黃道與赤道交角
地球赤道半徑為6，378，140米，極半徑6357公里，赤道周長(zhǎng)為40076公里。地球不是正球體，而是扁球體，或者說(shuō)，更象個(gè)梨狀的旋轉(zhuǎn)體。人造地球衛(wèi)星的觀測(cè)結(jié)果表明，地球的赤道也是個(gè)橢圓，地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的慣性離心力使得球形的地球由兩極向赤道逐漸膨脹，成為目前的略扁的旋轉(zhuǎn)橢球體形狀，極半徑比赤道半徑約短21公里。地球內(nèi)部物質(zhì)分布的不均勻性，進(jìn)一步造成地球表面形狀的不規(guī)則性。日、月對(duì)地球的引力作用使地球上的海洋、大氣產(chǎn)生潮汐現(xiàn)象。
地球的質(zhì)量為5.976×1027克（或約6×1021噸），平均密度為每立方厘米5.52克。地球上任何質(zhì)點(diǎn)都受到地球引力和慣性離心力的作用，二者的合力就是重力。重力隨高度遞增而減小，也隨緯度而變化。有些地方還會(huì)出現(xiàn)重力異常現(xiàn)象，這反映出地球內(nèi)部物質(zhì)分布的不均勻性。地球因受到日、月引潮力的作用，它的重力加速度也有微小的周期變化。
地球可以看作由一系列的同心層組成。地球內(nèi)部，有核、幔、殼結(jié)構(gòu)。地球外部，有水圈、大氣圈，還有磁層，形成了圍繞固態(tài)地球的外套。磁層和大氣圈阻擋著來(lái)自空間的紫外線、 X射線、高能粒子和眾多的流星對(duì)地面的直接轟擊。
地球表面積約5億零960萬(wàn)平方公里，其中十分之七以上為藍(lán)色的海洋所覆蓋，湖泊、江河只占地球表面水域很少的部分。地球表面的液態(tài)水層，叫做水圈，從形成至今至少已有30億年。地球的表層由各種巖石和土壤組成，地面崎嶇不平，低洼部分被水淹沒(méi)成為海洋、湖泊；高出水面的陸地則有平原、高山。地球固體表面總垂直起伏約為20公里，它是珠穆朗瑪峰頂和馬里亞納海溝之間的高差，它超過(guò)大陸地殼平均厚度的一半。洋底像陸地一樣不平坦，也不平靜。洋底巖石年齡要比陸地年輕得多。陸地上大多數(shù)巖石的年齡小于二十幾億年。陸地上到處可以找到沉積巖，說(shuō)明在遠(yuǎn)古時(shí)期這些地方可能是海洋。地表雖有少量的環(huán)形山，但難以找到類似月球、火星和水星那樣多的環(huán)形山，這是因?yàn)榈厍虮砻媸艿酵饬Γㄋ痛髿猓┖蛢?nèi)力(地震和火山)的作用，不斷風(fēng)化、侵蝕和瓦解的結(jié)果。
這是一張地球衛(wèi)星圖片，可以看出大部表面都是藍(lán)色的海洋。
珠穆朗瑪峰及其附近地區(qū)的衛(wèi)星雷達(dá)圖像
洋底像陸地一樣不平坦
地球上部不僅有垂直運(yùn)動(dòng)，而且還有更大的水平運(yùn)動(dòng)，海洋和大陸的相對(duì)位置在地質(zhì)時(shí)期也是變化著的。有科學(xué)家認(rèn)為，地球早先存在兩塊古大陸──南半球的岡瓦納古陸和北半球的勞亞古陸。后來(lái)由板塊運(yùn)動(dòng)的巨大力量把原先的大陸塊撕開(kāi)，使各碎塊分別逐漸漂移到今天的位置。科學(xué)家進(jìn)而認(rèn)為全球大地構(gòu)造是洋底不斷擴(kuò)張的直接結(jié)果。
地球最上層約幾十公里厚的一圈是強(qiáng)度很大的巖石圈，其下幾百公里厚的一層是軟流層，強(qiáng)度較小，在長(zhǎng)期的應(yīng)力作用下這一層的物質(zhì)具有可塑性。巖石圈漂浮在軟流圈上。在地球內(nèi)部能量（原始熱量和發(fā)射性熱）釋放時(shí)，地內(nèi)溫度和密度的不均勻分布，引起地幔物質(zhì)的對(duì)流運(yùn)動(dòng)。地幔對(duì)流物質(zhì)沿著洋底的洋中脊的裂隙向兩側(cè)方向運(yùn)動(dòng)，不斷形成新的洋底。此外，老的洋底不斷向外擴(kuò)張，當(dāng)它們接近大陸邊緣時(shí)，在地幔對(duì)流向下拖曳力的作用下，插入大陸地殼下面，致使巖石圈發(fā)生一系列的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。這種對(duì)流作用可使整個(gè)洋底在三億年左右更新一次。巖石圈被一些活動(dòng)構(gòu)造帶所割裂，分成幾個(gè)不連續(xù)的單元，稱為大陸板塊。如歐亞板塊、美洲板塊、非洲板塊、太平洋板塊、澳洲板塊和南極板塊。海底的擴(kuò)張導(dǎo)致大陸板塊發(fā)生運(yùn)動(dòng)。板塊的相互擠壓造成了巨大的山系，自阿爾卑斯山經(jīng)過(guò)土耳其和高加索，最后到喜馬拉雅山的山系正是屬于這種情況；也有的地方，兩個(gè)板塊的巖石同時(shí)下沉，造成洋底的深淵；此外，板塊的運(yùn)動(dòng)還造成了火山和地震。
世界上最大的山系是科迪勒拉山系。圖為從太空看科迪勒拉山系的一段——安第斯山脈。
火山噴發(fā)的景象
對(duì)地球起源和演化問(wèn)題進(jìn)行系統(tǒng)的科學(xué)研究始于十八世紀(jì)中葉，至今已經(jīng)提出多種學(xué)說(shuō)。現(xiàn)在流行的看法是：地球作為一個(gè)行星，遠(yuǎn)在46億年以前起源于原始太陽(yáng)星云。它同其他行星一樣，經(jīng)歷了吸積、碰撞這樣一些共同的物理演化過(guò)程。地球胎形成伊始，溫度較低，并無(wú)分層結(jié)構(gòu)，只有由于隕石物質(zhì)的轟擊、放射性衰變致熱和原始地球的重力收縮，才使地球溫度逐漸增加。隨著溫度的升高，地球內(nèi)部物質(zhì)也就具有越來(lái)越大的可塑性，且有局部熔融現(xiàn)象。這時(shí)，在重力作用下物質(zhì)分異開(kāi)始，靠近表面的較重物質(zhì)逐漸下沉，地球內(nèi)部較輕的物質(zhì)逐漸上升，一些重的元素（如液態(tài)的鐵）沉到地球中心，形成一個(gè)密度較大的地核（地震波的觀測(cè)表明，地球外核是液態(tài)的）。物質(zhì)的對(duì)流伴隨著大規(guī)模的化學(xué)分離，最后地球就逐漸形成現(xiàn)今的地殼、地幔和地核等層次。
在地球演化早期，原始大氣逃逸殆盡。伴隨著物質(zhì)的重新組合和分化，原先在地球內(nèi)部的各種氣體上升到地表成為第二代大氣；后來(lái)，因綠色植物的光合作用，進(jìn)一步發(fā)展成為現(xiàn)代大氣。另一方面，地球內(nèi)部溫度升高，使內(nèi)部結(jié)晶水汽化。隨著地表溫度逐漸下降，氣態(tài)水經(jīng)過(guò)凝結(jié)、降雨落到地面形成水圈。約在三、四十億年前，地球上開(kāi)始出現(xiàn)單細(xì)胞生命，然后逐步進(jìn)化為各種各樣的生物，直到人類這樣的高級(jí)生物，構(gòu)成了一個(gè)生物圈。
在地球引力作用下，大量氣體聚集在地球周圍所形成的包層叫大氣層。大氣隨著地球運(yùn)動(dòng)；日、月的引力也對(duì)它起著潮汐作用。大氣層對(duì)地面的物理狀況和生態(tài)環(huán)境有決定性的影響。地球大氣的質(zhì)量約占地球總質(zhì)量的百萬(wàn)分之一。大氣密度隨高度的增加而下降，大氣總質(zhì)量的90％集中在離地表15公里高度以內(nèi)， 99.9％在50公里高度以內(nèi)。在2，000公里高度以上，大氣極其稀薄，逐漸向行星際空間過(guò)渡，而無(wú)明顯的上界。
這是衛(wèi)星拍攝的大氣層圖片
地球大氣的密度、溫度、壓力、化學(xué)組成等都隨高度變化?？梢园凑沾髿獾臏囟确植?、組成狀況、電離程度這些不同參數(shù)，對(duì)地球大氣進(jìn)行分層。
按大氣溫度隨高度的分布可以分為：
對(duì)流層：靠地表的底層大氣，對(duì)流運(yùn)動(dòng)顯著。其厚度因緯度、季節(jié)以及其他條件而異，在赤道區(qū)約16～18公里，中緯度區(qū)約10～12公里，兩極區(qū)約7～8公里。一般來(lái)說(shuō)，夏季厚而冬季薄。對(duì)流層與地表聯(lián)系最密切，受地表狀況影響最大，大氣中的水汽大部集中于此層，形成云和降水等現(xiàn)象。對(duì)流層的上部稱為“對(duì)流層頂”，厚約幾百米到1～2公里。對(duì)流層的溫度幾乎隨高度直線下降，到對(duì)流層頂時(shí)約為零下50攝氏度。
這是一張臺(tái)風(fēng)的衛(wèi)星圖片。臺(tái)風(fēng)是地球上一種巨烈的災(zāi)害性天氣，它會(huì)帶來(lái)極大的風(fēng)速和暴雨。圖像中部的為臺(tái)風(fēng)眼，周圍的風(fēng)速比臺(tái)風(fēng)眼處要大得多。
平流層：（又稱同溫層）由對(duì)流層頂?shù)诫x地表50公里高度的一層，大氣主要是平流運(yùn)動(dòng)。層內(nèi)溫度隨高度增加而略微上升，到約50公里高度處，達(dá)到極大值（約零下10～零上20攝氏度）。
中間層：（又稱散逸層） 高度在離地表50～85公里的一層，溫度隨高度增加而下降，到離地表高度85公里的中間層頂，溫度接近最小值，約為零下攝氏度。
熱層：中間層以上的一層，溫度隨高度增加而上升，在離地表500公里處，即熱層頂，達(dá)到1100攝氏度左右。這一層的溫度因?yàn)榇髿獯罅课仗?yáng)紫外輻射而升高。熱層頂以上為外大氣層。這里的大氣已極稀薄。
按大氣的組成狀況可以分為兩層：離地表約100公里以下是均質(zhì)層（大氣由各種氣體混合組成）；以上是非均質(zhì)層。在均質(zhì)層中離地表10～50公里處，太陽(yáng)紫外輻射的光化作用產(chǎn)生臭氧，形成臭氧層，這一層的高度大抵與上述平流層相當(dāng)。在離地表20～30公里處，臭氧濃度最大，不過(guò)這部分大氣中的臭氧含量仍然不到這一層大氣的十萬(wàn)分之一，各種氣體依然視為均勻混合的。臭氧層吸收掉危害生命的太陽(yáng)紫外輻射，使之不能到達(dá)地表。
按大氣的電離程度可以分為兩層：從地表到離地表80公里這一層，大氣中的分子和原子都處于中性狀態(tài)，稱為中性層。離地表80～1000公里這一層，大氣中的原子在太陽(yáng)輻射（主要是紫外輻射）作用下電離，成為大量正離子和電子，構(gòu)成電離層。電離分為4層，這些層的高度和電離情況都隨一天中的不同時(shí)刻、一年中的不同季節(jié)和太陽(yáng)活動(dòng)程度而發(fā)生變化。許多有趣的天文現(xiàn)象，如極光、流星等都發(fā)生在電離層中。電離層還能反射無(wú)線電短波，從而使地面上可以實(shí)現(xiàn)短波無(wú)線電通訊。
航天飛機(jī)拍攝的極光。
近地表大氣中78%為氮，21%為氧，其他還有二氧化碳、氬等多種氣體成分以及水汽。水汽是大氣中最不穩(wěn)定的組成部分。在夏季濕熱處，水汽在大氣中的含量可以達(dá)到4％；而在冬季干寒處，它的含量可下降到0.01％。除水汽外，離地表 3公里內(nèi)還有塵埃、花粉、火山灰及流星塵等微粒。地球形成初期的原始大氣已不存在，它已全部或大部散逸到空間。后來(lái)，由于放射性元素的衰變和所謂“引力致熱”，地球處于一種熔化階段，從而加速了氣體從地球內(nèi)部逸出的過(guò)程。地球的引力使這些逸出的大氣漸漸積蓄在地球的周圍。這種第二代地球大氣缺少氧，主要由二氧化碳、一氧化碳、甲烷和氨組成，稱為還原大氣。后來(lái)，主要是綠色植物的光合作用，其次是來(lái)自太陽(yáng)的輻射使水分解為游離氧，從而使還原大氣變?yōu)橐缘脱鯙橹鞯难趸髿狻Ｓ械目茖W(xué)家通過(guò)分析赤鐵礦中的沉積物，推斷出氧存在的時(shí)間至少在25億年以上。從那時(shí)起，大氣中便含有豐富的游離氧了。
地球是一個(gè)非均質(zhì)體，內(nèi)部具有分層結(jié)構(gòu)，各層物質(zhì)的成分、密度、溫度各不相同。人們主要通過(guò)對(duì)地震波來(lái)研究地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)。地震波的傳播速度與地球內(nèi)部物質(zhì)的密度和性質(zhì)密切相關(guān)。在不同性質(zhì)和狀態(tài)的介質(zhì)中，地震波傳播速度有顯著變化。依據(jù)地球內(nèi)部不同部分的地震波傳播速度的資料，可以分析地球內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。分析表明，地球內(nèi)部存在兩個(gè)間斷面，這兩個(gè)間斷面把地球內(nèi)部分成三個(gè)主要的同心層：地殼、地幔和地核。
地殼又稱A層，它的厚度是不均勻的，大陸地殼平均厚度約30多公里（中國(guó)青藏高原的地殼厚度可達(dá)65公里多），而海洋地殼僅5～8公里。密度為地球平均密度的1／2。大陸地殼上層的成分約在花崗閃長(zhǎng)巖和閃長(zhǎng)巖之間，下層巖石可能是麻粒巖和閃巖。海洋地殼是橄欖巖。據(jù)目前所知，地殼巖石的年齡絕大多數(shù)小于20多億年。這意味著現(xiàn)在地球殼層的巖石不是地球的原始?xì)?，是以后由地球?nèi)部的物質(zhì)通過(guò)火山活動(dòng)與造山運(yùn)動(dòng)而形成的。
地幔的物質(zhì)密度由近地殼處的每立方厘米3.3克增至近地核處的每立方厘米5.6克，地震波傳播的速度也隨之增大。地幔分為三層。B、C兩層稱為上地幔。再往下到2，900公里處稱為D層，即下地幔。地幔物質(zhì)的主要成分可能是同橄欖巖相似的超基性巖。
地核也分為三層。E層是外地核，可能是液體。 F層是外地核和內(nèi)陸核之間的過(guò)渡層。G層是內(nèi)陸核，可能是固體的。地核雖只占地球體積的16.2％，但由于它的密度相當(dāng)高（地核中心物質(zhì)密度達(dá)到每立方厘米13克，壓力可能超過(guò)370萬(wàn)大氣壓），根據(jù)有些學(xué)者計(jì)算，它的質(zhì)量超過(guò)地球總質(zhì)量的31％。地核主要由鐵和鎳等金屬物質(zhì)構(gòu)成。
地球內(nèi)部的溫度隨深度而上升。根據(jù)地震波傳播情況得知：地幔是固體狀態(tài)的，100公里深處的溫度已達(dá)1300攝氏度，300公里深處的溫度是2000攝氏度。據(jù)最近估計(jì)，地核邊緣的溫度約4000攝氏度，地心的溫度為5500～6000攝氏度。由于地球表層是熱的不良導(dǎo)體，來(lái)自太陽(yáng)的巨大熱量只有極少一部分能穿透到地下極淺處。因此，地球內(nèi)部的熱能可能主要來(lái)源于地球本身，即產(chǎn)生于天然放射性元素的衰變。
地球的重力加速度也隨深度而變化。一般認(rèn)為，從地表到地下2900公里深處，重力大致隨深度而增加，在2900公里處重力達(dá)到最高值，從這里再到地心，重力急劇減小，到地心為0。
地球不停地繞自轉(zhuǎn)軸自西向東自轉(zhuǎn)，各種天體東升西落的現(xiàn)象就是地球自轉(zhuǎn)的反映。地球自轉(zhuǎn)是最早用來(lái)作為計(jì)量時(shí)間的基準(zhǔn)（見(jiàn)時(shí)間及其計(jì)量），這就形成了通常所用的時(shí)間單位──日。二十世紀(jì)以來(lái)，天文學(xué)的一項(xiàng)重要發(fā)現(xiàn)，是確認(rèn)地球自轉(zhuǎn)速度是不均勻的，從而動(dòng)搖了以地球自轉(zhuǎn)作為計(jì)量時(shí)間的傳統(tǒng)觀念，出現(xiàn)了歷書時(shí)和原子時(shí)。到目前為止，人們發(fā)現(xiàn)地球自轉(zhuǎn)速度有三種變化：長(zhǎng)期減慢、不規(guī)則變化和周期變化。
地球自轉(zhuǎn)的長(zhǎng)期減慢，使日長(zhǎng)在一個(gè)世紀(jì)內(nèi)大約增長(zhǎng)1～2毫秒，使以地球自轉(zhuǎn)周期為基準(zhǔn)所計(jì)量的時(shí)間，二千年來(lái)累計(jì)慢了兩個(gè)多小時(shí)。地球自轉(zhuǎn)的長(zhǎng)期減慢，可以通過(guò)對(duì)月球、太陽(yáng)和行星的觀測(cè)資料以及古代日月食資料的分析加以確認(rèn)。通過(guò)對(duì)古珊瑚化石生長(zhǎng)線的研究，可以知道地質(zhì)時(shí)期地球自轉(zhuǎn)的情況。例如，人們發(fā)現(xiàn)在泥盆紀(jì)中期，即3億7千萬(wàn)年以前，每年約有400天左右，這與天文論證的地球自轉(zhuǎn)長(zhǎng)期減慢的量級(jí)是一致的。引起地球自轉(zhuǎn)的長(zhǎng)期減慢的主要原因，可能是潮汐摩擦。潮汐摩擦引起地球自轉(zhuǎn)角動(dòng)量減少，同時(shí)使月球離地球越來(lái)越遠(yuǎn)，進(jìn)而使月球繞地球公轉(zhuǎn)的周期變長(zhǎng)。這種潮汐摩擦作用主要發(fā)生在淺海地區(qū)。另外，地球半徑的脹縮，地核增生，地核與地幔之間的耦合也可能會(huì)引起地球自轉(zhuǎn)的長(zhǎng)期變化。
地球自轉(zhuǎn)速度除長(zhǎng)期減慢外，還存在著時(shí)快時(shí)慢的不規(guī)則變化。這種不規(guī)則變化同樣可以在月球、太陽(yáng)和行星的觀測(cè)資料以及天文測(cè)時(shí)的資料中得到證實(shí)。根據(jù)變化的情況，大致可以分為三種:幾十年或更長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)的相對(duì)變化；幾年到十年的時(shí)間內(nèi)的相對(duì)變化；幾星期到幾個(gè)月的時(shí)間內(nèi)的相對(duì)變化。前兩種變化相對(duì)來(lái)說(shuō)比較平穩(wěn)，而最后一種變化是相當(dāng)劇烈的。產(chǎn)生這些不規(guī)則變化的機(jī)制，目前尚無(wú)定論。比較平穩(wěn)的變化可能是由于地幔與地核之間的角動(dòng)量交換或海平面和冰川的變化引起的；而比較劇烈的變化可能是由于風(fēng)的作用引起的。
地球自轉(zhuǎn)速度季節(jié)性的周期變化是在二十世紀(jì)三十年代發(fā)現(xiàn)的。除春天變慢和秋天變快的周年變化外，還有半年周期的變化。這些變化的振幅和位相，相對(duì)來(lái)說(shuō)，比較穩(wěn)定。相應(yīng)的物理機(jī)制也研究得比較成熟，看法比較一致。周年變化的振幅約為20～25毫秒，主要是由風(fēng)的季節(jié)性變化引起的。半年變化的振幅約為 9毫秒，主要是由太陽(yáng)潮汐引起的。由于天文測(cè)時(shí)精度的不斷提高，在六十年代末，從觀測(cè)資料中求得了地球自轉(zhuǎn)速度的一些微小的短周期變化，其周期主要是一個(gè)月和半個(gè)月，振幅的量級(jí)只有1毫秒左右，這主要是由月球潮汐引起的。
以下是太空中拍攝的地球圖片
美國(guó)西海岸城市圣迭戈
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