第二节 地球奥秘

我们的地球

说起地球，我们真是再熟悉不过了，因为这是我们共同的家园！不过我们这个家可真是太神奇、太伟大了，它身上的秘密有很多到现在还都没有解开。而且我们在前面也讲过，我们的地球是整个太阳系中唯一有生命存在的星体。它孕育了如此多姿多彩的生命，又为我们提供了这么好的生存条件，所以我们一定要爱护地球，保卫我们的家园。

要看到地球的全景，就必须走出地球，到太空去看。随着科学技术的发展，这一愿望终于得以实现。只可惜我们现在还不能亲自到太空去看看，据航天员说，在太空放眼望去，我们的地球是最美的。漆黑的天幕衬托着一个蔚蓝的大盘，如同被一个朦胧的淡蓝色玻璃笼罩着，其间还穿插着黄绿相间的花纹和晶莹闪耀的白色珠宝。宇宙辽阔无垠，神秘莫测，而人类生活的地球只是宇宙中的沧海一粟。宇宙不因为地球及生活在地球上的人类而存在，而人类的未来却取决于对宇宙的了解程度。让我们一起走近太阳系中这颗既普通又特殊的行星、我们所赖以生存的家园——地球，去探索这颗母亲星球的种种奥秘。

地球的大小怎样测定

世界上第一个测量地球大小的人是古代希腊天文学家埃拉托色尼，他是在亚历山大城长大的。在亚历山大城正南方的785千米处有一个叫塞尼的城市。塞尼城中有一个非常有趣的现象：每到夏至那天的中午12点，阳光都能垂直照到城中一口枯井的底部。也就是说，在夏至那天的正午，太阳正好悬挂在塞尼城的天顶。

虽然塞尼城与亚历山大城大致处于同一子午线上，但亚历山大城在同一时刻却不会出现这样的景象，太阳总是处于稍稍偏离天顶的位置。在一个夏至日的正午，埃拉托色尼在城里竖起一根小木棍，测出太阳光线与天顶方向之间的夹角是7.2°，相当于360°的1/50。

鉴于太阳与地球之间遥远的距离，太阳的光线可以近似地被看做是彼此平行的。埃拉托色尼根据有关平行的定理得出了∠1=∠2的结论。

在几何学里，∠2被称为圆心角。根据圆心角定理，圆心角的度数等于它所对应的弧的度数。因为∠2=∠1，所以∠2的度数也是360°的1/50，所以，图中表示亚历山大城和塞尼城距离的那段圆弧的长度，应该等于圆周长度的1/50。也就是说，亚历山大城与塞尼城的实际距离，正好等于地球周长的1/50。

由此可知，测出亚历山大城与塞尼城的实际距离之后，再乘以50，就可以得出地球的周长。埃拉托色尼计算的地球周长为39250千米。

由于这个计算结果是按照大地是球状的假设来运算的，而且得出的数字大得惊人，所以没有人相信。从此以后，对大地的测量和计算在相当长的一段时间内在欧洲中断了。

公元8世纪初，我国唐代天文学家张遂曾亲自指导和组织了一次规模庞大的大地测量。测量的范围北起北纬51°附近，南至北纬17°附近，围绕黄河南北平地这个中心，在全国13个点用传统的圭表测量法对各地冬至、夏至、春分和秋分的正午日影长和漏刻昼夜分差进行了测量。此外，张遂还对各点的北天极高度（即当地的纬度）进行了实地测量。例如，在河南省平原地区，他测得该地一纬度的经线的弧长约为129.41千米。它与现代测算的北纬34°5′ 地方的子午线一度弧长110.6千米相比，相差20.7千米，相对误差为18.7%。

18世纪时，法国科学院曾派出两个大地测量队，一个队去了南美洲的赤道地区，另一个队到了瑞典的拉普兰，两队分别测定两个区域里的经线一度的长短。结果证实：地球上经线一度的长度在赤道要比在极区略短些，这说明地球是个扁球体。

科学家们从19世纪以来又对地球的大小进行了无数次的测量和计算。苏联学者克拉索夫斯基和他的学生在苏联、西欧和美国等地进行弧度重力测量后所得出的数值，在当时是较为精确的。

由于近年来测量技术不断进步，人类已获得了对地球测量的各种方法。特别是利用宇宙飞船和人造卫星进行测量，能够使人们获得更为精确的地球数据：地球的赤道半径是6378.14千米，极半径是6356.755千米。赤道半径和极半径之差同赤道半径之比是1:298.25。如果按照这个扁平率做成一个半径为298.25毫米的地球仪，极半径与赤道半径只有1毫米之差，这样一来，就像一个真正的圆球了。

运用现代科技测量出的相关数据显示：地球的经线圈周长约为40000.5千米，赤道周长大约是40075.5千米，整个地球的平均密度约为5.517克/厘米3，表面积约为5.1亿千米2，体积约为10832亿千米3。

我们所说的重量是指地球作用于某人或某物之上的重力。所以说探究地球的重量有多少基本是没有意义的，因为只有和其他物体相比较时地球才会有重量。

不过，人们可以通过计算地球作用于一个已知质量的物体上的重力效应，估算出地球的质量（地球所包含的物质的量）。大多数科学家计算得到的地球质量大约为5.98×1024千克。

在太空时代到来之前，估计地球质量是件相当复杂的事情。1774年，内维尔·马斯基林第一个计算出了相对准确的地球质量值。他根据一个钟摆在重力作用下的摆动规律，估算出苏格兰境内一座高山的质量并计算出它的重力效应——相对于地球重力。

现在，通过观察围绕地球旋转的人造卫星的运动，人们可以更准确地估算出地球的质量。

精彩的海洋世界

海洋是地球的主要组成部分，它的面积要远远大于陆地的面积，约占地球表面积的71%。海底究竟是什么样子的呢？恐怕现在还没有人能给出确切的答案。因为海洋实在是太深了，我们人类所到达的深度还是非常有限的，至于那些没有涉足过的地方，科学家们就开始发挥他们丰富的想象力，进行假设推理了。

你可千万不要以为海洋就是我们平常所看到的大海。事实上，海和洋并不是一回事，它们之间是不能等同的。洋是海洋的主体，处于海洋的中心部分，它们远离大陆，不受陆地的影响，占海洋总面积的89%。海则是洋的附属部分，位于洋的边缘，靠近大陆，因此要受到大陆的影响，占海洋面积的11%。另外，洋都较深，海则较浅。

陆地把广阔的水面分成了四个相通的大洋，它们是太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋。太平洋是第一大洋，虽取名太平，但其实并不太平，经常有台风和恶浪兴起；大西洋是第二大洋，它的周围分布着很多发达的国家和地区，因此相关产业也比较发达；印度洋是第三大洋，那里经常发生热带风暴，造成巨大的灾难；北冰洋是第四大洋，位于北极圈内，它的海面和岛屿都被一层厚厚的冰所覆盖。

海洋里面究竟有什么呢？当然，一定会有各种各样的鱼，还有很多海洋生物。那么除此之外呢？会不会有传说中的水晶宫和宝藏呢？这个可不好说，也许真有，只是以人类现有的技术，还无法探知罢了。但是海底有着丰富的能源却是可以肯定的，如果我们好好利用，将会受益无穷。总之，海洋世界绝不会像我们所看到的那样简单，也许在海洋的深处，有着比陆地更为精彩的世界，还有待我们去开发和探索。

去海底探险，绝对是一件刺激而又有趣的事情。在海洋的不同深度，我们可以看到不同的鱼类和海洋生物，它们的分布是很有规律的。下潜得越深，看到珍稀鱼类的可能性就越大。其实，穿着潜水服在海底遨游，看各种各样的鱼从身边游过，本身就是一件很有意思的事情。习惯了陆地的生活，偶尔到海底感受一下鱼的生活，也是很不错的。

在精彩的海洋世界中，我们还可以看到美丽的珊瑚礁。色彩绚丽的珊瑚礁为海洋增添了一道美丽的风景，也为各种鱼类提供了栖息的场所。更让人惊奇的是，这些鱼类会充分利用自身的颜色，与珊瑚礁融为一体，这样我们就很难发现它们。珊瑚礁是海洋中最为复杂的生态系统之一，也是地球上最古老、最珍贵、最多姿多彩的生态系统之一，人们称呼它为“海洋中的热带雨林”、“海上长城”等。

海水是什么颜色的

蓝色的海水，绿色的海水，无色透明的饮用水……水到底是什么颜色的呢？

答案让人出乎意料：纯净的水是蓝色的。但是由于我们喝水的杯子容量有限，很难分辨出水的颜色来。如果将一个像楼房那么大的杯子装满纯净水，我们就能看到它真正的颜色——蓝色。

水的颜色取决于水分子对光的反射和吸收情况。白光，比如阳光，是由七色光混合而成的，也叫光谱。在光谱中，红色到绿色波长范围的光比较易于被水分子吸收，蓝色部分的光则被反射出去，所以我们就看见了蓝色。

但水的颜色并不是一成不变的。在远离海岸的海域中心位置，海水是深蓝色的，甚至有些发紫。然而在靠近陆地的海岸线一带，由远及近，海水的颜色由蓝变绿，再由绿变成黄绿。为什么会发生这样的变化呢？这与水里的浮游物质和水深有关。

在海岸线附近，海水充满了从陆地上冲来的有机物和小植物。其中有一些很小的绿色植物，叫做浮游植物，它们含有一种叫做叶绿素的化学物质。叶绿素能够吸收大部分的红色光和蓝色光，反射绿色光，于是我们看见的海岸边的海水就是绿颜色的了。

在宇宙空间里，海洋的颜色让我们都可以分辨出地球生命的聚集区。绿色的海域好比是陆地上的热带雨林，充满了生命；而深蓝色的水域是很少有生命的地方，这里好比是大陆上无人居住的白色沙漠。

海水和海水里的浮游物对光的吸收方式也决定了水面下的颜色。假设你正在驾驶一辆黄色潜艇，在水面附近，你的潜艇是黄色的，但是随着潜艇慢慢潜入海底，照到潜艇上的光越来越少，当潜艇下降到水下30米的深度时，阳光中的黄色、橙色和红色的光几乎都被水分子吸收了，只有蓝色和绿色的光能到达潜艇表面，这时你的潜艇就变成了蓝绿色。如果再往下降，直到绿色光也消失了，潜艇就变成深蓝色了。

浮游物越多，海水越混浊，对光的吸收量就越多。所以越是混浊的海水，你下降时看到周围环境变暗的速度就越快。

如何让海水变成淡水

我们知道，海水是不能直接饮用的。如此丰富的水资源却不能直接被人类所利用，主要是因为海水中的盐分高达33‰～38‰，根本无法使用。人类要想解决淡水紧缺的难题，淡化海水不失为一条良策。于是，科学家们迈开了探索的步伐并找到了一些行之有效的途径。

目前，人们已研究出了多种海水淡化方法，但比较常用的实现海水脱盐的方法主要有3种：蒸馏法、冷冻法和反渗透法。

最古老的海水淡化方法是蒸馏法，工艺较成熟，比较适用于处理海水。

这是一个大家都见过的方法，原理特别简单。当海水被烧开时会冒出热气腾腾的水蒸气，水蒸气没有什么杂质，遇冷会变成水，这一现象启发了人们。海水蒸馏成淡水的方法，也就是首先把海水加热到100℃，使海水冒出热气腾腾的水蒸气。水蒸气里不含盐分，然后让那些水蒸气通过特别的管子跑到专门预备的冷凝装置里。水蒸气到了那里变成了一滴滴的小水珠，这些小水珠聚集在一起就成了淡水。

蒸馏法尽管简单，但它耗时，而且得到的淡水十分有限，所消耗的能源也特别多。

为了减少能源的消耗，人们便创造了水电联产这种把发电与海水淡化结合为一体的、更为先进的办法。这种方法是把大中型海水淡化厂与火力发电厂相结合，利用电厂余热的低压蒸汽作为淡化装置的主要能源。这样，电厂高压、低压的蒸汽能量都得到了充分利用，大大提高了整个工作系统的热效率，大幅度降低了发电与淡化两个系统的设备造价和基本建设费用。因此，海水淡化的成本大为降低。

那冷冻法是怎样的呢？我们知道，在日常生活中，含盐的液体是不结冰的，只有淡水才结冰。海水虽然是咸的，但它依然会结冰，人们对此疑惑不解。后来，人们尝试着把海水冰冻，发现海水不但会结冰，而且结出的冰一点也不咸。原来当海水不完全凝结时，它就分成几乎不含盐的冰和浓缩的盐水。于是人们把冰从盐水中分离出来。就这样冷冻法便诞生了。

冷冻法比较简单，只要使海水温度处在冰点以下，海水中就会结出冰块，然后把冰块取出来融化，就成了淡水。

把海水变淡的另一个主要方法是反渗透法。反渗透法是用一个特殊结构的膜来过滤海水。这种膜和平常有孔的过滤器不同，它是没有孔的。对咸水施加足够的压力，盐分等水合离子留了下来，而水却能穿过膜，变成人们生活所需要的淡水。

上述是将海水中的淡水分离出来的3种方法，除了这些方法外，还可以采取离子迁移法和化学法除去海水中的盐。食盐以及大多数其他的盐类的结构是由带相反电荷的离子组成的。水合物是这样形成的：当盐溶于水时，这些离子就与水松散地结合在一起。因此，当晶体结构分解时，能独立移动的离子就产生了。由于这两种离子所带的电荷相反，当它们处于两个带相反电荷的电极中间时，它们的运动方向是相反的。用这种方法使海水脱盐，就是离子迁移法。而化学法则包括离子交换法和沉淀法。

既然有这么多的方法可以用来淡化海水，我们就没必要再为淡水的缺乏而发愁了吧？事实上，以上几种方法虽然可以实现海水的淡化，但是它们都有一个致命的弱点：成本高昂。据估计，用任何方法淡化海水，都需要11.6度电才能生产1000加仑的淡水。为什么耗电如此大呢？我们都知道水是液体，而液态水分子具有紊乱的分枝结构。如果通过离子转换进行淡化，液态水分子的分枝特性仍然是一个障碍。将水合离子推过由分子紧密结合形成的“乱网”一样的液体，就需要能克服阻力的额外的能量。因此，无论采用哪一种淡化方法，淡化成本的控制都是目前最大的难题。

但科学家们为了人类的共同命运，仍在坚持不懈地进行着探索。大家都知道，水的汽化需要消耗热，水蒸气冷凝成液态水则要释放热能。在蒸馏中，这两个过程是同时进行的。这个假设引起了人们的兴趣：如果在同一温度上进行两个过程，热量的释放与消耗正好相等。这样，除了偶然的热量丧失之外，在用蒸馏法进行淡化时，就不需要热能了。这一设想从理论上看起来虽然简单，但实际操作中却没有那么简单方便，因为咸水的蒸汽压略低于淡水。从蒸馏器中释放出来的咸水的蒸汽，在蒸馏器的温度下无法冷凝成液态淡水，除非采用增大其压力和密度的办法将其稍微压缩。如果进行了压缩，在蒸馏的汽化过程中消耗的热量，将在冷凝整齐时在冷凝器中全部释放出来。如果能找到回收所有这种热量的方法，就可将热量再用来蒸发新的咸水。用这种方法回收热量所消耗的唯一能量，是用来压缩咸水产生的蒸汽，直到其压力与蒸馏器温度下淡水的压力相同为止。

科学家在热带和亚热带进行了利用太阳能蒸发盐水的大量实验。太阳能的优点是不需成本，缺点是其能量较弱。随着覆盖在液体上的水蒸气密度不断增大，还没有到达水面，太阳光就被遮掉了。此外，利用太阳能蒸发的最大弱点还在于不能回收蒸发水的过程中消耗的热量。目前，用电热补充太阳能的尝试也不太成功。

为了克服这一缺点，科学家们又研制出新的淡化方式，这种方法是多效蒸发。在多效蒸发过程中，消耗的热能大部分能从冷凝器中回收，而且可以反复使用好几次。因此产生的蒸馏水量至少为原来的2.5倍，而在蒸汽压缩蒸馏中，则可能为原来的10倍。

此后，又出现了一些更能节约热量的海水淡化法，如真空急骤蒸馏法。这种方法主要是使用低压废蒸汽——蒸汽发生过程中的副产品或工业中产生的蒸汽和电能的副产品进行海水淡化。这种方法，由于预热、热输入和急骤蒸馏的循环被打破，形成许多连续的回路，盐水在回路之间反复循环，因此，和其他方法相比较，蒸发过程需要在温度更高的环境中完成。在回路之间，一部分盐水通过前效应反复循环。和其他方法相比较，这种方法利用热的效率高，因为温度越高，产生的蒸汽越多。现在人们仍对这种方法进行研究，还可能有进一步的突破。

随着研究的加深，向海洋索取淡水已取得了惊人的发展。目前，从事海水淡化工作的国家越来越多，据统计，已有40多个国家开始了研究和生产。他们采用的淡化方法各不相同。不过，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厂大约有7500多个。在沙特阿拉伯的尤拜尔，有一个淡化厂每天可提供4.85亿升淡水，目前是世界上最大的海水淡化厂。在我国南部海疆西沙群岛的永兴岛上的军民也是靠海水淡化来获取大部分的生活用水。有关数据显示，世界上淡化水的日产量已达到2300万吨，并以10%～30%的年增长率攀升。世界海水淡化市场年成交额已达10亿美元。

虽然海水淡化已取得了一定的成效，但前景却不容乐观。世界上还有许多国家在这方面的研究尚处于起步阶段。因此，目前的海水淡化技术还需要世界各国共同努力去进一步完善，从而解决人类的淡水问题。

潮涨潮落

去过海边的人一定知道，海水每天都会有规律地涨落。一般来说是每天两次，早晚各一次。通常情况下，人们把白天那次潮涨潮落称为潮，而把晚上的那次称为汐，以此来进行区分。潮涨时，海水会迅速地把沙滩淹没，使平坦的沙滩变成一片汪洋；潮落时，海水又会迅速地退去，那片宽敞平坦的沙滩又重新露了出来。海水的涨落就是这样神奇，而且海水也很勤快，它从来都不知疲惫，日复一日，年复一年，永不停息地涨涨落落，从不偷懒。正因为这样，我们才能看到这样壮观的景象。

海水的潮汐现象主要是由于月球的引力作用而形成的。你可能觉得月球的引力没有多大，至少比地球的引力要小得多。但实际上，月球的引力也是很大的，大到足以影响地球上海水的活动。我们都知道，月球是围绕地球运转的，因此它的引力会在不同的时间作用到不同的海域，于是也就出现了不同的潮汐。

海水的潮汐现象确实是神奇而又伟大的。在涨潮时，还有一种更为雄伟壮观的景象，那就是涌潮。不过你们要知道，并不是所有的海域都可以出现涌潮的。涌潮是由于特殊的地理环境所造成的，只有在那些水深逐渐变浅，且海岸陡峭、河口呈喇叭口状的海湾才能出现涌潮。在我国的钱塘江口就可以见到涌潮，潮起之时，潮水像一堵高墙一样咆哮前进，怒浪排空，有如万马奔腾，蔚为壮观。

海啸是怎么产生的

人们都说“无风不起浪”，但为什么有时没有风的时候也会波涛汹涌，形成几十米高的巨浪呢？这种现象叫做海啸，海啸发生时会造成严重的破坏。那么，海啸是怎么产生的呢？

海底地壳的断裂是造成海啸的最主要原因，地壳断裂时，有的地方下陷，有的地方抬升，震动剧烈，在这种震动中就会有波长特别长的巨大波浪产生，这种巨大的波浪传至港湾或岸边时，水位就会因此而暴涨，向陆地冲击，产生的破坏作用极其巨大。1923年9月1日发生著名的日本大地震时，海浪剧烈地冲击横滨，海水带走了几百所房屋。事后人们发现，那里附近海底的地壳不仅断裂开来，并且发生了巨大的位移，所以会形成270米的隆起与下陷的高度差，进而出现海浪滔天的景象。

有时海啸是由海底的火山喷发造成的。像1883年，爪哇附近喀拉喀托岛上的火山喷发时，在海底裂开了一个深坑，深达300米，激起高达30米以上的海浪，巨浪把3万多人卷到海里。火山在水下喷发，海水还会因此沸腾，涌起水柱，难以计数的鱼类和海洋生物死亡，在海面上漂浮。

此外，有时海啸是由海底斜坡上的物质失去平衡而产生海底滑坡造成的。

也有些海啸是由风造成的。当强大的台风从海面通过时，岸边水位会因此而暴涨，波涛汹涌，甚至使海水泛滥成灾，由此造成的损失是巨大的。这种现象被人们称为“风暴海啸”或者“气象海啸”。

但是，并不是所有的海底地震都会引发海啸，一般而言，海啸是否会出现，与沿岸的地貌形态也有很大的关系。

认识大气层

我们知道，空气是我们赖以生存的条件之一，没有了空气，我们就无法呼吸，生命当然也就无法继续。但是你们知道空气是从何而来的吗？

没错，就是令人敬畏的大气层。我们的地球被一层很厚的大气层包围着，它不仅为我们提供生存所必须的空气，而且还为我们提供最适宜生存的温度，并为我们阻挡太阳光中的有害物质。可以说，没有大气层，所有的生命都将消失。看，在地球表面那一层淡蓝色的美丽外衣就是大气层，我们就生活在这个大气层的底部。

因为有了大气层，我们还可以看到很多有趣的天文现象。还记得儿时的那首歌谣吗：“一闪一闪亮晶晶，满天都是小星星。”正如太阳那样，所有的恒星都是能够持续发光的，可为什么我们所看到的星星却会眨眼睛呢？可不要以为真的是星星在闪闪发光，其实这都是大气层搞的鬼。大气是不停地流动着的，而且密度也在不断地变化，因此当星光通过时，就会因为光线折射程度的不断改变而出现闪烁的现象。

根据高度的不同，大气层被分为了对流层、平流层、中间层、热层和外逸层。对流层是最底层，也是人类活动的主要场所；平流层是第二层，这里的空气呈水平流动，总是风平浪静，晴空万里；中间层是第三层，这里可以反射地面发出的无线电波；热层是第四层，这里的温度可达到1200℃左右，经常会出现极光等光学现象；最外面一层是外逸层，这里的大气已经非常稀少，有的则因为很少有分子和它碰撞而一去不复返了。

冰川和冰山是怎样形成的

在一些高山地区或是在两极地区，常见到的那一层雪白无瑕的“外衣”是什么？它们即是冰川。那么，冰川又是如何形成的？冰川是冰雪贮存和运动的一种形式，但在不同地区，其成因略有差别。在高山地区的冰川是由于那里地势高、空气稀薄、不保暖，冰雪在这里不易融化而形成。两极地区分布着的冰川则由于太阳辐射弱，热量少，气候终年寒冷，冰雪被一年四季堆积而形成。全世界冰川的总面积约有2900多万平方千米，而90%以上分布在两极地区。

作为固体的冰在重力作用下，从高处向低处缓慢流动，冰川之名由此而来。冰川的流动速度极慢，每昼夜一般只能移动1米，个别流速快的冰川能流动20多米。冰川的流动速度随冰川厚度增加、坡度变大、气温升高而加快。

冰川不是简单地由普通的水凝结而成，构成冰川的冰又称冰川冰。由于雪花越降越多，即使在阳光照射下稍有融解，但随即又冻结起来，这种情况下结成的颗粒状雪粒使得冰川冰密度略小于普通的冰，其进一步结成冰层即构成冰川。

冰川有高山冰川和大陆冰川两种，高山冰川是指存在于高山上的冰川，大陆冰川则指分布在两极地区的冰川。厚度在1000米以上的冰川将整个南极大陆和格陵兰岛的极大部分都掩埋在其下。

南极是世界上冰川分布最广的地区，冰川总面积约占地球上冰川总面积的85%以上，其冰川总体积约有2800万立方千米。坡度不大，只在边缘处向外倾斜，将长长的冰舌伸入海中是南极冰川的最大特点。冰山主要有角锥形和桌形两种形状，大的能在海上漂浮2～10年。浮动着的冰川一般只有近100米露出海面，而实际往往长达几千米，其他约占冰川体积6/7的部分就埋在水面下。冰川的漂浮，对极地航行极为危险，是导致极地航行船只沉没的原因之一。

世界主要冰川

欧亚大陆——喜马拉雅山地区有纳布冰川等6条冰川，面积达1600平方千米。中国境内的冈底斯山、昆仑山、喀喇昆仑山、唐古拉山、天山山脉、阿尔泰山以及横断山脉也是世界主要高山冰川分布区。帕米尔山脉费德钦科等冰川共有7042平方千米。阿乌尔山、堪察加、科里雅克高原、西伯利亚、乌拉尔、兴都库什山脉、高加索山、阿尔卑斯山脉、比利牛斯山脉、斯堪的纳维亚半岛、格陵兰（180.2万平方千米冰川）、加拿大北极群岛和北极其他岛屿、冰岛等都有冰川。北美洲——阿拉斯加地区有5.2万平方千米的冰川，还有海岸山脉、洛基山和加拿大大陆冰川。南美洲——安第斯山脉有2.5万平方千米的冰川。大洋洲有1000余平方千米，非洲只有22平方千米的冰川。而最大的冰川在南极洲，其他地方跟它的量是不能相提并论的。

火山为什么会喷发

火山喷发是地壳中的岩浆向上喷出地面时的现象。一般情况下，地壳把岩浆紧紧地包住。地球内部有相当高的温度，岩浆不甘于寂寞，它老是想要逃离出去。然而，由于地下的压力极大，岩浆无法很轻易地冲出去。地下受到的压力在地壳结合得比较脆弱的部分比周围小一些，这里的岩浆中的水和气体就很有可能分离出来，促使岩浆的活动力加强，推动岩浆喷出地面。当岩浆冲出地面时，原来被约束在岩浆中的水蒸气和气体很快分离出来，体积迅速膨胀，火山喷发就此产生。

岩浆冲出来的通道是否畅通与火山喷发的强弱有很大关系。如果岩浆很黏很稠，有时再加上火山通道不但狭窄而且紧闭，这时就极易被堵塞，这就需要地下的岩浆聚集非常大的力量才能把它冲破。一旦冲开，伴随而来的就是一场威力极猛的大爆炸。有时候，一次火山喷发过程，就可以喷发出来几十亿立方米的火山碎屑物。假如岩浆的黏稠度小，所含气体也不多，通道相对而言比较畅通，经常有喷出活动，那么就不会引起大的爆炸。夏威夷群岛上有一些火山，就是第二种情况。

火山大都分布在那些地壳运动较为强烈，而且相对而言较为薄弱的地方。这种地方陆地上和海里都有。海底的地壳很薄，一般只有几千米，有些地方还有地壳的裂痕，所以在海洋底部分布着很多火山。例如临近大西洋中部亚速尔群岛的卡别林尤什火山，它位于一条巨大的断裂带之上，当它喷发时，炽热的浪涛从深邃的海洋底部涌出，一时间，洋面会沸腾起来。在开始时人们还以为是一条大鲸吐出的水柱呢！它的火山喷发活动持续了13个月，结果一片好几百公顷的新陆地出现了，这块新陆地与亚速尔群岛中的法雅尔岛连接在一起。海洋中有很多像这样的海底火山。

在火山喷发过程中，会有岩浆喷出地面，那些岩浆的活动能力极强，可以时常喷发的火山在地质学中被称为“活火山”。例如，位于太平洋中的夏威夷群岛上的基拉维亚火山，长期以来总有岩浆从中不断地涌出，有时还会发生极为猛烈的爆发，它就属于活火山。有一些火山在喷发之后，需要经过很长一段时间在地下聚集起足够的岩浆才可以再次喷发，当它暂时不再活动的时候，被地质学家称为“休眠火山”。例如在北美洲西部的喀斯喀特山脉中就有很多这样的火山。人类并没有找到它们曾爆发过的历史记载，但根据探测，它们还有活动能力。不过，这一类火山，有的也可能就此一直沉睡下去。还有些火山因为形成时间很早，地下的岩浆已经冷凝固化，不再活动，或是虽然地下还有岩浆存在，但因为那里地壳厚实坚硬，其中差不多所有的裂缝都被以前挤入的岩浆凝结堵塞住，岩浆无法再喷发出来了。地质学上把这些已失去了活动能力的火山叫做“死火山”。例如，非洲坦桑尼亚边境上的乞力马扎罗山，就是一座非常有名的死火山。人们可以从飞机上清晰地看到火山口内堆积着很厚很厚的白雪。

火山爆发有规律吗

古罗马人普林尼安是世界上第一个详细记载火山情况并实地考察过火山的人。公元79年，意大利著名的维苏威火山爆发了。这次火山爆发喷出的熔岩流到了附近的城市，并将古罗马的繁华城市——庞贝彻底湮没了。普林尼安对这次火山爆发进行了实地考察，并且记下了爆发的全过程，这样就为后人了解这次灾难留下了珍贵的资料。不幸的是，由于他在做记录时吸入了火山喷发时带出的有毒气体，在做完记录后不久就离开了人世。人们为了纪念他，决定用他的名字来命名这次火山喷发。因此，维苏威型火山喷发的另一个名称就是“普林尼安型火山喷发”。

20世纪以来，伴随着各项科学技术的发展，人们对火山的研究也取得了重大的进展。1944～1945年，苏联东部堪察加半岛一带的克留赤夫火山开始了大规模的喷发，这次喷发持续了很长时间，而且相当猛烈。当喷发停止后，一支探险队来到深200多米、直径600米的火山口里，对这次火山喷发进行了为期很长的系统研究。他们在这个地方一工作就是将近30年。他们的辛苦劳动并没有白费，他们发现了一些火山活动的规律。这大大推动了人类预测火山爆发的步伐。1955年，苏联科学院的火山研究站综合许多前人研究的成果以及他们自己的经验，对堪察加半岛进行了一番实地考察，预测该岛的另一座火山即将喷发。不出所料，在预报发布后的十多天，这座火山就爆发了。因为事先收到预报，附近的人们采取了许多安全防护措施，所以此次火山爆发没有造成重大损失。

在加勒比海东部，有一个小岛名叫瓜德罗普岛，和平宁静，景色怡人。1976年夏天，这个岛上的苏弗里埃尔火山开始喷发，且接连不断，该岛上7.5万名居民的正常生活受到了极大的干扰。

这个消息传出后，世界各地的火山专家不断前来，在对那里进行了全面考察后却提出了两种截然相反的观点。以比利时火山专家哈伦·塔齐耶夫为首的专家小组持乐观态度。在他们看来，苏弗里埃尔火山的内部构造与亚洲的菲律宾、印度尼西亚一带的火山相似，都是由于地下水被加热产生蒸汽，然后从火山口喷出。这就导致每10分钟一次的小规模喷发。因为不会有大规模的喷发，所以岛上的居民应该是安全的，不用逃离家园。

塔齐耶夫坚信自己的推断是正确的。为了让岛上居民相信他，以避免不必要的逃亡，他决定去火山口，在那里对岩石的变化进行实地考察。但这时，因为火山接连喷发，火山口已经很难接近了。

在这种危急的情况下，专家们对塔齐耶夫的决定非常担心，都要求他放弃这个打算，因为这样太危险了。然而，塔齐耶夫毫不动摇，坚决去考察。这位伟大的科学家在以前就曾上百次地进行过火山探险，这次他又率领一支由9人组成的观察小组，于1976年8月30日前往火山口进行实地考察。塔齐耶夫在这次考察中差点失去了宝贵的生命。

塔齐耶夫带领的探险小组以极大的勇气和科学精神从火山口带回了大量的第一手资料。这些资料证明塔齐耶夫的观点是正确的。由于他的正确推断，在瓜德罗普岛上面居住的人在火山的呼啸中坚持了正常的生活与工作，并没有逃离家园。所以，这里的人们对塔齐耶夫的杰出贡献十分感谢，将其誉为“无所畏惧的火神”。

1982年3～4月，埃尔奇琼火山一下子爆发了。埃尔奇琼火山海拔高达1134米，将大量的尘土和气体喷射到距地面42千米的高空，然后洒落在南北美洲之间的广大区域。附近村庄全部被如同冰雹一样的熔岩和火山灰所袭击。

埃尔奇琼火山的爆发最早是由美国的卫星探测到的，火山喷发后，地球高层大气中的臭氧、二氧化碳、水汽的含量以及海洋的表面温度都出现了异常。天空中还出现了由几百万吨火山灰和烟气组成的一个厚达3000米的巨大云层。科学家对此进行了分析，然后断定，由于大量阳光被厚厚的云层阻挡，使一些地区得不到照射，就造成了地表温度的变化，甚至有些地方出现了干旱、暴雨和热浪等灾害。研究人员如果想更详细地研究这个现象，并仔细地观察它所带来的后果，就需要更多的第一手资料。于是，他们乘飞机来到火山口，进行实地考察。

考察队员来到火山口后发现，这里是一片寸草不生的不毛之地。几个月前，火山就停止了大规模的喷发，但仍有有毒气体和水蒸气从湖水中和地面上那些大大小小的裂缝中不断地冒出，温度高达93℃。到这里的人如果不戴防护面具，几分钟内就会死亡，即使戴上也只能在那儿待几个小时。环境如此恶劣，使得考察队员不能在此久留，只能把营地建在火山口外。然后，每天冒着生命危险乘直升机进出火山口。但用这种方法也很困难，因为火山口经常有很大的风，使得直升机飞行困难，再加上云层很厚，致使驾驶员很难看清周围的情况，根本无法使直升机安全降落。

地震是怎样发生的

如果从地球表面看，一切似乎都很平静，因此一说到地震，人们总觉得是比较少见的事。事实上，根本不是这样，地球上经常会发生地震。地震是一种非常普遍的自然现象，就像下雨、刮风一样。据科学家们用精确的仪器观测，地球上每年大约发生500万次地震，并且平均一天会发生1万多次。但是，这些地震大部分都微乎其微，人们不用仪器观测是根本感觉不到的，每一年中这样的小地震大约占当年地震的99%；人们可以感觉到的，只不过占1%。

地球上为什么会常常发生地震呢？

大多数地震是由地壳运动所引发的。刚硬的岩石在运动中受到力的作用，形状发生改变，有时甚至发生断裂，此时就会发生地震。目前人们虽然对推动地壳发生变动的力量从何而来仍持有异议，对地震产生的根本原因也有许许多多的推测，但大家一致认为某一地区的岩石发生了断裂是该地区发生地震的直接原因。地下的岩石产生了新的断裂，或是原来就有裂缝，再次发生错动是绝大多数地震发生的原因。许多威力极大的地震都发生在地下存在断裂的地方。当地下的岩石因为受到力的作用而将要断裂时，月亮和太阳的引力作用，水（水库）或大气对地面的压力的变化，都有可能促使断裂发生，有触发地震的作用。

其次，地震又常常作为火山爆发的伴侣出现，在地球上存在着大量的火山，火山每次爆发，会从地下喷射出大量炽热的岩浆，体积急速膨胀，对地壳有所冲击，因此一定会引起地震。

既然每年地球上发生如此多的地震，我们为什么感觉到的很少呢？

原来，在地球上发生地震时，震动也有强度的大小，释放出来的能量也有多有少，按照它们大小的不同，大致可以分为微震、弱震和强震等三大类。可使器皿丁当作响，使吊钟和电灯、壁上的挂图发生晃动的地震称为弱震。可以使墙开裂、山石崩落、房屋倒塌的地震称为强震。一些非常强烈的地震还能在眨眼之间把整个城镇摧毁，如1976年的唐山地震，在地球上如此强烈的地震平均每年大约发生10多次，但有时候并不是发生在像唐山地震这样人口极为稠密的地区，给人类带来的灾害也不会像唐山地震那样严重。除了强震以外，弱震是不会给人类造成危害的，至于微震，就更没有多大影响了。绝大多数地震都是微震。

地震发生时，也不是所有人都可以感觉得到，在一定范围内的人们才能感觉到。地震时，人们把震动的发源处叫做震源。震动自震源起，以波动的形式向四周发散传出，叫震波。在震源处地震波的能量最大，在传播过程中，地震波能量会逐渐消失，传得越远就越微弱，传到一定距离，就可以弱到人一点也感觉不出来。我们住的地方倘若在这次地震中人所能感觉的范围之外，那我们就感觉不出来了。

地球上的煤是怎样形成的

众所周知，煤是从地下开采出来的。可是，为什么地下有这么多煤呢？在回答这一个问题之前，首先需要知道煤是如何形成的。

有人说煤长得像石头，甚至通常把质量不好的煤叫做“石煤”，所以认为煤是由石头变来的。但是，如果你再仔细观察一下会发现有些煤块上会有植物的根茎和叶等形状的痕状。倘若把煤切成薄片，在显微镜下进行观察，有时可以看到相当清晰的植物构造和组织，而且有时像树干一类的东西还保存在煤层之中。在中国著名的抚顺煤矿，大量琥珀含在煤层之中，有的里面甚至包有极为完整的昆虫化石，它是一种相当精美的艺术品。事实上，琥珀就是由树木所分泌出来的树脂演变而成的。这一切都表明煤主要是由植物演变而来的。

古代植物又是如何演变成煤的呢？

原来，在历史上，有一些时期的环境非常有利于煤的形成。由于气候条件适宜，在这些时期，茂密高大的植物到处繁殖，大量高等或低等植物、浮游生物以及水草等生长在沼泽、内陆和海滨地带。由于后来的地壳运动，这些植物就一批一批地被埋藏在地面的低洼地区和海洋或沼泽的边缘地带。这些被泥沙所掩盖的植物，长时间受着压力、细菌和地心热力的作用，原来所含的氮气、氧气以及其他挥发物质等都逐渐地跑掉了，剩下来的大部分就是“炭”（一般称这种作用为“炭化作用”）。这样泥炭就最先形成了，随后泥炭被埋藏得越来越深，碳质的比例在温度和压力的作用之下不断增高，褐煤和无烟煤便逐渐形成了。简单而言，煤就是经过这样的凝胶作用以及炭化作用变来的。

由于各地都有不同的地壳运动特点，有些地区植物遗体的堆积速度和地壳的下降速度大体一致，保持均衡，很可能形成较厚的煤层；有些地方地壳沉降速度变化非常大，许多薄的煤层可能会在这里形成。

煤形成之后，在漫漫地质年代中，还不断地经受着各种变化和变动。原来水平的煤层可能会因地壳的构造运动而引发断裂和褶皱，有一些煤层被掩藏到地下更深的地方去了，因此至今还在地下沉睡没有被人们发现；而另一些煤层在一些比较浅的地方埋藏着，而且经过后来的侵蚀、风化的作用而露出地表，根据这些露在地表的“煤苗子”，我们找起煤矿来就会相当容易。目前许多埋藏在地下较深的煤田随着人们对于煤的形成规律的进一步掌握以及矿物勘探与开采技术的改进，而不断地被发现、开采及利用。

地球上的石油是怎样形成的

石油被人们称为“黑色的金子”，它是攸关人类生存的重要能源。

石油是由地质时期的动植物的遗体在地下高压高温及微生物作用下，经过漫长而复杂的化学变化逐渐形成的一种较为黏稠的液体矿藏，它也是原油及原油的加工产品的总称。凡是从油田开采出来还没有经过加工处理的石油叫做原油。原油通常情况下是深褐色、黑色的，但是，也有绿色，甚至无色的原油，这主要由开采地的特质所决定。原油不溶于水，有特殊的气味，密度也比水小，溶、沸点不固定。

石油大多在地下（或海底）深埋着，它属流体矿物，所以通常只需打竖井之后通过采油管开采。在打成一口油井的初期，由于地层下有很大的压力，油层内的石油经常受压力驱使而自动向上喷，这时就可以采用“自喷采油法”采油。自喷采油不但设备简单，管理方便，而且开采经济，产量也高，是当前较为理想的采油方式，一般采用先进技术且条件好的油井可保持几年甚至十几年的自喷形式。已过自喷期的油井或油层压力较低，石油只能够流入井里但却没有能力再往地面上喷射，此时要采用机械采油方法亦即通过安装在井上的俗名叫“磕头机”的抽油泵往上抽油。使用磕头机抽油的油井也可以在相当长的时间内维持一定的产量。

现代生活一刻也离不开石油，它是工业的血液，是最最重要的能源之一，而西亚则是世界上的最重要的石油产区。

根据大陆漂移学说的解释，西亚原本是古地中海的一部分，经过沧海桑田的多次变化之后，古地中海的范围渐渐缩小，幼发拉底河和底格里斯河带来的泥沙也在不断地缩小波斯湾的面积。以波斯湾为中心的浅海地区是一片古老台地，这些地区主要进行的是升降运动，它们的褶皱运动非常平缓。升降运动形成4000～12000米的非常厚的沉积层。从结构上看，因为褶皱运动不是十分强烈，所以形成一系列平缓而巨大的简单穹隆或背斜构造，这种构造对贮油贮气极为有利。例如举世闻名的沙特加瓦尔背斜构造，长240千米，宽35千米，这里形成了原油储量达到100亿吨以上的闻名遐迩的加瓦尔油田。

西亚的纬度偏低，它的这一地理条件造成生物数量相当繁多；西亚地区所拥有的“两河”、广阔的浅海的大量泥沙形成相当良好的还原环境；平缓的地质构造和沉积层为原油的储备提供了优良的储油条件，这些就是西亚成为世界储油最丰富的地区的自然原因。

地球上的岩石是怎样形成的

岩石分布在地球的各个地方。有些地方虽然从表面上看是泥沙，但下面则是岩石；还有海洋、江河，在水层底下也是岩石。岩石紧紧地裹在地球的外面，人们把它叫做岩石圈。岩石圈最厚之处已超过100千米，换言之，不但地壳是由岩石构成的，就连地幔的最上端也是由岩石构成的。

为什么地球上会有如此多的岩石呢？

瑞典著名博物学家林耐曾经说过这样一句名言：“岩石并非自古就有，它们是时间的孩子。”的确，地球上每一块岩石都是在地球的演变过程中渐渐形成的。

根据岩石不同的形成方式，我们能够把所有的岩石划分为火成岩、变质岩、沉积岩三大类。

火成岩是地球岩石圈的主要组成部分。地壳中大约3/4的岩石以及地幔顶部的全部岩石属于火成岩。火成岩是由炽热熔融的岩浆冷却凝固之后形成的。倘若它们是由火山喷发出来的岩浆冷却凝固而成的，则可被称为火山岩，如安山岩、玄武岩等。今天，我们仍然可以在一些火山活动的地区，观察到火山岩的形成过程。虽然有些地方覆盖着厚达上千米甚至上万平方千米的火山岩，但它所占的比例并不是很大，绝大多数岩石是由那些没有能够喷发到地表的岩浆直接在地下深处冷却凝固而形成的，这叫火成岩，如分布较为广泛的橄榄岩、花岗岩等。

早先形成的包括火成岩、变质岩和沉积岩等在内的岩石，在地面暴露以后，会受到侵蚀和风化作用的破坏，逐渐转化为化学分解物和泥沙。这些化学分解物和泥沙经过水、风或者是冰川等外力的搬运作用，最后在湖海盆地或者其他低洼处堆积，再经过漫长的压紧胶结和地球内部热力的影响，再一次固结成为岩石，形成沉积岩，例如，由泥质堆积而成的页岩以及由沙粒胶结而成的砂岩等。在形成沉积岩的过程中，生物经常葬身其中，故而还可以在沉积岩里找到由古生物遗迹或遗体构成的化石。

岩石在地球的演变过程中，受到强烈的挤压或高温的影响，或者被注入外来物质，从而发生面目全非的变化，一种新的岩石由此产生，我们把这种岩石称为变质岩。例如，花岗岩能够变成片麻岩，页岩和一些砂岩会变成片岩、板岩等。

总之，地球上的所有岩石的形成，都无法脱离以上三种途径。