第一章 总论 第一节 地球概况
一、地球的形状和大小
（一）对地球形状、大小的认识
人类在长期生产实践中，对于地球形状的认识经历了反复曲折的过程。当初人们确认地球的形状为圆球形，这是一个认识上的进步，有人比喻为第一级近似。到18世纪末，人们普遍认识到地球为极轴方向扁缩的椭球，这是第二级近似。为了数学上计算方便，人们用“旋转椭球体”这一几何形体来代表地球的形状。所谓旋转椭球体是将一个椭圆以它的短轴为轴旋转而成的球体。地球因自转而变扁，这符合逻辑和事实，但地球不是流体，所以旋转椭球体的光滑表面并不完全和地球真实形状一致。地球表面有大陆和海洋，地势有高有低，其形状是非常不规则的。后来通过重力测量采用“大地水准体”（Geoid）这个概念来代表地球的形状，这是第三级近似。大地水准体是指由平均海面所封闭的球体形状。海面上的重力位各处都是相等的，即海面在重力作用下是一个等位面，把这个等位面延伸通过大陆，就形成一个封闭曲面，这个曲面叫大地水准面。由于地球表面有71％为海洋所占据，所以在一定程度上讲，大地水准面代表了地球的形状，而且这个面是一个实际存在的面。但它仍然是介于旋转椭球体和地球真实形状之间的一个中间形态。
近年来，由于人造卫星等空间技术的发展，大大地推动了关于地球形状的深入研究，取得了一些新的数据。概括说来，有以下几个方面的认识：（1）大地水准面不是一个稳定的旋转椭球面，而是有地方隆起，有地方凹陷，相差可达100m以上；（2）地球赤道横截面不是正圆形，而是近似椭圆形，长轴指向西经20°和东经160°方向，长短轴之差为430m；（3）赤道面不是地球的对称面，从包含南北极的垂直于赤道平面的纵剖面来看，其形状与标准椭球体相比较，位于南极的南极大陆比基准面凹进24m；而位于北极的没有大陆的北冰洋却高出基准面14m。同时，从赤道到南纬60°之间高出基准面，而从赤道到北纬45°之间低于基准面。用夸大了的比例尺来看，这一形状是一个近似“梨”的形状。这一认识是到目前为止对于地球认识的一个新阶段。这种认识说明地球的形状及反映这种形状的内部物质状态还未达到稳定平衡状态。当然，今后卫星测量还必须结合大地测量、重力测量和天文测量等综合手段，才能获得进一步精确的数据。
（二）地球的形状和大小的最新数据（1975年9月，国际大地测量学和地球物理学联合会第18届年会推荐和1980年公布的部分大地测量常数值，后者带*号）：
地球赤道半经（α）：6378137m*
地球极半经（с）：6356752m*
赤道标准重力加速度（γe）：（978032±1）×10-5m/s2
（三）地球的其它数据
地球平均半经：6371km
子午线周长：40008.08km
赤道周长：40075.24km
地球的面积：51000万km2*
海洋面积：36100万km2，占地球总面积的70.8％
陆地面积：14900万km2，占地球总面积的29.2％
地球的体积：10830亿km3*
地球的质量：5.976×1027g*
地球的平均密度：5.517g/cm3
物体脱离的临界速度：11.2km/s
赤道上点的线速度：465m/s
地球沿轨道运动的平均速度：29.78km/s
大陆最高山峰（珠穆朗玛峰）：8846.27m
大陆平均高度：825m海洋最深海沟：-11034m
海洋平均深度：-3800m
大陆和海洋的平均高度：-2448m（即全球表面无起伏，将被2448m厚的海水所覆盖）
从以上数据中，得知地球表面不仅海陆并存，而且地面起伏最大高差近20km。但若把地球缩小，以3.2m为半径，画一道高1.5cm的圆周线带，则地表的最高点和最低点均可包括在这道圆周线带内；同时，由于地球扁率只有1/298，无论是旋转椭球体、大地水准体或近似“梨”形体，从宏观上看地球仍然是近似球形的球体。
二、地球的物理性质
（一）地球的密度和重力
地球的质量是根据万有引力定律计算出来的，用地球的质量除以地球的体积，便可得出地球的平均密度是5.517g/cm3，而地壳上部的岩石平均密度是2.65g/cm3，由此推测地球内部必有密度更大的物质。根据地震资料得知，地球密度是随着深度的加深而增大的，并且在地下若干深度处密度呈跳跃式变化，推测地核部分密度可达13g/cm3左右。
地球的平均密度和水星（5.4）相差不多，月球（3.341）和火星（3.95）的密度都比地球小，其它行星的密度就更小了。当前很重视和其它星体对比来研究地球。
地球的重力一般是指地球对地表和地内物质的引力。而万有引力F=m1m2/r2，由此可知，重力与地球质量（m1）和物体质量（m2）的乘积成正比，与地球和物体二者质量中心的直线距离平方（r2）成反比。地表重力因还受地球自转产生的离心力和各点与地心距离的影响，故各地并不相等，且随海拔和纬度的不同而发生变化。据计算：在两极，重力比赤道地区大0.53％，也就是说把在两极重100kg的物体搬到赤道地区时，则变成99.47kg。通常用单位质量所受的重力，即重力加速度（g）来表示各地的重力大小。如在赤道的重力为978.0318Gal，在两极为983.2177Gal。
如果把地球看作一个理想的扁球体（旋转椭球体），并且内部密度无横向变化，所计算出的重力值，称理论重力值。但由于各地海拔高度、周围地形以及地下岩石密度不同，以致所测出的实际重力值不同于理论值，称为重力异常。比理论值大的称正异常，比理论值小的称负异常。存在一些密度较大物质的地区，如铁、铜、铅、锌等金属矿区，就常表现为正异常；而存在一些密度较小物质的地区，如石油、煤、盐类以及大量地下水等，就常表现为负异常。异常的大小取决于矿石与周围岩石的密度差、矿体的大小以及矿体的埋藏深度。根据这个道理可以进行找矿和地质调查，这称为重力勘探，是地球物理勘探方法之一。
但是，利用重力异常研究地质情况，必须对实测重力值进行校正，即必须清除各种因素对实测值的影响。第一，实测点有一定的海拔高度，海拔越高，距地心距离越大，而高差每增减1m，重力差则为0.3083mGal。因此，须要一律校正至海平面高度，这种校正只考虑海平面与测点之间高差的影响，而未考虑海平面与测点之间物质的影响，就好象那里是空的一样，所以这种校正称自由空气校正。经这样校正后的重力值与理论重力值之差，称为自由空气异常；第二，测点与海平面之间还有岩石（平均密度一般按2.67g/cm3计算）对重力产生影响，测点周围地形也对重力产生影响，因此自由空气校正后的重力值还必须减去这部分岩石和地形对测点所产生的重力值，这种校正称为布格校正，布格校正后的重力值与理论重力值之差称为布格异常。这种异常应用最广，在文献中所看到的重力异常一般皆指布格重力异常。
我国大陆部分布格重力异常图，从图上可以看出有两点值得注意的情况：（1）青藏高原边缘和大兴安岭及太行山边缘有明显的“重力台阶”，这说明地质情况有很大变化；（2）丘陵及平原地带重力异常值较小，而青藏高原等地负异常值较大，甚至达到负400—500mGal，这说明高原、高山地带在海平面以下的部分存在着某种补偿作用，从而抵消了高山、高原对重力的影响。根据这种现象，有人提出“地壳均衡说”，认为山脉是较轻的岩块浮在较重的介质之上，仿佛冰山浮在海水中一样，山越高，它深入下部介质中的深度也越大，这深入的部分通称“山根”。这种论点现已为许多证据所证实。
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