【原】【基础天文No.5】太阳系之地球

博科园 2020-02-14

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基础系例说明：启动｜基础天文｜基础物理｜系例科普

第一期：【基础天文No.1】太阳系之太阳系

第二期：【基础天文No.2】太阳系之太阳

第三期：【基础天文No.3】太阳系之水星

第四期：【基础天文No.4】太阳系之金星

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基础天文5——地球

地球（英语：Earth），是太阳系八大行星之一，按离太阳由近至远的次序排列为第三颗行星，也是太阳系中直径、质量和密度最大的类地行星。住在地球上的人类又常称呼地球为世界。
地球是包括人类在内上百万种生物的栖地。地球是目前人类所知宇宙中唯一存在生命的天体。根据放射性定年法计算结果和其他来源显示，地球诞生于约45.4亿年前，而生命诞生于地球诞生约十亿年后（距今约36亿年）。从那以后，地球的生物圈改变了大气层和其他环境，使得需要氧气的生物得以诞生，也使得臭氧层形成。臭氧层与地球的磁场一起阻挡了来自宇宙的有害射线，保护了陆地上的生物。地球的物理特性，和它的地质历史和轨道，使得地球上的生命能周期性地持续。地球预计将在15亿年内继续拥有生命，直到太阳不断增加的亮度灭绝地球上的生物圈为止。

地球的表面被分成几个坚硬的板块，或称板块，它们以地质年代为周期在地球表面移动。地球表面大约71%是海洋，剩下的部分被分成洲和岛屿。液态水是所有已知的生命所必须的，但并不在其他太阳系内的星球表面存在。地球的内部仍非常活跃，科学家推测地球的内部结构有一层很厚的地幔，一个液态外核和一个固态的内核。
地球会与外层空间的其他天体相互作用，包括太阳和月球。当前，地球绕太阳公转一周所需的时间是自转的366.26倍，这段时间被叫做一恒星年，等于365.26太阳日。地球的地轴倾斜23.4°（与轨道平面的垂线倾斜23.4°），从而在星球表面产生了周期为1恒星年的四季变化。地球唯一的天然卫星——诞生于45.3亿年前的月球，造成了地球上的潮汐现象，稳定了地轴的倾角，并且减慢了地球的自转。大约38到41亿年前，后期重轰炸期的小行星撞击改变了月球表面环境。
地球的矿物和生物等资源维持了全球的人口。地球上的人类分成了约200个独立的主权国家，透过外交、旅游、贸易和战争相互联系。人类文明曾有过很多对于地球的观点，包括神创论、地平说、天圆地方、地球是宇宙中心等。
欧洲人常称地球为盖娅，这个词有“大地之母”的意思。

地核
地球的平均密度为5515kg/m3，是太阳系中密度最高的行星。但地球表面物质的密度只有大约3000kg/m3，所以一般认为在地核存在高密度的物质－在地球形成早期，大约45亿（4.5×109）年前，地球几乎是由熔化的金属组成的，导致了地球中心处发生高密度物质聚集在核心，低密度物质移向地表的过程（参见行星分异）。科学家推测地核大部分是由铁所组成（占80%），其余物质基本上是镍和硅。像铀等高密度元素不是在地球里头稀少，就是和轻元素相结合存在于地壳中（参阅长英矿物条目）。
地核位于古登堡界面以内，地核又以雷门不连续面为界分为两部分：半径约1250km的内核，即G层，以及在内核外部一直到距地心约3500km的液态外核，即E、F层。F层是地核与地幔的过渡层。
一般，人们认为地球内核是一个主要由铁和一部分镍组成的固态核心。另一个不同的观点则认为内核可能是由单铁结晶组成。包在内核外层的外核一般认为是由液态铁质混合液态镍和其他轻元素组成的。通常，人们相信外核中的对流加上地球的快速自转－借由发电机理论（参阅科氏力）——是产生地磁场的原因。固态内核因为温度过高以致于不可能产生一个永久磁场（参阅居里温度）。但内核仍然可能保存有液态外核产生的磁场。
最近的观测证据显示内核可能要比地球其他部分自转得快一点，一年约相差2°。
地幔
从地核外围约2900千米深处的古登堡界面一直延伸到约33千米深处莫氏不连续面的区域被称作地幔。在地幔底部的压力大约是1.40Matm（140GPa）。那里大部分都是由富含铁和镁等物质所组成。物质的熔点取决于所处之处的压力。随着进入地幔的深度的增加，受到的压力也逐渐增加。地幔的下部被认为是固态的，上部地幔一般认为是由较具塑性固态物质所构成。上部地幔的物质的黏滞度在1021至1024Pa·s间，具体数据依据深度而变化，因巨大的压应力造成地幔物质的连续形变，所以上部地幔便具有极缓慢流动的能力。
地球内核是固态、外核是液态、而地幔却是固态且具可塑性的，原因在于不同地层物质的熔点，以及随着深度增加的温度和压应力。在地表温度太低，主要成分的镍铁合金和硅酸盐呈固态。地幔上层的硅酸盐基本是固态的，局部有熔化。由于温度高且压应力较小，黏滞度相对较低。而地幔下层由于巨大的压应力，黏滞度要比上层的大得多。金属质的镍铁外核因为合金熔点低，尽管压应力更为巨大，反而呈现液态。最终，极大的压应力使得内核维持固态。

地壳
地壳指的是从地面至平均深度约33km深处的莫霍界面的地下区域。薄的洋底壳是由高密的镁硅酸铁岩（镁铁矿）构成。硅酸镁铁岩是组成海洋盆地的基础材料。比较厚的大陆地壳是由密度较小的铝硅酸钾钠岩（长英矿物）所构成。地壳与地幔的交界处呈现不同的物理特性：首先，使地震波传播速率发生改变称做莫霍洛维奇分界面的物理界线面。一般认为，产生分界面的原因是因为上部构成的岩石包括了斜长石但下部没有长石存在。第二个不同点就是地壳与地幔间存在化学改变——海洋地壳深处部分观察到超碱性积累和无磁场的斜方辉橄岩的差别以及大洋壳挤压陆壳产生的蛇绿岩之间的差别。