世界科技全景百卷书（56）认识地球.pdf

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1、更多好书请点击 www.uus8.org地球的身世美丽的地球，我们的家园。它是太阳系的骄子，人类的摇篮。 地球是我们人类的家园。尽管地球是太阳系中一颗普通的行星，但它有 许多方面都是独一无二的。例如，它是太阳系中唯一一颗表面大部分被水覆 盖的行星，也是目前所知唯一一颗有生命存在的星球。它的地质活动的激烈 程度在九大行星中也是首屈一指的。人类大约在 1 7 0 万年前就诞生了，但人 类知道自己生存在一个不大、而且极普通的行星之上，却只是近几百年的事。 数千年来，人类对自己生存的空间产生过各种遐想，编织成美丽的传说。在 中国古代就有盘古开天辟地、女娲补天的故事。古希腊神话讲开天辟地时， 也是说宇宙

2、是从混沌之中诞生的，最先出现的神是大地之神该亚。天空、 陆地、海洋都是由她而生，她是最有资格、最有权势的神之一，所以人们尊 称她为“地母”。 自古以来，人类就用各种各样的方法去探索宇宙、探索星星，寻找宇宙 中的伙伴。但到目前为止，还没有确切地发现其他星球上有生命存在。太阳 系九大行星及它们的卫星中，只有地球有生命，它奉献出所有的一切无私地 哺育着人类。地球的诞生在很久很久以前，太阳系是由一团星云收缩形成的。在收缩过程中，星 云中央部分增温，形成原始太阳。当原始太阳中心温度达到 7 0 0 万摄氏度时， 就会发生氢聚变为氦的热核反应。这种反应非常剧烈，发出很大的能量，于 是光芒四射的太阳便诞生了

3、。由于星云体积不断缩小，因而自转加快，离心 力增大，逐渐在赤道面附近形成一个星云盘。星云盘上的物质不断聚集，最 后演化为包括地球在内的九大行星和其他小天体。太阳系是一个宠大的家 庭，包括太阳及围绕太阳旋转的九大行星、5 0多颗围绕不同行星运转的卫 星、数以万计的小行星、彗星和流星体等。太阳系的空间范围很大，冥王星 是离太阳最远的行星，如果以它的轨道作为太阳系的边界，那么太阳系所占 的空间直径就长达 1 1 8 亿千米。然而，太阳系只是银河系中极其微小的一部 分，在整个银河系中，像太阳这样的恒星大约有 1 5 0 0 亿颗。 太阳和地球的年龄有多大呢？通常，年龄可以通过多种不同的途径来确 定。如

4、树木的年龄可根据树干的年轮纹数来确定，骡马的年龄可根据牙齿的 发育情况来判定，太阳和地球的年龄则可以利用岩石中放射性元素来探讨。 到目前为止，人们发现地球上最古老的岩石年龄为 3 5 亿年左右，月球岩石的 年龄为 4 6 亿年，而陨石的年龄都在 4 7 亿年之前。根据以上分析，并综合太 阳系演化的研究，科学家们推断：太阳系的年龄为 5 0 多亿年，而地球是在距 今 4 6 亿年前形成的。 经过漫长岁月的缓慢演化，地球上诞生了生命。直到 2 0 0万3 0 0万年 前，地球的骄子人类才出现。地球的母亲万物生长靠太阳。地球能孕育生命，哺育人类，首先要归功于太阳。太更多好书请点击 www.uus8.

5、org阳是太阳系的中心天体，地球和其他行星围绕着它旋转。太阳比地球大，它 的直径约 1 4 0 万千米，是地球的 1 0 9 倍；它的质量约 2 0 0 0 亿亿亿吨，相当于 地球的 3 3 万倍，太阳是离地球最近的一颗恒星，也是太阳系中唯一自身发光 的恒星。 太阳每分钟辐射到地球表面的能量，每平方厘米约有 8 . 1 6 焦耳，可使地 表平均温度保持在 1 4 左右。如果没有太阳光的照射，地面温度会很快降到 - 2 7 3 左右。太阳这么大的能量是从哪里来的呢？ 如此巨大的能量来自太阳中心。太阳中心是个高温、高压、高密度的环 境，在这里 4 个氢原子可以聚变为 1 个氦原子，同时释放出能量。

6、这种能量 要经历千万年才能传到太阳表面，再辐射到周围空间。太阳就像一个巨大的 “原子炉”，以氢为燃料，一直不停地燃烧着。 太阳每秒钟会把大约 6 . 3 亿吨氢转变成为 6 . 2 5 4 亿吨氦。这就是说，它 每秒钟会失去 4 6 0 万吨质量。这些物质转化为辐射能量，永远不属于太阳了。 人们或许要担心这个“原子炉”会因燃料供应不足而很快熄灭。其实太阳的 质量非常大，即使在这种惊人的转化速度下，太阳仍然有足够多的氢，可以 保证这种燃烧过程持续不断地进行。据天文学家估计，从现在算起的 5 0 亿年 后，太阳将进入一个氦核聚变的全新阶段。那时地球上将热得无法忍受，海 洋会被烤干，生命将不复存在，

7、甚至地球上也可能被烧成灰烬。然而，这一 切是在 5 0 亿年之后。那时的人类，该是何等的文明！相信他们会有能力来避 免灾难的发生。地球名片地球的形状 1 9 4 8 年，著名的美国天体物理学家霍伊耳曾说：“一旦有了一张从地球 外部拍摄的地球照片，一旦离开地球到空间成了常事，人们就将得到一个新 的概念，这个新概念将同历史上任何一个新的概念那样强有力。”随着科学 技术的发展，人类渴望全面认识地球的强烈愿望实现了。不但利用人造卫星 拍摄了地球遥感照片，宇航员还亲自从太空鸟瞰地球的全貌，获得了地球丰 富多彩的信息资料。 公元前五六世纪，古希腊哲学家从球形最完美这一概念出发，认为地球 是球形的。亚里士多

8、德根据月食时月球上的地影是一个圆，第一次科学论证 了地球是个球体。1 6 世纪，葡萄牙航海家麦哲伦领导的环球航行第一次用实 践证明地球为球形。 最早算出地球大小的，应该说是公元前 3 世纪的希腊地理学家埃拉托斯 特尼。他成功地用三角测量法测量了阿斯旺和亚历山大城之间的子午线长， 算出地球的周长约为 2 5 万希腊里 （3 9 6 0 0 公里），与实际长度只差 3 4 0 公里， 这在 2 0 0 0 多年前实在是了不起。 1 7 世纪末，牛顿研究了地球自转对地球形态的影响，从理论上推测地球 不是一个很圆的球形，而是一个赤道处略为隆起，两极略为扁平的椭球体， 赤道半径比极半径长 2 0多公里。

9、1 7 3 5 1 7 4 4年法国巴黎科学院派出两个测 量队分别赴北欧和南美进行弧度测量，测量结果证实地球确实为椭球体。 本世纪 5 0年代后，科学技术发展非常迅速，为大地测量开辟了多种途 径，高精度的微波测距，激光测距，特别是人造卫星上天，再加上电子计算更多好书请点击 www.uus8.org机的运用和国际间的合作，使人们可以精确地测量地球的大小和形状了。通 过实测和分析，终于得到确切的数据：地球的平均赤道半径为 6 3 7 8 . 1 4 公里， 极半径为 6 3 5 6 . 7 6 公里，赤道周长和子午线方向的周长分别为 4 0 0 7 5 公里和 3 9 9 4 1 公里。测量还发现

10、，北极地区约高出 1 8 . 9 米，南极地区则低下去 2 4 3 0 米。所以有人说，地球像一个倒放着的大鸭梨。其实地球确切地说，是个 三轴椭球体。 地球的内部结构 今天探测器可以遨游太阳系外层空间，但对人类脚下的地球内部却鞭长 莫及。目前世界上最深的钻孔也不过 1 2 公里，连地壳都没有穿透。科学家只 能通过研究地震波、地磁波和火山爆发来揭示地球内部的秘密。一般认为地 球内部有四个同心球层：内核、外核、地幔和地壳。 地壳实际上是由多组断裂的，很多大小不等的块体组成的，厚度并不均 匀。大陆地壳平均厚约 3 0 多公里，海洋地壳仅 5 8 公里。地壳上层为花岗 岩层，主要由硅铝氧化物构成；下层

11、为玄武岩层，主要由硅镁氧化物构 成。理论上认为地壳内的温度和压力随深度增加，每深入 1 0 0米温度升高 1 。近年的钻探结果表明，在深达 3 公里以上时，每深入 1 0 0 米温度升高 2 . 5 ，到 1 1 公里深处温度已达 2 0 0 。 目前，所知地壳岩石的年龄绝大多数小于 2 0 多亿年，即使是最古老的石 头丹麦格陵兰的岩石也只有 3 9亿年；而天文学家考证地球大约已有 4 6 亿年的历史，这说明地球壳层的岩石并非地球的原始壳层，是以后由地球内 部的物质通过火山活动和造山活动构成的。 地幔厚度约 2 9 0 0 公里，主要由致密的造岩物质构成，是地球的主体。地 幔分成上地幔和下地幔

12、。一般认为上地幔顶部存在一个软流层，推测是由于 放射元素大量集中，蜕变放热，将岩石熔融后造成的，可能是岩浆的发源地。 下地幔温度、压力和密度均增大，物质呈可塑性固态。 地核的平均厚度约 3 4 0 0 公里，外核呈液态，可流动。内核是固态的，主 要由铁、镍等金属元素构成。中心密度为每立方厘米 1 3克，温度最高可达 5 0 0 0 左右，压力最大可达 3 7 0 万个大气压。 最近，美国一些科学家用实验方法推算出地幔与外核交界处的温度为 3 5 0 0 以上，外核与内核交界处温度为 6 3 0 0 ，核心温度约 6 6 0 0 。 地射的辐射带 早在 2 0 世纪初，就有人提出太阳在不停地发出

13、带电粒子，这些粒子被地 球磁场俘获，束缚在离地表一定距离的高空形成一条带电粒子带。5 0 年代末 6 0 年代初，美国科学家范艾伦根据“探险者”1 号、 3 号、 4 号的观测资料 证实了这条辐射带的存在，确定了它的结构和范围，并发现其外面还有另一 条带电粒子带。于是离地面较近的辐射带称为内辐射带，离地面较远的称为 外辐射带，因是范艾伦最先发现的，故又称为内范艾伦带和外范艾伦带。 这两条地球辐射带对称于地球赤道排列，且只存在于低磁纬地区上空。 内辐射带的中心约在 1 . 5 个地球半径，范围限于磁纬4 0 之间，东西半球 不对称，西半球起始高度低于东半球，带内含有能量为 5 0 兆电子伏的质子

14、和 能量大于 3 0 兆电子伏的电子。 外辐射带位于地面上空约 2 3 个地球半径处， 厚约 6 0 0 0公里，范围可延伸到磁纬 5 0 6 0 处，其中的带电粒子能量比 内带小。一般说来，在内辐射带里容易测得高能质子，在外辐射带里容易测 得高能电子。地球辐射带是空间探测时代的第一项重大天文发现。1 9 9 2 年 2 月初，美 国和俄罗斯的空间科学家宣布，他们发现了地球的第三条辐射带。新辐射带 位于内外范艾伦带当中的位置，是由所谓的反常宇宙线大部分是丢失一 个电子的氧离子构成的。 地球的磁层 地球磁场，简言之是偶极型的，近似于把一个磁铁棒放到地球中心，使 它的极大体上对着南极而产生的磁场形

15、状。当然，地球中心并没有磁铁棒， 而是通过电流在导电液体核中流动的发电机效应产生磁场的。地球磁场不是 孤立的，它受到外界扰动的影响，宇宙飞船就已经探测到太阳风的存在。太 阳风是从太阳日冕层向行星际空间抛射出的高温高速低密度的粒子流，主要 成分是电离氢和电离氦。因为太阳风是一种等离子体，所以它也有磁场，太 阳风磁场对地球磁场施加作用，好象要把地球磁场从地球上吹走似的。尽管 这样，地球磁场仍有效地阻止了太阳风长驱直入。在地球磁场的反抗下，太 阳风绕过地球磁场，继续向前运动，于是形成了一个被太阳风包围的、慧星 状的地球磁场区域，这就是磁层。 地球磁层位于地面 6 0 0 1 0 0 0 公里高处，磁

16、层的外边界叫磁层顶，离地 面 5 7 万公里。在太阳风的压缩下，地球磁力线向背着太阳一面的空间延伸 得很远，形成一条长长的尾巴，称为磁尾。在磁赤道附近，有一个特殊的界 面，在界面两边，磁力线突然改变方向，此界面称为中性片。中性片上的磁 场强度微乎其微，厚度大约 1 0 0 0 公里。中性片将磁尾分成两部分：北面的磁 力线向着地球，南面的磁力线离开地球。1 9 6 7年发现，在中性片两侧约 1 0 个地球半径的范围里，充满了密度较大的等离子体，这一区域称作等离子体 片。当太阳活动剧烈时，等离子片中的高能粒子增多，并且快速地沿磁力线 向地球极区沉降，于是便出现了千姿百态、绚丽多彩的极光。由于太阳风

17、以 高速接近地球磁场的边缘，便形成了一个无碰撞的地球弓形激波的波阵面。 波阵面与磁层顶之间的过渡区叫做磁鞘，厚度为 3 4 个地球半径。 地球磁层是一个颇为复杂的问题，其中的物理机制有待于深入研究。磁 层这一概念近来已从地球扩展到其他行星。甚至有人认为中子星和活动星系 核也具有磁层特征。 地球的运动 宇宙中所有的天体，都按一定系统，有规律地运动，运动的形式多种多 样。地球除了自身内部的物质运动外，它的绕轴自转运动和绕日公转运动非 常重要，与人类的关系也最为密切。 （1 ）地球的自转 地球自西向东绕地轴在不停地旋转着，这是地球的自转。地球的自转轴 叫地轴。地球自转的方向是自西向东。 地球自转一周

18、 3 6 0 ，所需的时间是 2 3 时 5 6 分 4秒。这叫做一个恒星 日，即天空某一恒星连续两次经过上中天（天体每天经过观测者的子午圈平 面两次，离天顶较近的一次叫上中天）的时间间隔。这是地球自转的真正周 期。 一天 2 4 小时， 是太阳连续两次经过上中天的时间间隔， 叫做一个太阳日。 由于地球在自转的同时还在绕日公转，一个太阳日，地球要自转 3 6 0 5 9 ， 比恒星日多出 5 9 ，所以时间上比恒星日多 3 分 5 6 秒。 地球自转的角速度大约是每小时 1 5 ，每 4 分钟 1 。由于地球表面是 固体，除南北两极点外，任何地点的自转速度都一样。更多好书请点击 www.uus

19、8.org地球自转的线速度，则因各地纬度的不同而有差异。这是因为纬线圈的 周长自赤道向两极逐渐减小。赤道处纬线圈最长，自转速度最快，每小时旋 转 1 6 7 0千米；到了南北纬 6 0 ，纬线圈周长缩短，地球自转线速度约减小 为赤道处的一半。到了南北极点，则既无线速度，也无角速度。 由于地球自转而产生的自然现象是多方面的，最显著的地理意义是 o ： 地球自转产生了昼夜更替现象。由于地球是一个不发光、也不透明的球 体，所以在同一时间里，太阳只能照亮地球表面的一半。向着太阳的半球， 是白天；背着太阳的半球，是黑夜。昼半球和夜半球的分界线，叫做晨昏线。 由于地球不停地自转，昼夜也就不断地交替。昼夜交

20、替的周期不长，就是上 述的太阳日。这就使得地面白昼增温不至于过分炎热，黑夜冷却不至于过分 寒冷，从而保证了地球上生命有机体的生存和发展。 由于地球自转，地球上不同纬度的地方，有不同的地方时；经度每隔 1 5 ，地方时相差一小时。 物体水平运动的方向产生偏向。地球上水平运动的物体，无论朝着哪个 方向运动，都发生偏向，在北半球向右偏，在南半球向左偏。这些现象都是 自转的结果，也是地球自转的有力证据。 由于地球的自转，大气中的气流、大洋中的洋流都产生偏向，这对地表 热量与水分的输送交换，对全球热量与水量的平衡，都有着巨大的影响。 地球自转对地球形状的影响。地球自转所产生的惯性离心力，使地球由 两极向

21、赤道逐渐膨胀，成为目前略扁的旋转椭球体的形状。这个椭球体的半 长轴，即地球赤道半径为 6 3 7 8 . 1千米；半短轴，即地球的极半径为 6 3 5 6 . 8 千米，赤道半径比极半径约长 2 1 千米。 近年来，根据人造地球卫星观测的结果表明，赤道类似椭圆，而不是正 圆，所以地球的形状，也可认为是一个“三轴椭球体”。但是，这些差值同 地球平均半径相比都很小，所以从太空中看地球，仍是一个圆球体。 （2 ）地球的公转 地球绕太阳的运动，叫做公转。地球公转的路线叫做公转轨道。它是近 似正圆的椭圆轨道。太阳位于椭圆的两焦点之一。每年 1 月初，地球离太阳 最近，这个位置叫做近日点；7月初，地球距离

22、太阳最远，这个位置叫做远 日点。地球公转的方向与自转的方向相同，也是自西向东的。 地球绕日运动的轨道长度是 9 4 0 0 0万千米，公转一周所需的时间为一 年；天文上通常所说的年是 3 6 5 日 5 时 4 8 分 4 6 秒，这是一个回归年。地球 绕日一年转 3 6 0 ，大致每日向东推进 1 。这是地球公转的平均角速度。地 球公转的线速度平均每秒钟约为 3 0 千米。在近日点时公转速度较快，在远日 点时较慢。 地球一边公转，一边自转。有公转，就有轨道平面，即黄道平面。有自 转，就有赤道平面。在黄道平面同赤道平面之间有一个交角，叫做黄赤交角。 目前的黄赤交角是 2 3 2 6 。地轴同轨

23、道平面斜交的角度为 9 0 - 2 3 2 6 = 6 6 3 4 ，并且地轴在宇宙空间的方向不因季节而变化。因此，在地球绕日 公转过程中，太阳有时直射在北半球，有时直射在南半球，有时直射在赤道 上。太阳直射的范围最北是北纬 2 3 2 6 ，最南是南纬 2 3 2 6 。当太阳直 射在北纬 2 3 2 6 时，就是北半球的夏至日（6 月 2 2 日前后）。以后，太阳 直射点南移。到了 9 月 2 3 日前后，太阳直射在赤道上。这一天是北半球的秋 分日。1 2 月 2 2 日前后，太阳直射在南纬 2 3 2 6 。这一天是北半球的冬至更多好书请点击 www.uus8.org日。 以后， 太阳直

24、射点北返， 当 3 月 2 1 日前后太阳再次直射在赤道的这一天， 是北半球的春分日。6 月 2 2 日前后又直射到北纬 2 3 2 6 。这样，地球以一 年为周期绕太阳运转，太阳直射点相应地在南北回归线间往返移动。 由于黄赤交角的存在，地球绕日公转过程中引起正午太阳高度、昼夜长 短的周年变化，从而在地球上产生了四季的更替。 正午太阳高度的变化太阳光线对于地平面的交角（即太阳在当地的仰 角），叫做太阳高度角，简称太阳高度。在太阳直射点上，太阳高度是 9 0 ； 在晨昏线上，高度是 0 。太阳直射点南北移动，引起正午太阳高度的变化。 正午太阳高度就是一日内最大的太阳高度；它的大小是随纬度不同和季

25、节变 化而有规律地变化着。太阳高度就纬度分布而言，春秋二分，由赤道向南北 两方降低。6 月 2 2 日，由北回归线向南北两方降低；1 2 月 2 2 日，由南回归 线向南北两方降低。就季节变化而言，在北回归线以北的纬度带，每年 6 月 2 2 日前后，正午太阳高度达最大值；每年 1 2 月 2 2 日前后达最小值。在南回 归线以南的纬度带，情况正好泪反。在南北回归线之间各地，每年两次受到 太阳直射。 昼夜长短的变化晨昏线把所经过的纬线分割成昼弧和夜弧。由于黄赤交 角的存在，除了在赤道上和春秋分日外，各地的昼弧长、夜弧短，则白天长， 黑夜短；反之，则黑夜长，白昼短。 自 3 月 2 1 日（北半

26、球春分日）至 9 月 2 3 日（北半球秋分日），是北半 球的夏半年。那时，太阳直射北半球，北半球各纬度，昼弧大于夜弧，昼长 大于夜长。纬度越高，昼越长，夜越短；北极四周，太阳整日不落，叫做极 昼现象；南半球则反之。其中 6 月 2 2 日是北半球的夏至日。这一天，北半球 昼最长，夜最短，北极圈（北纬 6 6 3 4 ）以北，到处出现极昼现象；南半 球则反之。 自 9 月 2 3 日至次年 3 月 2 1 日，是北半球的冬半年。那时，太阳直射南 半球，北半球到处是昼短夜长。纬度越高，昼越短，夜越长；北极四周，有 极夜现象。南半球则反之。其中 1 2 月 2 2 日是北半球的冬至日。这一天，北

27、半球昼最短，夜最长，北极圈以内，到处出现极夜现象；南半球则反之。 在每年 3 月 2 1 日和 9 月 2 3 日，太阳直射赤道，全球各地昼夜等长，各 为 1 2 时。 四季更替地球上的季节变比，从天文现象来看，是昼夜长短和太阳高度 的季节变化，这种变化决定于太阳直射点在纬度上的周年变化。从天文含义 看四季，夏季就是一年内白昼最长、太阳最高的季节；冬季就是一年内白昼 最短、太阳最低的季节；春秋二季就是冬夏两季的过渡季节。我国传统上以 立春（2 月 4 日或 5 日）、立夏 （5 月 5 日或 6 日）、立秋 （8 月 7 日或 8 日）、 立冬（1 1 月 7 日或 8 日）为起点来划分四季。

28、但是，各地实际气候的递变与 此并不一定符合。我国大部分地方立春时，在气候上正处于隆冬；立秋时， 在气候上还处于炎夏。为了使季节与气候相结合，气候统计工作一般把 3 、 4 、 5三个月划为春季；6 、7 、8三个月划为夏季；9 、1 0 、1 1三个月划为秋季； 1 2 、1 、2 三个月划为冬季。地球之水水是生命的乳汁，各种生命都离不开水。更多好书请点击 www.uus8.org奔腾的江河湖泊，皑皑的冰山雪岭，浩瀚的海洋，飘荡的白云，共同组 成了地球广阔的水圈。水是地球生命的源泉，是经济发展的命脉，是地球奉 献给人类最宝贵的资源。 在总面积为 5 . 1 亿平方千米的地球上，海洋面积就达 3

29、 . 6 亿平方千米， 占全球表面积的 7 0 以上。而剩下不足 3 0 的陆地上仍分布有江河、湖泊、 冰山雪岭。在地球表面，上至天空，下至岩层，到处都有水的行踪。 地球的水圈是由地表水、地下水、大气水和生物水组成的特殊圈层。地 表水是积聚在江河湖海里的液态水和分布在高山、高纬度地区的固态冰川； 地下水保存在岩石和土壤中；大气水包括空气中的水蒸气、天上的云和到达 地表以前的降水；生物水存在于动、植物体内。生命的源泉在人类生活的地球上，也许难以找到一种物质，会像水那样变幻多端， 那样富有生气。它常使文人墨客为之倾倒，为之陶醉，他们常常用华丽的词 藻，来颂吟大海的浩渺，江河的磅礴和湖水的绚丽。水又

30、像一个不知疲倦的 旅行家，不断地进行着长距离的旅行。它自海洋以蒸汽形式蒸发上升进入高 空，又被风带到大陆，以雨雪形式飘飘洒洒地降落人间，形成径流或渗透到 土壤中，化作清澈的泉水重新出现在地表，形成涓涓细流、小溪，最后形成 气势磅礴的大河，汇入到浩渺无边的海洋。在海洋中似乎有一台巨大能量的 水泵，把大量的冷水或热水从地球的一处带到另一处，这就是我们所说的海 流。即使是山上的冰川以及北极群岛（新地岛、斯匹次卑尔根、法兰士约瑟 夫地、格陵兰）和南极，也有活动的水。由于冰具有塑性，在重力作用下逐 渐沿山坡和河谷向下滑动，使冰川的末端下降到海中，漂浮、折断成为冰山， 冰山被风和海流破碎，消融在海洋里。相

31、互沟通的世界大洋，陆地表面的江 河湖泽，以有埋藏于地壳表层的地下水等，像神秘的项链一样，构成了一个 包围地球的若隐若现的变幻莫测的水圈。 这个水圈的总水量约有 1 3 . 8 亿立方 公里，它同大气圈、岩石圈、生物圈等，相互渗透，相互制约，形成了地球 表层的圈层构造，这些圈层的相互作用，推动了地球的发展，也推动了水圈 本身的变化。地球上的水，就像一架永不停歇的永动机一样，不知疲倦地循 环、运转，一方面为人类提供丰富的资源，另一方面也为人类带来了无穷的 忧患。自古以来，人类就在巧妙地利用地球上各种各样的水，并同各种各样 的水患进行斗争。在同水的交往中，人类不断地探索它的奥秘，逐渐熟悉了 水的世界

32、，也了解到水对人类的贡献，认识到水是生命的摇篮，是生命的源 泉。 人是怎么产生的？人比植物、动物产生早，还是晚？现代科学告诉我们， 生命的起源是通过化学途径实现的。在地球形成的初期（4 5亿年前左右）， 整个地球真可谓是“天地玄黄，宇宙洪荒”。地球表面没有大气和水，更谈 不上有生物，内部也没有现在这种地壳、地幔和地核的分层，它是一个物质 分布均匀的球体。 后来，在地球内部放射性元素衰变释放热能以及不同物质的重力分异作 用下，一些比重大的物质如铁、镍等开始下沉，比重小的物质如硅、铝上升， 逐渐形成了地球的内部分层。 于是，地球内部比重小的熔融物质在压力作用下不断向地表喷发。那时，更多好书请点击

33、www.uus8.org地球表面火山遍地，岩浆横流，尘烟蔽日。一些生命必需的元素如碳、氢、 氧、氮、硫、磷等的化合物，也包括大量的水蒸气随火山喷发而逸出地表飘 向空中。水蒸气在空中遇冷又变成滂沱大雨从天而降，慢慢形成了最原始的 江河湖海。从地下喷出的大量分散气体又开始在空中聚合组成最原始的大气 圈，其成分主要是甲烷和氢，此时还没有氧气。 当时的地表景象同现在不同，到处是荒山秃岭和荒凉不毛之地。陆地上 只有硬的石头，没有植物、动物，地表只有 1 / 1 0 是海洋。火山吐着火红的岩 浆和翻卷的尘烟，海水似煮开锅一样地沸腾；暴雨冲刷着山丘，把大量的泥 沙带到低凹的海洋和盆地；天空的闪电、大量的宇宙

34、线、太阳的辐射能、陨 星坠落的摩擦生热以及地球内部释放的热能，组成了变化莫测、丰富多彩的 能量交响乐，形成了一个多能源的巨大反应炉，促使原始大气和地面上的物 质进行分解和化合。这时大气除了甲烷和氢气外，还有二氧化碳、氨气和氮 气等。 随着地球温度的逐渐下降，原来存在于岩石的结晶水由于温度升高被蒸 发到空中，这时遇冷又凝结成雨，重新降落到地面，使地球上的水圈逐步扩 大。同时，在地球生命的化学进化中，又逐渐生成了氨基酸、糖、有机碱 （嘌 呤、嘧啶）、核苷酸等低分子有机化合物，它们又溶解在水中，被河流带入 海洋。而在海洋的中层，这些低分子有机物可以不受太阳辐射能（包括紫外 线）和宇宙各种射线及海底放

35、射性喷出物的影响，经过漫长的积累，发生质 的飞跃，终于形成了各种高分子有机化合物，像蛋白质、核酸、多糖、类脂 等。蛋白质就是多种氨基酸脱水缩合的产物，核酸就是核苷酸聚合的产物。 蛋白质和核酸对于生命的出现起着决定性的作用，有了它，作为生命的 一些活动才能进行。所以说，蛋白质和核酸是生命的基本单位，是生命产生 的必要条件。 蛋白质、核酸、多糖、类脂等在原始海洋（类似今天的大淡水湖），又 通过蒸发、吸附、凝聚、冰冻等作用使它们浓缩形成一种更大分子量的多分 子体系，多分子体系的出现是向有生命力的细胞进化的关键性的一步。多分 子体系在海水和空气的作用下，形成一层最原始的膜（界膜），使它和周围 的海水隔

36、开，成为一个独立的体系。通过界膜多分子体系从外部吸收它所需 要补充的物质，并且排出废物。这种物质和能量交换过程就是最原始的新陈 代谢。这种有界膜的体系，通过物质交换，获得能量，不仅使它能保存下来， 而且能进一步自我繁殖，这就形成了最初的生命。尽管它还不具备细胞的结 构，但它是生命进化史的质的飞跃。 这批原始生命就像婴儿未出生前存在于母亲的体内一样，也是处在厌氧 状态下进行新陈代谢。后来由于大自然的雷击闪电和太阳紫外线的作用，在 离海面 2 0 2 5千米的高空形成臭氧层阻止了太阳紫外线对原始生命的威胁 和破坏，给生命的进化创造了条件。 大约在 3 5 亿年前，经过漫长的演化，原始生命内部构造逐

37、渐复杂化，并 且产生细胞膜代替界膜，开始出现了原核细胞。原核细胞没有完整的细胞核、 复杂的内膜系统、线粒体、质体和有丝分裂器，多数以单细胞生物形式存在。 这标志着生命的化学进化已完全转变到生物学进化。原核细胞仍然在厌氧状 态靠无氧呼吸获得能量和养料，又经过数亿年的进化，一些细胞产生了色素， 如叶绿素，它可以利用太阳光进行光合作用，生成氧气。以后地球才出现了 氧气，出现了好氧细胞和有氧呼吸。有氧呼吸产生的能量是无氧呼吸的几十更多好书请点击 www.uus8.org倍，促使生物进一步的转化和积累。 大约在距今 1 4亿1 5亿年间产生了真核细胞，真核细胞的出现是生物 进化史的又一里程碑。真核细胞的

38、大发展，使我们的地球进入了一个生机勃 勃、千变万化、丰富多彩的时期。今天世界上的生物，除细菌和低等藻类蓝 藻外，其它比它们高等的植物、动物和人类都是由真核细胞组成。 这些原始的单细胞生物（如眼虫藻、鞭毛生物），最初以异养、自养方 式共存（异养型生物是以摄取现成的有机物为生存手段，自养型生物能从环 境中摄取简单的无机物如 C O2、H2O等，并将其转化成复杂的有机物，如糖、蛋白质等）。随着外界环境中原始生物的不断增多，有机食物不断减少，加 速了原始生物向自养、异养摄食方式的转化，逐渐形成植物和动物，最后发 展为人类。 生命在水中诞生，在水中发展。正如 1 9 世纪最伟大的生物学家达尔文所 指出的

39、：生物的进化是由低级到高级，由简单到复杂，由水生到陆生的。地 质历史时期，无论是动物还是植物，都是首先在海水中繁衍的。即使在它们 进军陆地以后，也仍然离不开水。可以说，地球上凡是有水的地方，便有生 命，生命和水结下不解之缘。水是生命的摇篮，是生命的起源。 水是一切细胞和生命组织的主要成分，是构成自然界一切生命的重要物 质基础。我们知道，构成生物的基本单位是细胞，各种细胞都有相似的结构， 它是由一种半透明的胶状物质所构成的，这种胶状物质是生命的物质基础， 叫做原生质。原生质外面包着一层具有半透性的薄膜，叫做细胞膜，植物细 胞的外围还有一层厚壁，叫细胞壁。在原生质中，有一个密度比原生质更大 的圆球

40、形的物质，我们称做细胞核，细胞核外面的部分叫细胞质。在细胞中， 所含成分最多的是水分，它们形成液泡，它是生物体的重要组成部分。原生 质的含水量通常在 8 0 以上，水作为原生质的成分，其重要性不亚于组成原 生质骨架的蛋白质和磷脂，原生质中的大分子（蛋白质、核酸等）通过和水 分子相结合形成一种独特的结构。使原生质成为胶体状态，生命所依存的原 生质就以此为基础。如果含水量降至某一临界水平，就会引起原生质结构的 改变，最终导致死亡。但少数植物和植物器官能脱水到气干状态而丧失其生 活力，有些种子和孢子甚至能耐到烘干程度的脱水状态，但是它们的生活力 随着组织的含水量的下降而显著减弱。组织的含水量随生物物

41、种而异，人与 动物、植物的含水量有很大差异。人和哺乳动物含水量一般为 6 5 8 5 、鱼 类 7 0 、植物叶片为 7 5 8 5 、水果为 8 0 9 5 。即使是同一种植物，不 同物种间的差异也很大，如水生植物（如浮萍、水浮莲、藕等）的含水量可 达鲜重的 9 8 ；生长在岩石上的地衣含水量可低至 6 ；一般草木植物总体 含水量为 5 5 左右；木本植物则低于此值。同一植物不同器官和组织的含水 量有很大差异。根尖、幼叶等生长活跃部分含水量较高，一般可达 9 0 以上； 草本茎的平均含水量约 8 0 9 0 ；木本茎约 4 0 5 0 ；树木休眠芽的含水量 约为 4 0 ；成熟种子含水量较低

42、，一般风干种子的含水量为 1 0 左右，油料 种子则更低。植物的含水量与所处环境条件有关，并表现明显的季节和昼夜 变化。生长在荫蔽、潮湿处的植物，含水量常较向阳、干燥处的植物为高； 春、秋季的含水量较冬季为高。用相对含水量（植物组织含水量占该组织充 分吸水膨胀时含水量的百分数）和水势能较正确地反映植物的水分状况，使 用较广泛。生物在发育过程中，需要大量的营养元素，如钾、钠、镁、碘等， 而水分是重要的来源，是细胞组织组成中数量最大的物质。人类需要的许多更多好书请点击 www.uus8.org元素也可以从水中获得，对于人类来说，水分除了参与物质代谢、进行化学 反应之外，由于其比热很大，还能起到运输

43、和散热、失热、调节体温的作用。 当小孩高烧 3 9 以上时，降温最快、最有效的方法不是吃药、打针，而是用 凉水沾湿毛巾放在小孩的额头上或浑身用冷水擦洗。一个成年人在正常情况 下，每天应补给的水量为每千克体重 4 0 毫升左右。当人体失去 6 的水分时 会出现口渴、尿少和发烧；失水 1 0 2 0 将出现幻觉昏厥，甚至死亡。对人 类来说，水比食物更为珍贵。不吃食物，人的生命可维持二十几天，如不喝 水，不过几天人便死亡。所以说，水是一切细胞和生命组织的主要成分，是 一切生命的重要物质基础，没有水就没有我们人类，就没有植物、动物，就 没有生命，水是生命的摇篮。人类的乳汁人们在生活中的最重要的自然资源

44、是水。 自人类出现于世界之日起，水一直是人们生活中不可分离的伙伴。 人的一生每天从早到晚都要与水打交道：用水做饭、制饮料、洗刷物品； 雨天用伞避雨水之淋；夏日在海滨休憩游玩；冬天用暖气取暖，欣赏窗户的 冰花、霜和阳光下的闪闪积雪。 没有一个工业部门不用水来煮熬、净化、溶解、浸泡、加热、冷却、洗 涤和结晶等。没有水，人类不可能在石器时代制造出第一批陶器；没有水， 也不可能有现代的运输业和宇宙飞船。 水参与了大多数重要化学产品碱、硝酸、氧气、氢气、酒精等的生产。 水是最古老的能源，也是永恒的能源。 在古罗马，水推动了磨坊的水轮。水蒸气推动了 1 8 世纪最早的蒸汽机的 活塞。在现代化的原子能发电站

45、、热电站和水电站，水也在工作着。水在推 动着历史的巨轮向前。 农业需要水，犹如工业需要煤、铁一样。由于人工灌溉，古代文明得以 在尼罗河、底格里斯河、幼发拉底河、印度河和黄河流域繁荣，创造了人类 引以自豪、不朽的文明。 让我们来详述一下水对我们人类的贡献。 （1 ）城市诞生的摇篮 水是农业的命脉、工业的血液，是地球上一切生物赖以生存而不可替代 的重要物质条件，是生产力发展不可缺少的条件，也是人类居住地城市形 成、发展和生存的重要条件。 人类文明的发展、城市的兴建都与水有着千丝万缕、不可分割的联系。 世界上几乎没有一个文明发源地不是傍依江河、湖泊，并依靠必要的可供水 源而发展起来的。四大文明古国中

46、国的黄河、埃及的尼罗河、印度的恒河、 中东的底格里斯河和幼发拉底河，都以其丰富的乳汁孕育了人类早期的伟大 文明。因此，可以说没有水，就没有人类的文明，就没有城市。反之，由于 水源的枯竭，致使城市变成荒芜废墟的例子，在世界各地也不胜枚举。如我 国新疆丝绸之路上的楼兰等。 （2 ）城市发展的动力 为了城市的发展，必须开发、利用和管理好水资源。“治水”与“用水” 是城市发展中的必要条件。 “治水”主要表现在城市的防洪和排涝方面； “用更多好书请点击 www.uus8.org水”主要体现在“供水”、“漕运”、“灌溉”等方面。以北京为例，自金 朝建都在蓟城 8 0 0 多年来，为了都城的建设、城市的用水

47、、城市的美化和漕 运的发展，历代都充分地开发利用都城附近的泉水，成功地建成了一个完善 的供水排水河湖系统。 北京历史上有名的房涞涿灌渠工程、房陵堰和白浮引水等工程，曾使北 京出现船货云集的盛况。解放后，由于开发了永定河、潮白河冲洪积扇丰富 的地下水源；开发治理了永定河、潮白河，修建了官厅、密云两大水库，引 水到北京，使工农业生产蓬勃发展，城市面貌大大改观。由此可见，水资源 是城市发展的必要条件。 （3 ）城市发展的瓶颈 从世界范围来看，自从 1 8 世纪英国的工业化革命以来，工业迅速膨胀， 人口向城市不断集中，城市规模越来越大。世界上千万人口以上的特大城市 就有十多个，其中以墨西哥城最大，达到

48、 3 5 0 0 万人，给城市供排水带来了很 大困难。 在 1 9 世纪中期的 1 8 4 8 年和 1 8 5 4 年， 英国由于河流受病原体的污染， 造成两次霍乱流行，1 8 9 2 年德国霍乱流行，这几次都使一万多人死亡。本世 纪中期，许多国家发生了水荒，特别是近几年，我国缺水的城市也越来越多。 据 1 9 9 5年水利年鉴报道：目前，全国有 3 0 0多座缺水城市，在调查的 2 7 0 座城市，占全国城市总数近 6 0 ，占总人口 5 7 ，工农业总产值全国城市 的 4 9 ，如遇中等干旱年和特殊干旱年，分别缺水达 3 5 ，8 亿立方米和 6 2 . 4 亿立方米。当年这些城市缺水对

49、社会经济发展和环境的影响如下： 影响了城市人民生活正常用水，在特殊干旱年， 2 7 0 座城市生活缺水 8 亿立方米（相当于每日 2 2 0 万吨），数字不很大，但对人民生活造成的困难 却很严重，成为社会不安定的潜在因素之一。如 1 9 8 9 年夏季用水高峰时，大 连市供水低压区有 3 . 5 万户面临断水的危险，岭前一个居民区连续几天供不 上水， 一些居民破坏了市政供水措施。 同年， 哈尔滨有 4 0 万居民吃 “夜来水” ， 太平区发生了居民与工厂争水的纠纷。 影响城市工业的生产和发展， 2 7 0 座城市特殊干旱年工业缺水达 2 0 亿 立方米，影响工业产值 1 0 0 0 亿元。 工农业争水矛盾加剧，一些城市因缺水而挤占农业用水，从而使农用 灌溉受影响。北京农业用水 9 0 以上已是机井水，运河水已基本不给两岸农 民使用，每年只拨 2 0 0 0 万立方米，在春季小麦只浇 1 2 次水，由于灌浆期 缺水使小麦产量每亩减少 1 0 0 公斤以上。 使一些城市饮用水不符合卫生标准的现象加剧，从而危害人民的身体 健康。如北京的双桥地区和房山石化地区，地下水严重污染超标，迫使目前