地球（

地球（Earth）

5-1 前言

「地球」是距離「太陽」第三近的行星，軌道半徑為14,960萬公里（1.00 AU），直徑為12,756.3 公里，在九大行星中大小排行是第五，質量是5.9736×10²⁴公斤。

「地球」與「太陽」之間的平均距離為一億五千萬公里，以此為一個「天文單位」（AU），做 為度量天體間距離的單位，而從「太陽」發出的光線需經過8.3分鐘才能傳達到「地球」。

「地球」繞「太陽」公轉的週期稱為一「年」（Year），或稱一個「回歸年」（Tropical Year）或

「太陽年」（Solar Year），其時間長度為365.2422天（365天5小時48分46秒），自轉一周的時間稱為 一「天」（Day），又稱為一個「地球日」。

「地球」是太陽系中唯一不是依據希臘神話，或羅馬神話而命名的行星，希臘神話中，稱「地 球」為「蓋亞」（Gaia）。而「地球」的名稱Earth是根據古英語及日爾曼語（德語）而來的，整 個Earth之字其來源可追溯至古撒克遜語（Old Saxon）中的「Ertha」，而其中的「Ert」在中古愛爾 蘭語（Middle Irish）裡為「大地」（Ground）之意。

「地球」在各民族古老的語言中，換成現代的發音方式，荷蘭語稱為「Aarde」，德語稱為「

Erde」，阿拉伯語稱為「Aard」（ضرأ），但所有的意義均為「土地」（Land）之意。

Gaia：希臘神話中，蓋亞（Gaia）是「地球」（Earth）、「地球女神」（Earth Goddess）或「地球之母

」（Mother Earth），為「土地」（Land）之意，即羅馬神話中的特拉斯（Tellus）。

蓋亞（Gaia）∕特拉斯（Tellus）

蓋亞是希臘神話中最早出現的神，是由「混沌之神」卡奧斯（Chaos）所生。蓋亞自行生出了「天 空之神」烏拉諾斯（Uranus）、「山脈之神」奧瑞亞（Ourea）與「海洋之神」彭特斯（Pontus），而

「混沌之神」卡奧斯即為第一代「天神」。

蓋亞又與其丈夫，即自己的大兒子「天空之神」烏拉諾斯（Uranus）結合，生了六男六女，共十 二個「泰坦巨神」（Titans）、三個「獨眼巨神」（Cyclopes）和三個「百臂巨神」（Hecatonchires），

因此「天空之神」烏拉諾斯成為第二代「天神」。

蓋亞唆使自己與烏拉諾斯所生的小兒子「農業之神」克羅諾斯（Cronus）割下了父親烏拉諾斯的

「生殖器」，因為烏拉諾斯巨大的力量來自其「生殖器」。克羅諾斯並將其丟入海中，避免烏拉諾斯 找到他的「生殖器」再度恢復力量，而「農業之神」克羅諾斯也正式成為第三代「天神」。

後來烏拉諾斯的「生殖器」在大海中化為一堆泡沫，從其中特別大又晶亮的泡沫中，誕生出「

愛神」阿芙羅黛蒂（Aphrodite），即羅馬神話中的維納斯（Venus）。

第一代天神：「混沌之神」卡奧斯（Chaos）。

第二代天神：「天空之神」烏拉諾斯（Uranus）。

第三代天神：「農業之神」克羅諾斯（Cronus）。

第四代天神：「眾神之神」宙斯（Zeus）。

泰坦男巨神：歐西納斯（Oceanus）、科伊奧斯（Coeus）、克里奧斯（Crius）、

海佩利恩（Hyperion）、艾佩特斯（Iapetus）與克羅諾斯（Cronus）。

泰坦女巨神：泰亞（Theia）、瑞亞（Rhea）、賽米斯（Themis）、

門摩西妮（Mnemosyne）、菲比（Phoebe）與、提莉絲（Tethys）。

獨眼巨神：Brontes（Thunderer）、Steropes（Flasher）與Arges（Brightener）。

百臂巨神：Briareus、Cottus與Gyges。

2 地球的形狀

古代人相信我們生活的世界不但是平的，而且還有邊緣。甚至在二十一世紀的今天，生活在非

電影《上帝也瘋狂》（The Gods Must Be Crazy，1980）就是描寫非洲土著尋找世界盡頭的故事

，主要是敘述一架小客機的駕駛，將一罐喝完的「可口可樂」玻璃瓶，從飛機上隨手扔到非洲土人 歷蘇（Nixau）的部落，土人不知道這是什麼東西，研究半天因而引起爭執。歷蘇一氣之下把玻璃 瓶扔掉，卻剛好砸破了一個小朋友的頭，於是土人認為這個玻璃瓶，一定是「上帝」丟下來的「不 祥之物」。

最後，歷蘇經歷了漫長的旅程，終於來到一個他自認為是世界盡頭的峭壁，把「可口可樂」玻 璃瓶用力的丟去還給「上帝」，找回了快樂。

《正方形》

中國在周朝有所謂的「蓋天說」，認為世界像一個「方盤子」，中央突起，天就像圓蓋一般，覆蓋 著大地，即所謂「天圓地方」。

天圓地方

《大戴禮記．天圖》：『夫子曰：天道曰圓，地道曰方。』

《晉書．天文志》：『古言天者有三家，一曰蓋天，二曰宣夜，三曰渾天。』

《晉書．天文志》：『天圓如張蓋，地方如棋盤。』

中國稱「四方上下」為「宇」，「往古來今」為「宙」。也就是說，「宇宙」包括了一切物體以及所 有事情。

《長方形》

古代埃及人認為世界是「長方形」的，「天空」被高高的山撐起，「星星」從天上垂下來，「太 陽」乘著一艘小船，順著一條大河（尼羅河）流到各地，而人們則居住在中央地帶。

《圓形》

四千年前巴比倫時代，人們在海邊望船駛離，發現船總是先從底部開始逐漸消失。此外，同樣 一顆星星在不同的地點，發現仰望它的角度卻不一樣。

十六世紀，葡萄牙探險家麥哲倫（Ferdinand Magellan，1470-1521）環繞世界一周後，才證實 我們所住的世界的確是一個圓形球體，稱為「地球」。

《扁圓形》

「地球」雖然是個圓球，但並非一個標準的圓球。

1672年，法國探險隊航行到法屬圭亞那（French Guiana），發現船上的掛鐘，在巴黎（Paris）

時很準確，但到了圭亞那的開雲（Cayenne）卻每天慢2.5分鐘，那時沒有人能解釋這個現象。事實 上，這是「地球」呈「扁平狀」的一個證據。

掛鐘鐘擺的擺動速度和當地的「地心引力」大小有密切的關係，當「地心引力」較小，鐘擺的 速度就較慢。掛鐘在開雲的速度較慢，表示當地的「地心引力」較小。「地心引力」較小，也就表 示當地距離「地心」較遠。因此可知，「赤道」附近的開雲，它的「地球」半徑比巴黎的「地球」

半徑要長。

《梨子形》

「地球」真正的形狀略像一個「梨子」，圖中紅線代表「地球」真正的形狀，藍線則是標準的 圓球形狀。

3 地球的探測

直到十六世紀的哥白尼（Nicolaus Copernicus，1473-1543）時代之後，人類才瞭解到「地球」

只不過是太陽系的另一顆行星而已。

「地球」當然不需太空探測船才可認識，但是直到二十世紀我們才真正勾勒出整個「地球」的 全貌，自太空中取得的「地球」影像是相當重要的因素。

「地球」的太空影像對天氣預測，尤其是「颱風」（Typhoon），大西洋沿岸稱為「颶風」（Hurricane

）的預報來說有很大的幫助，而且從太空看到的「地球」真是非常美麗。

颱風（Typhoon） 颶風（Hurricane）

4 地球的公轉與自轉

「地球」繞「太陽」公轉週期為365.2422天，稱為一「年」或一個「太陽年」。「地球」目前的 自轉週期為24小時，稱為一「天」或一個「地球日」。

「地球」與「月球」之間的「潮汐力」會使「地球」的自轉週期每一世紀增加約2毫秒，「地球

」的自轉會愈來愈慢。研究顯示，9億年前，「地球」一天只有18小時，而一年則有481天。

1963年，美國人威爾斯（J.W. Wells）在《自然》雜誌提出「生物時鐘」的理論，他利用珊瑚 的「年成長值」與「日成長值」推算出；

「地球」在「泥盆紀」時，約3.95～3.45億年前，一年有400天。「地球」在「石炭紀」早期時

，約3.45～2.8億年前，一年有390天。

5 地球的構造

「地球」由化學組成成分及地震震測特性來看，「地球」本體可以分為三層，或稱「同心殼層

」（Concentric Shell）、由外而內分別是「地殼」、「地函」與「地核」。

地殼：「地球」範圍由地表下0～40公里，稱為「地殼」（Crust）。

地函：「地球」範圍由地表下40～2,890公里，為固態，稱為「地函」（Matle）。

地核：「地球」範圍由地表下2,890～6,378公里，稱為「地核」（Core）。

地 球 殼 層

（公里）

地 殼 Crust 0～40 莫 氏 不 連 續 面 Mohorovicic Discontinuity

上 地 函 Upper Mantle 40～400 地 函

下 地 函 Lower Mantle 650～2,890 古 氏 不 連 續 面 Wiechert-Gutenberg Discontinuity

外 地 核 Outer Core 2,890～5,150 地 核

內 地 核 Inner Core 5,150～6,378

《地殼》 （Crust）

「地殼」為固態，主要由「火成岩」組成，密度約為「水」的3倍。

「地殼」的溫度隨深度成比例增加，深度每增加100公尺，溫度上升3℃。「地殼」底部達1,000

℃，壓力大約是9,000大氣壓（atm）。

「地殼」厚度變化頗大，「海洋地殼」與「大陸地殼」又不盡相同。「海洋地殼」較薄，平均厚 約7公里。而「大陸地殼」就較厚得多，平均厚約40公里。

「地殼」本身又分為三層，依序為「沉積岩層」、「花崗岩層」與「玄武岩層」。

沉積岩層：「沉積岩層」（Sedimentary Layer）分布在「地殼」最上面但並不是到處都有，而是斷斷 續續的，厚度也不完全相同，最厚的地方達15公里。

花岡岩層：「花岡岩層」（Granitic Layer）位於「沉積岩層」的下面，亦稱為「矽鋁層」（Sial），厚 度約14～40公里。

玄武岩層：「玄武岩層」（Basaltic Layer）位於「花岡岩層」的下面，亦稱為「矽鎂層」（Sima），厚 度約30公里。

「花岡岩層」一般集中在大陸下面和海洋不深的地方的基底上，主要是由色淺質輕的岩石組成

，因為它的成分除了「氧」與「矽」之外，含「鋁」比較多。

「玄武岩層」在大洋深處，往往直接暴露在海底表面，由深色較重的岩石組成，因為它的成分 除了「氧」與「矽」之外，含「鎂」比較多。

《地函》 （Mantle）

「地函」緊接「地殼」下面，厚約2,900公里，約占地球總體積的83％，總質量的68％，確實 的成分尚不明瞭。

「地函」因壓力造成的晶體結構變化使得「地函」可分為「上地函」、「下地函」與「過渡帶」

三部分。

上地函：「上地函」與「地殼」相接觸，自「地殼」底部向下延伸約400公里，稱為「上地函」（Upper Mantle）。

過渡帶：「上地函」與「下地函」之間，自「地殼」下400～700公里處，厚度約300公里，稱為「過 渡帶」（Transition Zone）。

下地函：「下地函」與「地核」相接觸，自「地殼」下700～2,890公里處，厚度約2,100公里，稱為

「下地函」（Lower Mantle）。

「上地函」主要有「矽」、「鐵」、「鎂」……等成分的「橄欖岩」所組成，因此又稱為「橄欖岩 層」。

「下地函」很少有化學成分和岩相的變化，而「過渡帶」底部為最深震源存在之處。

「地函」的物質密度比「地殼」大，大約是「水」的5倍左右，所以「地殼板塊」可以漂浮於

「地函」之上。

「地函」的溫度大約是1,200～2,000℃，壓力達到100多萬個大氣壓。

《地核》 （Core）

「地核」又可分成兩部分，「外地核」與「內地核」。

外地核：「外地核」深度範圍由地表下2,890～5,150公里，為「液態」，稱為「外地核」（Outer Core

）。

內地核：「內地核」深度範圍由地表下5,150～6,378公里，為「固態」，稱為「內地核」（Inner Core

）。

6 不連續面（Discontinuity）

「地球」內部這些不同的「層圈」都是以「不連續面」為界，最有名的就是在「地殼」與「地 函」之間的「莫氏不連續面」，以及「地函」與「地核」之間的「古氏不連續面」。

莫氏不連續面：「地殼」與「地函」之間的「界面」，稱為「莫氏不連續面」（Mohorovicic Discontinuity

）。

古氏不連續面：「地函」與「地核」之間的「界面」，稱為「古氏不連續面」（Wiechert-Gutenberg Discontinuity）。

《莫氏不連續面》 （Mohorovicic Discontinuity）

1909年，南斯拉夫地震學家莫荷羅維奇（Amdrija Mohorovicic，1857-1936）在研究古伯河谷（

Kulpa Valley）所發生的地震，發現當時在地震儀上收到的兩組「P波」「S波」中，晚到的一組「P 波」和「S波」是直接由震源傳播過來的。而另一組先到的「P波」和「S波」是經過「不連續面」

這個「不連續面」在地面下約50公里處，其上下物質有相當大的差異，因而使地震波的波速發 生變化，表示其上下物質有化學成分或物理性質的變化。

為了紀念莫荷羅維奇的發現，稱此「不連續面」為「莫氏不連續面」（Mohorovicic Discontinuity

）。

「莫氏不連續面」以上的部份叫做「地殼」，以下的部份叫做「地函」。

《古氏不連續面》 （Wiechert-Gutenberg Discontinuity）

此後，在地表下2,900公里處又發現一個「不連續面」存在。

「地函」與「地核」交界處的震波「不連續面」，當「P波」傳至該處，波速會明顯降低，而

「S波」會消失不見。

1914年，德國地球物理學古騰堡（Beno Gutenberg，1889-1960）解釋此種現象，認為在2,900 公里深處之物質己和上部的物質不同，並可能己「液化」才造成「S波」消失。

為了紀念古騰堡的發現，稱此「不連續面」為「古氏不連續面」（Wiechert-Gutenberg Discontinuity

），其中溫徹爾特（Emil Wiechert，1861-1926）是古騰堡的老師。

「古氏不連續面」分開其上的「地函」與其下的「地核」。

7 地球的成份

《地球的質量分佈》

「地函」佔有「地球」的主要質量，「地核」反而位居其次，至於我們生存的空間則只是整個

「地球」質量極小的一部分。

地 球 殼 層 質 量（×10

公斤）

大 氣 層 Atmosphere 0.0000051 海 洋 Ocean 0.0014

地 殼 Crust 0.026

地 函 Mantle 4.043 外 地 核 Outer Core 1.835

內 地 核 Inner Core 0.09675

《地球的組成成份》

地 殼：「地殼」的主要成分是「石英」（SiO2）及「矽酸鹽類」如「長石」……等。

上地函：「上地函」的主要成分是「橄欖石」及「輝石」「氧」，再加上一些「鐵」、「鈣」及「鋁」

。

地 核：「地核」的主要成份是「鐵」或「鐵鎳質」，不過也可能有一些較輕的物質存在。「地心」

的溫度約有7,500℃，比「太陽」表面的溫度還要高。

這些瞭解都是來自於地震震測資料，雖然「上地函」的物質有時會因火山噴出熔岩而被帶到地 表來，但是我們仍無法到達固體「地球」的主要部分，目前的海底鑽探行動連「地殼」都尚未挖穿

。

整體估算，「地球」化學組成的重量百分比為；

元 素

（％）

鐵 Fe 34.6

氧 O 29.5

矽 Si 15.2

鎂 Mg 12.7

鎳 Ni 2.4

硫 S 1.9

鈦 Ti 0.05

「地球」是平均密度最大的主要星體。其它「類地行星」也都具有和「地球」類似的結構與組 成，但其中也有一些差異。

「火星」及「月球」的「函」相對較厚，「月球」和「水星」沒有明顯化學組成不同的「函」

與「殼」之分。

「月球」的「核」所佔比例最小，「水星」的「核」所佔比例最大，「地球」可能是唯一可再分成「內 核」與「內核」的「行星」。