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地球物理知识之四-地球形状

作者:地理人来源:未知 时间:2021-07-08 阅读: 字体: 在线投稿

  “不知庐山真面目,只缘身在此山中。”人类居住在地球上,对于地球形状的认识经过了一个漫长的过程。

  最早,人们通过天文观测(日蚀、月蚀等),推测地球为球形,并通过天文—大地测量等手段,得知地面沿经线变化1度的平均长度约为111.2km。我国唐代天文学家张遂(僧一行)独立得出该参量,其误差小于20%。

  后来,人们发现了地球的自转运动,并且把重力测量引入地球形状的研究,才逐渐认识到地球并不是一个正球体,而是一个赤道略凸、两极略扁的椭球体。人们曾形象地把它比喻为“橘子”。

  20世纪50年代以后,人造地球卫星上天。人们不仅可以从几十万公里的高空给地球拍摄照片,直接领略地球的形状,也可以通过对卫星轨道摄动的测量了解地球形状的细微变化。进而在椭球认识的基础上,发现南北形状的不对称性,提出所谓“梨形”地球的正确认识……其实,地球基本上为球形。所谓“橘形”地球,其扁率为〈地球长轴-地球短轴〉/(地球长轴),约为1/297。而认识所谓“梨形”地球,要付出多少智慧和代价!

  人们常常提出这样一个问题:地球表面崎岖不平,大陆有高山,海底有深沟,其变化已逾几千米。所得地球形状的南北极高度差异,仅仅十几米,它远远小于地面的实际起伏。这有什么意义呢?在地球物理学中所讲地球形状绝非地球的自然表面形态,而是有着明确物理含义的重力等位面的形状。这个重力等位面在大洋里,与一个平静的海平面重合,而在大陆上,则是这个平静海平面的自然延伸。整个地球被这样一个大地水准面包围起来,在这个面上待命的轮船,将不因为重力作用而消耗能量。显然,这个大地水准面的形状是由地球整体的质量分布决定的,因而它的形状,就是地球的形状。

  既然地球形状与地球整体质量分布有关,那么,如何由地球的形状研究其内部质量分布呢?让我们看一个例子:按照刚体转动理论,一个均匀球体的转动惯量c=0.4ma2(m为地球质量,a为地球半径)。但是,根据一个椭球体在日月引力作用下的进动速率计算,可以得到地球的实测转动惯量=0.3307ma2。为什么两者的转动惯量值不同、且实测值小于理论值?因为地球并不均匀,质量向中心集中。这个结论,进一步得到地震学、重力学和地球化学等多方面研究结果的支持。

  实际上,地球形状的研究还应包括固体潮汐的研究、负荷潮汐研究以及某些构造带的局部变形研究(称为大地形变)。这些研究结果,不仅有科学价值,而且在地震预报和太空飞船运行等方面有实际价值。


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