第二章 补充知识

位置相关知识

这里说的位置，是指地球上的坐标所在位置，通常是指一个点。使用一定的坐标表达方法和工具软件，能够方便地帮助人们重复找到一个固定的位置。

常用卫星地图

1、google earth

google earth是谷歌公司推出的数字地球软件。它有PC版和手机版之分。下载对应的软件，安装之后即可浏览全球。有多版本可以选择。

2、百度地图

百度地图有PC版和手机版，用户不仅可以智能导航、规划路线，还可以看到普通矩形地图、卫星地图和街景地图。地名采用中文标注。

3、实时地球

采用遥感集市云平台数据接口，囊括低中高分辨率等多源卫星数据。动态影像更新及时。

4、腾讯地图

用户可以看到普通矩形地图、卫星地图和街景地图。

当然还有其它许多可用的卫星地图、数字地球的民用数据接口，虽然精度不高，但还是可以满足日常应用。

经度、纬度及其表达方法

1、经度与纬度

在地图和地球仪上，我们可以看见一条一条的细线，有横的，也有竖的，很像棋盘上的方格子，这就是经线和纬线，竖线是经，横线是纬。如图1-2-1所示

所有经线在北极和南极相交，两条正相对的经线形成一个经线圈。任何一个经线圈都能把地球平分为两个半球，经线有无数条。人们为了区别每条经线，把他们标注上了度数即经度。按国际规定英国首都伦敦格林尼治天文台原址的那一条经线定为0°经线，从0°经线开始向西划分180°称为西经度，越往西度数越大，用字母W表示。从0°经线开始向东划分180°称为东经度，越往东度数越大，用字母E表示。东西经180°是重合的一条经线。

纬线是与经线垂直，长度不等，相互平行的圆圈，从赤道向南北两极纬线圈逐渐缩小，在两极变成了一个点，人们为了区别各条纬线，分别为他们标注了度数，纬线的起点为0°，也叫赤道，由赤道向北度数越来越大，叫北纬，用N表示；由赤道向南度数越来越大，叫南纬，用S表示。其中北极点的度数为北纬90°，南极点的度数为南纬90°。

根据这些经纬线，可以准确地定出地面上任何一个地方的位置和方向。由于地球是个三维物体，确定一个点就需要三个坐标。而使用经纬网，就只需要两个坐标。

2、经度纬度的表示方法

经度和纬度都可以使用“度分秒表示法”：1度=60分=3600秒。

一个经度一般看上去是这样的：例如东经23°27′30"或写作E23°27′30"

一个纬度一般看上去是这样的：例如北纬39°54′或写作N39°54′，省去了秒。

也可以使用小数表示法，如:S119.3758°，也有把字母写在后面的，如:119.3758°S。

通过经纬度坐标，可以很方便地找到地球上一个确定的地点，目前的民用数据精度可以达到米级。

人们看地图的习惯一般是“上北下南，左西右东”，但是本书在研究过程中，很多情况下，对卫星地图、照片，需要以上南下北的看图方式来显示。为了大家方便大家的看图习惯，书中尽量把图片方向调整为上北下南。如果图片上没有指北针标识，通常笔者会在文中注明，阅读中请注意图片方向。

地球相关知识

前面我们介绍了世界著名的陨石坑，不断提到陨石坑的直径多少公里。有人会问：这样的撞击会不会使地球受到撞击而破碎了？还有，不断出现的“白垩纪-第三纪”、“二叠纪-三叠纪”、“新元古代”、“古元古代”这样的词汇，有人也许感到陌生，有人感到似是而非。下面我们就快速脑补一下这块知识。如果这些词汇，你非常熟悉，或者你认为不想烧脑，你可以跳过这一章节的阅读。

先介绍一下科学家研究的地球是什么样的内部结构。

地球的外部数据

地球（Earth），是太阳系中离太阳第三近的行星，为旋转的椭球体。赤道半径6378千米、极半径6357千米（实际运用中常用与地球体积相等的正球体半径作为地球平均半径，即6371千米）。如图1-2-2所示。地球是类地行星中最大且密度最高的，也是已知宇宙中唯一地质活动仍在持续进行中并拥有生命的行星。地球拥有类地行星中独一无二的水圈和被观察到的板块结构。地球的大气也与其他的行星完全不同，被存活在这儿的生物改造成含有21%的自由氧气的大气圈。它只有一颗卫星，即月球。月球也是类地行星中唯一的大卫星。地球公转（绕太阳）一圈约365天，自转一圈约1天。每年1月初地球和太阳最近，距离约为1.471亿米，此位置即近日点。7月初地球离太阳最远，距离约为1.521亿米，此位置即远日点。日地平均距离为1.496亿米，此数字被确定为一个天文单位，用于计量宇宙 。

地球内部结构

地球是人类的家园，科学家通过测定放射性核素的衰变情况，发现地球已经大约有46亿岁了。虽然经过了46亿个年头，地球依旧保持着旺盛的生命力。

地球表面70%被液态水覆盖，剥开水圈，地球外面这层薄如蛋壳的岩石质外壳，被称为地壳。火山爆发时喷出的熔岩就来自地壳之下，温度高达900~1400摄氏度。越深入地球内部，温度越高。科学家综合各方面的数据，发现地核的温度大约在4000～6000摄氏度左右。要知道，太阳表面的温度也才5500摄氏度左右。

地球诞生了这么久，经过长时间的冷却，为什么内部温度还这么高？这得从地球内部的结构说起。

1、了解地球内部：给地球做CT

地球是一个岩石行星，半径高达6371千米。要想了解地球内部的情况，确实很困难，但并非没有办法。

①通过超深钻孔了解地下情况

前苏联科学家曾经往地下钻了一孔12263米深的钻井，这就是著名的科拉超深钻孔（俄语：Кольская сверхглубокая скважина）。是前苏联于1970年在科拉半岛邻近挪威国界的地区开始的一项科学钻探，其中最深的一个钻孔SG-3在1989年达到12263米，以垂深计算，这个钻孔仍是到达地球最深处的人造物。以下通称为SG-3井。如图1-2-3所示。

SG-3井位于毗邻挪威的科拉半岛摩尔曼斯克州，扎波利亚尔内市以西10公里，前寒武纪携矿接合处。经判读卫星照片，疑似该处有一排红顶的房子。如图1-2-4所示。

SG-3井上部直径92cm，下部直径21.5cm。SG-3井不带勘探目的，纯粹用于在莫霍面接近地表处的科研。在钻进过程中，曾经因为有5公里长的钻杆折断了，不得不从7公里处重新往下钻。钻进并不是使用的扭转钻杆的方法，而是专门研发的钻头自钻装置，钻杆用来输送冷却液和排出因钻进而产生的岩浆。

请注意，插图1-2-3左图是科拉超深井SG-3钻孔遗址，右图是错误的配图，但右图却经常被当作科拉超深钻孔的照片而出现在配图中，笔者以它为配图是要声明它的错误。

尽管SG-3井为人们认识地球提供了十分有价值的数据，但SG-3井最终距离目标深度还有较大的差距。比起到地心6731千米，仍然微不足道。因此，科学家需要借助其它手段研究地球的内部结构。

②借助地震波研究地球内部结构

地球上时常有火山喷发，从地球深处流出的熔岩也能让我们了解地球内部的部分情况。除了火山喷发，地球上每天都会发生大大小小的地震，通过研究地震也能了解地球内部的情况。

CT是医院中常见的一项检查，CT的中文名叫做计算机断层扫描。利用x光扫描人体，由于人体不同组织器官对x光的吸收和透过程度不同，于是就可以建立人体的内部结构图像，同时也能发现身体中哪些部位出现病变。发生地震时，会产生地震波，利用地震波代替x光，地震波遇到不同地层结构时传播状况会发生变化，这样科学家们就能了解到地球内部的情况，这就好比给地球做CT。

如图1-2-5所示，地震波在地下不同深度区域的传播速度不同。

地震波是一种机械波，可以分为横波和纵波，它们在不同材质中的传播特性不同。比如，地震波在传播过程中，横波就不能穿透外地核。再根据其它实验数据，就能大致摸清地球内部的情况，包括地层结构，以及不同圈层的密度、压力、物质种类和物相等数据。

③地球内部不同圈层的主要数据。

  地球不同圈层的组成和压力、温度平均值 

2、地球内部同心売层结构

通过长期的研究，科学家给地球分了三个同心球层，从外到内依次为：地壳、地幔和地核。如图1-2-6所示。地壳与地幔之间由莫霍面分开，地幔与地核之间由古登堡面分开，这些都是根据地震波的传播情况来划分的。地壳很薄，上地幔上部有一个软流层，整个地壳就仿佛漂浮在上面。地震通常发生在地壳之中，岩浆则来源于软流层。地幔和地核属于地球内部圈层，地核主要由金属铁和镍构成，外地核是液态金属，内地核则是固态金属。地壳与地幔的交界地带，温度大约在1000摄氏度左右；地幔与地核的交界地带，温度大约在4000摄氏度左右；内地核的温度则与太阳表面的温度相当，核心处的温度可能高达6800摄氏度。地球内部温度虽然随着深度的增加而增加，但并不是呈线性增长。

3、地球内部有源源不断的热源

地球表面平均温度大约15摄氏度，主要受太阳辐射影响。而在不见天日的地下，高温则来源于地下热源，并且温度会随着深度的增加而增加。

地球内部的热量有三个来源：

①、地球诞生之初的残余热量。

地球是由岩石碎片在引力的作用下形成的，这些岩石碎片不断的碰撞并聚集，动能转变为内能。因此，在地球诞生之初，不仅内部，整个地球表面也都处于熔融状态。经过长时间的冷却，地表的热量以辐射的方式散发到太空中，地球表面才逐渐冷却变硬，然后才有了海洋和生命。目前，这部分热能仅占很少一部分。

②、地球内部放射性元素衰变后产生的热量。

地球诞生之初，大量放射性元素沉积到地球内部，现在主要是铀-238、铀-235、钍-232和钾-40等放射性元素。这些放射性元素衰变后会释放热量，然后聚集在地球内部。旅行者号探测器就是利用放射性元素衰变产生的能量供电，一块电池就可以使用好几十年。铀238的半衰期为44.7亿年，钍232的半衰期为141亿年，这些放射性元素都能源源不断地给地球提供热能。

③、太阳月亮等天体的潮汐力导致的摩擦生热。

天体之间存在引力，这就是万有引力。而太阳和月亮的引力能够使地球发生形变，当它们之间相互运动时，地球内部的物质会发生相对运动，摩擦能够生热，这也能为地球内部提供热能。

木卫二就是一个很好的例子，木卫二主要由冰构成，木星及其卫星的潮汐力产生的热能使得木卫二的冰层下面存在液态海洋。

正是有这三种热源，即使地球不断由内向外散热，内部依然能够保持高温，而且地球外层岩石也足够保温。

　　科学家研究认为：如果地球内部完全冷却，生命将不复存在。

短期来看，发热与散热平衡，地球内部依然保持恒温状态；但是长期来看，从地球诞生那一刻，降温就是地球内部温度变化的长期趋势。忽略太阳的影响，再过数十亿年，地球内部的温度必然比现在低。

如果地球内部逐渐冷却，地壳运动将会变缓，火山将会逐渐变成死火山，这意味着火山和地震爆发的频率将会降低。随着外地核冷却，地球磁场也将会变弱。在太阳风的吹拂下，地球大气层会越来越薄，直至消失。地球上的水也会缓慢散失到太空中去，这将会威胁到地球上的生命。

现阶段来看，就算50多亿年后太阳衰老变成白矮星，地球内部也不会完全冷却，完全没必要担忧。

与地球物理和地质学相关

万有引力定律

万有引力定律属于自然科学领域定律。自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的大小跟这两个物体的质量的乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比。

万有引力常数G=6.67×10-11N·m²/kg²

通常两个物体之间的万有引力极其微小，我们察觉不到它，可以不予考虑。比如，两个质量都是60千克的人，相距0.5米，他们之间的万有引力还不足百万分之一牛顿，而一只蚂蚁拖动细草梗的力竟是这个引力的1000倍！但是，天体系统中，由于天体的质量很大，万有引力就起着决定性的作用。在天体中质量还算很小的地球，对其他的物体的万有引力已经具有巨大的影响，它把人类、大气和所有地面物体束缚在地球上，它使月球和人造地球卫星绕地球旋转而不离去。

地质年代学

地壳上不同时期的岩石和地层，(时间表述单位:宙、代、纪、世、期、阶；地层表述单位:宇、界、系、统、组、段)。在形成过程中的时间（年龄）和顺序。地质年代可分为相对年代和绝对年龄（或同位素年龄）两种。相对地质年代是指岩石和地层之间的相对新老关系和它们的时代顺序。

地质学家和古生物学家根据地层自然形成的先后顺序，将地层分为5代12纪。即早期的太古代和元古代（元古代在中国含有1个震旦纪），以后的古生代、中生代和新生代。古生代分为寒武纪、奥陶纪、志留纪、泥盆纪、石炭纪和二叠纪，共7个纪；中生代分为三叠纪、侏罗纪和白垩纪，共3个纪；新生代只有第三纪、第四纪两个纪。在各个不同时期的地层里，大都保存有古代动、植物的标准化石。各类动、植物化石出现的早晚是有一定顺序的，越是低等的，出现得越早；越是高等的，出现得越晚。绝对年龄是根据测出岩石中某种放射性元素及其蜕变产物的含量而计算出岩石的生成后距今的实际年数。越是老的岩石，地层距今的年数越长。每个地质年代单位应为开始于距今多少年前，结束于距今多少年前，这样便可计算出共延续多少年。例如，中生代始于距今2.3亿年前，止于6700万年前，延续1.2亿年。

大家知道按地层的年龄将地球的年龄划分成一些单位，这样可便于我们进行地球和生命演化的表述。人们习惯于以生物的情况来划分，这样就把整个46亿年划成两个大的单元，那些看不到或者很难见到生物的时代被称做隐生宙，而将可看到一定量生命以后的时代称做是显生宙。隐生宙的上限为地球的起源，其下限年代却不是一个绝对准确的数字，一般说来可推至6亿年前，也有推至5.7亿年前的。从6亿或5.7亿年以后到现在就被称做是显生宙。

1、绝对地质年代

绝对地质年代是以绝对的天文单位“年”来表达地质时间的方法，绝对地质年代学可以用来确定地质事件发生、延续和结束的时间。

在人类找到合适的定年方法之前，对地球的年龄和地质事件发生的时间更多含有估计的成分。诸如采用季节-气候法、沉积法、古生物法、海水含盐度法等，利用这些方法不同的学者会得到的不同的结果，和地球的实际年龄也有很大差别。目前较常见也较准确的测年方法是放射性同位素法。其中主要有U-Pb法、钾-氩法、氩-氩法、Rb-Sr法、 Sm-Nd法、碳法、裂变径迹法等，根据所测定地质体的情况和放射性同位素的不同半衰期选用合适的方法可以获得比较理想的结果。

利用放射性同位素所获得的地球上最大的岩石年龄为45亿年，月岩年龄46-47亿年，陨石年龄在46-47亿年之间。因此，地球的年龄应在46亿年以上。

2、宙以下被划分为一些代

通常的分法大致有：太古代、元古代、古生代、中生代、新生代五个代。

3、代以下的划分单元为纪

最古老的纪叫长城纪，然后是蕲县纪、青白口纪、震旦纪。震旦纪，由美籍人葛利普于1922年在中国命名，葛氏当时活动在浙、皖一带，他按照古代印度人称呼中国为日出之地而取了这个名称。起于18或19亿年前，止于5.7亿年前。这个时期的生命主要是细菌和蓝藻，后期开始出现真核藻类和无脊椎动物。

4、13个纪

13个纪是指，从古生代的第一个纪，约开始于5.7亿年前，到新生代的第三个纪，即新生代的最后一个纪，也是地质年代分期的最后一个纪，约开始于160万年前，直到今天，漫长的约6亿年的时间。13个纪分别是：寒武纪、奥陶纪、志留纪、泥盆纪、石炭纪、二叠纪、中生代、三叠纪、侏罗纪、白垩纪、古近纪、新近纪、第四纪。

如果你读过了感觉懵懵懂懂，没有关系，跳过不影响阅读；如果你对上述知识精通且认为有错误需要指正，也请暂时保留。上述内容仅供您了解，并不是本书的重点，后面在必要的地方，会有对这部分知识的再次提及，请您留意。