劉嘉麒:漫談地球科學

摘要:地球是人類賴以生存並不斷探索的生命家園。上至天文,下至地理,大至宇宙,小至核素,地球隱含着無限的奧祕,探索這些奧祕是地球科學的使命。地球科學包括對資源、能源、環境、生態、氣候、災害等方面的研究,人類所面對的一切問題幾乎都可以通過地球科學來求索和解決。本期報告,中國科學院地質與地球物理研究所劉嘉麒教授從地球的基本情況、歷史與演變説起,重點介紹了人與自然的關係和地球科學的魅力。敬請關注。

劉嘉麒

劉嘉麒 中國科學院院士、中國科學院地質與地球物理研究所研究員

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一、地球是浩瀚宇宙中的“天之驕子”

地球養育了人類,人類也在不斷探索地球。在浩瀚無際的宇宙中,星球不可計數,直到現在我們只發現地球擁有生命。地球是生命的搖籃,核素是它的細胞,岩漿是它的血液,地震是它的脈搏,火山是它的喉嚨,它朝氣蓬勃日夜運轉,遨遊在廣袤太空,養育着數以億計的生靈。以人類視角看,在太陽系的八大行星中,地球最有生氣、最有作為,是當之無愧的“天之驕子”。

1.火山是地球的靈魂

在太陽系八大行星及衞星中,除了木衞一以外,只有地球火山活動最頻繁。火山活動並不像人們想象的那麼恐怖,相反,它是地球富有生命的象徵,是地球的靈魂。在有些地方,火山活動非常重要。

2.地球的陸地與海洋

地球圈層分為地球外圈和地球內圈兩大部分。地球外圈可進一步劃分為四個基本圈層,即大氣圈、水圈、生物圈和岩石圈;地球內圈可進一步劃分為三個基本圈層,即地幔圈、外核液體圈和固體內核圈。此外在地球外圈和地球內圈之間還存在一個軟流圈,它是地球外圈與地球內圈之間的一個過渡圈層,位於地面以下平均深度約150公里處。這樣,整個地球總共包括八個圈層,其中岩石圈、軟流圈和地球內圈一起構成了所謂的固體地球。對於地球外圈中的大氣圈、水圈和生物圈,以及岩石圈的表面,一般用直接觀測和測量的方法進行研究。而地球內圈,主要用地球物理的方法,例如地震學、重力學和高精度現代空間測地技術觀測的反演等進行研究。地球各圈層在分佈上有一個顯著的特點,即固體地球內部與表面之上的高空基本上是上下平行分佈的,而在地球表面附近,各圈層則是相互滲透甚至相互重疊的,其中生物圈表現最為顯著,其次是水圈。

地球有七大洲五大洋,七大洲即亞洲、歐洲、非洲、北美洲、南美洲、大洋洲、南極洲;五大洋除了我們熟悉的太平洋、大西洋和印度洋,還有北冰洋、南大洋。國際水文地理組織定義南大洋在南緯60°左右為界的經度範圍內,是包圍着南極洲的海域,面積約2000千平方公里。我記得小時候地理老師教的是中國有960萬平方公里的土地。但嚴格來説,我國還有300多萬平方公里的海洋,除了領海還包括屬於全人類的南極及我們在北極的部分權利。

3.第一個稱量地球的人

地球半徑有多長,密度是多少,這些基本但特別重要的常數是誰測的?英國化學家、物理學家亨利·卡文迪許。知道牛頓的人很多,知道卡文迪什的人可能相對少一點,卡文迪什是一位貢獻和水平都不低於牛頓的科學家。他測量出地球的引力常量並由此推算出地球的質量,還測出了地球的半徑和密度,以及水和空氣的成分。卡文迪什是稱量地球的第一人,被譽為“最富有的學者”,他的工作精神值得所有搞科研的人學習。他痴迷於工作,連吃喝都是扔一張紙條放在門外,讓僕人按紙條上的要求買回來放在走廊裏,等時候休息再自己拿着吃。

卡文迪什是一位為科學貢獻一生的偉大科學家。劍橋大學有個卡文迪什實驗室,從外面看起來比較簡陋,但這個實驗室到目前為止已經出了26位諾貝爾獎獲得者,可見其水平和重要性。

責任編輯:楊雪校對:馬中豪最後修改:
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