地球本身的奇观

1、地球生命起源奇观

地球生命起源于哪里，是来自宇宙还是地表？这是难于在近期取得明确结论的问题。尽管化学起源说在众多假说中占有优势，但宇宙空间中的有机分子、陨石中有机分子的发现及其它许多可以表明宇宙生命物质存在的迹象，也都需要地表化学起源说作出合理的解释。

地球生命奇观

研究根据地质学家研究，化学起源说中所模拟的原始生命产生的环境，只是一种臆测，所有合成生命化学过程的假设，只是在某种特定条件下产生的偶然现象，没有必然性。它面临的宇宙空间存在有机分子的事实，使它在近期内难于走出困境。当然，我们现在也不能去盲目相信宇宙生命假说。说地球上的生命来自宇宙，也需要找出更确切证据。再说，宇宙中严酷的环境，大气层的高温摩擦，又都使我们难以相信它具备能产生生命的条件。

地球上的生命究竟来自何方？人类现在还不能作出合理的解释。

生命起源研究史

据记载，亚里士多德可能是生命起源之谜最早的探索者。他在公元前300多年前提出了人的生命可以从非生命的物质中自然发生，这就是著名的生命自生论，它使不少学者都相信生命可以由非生命物质或他种生物直接而迅速地产生出来。这种观点统治生物界长达1000多年，直到13世纪，人们还相信羊可以从树上长出来。

17世纪初，比利时医生范·赫尔蒙特还提出渗透人汗的衬衫与小麦混合发酵可以生出老鼠来。17世纪中叶，意大利医生雷迪用实验的方法，发现了苍蝇等生物并不是自然生成的，而是由亲代产卵所生，从而否定了自生论，建立了生源论，认为一切生物皆来自同类生物。但自生论者仍坚持原来的观点，认为苍蝇虽不能自然产生，但微生物等简单生物可以自然发生。直到1864年，法国化学家、微生物学家巴斯德的著名无菌浸液实验和鹅颈瓶实验成果问世，证实了微生物也不能自然产生的观点以后，才彻底否定了自生论，确立了生源论。但是，地球上最初的生命来自何方呢？这个问题使人联想起鸡和蛋相争那个老掉牙的笑话。自生论与生源论同样是一个先有鸡后有蛋还是先有蛋后有鸡的问题。

19世纪后期，一些学者提出了生命来自宇宙的假说。认为地球上的生命是由宇宙空间的生命胚种落入地表而形成的。由于后来发现了太阳光中紫外线及宇宙射线具有扼杀生命的较强杀伤力，才使人们抛弃了对这种学说的信任。20世纪初，出现了生命起源于原始地表海洋的化学起源说，它的创始人是前苏联生物化学家奥巴林，他出版了许多论证这个学说的专著，阐述了生命由无机到有机、由简单到复杂的化学进化。美国学者来勒1953年在实验里曾成功地以无机物和简单有机物为原料，合成了多种氨基酸等生命有机分子，后来又相继合成了复杂的生命高分子，这些都为化学起源所提供了新的证据，使许多人毫不怀疑地接受了这种观点。

20世纪60年代，苏格兰格拉斯哥大学的化学家凯恩斯史密斯在化学起源说的基础上，提出了新的起源说——泥土说，认为生命是由颗粒细小的具有特殊结构的泥土产生的。最近，美国宇航局的科学家们也发现了普通泥土中含有的能量可使无机物合成有机物，甚至可以合成生命必需的基础有机物质。这个发现无疑是对泥土说的有力支持，也解释了像氨基酸这样的生命小分子合成蛋白质这样的生命高分子时的脱水问题。应该说，这种学说比化学起源说的观点进了一大步。20世纪60年代以后，射电天文学技术的应用使科学家在宇宙空间尤其是大的星云内部及其附近发现了大量有机分子，引发了人们对宇宙生命学说的重新思考。1980年前后，英国天文学家霍伊尔等提出了新宇宙生命说的观点。他在《智慧的宇宙》一书中提出，宇宙空间不仅存在生命胚种，而且地球生命可能与宇宙智慧生物有关，进一步强调地外生物在地球生命形成中的作用。

2、地球生命史奇观

如果从最早的猿人开始计算，人类已经有了二三百万年的历史。众所周知，如果把地球46亿年的演化史比做24小时的话，人类的出现则只有半分钟。早在人类出现之前，各种生命就出现了，它们诞生、死亡，一种动物灭绝，另一种动物形成，就这样新陈代谢，相互交替活跃在地球的舞台上。

生物化石的发现

地质学家在一些地方发现了它们死后留下的遗骨和遗迹，这就是古生物化石，根据化石可以推断古代生命的生成时间和当时的地球环境，因此这种石头被称为记载地球历史的特殊文字。地质学家最先在澳大利亚这样的石头中，发现 埃迪卡拉动物群，后来又在前苏联发现了里菲生物群。我国的古生物学者也曾在陕南的化石中发现有生物活动的遗迹。通过对这些生物化石的年龄测定，确认它们是在距今5～6亿多年的寒武纪时代形成的。地质学家的研究结果证明，这些化石中的生物还不是最原始的生命，它们已经是较高阶段的生命代表了。

30亿年前的生物遗迹

后来，人们把一些留有生物遗迹的化石送到电子显微镜下观察，在一些“年龄”为二三十亿年的化石中发现了更为原始的生命遗迹。1940年，麦克格雷尔在津巴布韦的石灰岩中，发现了可能是藻类留下的碳质遗迹，岩石年龄为27亿年。1966年，巴洪和肖夫在南非德特兰士瓦的浅隧石中，发现了0．24×0．56微米的棒状细菌结构物，年龄确定为31亿年。两年之后，恩格尔也在南非年龄为32亿年的前浮瓦乞系的堆积岩中，发现了直径为10微米的球状体，并认为是一种微生物化石。20世纪60年代以后，巴洪等人终于又在距今34亿年的斯威士兰系的古老堆积物中，用显微镜发现了200多个直径约为2．5微米的椭圆形古细胞化石，其中有1／4的古细胞处于分裂状态。这个发现为证明30多亿年前的生物遗迹的存在，提供了有力的证据。

生命化石

美洲的古老化石最初发现于加拿大安在略的肯弗特的黑色线凝燧石中。这些微化石的形态同蓝藻相似，经岩石年龄测定为19亿年，显然不是最老的生物化石。后来又在美国明尼苏达州的苏堂页岩中的黄铁矿中，发现了0.1~1.5微米的椭圆状细菌结构物，据推测，其年龄大约为27亿年。

最古老的生命化石

在已发现的古老化石中，年代最久远的还是1980年左右在澳大利亚西部发现的细菌化石，据测定，它的年代约在35亿年之前。它们中有一半呈深灰色球状，也有的呈椭球状、空心球状等形态。这些发现足以证明，35亿年前不仅生命早已存在，而且已开始有了不同种类的分化。前几年，美国科学家对38亿年的古老岩石进行详细的碳、硫等元素的测定，发现这些岩石中含有机碳。他们根据这种同生命密切相关的有机碳的发现，提出了38亿年前就已有生命存在的新观点。地球上生命的出现会不会早于38亿年呢？生命起源的时间之谜，还有待人类的进一步探索。

3、地球诞生奇观

许多科学家对地球的起源问题提出了种种假说。有的科学家认为，地球是从太阳中“甩”出来的。有的科学家认为，地球是由于太阳内部爆炸而“抛”出来的。还有的科学家认为，地球是其他恒星偶然掠过太阳附近时，由于引力作用从太阳中“拉”出来的。

日心说

波兰天文学家哥白尼提出了“日心说”，指明地球是围绕太阳运行的，但是他没有解决地球起源的问题。康德的“星云说”似乎比较圆满地解释了太阳、地球和其他行星、卫星的形成和运行规律，虽然这些假说都有一定道理，但都不能完美地解释地球起源的种种问题。因而，地球的起源究竟在哪里，还是一个待解的谜。

星云说

18世纪50年代，著名的德国哲学家康德提出了一个“星云说”来解释太阳系的起源。

他认为，一切恒星都由弥漫在太空中的特质微粒凝聚而成的，太阳也不例外。这种云雾状的物质微粒叫“星云”。他设想，形成太阳系的特质微粒一开始分布在比当今太阳系大得多的空间范围内，最初是一片混浊。在万有引力的作用下物质微粒互相吸引，引力大的微粒吸引周围引力小的微粒，逐渐形成了团块。比较大的团块成了引力中心体。中心体不断吸引四周的微粒和小团块，使自己逐渐变大，最后凝聚成太阳。

在微粒被吸向中心体的过程中，微粒与微粒之间有时候相互碰撞，结果没有被吸附在中心体上，而是围绕着中心体旋转起来。这些微粒又各自形成小的引力中心，吸引周围的微粒，最后凝聚成行星。有一些没有落到行星上的微粒也经过同样的过程，凝聚成为卫星，围绕着行星转。这样便形成了有规律地运行的太阳系。

4、地球转动奇观

众所周知，地球在一个椭圆形轨道上围绕太阳公转，同时又绕地轴自转。因为这种不停的公转和自转，地球上才有了季节变化和昼夜交替。然而，是什么力量驱使地球这样永不停息地运动呢？地球运动的过去、现在、将来又是怎样的呢？

地球自转的变化

人们最容易产生的错觉，是认为地球的运动是一种标准的匀速运动，否则，一日的长短就会改变。伟大的牛顿就是这样认为的。他将整个宇宙天体的运动，看成是像上好发条的机械一样，准确无误。

其实，地球的运动是在变化着，而且极不稳定。根据“古生物钟”的研究发现，地球的自转速度在逐年变慢。如在4．4亿年的晚奥陶纪，地球公转一周要412天；到4．2亿年前的中志留纪，每年只有400天；3．7亿前年的中泥盆纪，一年为398天。

到了亿年前的晚石炭纪，每年约为385天；6500万年前的白垩纪，每年约为376天；而现在一年只有365．25天。天体物理学的计算，也就证明了地球自转正在变慢。科学家将此现象解释为是由于月球和太阳对地球的潮汐作用的结果。

石英钟的发明，使人们能更准确地测量和记录时间。通过石英钟记时观测日地的相对运动，发现在一年内地球自转存在着时快时慢的周期性变化：春季自转变慢，秋季加快。

科学家经过长期观测认为，引起这种周期性变化，与地球上的大气和冰的季节性变化有关。此外，地球内部物质的运动，如重元素下沉，向地心集中，轻元素上浮、岩浆喷发等，都会影响地球的自转速度。

地球公转的变化

除了地球的自转外，地球的公转也不是匀速运动。这是因为地球公转的轨道是一椭圆，最远点与最近点相差约500万千米。当地球远日点向近日点运动时，离太阳越近，受太阳引力的作用越强，速度越快。由近日点到远日点时则相反，运行速度减慢。

还有，地球自转轴与公转轨道并不垂直；地轴也并不稳定，而是像一个陀螺在地球轨道面上作圆锥形的旋转。地轴的两端并非始终如一地指向天空中的某一个方向，如北极点，而是围绕着这个点不规则地画着圆圈。地轴指向的这种不规则，是地球的运动所造成的。

科学家还发现，地球运动时地轴向天空划的圆圈并不规则。就是说地轴在天空上的点迹根本就不是在圆周上的移动，而是在圆周内外作周期性的摆动，摆幅为9。

由此可以看出，地球的公转和自转是许多复杂运动的组合，而不是简单的线速或角速运动。地球就像一个年老体弱的病人，一边时快时慢、摇摇摆摆地绕日运动着，一边又颤颤巍巍地自己旋转着。

地球还随太阳系一起围绕银河系运动，并随着银河系在宇宙中飞驰。地球在宇宙中运动不息，这种奔波可能自它形成时起便开始了。

就现在地球在太阳系中的运动而言，其加速减速都离不开太阳，月亮及太阳系其他行星的引力。人们一定会问，地球最初是如何运动起来的呢？未来将如何运动下去，其自转速度会一直变慢吗？

也许，人们还会问，地球运动需要消耗能量吗？若是这样，空消耗的能量又是从何而来？它若不需消耗能量，那它是“水动机”吗？最初又是什么使它开始运动的呢？存在着所谓第一推动力吗？

第一推动力至今还只是一种推断，

地球转动之谜

牛顿在总结发现的三大运动定律和万有引力定律之后，曾尽其后半生精力来研究、探索第一推动力。他的研究结论是：上帝设计并塑造了这完美的宇宙运动机制，且给予了第一次动力，使它们运动起来。而现代科学的回答是否定的。那么，地球乃至整个宇宙的运动之谜的谜底究竟是什么呢？人类渴望早日找到破解地球转动之谜的密码。

5、地球未来的奇观

地球未来会怎样？对此，科学家们各执己见，争论不休。地球的未来到底会怎样？只能等待时间去验证了。

地球膨胀说

有的科学家通过对阿尔卑斯山的调查研究，推断地球的半径比2亿多年前，即阿尔卑斯山开始形成时缩短了2千米。由此可以推算出地球的半径每年缩短0.01毫米。

地球毁灭说

有人说，地球未来会毁灭一是由于人为因素所致。人类不断使用矿物性能源，它们在燃烧中产生大量二氧化碳，聚在大气层中，阻止了热量向外散发，经过很长时间之后，地球表面温度会不断上升，因而两极的冰雪将会融化，海洋的水平线将会升高500米，所有的陆地都将被海水淹没。另外，核战争也会促使地球毁灭。二是由于自然毁灭因素所致。由于构成地壳的6块主要浮动层正不断地缓慢移动，当这些地层板块互相碰撞时，地壳便会产生变化，因此，地震、火山爆发、海啸等现象将频频出现，这将给地球生物带来严重的灾难。气象学家预计，下次的冰河时期将会在2.5万年以后出现，这是由于地球地轴的方向正在改变，到了2万年之后，即使在夏季，气候也会变得非常寒冷，所有生物都会死亡。三是由于来自太空的毁灭性打击而造成。未来可能会有巨大的太空物体与地球相撞，从而导致地球毁灭。还有，太阳和月亮引力引起的潮汐，终有一天会对地球造成可怕的损害。根据太空科学研究，潮汐的力量能把地球的转速拖慢。经过几亿年之后，月球可能距地球只有1.6万千米，这时，月球对地球潮汐的引力，可能是现在的1.5万倍，于是上千米高的巨浪将以每小时800千米的速度横扫地球。从而使地球上的生物的毁灭。

地球金星说

有人说，地球有可能会变成另一个金星。因为温室效应会使地球温度越来越高。到2100年，全球平均气温升高3℃时，海平面能够升高30米。照这样下去，过几万年或更久以后，地球会变得毫无生气，成为云遮雾盖的金星，那时，人类将在地球上无法生存。

有人说，地球长期以来一直在变大，所以才把本来包住整个地球的大陆撑裂了，现在这些裂缝还在继续加宽，说明它还在膨胀。

6、日期变更奇观

如果你拿出地球仪的话，就会发现，上面有一条纵贯太平洋的直线。这是一条神秘的线，同一时刻它的东西两侧竟是不同的两天。因为有了这条线，世界各国和各地区就不能够同时辞别旧岁迎来新年，而是有早有迟。比如，我国就是第十二个跨进新年的国家。

国际日期变更线

众所周知，地球每天绕地轴不停地向东旋转，形成昼夜的不断交替现象。因此处于偏东边的地区，一天开始的时间就来得早，结束的时间也早。那么，地球上的东边和西边如何确定呢？新的一天从哪里起止呢？地球可以分成东西两部分，从0℃经线往东到东经180°为东半部，从0°经线往西到西经180°为西半部。而东经180°线与西经180°线是重合在一起的，它既是地球的最东端，又是地球的最西端，这条线叫做“国际日期变更线”，简称“日界线”。它是纵贯太平洋的一条直线，但因照顾附近地区和国家居民生活方便，不至被直线“一分为二”，所以这条线的个别线段略有曲折。地球上每一个新的日期就从这条线开始，所以这条线两侧日期永远不相同。

一线定一日

位于日界线西侧的汤加王国，是全世界最早迎来新年的国家，而紧靠日界线东侧的西萨摩亚国，则是全世界最后辞别旧岁的国家。当汤加已是1993年元旦凌晨1时的时候，西萨摩亚才是1992年12月31日凌晨1时。这两个大洋岛国之间，东西相隔不过两三百千米，仅是一线之隔，日期却始终差一整天。1993年元旦，在汤加已年满60岁的老人，如果越过日界线跑到西萨摩亚的话，却只算59岁，不到“花甲”。

目前，国际交往日益频繁，因此，旅行者就有连续过两个元旦和过不上元旦的时候。比如，你在1月1日那天快要结束的时候，乘飞机或轮船从西向东越过日界线，那么，你在日界线东侧又要重新过一个元旦；相反，如果你在12月31日那天快要结束的时候，从东向西越过日界线，那么，对不起，那里已是1月2日了，你只好再等一年才能过上元旦。

7、地球光环奇观

人类觉察到太阳系行星上的光环，可能是300年以前的事了。17世纪，科学家伽利略首先从天文望远镜里看到土星周围闪耀着一条明亮的光环。后来，人们又用天文望远镜观察了太阳系的其他行星，数百年过去了，也没有听说它们周围出现光环。所以人们长期以来一直认为土星是太阳系中唯一带有光环的行星。

光环存在之反思

1977年3月10日，美国、中国、澳大利亚、印度、南非等国的航天飞行器，在对天王星掩蔽恒星的天象观测中发现了奇迹。他们看到天王星上也有一条闪亮的光环！这一发现打破了学术界的沉默，在世界上掀起了一阵光环热，各国派出越来越多的航天飞行器去太空探秘。

1979年3月，美国的行星探测器“旅行者1号”飞到距木星120万千米的高空，发现木星周围也有一条闪亮的光环。同年9月，“先驱者11号”在土星周围又新发现两个光环，土星周围已经是三环相绕了。

太阳系其他行星上相继发现光环以后，作为太阳系行星之一的地球，会不会也有光环呢？它以前有过光环或者将来还会有吗？对此，人们开始了思考。

地球曾有过光环吗

面对太阳系中其他大行星光环的相继发现，科学家们首先提出了“地球上曾经有过光环”的大胆设想。他们认为地球和其他行星一样，同在太阳系中，绕太阳运转，也应该有光环。这些科学家在地球上找到了许多地外物质，他们推测这些物质可能就是地球光环的“遗骸”。

美国有一位叫奥基夫的天文学家，曾经解释过这种光环现象的形成。他说，6000万年前的始新世，由于月球上的火山喷发，大量的陨石碎块被抛到地球，它们中的一部分变成陨石雨降到地球表面，另一部分则进入地球外层形成了光环。奥基夫还推测，在那个时代，地球上赤道的上空出现了光环，它在地球上投下了淡薄的阴影。据估算，这个阴影遮蔽了地球上1／3的阳光，使得地球上冬天变得更冷。当时的北半球，夏季太阳的直射点位于赤道以北，这时赤道上空的光环影子正投向处于冬季的南半球，从而大大降低了南半球的气温。而此时正处于夏季的北半球没有光环的影子，所以北半球气温正常。当北半球进入冬季以后，光环的影子也随着移过来，从而使北半球气温降低而变得更冷。这种假说较为合理地回答了6000万年前地质时代的气候问题，解释了当时地球上冬天气温异常寒冷，而到夏天气温又较正常的奇怪现象。

地球上的光环是怎样消失的呢？奥基夫推断是被阳光吹掉了。他说，太阳的光线可能像一股股涓涓细流，打在什么东西上就对什么东西产生压力。在没有摩擦力的空间环境里，它在几百万年的时间里，足以把光环里的粒子吹离地球的轨道。

地球将来会有光环吗

根据奥基夫的推断，如果月球火山还保持活动的话，地球将来还会再度形成光环。根据天文学的理论估算和古生物的测定，在大约5亿年前的奥陶纪，地球上的一年有450天左右，每昼夜只有21．4小时，到了距今约4亿年的泥盆纪，一年仍有400天左右，每昼夜约合23个小时。这说明在漫长的地球发展史上，地球自转速度渐渐变慢。这是什么原因造成的呢？专家们说主要因素是潮汐作用。

潮汐是自然界由于天体对地球各部分的万有引力不等引起的潮涨潮落现象。引潮力的大小与天体的质量成正比，与天体距地球的距离的立方成反比。因此，月球的引潮力是太阳的2．2倍。我们知道，月球在天空中每天东升西落，它在地球上的潮汐隆起，也是从东向西运转的。这种运转方向正好与地球自转相反，潮汐和浅海海底的摩擦对地球起制动作用，使得地球自转逐渐变慢，自转周期逐渐变长。

这样，大阴潮也就是月球在地球上的潮汐隆起也就停止了。但是那个时候，太阳在地球上的潮汐隆起作用仍在进行，专家们给这种作用取名为太阳潮。由于太阳潮也是自东向西传播的，这种作用使地球与月球距离的增大继续进行，再过一段时间，地球上的一天将长于一年，于是又出现了与过去形式相反的太阴潮。以前的太阳潮时期是一月等于30天，新的太阴潮出现后过一定时间就是一天等于几个月了。但这时的月球自转方向不是自东向西的周日视运动，而相反却是自西向东运动了。

在那个时候，由于月球周期性运动方向的改变，使太阳潮的运转方向与地球的自转方向一致，不仅消除了潮汐和浅海海底的摩擦引起的对地球的制动作用，而且方向一致产生的极大惯性加速度使地球就像顺风船，自转速度变快，自转周期变短，这样月球和地球的距离又随着缩短。有人曾进行过推算，当地球和月球两者之间的中心距离只有15000千米的时候，那时的一个月只有5．3小时，而一天却有48小时。估计强大的引潮力能把月球撕裂成许多一块块的巨大碎片，散布到地球的外层轨道中去，那时地球的外层空间里就会出现—团明亮的光环。

8、冰川期奇观

所谓冰川期，是指地球历史上大规模的寒冷时期。在这个时期里，不仅地球的两极和高山顶上有冰川分布，就是一些纬度较低的温带地区和低矮山岭上，也分布着许多冰川。地球的历史告诉我们，全球各地在地质历史中曾发生过三次大冰期，即震旦纪冰期、石炭纪冰期、二叠纪冰期和第四纪冰期。而每次大冰期又是由许多小冰期组成的。最近的一次大冰期是70万年前开始的，至今已发生过7次小冰期，每次持续时间为9万年之久，而两次冰期之间总是伴随着大约1万年的温暖的间冰期。

科学家们推测第七次冰期在二万年前已结束，我们目前正生活在第七次温暖的河水期末尾，再过5000年，我们居住的地球又将进入一次小冰期。那时整个地球将重新银装素囊，全球的每个人都会生活在类似今天南极的冰天雪地之中。面对这一预言，人们难免会问：为什么地球上会出现寒冷的冰期呢？对此，科学家提出了许多假说予以解释。

造山假说

首先进行推测的是德国地质学家希辛格尔。他在1831年提出，第四纪冰期的出现与第三纪的造山运动有关。后人发展了他的观点，认为冰期的发生是由于造山运动所造成的海陆分布不同。在造山运动以后，地球上出现了一些高耸的大山，为山岳冰川的形成创造了条件。山的升高和冰雪堆积的增厚，还使山区附近的气候发生变化，气温下降，并逐渐扩展影响到全球，使整个地球的平均温度下降，导致冰期出现。反之，当造山运动平静后，山地受到侵蚀，高度不断降低，海水有可能浸入大陆上被削平的低洼地区，使其成为浅海。因为海水的热容量较大，能贮存较多的热量，所以当海洋面积扩大并积蓄较多热量之后，气候开始逐渐转暖，出现了间冰期。一旦造山作用重新发生，山脉再次升高，冰期便又重新来到。

植物假说

但是人们很快发现，造山运动剧烈的时期与冰期并不完全吻合。

1896年，瑞典地球物理学家阿列尼乌斯，提出了植物可能是产生冰期的祸首。他认为空气中二氧化碳着增加到现在含量（0．03％）的2—3倍时，地球的年平均温度就会升高8～9℃。据此可以解释第三纪的温暖气候。温暖的气候和二氧化碳含量的高浓度，促使植物大量繁殖。但是，植物大量繁殖的结果，又使二氧化碳大量消耗，使其在空气中所占的比例下降。当它降低到现在含量的一半时，就会使地球的年平均温度下降4～5℃，足以导致中、高纬度地区广泛发育冰川，产生冰期。冰期的出现又会减缓植物生长，从而使二氧化碳的含量逐渐恢复正常。于是气温又逐渐升高，冰川消退，出现间冰期，植物又开始繁盛起来，为另一次冰期到来准备了条件。

但是，历史上植物十分茂盛时期之后，并没有出现冰期，相反在6～7亿年前的古代，生物运动没有现在繁盛，却有震旦纪大冰川的出现。因此上述说法缺乏充分依据。

星旋假说

近年来，在探索冰期形成机制的各种理论中，又出现了一个新的假说，认为，地球冰期的发生与太阳带领它的家族通过银河旋臂的时间有关。

我们的银河系是一个漩涡状星系，它具有4条旋臂。根据星系旋臂形成假说，太阳及其家族在绕银河系核旋转时，每隔2亿多年就要通过一次旋臂，而在旋臂里星际物质比较密集。因此有人认为，当太阳通过旋臂时，大量星际尘埃的存在使星际空间的透明度减少。太阳辐射出来的光和热受到星际尘埃的反射和折射，到达地球表面的能量有明显的削弱，就使地球的年平均温度下降，冰期发生。这一理论的重要证据是地球上三次大冰期发生的间隔时期，正好与通过旋臂的时间吻合。

但是，旋臂附近的星际空间是否果真有那么多星际尘埃，却是令人怀疑的。而且这一假说是建立在另一假说的基础上的。

因此，尽管人们长期以来不断地探讨冰期的成因，也有了许多科学假说，但这仍然是悬而未决的地质之谜。

9、地球的圈层

我们人类生活的地球，是一个巨大的球体，它的内部究竟是什么样的呢？研究结果表明，地球内部可以分成好几个同心圈层。粗略地看，它大致可以分为地壳、地幔、地核三个圈层。

地壳

地壳是地球外部的一层坚硬外壳。地壳由各种岩石组成，除地表覆盖着一层薄薄的沉积岩、风化土和海水外，上部主要由花岗岩类的岩石组成，而下部则主要由玄武岩或辉长岩类的岩石组成。地壳的平均厚度为33公里，但各地并非一样，一般大陆比海洋厚，高山比平原厚。大陆地区的地壳厚度一般为35公里，大洋地区却只有5~10公里。我国西藏地区地壳厚达60~80公里，东部平原地区则为30多公里。地壳密度在2.6－3之间；压力自上而下由1个大气压增加到1300个大气压；温度至底部增加到1000℃左右。

地幔

地幔介于地壳和地核之间，可分为两层。上层离地面33~900公里，物质成分除硅、氧外，铁、镁显著增加，铝则退居次位。压力为50万个大气压，温度为1200℃~1500℃，物质状态为固态结晶质，但具有较大的可塑性。下层离地面900~2900公里，物质成分除硅酸盐外，金属氧化物与硫化物，特别是铁、镍显著增加，平均密度为5.6，压力为150万个大气压，温度为155℃~2000℃，物质状态属非结晶状态。地幔的体积占地球总体积的83％，质量占整个地球的66％。由于高温高压的结果，地幔物质常处于熔岩状态，成为岩浆的发源地。

地核

地核是指地幔以下到地球核心部分。地球中心压力可达350万个大气压，温度约为3000℃－5000℃，在这样的高温高压下，地球中心的物质，已不能用我们熟悉的“固态”或“液态”的字眼来表示，它可能是一种人们还不熟悉的物质状态。这种物态的特点是在高温高压长期作用下，犹如树脂和蜡一样具有可塑性；但对于短时间的作用力来说，却比钢铁还要坚硬。但是，关于地核的物质组成，科学界尚有不同的争论，有待于人们进一步去研究、去探索。

10、地球的面积

地球是个圆球，现在这连一个小学生也能说得出来。但是古时候谁也不曾看出地球是个球体。因此，古人就把他们所能直接看到的一小片地面当做地球的真面目。后来，经过种种事实的证明，人们才确信大地不是一个平面，而是一个球体，就叫做“地球”。可是地球那么庞大，用什么方法推算出整个地球的大小呢？许多科学家对这个问题发生了很大的兴趣。用了许多方法去推算。

最早的测量

远在公元前200多年，古希腊学者埃拉托色尼第一次用测量的方法推算出地球的大小。他原来住在埃及的亚历山大港，在亚历山大港以南的阿斯旺有一口很深的枯井，每年夏至那一天的正午，太阳能够一直射到井底，也就是说，这一天的正午，太阳位于阿斯旺的天顶，过了这一天，太阳就射不到井底了；而在这一天，亚历山大港正午的太阳并不是直射的。他就用一根长柱，垂立于地面上，测得亚历山大港在夏至那天正午太阳的入射角为7.2度，于是他肯定：这7.2度的相差，正是亚历山大港和阿斯旺两地所对的地面弧距。根据这个数值和两地间距离的估计，他求得地球的圆周为25万斯台地亚，相当于39816公里这个数值，已很接近目前计算出来的地球周圆。

地球的总面积

以后，科学家们曾经运用相似的方法，测算过地球的大小，还利用三角测量法作了比较精密的测算，由此得知地球是一个近似旋转椭圆形的球体，称为地球体。根据实测，赤道的半径长6378.245公里，极半径长6356.863公里。两半径之差同赤道半径之比仅为1：298.3。如果我们照这扁平率做一个半径为298.3毫米的地球仪，极半径比赤道半径只不过短1毫米。所以地球体实际上和一个真正的球体相差无几。其平均半径为6371.2公里。

知道了半径，人们就可以根据几何公式推算出有关地球大小的其他数值，地球的赤道圆周长大约是40075.696公里；地球的总面积大约是51000万平方公里。

11、地核

从地表到地心，厚达6300多公里，内部温度高达几千度，人们无法到里面去看看地核到底是什么东西。不过，科学家通过种种方法，已经基本确认地核是由铁镍元素组成的。

星系成因分析

天体物理学家告诉我们，当一颗恒星由氢聚变反应而转化为氦后，还会继续聚变成铁元素。在聚变过程中发生爆炸变成一颗“新星”，并同时产生一些比铁更为复杂的原子，如金和一些放射性元素。宇宙中这样的“新星”是很多的。这些“新星”的碎屑与星际气体混合组成第二代恒星，这样在第二代恒星内就会有许多铁元素。我们的太阳系就是这种第二代恒星，因此，太阳系的重元素中铁元素的含量比较多。地球在太阳系中与太阳的距离比较近，很适宜于铁等重元素的集中。地球形成过程中，在重力作用下，重元素下沉到地心，轻元素上浮到地表。丰富的重元素铁当然就下沉到地核。

地球本身分析

人们经过长期的实验研究，知道地球的体积是1.0833X1027立方厘米，质量是5.976X1027克，由此可以算出地球的平均密度为5.517克／立方厘米。通过对地震波的研究，又知道地壳、地幔、地核的厚度和体积。于是还可估算出地核物质的平均密度大约为10.7克／厘米3。人们通过计算，大概知道地核处的压力在每平方厘米1550吨到3880吨之间，温度在5000℃左右。在如此高温高压下，有什么样的物质可以使它的密度达到10.7克／厘米3呢？而这种物质又必须是一种比较普遍存在的，至少要占整个地球质量的三分之一。这样，人们就会自然考虑到宇宙中最为普遍的重元素，密度值为7.86克/厘米3的铁。它在地心高温高压下的密度值会达到10.7克/厘米3左右。

陨石分析

此外，人们还从落到地球上的大量陨石的物质组成加以合理的推论。一般说，陨石有两种：一种是硅酸盐类组成的石质陨石；另一种是90％的铁与9％的镍和1％的其他元素组成的铁陨石。科学家已基本弄清楚，陨石是一颗碎裂的行星的残屑；铁质陨石就是这颗行星的内核的碎屑。这不能不使人再一次联想到地球的内核必定也是以铁为主的铁镍核心。

12、地球的密度

在太阳系九大行星中，我们居住的地球是很有些特色的，她不但有适宜的温度、有大海和大气、有生命和人类，而且她的密度也是最大的。为什么会这样呢？

离日距离对敌星构成的影响

我们知道，九大行星围绕太阳旋转，各有各的轨道。水星离太阳最近，往外依次是金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星，火热的太阳居中。各颗行星中，受太阳吸引力最大的是水星，依次为其他各星；接受太阳热量最多的也是水星，依次也为其他各星。

现在我们可以遥想一下，太阳系形成初期，在太阳系中心引力的作用下，靠近中心的区域尽管剩下的物质少些，但却有较多的重元素；相反，离太阳系中心远一些，剩下的物质会多些，可多是些较轻的元素。于是就出现了离太阳近的水星、金星、地球、火星这样的体积小、质量轻、密度大的类地行星；离太阳远的木星、土星、天王星、海王星那样的体积大、质量重而密度小的类木行星。冥王星离太阳太远，已经到太阳系的边缘，物质必然稀少，所以冥王星成了九大行星中最小的一颗。

温度对行星构成的影响

下面我们再想象一下，离太阳越近，行星得到的温度就越高，一些容易挥发的物质完全气化。由于这些行星的质量小，吸引不住某些气化物质，这些气化物质就很容易散逸到星际空间中去。而剩下不易挥发的重元素构成岩石、金属为主的星球。离太阳远的行星，温度低。所以水、甲烷、氨等以固体形式存在，同时它们质量大，依靠自身的重力就可以吸引住大量的氢元素，从而构成了以氢元素为主的星球。

说到这里，当然就明白了由重元素组成的几颗类地行星的密度最大的原因。至于地球与水星、金星相比，密度几乎是一样的。构成元素可能是地球的铁镍较丰富一些，而金星、水星硅酸岩相对多些而已。

13、地球的表面温度

地球上极端最高、最低气温相差157.3℃，但假如在同一地点，年温差最大仅70℃左右，日温差最大仅30℃左右。在月球上，朝向太阳的一面，温度会很快上升到140℃以上；背向太阳的一面，温度又很快下降到零下140℃以下，温差近300℃，是地球日温差的近10倍。地球与月球距离太阳几乎一样，单位面积上接受太阳的热能也几乎一样，为什么温差会如此不一样呢？归根到底是因为地球有广阔的大海和厚厚的大气的缘故。

大气调节

我们知道，太阳直射赤道而斜射两级，而这两个地方所接受到的热能是不一样的，赤道炎热而两极严寒。赤道和两极间的温差会引发大气的流动。赤道带的热空气连同蒸发的水汽，受热上升并向两极流动。赤道区域因暖气流上升而出现的空缺，又由两极流来的冷气流不断得到补充，这就形成了复杂的全球大气环流系统。在这种环流机制的作用下，使得地球各处既不会太热又不会过冷。大气起到了调节作用。

同时，在大气环流的控制下，海洋也出现了与大气环流同向的洋流系统。暖流由赤道流向高纬地区；寒流由高纬地区流向赤道。这样，更把地球各地的温度调节得不冷不热。

海洋调节

更为重要的是，地球的质量是月球的81倍，引力比月球大得多，因此可以把一些比较重的大气分子，如氮氧分子吸引住。地球上的海洋面积达3.61亿平方公里，占地球表面积的70.8％，大洋水多达13.2亿立方公里。在太阳照射下，海水被蒸发进入大气层，这样，大气中含水汽约1.3万立方公里，它们绝大部分都集中在离地面5公里以内的大气层中。不要小看这些水汽，它们控制着地球表面的温度变化，在地表可以以气态、液态、固态的形式相互转化。我们常见的云、雾、雨、雪等天气现象，全是由这些水汽在起主导作用。当地表过热，蒸发就旺盛，大气中水汽迅速增加，到空中遇冷就变成水滴而下雨，把地表浇凉。当地表过冷，则会加强大气环流和洋流，而这种环流和洋流将热带暖湿气流输送来，使冰雪融化。就这样，过热了会自动降温，太冷了又会自动升温，从而形成了一个全球范围内的温度平衡机制，不致使地球太冷或太热。

14、地球的自转轴

现在地球自转轴的北端正对着北极星，所以到晚上人们只要找到北极星，就可识别东南西北了。但是，在几千年前或者几千年后，北极星是不是还能给人们指示方向呢？那可不一定。因为在那个时期，地轴不总是指向北极星。是北极星自己跑走了吗？

转轴的产生

我们知道，地球的赤道部分向外凸出，赤道面与地球绕太阳旋转的黄道面以及与月球绕地球转动的白道面都互不重合。这样，月球和太阳绝大部分时间都位于赤道以南或以北，它们对地球赤道部位凸出处的引力就必然会对地球产生一个力矩，强迫地球的赤道面向黄道面和白道面靠近。

自转产生的岁差

但是，地球在快速自转着，就像一个飞快旋转着的陀螺，不会随便改变自转轴的指向，即使它掉到地上或把桌子倾斜一下也无妨。这两种作用力相结合的结果，便使地球的自转轴画出一个以地心为顶的对顶锥，而黄道面与赤道面的夹角保持不变。这就像您去轻轻地压一下旋转着的陀螺边缘，它就会一边继续飞速旋转，一边绕着原来的轴心摆动一样。就这样，南北两极指向天空的那个点就会不断地改变位置，把这些点连起来就能画出一个圆。地极每年在这个圆上只能向西移动很小很小一个距离，25786年左右才能绕这个圆转一整圈，这可真是够慢的。这种运动，科学家给起了个名叫岁差。

除了岁差以外，影响地轴指向的因素还有很多，但都不如岁差那么严重。

15、地球自转速度

谁都知道，现在地球公转一周称一年，有365日5小时48分46秒；一天有23小时56分4.1秒；月球绕地球一周称一月，为27日7小时43分11.47秒。假如没有其他的作用力影响地球，那这些数字永远也不会改变。然而大量的事实已经证明，地球自转的周期在经常不断地变化着。

自转的改变

通过数珊瑚壳上长出的碳酸钙条带人们会知道：在5.7亿年以前的寒武纪，即最古老的化石时代，地球一昼夜只有20.47小/时，每年有428天；在5亿年前的奥陶纪早期，每天有21.4小时，每年有409天；在3.7亿年前的泥盆纪中期，地球上的一年有398天左右，每天有22小时；而在3.2亿年前的石炭纪，每年只有387天。由这些观察到的数据，我们可估计出地球的自转周期每一百年约增加0.00164秒，即每10万年增加1.64秒。

引力改变自转

那么是什么力量在改变着地球自转的速度呢？

我们都玩过陀螺，假如开始顺向转着的时候，用绳子再顺向抽打它一下，它就转得更快了；若反向抽一下，它就转得慢了。地球也是这样，它自西向东自转着，当有一个力也是自西向东推它一下，它就转得更快了；当有一个力是自东向西反推它，它就转得慢了。那么这是个什么力在推着地球，改变着地球的自转周期呢？这个力就是月球和太阳对地球的引潮力。

潮汐，主要是由月球和太阳对地球各部分的引力大小不等引起的。引潮力的大小与天体的质量成正比，而与天体离开地球的距离的平方成反比。因为月球比太阳离地球的距离近得多，所以月球的引潮力是太阳的2.17倍。

在月球、太阳引力作用下，无论在海洋、大气还是地球的固体地壳上，都会引起潮汐。随着地球的自西向东自转，月球和太阳东升西落，潮汐隆起部位也必定是自东向西地运转，这恰好与地球自转方向相反。于是海水依次扫过较浅的海底；岩层也会在它们上升或下降时彼此发生挤擦；大气也必然要与地表产生摩擦，大陆逐渐向西漂移。就是这些极其微弱的摩擦力消耗着地球的转动能，对地球起着制动作用，从而使地球的自转速度逐渐减慢，自转周期逐渐变长。

月球的变化

但是，地球和月球之间是一个能量守恒系统。地球自转速度的减慢，必然导致地球和月球距离的逐渐增大，以达到新的平衡，据估计，月球以大约每年一米的速度渐渐远离地球，阴历每月的天数也随之增加。人们观测鹦鹉贝化石螺纹的数目，已经知道，在4亿年前每月只有9天，1.5亿年前为17天，7000万年前为22天，3000万年前为25天。当有朝一日地球和月球各自的自转周期等于公转周期，即一天等于一个月时，月球的潮汐作用就停止了。但太阳的潮汐作用仍然存在。因为太阳潮也是自东向西传播的，所以地球自转周期仍将继续增大，到那时，地球上的一昼夜将长于一月。但是，此时月球的潮汐作用又将“复活”，但显然此时的月球是自西向东作周日视运动的，因此潮汐的运转方向与地球自转方向保持一致，从而又使得地球自转变快，自转周期变短，月地距离也随之缩小。如此周而复始，造成地球自转速度永无休止地变化。

地球自西向东绕轴自转一周需一日，月球自西向东绕地球公转一周需一月，因此相对于地球的快速自转，月球总是落后，由此吸引海水自东向西与海底发生摩擦。

16、地球公转速度

人们拉一辆车子上坡，觉得很沉重，走得很慢；拉到坡顶后开始下坡又觉得很轻松，走得就很快。地球绕太阳公转时的速度时快时慢也是这个道理。

地球公转的轨道和速度

我们知道，地球公转轨道是个椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上。当地球从远日点向近日点运动时，受太阳引力的吸引，就像从坡上往下滑动一样，把引力势能转变成运动速度，因此公转速度越来越快。到近日点后，地球公转速度达到最大。相反，从近日点向远日点运动时，就像从坡脚向坡顶攀登一样，要失去一部分速度用来克服太阳对自己的吸引力，公转速度就变得越来越慢。到达远日点时，它的运动速度达到最小。之后又向近日点滑下去。如此年复一年，循环往复。

行星运动第二定律

科学家们早就算出了地球公转的平均线速度是每秒钟29.79公里。在远日点最慢为29.3公里，在近日点最快为每秒30.3公里。德国有位叫开普勒的天文学家总结了这条所有行星运动都适用的“行星运动第二定律”，称做：向径在单位时间内扫过的面积必定相等。所谓向径就是地球到太阳的连线。如何理解这条定律呢？我们可以这么设想，地球在一个椭圆形的轨道上绕着太阳向前运动，一边向前走，一边要扫地球与太阳之间的“地”。在相同的时间内所扫的“地”的面积要相等，那么，在椭圆半径短的一面一定要走得快些；在半径长的那一面一定要走得慢些，这样才能保证所扫的面积都相等。所以，地球的公转速度便时快时慢了。

17、地球天空的颜色

我们地球天空是蔚蓝色的。假如有位外星人光临太阳系，来到地球近旁，透过那湛蓝湛蓝的轻纱似的大气层，看到雪白的云朵、碧蓝的大海、翠绿的大地、黄色的沙漠，他一定会陶醉在这五彩缤纷、神话般的世界里。就是我们地球上的人也一定要问，为什么地球是一个美丽的蓝色星球呢？

太阳行星的颜色

火星的大气仅有地球的1％，但就这点大气便使得火星表面刮起了干冷的大风，把火星表面红褐色的尘土吹到40公里的高空，将整个火星天空染成粉红色。金星与火星恰好相反，它的大气浓度竟是地球的100倍，整个金星表面被一层厚厚的二氧化碳气体笼罩着，太阳光线要透过这浓密的大气层也相当费劲，所以金星天空变成了铜灰色。小小的月球上呢，大气早已逃光，变成了毫无生气的无声无息的死寂世界。月球上不存在大气散射现象，所以月球天空是黑暗的，耀眼的太阳镶嵌在漆黑的背景上。

天气对地球天空颜色的影响

这要从太阳向外辐射的电磁波和地球大气说起。

太阳辐射的电磁波，43％是人眼能够看得见的可见光。可见光还可以细分为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7种色光，太阳辐射的可见光就是由这7种色光混合成的白光。这7种色光的辐射波长是不一样的，红色光的波长最长，依次为橙、黄、绿、青蓝、紫，紫色光的波长最短。

当太阳辐射的电磁波遇到地球大气层，就会被大气分子所散射。红、橙、黄等色光的波长较长，它们能够较多地绕过大气分子而透射到地面，紫蓝色光的波长较短，就会较多地被大气分子所阻挡而产生散射。然而，人的眼睛对紫色光的感受不如蓝色光敏感；紫色光被大气层吸收得又比蓝色光多；再加上太阳辐射的蓝色光比紫色光要多，所以人们看到的地球天空便呈现出蔚蓝色。

阴雨天，大气中的水滴、烟尘等颗粒的粒径比可见光的波长大得多，所以，各种波长的可见光都被散射或被反射了。这时，太阳光的强度降低了，因此阴雨天的天空呈现灰白色。

18、大气

地球上空的大气在天空中自由运动。它们能够摆脱地球引力束缚逃逸到星际空间去吗？回答是肯定的，又是否定的。说是肯定的，因为确有极其微量的高层大气分子能挣脱地球强大的引力而逃走；说是否定的，因为绝大多数的大气分子是逃不出地球的。相反，从星际空间撞入地球并在大气层中烧毁的流星体反而比逃走的大气还要多些。

“逃逸速度”

通过计算知道，如果向上抛的速度达到每秒11.2公里时，虽然物体在上升过程中地球的引力会使这个物体的速度逐渐减小，但由于这种引力也同时在不断变小，以致它永远不可能使这个物体的上升速度变到零。那么这个物体将摆脱地球的吸引力而永远告别地球而去。这个每秒11.2公里的速度就是地球上的“逃逸速度”。

会漏气的大气层

地球上的气体分子和原子永远处于不停的运动之中。它们运动的速度各不相同，甚至相差很大。比如氧分子在高温状态下的平均运动速度是每秒0.5公里；氢分子的质量是氧分子的十六分之一，所以氢分子的平均运动速度是氧分子的4倍。但是这种速度只是分子的平均速度。实际上有半数分子的运动速度比这大，有的大一倍，有的大两倍，有的运动速度就超过了每秒11.2公里，当然这只占极小的一部分。

在低层大气中，由于分子密度极大，它们在运动中经常会相互发生碰撞，运动速度就会慢下来。所以，即使原是一些速度快的分子实际也是不可能逃出地球的。

但在高层大气中情况就不同了。强烈的太阳辐射会把分子中的很大一部分激发极高的能量态和很大的速度，同时，高层大气极其稀薄，分子之间碰撞的机会也少得很。所以在高层大气中的高速运动的气体分子逃离地球的机会就很大。它们一旦向上飞去，就会进入密度越来越小的区域，碰撞机会也会越来越少，最终便告别地球。

大气的形成与成分

人类生活在大气底层，可以说没有大气就没有生命、没有人类。现在地球大气中，氮气占整个大气容积的78.09％，氧气占20.95％，其他所有的气体加起来仅占0.96％。这种大气组成成分给地球上的生物创造了一个很理想的环境。为什么地球大气中的氮气和氧气特别多呢？据科学家研究，地球现在以氮、氧为主的大气层是再生的。在宇宙中，氢、氦、碳、氮、氧占了大部分，其中尤以氢占绝对优势。地球形成初期，由于它与太阳的距离比较适中，因此有一个不冷不热的温度环境和不大不小的引力条件。在这样的环境下，碳与氢化合生成甲烷；氮与氢化合生成氨；氧与氢化合生成水；氦与多余的氢会逃出地球引力的束缚散逸到宇宙空间；水则成为浩瀚的海洋。剩下甲烷和氨这类比较重的气体被地球引力拉住而构成原始大气的主要成分。

大气成分间的平衡

在我们地球上，因为地球离太阳距离适度，引力大小适中，从而形成了二氧化碳在岩石与大气之间均衡交换的循环机制。于是，在太阳光照射下，加上由适度的二氧化碳的温室效应使得地球有一个特别理想的温度环境，绝大部分地区都在0~100℃之间，这样，无数的液态水汇成了浩瀚的海洋，覆盖了地球三分之二的面积。它不但没有被蒸发为水汽，而且还在海洋中产生了生命。

生命所引起的反应进一步破坏氮的化合物，把氮分子从地壳中重新释放出来，于是地球大气中就保住了大量的氮气。

同样，由于有了海洋，二氧化碳就被溶解于接近中性的水中而变为碳酸溶液。之后中和了岩石中钙等阳离子，使碳酸钙沉淀。地球上有那么多的石灰岩，就是由二氧化碳与地壳中的硝酸钙中和沉积而来的。如果将贮存于地壳中的二氧化碳全部变成大气，那么地球就会变成第二颗金星。现在我们地球大气中的二氧化碳是很微量的，因此地球才没有成为一颗高温的窒息万物的荒芜星球。

此外，海洋中出现的生命利用光合作用，把水分解为氢和氧，氢与二氧化碳化合构成了组成细胞的复杂分子，而氧则被释放进入大气。这样，经过几十亿年的漫长岁月，由于有了海洋，有了生命，地球大气才又从氮和二氧化碳转变到氮和氧。

19、地球的保护伞臭氧层

地球从诞生到现在，已有46亿年的地质年龄。它历经多次地壳运动，沧桑变换，代谢更新，逐渐孕育产生出有机生命。然而，地球上生命的出现和发展，与地球大气臭氧层的“保护伞”作用，有着密切的关系。

臭氧

臭氧比氧气只多一个氧原子，可两者秉性相差颇大。臭氧是一种无色具有特殊臭味的气体。通常在空气中含量极少极少。低空臭氧来源于雷电作用，松林树脂化也能形成微量臭氧，雨后森林中空气新鲜，就是臭氧增多的缘故。少量臭氧对人体有好处，能起到杀菌、消毒、净化空气的作用。而大量臭氧集中在大气平流层中间，离地表25~35公里处，那里的臭氧含量高达10％左右，形成一个围着地球的臭氧层。虽然臭氧含量过高，对人体也会造成杀伤，不过由于大量臭氧远离地表，对人体、生物是不会造成危害的。相反，由于臭氧层吸收了几乎90％以上的紫外线，而起到极好的保护屏障作用，使地球上一切生命免遭大量强烈紫外线照射所带来的恶果。

紫外线

紫外线是阳光电磁波谱的不可见的部分。阳光用玻璃棱镜折射后可分成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫色，它们都能用肉眼看到，所以在电磁波谱上称“可见光”，而紫外线则是看不见的，只能用仪器观察和分析。它会杀伤白血球，危害人和动物的机体。它随高度增加其辐射强度也增强，所以经常居住在西藏高原上的人，脸部常受紫外线照射，呈红黑色。医学上用紫外线对病人进行理疗杀菌，但对非病部位和操作者必须采取防护措施，防止杀伤人体细胞。

保护臭氧

当人们提到地球上为何能诞生生命时，都会想到在其他星球上很难找到水、氧气和适合的温度——这些赖以生存的条件。这时你可不要忘掉臭氧的特殊功能和对人类的贡献。如今由于工业、航空、汽车排放大量的一氧化碳和一氧化氮，逸散于上空，使得臭氧层遭到破坏和臭氧含量的减少。这已经引起人们关注，目前，许多科学家都发出呼吁，要求采取措施保护臭氧层。因为保护臭氧层，就是保护整个生态平衡，这是人类千秋万代生存的一件大事。

20、南极比北极多冰奇观

南极洲为什么有这么多冰盖，且比北极多这么多？

南极大冰库

地球最南端，有一块常年被冰雪覆盖的陆地，连同附近的岛屿在内，总面积达1350万平方公里，这就是地球上的“冰库”——南极洲。白茫茫的冰原覆盖着南极洲面积的93％以上，冰层平均厚约1700米，最厚的地方达4200米。南极大陆内冰的总储量约有2400万立方公里。巨厚的冰盖使南极洲的平均海拔高度达到2400米，成为世界上最高的大陆。据科学家分析，南极洲有可能不是一整块陆地，而是巨大的冰盖把下面的一些小岛屿盖住了。地球上70％的淡水集中在这里，假如这些冰全部融化，将使地球海平面升高60米。南极海域中的冰山达22万个之多，比北冰洋冰山多14倍。

南北极冰库储水差异比较

当然，南极洲地处地球南端，几乎所有的部分都位于南极圈之内，气候极度寒冷。这里的降水以冰雹为主。大陆的年平均降水量约55毫米。由于气温极低，蒸发极其微弱，冰需逐年积累，终于形成了巨厚的冰原。可是大家一定要问，北极也几乎都在极圈之中，气温同样极度寒冷，为什么没有这么多的冰呢？这可从南北两半球的海陆分布中找到答案。

北半球陆地面积占北半球总面积的39％，且北冰洋周围几乎为陆地所包围。我们很容易知道，假如只是寒冷而缺少水分，那么是不可能发生降雪而只能出现干冷的气候环境。北冰洋周围的环境正是如此，因为加拿大、北欧和苏联西伯利亚大片干冷的陆地，不会给北冰洋供应更多的水汽，所以北极降雪极少。

南半球陆地面积占南半球总面积的19％，南极洲周围被广阔的海洋包围着，这些海洋的年平均温度均在摄氏零度以上。南纬40~60°之间的广大海洋平均蒸发量在340~840毫米之间，在大气环流的作用下，大量被蒸发的水汽不断输送到南极洲上空。所以，南极洲的降雪要比北冰洋多得多。

21、自然界的水循环

水是自然地理环境中的基本组成要素，也是分布最广泛的物质之一。它不仅存在于江、河、湖、海之中，而且还被蒸发变为水汽，浮游于空中，有的还渗入土壤和岩石之内，在地下流动。按水在自然地理环境中所处的范围和活动过程的不同，可以归纳为三大类：大气水、地表水和地下水。地表水可以再分为海洋水和陆地水。

自然水体循环

自然界的各类水体不是孤立的，而是通过水分循环联成统一的整体。地球上广大的水面、土壤表层及植物茎叶中的水分不断蒸发和蒸腾，化为水汽，上升至空中被气流带走，传播到各处，遇冷凝结、以降水的形式降落到地面。到达地面的水重新进行蒸发、凝结、降落和流动。自然界水分的这种往复运动过程，称水分循环。

水分循环

水分循环依其规模又可分为小循环与大循环两类。小循环是海洋表面蒸发的水汽，以降水形式又回到海洋，或从陆地蒸发的水汽，以降水形式再降落到陆地的水分循环过程。小循环规模较小，往往是局部性的。而大循环呢？则是海洋上蒸发的一部分水汽，被气流带到大陆上空，在适当的条件下，遇冷凝结，降落到地面。其中一部分经过蒸发回到空中；另一部分经过地表和地下又流回到海洋。这种海陆之间的水分循环过程具有全球性，所以也叫全球性循环。

在水分循环过程中，天空与地面、地下之间，通过降水、蒸发和下渗进行水分交换；海洋与陆地之间也进行水分交换。海洋向陆地输送水汽，而陆地则向海洋汇入径流。在水汽输送过程中，因有一部分降水变为径流而流走，以致空气向内陆输送的水汽越来越少。所以，远离海洋的大陆内部往往降水量很少，径流量也很小。河川径流并不全部注入海洋，有的河流注入内陆湖泊或消失在沙漠之中。水分循环过程在地球上无所不在，而且永不休止地进行着。

22、地球上的生物圈

在地球上大气和海陆相互接触的地带，遍布着动物、植物、和微生物，这就是地球上生命物质和生命活动的圈层，我们称它为生物圈。生物圈的厚度约20公里。在太阳系中，只有地球上有生物圈，其他行星上没有动物，没有植物，或者说根本没有生命的存在。

温度

为什么太阳系的其他行星上没有生物圈呢？这要从生命存在的条件谈起。首先，生命的存在需要有适当的温度。如果温度太高，原子的运动过于强烈就难以聚合成分子；如果温度太低，蛋白质和核酸就会冻结起来，也就无所谓生命了。

从温度的角度看，地球与太阳的距离可谓是得天独厚。地球表面平均温度大约是22摄氏度，绝大部分适于牛命的生长和繁殖。在太阳系的各行星中，地球的近邻是金星和火星。金星离太阳的距离比地球近，表面的温度比地球高出约400摄氏度；火星比地球离太阳远，表面的温度比地球平均低四五十摄氏度，且昼夜温差大。其他行星，或者比金星更接近太阳，或者比火星更远离太阳，所以都不具备适于生命生存的温度条件。

液态水

其次，生命的存在需要有液态水，地球上有大量的水，而且绝大部分的水是液态的。而在其他行星上，即使有水也不是液态的。

合适的大气

此外，生命的存在需要有适当厚度和密度的大气层，以保护生命不受宇宙射线的伤害，并提供适量的游离氧。地球的大气层满足了这一条件。其他行星如金星、火星、木星、天王星、海王星、甚至土星的第六颗卫星上都有大气层，但是这些行星或卫星上的大气几乎没有氧，因此这些行星上即使可能出现某种形式的生命，也只能是极其原始的。

独一无二的地球

根据以上分析，地球上这样的生物圈在太阳系中是独一无二的。但是，很多人相信，在广漠的宇宙中，具有生物圈的天体，甚至生活着像人类的这样高智能生命的天体肯定是存在的。

23、地球上的方向

太阳每天都要升起、落下。人们把日出的方向称为东，日落的方向称为西。

地球自转决定东西

经过长期的观察，人们发现太阳东升西落的现象，不是由于太阳绕着地球旋转，而是因为地球本身在自转。地球上的方向是根据地球自转的方向来确定的。顺着地球自转的方向是东，逆着地球自转的方向是西。

地球绕着地轴自转，地轴的两端叫两极。如果在地轴一端的上空，看到地球自转的方向是逆时针的，那么这一端就是北极；如果看到地球自转的方向是顺时针的，这一端就是南极。这样，有了东、西、南、北四个基本方向，就可以方便地定出东北、东南、西北、西南等其他方向了。

东西无尽头

因为地球是个球体，所以东方和西方是没有尽头的。如果我们从地球上的某个地方出发，一直向西走，可以绕地球一圈，仍回到原来出发的地方，而且还可以继续向西，永远没有尽头。向东走情况也是一样的。所以，地球上的东方、西方是没有尽头的。

南北有尽头

不过，南方和北方可是有尽头的。如果我们从北极以外的任何地方向北走，最后都会到达北极。北极是北的尽头。在这里，前后左右四面八方都是南，既没有东，也没有西，更没有北。南极的情形正好与北极相反。所以地球上的南北方向是有尽头的。

24、大气层

在地球外面，包围着厚厚的大气层。从地球表面垂直向上，大气层可以延伸到数千公里的高空。大气层随着高度的增加，越往上密度越小。地球大气层与星际空间并没有严格的界限。根据卫星探测资料，在2000到3000公里的高空，大气的密度已经和星际空间物质密度很接近了，这个高度可以近似地看成是地球大气层的上界。大气是一种无色、无味、无臭的混合气体，其物理性质在垂直方向上差异非常显著。按其物理性质的不同，在垂直方向上可将大气层分为五层。

对流层

紧贴地面的一层叫对流层。它的高度因纬度不同而不一样，在低纬度热带地区，对流层的高度约为17~18公里；在中纬度温带地区约为10~12公里；在高纬度寒带地区仅为8~9公里。

对流层有三个主要特征：

（1）温度随着高度的增高而降低，平均每上升1000米温度降低6℃。

（2）大气不断地进行对流运动，所以称为对流层。在地球表面，不同纬度，不同地表状况。受热表面，受热不均。受热多的地方大气温度高，密度小，大气处于不稳定状态，容易发生空气的上升运动；而在相对冷的地方，气温低，空气密度大，容易发生空气的下沉运动。大气的这种上升和下沉运动，称为对流运动。不同纬度带因受热不均，对流运动所达高度也不一样，所以高纬度与低纬度之间对流层的高度也不一样。

（3）经常发生复杂而恶劣的天气现象。大气中的水汽几乎全部集中在对流层，由于对流运动，造成云、雨、雪、雹等天气现象。

对流层与人的关系最密切，人类活动主要集中在对流层里，对流层的状况和异常现象的出现，都将影响到人类的生活。在科学技术飞速发展，工业高度发达的今天，人类对大气的影响也越来越显著。

平流层

自对流层向上到50~55公里这一层叫平流层。平流层的空气比对流层稀薄多了。这层温度状况与对流层大不一样，先是随高度增加而温度不变或变化很小，再往上则是随高度增加而温度也增高。这层大气以水平运动为主，大气比较平稳。同时大气中水汽、尘埃含量很少，透明度很好，很少有天气现象出现，有利于飞机飞行。在20~25公里的高度上，是臭氧保护中的臭氧层。臭氧层能保护地球表面的生物，不受太阳紫外线伤害。

中层

自平流层向上85公里左右的一层叫中层，这层温度自下向上迅速降低，并有强烈的对流运动，又称“高空对流层”，

热层

自85公里到800公里左右的一层叫热层。这层温度自下向上迅速增高，在300公里高度上温度达到1000℃以上，所以这一层叫做热层。由于这层大气处于高度电离状态，所以又称为电离层。电离层在太阳光照射下，气体分子被电离为带电的正离子和自由电子。其中从离地面85~500公里的区域里，电离密度比较高。美丽的极光就出现在电离层中。电离层能反射无线电波，使无线电波绕地球曲面进行远距离传播，所以我们能够收听到很远地方电台的广播。

散逸层

800公里高度上统称为散逸层。它是地球大气向星际空间过渡的层次。在这里，空气极其稀薄。大家知道，声音是靠空气来传播的。在散逸层，由于空气非常稀少，即使在你耳朵旁边开大炮，也难听到什么声音了。

25、地球的成长

地球从形成，演化发展46亿年来，留下了一部内容丰富的大自然的巨大史册，这就是各时代的地层。地质年代的划分是研究地球演化、了解各处地层所经历的时间和变化的前提。1881年，国际地质学会正式通过了至今通用的地层划分表，以后又不断进行修订、完善，形成了一张系统完整的地质年代表。

地质学家把地层分为六个阶段：即远太古代、太古代、元古代、古生代、中生代和新生代。

地壳的变迁

整个地球的历史，可以说是地壳运动的演变史。造山运动是地壳运动的主要表现之一。“世界屋脊”喜马拉雅山脉，连同世界第一高峰——珠穆朗玛峰，曾经就是汪洋大海。为什么大海会变成高山

科学家提出一种假设，认为地球上的岩石层并不是一个大整块，而是分成好多大块，地质学家称它为“板块”。这些板块就像悬浮在地幔软流层上的“木筏”，是会漂移的。按照这种学说，亚洲大陆是一个大板块，南亚次大陆又是另一个大板块。在离现在大约3000万年以前，由于南面印度洋下面软流层的活动，引起了洋底扩张，使南亚次大陆板块逐渐向北移动，最后与亚洲大陆板块相撞。恰恰在这两大板块之间的喜马拉雅古海受到两面夹击，猛然被挤，就这样被抬升起来，沧海变成了高山。在地质历史上，地壳的这次异常强烈的造山运动，就叫喜马拉雅运动。有趣的是，雄伟挺拔的喜马拉雅山至今仍在缓缓上升呢！

地壳运动除大型造山运动外，还有地震、火山爆发等等，它们都是地壳运动的表现形式。

三次大冰期

大冰期是指在地球历史中发生的全球范围的气温剧烈下降、冰川大面积覆盖大陆，地球处于非常寒冷的时期。在地球的历史上，曾发生过距今较近的三次大冰期，即震旦纪大冰期、石炭——二叠纪大冰期和第四纪大冰期。震旦纪大冰期约出现在距今7~9.5亿年以前，当时地球上的许多地方都覆盖着厚厚的冰层，最厚的冰层达几百米甚至上千米。从西伯利亚到我国北方和长江中下游，从西北欧到非洲，从北美到澳大利亚南部，几乎到处都是白茫茫的雪原和林立的冰山。

石炭至三叠纪大冰期约出现在距今2亿多年以前。这次大冰期主要影响南半球的澳大利亚、南美洲和非洲等地。现在的南美和非洲的一些地方，还可看到当年冰川活动留下的痕迹。第四纪大冰期是距今最近的一次大冰期，约出现在200万年前。

大陆在漂移

1901年的一天，德国气象学家魏格纳因病躺在床上。当他把目光移到墙上那张已看过千百遍的世界地图上时，突然产生了一个新奇的想法：为什么地图上南美洲巴西亚马逊河口突出的一块大陆，同非洲喀麦隆海岸凹陷进去的部分，形状竟会如此相似？为什么沿北美洲的东海岸到特立尼达和多巴哥的凹形地带，与欧洲西海岸到非洲西海岸的凸形大陆竟会如此吻”合呢？难道这几块大陆原来曾连在一块，后来才分离开来的吗？

魏格纳被这个奇妙的想法激动得几天没有睡好觉。他把地图上所有的陆块都进行了比较研究，结果发现它们的海岸线都能较好地吻合在一起。后来，他还进一步从地质构造和古气候、古生物学文面，对大西洋两岸大陆的地层、岩石、构造进行论证，发现它们有许多相似之处。此外，南美洲、非洲、印度半岛和澳大利亚等地，在古生代和中生代初期，古生物及古气候的分布状况也十分相似，但在中生代以后则又有明显区别。这说明几块大陆曾经连在一起，后来才逐渐分开。因此，魏格纳大胆地提出了轰动世界科学界的著名学说——大陆漂移假说。他认为：在太古时代，地球上所有的陆地都是连在一起的，后来由于受到自东向西的潮汐摩擦力和从两极向赤道方向的离心力，导致大陆分裂并产生漂移。美洲大陆漂得最快，亚洲、大洋洲大陆漂得最慢，成了今天的陆地概貌。

海底在扩张

波涛汹涌的大海，已有几十亿年历史了。可是，科学家惊奇地发现，海底岩石的年龄却很轻，一般不超过2亿年，而陆地上最古老的岩石年龄已有40多亿年历史了。这到底是怎么回事呢？

20世纪60年代，两位英国海洋地质学家瓦因和马修斯提出了“海底扩张”的假说。他们认为，在地壳以下的地幔层，有一个几百公里厚的软流层，这里的物质处于不断的对流运动中，对流速度每年约为一厘米到几厘米。在对流运动中，较重的物质逐渐向地核中心集中，较轻的物质缓慢地向上升。当上升的物质运动到地壳岩层的底部时，因受岩层阻挡而发生分流现象：即高温高压的软流层物质沿岩层底部向四周扩散流动。这种流动的作用力很大，能渐渐地把岩层拉裂开来。在被拉裂的部位，岩浆便沿着裂缝涌出地壳表面，冷却后就形成了岩墙，原有的海底被推向两侧。随着岩浆的不断涌出，岩墙也随之不断增高，新的海底不断向两侧扩大延伸。于是，在大洋底部形成一条条蜿蜒起伏。雄传壮观的新生海底山脉，地质学上称为“洋中脊”或“海岭”。在太平洋、大西洋和印度洋洋底，都可看到这种海岭。