漫谈地球科学

刘嘉麒 中国科学院院士、中国科学院地质与地球物理研究所研究员

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一、地球是浩瀚宇宙中的“天之骄子”

地球养育了人类，人类也在不断探索地球。在浩瀚无际的宇宙中，星球不可计数，直到现在我们只发现地球拥有生命。地球是生命的摇篮，核素是它的细胞，岩浆是它的血液，地震是它的脉搏，火山是它的喉咙，它朝气蓬勃日夜运转，遨游在广袤太空，养育着数以亿计的生灵。以人类视角看，在太阳系的八大行星中，地球最有生气、最有作为，是当之无愧的“天之骄子”。

1.火山是地球的灵魂

在太阳系八大行星及卫星中，除了木卫一以外，只有地球火山活动最频繁。火山活动并不像人们想象的那么恐怖，相反，它是地球富有生命的象征，是地球的灵魂。在有些地方，火山活动非常重要。

2.地球的陆地与海洋

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、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，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。

地球有七大洲五大洋，七大洲即亚洲、欧洲、非洲、北美洲、南美洲、大洋洲、南极洲；五大洋除了我们熟悉的太平洋、大西洋和印度洋，还有北冰洋、南大洋。国际水文地理组织定义南大洋在南纬60°左右为界的经度范围内，是包围着南极洲的海域，面积约2000千平方公里。我记得小时候地理老师教的是中国有960万平方公里的土地。但严格来说，我国还有300多万平方公里的海洋，除了领海还包括属于全人类的南极及我们在北极的部分权利。

3.第一个称量地球的人

地球半径有多长，密度是多少，这些基本但特别重要的常数是谁测的？英国化学家、物理学家亨利·卡文迪许。知道牛顿的人很多，知道卡文迪什的人可能相对少一点，卡文迪什是一位贡献和水平都不低于牛顿的科学家。他测量出地球的引力常量并由此推算出地球的质量，还测出了地球的半径和密度，以及水和空气的成分。卡文迪什是称量地球的第一人，被誉为“最富有的学者”，他的工作精神值得所有搞科研的人学习。他痴迷于工作，连吃喝都是扔一张纸条放在门外，让仆人按纸条上的要求买回来放在走廊里，等时候休息再自己拿着吃。

卡文迪什是一位为科学贡献一生的伟大科学家。剑桥大学有个卡文迪什实验室，从外面看起来比较简陋，但这个实验室到目前为止已经出了26位诺贝尔奖获得者，可见其水平和重要性。