太阳系的组成参考资料

1、全面了解 地球太阳系八大行星之一，国际名称为“该娅”（盖娅（Gaea）,希腊神话中的大地之神，所有神灵中德高望重的显赫之神。 是希腊神话中最早出现的神， 在开天辟地时， 由卡厄斯 （Chaos） 所生。她是宙斯的祖母,盖娅生了天空,天神乌拉诺斯（ Ouranos or Uranus） ,并与他结合 生了六男六女, 十二个泰坦巨神及三个独眼巨人和三个百臂巨神, 是世界的开始, 而所有天 神都是她的子孙后代。至今,西方人仍然常以“盖娅”代称地球。） ,按离太阳由近及远的次序数是第三颗。 它有一颗天然的卫星 - 月球, 二者组成一个天体系统 - 地月系统。 在中 国神话中是被盘古开辟,盘古死后他的身

2、体便变成组成地球的山 . 水等。地球自西向东自转, 同时又围绕太阳公转。 地球自转与公转运动的结合使其产生了地球 上的昼夜交替和四季变化 （地球自转和公转的速度是不均匀的 ）。同时,由于受到太阳、 月球、 和附近行星的引力作用以及地球大气、 海洋和地球内部物质的等各种因素的影响, 地球自转 轴在空间和地球本体内的方向都要产生变化。 地球自转产生的惯性离心力使得球形的地球由 两极向赤道逐渐膨胀,成为目前的两极稍扁 , 赤道略鼓的旋转椭球体,极半径比赤道半径短 约 21 千米。阿波罗飞船在月球上看到地球是由一系列的同心层组成。 地球内部有核 （地核）、幔（地 幔）、壳（地壳）结构。地球外部有水圈和

3、大气圈,还有磁层,形成了围绕固态地球的美丽 外套。地球作为一个行星,远在56 亿年以前产生于原始太阳星云。地球的基本参数扁率因子：298.257平均密度：35.52 克 / 厘米 3赤道半径：ae = 6378136.49 米极半径：ap = 6356755.00 米平均半径：a = 6371001.00 米赤道重力加速度：2ge = 9.780327米/秒 2平均自转角速度：3 e = 7.292115 X 10 -5 弧度 /秒扁率：f = 0.003352819质量：M® = 5.9742 X 10A24 公斤地心引力常数：GE = 3.8 X 10A14 米 3/ 秒 2公转

4、时间：T = 365.2422 天离太阳平均距离：A = 1. X 1011 米公转速度：v = 11.19公里/秒表面温度：t = - 30+45表面大气压：p = 1013.250 毫巴表面重力加速度（赤道 ）：978.0 厘米 / 秒 2表面重力加速度（极地）：983.2 厘米/秒 2自转周期：23 小时 56 分 4.0096 秒（ 平太阳时 ）公转轨道半长径：0 千米公转轨道偏心率：0.0167公转周期：1 恒星年黄赤交角：23 度 26 分地球海洋面积：0 平方公里地壳厚度：80.465 公里地幔深度：2808.229 公里地核半径：3482.525 公里表面积 ：6 平方公里平均

5、密度：p e = 5.515克/ 厘米 3太阳与地球质量比：太阳与地月系质量比：S/E = 332946.0S/(M+E) = 328900.5人们对于地球的结构直到最近才有了比较清楚的认识。 整个地球不是一个均质体， 而是 具有明显的圈层结构。地球每个圈层的成分、密度、温度等各不相同。在天文学中，研究地 球内部结构对于了解地球的运动、 起源和演化， 探讨其它行星的结构， 以至于整个太阳系起源和演化问题，都具有十分重要的意义。地球各圈层结构地球圈层分为地球外圈和地球内圈两大部分。地球外圈可进一步划分为四个基本圈层， 即大气圈、水圈、生物圈和岩石圈；地球内圈可进一步划分为三个基本圈层，即地幔圈、

6、外 核液体圈和固体内核圈。 此外在地球外圈和地球内圈之间还存在一个软流圈， 它是地球外圈 与地球内圈之间的一个过渡圈层， 位于地面以下平均深度约 150 公里处。 这样， 整个地球总 共包括八个圈层， 其中岩石圈、 软流圈和地球内圈一起构成了所谓的固体地球。 对于地球外 圈中的大气圈、 水圈和生物圈， 以及岩石圈的表面， 一般用直接观测和测量的方法进行研究。 而地球内圈， 目前主要用地球物理的方法， 例如地震学、 重力学和高精度现代空间测地技术 观测的反演等进行研究。 地球各圈层在分布上有一个显著的特点， 即固体地球内部与表面之 上的高空基本上是上下平行分布的， 而在地球表面附近， 各圈层则是

7、相互渗透甚至相互重叠 的，其中生物圈表现最为显著，其次是水圈。大气圈大气圈是地球外圈中最外部的气体圈层， 它包围着海洋和陆地。 大气圈没有确切的上界， 在200016000公里高空仍有稀薄的气体和基本粒子。在地下，土壤和某些岩石中也会 有少量空气，它们也可认为是大气圈的一个组成部分。地球大气的主要成份为氮、氧、氩、 二氧化碳和不到 0.04 %比例的微量气体。地球大气圈气体的总质量约为5.136 X 1021克，相当于地球总质量的百万分之 0.86。由于地心引力作用， 几乎全部的气体集中在离地面 100 公里的高度范围内，其中 75%的大气又集中在地面至 10公里高度的对流层范围内。根据大 气

8、分布特征，在对流层之上还可分为平流层、中间层、热成层等。水圈水圈包括海洋、 江河、 湖泊、沼泽、冰川和地下水等， 它是一个连续但不很规则的圈层。 从离地球数万公里的高空看地球， 可以看到地球大气圈中水汽形成的白云和覆盖地球大部分 的蓝色海洋，它使地球成为一颗 "蓝色的行星 "。地球水圈总质量为 1.66X 1024 克，约为地 球总质量的 3600 分之一，其中海洋水质量约为陆地（包括河流、湖泊和表层岩石孔隙和土 壤中）水的 35倍。如果整个地球没有固体部分的起伏， 那么全球将被深达 2600米的水层所 均匀覆盖。大气圈和水圈相结合，组成地表的流体系统。生物圈由于存在地球大

9、气圈、 地球水圈和地表的矿物， 在地球上这个合适的温度条件下， 形成 了适合于生物生存的自然环境。 人们通常所说的生物，是指有生命的物体， 包括植物、 动物 和微生物。据估计，现有生存的植物约有 40万种，动物约有 110多万种，微生物至少有 10 多万种。据统计，在地质历史上曾生存过的生物约有5 1 0亿种之多， 然而，在地球漫长的演化过程中， 绝大部分都已经灭绝了。 现存的生物生活在岩石圈的上层部分、 大气圈的下层 部分和水圈的全部， 构成了地球上一个独特的圈层， 称为生物圈。 生物圈是太阳系所有行星 中仅在地球上存在的一个独特圈层。岩石圈对于地球岩石圈， 除表面形态外， 是无法直接观测到

10、的。 它主要由地球的地壳和地幔圈 中上地幔的顶部组成，从固体地球表面向下穿过地震波在近 33 公里处所显示的第一个不连 续面（莫霍面） ，一直延伸到软流圈为止。岩石圈厚度不均一，平均厚度约为 100 公里。由 于岩石圈及其表面形态与现代地球物理学、 地球动力学有着密切的关系， 因此， 岩石圈是现 代地球科学中研究得最多、 最详细、 最彻底的固体地球部分。 由于洋底占据了地球表面总面 积的2/3之多，而大洋盆地约占海底总面积的45%，其平均水深为40005000米，大量发育的海底火山就是分布在大洋盆地中， 其周围延伸着广阔的海底丘陵。 因此， 整个固体地球 的主要表面形态可认为是由大洋盆地与大陆

11、台地组成，对它们的研究， 构成了与岩石圈构造和地球动力学有直接联系的 " 全球构造学 "理论。软流圈在距地球表面以下约 100 公里的上地幔中， 有一个明显的地震波的低速层， 这是由古登 堡在1926年最早提出的，称之为软流圈，它位于上地幔的上部即B层。在洋底下面，它位于约 60公里深度以下； 在大陆地区， 它位于约 120公里深度以下， 平均深度约位于 60250 公里处。现代观测和研究已经肯定了这个软流圈层的存在。也就是由于这个软流圈的存在， 将地球外圈与地球内圈区别开来了。地幔圈地震波除了在地面以下约 33 公里处有一个显著的不连续面（称为莫霍面）之外，在软 流圈之下

12、，直至地球内部约 2900 公里深度的界面处，属于地幔圈。由于地球外核为液态， 在地幔中的地震波 S波不能穿过此界面在外核中传播。P波曲线在此界面处的速度也急剧减低。这个界面是古登堡在 1914 年发现的，所以也称为古登堡面，它构成了地幔圈与外核流 体圈的分界面。整个地幔圈由上地幔（33410公里深度的B层，4101000公里深度的C层，也称过渡带层）、下地幔的。层（10002700公里深度）和下地幔的口层（27002900公里深度）组成。地球物理的研究表明，D''层存在强烈的横向不均匀性，其不均匀的程度甚至可以和岩石层相比拟， 它不仅是地核热量传送到地幔的热边界层， 而且极可

13、能是与 地幔有不同化学成分的化学分层。外核液体圈地幔圈之下就是所谓的外核液体圈， 它位于地面以下约 2900公里至 5120 公里深度。 整 个外核液体圈基本上可能是由动力学粘度很小的液体构成的，其中 2900至 4980公里深度称为E层，完全由液体构成。4980公里至5120公里深度层称为F层，它是外核液体圈与固体 内核圈之间一个很簿的过渡层。固体内核圈地球八个圈层中最靠近地心的就是所谓的固体内核圈了， 它位于 5120 至6371 公里地心 处，又称为G层。根据对地震波速的探测与研究，证明G层为固体结构。地球内层不是均质的，平均地球密度为 5.515 克/厘米 3，而地球岩石圈的密度仅为

14、2.63.0 克/厘米 3。由此，地球内部的密度必定要大得多， 并随深度的增加， 密度也出现明显的变化。 地球内部的温度 随深度而上升。 根据最近的估计， 在 100 公里深度处温度为 1300°C，300 公里处为 2000°C， 在地幔圈与外核液态圈边界处，约为4000° C,地心处温度为 55006000° G形状和大小中国古代对天地的认识有所谓浑天说。东汉张衡在浑天仪图注里写道：“天体圆如弹丸，地如鸡中黄天之包地犹壳之裹黄。”地球是圆的这个概念在远古就已模糊地存在了 。 723 年唐玄宗派一行和南宫说等人 ，在今河南省选定同一条子午线上的 13

15、个地点 ， 测量夏至的日影长度和北极的高度 ，得到子午线一度之长为 351里80步 （ 唐代的度和长 度单位 ） 。折合现代的尺度就是纬度 一度长 132.3 千米，相当于地球半径为 7600 千米 ， 比现代的数值约大 20。这是地球尺度最早的估计 （ 埃及人的测量更早 一些，但观测点不 在同 一 子午线上 ，而且长度单位核算标 准不详，精度无从估计） 。精确的地形测量只是到了牛顿发现万有引力定律之后才有可能，而地球形状的概念也逐渐明确。 地球并非是很规则的正球体。 它的表面可以用一个扁率不大的旋转椭球面来极好地 逼近。扁率 e 为椭球长短轴之差与长轴之比 ，是表示地球形状的一个重要参量。经

16、过多年 的几何测量、 天文测量以至人造地球卫星测量， 它的数值已经达到很高的精度。 这个椭球面 不是真正的地球表面， 而是对地面的一个更好的科学概括， 用来作为全球各地大地测量的共 同标准，所以也叫做参考椭球面 。按照 这个参考椭球面 ，子午圈上一平均度是 111.1 千 米 ，赤道上一平均度是 111.3 千米 。在参考椭球面上重力势能是相等的， 所以在它上面各 点的重力加速度是可以计算的，公式如下：g0= 9.780318 （1 + 0.0053024sin2j 0.0000059sin2j ）米/秒 2, 式中 g0 是海拔为 零时的重力加速度，j是地理纬度 。知道了地球形状、重力加速度

17、和万有引力常数G=6.670 X 10-11牛顿米2/千克2,可以计算出地球的质量 M为5.976 X 1027克。自转由于地球转动的相对稳定性 ,人类生活历来都利用它作为计时的标准,简单地说,地 球绕太阳公转一周的时间叫做一年, 地球自转一周的时间叫做一日。 然而由于地球外部和内 部的原因, 地球的转动其实是很复杂的。 地球自转的复杂性表现在自转轴方向的变化和自转 速率即日长的变化。自转轴方向的变化中, 最主要的是自转轴在空间绕黄道轴缓慢旋进, 造成春分点每年向 西移动50.256 的岁差。这是日月对地球赤道突出部分吸引的结果。其次是地球自转轴 相对于地球本身的位置变化,造成了地面各点的纬度

18、变化。这种变化主要有两种成分：一种以一年为周期 ，振幅约为0.09 ，是大气和海水等季节性变化所引起的，是一种强迫振 动；另一种成分以14个月为周期，振幅约为0.15 ，是地球内部变化所引起的，叫做张德勒摆动，是一种自由振动 。此外还有一些较小的自由振动。转速的变化造成日长的变化。 主要有 3类 ：长期变化是减速的， 使日长每百年增加 1 2毫秒 ，是潮汐摩擦的结果； 季节性变化最大可使日长变化 0.6 毫秒 ，是气象因素引起的；不规则的短期变化，最大可使日长变化 4 毫秒 ，是地球内部变化的结果。表面形态和地壳运动地球的表面形态是极复杂的，有绵亘的高山，有广袤的海盆，还有各种尺度的构造。地表

19、的各种形态主要不是外力造成的， 它们来源于地壳的构造运动。 地壳运动的起因至 少有以下几种设想： 地球的收缩或膨胀。 许多地学家认为地球一直在冷却收缩， 因而造成 巨大的地层褶皱和断裂。 然而观测表明， 地面流出去的热量和地球内部因放射性物质的衰变 而生出的热量是同量级的。 也有人提出地球在膨胀的论据。 这个问题现在尚无定论。 地壳 均衡。 在地壳以下的某一定深度， 单位面积上的载荷有一种倾向于均等的趋势。 地面上的巨 大高差为地下深部横向物质流动所调节。 板块大地构造假说地球最上层约八、 九十千 米厚的岩石层是由几块巨大的板块组成的。 这些板块相互作用和相对运动就产生地面上一切 大地构造现象

20、 。板块运动的动力来自何处，现在还不清楚，但不少人认为地球内部物质的 对流起了决定性的作用。电磁性质地磁场并不指向正南。 11 世纪中国的梦溪笔谈就有记载。地磁偏角随地而异。真 正地磁场的形态是很复杂的。 它有显著的时间变化， 最大的变化幅度可达到总地磁场的千分 之几或更高。 变化可分为长期的和短期的。 长期变化来源于地球内部的物质运动； 短期变化 来源于电离层的潮汐运动和太阳活动的变化。 在地磁场中， 用统计平均或其他方法将短期变 化消去后就得到所谓基本地磁场。用球谐分析的方法可以证明基本地磁场有99以上来源于地下，而相当于一阶球谐函数部分约占80，这部分相当于一个偶极场，它的北极坐标是北纬

21、 78.5 °，西经 69.0 °。短期变化分为平静变化和干扰变化两大类。平静变化是经常 出现的，比较有规律并有一定的周期，变化的磁场强度可达几十纳特 ；干扰变化有时是全 球性的 ，最大幅度可达几千纳特 ，叫做磁暴。基本磁场也不是完全固定的，磁场强度的图像每年向西漂移0.2 °0.3 °，叫做西向漂移。这就指出地磁场的产生可能是地球内部物质流动的结果。 现在普遍认为地球核主要是 铁镍组成的 （还包含少量的轻元素） 导电流体，导体在磁场中运动便产生电流。这种电磁流 体的耦合产生一种自激发电机的作用， 因而产生了地磁场。 这是当前比较最为人接受的地磁 场成因

22、的假说。当岩浆在地磁场中降温而凝固成岩石时， 便受到地磁场磁化而保留少许的永久磁性， 称 为热剩磁。 大多数岩浆岩都带有磁性， 其方向和成岩时的地磁场方向一致。 由相同时代的不 同岩石标本可以确定成岩时地球磁极的位置。 但由不同地质时代的岩石标本所确定的地磁极 位置却是不同的。 这就给大陆漂移的假说提供了一个有力的证据。 人们还发现， 在某些地质 时代成岩的岩石， 磁化方向恰好和现代的地磁场方向相反。 这是由于地球在形成之后， 地磁 场曾多次自己反向的结果。 按照自激发电机地磁场成因假说， 这种反向是可以理解的。 地磁 场的短期变化可以感应地下电流， 而地下电流又引起地面的感应磁场。 地下电流

23、同地下物质 的电导率有关， 因而可由此估计地球内部的电导率分布。 然而计算是复杂的， 而且解答不单 一。现在所能取得的一致意见是电导率随深度而增加，在 60 100千米深度附近增加很快 。在400700千米的深处，电导率又有明显的变化， 此处相当于地幔中的过渡层 （又叫C层）。温度和能源地面从太阳接受的辐射能量每年约有 10 焦耳，但绝大部分又向空间辐射回去，只有极小一部分穿入地下很浅的地方。浅层的地下温度梯度约为每增加30米，温度升高1C，但各地的差别很大 。由温度梯度和岩石的热导率可以计算热流 。由地面向外流 出的热量 ， 全球平均值约为6.27微焦耳/厘米秒 ，由地面流出的总热能约为 1

24、0.032 X 1020焦耳/年。地球内部的一部分能源来自岩石所含的放射性元素铀 、钍、钾。它们在岩石中的含量 近年来总在不断地修正，有人估计地球现在每年由长寿命的放射性元素所释放的能量约为 9.614X1020 焦耳 ，与地面热流很相近 ，不过这种估计是极其粗略的， 含有许多未知因素。 另一种能源是地球形成时的引力势能，假定地球是由太阳系中的弥漫物质积聚而成的。这部分能量估计有 25X1032 焦耳 ，但在积聚过程中有一大部分能量消失在地球以外的空间，有一小部分 ，约为 1X 1032 焦耳，由于地球的绝热压缩而积蓄为地球物质的弹性能。假设 地球形成时最初是相当均匀的， 以后才演变成为现在的

25、层状结构， 这样就会释放出一部分引 力势能，估计约为 2X1030 焦耳。这将导致地球的加温。地球是越转越慢的。 地球自形成以 来，旋转能的消失估计大约有 1.5X1031 焦耳， 还有火山喷发和地震释放的能量， 但其数量 级都要小得多。地面附近的温度梯度不能外推到几十千米深度以下。地下深处的传热机制是极其复杂 的，由热传导的理论去估计地球内部的温度分布， 常得不到可信的结果。 但根据其他地球物 理现象的考虑， 地球内部某些特定深度的温度是可以估计的。 结果如下： 在 100千米的深 度，温度接近该处岩石的熔点，约为11001200C ；在400千米和650千米的深度，岩石发生相变，温度各约在

26、1500C和1900C ； 在核幔边界，温度在铁的熔点之上，但在 地幔物质的熔点之下，约为3700C ;在外核与内核边界，深度为5100千米，温度约为4300C，地球中心的温度，估计与此相差不多。内部结构地球的分层结构基本上是按地震波（ P 和 S ）的传播速度划分的。地球上层有显著的 横向不均匀性：大陆地壳和海洋地壳的厚度大不相同，海水只覆盖着2/3的地面。地震时，震源辐射出两种地震波，纵波P和横波S。它们各以不同的速度向四围传播?经过不同的时间到达地面上不同的地点。若在地面上记录到 P和S的传播时间随震中距离的变化，就可以推算地下不同深度地震波的传播速度u p和u s。地球内部的分层就是由

27、地震波速度分布定义的， 在海水之下， 地球最上层叫做地壳， 厚 约几十千米。地壳以下直对地核，这部分统称为地幔。地幔内部又有许多层次。地壳与地幔的边界是一个明显的间断面，称为M界面或莫霍界面 。界面以下约到会 80千米的深度，速度变化不大，这部分叫做盖层。再往下，速度变化不大，这部分叫做盖层。再往 下 ，速度明显降低 ，直到约 220 千米深度才又回升 。这部分叫低速带。以下直到 2891 千米深度叫做下地幔。核幔边界是一个极明显的间断面。进入地核，S波消失，所以地球外核是液体。到了 5149.5千米的深度，S波又出现，便进入了地球内核。由地球的速度和密度的分布可以计算出地球内部的两个弹性常数、 压力和重力加速度的 分布。 在地幔中，重力加速度 g 的变化很小 ，只是过了核幔边界才向地心递减至零 。在核 幔边界处的压力为 1.36 兆巴，在地心处为 3.64 兆巴。内部物质组成地震波的速度和密度分布对于地球内部的物质组成是一个限制条件 。地球核有约 90% 是由铁镍合金组成的，但还含有约法三章10%的较轻物质；可能是硫或氧。关于地幔的矿物组成， 现在还存在分歧意见。 地壳中的岩石矿物是由地幔物质分异而成的。 火山活动和地幔 物质的喷发表明地幔的主要矿物是橄榄岩。 地震波速度的数据表明在内 400、500、和谐 500 千米的深度，波速的梯度很大 。这可解释为矿