一、地球的起源

关于地球的起源和形状自古以来一直是人们关心的问题。在古代，人类就对自己的家园——地球及其自然万物，产生了各种美丽的遐想，许多与之相关的各种神话传说也广为流传。诸如，中国古代就有盘古开天辟地的故事，古希腊神话中最先出现的神是大地之神——盖娅，如今还被西方人代称“地球”。自1543年，波兰天文学家哥白尼提出了日心说之后，天体演化的讨论才开始步入科学范畴，逐渐形成了诸如星云说，遭遇说等学说。但事实上，任何关于地球起源的假说都有待证明。              

        图3-1  奥妙星空

地球是太阳系的天体，地球的起源和整个太阳系的起源是分不开的。据天文学家推算，大约在66亿年前，银河系里发生过一次大爆炸，碎片散漫物质经过长时间的凝结聚合，到距离现在约55亿年前，一团巨大、黑暗、无定形、冷而稀薄的气体（包括氧、氖、一氧化碳、甲烷、二氧化碳、氨等）与尘埃星云（石墨、磁铁矿、硅酸盐等）在今天太阳系位置因自身引力作用按逆时针方向旋转、收缩，重的物质在太阳系内部集中，轻的物质向外逸散，后来重的物质形成行星，地球就是其中之一，这时距离现在约46亿年。     

      图3-2  俯瞰地球全貌

地球是太阳系八大行星中靠近太阳的第三颗行星，也是太阳系中直径、质量和密度最大的类地行星。赤道半径为6378.2km，其大小在太阳系的行星中排列第五位。地球有大气层和磁场，表面的71%被水覆盖，其余部分是陆地，是一个蓝色星球。地球是包括人类在内上百万种生物的家园，也是目前人类所知宇宙中唯一存在生命的天体。地球已有45亿岁，有一颗天然卫星月球围绕着地球以27.32天的周期旋转，而地球自西向东旋转，以近24小时的周期自转并且以一年的周期绕太阳公转。

图3-3  地球在太阳系中的位置

二、地球的基本特征

地球是太阳系八大行星之一，它有一个天然卫星——月球，二者组成一个天体系统——地月系。1543年，哥白尼在《天体运行论》一书中首先完整地提出了地球自转和公转的概念。地球自转周期约为23时56分4秒平太阳时（一天），地球公转的轨道是椭圆的，公转周期为一恒星年。地球自转和公转运动的结合产生了地球上的昼夜交替、四季变化和五带（热带、南北温带和南北寒带）的区分。

地球的有关数据：赤道半径：6,378.136km，两极半径：6,356.755km，平均半径：6,371.004km；赤道周长：40,075.36km（坐地日行8万里）；地球体积：10,832亿km³（能容纳81个月球）；地表最高海拔珠穆拉玛峰：8,848.13m，地表最深处马里亚纳海沟：11,034m；地球表面积：5.1亿km²，海洋面积：3.61亿km²（占地球表面积的70.78%），陆地面积：1.49亿km²（占地球表面积的29.22%）。

图3-4  地球的公转和自转示意图

三、地球的圈层结构

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。地球圈层分为地球外圈和地球内圈两大部分。地球内圈可进一步划分为地壳、地幔（上地幔、下地幔）和地核（外核、过渡层、内核）三个内部圈层；地球外圈可进一步划分为大气圈、水圈和生物圈。

图3-5  地球圈层结构

地球内部圈层构造之间的分界面，主要是根据地震波传播速度的急剧变化推测确定的。地壳与地幔以莫霍洛维奇面（简称“莫霍面”）为分界，地震波穿越该面时速度突然增大。地幔与地核以“古登堡面”为分界，地震波穿越该面时速度突然降低，据此推断“古登堡面”之下地核的物质是液态的。地幔以984km的深度为界分为上地幔、下地幔。在上地幔100~150km处存在一个“软流层”，该“软流层”以上的岩石和地壳一起被称为“岩石圈”。

地壳是地球固体圈层的最外层，是一个从地球地表至莫霍界面之间主要由硅酸盐矿物为主体的岩石构成的薄壳，岩石圈的重要组成部分。它的质量只占全地球0.2%，按结构分为大陆地壳和大洋地壳两种。大陆地壳有硅酸铝层（花岗岩质）和硅酸镁层（玄武岩质）双层结构，而海洋地壳只有硅酸镁层（玄武岩质）单层结构，整个地壳平均厚度约17km，其中大陆地壳厚度较大，平均为33km，高山、高原地区地壳更厚，最高可达70km，平原、盆地地壳相对较薄；大洋地壳则远比大陆地壳薄，平均厚度只有10km。

图3-6  地球的内部圈层示意图

根据地球、月球、水星、火星及小行星表面撞击坑的测算，大约在40亿年前，不断有小行星、陨石、彗星撞击地球、月亮等先期形成的天体。这些撞击事件和地球内部的高温，使得地球表面的岩石处于熔融状态，岩石中的挥发性物质被释放出来，逐渐形成原始的大气圈。原始大气中没有氧气，不能阻挡强烈的紫外线，故不能为地表生命提供必要的保护环境。随着陨石等撞击的减少，地表温度逐渐下降，原始大气中的水蒸气冷却、降雨、蒸发、再冷却、再降雨，这样的“大雨”下了上千年，最终在地球表面形成原始海洋——水圈。地表温度继续下降，地表的岩浆冷凝形成固体岩石。在旋转和重力分异作用下，较重物质向地球内部集中并释放能量，再加上放射性物质释放的能量，使得地球内部温度更高，从而加速了物质的分异，最终形成地球内部的圈层构造。

图3-7  地球的外部圈层示意图