星:,行星:,卫星:,彗星:,流星:,星云:,质量很大且能发光。凭肉眼能看到的天体，99以上都是恒星（太阳）,自己不发光，质量也远较恒星小，但需要具有一定的质量，并且绕恒星运动（地球）,质量比行星更
2、小，绕行星运动，并随着行星绕恒星运动，其包括人造卫星和与此相对的天然卫星（月亮）,太阳系外围行星形成后所剩余的物质组成,是一种很小的、但具有特殊外表和轨道的天体,质量更小，也不发光，在行星际空间运行，当接近地球，受到引力作用时，可以改变轨道甚至陨落,少数落到地面上即为陨石,是一种云雾状的天体,散布在银河系内、太阳系外的一堆堆非恒星形状的尘埃和气体,主要成份是氢和氮,星系:,河外星系，简称为星系，是位于银河系之外、由几十亿至几千亿颗恒星、气体和尘埃物质组成的天体系统,宇宙“大爆炸”学说,美国天文学家哈勃(Edwin Hubble，1889-1953),宇宙“大爆炸”理论(Big Bang the
3、ory)首先是由Edwin Hubble提出，是现代宇宙学中最有影响的学说，也是目前有关宇宙历史最可能的一种解释。1923至1924年在威尔逊天文台时，哈勃发现仙女座大星云的12颗造父变星，根据周光关系，推算出它们位于银河系以外，是与银河系一样的恒星系统，这一发现使哈勃成为星系天文学的奠基人,哈勃认为宇宙大爆炸导致宇宙扩张，并压迫空间物质变为超致密星团。宇宙“大爆炸”的直接证据是1965年以来才有所发现的。那时候，有两位科学家声称测到了“大爆炸”残余微波，但未能对“大爆炸”后四处扩散的物质，如何重新凝聚从而形成星球及星系的问题做出解释。,宇宙大爆炸模型示意图,仅仅是一种学说，是根据天文观测研究
4、后得出的一种设想,关于宇宙“大爆炸”,1988年，英国的一位科学家在时间简史：从大爆炸到黑洞中阐述，宇宙最初的模样像一个豌豆大小的物体，悬浮于一片没有时间的真空，在“大爆炸”前瞬间发生极其快速的膨胀过程。时间为距今约140108年。,“哈勃”号太空望远镜(1990年4月25日，由美国航天飞机送上太空轨道)是目前被送入轨道的口径最大的望远镜。它全长12.8米，镜筒直径4.27米，重11吨，由三大部分组成，第一部分是光学部分，第二部分是科学仪器，第三部分是辅助系统，包括两个长11.8米，宽2.3米，能提供2.4千瓦功率的太阳电池帆板，两个与地面通讯用的抛物面天线。为纪念Edwin Hubble对天
5、文的贡献，故命名为哈勃太空望远镜。,哈勃太空望远镜升空,“哈勃”新拍照片反映的是一颗遥远恒星周围的景象。这颗名为“V838 Mon”的恒星位于麒麟星座方向，距离地球2万光年。在照片上可以看到恒星周围漩涡状的尘埃云。据估计，这些漩涡状尘埃云在星际空间中跨越数万亿公里。,“哈勃”拍照的一颗恒星周围的景象,关于宇宙“大爆炸”-黑洞,黑洞是广义相对论所预言的一种暗天体，它有一个封闭的视界面，外来物质能够进入而视界内的任何物质却不能逃出视界。黑洞被认为由解体的星球残余物质形成。英国科学家用哈勃天文望远镜拍摄的照片，去除一层层耀眼光环后，观察到了整个星系相互碰撞并被黑洞吞噬的景象，黑洞比亿万颗太阳还要大，
6、星系相互碰撞后的物质，首先被吸进强旋涡中心，在被黑洞吞噬之前释放出巨大能量。黑洞甚至吸收光线。黑洞吸引周围物质下落而发出X射线。日本科学家花了15年时间分析来自外太空的无线电波后，于1999年说，已发现银河中心有24个黑洞。,2000年8月，美国麻省理工学院的天文学家们宣布发现了银河系中央存在黑洞的证据，位于银河系中央的一个区域，其质量超过260万个太阳质量，但它的直径不超过太阳和地球之间的距离。密度如此之大的天体，只可能是个黑洞。,黑洞的假想图,1995年由哈勃望远镜拍摄到的高度清晰的云柱，它们是新星群的育儿室。其中最大的头尾两端足有4光年的长度。图中显示“蒸发中的小气团”(星蛋)正从氢分子
7、与尘埃所形成的气柱中浮现出来，内部的气体密度很高，以致于可以因重力而形成恒星。在每个云柱的顶端，因周围炽热年青亮星所造成的强大辐射，将密度低的物质蒸发掉，使新诞生的恒星从致密的星蛋中显现出来。,从老鹰星云的星蛋中孵化而出的恒星,(老鹰星云位于距离地球7000光年处),近日，美国宇航局公布了探测器拍到最年轻的宇宙“婴儿期照片”，是近年来最重要的科研成就之一，为宇宙大爆炸理论提供了新的依据。科学家由照片推测出宇宙的年龄约137亿年,误差不超过。,“恒星育儿室”全天空图片,各向异性微波探测器观测到的宇宙第一束光线-宇宙大爆炸的余辉。我们今天所看到的宇宙微波背景辐射出现在宇宙诞生后38万年，经过130
8、亿年才传播到地球上,1989年，美国太空总署发射了一颗“宇宙背景探测卫星”，该资料表明，观测到了在宇宙的遥远边际存在着一堆极其庞大的波浪形物质，这种波形物质伸展达(590108)(1000108)哩，并且已有150108年历史。,由于该波浪形物质是在宇宙大爆炸仅30104年后便已形成，所以它被喻为是宇宙诞生的证据。这种波浪形物质形成后，万有引力使愈来愈多的物质凝聚起来，最后变成星系。,后来，一个国际科学家小组利用欧洲航天局红外太空观测卫星(ISO)的观测数据，对一种氘氢分子进行分析测算后发现，在距地球约1500光年的猎户星云中高度活跃的恒星形成区，氘原子与氢原子的比例为1:10104。宇宙中所
9、能探测到的所有氘元素，可能都是在宇宙“大爆炸”几分钟后的原始核聚变过程中产生的，有关氘元素丰度的最新测算结果再次证实，宇宙中正常物质总是无法遏止宇宙无限膨胀的趋势。,1999年德国的天文学家称发现了距今约700年的一次超新星爆发留下的气体云，估计其温度为3000104K，为太阳核心温度的两倍，气体云延伸的直径达到25光年。,在宇宙空间中可能不均匀地漫布着由“大爆炸”或恒星炸裂而产生的尘云物质，它们有可能被吸引聚积而形成星体。,哈勃望远镜拍摄的照片,据天文观测，在星际空间和星云中，有大约99%气体和1%灰尘组成的稀疏物质，气体大部分是氢和氦，尘状物类似于地球物质的成分，如硅化合物、二氧化铁、冰晶
10、以及包括有机分子在内的许多细小分子，于是提出了分凝序列模型。,韦扎克(Weizsacker,1944)的计算结果，在一大旋涡作湍动收缩时，就产生出一些子旋涡，一个子旋涡足以产生一个太阳系，在太阳旋涡的外缘有一些亚子旋涡，两个亚子旋涡的啮合部位尘埃粒子的碰撞结合，从而形成星子行星。,西班牙加里克.伊斯拉埃良等人在一颗恒星的光谱里找到了它曾经吞食过行星的证据。HD82943里所含的微量锂-6，就像小猫胡子上沾的牛奶一样，是这颗恒星可能曾经吞食过行星的有力证据。,恒星吞食行星,最近全世界都在盛传这样一则报道：再过75亿年地球的命运将会怎样？我们的太阳会急剧膨胀，以致毫不留情地吞食掉地球。但是在此之前
11、地球上早已没有任何生物，一切生物在2亿年后就已被太阳的强烈辐射所烧死。,研究人员认为，HD82943在过去3000万年之内的某个时候吞食了一颗绕它旋转的行星，除此之外没有别的合理解释。,哈勃望远镜拍下大星系吞食小星系照片,正如天文学家预测的那样，一个大型的星系正在吞食一个微型星系，而且首次有了照片证据来证明这种宇宙中的“大鱼吃小鱼”现象。天文学家表示，小星系因为受到大星系的万有引力而解体，小星系里被吸附走的星体将成为螺旋状大星系周围环绕的球形晕轮的一部分。,哈勃发回新照片“大爆炸”理论遭质疑,“哈勃”望远镜本次拍摄到了一些宇宙深处的星体，这些星体大概形成于宇宙诞生后的5亿年内(约130亿年前)
12、。然而，这些星体的数量却远远少于科学家们原来的估计。为“大爆炸”理论打上一个重重的问号。,经过近期的技术升级，哈勃望远镜现已投入正常工作。哈勃望远镜的最新仪器包括：广角照相机3和新型超敏感声谱仪，该声谱仪是2009年5月宇航员在为期13天的太空任务中在哈勃望远镜上安装的。此外，还恢复了该望远镜两个仪器：哈勃主高级勘测照相机和多功能图像声谱仪，在此之前这两种仪器未被修理过,“亚特兰蒂斯”号宇航员日为修复哈勃望远镜进行第5次太空行走，这次太空行走完成后，修复哈勃望远镜的工作也宣告基本完成。,高级勘测照相机3拍摄的棒旋(转)星系NGC6217,同时，广角照相机3拍摄的“星系五重奏”一组5个星系的图片
13、，密集的恒星星团,哈勃望远镜上的相机拍摄的船底座星云中的由炙热的气体和尘埃组成的“创造之柱”。船底座星云位于距离地球7500光年的船底星座，是孕育恒星的地方。,哈勃望远镜上的相机拍摄的近50亿光年的星系Abell 370,银河系(人类、地球以及太阳系所处的星系),地球在宇宙中的位置,-太阳和太阳系-,银河系的构造,银河系是一个旋转着的扁平体，绝大多数星体都密集在它的中心平面附近。其直径约为10104光年，中心厚度约为10000光年，其余部分厚度约为1000光年。到目前为止，已经发现了十亿多个类似银河系这样的星系。星系表现为成对或成群的聚集状态，组成星系群。银河系包括1500108颗恒星，太阳只
14、是其中之一。,地球随太阳在银河系中运动,地球随太阳围绕银河系中心做旋转运动。太阳绕银心旋转一周约2.81083108a.，平均速度约250km/S，轨道偏心率为之间。,千秒差距:量度距离的一种单位，等于3260光年,哈勃望远镜拍到一银河系的星星光环,这张是美国哈勃空间望远镜捕捉到的一银河系的环形的星群照片，该照片比这个银河系的任何现有的照片都清晰。整个星系大约120,000光年宽,比我们的银河星系稍微大。光环主要由蓝色的小恒星组成，与黄色的核心形成鲜明对比。,宇航船在距地球100万公里的第二拉格朗日点轨道上运行，背景为太阳、地球和月亮。,太 阳 系,太阳系中的行星分别为水星、金星、地球、火星、
15、木星、土星、天王星和海王星。行星中的前四颗较近太阳称为地球族行星（地组），共同特点是体积小，平均密度大，自转速度慢，卫星数少；后四颗较远太阳称为大行星（木组），共同特点是体积大，平均密度小，自转速度快，卫星数多。,太阳系主要星体的基本参数,太阳是一个炽热的发光球，它的内部不断进行着巨大的热核反应，中心温度更高达1500104k,太阳表面温度高达6000k。在已知宇宙中，太阳是一个中等大小的恒星，直径约为140104km，相当于地球直径的109倍；表面积约为地球的12000倍；体积约为地球的130104倍。质量约1.9891027t，相当于地球的33.3104倍；并且占整个太阳系质量的99.86
16、%。,太阳与日地系统,太阳在约50108a.以前由气体和尘粒物质开始积聚而从星云中形成。物质积聚，收缩或凝结使其内部的压强和温度急剧升高，温度升高到足以发生核聚变，以至太阳最终成为一颗恒星。产生核聚变要求的最低温度估计约500104，氢聚变反应式为：4H1H+能量 即4个氢原子核聚合形成1个氦原子核并释放出能量。该能量是质量减少的转变，按爱因斯坦的著名方程E=mc2来测算，每秒钟约有5108T质量变成能量，并将600108T的氢变成氦，太阳还能维持约50108年。,彗 星：,彗星是在万有引力作用下绕太阳运动的一类质量很小的天体，是太阳系的成员之一。由彗核、彗发、彗云和彗尾组成。,小行星是太阳系
17、内类似行星绕太阳运动，但体积和质量比行星小得多的天体。,地球唯一的天然卫星，是距我们最近的天体。与地球的平均距离约为384401 km.半径相当地球半径的27.28%;质量相当于地球质量1/81；平均密度为3.24g/cm3，只及地球的0.6。月球本身不发光，只反射太阳光，外部无大气层。,小行星：,月 球：,太阳风：,从太阳大气最外层的日冕向空间持续抛射出来的物质粒子流。,彗 星,行星与星地系统,各行星与太阳的距离按提丢斯波得定则（Titius-Boderule,1766）排列。按照这个定则，应在火星与木星轨道之间，即距太阳约2.8个天文单位处还有一颗同样绕太阳运转的大行星，但始终没有发现，恰
18、在这个空间范围内自1801年以来相继发现了谷神星、智神星等约2400多颗小行星。它们的形状不规则，绕太阳旋转的周期为114年左右不等，很可能曾是一颗大行星遭撞击破碎的产物。,英国一太空研究专家日前称一颗巨大的名为2002 NT7的小行星将于17年内撞击地球，届时地球上的生命将遭受毁灭性的打击。据称这个小行星是迄今为止所探测到对地球威胁最大的物体，它的直径约两公里，预料撞击速度达每秒28公里，无论撞落在地球五大洲的任何一地，都足以摧毁整个洲块，并造成全球性的气候剧变。,艺术家眼中的小行星撞地球情景,金星和金星上的火山,“金星快车”拍摄的金星表面火山区,“金星快车”号是在“火星快车”和“罗赛塔”探
19、测器的基础上耗时4年开发而成的，共搭载了7种科学仪器，可以对金星大气、离子环境及其与太阳风的相互作用等进行测量。“金星快车”于2005年11月9日由俄罗斯的“联盟”运载火箭从拜科努尔发射场发射升空。储存的燃料足够支持其运行1000天。,金星火山口照片,“金星快车”号拍摄的金星火山照片,金星上的火山,火星风暴,2000年8月，美国的火星探测器观测到了火星上的大风暴，风暴始于15日，26日加剧并急速扩展，已覆盖了超过半个火星表面。预计它还会继续扩展，直到造成一次全球性风暴。图为该风暴在火星上的位置。,火星古洪水,美国科学家最近发现了证明火星在较近的时间内发生过大规模洪水的证据。原因是火山喷发，造成
20、地下冰融化。地面上也有一些小河道，十分清楚地证明了许多地方曾受到侵蚀痕迹。在过去，火星表面显然存在过水，甚至可能有过大湖和海洋。但是这些东西看来只存在很短的时间，而且据估计距今也有大约四十亿年了。,火星上曾被水淹没,“勇气”号与“机遇”号火星车,勇气号彩照（2004）,2004年1月23日“火星快车”探测器发现火星南极存在冰冻水 2004年1月14日“勇气”号传回照片：奇特的火星地貌让科学家大吃一惊 2004年1月24日“机遇”发的回照片显示火星土壤含赤铁矿,拍摄于美国当地时间26日傍晚，照片上可以看到一个巨大的冲击盆地,摄于美国东部时间27日清晨点左右，这张照片上可以分辨出一个椭圆形火山和实
21、际长度达4000多公里的火星峡谷,两张照片拍摄的分别是火星近乎相反的两面，可见火星南极白色冰冠相当显眼，还可清晰地看到不少陨石坑。专家称，从照片上看，火星南半球目前正处于相对温暖的夏季，其南极冰冠正在融化缩小。,人类探索火星？,近来，随着美国“火星探路者”号飞船成功地在火星阿瑞斯平原着陆，这颗“神秘”的星球又一次成为世人瞩目的焦点。从1965年“水手4号”火星探测飞船首次探测火星起，迄今人类已先后向火星发射过十几次探测飞船，三次在火星陆地着陆。地球人对火星执着的探索，是人类探索宇宙生命。美国科学家在一块来自火星的陨石上发现了古代微生物痕迹，这使得科学家对地球生命有了全新的认识。根据火星陨石内古
22、微生物痕迹的启示，科学家进一步对地球生命起源年代重新研究。结果表明，地球上出现生命的时间可能远早于人们过去认为的38亿年前。火星探索将有助于揭开地球生命及人类起源的奥秘。,人类探索火星还可使地球人了解地球今后的命运。最近探测表明，火星上曾发生过特大洪水。也许火星曾经是一个温暖、湿润，适宜于生物生长的星球。但根据目前探测结果，火星上现在除南北极存在“水冰”外，大部分地区是极干燥的“戈壁滩”。通过对火星深入研究，可以使地球人了解星球的历史变迁，更好地保护我们自已的星球免遭毁灭。比如科学家登上月球后，通过对陨石坑研究，了解到地球在历史上曾遭受过许多“宇宙炮弹”的轰击，从而对恐龙灭绝等自然事件有了新的
23、认识。探索火星，最终也是为人类征服火星作准备。科学家设想，随着科学技术发展，人类有可能在火星上建立适合人类生存的“生态环境圈”，让火星成为“第二个地球”，成为地球人未来最佳的“避难所”。,木星,木星是太阳系中最大的行星。亮度仅次于金星。它的质量是地球的1316倍，是太阳系中其他行星加在一起的二倍半。木星没有固体外壳，在浓密的大气之下是液态氢组成的海洋。木星的内部是由铁和硅组成的固体核，温度高达30000度。但木星大气的平均温度约为-140度。,目前发现太阳系中有七个带有卫星的行星，其中土星有61个、木星有64个卫星，天王星24颗卫星，很多是近几年才发现的。,2011年8月6日美国发射朱诺号木星
24、探测器，预计2016年抵达木星,示意图：在木星轨道运行的朱诺探测器,朱诺号木星探测器发射现场,地球在天体中的位置,地球系统是开放系统,地球系统的性质可以分为:孤立系统：与外界没有能量与物质的交换。封闭系统：可与温度确定不变的外界交换能量而不交换物质，体系温度保持恒定。开放系统：可与外界交换能量和物质。在孤立系统中实际发生的过程，总是使系统的熵增加，状态只能自发地从非平衡转变为平衡，从有序转变为无序，而不可能逆转。对于封闭系统，当体系和外界的温度足够低时，有可能形成低熵的有序平衡结构，如晶体和相变。对于开放系统，在时间间隔(dt)内，体系熵的改变(ds)等于熵流(des)加熵的产生(dis)。目
25、前认为地球系统是开放系统。,“地心说”“日心学说”,曾经有一个很长时期，人们认为地球是宇宙的中心，一切天体都是绕地球运行。直到1543年，哥白尼的“天体运行论”发表，“日心学说”创立，这个错误观念才被抛弃。地球则只是太阳系中的一颗普通的行星，地球沿着椭圆形轨道绕太阳运行，太阳处在椭圆形轨道的焦点之一上。,哥白尼-波兰天文学家，日心说的创立者，近代天文学的奠基人,开普勒-德国天文学家，发现了行星沿椭圆轨道运行，并提出行星运动三定律，为牛顿发现万有引力定律打下了基础。,伽利略-意大利物理学家、天文学家和哲学家，近代实验科学的先驱者。,布鲁诺-意大利哲学家和思想家。,牛顿-英国伟大的数学家、物理学家
26、、天文学家和自然哲学家,地球的形状与大小,地球极半径6356.779km，南极比北极半径短15.2m；地球赤道半径6378.14km，某些地方相对高出430m；地球平均半径6317.03km；地球圆周长39840km。地球表面海洋面积3.524108km，占约71%，平均水深3729m，最深点-11033m，海洋水面的隆高最大+76m，海洋水面的低洼最低-104m。地球表面陆地面积1.484108km2，占地球表面约29%，在南半球陆地面积占约17%，在北半球陆地面积占约39%，陆地平均高度+875m，陆地上的最高点，珠穆朗玛峰+8848m，陆地上的最低点死海水面-392m。,地球的圈层结构：
27、散逸层：约800 km 电离层：约80-800 km 中间层：约52-80 km 平流层：约10-52 km 对流层：约0-10 km 地壳：平均厚度17km 地幔：平均厚度2900km 地核：平均厚度3470km 地球质量5.9761024kg，平均密度5.52g/cm3,地球的形状,地球两极扁平的程度称为地球的扁率，可用下式计算,a 椭球体半长轴b 为地球两极半径，即半短轴,a,b,地球的运动,地球的自转 地球的公转,地球的自转,太阳直射点的变化,由于地球自转轴的指向不变，太阳辐射在一年中直射地球表面的纬度发生变化，并导致地球表面昼夜的长短变化和一年四季的变化。夏至时，太阳直射北回归线，北
28、半球白天最长、黑夜最短，北极圈内为极昼；南半球黑夜最长、白天最短，南极圈内为极夜。冬至时，南、北半球的情况相反。最大的昼、夜时间差，赤道为零小时零分，向极区方向逐渐增大，极圈处达24小时零分,时间的确定,地方时：,太阳时：,世界时：,子午线以通过格林威治的经线作为标准时间的参照线,北京时：,子午线以当地经线作为标准时间的参照线,子午线以东经120的经线作为标准时间的参照线,取太阳为标准，则地球上同一地点连续两次通过地心与日心连线所需的时间叫做一个太阳日,日界线,国际经度会议规定:原则上以180经线作为地球上“今天”和“昨天”的分界线，叫作“国际日期变更线”，简称“日界线”。,运动物体的偏转地转
29、偏向力(科里奥利力),V：运动物体的速度：地球自传角速度：纬度,地球的公转,地球围绕太阳的周年旋转运动，称地球公转运动。公转轨道为一椭圆，长半径1.4959108km，短半径1.4957108km，偏心率0.016722。太阳位于地球公转椭圆轨道内的一个焦点上，地球的近日距离为1.471108km，远日距离为1.521108km，近日点时间为每年的1月3日或4日，远日点为7月2日或3日。,地球公转的平均速度29.79km/S，由于地球绕日运动在等时间内扫过的面积相等，因而在地球近日点时公转速度最快，达30.27km/S，远日点时最慢，仅29.27km/S。因此，北半球处冬半年（自秋分至春分）的
30、时间为179天，处夏半年（自春分至秋分）为186天。南半球的情况相反。,在一年当中，实际上是地球绕太阳公转一周，但从地球上看相当于太阳高度角由大到小又由小到大一次反复，也相当于太阳在恒星间的视运动相对于地球运行一周。中国创立的二十四节气，即以春分点起算，每隔黄经15划出一个节气，比较宏观地表达了各时期太阳辐射量与温湿条件的变化,地轴的倾斜,太阳光线与地轴,冬至与夏至,地球公转轨道偏心率的变化,据张家祥(1982)推算，地球公转轨道偏心率的变化范围，为，据伯格(A.Berger,1984)推算为。偏心率最大的时候，地球的远日距1.581108km比近日距要远0.171108km左右，比目前的0.
31、05108km要大3.4倍左右；偏心率最小的时候，公转轨道近于正圆。,公转轨道偏心率从最小到最大又到最小的变化准周期为9.5104a.(A.Berger,1984)或10104a.。据么枕生(1959)计算，目前近日点位于冬至日附近，太阳辐射强度在近日点大于远日点7%。因此，当偏心率增大和远日公转速度放慢、时日延长的时候，地球接收的太阳辐射总量就会有所减少，尤其是北半球夏半年的太阳辐射总量会比较多地减少，会出现连续几万年的气候变冷。,太阳与日地系统,地球自转轴与地球公转轨道面即黄道面的交角6633(到2000年为663338)，即地球赤道面与黄道面的交角(黄赤交角）约2327(到2000年为2
32、32621)。,太阳与日地系统,近日点进动是转动物体的转轴绕另一旋转轴的运动，它是由转动物体受到垂直于其动量矩的外力矩作用而产生的。地球近日点进动表现为地球近日点在黄道上顺地球公转方向的移动，转一周所需时间与地球轨道偏心率变化周期近于一致,太阳与日地系统,地球绕太阳系质心运动地球的公转 严格地说，并非地心绕日心公转，而是地月系质心绕太阳系公共质心的公转。在黄道面上，行星的力矩效应对日心至太阳系公共质心的距离变化有比较大的影响，仅木星的力矩效应就可使所述的距离偏差74104km，若出现如下所述的八星会聚中的地心会聚那样的极端情况，会使日地距离缩短1%左右，并影响到地球在公转轨道上运行的速度；还会
33、使太阳的自转角动量发生变化，并使太阳活动也受到影响；且两者都会使地球气候和地理环境发生一些变化。,黄赤交角的变化：黄赤交角是地球赤道面与绕日公转的黄道面之间的夹角(黄道倾斜)。黄赤交角决定着太阳光直射在一年内到达最北(北回归线)与最南(南回归线)的地理纬度，也决定一年内出现极昼与极夜(北极圈与南极圈)的地理纬度，即决定着地球表面各纬度带年内接收的太阳辐射量。黄赤交角变小时，南(北)回归线向赤道靠拢，而南(北)极圈向极地推移；黄赤交角变大时，上述四线均反方向移动。黄赤交角的变化相当于地球自转轴倾斜角度的变化，或赤道平面倾斜度的变化。黄赤交角变化的范围在2200-2430之间，即回归线的地理纬度变
34、化在南、北纬22-2430之间，南、北极圈的地理纬度变化在南、北纬68-6530之间。它的变化周期为4.1104a.，目前，黄赤交角正以47/100a.的速度变小，到15ka.BP之后黄赤交角再一次达到最小。,岁差、章动和极移,当地球自转旋进时，春分点西移，故地球自转不到一周即可两次经过春分点，这就是岁差。春分点每年西移50.2564“。由图可知，地球自转旋进周期约为25700年，既每25700年描绘出一个圆锥形。,地球的形状轴（对称轴）和自转轴并不重合，而形状轴和地面的焦点才是真正的地极。地转轴以425440天为周期绕形状轴旋转，产生振幅约为0.10.2的摇摆运动。从真正的地极来看，地球自转
35、轴大约在3m距离处，每14个月绕这个点旋转一周。这种现象就是极移,然而，月球、太阳与地球的相对位置的不断变动使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荷叶边形的锥面，而不是一般的圆锥面。附加在圆上的这种短周期摆动叫做章动,宇宙中的地球,2.地球的质量及其环境效应 地球质量不大也不小，从而引力适中,形成了适宜的大气圈与水圈，为生命的诞生准备了必要的条件。,3.地球的形状及其地理意义 形成地球上热量带状分布和所有与地表热状况相关的自然现象（如气候、土壤、植被等）的地带性分布。,1.日地距离及其环境
36、意义 距离不近也不远，为生命的孕育创造了条件。,4.地球的运动及其环境效应,1）地球自转及其环境效应：地球自转产生了昼夜更替 地球自转产生了地方时 地球自转产生了地转偏向力,2）地球公转的地理意义：地球的公转导致季节的变化 地球的公转导致昼夜长短的变化 地球运动对地表温度调节、孕育生命,地球的大小与意义,科学家人为，行星的质量如果偏大，氢、氦、甲烷等原始大气就会被他牢牢地吸引住，造成一个缺氧的大气环境，不利于生命的诞生与进化；但如果行星的质量偏小，引力就会偏小，就不能保持一个像今天一样稠密的大气层，也不能集中足够的水，生命的诞生与进化也就无法进行，地球的质量适中，不大不小，从而引力适中，形成了
37、适宜的大气圈与水圈，为生命的诞生准备了必要的条件。,长期以来，人们把大洋表面看作一个平缓的、稳定的旋转椭球面。其实地球洋面上至少有三个较大的隆起区和凹陷区。前者如澳大利亚东北洋面、大西洋南伊斯兰附近洋面和非洲东南洋面，分别隆起76m、68m和48m；后者如印度半岛以南海面、加勒比海区和加利福尼亚以西海面，分别凹进112.64m和56m。这些凹陷区直径都在30005000km。隆起区和凹陷区的存在使大西洋发生倾斜，因而形成一个复杂的面。,大地水准面,月球重力只有地球的1/6，没有如地球维持大气圈的重力引力。月球上缺水。所找到的月球岩石都已磁化。在月球运行接近地球时，有时发生月震。据此推测，月球可
38、能是由太阳系的另一部分，在失去挥发元素的高温环境形成的，后来被地球捕获而成为地球的卫星。,月球是地球唯一的1个卫星。地月质量比约81.3，地月平均密度比约1.652。通过遥测和载人不载人的登月探测，月球表面有盆状月海，为熔岩流覆盖，估计是陨石撞击并引发熔岩喷溢所致。月球表土层是几十亿年来由微陨石、宇宙线与太阳粒子轰击产生的岩石碎块屑简单堆积而成。,月球和地月系统,地月系统绕太阳公转，真正的公转轨道是地月系统公共质心的轨道，地心的运动轨道则时而在公转轨道以内，时而又在公转轨道之外，时而超前于地月公共质心，时而又落后于地月公共质心。具体为在朔时(农历初一)由于月球位在日地之间，故地心在公转轨道之外
39、4671km；在望时(农历十五或十六)地球在日月之间，故地心又在公转轨道以内4671km；在上弦时它超前地月公共质心；在下弦时又落后于地月公共质心。也就是说，实际上，地球绕日公转的速度是变化的，自下弦至朔到上弦期间相对加快，要从落后于地-月公共质点到超前于它，所以地球公转速度要加快，超上去9342km；自上弦至望到下弦期间则相反。自朔至望，日地距离要增大9342km；自望至朔又相反。,月球的绕行轨道比较接近各行星绕太阳运行的公转平面，不会超过地球上2836N2836S的区间。月球的绕行加上地球自转，在地球表面产生比较规则的潮波，包括海潮，固体潮，并对大气环流也有一定的影响。持之以恒的海潮被认为
40、是地质历史时期地球自转速度稳定放慢的原因。,月全食1975年11月18、19日,月球,月食形成图,维持地表系统运行、地表环境发展的能量，主要来自太阳的辐射。太阳辐射作用于地表，由于地表接受的太阳辐射的差异，导致了行星风带的产生、季风的形成、水汽的运移、洋流的产生以及风化作用的进行。,地外系统对地表环境的影响,1.能量的来源,2.引力的影响,太阳与太阳系行星引力的作用，使地球沿着自身固有的轨道运行，具有特定的运行周期与速度。由于太阳与月亮引力的作用，产生了地球上的潮汐现象。,潮汐运动示意图,在地球系统中的地月支系统最突出的是引力作用。在太阳系内，月球与其绕转的地球的质量比，高于其它卫星与其绕转的
41、行星的质量比。月球对地球的引力要比太阳对地球的引力大一倍多，其它行星对地球的引潮力小于月球引潮力的万分之一。,3.陨石撞击的环境效应,4.其他宇宙因素的影响,地表系统与地外系统之间，也存在着物质的交换；太阳活动；太阳风。,改变了地表形态，造成陨石坑与环型山;陨石撞击导致地震;陨石撞击地球，导致地表环境的灾变;大的撞击还会导致岩石圈的破裂，引起板块分裂与运动。,1.能量的来源,地内系统对地表系统的影响,地内活动还对地表环境产生了一些其他的影响。火山、地震；地核、地幔物质的运动与相变。,3.地内活动的其他环境效应,地内系统与地表系统在不断地进行着物质的交换。,2.物质的交换,尽管太阳辐射是地表系统
42、运行与发展的主要能量来源，但地球内能也对地表系统与环境产生了不可忽视的作用与影响。,地理坐标,纬线和纬度经线和经度,流星和陨星,流星是指夜空中星光如箭掠过的现象，实际上是星际空间被叫做流星体的较细小物体，在它们闯入地球大气层时因摩擦而燃烧发光的现象。1999年8月12日，当地时间下午七时，在北美见到每小时50-150颗流星燃烧着掠过天际，那是一年一度的英仙座流星雨。英仙座流星雨跟其他流星雨一样，本是慧星残骸。1999年撞入澳大利亚沙漠的一颗流星，发出“不可置信的蓝色亮光”和“蓝白色闪光”历数分钟之久。1833年11月13日，北美见到了称为“狮子座流星群”型的流星雨，它看起来象是从狮子座中某一点
43、辐射出来的，高空“焰火盛会”长达几小时之久。,流 星,一颗小行星,陨星是指质量较大的流星体在地球大气层中未完全烧毁而落到地面上的碎块。荷马史诗伊利亚特中提到一个作为奖品的粗糙铁块，可能是公元前3000年左右的一块陨铁。春秋庄公七年记有“夜中星陨如雨”。,1834年瑞典化学家柏泽里(Jns Jakob Berzelius)率先对陨石进行化学分析。按化学成分，陨星分为五类即石陨星（陨石）、铁陨星（陨铁）和石铁陨星，三者的比例各占约92%、6%和2%。另外，还有冰陨星（陨冰）和玻璃陨石。美国宇航局的科学家还在1998年3月22日的一块陨石里发现蓝色的岩盐晶体以及在其中漂浮的小泡水。经测定，该块陨石原
44、本生成于45108年前。目前已知最大的陨铁重约60T，保存在纳米比亚。在新疆维吾尔自治区青河县境内的一块陨铁重约30吨。1976年3月8日吉林地区的一场陨石雨散落范围达500km2，已收集到完整的陨石100多块，共重2T多，其中最大的一块重达1770kg。,陨星,美国亚利桑那州巴林杰陨星坑,陨星降落冲撞地面形成的坑穴称陨星（石）坑。陨星坑形状近乎圆形。地球上所见最大的陨星坑在加拿大魁北克（Quebec）清水湖处，直径26km。化石陨星坑中著名的是美国亚利桑那州科科尼诺的巴林杰（Daniel Moreau Barringer）陨星坑（图）、加纳的亚山蒂陨石坑以及墨西哥湾尤卡坦半岛的巨大陨星坑。巴
45、林杰陨星坑直径1300m，深180m，周围缘高30-45m，它形成于25000年前。尤卡坦陨星坑的地质年代约6500104年，恰是地球上恐龙灭绝的年代。月球上的环形山实际上也是陨星坑。火星和其他行星、卫星上也有陨星坑。,美国亚利桑那州陨星坑,太阳粒子流,马可尼（Guglielmo Marconi）于1901年做无线电实验，把电信号从英国康沃尔发到了3400km以外的加拿大纽芬兰（Newfoundland），于是海维赛特(Oliver Heaviside)和肯涅利（Arthur Edwin Kennelly）提出在大气层高处有一个带电粒子层，它反射电信号。阿普顿（Edward Vicfor Ap
46、pleton）进而测定它的高度在100km（白天）到220km以上，它就是“电离层”。,太阳粒子流 极光,极光是在极区上空运动着的五颜六色的光流，18世纪中期又发现极光光流好象是沿着地磁场磁力线方向运动、在磁力线最密地集中的地方汇聚起来的，在磁暴期间甚至可以在纽约(4043N、7400W)看到极光。,极光,太阳粒子流,太阳风粒子到达地球附近的速度约440km/s，然后被约束在地球磁力线上，并构成两个主要的辐射带，即“范艾伦(Janmes A.Van Allen)辐射带”，后来又改名为“磁层”。,估计太阳风使太阳每秒钟丧失100104T物质，自太阳形成以来，由太阳风而丧失的质量尚不到太阳质量的万
47、分之一。地球磁层顶在朝向太阳的方向高约6.4104km，在另一侧它的泪滴状尾部可一直延伸到100104km200104km以外(I.Asimov,1972)。,太阳粒子流,进一步探测发现，月球、金星和火星没有辐射带，可能的原因是月球没有“铁核”，金星自转太慢（8个月自转一周），火星自转太快（周期是24.5小时），它们没有磁场或磁场太微弱，金星的磁场强度只有地球的1/60。但太阳系中的木星、土星以及天王星、海王星则均有辐射带。木星的磁场强度是地球的1216倍。,太阳粒子流“风暴”平均每1011年1次，所释放的能量相当于100104个1108T级的核弹，会对地球上的电子通迅、输电及对人类的宇宙航行等有严重的影响。,太阳风暴的产生,
