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地球真的是个丑土豆吗

时间2014-11-07 18:20:05来源[!--befrom--]作者[!--writer--] 我要评论 热度

流言 原来地球不是球地球仪上地球是一个正宗的球体但专家说地球并不是一个标准的球体长相有些怪?#34180;?#31350;竟有多怪NASA贴出了一张地球的素颜照照片中地球长满了青春痘?#20445;?#26679;子有点变形甚至有些丑好像土豆

地球真的是个丑土豆吗

微博上流传的地球素颜照?#34180;?/p>

分析 这张图根本不是地球的形状图实际上它表示的是全球重力变化的?#21344;?#24046;异而且经过了夸张处理图片出自GFZ德国地球科学研究中心和NASA美国宇航局合作的GRACE项目 [1] 这个项目的主要目的就是绘制地球的重力场变化 [2] ?#20998;޿占?#23616;European Space Agency也有类似的项目称作GOCE [3] Discovery网站曾有报道[4] 但在传播中一些媒体将图片错误解读成了地球的形状还冠以了地球素颜照的称呼

什么是重力变化

重力是万有引力的一个分量在不同的地区是有细微变化的?#28909;?#22312;赤道地区重力较低而在两级地区?#32454;]?#22312;青藏高原较低在海洋地区则一般?#32454;ߡ?#27492;外在有金属矿床发育的地区重力一般也?#32454;ߡ?/p>

重力是和物体的密度有关的一般来说密度愈大的地方重力也愈大青藏高原的海拔很高但是其组成物质中密度较低的岩石占的比例很大而海洋地区的岩石密度相对?#32454;]?#36825;就是在海洋地区的重力反而大于高原地区的原因同样很多金属矿床如铁矿铜矿等它们的密度也大于一般的地壳岩石在重力图上就显示为高密度区利用这一点地质学家就可以?#19994;?#24456;多金属矿产

地球真的是个丑土豆吗

根据?#20998;޿占?#23616;的GOCE卫星数据画出的第一张全球重力差异模型这张图表示的是消除了纬度差异化的重力图红色表示高重力区蓝色表示低重力区代表两个极端值全球除了个别地区外重力的差别是非常小的

测量地球重力场变化GOCE的项目是?#20998;޿占?#23616;观测地球项目Observing the Earth中的一个子项目目的就是利用重力卫星去精细地测量出地球表面不同地区重力的细微变化重力及其差异的资料在很多方面都有重要的应用如大地测量重力找矿海平面变化潮汐以及其他诸多的地表及地球内部过程如冰盖厚度变化和火?#36739;?#30340;岩浆分布等精确的重力资料对理解这些过程有很大的帮助?#20998;޿占?#23616;的科学家利用重力卫星上搭载的精密重力仪测出不同地区的重力值并求出差异

在多年的研究基础上研究人员将数据放到一个地球的模型上?#28304;?#26469;更加直观地表示出研究结果这就得到了流言中的那张图片但这张图并不是完全按照比例绘制的因为这些差别本来就很小如果按比例来画图很难让读图者清晰地看出差别所以只能夸大比例形象化地表示出各地重力数值的差异

因此这是一张经过夸大的地球重力变化图它与地球的形状根本没有关系

地球真的是个丑土豆吗

夸大了的地球重力图[3]

地球的形状[注]

那么地球的形状到底是什么样子的呢

如何描述地球的形状这与要求的精度有关如果精确到几十千米可认为地球是个平均半径为6371千米的球体如果精确到千米由于地球的极半径是6356千米赤道半径是6378千米因此有人将地球描述为椭球体不过赤道?#22303;?#26497;的半径差别只有22千米相对于平均半径来说实在微不足道

地球真的是个丑土豆吗

地球的极半径R1和赤道半径R2注意这里为了形象地表示把极半径和赤道半径的差别夸大了

而如果精确到米地球的形状就很?#36805;?#25324;描述了地球表面有大江大河大山大海各种各样的建筑物等等要讨论地球的具体形状是不大可能的但这样的差别对大地水准面的研究是很有意义的

其实从太空中可以更直观地看到地球的形状下面是一张太空中拍摄的照片可以看出地球确实是一个圆滚滚的球体不是土豆?#34180;?/p>

地球真的是个丑土豆吗

太空中拍摄的地球照片

脱水后地球的形状

可能有的人会想地球表面70%覆盖着水那么?#39068;?#20123;水抽干以后地球会是什么样子呢

如果把表面的水抽干地球确实会变丑首先是占地球表面大部分的那一片蓝就没了地球不再像一颗晶莹的玻璃球而是黑乎乎的想象一下海底的烂泥

这时你会发现其实海底和大陆还是蛮像的有挺拔的高山有辽阔的平原有横亘?#30422;?#20844;里的山脉大洋中脊也有伤疤一样的海沟?#28909;?#39532;里亚纳海沟大陆上的高山平原和大洋里的比起来你会感觉大陆简?#27604;?#29190;了青藏高原太小了两大?#36739;?#38463;尔卑斯-喜马拉雅?#36739;?#21644;科?#19979;?#25289;?#36739;?#21152;起来还没有洋中脊长度的一半长

地球真的是个丑土豆吗

地球大陆与大洋地貌图大陆就不解?#22303;ˡ?#22823;洋中蓝色越深表示海水越深越白表示海水越?#22330;?#22270;中白色的宽条带就是大洋中脊世界上最大的山?#30784;?#22823;洋的地壳就在这里产生其他一些?#24863;?#30340;白点或白链表示海中的山或小山脉由于地图投影的关系这张图会显得大陆的面积很大其实没这么大可查看地球仪

这时候的地球看起来可能会更麻一点不过差异仍然是非常小的青藏高原平均海拔才4000米多而洋盆平均深度也就4000米深落差不过8000米多一点实在不算什么即使算极值珠峰8844米太平洋马里亚纳海?#24213;?#28145;处11034米落差大约为19878米还不如两极和赤道的半径差别显著而且这只是地球上小小的点影响不到全貌

这里我们来做一个计算把地球不含水的部分缩小成一个半径1米?#28909;?#36824;要高的大型地球仪来看看上面说到的这些落差能否明显地表现出来

如前面所说地球赤道半径?#22270;?#21322;径之差是22千米在半径1米的地球仪上这点差别相当于赤道半径比极半径长3.5毫米肉眼根本分辨不出来同样计算可知珠穆朗玛峰只是约1.4毫米的突起马里亚纳海沟也只是最深处只有1.7毫米的小沟这些凸起和凹陷都太细微整体来看改变不了地球球体的外观

大家可能见过一种有突起的地球仪高的地方是高山低的地方是平原其实这种地球仪也是把地形起伏进行了夸大否则如果按照真?#24403;?#20363;在教学用的地球仪半径一般15厘米左右上面大陆上的那点地形起伏实在是观察不出来啊

地球真的是个丑土豆吗

利用地形学制作的地球仪上面各地区的地形差距经过了夸大

结论 流言中的图是夸张了的地球重力图不是什么地球素颜照?#34180;?#22840;张的初衷是让研究结果更直观但在媒体传播中被错误地解读了地球大略上仍然可以认为是两极?#21592;?#36196;道微突的椭球体在地球仪的尺度上认为是球体也?#36824;?#31995;

[注]这部分内容参考了石耀?#34935;?#22763;在科学网上的博客链?#21491;?#20314;失

参考资料

[1]http://op.gfz-potsdam.de/grace/results/grav/g003_eigen-cg01c.html
[2]http://science.nasa.gov/missions/grace/
[3]http://www.esa.int/Our_Activities/Observing_the_Earth/GOCE/Earth_s_gravity_revealed_in_unprecedented_detail
[4]http://news.discovery.com/earth/potato-earth-110405.html

本文作者对网友一些问题的补充回答

1不是很明白意思是如果海洋是静态的海平面就是这个样子那现在海洋表面比较圆?#20445;?#26159;因为海洋是动态的吗

地理学上有一个大地水准面的概念简单来说它是这样定义的当海水完全静止没有海浪没有潮汐没有洋流鱼也不游动海水在全球范围内充分自由地流动以后水面就像冻住了一样这时候海水形成的那个面就叫大地水准面它实际上是一个重力等位面什么叫重力等位面呢就是这时候你?#32454;?#22320;在这个面上走的时候重力是不做功的你的重力势能是保持不变的

注意此时的大地水准面仍不是一个标准的椭球面它的表面仍然有起伏原因就是不同的地方物质的密度是不一样的地?#20351;?#36896;条件也是千变万化所以不同地区的重力势不一样因?#20284;?#37325;力等位面即大地水准面也不可能是一个完美的曲面

然后这个面就可以向大陆地区?#30001;?#20102;在大陆上这个重力等位面也不是和地貌一致的它其实是横切山川的

另一个常见的名称就是地球旋转椭球面这也一个假想的面是科学家为了研究方便定义的一个面从地球的极半径和赤道半径长度我们可以知道地球确实是一个赤道稍鼓而两极?#21592;?#30340;不规则椭球体实际的大地水准面太复杂不方便研究科学家索性就定义了一个标准的椭球体大地水准面和旋转椭球面也是相切割的关系不过旋转椭球面不是唯一的不同个国?#19968;?#22320;区可以自己定义

地球真的是个丑土豆吗

大地水准面旋转椭球面和地球实?#26102;?#38754;的关系注意这里为了表示更清楚夸大了大地水准面和地表的凹凸程度椭球面?#37096;?#22823;了两极和赤道半径的比例

回答上面的问题现在地球比较圆不是因为海水是动态的现在地球的形状确实是各?#33267;?#22914;地球自转自身引力海底扩张大陆碰撞火山地震风力水以及冰川等等相互作用的结果结果就是地球不是正球体而是一个赤道稍鼓两极?#21592;?#30340;不规则椭球体

2素颜照是不是地球除去了海洋植被和土壤后的面?#29627;?/strong>

也不是的

要说除去土壤?#20445;?#39318;先可以这样定义土壤自然风化或水流沉积形成的松软土状物质当然海洋中还有一层薄薄的沉积软泥不到500米厚也算到除去之列吧陆地上的土有多厚呢?#21487;?#21306;就非常薄了很多地方一米都不到岩石很多时候是裸露的黄土高原的黄土最深深度可达近400米华北平原的沉积最深不过6000米平均不到1000米这些相对于地球6371千米的半径实在是微不足道的?#28909;?#21326;北平原土壤沉积最深的地方6/6371=0.00094不足千分之一

除去海水呢海水深?#28909;?000米青藏高原平均高?#28909;?500米把青藏高原和大洋的平均落差取为9000米9/6371=0.0014不到千分之一点五同样微不足道脸上长个不起眼的小痘痘也不止这个比例吧况且这还是极端情况

去掉植被呢假设植被的平均高度为200米夸张了地球处于侏罗纪200/6371000=0.000031我也不知道这个数有多小了

所以说不管去掉海洋植被还是土壤地球的素颜照都不可能是那种样子的但是如果真去掉这些地球真会变丑的看看火星就知道了

感谢网友asd0832对本段数据的指正

3关于地球是梨形的说法

这种说法存在误导中国地震局郗钦文研究员对这个问题做过专门的解释可点击http://scitech.people.com.cn/GB/4702166.html


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