地球

地球（英文名：Earth；拉丁文：Terra）是太陽系的第三顆行星，目前已知唯一存在生命的天體。其表面約29.2%為陸地，70.8%被海洋和其他水體覆蓋，極地地區(qū)被冰層覆蓋。地球的外層由數(shù)個構(gòu)造板塊組成，內(nèi)部保持活躍，表面不斷發(fā)生變化。

地球大約誕生于45.4億年前，42億年前形成海洋，40億年前形成穩(wěn)定固態(tài)地殼。約35億年前生命在深海熱泉附近出現(xiàn)，光合作用生物隨后出現(xiàn)并逐步擴(kuò)散到淺海和陸地，生物多樣性不斷增加。當(dāng)前已記錄的物種約120萬種，全球人口約80.5億，分布在約200個國家和地區(qū)。

地球繞太陽公轉(zhuǎn)一周需365.25天，自轉(zhuǎn)軸傾斜產(chǎn)生季節(jié)變化。其質(zhì)量約為5.97×1024千克，半徑約6371千米，密度為太陽系最高。地球唯一的天然衛(wèi)星是月球，兩者的引力相互作用引起潮汐并穩(wěn)定地球自轉(zhuǎn)。地球從淺至深包括地殼、地幔、外地核和內(nèi)地核，外地核產(chǎn)生地磁場。

地球表面71%覆蓋液態(tài)水，水圈維系生物圈。地球大氣層最初為還原性，但在大氧化事件后主要成分變?yōu)榈獨(dú)夂脱鯕?。大氣和海洋環(huán)流重新分配太陽能，氣候受緯度、海拔等因素影響。地球被認(rèn)為是"不完全典型的海洋行星"，也屬于溫和類地行星。

命名

中文“地球”一詞并非我國本土的傳統(tǒng)說法，儒家觀念中，“天圓地方”是自夏商朝代以來對“天下”的主要概念。“地球”的稱呼最早出現(xiàn)于明朝的西學(xué)東漸時(shí)期，最早引入該詞的是意大利傳教士利瑪竇（Matteo Ricci，1552－1610），他在《坤輿萬國全圖》中使用了該詞。清朝后期，西方近代科學(xué)引入中國，地圓說逐漸被中國人接受，“地球”一詞（亦作“地毬”）被廣泛使用，申報(bào)在創(chuàng)刊首月即登載《地球說》一文。

現(xiàn)代英語單詞Earth是依據(jù)中古英語發(fā)展而來的，其源自古英語名詞，最常見的拼寫為 eoree2，在日耳曼語族諸語中都有同源詞，其原始日耳曼語詞根為“*ertō”。從歷史上看，“Earth”首字母起初是用小寫字母，早期的中古英語使用中，“the globe”已開始明確被表達(dá)為“the earth”。到了早期現(xiàn)代英語時(shí)代，名詞的大寫開始盛行，“the earth”也被寫成“The Earth”，特別是當(dāng)與其他天體一起使用時(shí)。最近，這個名字有時(shí)被簡單地命名為“Earth”，與其他行星的名稱類似。

拉丁文則稱之為“泰拉”或“忒亞”（Terra），對應(yīng)古羅馬神話中大地女神忒亞之名。Terra有時(shí)會在科學(xué)寫作中使用，尤其是在科幻小說中，用于區(qū)分人類居住的星球與其他星球3；在詩歌中，Tellūs 會被用來表示地球4；在一些羅曼語系語言中，Terra 也是地球的名稱，這些語言是從拉丁語演變而來的，如意大利語和葡萄牙語，而在其他羅曼語系語言中，這個詞產(chǎn)生了拼寫略有變化的名字，如西班牙語 Tierra 和法語 Terre。

希臘文中則稱之為“蓋亞”（Γα?α，Gaia），對應(yīng)希臘神話中大地女神之名，其拉丁語形式是少見的 G?a 或 Gaea，但其替代拼寫Gaia在現(xiàn)代社會中已經(jīng)變得很常見。

早期的史料中，eoree 一詞被用于翻譯拉丁語 terra 和希臘語 γ? gē 的許多含義：地面、土壤、干燥的土地、人類世界、世界表面（包括海洋）和地球本身。與羅馬的 Terra/Tellūs 和希臘的Gaia一樣，地球可能是日耳曼宗教中的擬人化女神，如晚期北歐神話人物包括 J?re（“地球”），一位女巨人，通常被稱為“托爾的母親”5。

另外，地球的標(biāo)準(zhǔn)天文符號是一個四分圓⊕，常用于物理量的下角標(biāo)，表示與地球物理性質(zhì)相關(guān)。

歷史

地球形成

根據(jù)放射性定年法的測量結(jié)果，太陽系大約在45.6±0.08億年前形成，而原生地球大約形成于45.4±0.04億年前6。從理論上講，太陽系的形成始于46億年前一片巨大氫分子云的引力坍縮，坍縮的質(zhì)量大多集中在中心，形成了太陽；其余部分一邊旋轉(zhuǎn)一邊攤平，形成了一個原行星盤，繼而形成了行星、衛(wèi)星、流星體和其他太陽系小天體。圖為原行星盤實(shí)際圖像，由阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列觀測拍攝，對象為金牛座HL的原行星盤。

根據(jù)星云假說，地球等微行星起源于吸積坍縮后殘留的氣體、冰粒和塵埃，這些物質(zhì)逐漸匯聚成直徑為一至十千米的塊狀物。在距離太陽小于5天文單位的區(qū)域，由于高溫導(dǎo)致冰直接升華，固態(tài)塵埃主要由耐熱化合物組成。這些塵埃逐漸聚集，形成了類地行星。然而，具體的形成細(xì)節(jié)仍不清楚，因?yàn)檫@一過程高度隨機(jī)，難以重現(xiàn)。

在最初階段，許多小天體通過吸積塵埃逐步成長，且其生長速度與質(zhì)量成正比——質(zhì)量越大，生長越快。引力相互作用促使小天體與大天體碰撞，加速了大天體的生長并提升其內(nèi)部溫度，最終形成了類地行星。

在太陽系的外部區(qū)域，較小的天體要么撞擊正在形成的行星，要么被捕獲成為衛(wèi)星，或被拋射至內(nèi)部太陽系，甚至被甩出原行星盤。這些天體由耐熱顆粒和揮發(fā)性化合物（如水、甲烷、氨）組成，其中較大的天體因內(nèi)部熱量而發(fā)生分化，形成巖石核心和冰質(zhì)外層。這些含冰天體有些被拋射至內(nèi)太陽系并撞擊類地行星，帶來了水和其他揮發(fā)性化合物，形成了早期的大氣層。此外，內(nèi)太陽系幸存的撞擊體中也可能含有揮發(fā)性成分。

整個太陽系的形成過程，包括太陽與行星的誕生，發(fā)生在不到1億年的時(shí)間里，原行星的聚集只用了1000至2000萬年，最終形成了原始地球。初生地球表面覆蓋著巖漿海，而非今天的水體。7

圖為原始地球表面藝術(shù)想象圖，是Chesley Bonestell的畫作，描繪了大約46億至45億年前地球演化初期的景象。當(dāng)時(shí)，隨著地球分化形成由液態(tài)鐵和鎳組成的核心、由橄欖石和輝石晶體構(gòu)成的地幔，以及由暗長巖晶體組成漂浮于巖漿海洋中的原始地殼，各種礦物質(zhì)都在這個全球性的硅酸鹽熔融海洋中結(jié)晶。那時(shí)地球已經(jīng)擁有了一層原始大氣層，即便地表仍在遭受固體物體的猛烈轟擊，水蒸氣也開始在溫度下降的大氣中凝結(jié)形成云層。月球在地平線上顯得異常巨大，因?yàn)楫?dāng)時(shí)它剛剛形成，離地球的距離比現(xiàn)在更近。

當(dāng)前關(guān)于地球和月球形成的理論基于星系形成理論，結(jié)合隕石和月球研究的信息，并符合物理化學(xué)定律，同時(shí)考慮了混沌特性。月球的形成相對較晚，約發(fā)生在45.3億年前，大碰撞假說是目前最受支持的月球起源理論。該假說認(rèn)為，一顆火星大小的天體——忒伊亞（Theia）與地球發(fā)生碰撞，產(chǎn)生的碎片通過吸積形成了月球，而部分忒伊亞的質(zhì)量融入了地球。8

在約41億至38億年前，地月系統(tǒng)經(jīng)歷了后期重轟炸期，大量小行星撞擊月球并重塑其表面，同時(shí)地球也遭遇了頻繁的撞擊。這些撞擊以熱量形式釋放出巨大能量，導(dǎo)致早期地球表面熔化，形成了由硅酸鹽、硫化物和鐵組成的巖漿海洋。由于不同物質(zhì)的密度差異，熔融鐵團(tuán)塊逐漸沉入地球中心，形成地核，而硫化物球粒也緩慢下沉，分化出地幔和地殼。

隨著增生過程結(jié)束，地球開始冷卻，硅酸鹽礦物逐步從巖漿中結(jié)晶。橄欖石和輝石等高溫礦物因密度較大沉入地幔，形成橄欖巖；而鈣長石因密度較小，浮向巖漿海洋頂部，構(gòu)成了早期的地殼。該地殼在早期頻繁的小行星撞擊和火山活動中不斷受到破壞和重塑。這一時(shí)期，地球的火山活動更為劇烈，地殼較薄，且地球內(nèi)部蘊(yùn)含更多熱量。地質(zhì)學(xué)家將約46億至38億年前的這段時(shí)間稱為冥古宙，意指地球那時(shí)的環(huán)境如同地獄一般惡劣。9

行星演化

自太古宙起地球表面開始冷卻凝固，形成堅(jiān)硬的巖石，同時(shí)火山爆發(fā)所釋放的氣體形成了次生大氣10。最初的大氣成分受到火山活動和釋放的氣體影響很大，可能由水汽、二氧化碳、氮組成，其中水汽的蒸發(fā)加速了地表的冷卻，待到其充分冷卻后，暴雨持續(xù)下了成千上萬年，雨水匯入盆地，形成了海洋。暴雨在減少空氣中水汽含量的同時(shí)，也造成大氣二氧化碳含量的大幅減少。此外，小行星、原行星和彗星上的水和冰也被認(rèn)為是對地球上水的來源之一11。“暗淡太陽悖論”（Faint young Sunparadox）指出，雖然早期太陽光照強(qiáng)度大約只有現(xiàn)在的7/10，但大氣中的溫室氣體足以使海洋里的液態(tài)水免于結(jié)冰12。

約35億年前，地球磁場出現(xiàn)，有助于阻止大氣被太陽風(fēng)剝離13。隨著地球上熔融的外層冷卻凝固，并在大氣層水汽的作用下形成地殼。隨著地球熔融的外層冷卻，形成了第一個固體的原始地殼，該地殼被認(rèn)為是鎂鐵質(zhì)的成分14。始新世沉積巖中存在的鋯石礦物顆粒表明，至少早在44億年前，原始地殼就已存在，并包含有閃長巖的組分。該演化模型顯示，最初形成的大陸地殼是小面積的，而關(guān)于它們?nèi)绾窝葑兊竭_(dá)到目前的規(guī)模，主要有兩種觀點(diǎn)15：(1) 原始大陸地殼持續(xù)至今相對穩(wěn)定的增長 ；(2) 太古宙大陸地殼體積的初始快速增長，形成了現(xiàn)在存在的大部分大陸地殼。兩種觀點(diǎn)分別受到全球大陸地殼輻射測定、鋯石中鉿和沉積巖中釹的同位素證據(jù)的支持。

新的大陸地殼是板塊構(gòu)造運(yùn)動的結(jié)果，而這一過程最終是由地球內(nèi)部熱量的持續(xù)損失驅(qū)動的。研究表明，在數(shù)億年的時(shí)間里，構(gòu)造運(yùn)動可導(dǎo)致大陸地殼匯聚在一起，形成超級大陸，隨后又分裂開來。大約在7.5億年前，已知最早的超級大陸之一羅迪尼亞（Rodinia）開始分裂，這些大陸后來在6~5.4億年前又重新匯聚形成潘諾西亞大陸（Pangaea），后者在1.8億年前又重新開始分裂，最終演變成目前的大陸地殼格局。16

地球歷史上曾出現(xiàn)過多次冰期，而最近的冰期模式始于大約4000萬年前17，在更新世初（約258萬年前）冰期活動開始加劇。此后，地球高緯度和中緯度地區(qū)經(jīng)歷了反復(fù)的冰川融化周期，大約每21000年，41000年和100000年重復(fù)一次18。末次冰河期，俗稱“末次冰河時(shí)代”，冰川覆蓋了大部分大陸，甚至中緯度地區(qū)都被冰川所覆蓋，最終大約在11700年前結(jié)束19。

未來趨勢

地球預(yù)期的長遠(yuǎn)未來與太陽的演化息息相關(guān)，隨著太陽核心的氫持續(xù)核聚變生成氦，太陽光度將持續(xù)會緩慢增加，即在接下來的11億年里，太陽的光度將增加10%，在接下來的35億年里將增加40%。20這會造成地球表面溫度的升高，從而加速無機(jī)碳循環(huán)，可能會在大約1~9億年內(nèi)將CO2濃度降低到當(dāng)前植物的致命水平：若沒有進(jìn)化出新的光合機(jī)制，大約6億年后，C3植物將會退出地球的生命舞臺；大約8億年后，C4植物則會消失2122。缺乏植被將導(dǎo)致地球大氣損失氧氣，使目前的動物生活變得不可能。地球表面的復(fù)雜生命發(fā)展還算年輕，生命活動能夠繼續(xù)達(dá)到極盛并維持約7~8億年。

由于太陽光度的持續(xù)增加，地球的平均溫度可能在15億年內(nèi)達(dá)到100 °C（373K），所有海水都將蒸發(fā)并流失到太空中，這可能會引發(fā)失控的溫室效應(yīng)，整個耗散過程約需要1.6~30億年23。即使太陽光度永遠(yuǎn)保持穩(wěn)定，因?yàn)榇笱笾屑姑俺龅乃魵鉁p少，約10億年后，27%的海水會進(jìn)入地幔，海水的減少使得溫度劇烈變化而不適合復(fù)雜生命生存24。

太陽將在大約50億年后演變成一顆紅巨星。根據(jù)恒星物理理論，屆時(shí)太陽將膨脹到大約1天文單位（1.5億千米），大約是目前半徑的234倍。作為一顆紅巨星，太陽將失去大約30%的質(zhì)量，因此如果不考慮引力潮汐效應(yīng)，當(dāng)太陽達(dá)到其最大半徑時(shí)，地球?qū)⒁苿拥骄嚯x太陽1.7天文單位（2.5億千米）的軌道，擺脫了落入膨脹太陽外層大氣的命運(yùn)。否則，地球的軌道會因?yàn)橐Τ毕?yīng)的拖曳而衰減，使其落入已成為紅巨星的太陽大氣層而最終被蒸發(fā)掉。然而即使地球不會被太陽紅巨星所吞噬，屆時(shí)太陽的亮度峰值將是當(dāng)前的5000倍，地球上剩余的生物也難逃被高溫摧毀的命運(yùn)。25

理化性質(zhì)

行星形態(tài)

地球通過流體靜力平衡保持大致橢球形26，平均直徑為12742千米，是太陽系中第五大行星和最大類地行星27，其赤道周長約為40000 千米，這個整數(shù)并非巧合，而是因?yàn)殚L度單位米的最初定義是經(jīng)過法國巴黎的經(jīng)線上赤道與北極點(diǎn)距離的千萬分之一。

地球自轉(zhuǎn)的效應(yīng)使得沿貫穿兩極的地軸方向稍扁，赤道附近略有隆起，因此使其從球形變?yōu)槁猿蕶E球形：從地心出發(fā)，地球赤道半徑比極半徑多了43千米28。因此地球表面離地球質(zhì)心最遠(yuǎn)的地方，并非海拔最高的珠穆朗瑪峰，而是位于赤道上的厄瓜多爾欽博拉索山的山頂。這種情況也使不同緯度的重力加速度呈現(xiàn)差異，例如赤道海平面處重力加速度約為g=9.780m/s2，在北極海平面處的重力加速度約為g=9.832m/s2，而全球通用的重力加速度標(biāo)準(zhǔn)值為g=9.807m/s2。

由于局部地勢有所起伏，地球與理想橢球體也略有偏離，但從行星尺度看，這些起伏與地球半徑相比很小。如馬里亞納海溝低于當(dāng)?shù)睾Ｆ矫?0893.43米，僅將地球的平均半徑縮短了0.17%；而珠穆朗瑪峰海拔8848.86米，僅將地球平均半徑延長了0.14%29。如果把地球縮到臺球大小，地球的大型山脈和海溝將會和微小瑕疵一樣，而其他大部分地區(qū)，尤其是北美大平原和深海平原，摸上去則更加光滑30。

另外，相較于剛性陸地地形，海洋則呈現(xiàn)出更具動態(tài)性的地形。但為了測量地球地形的局部變化，大地測量學(xué)中常采用理想化的地球產(chǎn)生一種稱為“大地水準(zhǔn)面”的形狀。如果海洋被理想化，完全覆蓋地球，沒有任何潮汐和風(fēng)等擾動，那么就可以獲得這樣的大地水準(zhǔn)面形狀。其結(jié)果是形成一個光滑但重力不規(guī)則的大地水準(zhǔn)面，這為地形測量提供了平均海平面（MSL）作為參考標(biāo)準(zhǔn)31。

地貌特征

地球表面是固體地球與大氣層和海洋之間的邊界，以這種方式定義，其面積約為5.101億平方千米32，其中約29.2%（1.4894億平方千米）是陸地33，其余70.8%（3.61132億平方千米）是海洋34。地球可分為兩個半球：按緯度分為極地北半球和南半球；或按經(jīng)度分為東半球和西半球。陸地主要分布在北半球，海岸線共35.6萬千米。全球最低點(diǎn)位于馬里亞納海溝（-10893.43米），全球最高點(diǎn)為珠穆朗瑪峰（8848.86米）。

地球表面70.8%是海水，這個巨大的“咸水池”通常被稱為海洋，構(gòu)成一個巨大的動態(tài)水圈。而在早期地球，海洋可能已經(jīng)完全覆蓋了地球35。傳統(tǒng)上將海洋由大到小通常分為太平洋、大西洋、印度洋、北冰洋，最新研究又提出增加南極洋或南大洋。海洋覆蓋了地球的海洋地殼，大陸架海洋在較小程度上覆蓋了大陸殼的大陸架。大洋地殼形成了大型海洋盆地，具有深海平原、海山、海底火山、海溝、海底峽谷、大洋高原和橫跨全球的洋中脊系統(tǒng)等特征。36在地球的極地地區(qū)，海洋表面被季節(jié)性變化的海冰覆蓋，這些海冰經(jīng)常與極地、永久凍土和冰蓋相連，形成極地冰蓋。海底的地殼表面具有多山的特征，包括一個全球性的洋中脊系統(tǒng)，以及海底火山、海溝、海底峽谷、海底高原和深海平原。

地球表面29.2%是陸地，包括地球上的許多島嶼，但大部分陸地表面被五個大陸占據(jù)，分別是非洲大陸、歐亞大陸、美洲大陸、南極大陸和澳大利亞大陸，另外還有很多島嶼。陸地地形變化很大，由山脈、沙漠、平原、高原等地貌組成，表面高程從死海的低點(diǎn)-418米，到珠穆朗瑪峰頂部的最高高度8848米不等，而陸地的平均海拔約為797米。37

陸地表面可能被地表水、雪、冰、人工結(jié)構(gòu)或植被覆蓋，其中大部都被植被覆蓋38，但也有相當(dāng)多是冰蓋（不包括永久凍土下同樣大面積的土地）或沙漠（33%）。土壤圈位于地球陸地表面的最外層，由土壤組成，并受土壤形成過程的影響。土壤對于土地的耕地至關(guān)重要。截至2015年，地球上的總耕地面積占地表面積的10.7%，其中1.3%是永久性耕地3940。地球估計(jì)有 1670萬平方千米的農(nóng)田和3350萬平方千米的牧場41。

地表和海底構(gòu)成了地殼的頂部，地殼與上地幔的一部分一起構(gòu)成了地球的巖石圈。地殼可分為海洋地殼和大陸地殼。在海底沉積物之下，海洋地殼主要是玄武巖，而大陸地殼可能包括密度較低的物質(zhì)，如花崗巖、沉積物和變質(zhì)巖。近75%的大陸表面被沉積巖覆蓋，盡管它們構(gòu)成了地殼質(zhì)量的5%左右。42

海底海底地形的平均測深為4千米，與海平面以上的陸地地形一樣多變。地球表面不斷受到內(nèi)力和外部作用的塑造，如內(nèi)部板塊構(gòu)造過程，包括地震和火山活動，外部由冰、水、風(fēng)和溫度驅(qū)動的風(fēng)化和侵蝕，以及通過生物過程，包括生物質(zhì)的生長和分解到土壤中。43也就是說，板塊構(gòu)造運(yùn)動也會改變地貌，大風(fēng)、降水、熱循環(huán)和化學(xué)作用對地表的侵蝕也會改變地貌，冰川作用、海岸侵蝕、珊瑚礁的形成，以及大型隕石的撞擊都會對地貌的重塑產(chǎn)生影響。

化學(xué)組成

地球的總質(zhì)量約為5.97×1024千克，構(gòu)成地球的主要化學(xué)元素有鐵（32.1%）、氧（30.1%）、硅 （15.1%）、鎂（13.9%）、硫（2.9%）、鎳（1.8%）、鈣（1.5%）、鋁（1.4%），剩下的1.2%是其他微量元素，例如鎢、金、汞、氟、硼、氙等。由于質(zhì)量層化（質(zhì)量較高者向中心集中）的緣故，據(jù)估算，構(gòu)成地核的主要化學(xué)元素是鐵（88.8%），其他構(gòu)成地核的元素包括鎳（5.8%）和硫（4.5%），以及質(zhì)量合共少于1%的微量元素。44構(gòu)成地幔的主要元素是氧、硅、鎂、鐵、鋁、鈣等，主要以礦物質(zhì)形式出現(xiàn)，包括輝石（化學(xué)式為(Mg, Fe, Ca, Na)(Mg, Fe, Al)(Si, Al)2O6）、橄欖石（化學(xué)式為(Mg, Fe)2SiO4）等。

至于地殼的化學(xué)構(gòu)成，氧是地殼內(nèi)豐度最高的元素，占了46%。地殼中的含氧化合物包括水、二氧化硅、硫酸鈣、碳酸鈣、氧化鋁等，而地殼內(nèi)含量最高的10種化合物、絕大部分構(gòu)成地殼常見巖石的化合物均是含氧化合物。45有些巖石則由氟化物、硫化物和氯化物組成，但氟、硫和氯在任何地方巖層中的總含量通常遠(yuǎn)少于1%。占地殼淺表90%以上體積的火成巖主要由二氧化硅及硅酸鹽構(gòu)成。地球化學(xué)家法蘭克·維格氏維爾·克拉克（Frank Wigglesworth Clarke）基于1672個對各種巖石的分析進(jìn)行計(jì)算，推論出99.22%的巖石是以下表列出的氧化物構(gòu)成，亦有其他含量較少的成分。

|| || 地殼的化學(xué)構(gòu)成

地球表面的巖石按照成因大致可分為三類：火成巖、沉積巖和變質(zhì)巖?；鸪蓭r是由上升至地表的巖漿或熔巖冷卻凝固而形成的一種巖石，又稱巖漿巖，是構(gòu)成地殼主要巖石?；鸪蓭r按照成因又可分大致分為兩類：一是巖漿侵入地表形成的侵入巖，按照形成位置的不同可分為深成巖和淺成巖，常見的花崗巖就是一種侵入巖。二是巖漿噴出地表形成的噴出巖，又名火山巖，例如安山巖、玄武巖。大陸地殼主要由密度較低的花崗巖、安山巖構(gòu)成，多為鉀長石、鈉長石和硅酸鹽礦物為主；海洋地殼主要由致密的玄武巖構(gòu)成，多含鎂鐵化合物、鈣長石和鈉長石等。沉積巖是由堆積、埋藏并固結(jié)在一起的沉積物形成的。近75%的大陸表面被沉積巖覆蓋，雖然它們只占地殼質(zhì)量的約5%，變質(zhì)巖是從原有的巖石通過高壓高溫的環(huán)境變質(zhì)而形成的一種巖石，如大理巖。地球表面最豐富的硅酸鹽礦物有石英、長石、角閃石、云母、輝石和橄欖石等。常見的碳酸鹽礦物有方解石（發(fā)現(xiàn)于石灰?guī)r和白云巖）等。

|| || 部分元素-礦物-巖石對應(yīng)表

地?zé)針?gòu)造

地球內(nèi)部如同其他類地行星一樣，可根據(jù)化學(xué)性質(zhì)或物理（流變學(xué)）性質(zhì)分為若干層。地球的內(nèi)核、外核具有明顯的區(qū)別，這是其他類地行星所沒有的特征。地球外層是由硅酸鹽礦物組成的地殼，下面又有一層黏稠固體組成的地幔。46雖然地震數(shù)據(jù)表明組成地幔的巖石是固體，這限制了其溫度低于橄欖巖和輝橄巖的熔點(diǎn)，但目前地幔的溫度分布尚不確定。有限的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，干橄欖巖的熔點(diǎn)隨著壓力的增加而上升，從地表（壓力為1 Mpa）約1090°C下降到100千米深度處（壓力為34 Gpa）約1340°C。將這些數(shù)據(jù)外推到400千米深度（壓力為132 GPa）時(shí)，估計(jì)干橄欖巖的熔點(diǎn)約為1700°C，而700千米深度處的溫度為1770°C，這意味著地幔的巖石溫度非常高但仍然保持固態(tài)，因?yàn)樗鼈兡軌騻鬟f地震波（即S波）。

不混溶的鐵和硫化物液體的分離以及硅酸鹽液體的結(jié)晶可以解釋地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的大規(guī)模特征。地球中心的鐵核由一個固體內(nèi)核（半徑約為1329千米）和一個液體外核組成，整個核心的半徑為3471千米。核心上覆蓋著由橄欖巖及其高壓等效物稱為鎂鐵質(zhì)巖組成的地幔，地幔厚度為2883千米。47

地球的地幔分為上地幔和下地幔。這兩個地幔的分區(qū)主要是在力學(xué)性質(zhì)上有所不同，且主要取決于溫度。上地幔上部存在一個地震波傳播速度減慢的圈層，即軟流圈。軟流圈的巖石在受力時(shí)可以發(fā)生塑性變形，因?yàn)榈V物接近其熔點(diǎn)，可能存在部分融熔。軟流圈之上為巖石圈，其是剛性的，是由地殼以及較冷、較堅(jiān)硬的地幔上層共同組成的、一個厚約120千米的硬殼。此外，地球有厚約40千米的大陸地殼主要由低密度的硅酸鹽礦物組成，如正長石、云母礦物黑云母和白云母以及石英。大陸地殼巖石的平均密度約為2.7 g/cm3，這意味著大陸實(shí)際上漂浮在下方密度為3.2 g/cm3的巖石圈地幔中。

地幔和地殼之間的分界是莫霍不連續(xù)面。地殼的厚度隨位置的不同而不同，從海底的6千米到陸地的30至50千米不等。48地殼以及地幔較冷、較堅(jiān)硬的上層合稱為巖石圈，板塊也是在這個區(qū)域形成的。巖石圈以下是黏度較低的軟流圈，巖石圈就在軟流圈上方運(yùn)動。地幔晶體結(jié)構(gòu)的重大變化出現(xiàn)于地表以下410至660千米之間的位置，是分隔上地幔及下地幔的過渡區(qū)。在地幔以下，是分隔地幔和地核的核幔邊界（古登堡不連續(xù)面），再往下是黏度非常低的液態(tài)外地核，最里面是固態(tài)的內(nèi)地核。內(nèi)地核旋轉(zhuǎn)的角速度可能較地球其他部分要快一些，每年約領(lǐng)先0.1~0.5°。49內(nèi)地核半徑1220千米，約為地球半徑的1/5。

地球內(nèi)部的主要產(chǎn)熱同位素是鉀-40、鈾-238和釷-23250，中心溫度可能高達(dá)6000 °C， 壓力可能達(dá)到360 GPa51。由于大部分熱量是由放射性衰變提供的，推測在地球歷史的早期，半衰期短的同位素耗盡之前，地球的熱量產(chǎn)生要高得多。在大約30億年前時(shí)，地?zé)岙a(chǎn)量可能是現(xiàn)在的兩倍，從而造成地幔對流和板塊構(gòu)造速率的增加，并可能產(chǎn)生罕見的火成巖，例如今天很少形成的科馬提巖。52

地球的平均熱損失為 87mW/m2，全球熱損失為 4.42×1013 W，地核的部分熱能通過地幔羽流向地殼輸送，地幔羽流是一種由高溫巖石的上升流組成的對流形式53，這些羽流可以產(chǎn)生熱點(diǎn) 54。地球上更多的熱量是通過板塊構(gòu)造、與洋中脊相關(guān)的地幔上升流耗散的。熱量損失的最后一種主要模式是通過巖石圈的傳導(dǎo)，其中大部分發(fā)生在海洋之下。55

海洋島嶼、洋中脊和大陸裂谷帶的火山活動也與內(nèi)部構(gòu)造的減壓熔融有關(guān)，當(dāng)熱巖漿柱或熱巖漿上升到軟流圈地幔的上部時(shí)，就會發(fā)生這類地質(zhì)活動。在軟流圈深處，由于放射性元素的不規(guī)則分布，引起局部溫度升高。結(jié)果受影響巖石的密度降低，這使得它們相對于周圍巖石變得浮力較大。因此，這些巖石開始向上移動，穿過軟流圈地幔。這些地幔柱可以形成直徑從幾十到幾百千米不等的頭部和尾部，隨后它們緩慢上升到軟流圈頂部。當(dāng)?shù)蒯Ｖ龅杰浟魅敳康膭傂詭r石層時(shí)，它們的頭部會徑向擴(kuò)展，直徑可達(dá)1000千米。這樣的巨大地幔柱存在于冰島和紅海入口處阿法爾凹地等等的下方。

板塊運(yùn)動

地球的地殼和上地幔的剛性外層，即巖石圈，可以被劃分為構(gòu)造板塊。這些板塊是被以下三種邊界類型之一分割并相對移動的剛性塊體：在收斂邊界處，兩個板塊作相向運(yùn)動，匯聚在一起；在離散邊界處，兩個板塊作背向運(yùn)動，被拉開；在轉(zhuǎn)換邊界處，兩個板塊作相對平移運(yùn)動，橫向滑過彼此。沿著這些板塊邊界，可能會發(fā)生地震、火山活動，也可能碰撞形成高山和俯沖形成海溝56。構(gòu)造板塊位于軟流圈之上，軟流圈是上地幔的固體但粘性較低的部分，可以與板塊一起流動和移動。57

隨著構(gòu)造板塊的平移，洋殼在板塊的前緣匯聚邊界向下俯沖。與此同時(shí)，地幔物質(zhì)在不同邊界的上升流形成了大洋中脊，這些過程的結(jié)合將海洋地殼回收到地幔中，由于這種循環(huán)利用，大部分海底的年齡不到10億年。最古老的海洋地殼位于西太平洋，估計(jì)有2億年的歷史58。相比之下，最古老的大陸地殼是40.3億年59，盡管在始新世沉積巖中發(fā)現(xiàn)了碎屑鋯石，且其年齡高達(dá)44億年，表明當(dāng)時(shí)至少存在一些原始大陸地殼60。

七個主要板塊是太平洋、北美、歐亞、非洲、南極、印度-澳大利亞和南美洲。其他值得注意的板塊包括阿拉伯板塊、加勒比板塊、南美洲西海岸的納斯卡板塊和南大西洋的斯科舍板塊。澳大利亞板塊與印度板塊在5500~5000 萬年前間拼合形成印度-澳大利亞板塊。移動相對較快的板塊是海洋板塊，其中科科斯板塊（Cocos Plate）以75毫米/年的速率前進(jìn)61，太平洋板塊以52~69毫米/年的速率移動。移動最慢的板塊是南美板塊，以10.6毫米/年的速率前進(jìn)62。

磁場磁層

地球內(nèi)部及周圍空間中存在著靜磁場。根據(jù)靜磁場的多極展開，如果把地球近似看作一個磁偶極子，它的磁矩大小為7.91 × 1015 Tm3，地磁軸方向與自轉(zhuǎn)軸近似重合但有少許偏離，兩者的夾角被稱為地磁偏角。在垂直平分地磁軸的平面和地球表面相交形成的地磁赤道圈上，磁感應(yīng)強(qiáng)度約為3× 10-5 T，在地磁軸與地球表面相交形成的地磁極處，磁感應(yīng)強(qiáng)度約為地磁赤道處的兩倍。因此地磁的作用類似于條形磁鐵，向周圍空間延伸出磁場。然而，地球?qū)嶋H上不可能是永久的條形磁鐵，因?yàn)樗胁牧显诰永餃囟认聲テ浯判浴?/p>

地球磁場的存在是在公元12世紀(jì)發(fā)現(xiàn)的，這一發(fā)現(xiàn)促成了磁羅盤的發(fā)明，磁羅盤自此成為航海的重要工具。磁羅盤指向靠近地理北極的磁極。地球的磁極在極地區(qū)域內(nèi)隨機(jī)漂移，并不與地理北極和南極重合。此外，地球磁場的強(qiáng)度有所變化，最近以每世紀(jì)近6%的速率下降（盡管它仍然強(qiáng)于其長期平均水平）63，并且其極性在數(shù)百萬年的時(shí)間尺度上實(shí)際上發(fā)生了變化。在巖漿流的冷卻結(jié)晶過程中，火山巖記錄了地球磁場的極性歷史，并且這一記錄過程一直在進(jìn)行。

根據(jù)發(fā)電機(jī)假說，地球被比作一種發(fā)電機(jī)，但存在一個問題，發(fā)電機(jī)是設(shè)計(jì)用來產(chǎn)生電流而不是磁場的，因此地球不可能是傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)。地磁主要來自于地核中鐵、鎳構(gòu)成的導(dǎo)電流體的運(yùn)動。在地核的外核中，熾熱的導(dǎo)電流體在從中心向外對流的過程中受到地轉(zhuǎn)偏向力的作用形成渦流，產(chǎn)生磁場。而渦流產(chǎn)生的磁場又會對流體的流動產(chǎn)生反作用，使流體的運(yùn)動乃至其產(chǎn)生的磁場近似保持穩(wěn)定，但由于對流運(yùn)動本身是不穩(wěn)定的，地磁軸的方向會緩慢、無規(guī)律地發(fā)生變化，導(dǎo)致地磁倒轉(zhuǎn)。64地磁倒轉(zhuǎn)的周期不固定，每一百萬年可能會發(fā)生數(shù)次逆轉(zhuǎn)，最近的一次則發(fā)生在78萬年前，被稱為布容尼斯－松山反轉(zhuǎn)。65

沃爾特·埃爾薩瑟（Walter Elsasser）和愛德華·布拉德（Edward Bullard）曾提出，地球磁場由外核中液態(tài)鐵的自激發(fā)電機(jī)效應(yīng)產(chǎn)生。其基本原理是液態(tài)鐵的流動在存在的雜散磁場中感應(yīng)出電流，這些電流反過來又產(chǎn)生磁場，進(jìn)而維持地球磁場，而液態(tài)鐵的流動受地球自轉(zhuǎn)或熱驅(qū)動對流的影響。形成行星磁場的必要條件包括：導(dǎo)電流體、流體的驅(qū)動和初始磁場。

此外，旋轉(zhuǎn)速度較慢或核心已固化的行星預(yù)計(jì)不會有磁場。這一模型為解釋太陽系中一些行星有磁場，而另一些沒有提供了框架。盡管這一模型合理解釋了地球磁場的產(chǎn)生，但其細(xì)節(jié)仍不完全清楚，尤其是感應(yīng)電流的起源。地球的磁場可視為由核心內(nèi)部流動的電流生成的電磁現(xiàn)象，但這一過程的復(fù)雜性和混沌性質(zhì)導(dǎo)致磁場的強(qiáng)度和極性會自發(fā)變化。

地球磁場在太空中的范圍定義了磁層。太陽風(fēng)的離子和電子被磁層偏轉(zhuǎn)；太陽風(fēng)壓力將磁層的白天側(cè)壓縮到大約10個地球半徑，并將夜間磁層延伸成一條長尾。66由于太陽風(fēng)的速度大于波在太陽風(fēng)中傳播的速度，因此在太陽風(fēng)內(nèi)的日側(cè)磁層之前會發(fā)生超音速弓形激波67。在磁暴和亞風(fēng)暴期間，帶電粒子可以從外磁層，特別是磁尾偏轉(zhuǎn)，沿著磁力線進(jìn)入地球的電離層，在地球表面上方約80至160千米處的大氣可以被激發(fā)和電離，從而引起極光，68最常見的顏色是紅色和綠色。

行星運(yùn)動

公轉(zhuǎn)

地球繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道與太陽的平均距離大約是1.5億千米，每365.2564平太陽日（365日6時(shí)9分10秒）轉(zhuǎn)一圈，稱為一恒星年。1990年，旅行者1號從64億千米拍攝到了地球的圖像（暗淡藍(lán)點(diǎn)）。公轉(zhuǎn)使得太陽相對于恒星每日向東有約1°的視運(yùn)動，每12小時(shí)的移動相當(dāng)于太陽或月球的視直徑。由于這種運(yùn)動，地球平均要24小時(shí)，也就是一個太陽日，才能繞軸自轉(zhuǎn)完一圈，讓太陽再度通過中天。地球公轉(zhuǎn)的平均速度大約是29.8 km/s（107000 km/h），7分鐘內(nèi)就可行進(jìn)12742 km，等同于地球的直徑的距離；約3.5小時(shí)就能行進(jìn)約384000千米的地月距離。69

在現(xiàn)代，地球的近日點(diǎn)和遠(yuǎn)日點(diǎn)出現(xiàn)的時(shí)間分別出現(xiàn)于每年的1月3日和7月4日左右。 由于地軸進(jìn)動和軌道參數(shù)變化帶來的影響，這兩個日期會隨時(shí)間變化。這種變化具有周期性的特征，即米蘭科維奇假說。地球和太陽距離的變化，造成地球從遠(yuǎn)日點(diǎn)運(yùn)行到近日點(diǎn)時(shí)，獲得的太陽能量增加了6.9%。因?yàn)槟习肭蚩傇诿磕晗嗤臅r(shí)間接近近日點(diǎn)時(shí)朝向太陽，因此在一年之中，南半球接受的太陽能量比北半球稍多一些。但這種影響遠(yuǎn)小于轉(zhuǎn)軸傾角對總能量變化的影響，多接收的能量大部分都被南半球表面占很高比例的海水吸收掉。

相對于背景恒星，月球和地球每27.32天繞行彼此的質(zhì)心公轉(zhuǎn)一圈。由于地月系統(tǒng)共同繞太陽公轉(zhuǎn)，相鄰兩次朔的間隔，即朔望月的周期，平均是29.53天。從天球北極看，月球環(huán)繞地球的公轉(zhuǎn)以及它們的自轉(zhuǎn)都是逆時(shí)針方向。從超越地球和太陽北極的制高點(diǎn)看，地球也是以逆時(shí)針方向環(huán)繞著太陽公轉(zhuǎn)，但公轉(zhuǎn)軌道面（即黃道）和地球赤道并不重合——黃道面和赤道面呈現(xiàn)23.439281°（約23°26'）的夾角，該角也是自轉(zhuǎn)軸和公轉(zhuǎn)軸的夾角，被稱為軌道傾角、轉(zhuǎn)軸傾角或黃赤交角。而月球繞地球公轉(zhuǎn)的軌道平面（白道）與黃道夾角5.1°。如果沒有這些傾斜，每個月都會有一次日食和一次月食交替發(fā)生。70

地球的引力影響范圍半徑大約是1.5×106千米，天體必需進(jìn)入這個范圍內(nèi)才能被視為環(huán)繞著地球運(yùn)動，否則其軌道會因太陽引力攝動而變得不穩(wěn)定，并有可能脫離地球束縛[[ii]]。包括地球在內(nèi)的整個太陽系，在位于銀河系平面（銀道）上方約20 光年的獵戶臂內(nèi)，以28000光年的距離環(huán)繞著銀河系的中心公轉(zhuǎn)。71

自轉(zhuǎn)

地球相對于太陽的平均自轉(zhuǎn)周期稱為一個平太陽日，定義為平太陽時(shí)86,400 秒（等于86,400.0025秒）72。因?yàn)槌毕珳p速的緣故，當(dāng)前地球的太陽日已經(jīng)比19世紀(jì)略長一些，每天要長0至2毫秒。73國際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)（IERS），以國際單位制的秒為單位，測量了1623年至2005年和1962年至2005年的時(shí)長，確定了平均太陽日的長度。

地球相對于太陽的自轉(zhuǎn)周期，稱為一個恒星日，依據(jù)IERS的測量，1恒星日等于平太陽時(shí)（UT1）86,164.098903691 秒，即23小時(shí)56分4.098903691秒74。天文學(xué)上常以地球相對于平春分點(diǎn)的自轉(zhuǎn)周期作為一個恒星日，在1982年是平太陽時(shí)（UT1）86164.09053083288秒，即23小時(shí)56分4.09053