地球(Earth)

   球是太陽系中第五大的星體,距離太陽的第三個位置:

        軌道:    149,600,000 km (1.00 天文單位AU)與太陽的距離
        直徑:     12,756.3 km
        質量:     5.972e24 kg
   球是行星中唯一不是根據希臘/羅馬神話而命名的。 地球的名稱(Earth)是根據古老的英文及德文而來。當然,在 其他的語言中,地球還有數百個不同的名字。在羅馬神話中,地球之神是 特拉斯(Tellus) -肥沃的土壤 (希臘文: 蓋亞Gaia, 大地的主宰 -地球之母)。

   哥白尼Copernicus (十六世紀)之前,人們還不知道地球只是一顆行星。

   球當然是可以不用太空船而直接用肉眼觀察。但是一直到二十世紀之前,我們都從未能夠擁有一張完整的行星地圖,從太空中拍攝行星照片被認為是一件非常重要的事,例如它們在天氣預報上就幫了大忙,特別是在追蹤和預測颱風的動向上,而且這些圖片都非常漂亮。

   球的內部可以根據化學組成與地震波的特性分成下列幾層 (深度單位是km):

	     0-  40  地殼(Crust)
	    40- 400  上部地函(Upper mantle)
	   400- 650  過渡帶(Transition region)
	   650-2700  下部地函(Lower mantle)
	  2700-2890  (D'' layer)
	  2890-5150  外地殼(Outer core)
	  5150-6378  內地殼(Inner core)       
地殼的厚度一般認為並不一致,它在海洋底下較薄而在陸地之下較厚。內地核和地殼都是屬於固體,而外地核及地函則是屬於塑性和半流體的性質。地球內部不同的分層是根據地震波資料所畫分出的不連續面(discontinuities) ,其中最被人熟知的是位於地殼與上部地函分界的莫式不連續面(Mohorovicic)

地球的大部份質量位於地函,其餘部份的質量則幾乎集中在地殼,而我們所居住的部份僅僅只佔所有直量的一小部份。(以下質量的單位為kg)

	     大氣       = 0.0000051
	     海洋       = 0.0014
	     地殼       = 0.026
	     地核       = 4.043
	     外地核     = 1.835
	     內地核     = 0.09675

   核可能大部份是由鐵(或是鐵/鎳)所組成,可能也包含了一些比較輕的原素在其中。地核中心的溫度可能高達7500K, 太陽(Sun)的表面還要熱。 下部地函可能主要是由矽、鎂、氧和一些鐵、鈣、鋁所組成,上部地函則可能主要由橄欖石olivene 和輝石pyroxene (鐵、鎂質 矽酸鹽類silicates)以及鈣、鋁所組成。我們所知道的這些大多是根據地震波的技術,或是從火山口採取那些來自上部地函的熔岩標本,而地球內部的大半部分迄今仍然是無法直接到達。地殼的主要組成則是石英quartz (二氧化矽)和其他像是長石feldspar等的矽酸鹽類。整體來說,地球的化學組成(重量百分比)是:

    34.6%  鐵Iron
    29.5%  氧Oxygen
    15.2%  矽Silicon
    12.7%  鎂Magnesium
     2.4%  鎳Nickel
     1.9%  硫Sulfur
     0.05% 鈦Titanium

   球是太陽系中密度最大 的主要星體。

   類地星體的構造與組成除了一點點地不同之外,應該是相當類似的,其中:月球 的核心最小、 水星 有一個非常大的核心(相對於它的直徑來說)、火星 和月球的地函相當地厚、水星和月球可能都不具有一層不同化學組成的地殼、地球也許是唯一具有外地核與內地核差異的一個。不過我們要注意的是,所有關於行星內部的知識大多屬於理論上的推論,甚至包括地球在內都是。

   同於其他的類地 行星,地球的表面可以區分為好幾個不同的板塊,並且各自獨立地漂浮在熾熱的地函之上,這個理論被我們稱之為板塊構造學說(Plate Tectonics)。板塊構造學說的特點可以分成兩個主要的作用:張裂和隱沒。張裂作用發生在兩個版板塊互相遠離時,從底部湧升的岩漿形成了新的地殼;隱沒作用則發生在兩個版板塊互相碰撞的邊緣,其中一個版板塊潛入到另外一個版板塊之下,然後在地函中逐漸消滅。在板塊的邊界上同時也會有一些交錯的運動(例如位於加州的聖安得列斯斷層the San Andreas Fault),或是大陸之下的板塊彼此之間互相碰撞(例如印度和歐亞大陸)。目前地球表面有七個主要的板塊:

除此之外有還大約二十個以上的小板塊,像是阿拉伯板塊、寇克斯(Cocos)板塊、那斯喀(Nazca)板塊和菲律賓板塊等等。由於地震普遍地發生在板塊與板塊的邊界上,因此只要把地震發生的位置點出來,就不難觀察出板塊邊界所在的位置。(右圖)

   球表面仍然非常年輕。 經過短暫地(相對於天文學上的標準)五億年以來,侵蝕作用和板塊運動消滅(同時也再造)了大部分的地球表面,於是也幾乎消除了地球早期歷史的所有痕跡(像是隕石坑的痕跡),因此地球極早期的歷史都被消除了。地球形成至今已經4.5到4.6十億 年,但是目前已知最老的岩石大約是四十億年,而且超過三十億年的岩石就已經非常稀少了。最早的生物化石大約有三十九億年之久,但是我們至今仍然沒有任何紀錄可以顯示生命起始的關鍵時間究竟是什麼時候。

   球的表面有71%的 覆蓋著,是唯一一顆表面具有液態水的行星(不過在泰坦Titan's 衛星的表面可能也有液態的乙烷ethane或甲烷methane存在,而歐羅巴Europa 衛星的表面之下則可能有液態水的存在)。當然就我們所知,液態水是生命所必須的重要原素之一,而海洋高比熱的特性對於穩定地球表面溫度也是功不可沒,液態水同時也是造成地球表面陸地發生風化和侵蝕作用的主要動力,這再今天的太陽系來說已經是獨一無二的了(雖然風化和侵蝕作用可能曾經在火星上發生過)。

   球的大氣有77%的氮(nitrogen), 21%的 氧(oxygen)和少量的气亞(argon)二氧化碳及水氣。在形成地球的當時,大氣中可能曾經含有非常大量的二氧化碳,但是這些二氧化碳全被固定到了石灰岩(carbonate) 之中,部分被融解到海水裡面而由植物所利用。現今的板塊運動及生物作用維持了二氧化碳在大氣中含量不斷地下降又回升,這一小部分存在於大氣中的二氧化碳量,藉由溫室效應(Greenhouse effect)的作用,對於維持地球表面溫度扮演著非常重要的角色。溫室效應的存在使得地球表面平均溫度可以上升約攝氏35度(從攝氏零下21度提升到令人舒適的14度),如果沒有這個作用的存在,那海洋將會凍結,而生命將不可能存在。

   化學上的觀點來說,自由氧的存在是非常令人驚訝的,由於氧是一種活性很強的氣體,所以在"正常"環境中,氧會迅速地與其他原素結合。而大氣中的氧是由生物作用所製造並維持的,因此若是缺少了生命的存在,就不可能有這些自由氧了。

   於地球與月球的 交互作用 減緩了地球的自轉速度(大約每一百年慢千分之二秒),j目前的研究顯示九億年前的一年有481天,每天18小時。

   球外地核的電流產生了一個不大不小的地磁場,由於地磁場、地球大氣和太陽風(solar wind)的交互作用產生了 極光auroras (參閱 星際介質Interplanetary Medium)。由於這些現像的不規則性,造成磁極(magnetic poles)在地球表面移動,甚至完全反轉reverse 過來,像目前的地磁北極就位於北加拿大。(The "geomagnetic north pole" is the position on the Earth's surface directly above the south pole of the Earth's field; see this diagram.)

地磁場與太陽的交互作用還形成了范艾倫輻射帶(Van Allen radiation belts)。那是一個環繞在地球周圍的軌道,外觀像是一對甜甜圈的樣子,環內捕捉了離子化的氣體(或是電漿plasma)。其中外圈的環帶從距離地表19,000km延伸到41,000km的高空,內圈的環帶則介於高度13,000km到7,600km之間。

地球的衛星

地球只有一個天然的衛星,月球(Moon). 但是:
             距離      半徑     質量
衛星        (000 km)   (km)     (kg)
---------  --------   ------  -------
月球(Moon)  384      1738    7.35e22

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Bill Arnett; last updated: 2000 Dec 3