第七章
作为行星和世界的地球

现在我们来谈谈地球上活跃的情况。这个载着我们的球，其赤道处的直径是12 757千米。它不是一个球体，它是一个略微扁平的椭球。连接两极的直径比赤道带的直径要短一些，两者之差是1/297〔更精确的数字是1/298。——译者注〕，或者43千米。在直径1米的球上，这个1/297的差异不过是3. 13毫米。地球上最高的山峰是喜马拉雅山的珠穆朗玛峰，海拔8 848. 43 米，在这作为标本的球上也只是0. 7毫米。所以地球比一个最圆的橙果还要圆，或者和台球一样圆。至于居住在地球上的人，他们的身材真是太渺小了，在1米直径的球面上，字母O这样大的范围内，容得下3万人身挨着身地躺在里面。

人离地面愈高，眼界愈是开阔，他的眼睛所能看见地球上的圆圈的直径大约随高度的平方根而增加。在300米高处（图89），可以看见68千米外的天界，换句话说，即人的眼睛所能看见范围的直径是136千米。在勃朗峰（Mont-Blanc）〔欧洲阿尔卑斯山的最高峰，在法国境内。——译者注〕4 807 米的高处，当天气极晴朗的时候，如果将折光的效果计算进去，眼睛可以望见270千米外的平原。

地球被大气所包围，人在它的下层呼吸与生活着。这大气是氧、氮、氩、二氧化碳等所组成的，还有一些分量时常变化的水汽（水汽是由江、湖、海、洋以及潮湿土地所蒸发而升起的）。大气不是绝对透明的，它漫射日光，使天空呈现蓝色，好像半穹状地盖在我们的头上。空气的分子被日光照亮，使我们白天不能看见星星。最明亮的行星，如金星、木星以及最亮的新星，有时在蓝色天幕上特别突出，就是在白天人们用小望远镜或涂黑的空管也可以看见它们。好的望远镜增加星的视亮度，减少蓝天的光亮，在白天也同样可以望见星座里的明星。

上升愈高，大气愈是稀薄，可是它并没有确定的上限。人乘气球已上升到了22千米高〔斯蒂文斯（Stevens）和安德森（An-derson），1935年11月11日〕，而没有载人的探空气球会上升到 36 千米〔维冈（Wig-and），1930年〕。人到了7千米或8千米高处，空气稀薄到不适宜呼吸的程度，便非有帮助呼吸的器械不可了。（图90）

曙暮辉的现象给予我们一些关于高层大气的情况。地面上的观测者可以看见，日落时阳光还会在短时间内照耀着高层大气（图91）。记下黄昏在天顶消逝的时刻，我们便可以算出漫射阳光的气层高度，这高度是70千米或80千米。1883年，喀拉喀托（Krakatau）火山爆发，喷射出大量的灰尘。经过两年之久，这些灰尘还漂浮在大气中，使得整个地球呈现曙暮辉这种特殊的现象。早晚的红霞特别鲜明，那时在法国测得这些灰尘云最高达72千米。

近年来，利用火箭直接对大气进行研究有了很大的进步。第二次世界大战时，火箭是一种杀人的武器，战后便用来做科学研究。1947年，有一枚火箭带着各种科学仪器到达 160 千米高处，以后这记录又屡被打破，曾经到达400千米的高空〔实际上在本书法文本出版后，1957 年以来地球上连续地发射了一系列的人造地球卫星、宇宙火箭、宇宙飞船，打破了以往任何的飞离地面的高度记录。——校者注〕。在大约100千米高处，气压就只有千分之一毫米汞柱。至于温度，也发生了显著的变化。利用探空气球我们发现，从地面起至10千米高，大气的温度逐渐降低；再往上去20多千米之内，气温没有什么变化，常保持在-60℃至-50℃之间（图92）。地面和地面上10千米之间的大气下层，叫作 对流层 ，这以上的大气叫作 平流层 。

到了30千米以上，气温又迅速地增高。这里气温骤增的原因是由于氧气，特别是由于高空相当多的臭氧吸收阳光的能量而造成的。在离地面50千米处，气温高至50℃或者更高些。但是在55千米以上，已超过了臭氧层，气温又下降，一直下降到-50℃。然后，温度又升高，至90多千米的高处，气温升至0℃，至110千米时又增高到80℃。

地球上空有一层臭氧，实在是自然的一种恩赐，因为这种气体有一种特性，最能吸收太阳发出的紫外辐射。假使没有这层臭氧的保护，这些极端有害的辐射便会把动物和植物的机体组织破坏掉，世界上便不会有生物了。幸而经常有这一层保护层，使人类不致灭亡。虽然因阳光里紫外辐射的影响，空气中的一部分氧变化为臭氧，但一部分臭氧又在分解，所以总是维持着一个十分稳定的平衡。30 多年前，法国物理学家查理·法布里（Charles Fabry）开始进行这一观测，以后全球各地陆续进行观测，证明保护我们的臭氧含量的变化是极其微弱的。

阳光里的紫外线还有别的效果，它使某些空气层维持在某种特殊的带电情况，一般叫作 电离 的情况之下。所谓 电离层 就是这些特殊气层的总称，它们对于无线电波起一种反射作用，纵然电波走的是直线，而地球是圆形的，也使得电波可以达到距离发射站很远的地方，甚至到达地球的另一面去。电离层有一层名叫E层，在白天里最为活跃，它高出地面120千米；还有一层在250千米或300千米高处，叫作F层。物理学家每天观测电离层的变化，因为它和无线电通信有关。

在120千米高空的地方是流星经常出现的地方。明亮的流星在达到80千米高空的地方便已熄灭，较大的流星可以深入下层，有些甚至降落到地面上来。这些在本书第五篇我们还要详细讨论到。极光是由太阳喷射出的质点激发高空的空气所产生的现象（图93）。我们测出了它们所在的高度，它们常出现在100千米至120千米的高空，还有一些出现在 1 100 千米的高空。人们所观测到的地球上的现象再没有比这个更高的了。所以，我们可以认为我们的大气层是有1 000 千米至1 200 千米之厚，这以外便是行星际空间了〔1957年以来，从人造地球卫星所得到的资料证明，地球大气层比从前估计的要高，它的高度大约是3 000 千米。——校者注〕。

和我们直接有关的气象现象，如云、雨、风、雹、风暴、飓风、台风等，都发生在对流层里，而这一层不过占全大气层厚度的百分之一，可算是非常薄的一层。

大气对于天文观测有很大的影响，它使星光偏向，使我们所见的星光的方向不是它真实的方向。这种偏向，叫作天文折光或 蒙气差 （图94）。在我们头顶上的点，学名叫作 天顶 ，那里没有偏向的效果，因为光线垂直射在它所经过的气层里。但是距离天顶愈远，这效果便愈显著；接近地平线的时候，这效果之大，能使初升的太阳或月亮虽还在地平线之下却能被观测者看到它已升起在地平线上了。根据同样的道理，当夕阳的下端接触大海边沿的时候，其实整个太阳已落在地平线以下了。事实上，地平线蒙气差比大约半度的太阳或月亮的视直径还大一些，而在45°高的地方，即地平线和天顶当中，蒙气差不过是一弧分。这是因为星接近地平线时，蒙气差增加很快，而且使初升或刚落的太阳呈现了比较扁平的椭圆形状，因为太阳的下部边缘比起上部边缘显然是更被提高了一些。地球的体积是1. 083亿立方千米。科学家曾用卡文迪什（Cavendish）的天平测定出地球的质量，于是求出地球的平均密度是水密度的5. 5倍。因为地壳的密度只是 2. 7 克/厘米 3 至 2. 8克/厘米 3 ，所以地心的密度应该假设是大于5克/厘米 3 的。大气的质量大约占地球的质量的一百万分之一。

地球的面积为5. 1亿平方千米，其中 3. 57 亿平方千米是海洋，其余1. 53亿平方千米或者说1/3是陆地，但这里面还有一部分是不适宜于居住的。

我们的地球作为一颗行星，有它的生命史，但详细的情况我们还不太清楚。我们的土地里有电流，名叫 地电 。磁针指北而且常常动摇不定的原因还未找到。磁针所指的方向，每日、每年、每世纪都在变化。在巴黎，300年前，磁针向东偏转;1666年，正指向北方，后来又偏向西;1700年由北偏西8°;1800 年偏西22°;1814 年再转过来；这个 磁偏角 在1900 年更变为15°，1950年为7°（图96）。如果变率像这样继续下去，在2000年，巴黎的磁偏角将再为零，即正指北点。

这个奇妙的磁针，在每一天里经常绕着它的轴摇摆，8时偏东，13时偏西。在这种周日变化里，还时常有或大或小的变动。

周日的变幅以及地磁扰乱的频率，每年也有不同，引人注意的是这些变化都和太阳的活动有紧密的联系。图97表示两条可以互相重合的曲线：上面的一条代表1933年至1950年间太阳黑子数的变化，下面的一条代表磁偏角日变幅的年平均的变化。这两条曲线的相似是非常明显的。如果假设这些日变化是由于上述电离层的变化引起的，这就容易得到解释。因电离层是由于太阳的紫外辐射而形成的，所以它的电离的程度自然和日面活动有密切的联系。

磁针扰乱的周期是变化不定的，扰乱最剧烈的时候，偏角可达几度之大，这种现象叫作 磁暴 。磁暴常发生在日面发生爆发现象的时候，即太阳射出的带电粒子流穿过我们的高层大气的时候。磁暴常和极光一起出现，但是磁暴出现的地区远超过极光出现的地区。巴黎的磁针常随瑞典或挪威天上出现的极光而发生激烈的颤抖，直到远处的极光消逝之后磁暴才能停止。在自然界这本大书中，这种联系表现得多么鲜明呀！

我们仔细观察地球，还会发现一些和天文现象有密切联系的地球物理现象。居住海边的人，谁能不被潮汐引起惊奇的注意呢？ 海洋每天有两次涌起，波涛冲撞着海滩，碰击着岩石；每天也有两次海水退走，露出海边大大小小、高高低低的暗礁，人们可在那里观察海洋生物繁荣滋长的情况。拉普拉斯（Laplace）曾写道：“当风和日丽之际去看这么大规模的海水在汹涌澎湃着，猛烈地碰击海岸，酿成滔天的波涛，真是一件惊人的奇迹。”

潮汐的原因很久以前便已知道。它是太阳的引力加上月亮的引力一起施加在地球的液体外衣上面所造成的，而牛顿是从理论上加以说明。我们暂时假设地球整个被水盖住（图99）。太阳或月亮的引力使得海面变形，在固体的地壳上吸引起两个区域：一个是正对日或月的A处，另一个是在和 A 点作直径相对的 C 处。这个说法也许会引起没有考虑过这个问题的读者的怀疑，太阳或月亮吸引起和它正对着的A处的海水，那是自然的，但是为什么和A正相反的C处的水也高涨起来呢？ 可是，只需考虑一下便会明白，这并没有什么奇怪的。A处的海水所以被吸起，是因为A处比起地球整体来更接近于日或月，那里的引力要大一些。相反的，在C处，地球受着较大的吸引力，它有后退的倾向，对于地壳来说C处的海水便升涨起来。这一切都说明，因有太阳和月亮的作用，使得A和C两处的地心引力减少，因此也减少那两处的水的压力，于是因力量须取得平衡的缘故，A和C两处的水就上涨，而B和D两处的海水就下落。因地球的自转，在一天里地面上的每一定点均陆续处在A、B、C、D处那样的地位，于是观测者在一天里有两次要看见涨潮和退潮相继而来。

每逢新月时，太阴潮和太阳潮同时发生，所以效果是两者相加的；在满月的时候，也发生同样的效果（图100）。可是在上弦月或下弦月的时候，太阴潮的涨潮和太阳潮的退潮同时发生，于是两者的效果互相抵消，因月亮和地球很接近，所以太阴潮胜过太阳潮。潮汐大约随月亮的视行而变化，但是潮汐的幅度在上下弦月时比在朔望时显然要小得多。举一个例子来说:1950年4月3日，刚满月不久，在布雷斯特，高潮的幅度是7米;7天以后的4月10日，即在下弦月以后不久，低潮的幅度只有2. 5 米。

以上所说的只是关于潮汐的一点基本概念，但是还有别的原因，如地球夹带着海水的自转、高出海面的大陆、海底高低不平的地势、水的黏滞性等，使得潮汐的理论异常复杂，成为天体力学中的一个困难问题。根据以上的简单理论所算出的结果和观测的事实大有出入。例如高潮的到来绝不和月亮的中天同时，潮总要落后一些（图99）。在布雷斯特，高潮常发生在月亮中天以后3小时至4小时，而且大潮也不发生在朔望，而是在朔望以后的一天半。

假使整个地面都覆盖着水，潮汐的波浪便是有规律地由东向西传播，可是在有些狭窄的浅海里，情形恰恰相反。海潮通过英吉利海峡需要 7 小时，从布雷斯特到布洛涅（Bou-logne），换句话说，也就是向东去，英法两国的海岸愈接近，潮汐的幅度愈变大。在布雷斯特潮高3米，到布洛涅即变成4米。在大洋里潮流并不显著，可是一到了窄的海峡，如英吉利海峡、爱尔兰海峡、白令海峡，它就非常显著了。每天因水的黏滞性而带来的摩擦，使潮汐的一部分机械能变成了热能，这便是以前讲过的地球转暖的主要原因。

固体的地壳亦有潮汐式的变化，这一现象直到20世纪的前几年才被人发现，因为以前没有人找着识别这种运动的标志，而且需要精细的观测才能证明它的存在。自然陆潮也像海潮一样，是因月亮和太阳的周日运动所引起地心引力的周期性变化。陆潮的变幅常很小，最多不过几分米。陆潮使得铅垂线有微小的变化。我们以为自己、房屋和精密的仪器都是稳定地安置在坚实的土地上，但事实上却不是这样，我们是居住在受着各种外界影响的动摇的地球上面。还有，因为地球内部的变动，有时候在地面上亦出现可怕的现象，如里斯本（Lisbonne）、墨西拿（Messine）的地震，喀拉喀托、马提尼克（Martinique）的火山爆发，其间死亡人数常以数千计〔最近在1960年5月21—22日在南美洲智利发生的大地震中，至少有 5 000 人死亡。——校者注〕。幸而这种灾难性的变化相当稀少，在天文学家的眼光里，我们的行星上的日常变化是相当微小的，只有用灵敏精确的仪器才能将地球的这种活动记录下来。一个世纪以前，没有人怀疑地轴的固定性，可是在今天，我们知道，地极每天都在移动，这种移动的分量虽然微小，但是还是可以在地面上标记出来。我们怎样能够发现这种不规则的运动，而且描出它的曲线呢（图103）？ 方法是简单的：如果两极固定不变，地球上每点的地理纬度也就不会变。天文工作者能很精准地测定他们的子午仪所在点的地理纬度，可是发现这些纬度随时间在作微小的变化，于是他们根据这些变化定出地极的运动。图103表示地球的北极在1900年至1908年间的移动的轨迹。图上1/10弧秒相当于地上的3. 10米，这样就可以确定图上的比例尺。极移的范围从未达到20米以上。这些运动自然是地球上的变化，特别是季节性气象变化的原因。

◀ 地球上的生命 ▶

地球上还生存着有机的生命。植物装饰着地面，动物繁殖其间，人类居住生息。据最近统计，地球上的人口约为23. 4亿〔这是本书中文译本第一版出版时的统计数字。——编辑注〕，每秒钟大约出生一人，死亡一人，但是出生率要比死亡率大，所以人口在不断地增长。自从地球上有人类以来，已经生存过几十万亿人了，但是他们都相继死去，生命是不断地在新陈代谢。从腐朽的老橡树上生成的一颗种子，组成了新生产儿的身体上的细胞，而这产儿不久又将消逝变化。经过了若干世纪后，生命常被别的生命所代替，如果说生命是常存的话，但是，活跃的不是相同的心，含笑的不是相同的眼。死亡不断地把人和物送到坟墓里去，但是生命的火焰始终是光明的。地球不断给人以果实、牲畜和财富；生命在流转，春天常回来。有人认为，我们的生命虽然脆弱而且短暂，但它却是我们行星的生命中一个组成部分，正如千年古树上每年的叶，也如苔藓和霉菌那样，仅在地上繁殖一会儿，只作为行星的伟大生命的一个过程罢了。

人类对于土地环境和气象变化适应的程度，比别的生物还要低，但因精神的活动、知识的进步，人类能逃避自然的威力，得以生息于各种气候之下，但却不能避免推动整个地球运动的力的影响。 TtLMWKHUBugRHKYaleNuy5ygcd1Yyc1euOJVm+fOqYE6ES7triTCfU3oWaeX0bAT