第二節(jié) 地球奧秘

我們的地球

說起地球，我們真是再熟悉不過了，因為這是我們共同的家園！不過我們這個家可真是太神奇、太偉大了，它身上的秘密有很多到現在還都沒有解開。而且我們在前面也講過，我們的地球是整個太陽系中唯一有生命存在的星體。它孕育了如此多姿多彩的生命，又為我們提供了這么好的生存條件，所以我們一定要愛護地球，保衛(wèi)我們的家園。

要看到地球的全景，就必須走出地球，到太空去看。隨著科學技術的發(fā)展，這一愿望終于得以實現。只可惜我們現在還不能親自到太空去看看，據航天員說，在太空放眼望去，我們的地球是最美的。漆黑的天幕襯托著一個蔚藍的大盤，如同被一個朦朧的淡藍色玻璃籠罩著，其間還穿插著黃綠相間的花紋和晶瑩閃耀的白色珠寶。宇宙遼闊無垠，神秘莫測，而人類生活的地球只是宇宙中的滄海一粟。宇宙不因為地球及生活在地球上的人類而存在，而人類的未來卻取決于對宇宙的了解程度。讓我們一起走近太陽系中這顆既普通又特殊的行星、我們所賴以生存的家園——地球，去探索這顆母親星球的種種奧秘。

地球的大小怎樣測定

世界上第一個測量地球大小的人是古代希臘天文學家埃拉托色尼，他是在亞歷山大城長大的。在亞歷山大城正南方的785千米處有一個叫塞尼的城市。塞尼城中有一個非常有趣的現象：每到夏至那天的中午12點，陽光都能垂直照到城中一口枯井的底部。也就是說，在夏至那天的正午，太陽正好懸掛在塞尼城的天頂。

雖然塞尼城與亞歷山大城大致處于同一子午線上，但亞歷山大城在同一時刻卻不會出現這樣的景象，太陽總是處于稍稍偏離天頂的位置。在一個夏至日的正午，埃拉托色尼在城里豎起一根小木棍，測出太陽光線與天頂方向之間的夾角是7.2°，相當于360°的1/50。

鑒于太陽與地球之間遙遠的距離，太陽的光線可以近似地被看做是彼此平行的。埃拉托色尼根據有關平行的定理得出了∠1=∠2的結論。

在幾何學里，∠2被稱為圓心角。根據圓心角定理，圓心角的度數等于它所對應的弧的度數。因為∠2=∠1，所以∠2的度數也是360°的1/50，所以，圖中表示亞歷山大城和塞尼城距離的那段圓弧的長度，應該等于圓周長度的1/50。也就是說，亞歷山大城與塞尼城的實際距離，正好等于地球周長的1/50。

由此可知，測出亞歷山大城與塞尼城的實際距離之后，再乘以50，就可以得出地球的周長。埃拉托色尼計算的地球周長為39250千米。

由于這個計算結果是按照大地是球狀的假設來運算的，而且得出的數字大得驚人，所以沒有人相信。從此以后，對大地的測量和計算在相當長的一段時間內在歐洲中斷了。

公元8世紀初，我國唐代天文學家張遂曾親自指導和組織了一次規(guī)模龐大的大地測量。測量的范圍北起北緯51°附近，南至北緯17°附近，圍繞黃河南北平地這個中心，在全國13個點用傳統(tǒng)的圭表測量法對各地冬至、夏至、春分和秋分的正午日影長和漏刻晝夜分差進行了測量。此外，張遂還對各點的北天極高度（即當地的緯度）進行了實地測量。例如，在河南省平原地區(qū)，他測得該地一緯度的經線的弧長約為129.41千米。它與現代測算的北緯34°5′ 地方的子午線一度弧長110.6千米相比，相差20.7千米，相對誤差為18.7%。

18世紀時，法國科學院曾派出兩個大地測量隊，一個隊去了南美洲的赤道地區(qū)，另一個隊到了瑞典的拉普蘭，兩隊分別測定兩個區(qū)域里的經線一度的長短。結果證實：地球上經線一度的長度在赤道要比在極區(qū)略短些，這說明地球是個扁球體。

科學家們從19世紀以來又對地球的大小進行了無數次的測量和計算。蘇聯(lián)學者克拉索夫斯基和他的學生在蘇聯(lián)、西歐和美國等地進行弧度重力測量后所得出的數值，在當時是較為精確的。

由于近年來測量技術不斷進步，人類已獲得了對地球測量的各種方法。特別是利用宇宙飛船和人造衛(wèi)星進行測量，能夠使人們獲得更為精確的地球數據：地球的赤道半徑是6378.14千米，極半徑是6356.755千米。赤道半徑和極半徑之差同赤道半徑之比是1:298.25。如果按照這個扁平率做成一個半徑為298.25毫米的地球儀，極半徑與赤道半徑只有1毫米之差，這樣一來，就像一個真正的圓球了。

運用現代科技測量出的相關數據顯示：地球的經線圈周長約為40000.5千米，赤道周長大約是40075.5千米，整個地球的平均密度約為5.517克/厘米3，表面積約為5.1億千米2，體積約為10832億千米3。

我們所說的重量是指地球作用于某人或某物之上的重力。所以說探究地球的重量有多少基本是沒有意義的，因為只有和其他物體相比較時地球才會有重量。

不過，人們可以通過計算地球作用于一個已知質量的物體上的重力效應，估算出地球的質量（地球所包含的物質的量）。大多數科學家計算得到的地球質量大約為5.98×1024千克。

在太空時代到來之前，估計地球質量是件相當復雜的事情。1774年，內維爾·馬斯基林第一個計算出了相對準確的地球質量值。他根據一個鐘擺在重力作用下的擺動規(guī)律，估算出蘇格蘭境內一座高山的質量并計算出它的重力效應——相對于地球重力。

現在，通過觀察圍繞地球旋轉的人造衛(wèi)星的運動，人們可以更準確地估算出地球的質量。

精彩的海洋世界

海洋是地球的主要組成部分，它的面積要遠遠大于陸地的面積，約占地球表面積的71%。海底究竟是什么樣子的呢？恐怕現在還沒有人能給出確切的答案。因為海洋實在是太深了，我們人類所到達的深度還是非常有限的，至于那些沒有涉足過的地方，科學家們就開始發(fā)揮他們豐富的想象力，進行假設推理了。

你可千萬不要以為海洋就是我們平常所看到的大海。事實上，海和洋并不是一回事，它們之間是不能等同的。洋是海洋的主體，處于海洋的中心部分，它們遠離大陸，不受陸地的影響，占海洋總面積的89%。海則是洋的附屬部分，位于洋的邊緣，靠近大陸，因此要受到大陸的影響，占海洋面積的11%。另外，洋都較深，海則較淺。

陸地把廣闊的水面分成了四個相通的大洋，它們是太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋。太平洋是第一大洋，雖取名太平，但其實并不太平，經常有臺風和惡浪興起；大西洋是第二大洋，它的周圍分布著很多發(fā)達的國家和地區(qū)，因此相關產業(yè)也比較發(fā)達；印度洋是第三大洋，那里經常發(fā)生熱帶風暴，造成巨大的災難；北冰洋是第四大洋，位于北極圈內，它的海面和島嶼都被一層厚厚的冰所覆蓋。

海洋里面究竟有什么呢？當然，一定會有各種各樣的魚，還有很多海洋生物。那么除此之外呢？會不會有傳說中的水晶宮和寶藏呢？這個可不好說，也許真有，只是以人類現有的技術，還無法探知罷了。但是海底有著豐富的能源卻是可以肯定的，如果我們好好利用，將會受益無窮。總之，海洋世界絕不會像我們所看到的那樣簡單，也許在海洋的深處，有著比陸地更為精彩的世界，還有待我們去開發(fā)和探索。

去海底探險，絕對是一件刺激而又有趣的事情。在海洋的不同深度，我們可以看到不同的魚類和海洋生物，它們的分布是很有規(guī)律的。下潛得越深，看到珍稀魚類的可能性就越大。其實，穿著潛水服在海底遨游，看各種各樣的魚從身邊游過，本身就是一件很有意思的事情。習慣了陸地的生活，偶爾到海底感受一下魚的生活，也是很不錯的。

在精彩的海洋世界中，我們還可以看到美麗的珊瑚礁。色彩絢麗的珊瑚礁為海洋增添了一道美麗的風景，也為各種魚類提供了棲息的場所。更讓人驚奇的是，這些魚類會充分利用自身的顏色，與珊瑚礁融為一體，這樣我們就很難發(fā)現它們。珊瑚礁是海洋中最為復雜的生態(tài)系統(tǒng)之一，也是地球上最古老、最珍貴、最多姿多彩的生態(tài)系統(tǒng)之一，人們稱呼它為“海洋中的熱帶雨林”、“海上長城”等。

海水是什么顏色的

藍色的海水，綠色的海水，無色透明的飲用水……水到底是什么顏色的呢？

答案讓人出乎意料：純凈的水是藍色的。但是由于我們喝水的杯子容量有限，很難分辨出水的顏色來。如果將一個像樓房那么大的杯子裝滿純凈水，我們就能看到它真正的顏色——藍色。

水的顏色取決于水分子對光的反射和吸收情況。白光，比如陽光，是由七色光混合而成的，也叫光譜。在光譜中，紅色到綠色波長范圍的光比較易于被水分子吸收，藍色部分的光則被反射出去，所以我們就看見了藍色。

但水的顏色并不是一成不變的。在遠離海岸的海域中心位置，海水是深藍色的，甚至有些發(fā)紫。然而在靠近陸地的海岸線一帶，由遠及近，海水的顏色由藍變綠，再由綠變成黃綠。為什么會發(fā)生這樣的變化呢？這與水里的浮游物質和水深有關。

在海岸線附近，海水充滿了從陸地上沖來的有機物和小植物。其中有一些很小的綠色植物，叫做浮游植物，它們含有一種叫做葉綠素的化學物質。葉綠素能夠吸收大部分的紅色光和藍色光，反射綠色光，于是我們看見的海岸邊的海水就是綠顏色的了。

在宇宙空間里，海洋的顏色讓我們都可以分辨出地球生命的聚集區(qū)。綠色的海域好比是陸地上的熱帶雨林，充滿了生命；而深藍色的水域是很少有生命的地方，這里好比是大陸上無人居住的白色沙漠。

海水和海水里的浮游物對光的吸收方式也決定了水面下的顏色。假設你正在駕駛一輛黃色潛艇，在水面附近，你的潛艇是黃色的，但是隨著潛艇慢慢潛入海底，照到潛艇上的光越來越少，當潛艇下降到水下30米的深度時，陽光中的黃色、橙色和紅色的光幾乎都被水分子吸收了，只有藍色和綠色的光能到達潛艇表面，這時你的潛艇就變成了藍綠色。如果再往下降，直到綠色光也消失了，潛艇就變成深藍色了。

浮游物越多，海水越混濁，對光的吸收量就越多。所以越是混濁的海水，你下降時看到周圍環(huán)境變暗的速度就越快。

如何讓海水變成淡水

我們知道，海水是不能直接飲用的。如此豐富的水資源卻不能直接被人類所利用，主要是因為海水中的鹽分高達33‰～38‰，根本無法使用。人類要想解決淡水緊缺的難題，淡化海水不失為一條良策。于是，科學家們邁開了探索的步伐并找到了一些行之有效的途徑。

目前，人們已研究出了多種海水淡化方法，但比較常用的實現海水脫鹽的方法主要有3種：蒸餾法、冷凍法和反滲透法。

最古老的海水淡化方法是蒸餾法，工藝較成熟，比較適用于處理海水。

這是一個大家都見過的方法，原理特別簡單。當海水被燒開時會冒出熱氣騰騰的水蒸氣，水蒸氣沒有什么雜質，遇冷會變成水，這一現象啟發(fā)了人們。海水蒸餾成淡水的方法，也就是首先把海水加熱到100℃，使海水冒出熱氣騰騰的水蒸氣。水蒸氣里不含鹽分，然后讓那些水蒸氣通過特別的管子跑到專門預備的冷凝裝置里。水蒸氣到了那里變成了一滴滴的小水珠，這些小水珠聚集在一起就成了淡水。

蒸餾法盡管簡單，但它耗時，而且得到的淡水十分有限，所消耗的能源也特別多。

為了減少能源的消耗，人們便創(chuàng)造了水電聯(lián)產這種把發(fā)電與海水淡化結合為一體的、更為先進的辦法。這種方法是把大中型海水淡化廠與火力發(fā)電廠相結合，利用電廠余熱的低壓蒸汽作為淡化裝置的主要能源。這樣，電廠高壓、低壓的蒸汽能量都得到了充分利用，大大提高了整個工作系統(tǒng)的熱效率，大幅度降低了發(fā)電與淡化兩個系統(tǒng)的設備造價和基本建設費用。因此，海水淡化的成本大為降低。

那冷凍法是怎樣的呢？我們知道，在日常生活中，含鹽的液體是不結冰的，只有淡水才結冰。海水雖然是咸的，但它依然會結冰，人們對此疑惑不解。后來，人們嘗試著把海水冰凍，發(fā)現海水不但會結冰，而且結出的冰一點也不咸。原來當海水不完全凝結時，它就分成幾乎不含鹽的冰和濃縮的鹽水。于是人們把冰從鹽水中分離出來。就這樣冷凍法便誕生了。

冷凍法比較簡單，只要使海水溫度處在冰點以下，海水中就會結出冰塊，然后把冰塊取出來融化，就成了淡水。

把海水變淡的另一個主要方法是反滲透法。反滲透法是用一個特殊結構的膜來過濾海水。這種膜和平常有孔的過濾器不同，它是沒有孔的。對咸水施加足夠的壓力，鹽分等水合離子留了下來，而水卻能穿過膜，變成人們生活所需要的淡水。

上述是將海水中的淡水分離出來的3種方法，除了這些方法外，還可以采取離子遷移法和化學法除去海水中的鹽。食鹽以及大多數其他的鹽類的結構是由帶相反電荷的離子組成的。水合物是這樣形成的：當鹽溶于水時，這些離子就與水松散地結合在一起。因此，當晶體結構分解時，能獨立移動的離子就產生了。由于這兩種離子所帶的電荷相反，當它們處于兩個帶相反電荷的電極中間時，它們的運動方向是相反的。用這種方法使海水脫鹽，就是離子遷移法。而化學法則包括離子交換法和沉淀法。

既然有這么多的方法可以用來淡化海水，我們就沒必要再為淡水的缺乏而發(fā)愁了吧？事實上，以上幾種方法雖然可以實現海水的淡化，但是它們都有一個致命的弱點：成本高昂。據估計，用任何方法淡化海水，都需要11.6度電才能生產1000加侖的淡水。為什么耗電如此大呢？我們都知道水是液體，而液態(tài)水分子具有紊亂的分枝結構。如果通過離子轉換進行淡化，液態(tài)水分子的分枝特性仍然是一個障礙。將水合離子推過由分子緊密結合形成的“亂網”一樣的液體，就需要能克服阻力的額外的能量。因此，無論采用哪一種淡化方法，淡化成本的控制都是目前最大的難題。

但科學家們?yōu)榱巳祟惖墓餐\，仍在堅持不懈地進行著探索。大家都知道，水的汽化需要消耗熱，水蒸氣冷凝成液態(tài)水則要釋放熱能。在蒸餾中，這兩個過程是同時進行的。這個假設引起了人們的興趣：如果在同一溫度上進行兩個過程，熱量的釋放與消耗正好相等。這樣，除了偶然的熱量喪失之外，在用蒸餾法進行淡化時，就不需要熱能了。這一設想從理論上看起來雖然簡單，但實際操作中卻沒有那么簡單方便，因為咸水的蒸汽壓略低于淡水。從蒸餾器中釋放出來的咸水的蒸汽，在蒸餾器的溫度下無法冷凝成液態(tài)淡水，除非采用增大其壓力和密度的辦法將其稍微壓縮。如果進行了壓縮，在蒸餾的汽化過程中消耗的熱量，將在冷凝整齊時在冷凝器中全部釋放出來。如果能找到回收所有這種熱量的方法，就可將熱量再用來蒸發(fā)新的咸水。用這種方法回收熱量所消耗的唯一能量，是用來壓縮咸水產生的蒸汽，直到其壓力與蒸餾器溫度下淡水的壓力相同為止。

科學家在熱帶和亞熱帶進行了利用太陽能蒸發(fā)鹽水的大量實驗。太陽能的優(yōu)點是不需成本，缺點是其能量較弱。隨著覆蓋在液體上的水蒸氣密度不斷增大，還沒有到達水面，太陽光就被遮掉了。此外，利用太陽能蒸發(fā)的最大弱點還在于不能回收蒸發(fā)水的過程中消耗的熱量。目前，用電熱補充太陽能的嘗試也不太成功。

為了克服這一缺點，科學家們又研制出新的淡化方式，這種方法是多效蒸發(fā)。在多效蒸發(fā)過程中，消耗的熱能大部分能從冷凝器中回收，而且可以反復使用好幾次。因此產生的蒸餾水量至少為原來的2.5倍，而在蒸汽壓縮蒸餾中，則可能為原來的10倍。

此后，又出現了一些更能節(jié)約熱量的海水淡化法，如真空急驟蒸餾法。這種方法主要是使用低壓廢蒸汽——蒸汽發(fā)生過程中的副產品或工業(yè)中產生的蒸汽和電能的副產品進行海水淡化。這種方法，由于預熱、熱輸入和急驟蒸餾的循環(huán)被打破，形成許多連續(xù)的回路，鹽水在回路之間反復循環(huán)，因此，和其他方法相比較，蒸發(fā)過程需要在溫度更高的環(huán)境中完成。在回路之間，一部分鹽水通過前效應反復循環(huán)。和其他方法相比較，這種方法利用熱的效率高，因為溫度越高，產生的蒸汽越多。現在人們仍對這種方法進行研究，還可能有進一步的突破。

隨著研究的加深，向海洋索取淡水已取得了驚人的發(fā)展。目前，從事海水淡化工作的國家越來越多，據統(tǒng)計，已有40多個國家開始了研究和生產。他們采用的淡化方法各不相同。不過，淡化海水的基本原理不外乎上面所提到的。全世界的海水淡化工廠大約有7500多個。在沙特阿拉伯的尤拜爾，有一個淡化廠每天可提供4.85億升淡水，目前是世界上最大的海水淡化廠。在我國南部海疆西沙群島的永興島上的軍民也是靠海水淡化來獲取大部分的生活用水。有關數據顯示，世界上淡化水的日產量已達到2300萬噸，并以10%～30%的年增長率攀升。世界海水淡化市場年成交額已達10億美元。

雖然海水淡化已取得了一定的成效，但前景卻不容樂觀。世界上還有許多國家在這方面的研究尚處于起步階段。因此，目前的海水淡化技術還需要世界各國共同努力去進一步完善，從而解決人類的淡水問題。

潮漲潮落

去過海邊的人一定知道，海水每天都會有規(guī)律地漲落。一般來說是每天兩次，早晚各一次。通常情況下，人們把白天那次潮漲潮落稱為潮，而把晚上的那次稱為汐，以此來進行區(qū)分。潮漲時，海水會迅速地把沙灘淹沒，使平坦的沙灘變成一片汪洋；潮落時，海水又會迅速地退去，那片寬敞平坦的沙灘又重新露了出來。海水的漲落就是這樣神奇，而且海水也很勤快，它從來都不知疲憊，日復一日，年復一年，永不停息地漲漲落落，從不偷懶。正因為這樣，我們才能看到這樣壯觀的景象。

海水的潮汐現象主要是由于月球的引力作用而形成的。你可能覺得月球的引力沒有多大，至少比地球的引力要小得多。但實際上，月球的引力也是很大的，大到足以影響地球上海水的活動。我們都知道，月球是圍繞地球運轉的，因此它的引力會在不同的時間作用到不同的海域，于是也就出現了不同的潮汐。

海水的潮汐現象確實是神奇而又偉大的。在漲潮時，還有一種更為雄偉壯觀的景象，那就是涌潮。不過你們要知道，并不是所有的海域都可以出現涌潮的。涌潮是由于特殊的地理環(huán)境所造成的，只有在那些水深逐漸變淺，且海岸陡峭、河口呈喇叭口狀的海灣才能出現涌潮。在我國的錢塘江口就可以見到涌潮，潮起之時，潮水像一堵高墻一樣咆哮前進，怒浪排空，有如萬馬奔騰，蔚為壯觀。

海嘯是怎么產生的

人們都說“無風不起浪”，但為什么有時沒有風的時候也會波濤洶涌，形成幾十米高的巨浪呢？這種現象叫做海嘯，海嘯發(fā)生時會造成嚴重的破壞。那么，海嘯是怎么產生的呢？

海底地殼的斷裂是造成海嘯的最主要原因，地殼斷裂時，有的地方下陷，有的地方抬升，震動劇烈，在這種震動中就會有波長特別長的巨大波浪產生，這種巨大的波浪傳至港灣或岸邊時，水位就會因此而暴漲，向陸地沖擊，產生的破壞作用極其巨大。1923年9月1日發(fā)生著名的日本大地震時，海浪劇烈地沖擊橫濱，海水帶走了幾百所房屋。事后人們發(fā)現，那里附近海底的地殼不僅斷裂開來，并且發(fā)生了巨大的位移，所以會形成270米的隆起與下陷的高度差，進而出現海浪滔天的景象。

有時海嘯是由海底的火山噴發(fā)造成的。像1883年，爪哇附近喀拉喀托島上的火山噴發(fā)時，在海底裂開了一個深坑，深達300米，激起高達30米以上的海浪，巨浪把3萬多人卷到海里。火山在水下噴發(fā)，海水還會因此沸騰，涌起水柱，難以計數的魚類和海洋生物死亡，在海面上漂浮。

此外，有時海嘯是由海底斜坡上的物質失去平衡而產生海底滑坡造成的。

也有些海嘯是由風造成的。當強大的臺風從海面通過時，岸邊水位會因此而暴漲，波濤洶涌，甚至使海水泛濫成災，由此造成的損失是巨大的。這種現象被人們稱為“風暴海嘯”或者“氣象海嘯”。

但是，并不是所有的海底地震都會引發(fā)海嘯，一般而言，海嘯是否會出現，與沿岸的地貌形態(tài)也有很大的關系。

認識大氣層

我們知道，空氣是我們賴以生存的條件之一，沒有了空氣，我們就無法呼吸，生命當然也就無法繼續(xù)。但是你們知道空氣是從何而來的嗎？

沒錯，就是令人敬畏的大氣層。我們的地球被一層很厚的大氣層包圍著，它不僅為我們提供生存所必須的空氣，而且還為我們提供最適宜生存的溫度，并為我們阻擋太陽光中的有害物質。可以說，沒有大氣層，所有的生命都將消失。看，在地球表面那一層淡藍色的美麗外衣就是大氣層，我們就生活在這個大氣層的底部。

因為有了大氣層，我們還可以看到很多有趣的天文現象。還記得兒時的那首歌謠嗎：“一閃一閃亮晶晶，滿天都是小星星。”正如太陽那樣，所有的恒星都是能夠持續(xù)發(fā)光的，可為什么我們所看到的星星卻會眨眼睛呢？可不要以為真的是星星在閃閃發(fā)光，其實這都是大氣層搞的鬼。大氣是不停地流動著的，而且密度也在不斷地變化，因此當星光通過時，就會因為光線折射程度的不斷改變而出現閃爍的現象。

根據高度的不同，大氣層被分為了對流層、平流層、中間層、熱層和外逸層。對流層是最底層，也是人類活動的主要場所；平流層是第二層，這里的空氣呈水平流動，總是風平浪靜，晴空萬里；中間層是第三層，這里可以反射地面發(fā)出的無線電波；熱層是第四層，這里的溫度可達到1200℃左右，經常會出現極光等光學現象；最外面一層是外逸層，這里的大氣已經非常稀少，有的則因為很少有分子和它碰撞而一去不復返了。

冰川和冰山是怎樣形成的

在一些高山地區(qū)或是在兩極地區(qū)，常見到的那一層雪白無瑕的“外衣”是什么？它們即是冰川。那么，冰川又是如何形成的？冰川是冰雪貯存和運動的一種形式，但在不同地區(qū)，其成因略有差別。在高山地區(qū)的冰川是由于那里地勢高、空氣稀薄、不保暖，冰雪在這里不易融化而形成。兩極地區(qū)分布著的冰川則由于太陽輻射弱，熱量少，氣候終年寒冷，冰雪被一年四季堆積而形成。全世界冰川的總面積約有2900多萬平方千米，而90%以上分布在兩極地區(qū)。

作為固體的冰在重力作用下，從高處向低處緩慢流動，冰川之名由此而來。冰川的流動速度極慢，每晝夜一般只能移動1米，個別流速快的冰川能流動20多米。冰川的流動速度隨冰川厚度增加、坡度變大、氣溫升高而加快。

冰川不是簡單地由普通的水凝結而成，構成冰川的冰又稱冰川冰。由于雪花越降越多，即使在陽光照射下稍有融解，但隨即又凍結起來，這種情況下結成的顆粒狀雪粒使得冰川冰密度略小于普通的冰，其進一步結成冰層即構成冰川。

冰川有高山冰川和大陸冰川兩種，高山冰川是指存在于高山上的冰川，大陸冰川則指分布在兩極地區(qū)的冰川。厚度在1000米以上的冰川將整個南極大陸和格陵蘭島的極大部分都掩埋在其下。

南極是世界上冰川分布最廣的地區(qū)，冰川總面積約占地球上冰川總面積的85%以上，其冰川總體積約有2800萬立方千米。坡度不大，只在邊緣處向外傾斜，將長長的冰舌伸入海中是南極冰川的最大特點。冰山主要有角錐形和桌形兩種形狀，大的能在海上漂浮2～10年。浮動著的冰川一般只有近100米露出海面，而實際往往長達幾千米，其他約占冰川體積6/7的部分就埋在水面下。冰川的漂浮，對極地航行極為危險，是導致極地航行船只沉沒的原因之一。

世界主要冰川

歐亞大陸——喜馬拉雅山地區(qū)有納布冰川等6條冰川，面積達1600平方千米。中國境內的岡底斯山、昆侖山、喀喇昆侖山、唐古拉山、天山山脈、阿爾泰山以及橫斷山脈也是世界主要高山冰川分布區(qū)。帕米爾山脈費德欽科等冰川共有7042平方千米。阿烏爾山、堪察加、科里雅克高原、西伯利亞、烏拉爾、興都庫什山脈、高加索山、阿爾卑斯山脈、比利牛斯山脈、斯堪的納維亞半島、格陵蘭（180.2萬平方千米冰川）、加拿大北極群島和北極其他島嶼、冰島等都有冰川。北美洲——阿拉斯加地區(qū)有5.2萬平方千米的冰川，還有海岸山脈、洛基山和加拿大大陸冰川。南美洲——安第斯山脈有2.5萬平方千米的冰川。大洋洲有1000余平方千米，非洲只有22平方千米的冰川。而最大的冰川在南極洲，其他地方跟它的量是不能相提并論的。

火山為什么會噴發(fā)

火山噴發(fā)是地殼中的巖漿向上噴出地面時的現象。一般情況下，地殼把巖漿緊緊地包住。地球內部有相當高的溫度，巖漿不甘于寂寞，它老是想要逃離出去。然而，由于地下的壓力極大，巖漿無法很輕易地沖出去。地下受到的壓力在地殼結合得比較脆弱的部分比周圍小一些，這里的巖漿中的水和氣體就很有可能分離出來，促使巖漿的活動力加強，推動巖漿噴出地面。當巖漿沖出地面時，原來被約束在巖漿中的水蒸氣和氣體很快分離出來，體積迅速膨脹，火山噴發(fā)就此產生。

巖漿沖出來的通道是否暢通與火山噴發(fā)的強弱有很大關系。如果巖漿很黏很稠，有時再加上火山通道不但狹窄而且緊閉，這時就極易被堵塞，這就需要地下的巖漿聚集非常大的力量才能把它沖破。一旦沖開，伴隨而來的就是一場威力極猛的大爆炸。有時候，一次火山噴發(fā)過程，就可以噴發(fā)出來幾十億立方米的火山碎屑物。假如巖漿的黏稠度小，所含氣體也不多，通道相對而言比較暢通，經常有噴出活動，那么就不會引起大的爆炸。夏威夷群島上有一些火山，就是第二種情況。

火山大都分布在那些地殼運動較為強烈，而且相對而言較為薄弱的地方。這種地方陸地上和海里都有。海底的地殼很薄，一般只有幾千米，有些地方還有地殼的裂痕，所以在海洋底部分布著很多火山。例如臨近大西洋中部亞速爾群島的卡別林尤什火山，它位于一條巨大的斷裂帶之上，當它噴發(fā)時，熾熱的浪濤從深邃的海洋底部涌出，一時間，洋面會沸騰起來。在開始時人們還以為是一條大鯨吐出的水柱呢！它的火山噴發(fā)活動持續(xù)了13個月，結果一片好幾百公頃的新陸地出現了，這塊新陸地與亞速爾群島中的法雅爾島連接在一起。海洋中有很多像這樣的海底火山。

在火山噴發(fā)過程中，會有巖漿噴出地面，那些巖漿的活動能力極強，可以時常噴發(fā)的火山在地質學中被稱為“活火山”。例如，位于太平洋中的夏威夷群島上的基拉維亞火山，長期以來總有巖漿從中不斷地涌出，有時還會發(fā)生極為猛烈的爆發(fā)，它就屬于活火山。有一些火山在噴發(fā)之后，需要經過很長一段時間在地下聚集起足夠的巖漿才可以再次噴發(fā)，當它暫時不再活動的時候，被地質學家稱為“休眠火山”。例如在北美洲西部的喀斯喀特山脈中就有很多這樣的火山。人類并沒有找到它們曾爆發(fā)過的歷史記載，但根據探測，它們還有活動能力。不過，這一類火山，有的也可能就此一直沉睡下去。還有些火山因為形成時間很早，地下的巖漿已經冷凝固化，不再活動，或是雖然地下還有巖漿存在，但因為那里地殼厚實堅硬，其中差不多所有的裂縫都被以前擠入的巖漿凝結堵塞住，巖漿無法再噴發(fā)出來了。地質學上把這些已失去了活動能力的火山叫做“死火山”。例如，非洲坦桑尼亞邊境上的乞力馬扎羅山，就是一座非常有名的死火山。人們可以從飛機上清晰地看到火山口內堆積著很厚很厚的白雪。

火山爆發(fā)有規(guī)律嗎

古羅馬人普林尼安是世界上第一個詳細記載火山情況并實地考察過火山的人。公元79年，意大利著名的維蘇威火山爆發(fā)了。這次火山爆發(fā)噴出的熔巖流到了附近的城市，并將古羅馬的繁華城市——龐貝徹底湮沒了。普林尼安對這次火山爆發(fā)進行了實地考察，并且記下了爆發(fā)的全過程，這樣就為后人了解這次災難留下了珍貴的資料。不幸的是，由于他在做記錄時吸入了火山噴發(fā)時帶出的有毒氣體，在做完記錄后不久就離開了人世。人們?yōu)榱思o念他，決定用他的名字來命名這次火山噴發(fā)。因此，維蘇威型火山噴發(fā)的另一個名稱就是“普林尼安型火山噴發(fā)”。

20世紀以來，伴隨著各項科學技術的發(fā)展，人們對火山的研究也取得了重大的進展。1944～1945年，蘇聯(lián)東部堪察加半島一帶的克留赤夫火山開始了大規(guī)模的噴發(fā)，這次噴發(fā)持續(xù)了很長時間，而且相當猛烈。當噴發(fā)停止后，一支探險隊來到深200多米、直徑600米的火山口里，對這次火山噴發(fā)進行了為期很長的系統(tǒng)研究。他們在這個地方一工作就是將近30年。他們的辛苦勞動并沒有白費，他們發(fā)現了一些火山活動的規(guī)律。這大大推動了人類預測火山爆發(fā)的步伐。1955年，蘇聯(lián)科學院的火山研究站綜合許多前人研究的成果以及他們自己的經驗，對堪察加半島進行了一番實地考察，預測該島的另一座火山即將噴發(fā)。不出所料，在預報發(fā)布后的十多天，這座火山就爆發(fā)了。因為事先收到預報，附近的人們采取了許多安全防護措施，所以此次火山爆發(fā)沒有造成重大損失。

在加勒比海東部，有一個小島名叫瓜德羅普島，和平寧靜，景色怡人。1976年夏天，這個島上的蘇弗里埃爾火山開始噴發(fā)，且接連不斷，該島上7.5萬名居民的正常生活受到了極大的干擾。

這個消息傳出后，世界各地的火山專家不斷前來，在對那里進行了全面考察后卻提出了兩種截然相反的觀點。以比利時火山專家哈倫·塔齊耶夫為首的專家小組持樂觀態(tài)度。在他們看來，蘇弗里埃爾火山的內部構造與亞洲的菲律賓、印度尼西亞一帶的火山相似，都是由于地下水被加熱產生蒸汽，然后從火山口噴出。這就導致每10分鐘一次的小規(guī)模噴發(fā)。因為不會有大規(guī)模的噴發(fā)，所以島上的居民應該是安全的，不用逃離家園。

塔齊耶夫堅信自己的推斷是正確的。為了讓島上居民相信他，以避免不必要的逃亡，他決定去火山口，在那里對巖石的變化進行實地考察。但這時，因為火山接連噴發(fā)，火山口已經很難接近了。

在這種危急的情況下，專家們對塔齊耶夫的決定非常擔心，都要求他放棄這個打算，因為這樣太危險了。然而，塔齊耶夫毫不動搖，堅決去考察。這位偉大的科學家在以前就曾上百次地進行過火山探險，這次他又率領一支由9人組成的觀察小組，于1976年8月30日前往火山口進行實地考察。塔齊耶夫在這次考察中差點失去了寶貴的生命。

塔齊耶夫帶領的探險小組以極大的勇氣和科學精神從火山口帶回了大量的第一手資料。這些資料證明塔齊耶夫的觀點是正確的。由于他的正確推斷，在瓜德羅普島上面居住的人在火山的呼嘯中堅持了正常的生活與工作，并沒有逃離家園。所以，這里的人們對塔齊耶夫的杰出貢獻十分感謝，將其譽為“無所畏懼的火神”。

1982年3～4月，埃爾奇瓊火山一下子爆發(fā)了。埃爾奇瓊火山海拔高達1134米，將大量的塵土和氣體噴射到距地面42千米的高空，然后灑落在南北美洲之間的廣大區(qū)域。附近村莊全部被如同冰雹一樣的熔巖和火山灰所襲擊。

埃爾奇瓊火山的爆發(fā)最早是由美國的衛(wèi)星探測到的，火山噴發(fā)后，地球高層大氣中的臭氧、二氧化碳、水汽的含量以及海洋的表面溫度都出現了異常。天空中還出現了由幾百萬噸火山灰和煙氣組成的一個厚達3000米的巨大云層。科學家對此進行了分析，然后斷定，由于大量陽光被厚厚的云層阻擋，使一些地區(qū)得不到照射，就造成了地表溫度的變化，甚至有些地方出現了干旱、暴雨和熱浪等災害。研究人員如果想更詳細地研究這個現象，并仔細地觀察它所帶來的后果，就需要更多的第一手資料。于是，他們乘飛機來到火山口，進行實地考察。

考察隊員來到火山口后發(fā)現，這里是一片寸草不生的不毛之地。幾個月前，火山就停止了大規(guī)模的噴發(fā)，但仍有有毒氣體和水蒸氣從湖水中和地面上那些大大小小的裂縫中不斷地冒出，溫度高達93℃。到這里的人如果不戴防護面具，幾分鐘內就會死亡，即使戴上也只能在那兒待幾個小時。環(huán)境如此惡劣，使得考察隊員不能在此久留，只能把營地建在火山口外。然后，每天冒著生命危險乘直升機進出火山口。但用這種方法也很困難，因為火山口經常有很大的風，使得直升機飛行困難，再加上云層很厚，致使駕駛員很難看清周圍的情況，根本無法使直升機安全降落。

地震是怎樣發(fā)生的

如果從地球表面看，一切似乎都很平靜，因此一說到地震，人們總覺得是比較少見的事。事實上，根本不是這樣，地球上經常會發(fā)生地震。地震是一種非常普遍的自然現象，就像下雨、刮風一樣。據科學家們用精確的儀器觀測，地球上每年大約發(fā)生500萬次地震，并且平均一天會發(fā)生1萬多次。但是，這些地震大部分都微乎其微，人們不用儀器觀測是根本感覺不到的，每一年中這樣的小地震大約占當年地震的99%；人們可以感覺到的，只不過占1%。

地球上為什么會常常發(fā)生地震呢？

大多數地震是由地殼運動所引發(fā)的。剛硬的巖石在運動中受到力的作用，形狀發(fā)生改變，有時甚至發(fā)生斷裂，此時就會發(fā)生地震。目前人們雖然對推動地殼發(fā)生變動的力量從何而來仍持有異議，對地震產生的根本原因也有許許多多的推測，但大家一致認為某一地區(qū)的巖石發(fā)生了斷裂是該地區(qū)發(fā)生地震的直接原因。地下的巖石產生了新的斷裂，或是原來就有裂縫，再次發(fā)生錯動是絕大多數地震發(fā)生的原因。許多威力極大的地震都發(fā)生在地下存在斷裂的地方。當地下的巖石因為受到力的作用而將要斷裂時，月亮和太陽的引力作用，水（水庫）或大氣對地面的壓力的變化，都有可能促使斷裂發(fā)生，有觸發(fā)地震的作用。

其次，地震又常常作為火山爆發(fā)的伴侶出現，在地球上存在著大量的火山，火山每次爆發(fā)，會從地下噴射出大量熾熱的巖漿，體積急速膨脹，對地殼有所沖擊，因此一定會引起地震。

既然每年地球上發(fā)生如此多的地震，我們?yōu)槭裁锤杏X到的很少呢？

原來，在地球上發(fā)生地震時，震動也有強度的大小，釋放出來的能量也有多有少，按照它們大小的不同，大致可以分為微震、弱震和強震等三大類。可使器皿丁當作響，使吊鐘和電燈、壁上的掛圖發(fā)生晃動的地震稱為弱震。可以使墻開裂、山石崩落、房屋倒塌的地震稱為強震。一些非常強烈的地震還能在眨眼之間把整個城鎮(zhèn)摧毀，如1976年的唐山地震，在地球上如此強烈的地震平均每年大約發(fā)生10多次，但有時候并不是發(fā)生在像唐山地震這樣人口極為稠密的地區(qū)，給人類帶來的災害也不會像唐山地震那樣嚴重。除了強震以外，弱震是不會給人類造成危害的，至于微震，就更沒有多大影響了。絕大多數地震都是微震。

地震發(fā)生時，也不是所有人都可以感覺得到，在一定范圍內的人們才能感覺到。地震時，人們把震動的發(fā)源處叫做震源。震動自震源起，以波動的形式向四周發(fā)散傳出，叫震波。在震源處地震波的能量最大，在傳播過程中，地震波能量會逐漸消失，傳得越遠就越微弱，傳到一定距離，就可以弱到人一點也感覺不出來。我們住的地方倘若在這次地震中人所能感覺的范圍之外，那我們就感覺不出來了。

地球上的煤是怎樣形成的

眾所周知，煤是從地下開采出來的。可是，為什么地下有這么多煤呢？在回答這一個問題之前，首先需要知道煤是如何形成的。

有人說煤長得像石頭，甚至通常把質量不好的煤叫做“石煤”，所以認為煤是由石頭變來的。但是，如果你再仔細觀察一下會發(fā)現有些煤塊上會有植物的根莖和葉等形狀的痕狀。倘若把煤切成薄片，在顯微鏡下進行觀察，有時可以看到相當清晰的植物構造和組織，而且有時像樹干一類的東西還保存在煤層之中。在中國著名的撫順煤礦，大量琥珀含在煤層之中，有的里面甚至包有極為完整的昆蟲化石，它是一種相當精美的藝術品。事實上，琥珀就是由樹木所分泌出來的樹脂演變而成的。這一切都表明煤主要是由植物演變而來的。

古代植物又是如何演變成煤的呢？

原來，在歷史上，有一些時期的環(huán)境非常有利于煤的形成。由于氣候條件適宜，在這些時期，茂密高大的植物到處繁殖，大量高等或低等植物、浮游生物以及水草等生長在沼澤、內陸和海濱地帶。由于后來的地殼運動，這些植物就一批一批地被埋藏在地面的低洼地區(qū)和海洋或沼澤的邊緣地帶。這些被泥沙所掩蓋的植物，長時間受著壓力、細菌和地心熱力的作用，原來所含的氮氣、氧氣以及其他揮發(fā)物質等都逐漸地跑掉了，剩下來的大部分就是“炭”（一般稱這種作用為“炭化作用”）。這樣泥炭就最先形成了，隨后泥炭被埋藏得越來越深，碳質的比例在溫度和壓力的作用之下不斷增高，褐煤和無煙煤便逐漸形成了。簡單而言，煤就是經過這樣的凝膠作用以及炭化作用變來的。

由于各地都有不同的地殼運動特點，有些地區(qū)植物遺體的堆積速度和地殼的下降速度大體一致，保持均衡，很可能形成較厚的煤層；有些地方地殼沉降速度變化非常大，許多薄的煤層可能會在這里形成。

煤形成之后，在漫漫地質年代中，還不斷地經受著各種變化和變動。原來水平的煤層可能會因地殼的構造運動而引發(fā)斷裂和褶皺，有一些煤層被掩藏到地下更深的地方去了，因此至今還在地下沉睡沒有被人們發(fā)現；而另一些煤層在一些比較淺的地方埋藏著，而且經過后來的侵蝕、風化的作用而露出地表，根據這些露在地表的“煤苗子”，我們找起煤礦來就會相當容易。目前許多埋藏在地下較深的煤田隨著人們對于煤的形成規(guī)律的進一步掌握以及礦物勘探與開采技術的改進，而不斷地被發(fā)現、開采及利用。

地球上的石油是怎樣形成的

石油被人們稱為“黑色的金子”，它是攸關人類生存的重要能源。

石油是由地質時期的動植物的遺體在地下高壓高溫及微生物作用下，經過漫長而復雜的化學變化逐漸形成的一種較為黏稠的液體礦藏，它也是原油及原油的加工產品的總稱。凡是從油田開采出來還沒有經過加工處理的石油叫做原油。原油通常情況下是深褐色、黑色的，但是，也有綠色，甚至無色的原油，這主要由開采地的特質所決定。原油不溶于水，有特殊的氣味，密度也比水小，溶、沸點不固定。

石油大多在地下（或海底）深埋著，它屬流體礦物，所以通常只需打豎井之后通過采油管開采。在打成一口油井的初期，由于地層下有很大的壓力，油層內的石油經常受壓力驅使而自動向上噴，這時就可以采用“自噴采油法”采油。自噴采油不但設備簡單，管理方便，而且開采經濟，產量也高，是當前較為理想的采油方式，一般采用先進技術且條件好的油井可保持幾年甚至十幾年的自噴形式。已過自噴期的油井或油層壓力較低，石油只能夠流入井里但卻沒有能力再往地面上噴射，此時要采用機械采油方法亦即通過安裝在井上的俗名叫“磕頭機”的抽油泵往上抽油。使用磕頭機抽油的油井也可以在相當長的時間內維持一定的產量。

現代生活一刻也離不開石油，它是工業(yè)的血液，是最最重要的能源之一，而西亞則是世界上的最重要的石油產區(qū)。

根據大陸漂移學說的解釋，西亞原本是古地中海的一部分，經過滄海桑田的多次變化之后，古地中海的范圍漸漸縮小，幼發(fā)拉底河和底格里斯河帶來的泥沙也在不斷地縮小波斯灣的面積。以波斯灣為中心的淺海地區(qū)是一片古老臺地，這些地區(qū)主要進行的是升降運動，它們的褶皺運動非常平緩。升降運動形成4000～12000米的非常厚的沉積層。從結構上看，因為褶皺運動不是十分強烈，所以形成一系列平緩而巨大的簡單穹隆或背斜構造，這種構造對貯油貯氣極為有利。例如舉世聞名的沙特加瓦爾背斜構造，長240千米，寬35千米，這里形成了原油儲量達到100億噸以上的聞名遐邇的加瓦爾油田。

西亞的緯度偏低，它的這一地理條件造成生物數量相當繁多；西亞地區(qū)所擁有的“兩河”、廣闊的淺海的大量泥沙形成相當良好的還原環(huán)境；平緩的地質構造和沉積層為原油的儲備提供了優(yōu)良的儲油條件，這些就是西亞成為世界儲油最豐富的地區(qū)的自然原因。

地球上的巖石是怎樣形成的

巖石分布在地球的各個地方。有些地方雖然從表面上看是泥沙，但下面則是巖石；還有海洋、江河，在水層底下也是巖石。巖石緊緊地裹在地球的外面，人們把它叫做巖石圈。巖石圈最厚之處已超過100千米，換言之，不但地殼是由巖石構成的，就連地幔的最上端也是由巖石構成的。

為什么地球上會有如此多的巖石呢？

瑞典著名博物學家林耐曾經說過這樣一句名言：“巖石并非自古就有，它們是時間的孩子。”的確，地球上每一塊巖石都是在地球的演變過程中漸漸形成的。

根據巖石不同的形成方式，我們能夠把所有的巖石劃分為火成巖、變質巖、沉積巖三大類。

火成巖是地球巖石圈的主要組成部分。地殼中大約3/4的巖石以及地幔頂部的全部巖石屬于火成巖。火成巖是由熾熱熔融的巖漿冷卻凝固之后形成的。倘若它們是由火山噴發(fā)出來的巖漿冷卻凝固而成的，則可被稱為火山巖，如安山巖、玄武巖等。今天，我們仍然可以在一些火山活動的地區(qū)，觀察到火山巖的形成過程。雖然有些地方覆蓋著厚達上千米甚至上萬平方千米的火山巖，但它所占的比例并不是很大，絕大多數巖石是由那些沒有能夠噴發(fā)到地表的巖漿直接在地下深處冷卻凝固而形成的，這叫火成巖，如分布較為廣泛的橄欖巖、花崗巖等。

早先形成的包括火成巖、變質巖和沉積巖等在內的巖石，在地面暴露以后，會受到侵蝕和風化作用的破壞，逐漸轉化為化學分解物和泥沙。這些化學分解物和泥沙經過水、風或者是冰川等外力的搬運作用，最后在湖海盆地或者其他低洼處堆積，再經過漫長的壓緊膠結和地球內部熱力的影響，再一次固結成為巖石，形成沉積巖，例如，由泥質堆積而成的頁巖以及由沙粒膠結而成的砂巖等。在形成沉積巖的過程中，生物經常葬身其中，故而還可以在沉積巖里找到由古生物遺跡或遺體構成的化石。

巖石在地球的演變過程中，受到強烈的擠壓或高溫的影響，或者被注入外來物質，從而發(fā)生面目全非的變化，一種新的巖石由此產生，我們把這種巖石稱為變質巖。例如，花崗巖能夠變成片麻巖，頁巖和一些砂巖會變成片巖、板巖等。

總之，地球上的所有巖石的形成，都無法脫離以上三種途徑。