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地球是一个庞大的球体,面对这么大的球体,人们用什么办法能够测出它的大小和质量呢?
公元前300多年,古希腊著名学者亚里士多德得出了地球是球体的结论,紧跟着,古希腊的地理学家埃拉托色尼出色地完成了测量地球大小的工作。他巧妙地利用太阳光线作参照,测出亚历山大港与阿斯旺两地间的地面弧距,冉测出这两地间的地面距离。他利用这两个数据算出地球的周长大约为39816千米,与白前测算的结果相当接近。
现代的科学家们不仅可以在地面上用三角测量法对地球作精密的测算,而且还可以利用人造卫星在空中对地球进行精确测量,由此得出了地球大小的精确值。
那么地球的质量又是怎么测算出来的呢?有人也许会想,很简单,地球体积和密度的乘积就是地球的质量。然而地球由表面到核心物质结构不同,密度变化很大,用这种方法困难很多。
科学家们想到了万有引力定律:任何两个物体间都存在着一对相互吸引的力,这一对力大小相等,方向相反。其大小与两个物体的质量乘积成正比,与其间距离的平方成反比。
利用这一定律人们测出地球的质量约为5976x10吨,即约为60万亿亿吨,由地球的质量和体积,求出地球的平均密度约为5.5克/立方厘米。
正因为地球巨大的质量才产生了强大的引力。在这强大引力的作用下,不仅地球表面的万物都被紧紧地束缚在地球上,而且围绕在地球周围的大气层也无法逃逸。
为什么地球上有那么多山?
在地球上,陆地面积只有地球表面面积的三分之一左右,山地面积又占陆地面积的近三分之一。地球上为什么会有这么多的山呢?
这是因为地壳在地球的转动过程中,部分地区出现挤压现象造成的。地壳在挤压过程中,比较容易发生断裂,在断裂的两侧相对地上升或下降,就会形成山脉。
比如喜马拉雅山脉就是这样形成的,而且它还在不断地升高。
为什么地球中心热,怎样测其温度?
地球深处的热量有3个主要**:(1)地球形成时生成的热量;(2)地核物质下沉至地心时磨擦产生的热量;(3)放射性元素衰变产生的热量。地球热量的释放需要相当漫长的时间。
这种释放通过液态外核和固态地幔中的热“对流”,以及边界层(如地球表面的板块)内速度较慢的热“传导”来实现。结果是地球原生热量的大部分被保留了下来。
总之,地球诞生之初产生了大量的能量,由于地球无法很快冷却下来,便造成了地球内部持续的高温。事实上,除地球板块像毯子一样起到保温作用外,固态地幔中的热对流也不能提供使热量得到有效释放的机制。不过,地球通过促使板块构造运动(尤其是在大洋中脊处)的过程也确实释放了一些能量。
科学家主要借助铁在超高压状态下的熔化特性来估计地球深处的温度。我们知道,地核是指位于地面以下2886公里至6371公里的部分,主要由铁构成。地核分成液态外核和固态内核两部分。
如果我们能够估测铁在压力极高的内、外核交界处(离地面5156公里)的熔化温度,那么在实验室中得到的这一温度应该接近于这一界面上的实际温度。科学家在矿物物理学实验室中利用激光器和高压装置创造出了尽可能接近实际的高压和高温。
实验结果显示,铁在上述状态下的熔化温度为4500k至7500k。据此,我们还可以推算出地幔底部(即外核顶部)的温度,大约是3500k至5500k。
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