地球基本情况
地球是太阳系八大行星之一，是我们人类赖以生存的行星，地球按离太阳由近及远的顺序，地球是第3个行星，它与太阳的平均距离是1.496地球亿千米，这个距离叫做一个天文单位（AU）。地球的赤道半径约为6378千米，极半径约为6357千米，二者相差约21千米，地球的平均半径约为6371千米。地球的公转轨道是椭圆形，其轨道长半径为149597870千米，轨道偏心率为0.0167，公转轨道运动的平均速度是29.79千米/秒。中国古代对天地的认识有所谓浑天说，东汉张衡在《浑天仪图注》里写道：“天体圆如弹丸，地如鸡中黄，天之包地犹壳之裹黄。”这是地球内部结构示意图，从里到外分别是地核、地幔和地壳，每一层又可继续分为多个小层地球是圆的这个概念在远古就已模糊地存在了。723年唐玄宗派一行和南宫说等人，在今河南省选定同一条子午线上的13个地点，测量夏至的日影长度和北极的高度，得到子午线一度之长为351里80步(唐代的度和长度单位)。折合现代的尺度就是纬度一度长132.3千米，相当于地球半径为7600千米，比现代的数值约大20％。
这是伽利略木星探测器在1990年12月11日距地球150万英里时发回的地球照片。图中可见印度次大陆和澳洲
这是地球尺度最早的估计(埃及人的测量更早一些，但观测点不在同一子午线上，而且长度单位核算标准不详，精度无从估计）。地球的精确的地形测量只是到了牛顿发现万有引力定律之后才有可能，而地球形状的概念也逐渐明确。地球并非是很规则的正球体，它的表面可以用一个扁率不大的旋转椭球面来极好地逼近。扁率e为椭球长短轴之差与长轴之比，是表示地球形状的一个重要参量。经过多年的几何测量、天文测量以至人造地球卫星测量，它的数值已经达到很高的精度。这个椭球面不是真正的地球表面，而是对地面的一个更好的科学概括，用来作为全球各地大地测量的共同标准，所以也叫做参考椭球面。按照这个参考椭球面，子午圈上一平均度是111.1千米，赤道上一平均度是111.3千米。由于地球转动的相对稳定性，人类生活历来都利用它作为计时的标准。
地球的转动
这是由伽利略探测器在前往木星的途中于1992年拍摄的地球与月球的合影
简单地说，地球绕太阳公转一周的时间为一年，地球自转一周的时间为一日。然而由于地球外部和内部的原因，地球的转动其实是很复杂的，地球自转的复杂性表现在自转轴方向的变化和自转速率即日长的变化。自转轴方向的变化中，最主要的是自转轴在空间绕黄道轴缓慢旋进，造成春分点每年向西移动50.256″的岁差。这是日、月对地球赤道突出部分吸引的结果。其次是地球自转轴相对于地球本身的位置变化，造成了地面各点的纬度变化。这种变化主要有两种成分：一种以一年为周期，振幅约为0.09″，是大气和海水等季节性变化所引起的，是一种强迫振动；另一种成分以14个月为周期，振幅约为0.15″，是地球内部变化所引起的，叫做张德勒摆动，是一种自由振动。此外还有一些较小的自由振动。转速的变化造成日长的变化。主要有三类：长期变化是减速的，使日长每百年增加1～2毫秒，是潮汐摩擦的结果；季节性变化最大可使日长变化0.6毫秒，是气象因素引起的；不规则的短期变化，最大可使日长变化4毫秒，是地球内部变化的结果。
地球自转的变化
地球自转的长期减慢，使日长在一个世纪内大约增长1～2毫秒，使以地球自转周期为基准所计量的时间，二千年来累计慢了两个多小时。地球自转的长期减慢，可以通过对月球、太阳和行星的观测资料以及古代日月食资料的分析加以确认。通过对古珊瑚化石生长线的研究，可以知道地质时期地球自转的情况。例如，人们发现在泥盆纪中期，即3亿7千万年以前，每年约有400天左右，这与天文论证的地球自转长期减慢的量级是一致的。引起地球自转的长期减慢的主要原因，可能是潮汐摩擦。潮汐摩擦引起地球自转角动量减少，同时使月球离地球越来越远，进而使月球绕地球公转的周期变长。这种潮汐摩擦作用主要发生在浅海地区。另外，地球半径的胀缩，地核增生，地核与地幔之间的耦合也可能会引起地球自转的长期变化。
地球自转速度除长期减慢外，还存在着时快时慢的不规则变化。这种不规则变化同样可以在月球、太阳和行星的观测资料以及天文测时的资料中得到证实。根据变化的情况，大致可以分为三种：几十年或更长的一段时间内的相对变化；几年到十年的时间内的相对变化；几星期到几个月的时间内的相对变化。前两种变化相对来说比较平稳，而最后一种变化是相当剧烈的。产生这些不规则变化的机制，目前尚无定论。比较平稳的变化可能是由于地幔与地核之间的角动量交换或海平面和冰川的变化引起的；而比较剧烈的变化可能是由于风的作用引起的。
地球自转速度季节性的周期变化是在二十世纪三十年代发现的。除春天变慢和秋天变快的周年变化外，还有半年周期的变化。周年变化的振幅约为20～25毫秒，主要是由风的季节性变化引起的。半年变化的振幅约为9毫秒，主要是由太阳潮汐引起的。这些变化的振幅和位相，相对来说，比较稳定。相应的物理机制也研究得比较成熟，看法比较一致。由于天文测时精度的不断提高，在六十年代末，从观测资料中求得了地球自转速度的一些微小的短周期变化，其周期主要是一个月和半个月，振幅的量级只有1毫秒左右，这主要是由月球潮汐引起的。
地球的环境
地球的表面形态是极复杂的，有绵亘的高山，有广袤的海盆，还有各种尺度的构造。地表的各种形态主要不是外力造成的，它们来源于地壳的构造运动。地壳运动的起因至少有以下几种设想：①地球的收缩或膨胀。许多地学家认为地球一直在冷却收缩，因而造成巨大的地层褶皱和断裂。然而观测表明，地面流出去的热量和地球内部因放射性物质的衰变而生出的热量是同量级的，也有人提出地球在膨胀的论据。这个问题现在尚无定论。②地壳均衡。在地壳以下的某一定深度，单位面积上的载荷有一种倾向于均等的趋势，地面上的巨大高差为地下深部横向物质流动所调节。③板块大地构造假说——地球最上层约八、九十千米厚的岩石层是由几块巨大的板块组成的。这些板块相互作用和相对运动就产生了地面上一切大地构造现象。板块运动的动力来自何处，现在还不清楚，但不少人认为地球内部物质的对流起了决定性的作用。
地球磁场
地磁场并不指向正南，十一世纪中国的《梦溪笔谈》就有记载，地磁偏角随地而异，真正地磁场的形态是很复杂的。它有显着的时间变化，最大的变化幅度可达到总地磁场的千分之几或更高，变化可分为长期的和短期的，长期变化来源于地球内部的物质运动，短期变化来源于电离层的潮汐运动和太阳活动的变化。在地磁场中，用统计平均或其他方法将短期变化消去后就得到所谓基本地磁场，用球谐分析的方法可以证明基本地磁场有99％以上来源于地下，而相当于一阶球谐函数部分约占80％，这部分相当于一个偶极场，它的北极坐标是北纬78.5°，西经69.0°。短期变化分为平静变化和干扰变化两大类。平静变化是经常出现的，比较有规律并有一定的周期，变化的磁场强度可达几十纳特；干扰变化有时是全球性的，最大幅度可达几千纳特，叫做磁暴。基本磁场也不是完全固定的，磁场强度的图像每年向西漂移0.2°～0.3°，叫做西向漂移。这就指出地磁场的产生可能是地球内部物质流动的结果。现在普遍认为地球核主要是铁镍组成的（还包含少量的轻元素）导电流体，导体在磁场中运动便产生电流。这种电磁流体的偶合产生一种自激发电机的作用，因而产生了地磁场，这是当前比较最为人接受的地磁场成因的假说。当岩浆在地磁场中降温而凝固成岩石时，便受到地磁场磁化而保留少许的永久磁性，称为热剩磁。大多数岩浆岩都带有磁性，其方向和成岩时的地磁场方向一致，由相同时代的不同岩石标本可以确定成岩时地球磁极的位置。但由不同地质时代的岩石标本所确定的地磁极位置却是不同的，这就给大陆漂移的假说提供了一个有力的证据。人们还发现，在某些地质时地球磁场代成岩的岩石，磁化方向恰好和现代的地磁场方向相反，这是由于地球在形成之后，地磁场曾多次自己反向的结果。按照自激发电机地磁场成因假说，这种反向是可以理解的。地磁场的短期变化可以感应地下电流，而地下电流又引起地面的感应磁场，地下电流同地下物质的电导率有关，因而可由此估计地球内部的电导率分布，然而计算是复杂的，而且解答不单一，现在所能取得的一致意见是电导率随深度而增加，在60～100千米深度附近增加很快。在400～700千米的深处，电导率又有明显的变化，此处相当于地幔中的过渡层（又叫C层）。
地球的温度
地面从太阳接受的辐射能量每年约有10焦耳，但绝大部分又向空间辐射回去，只有极小一部分穿入地下很浅的地方。地球内部的一部分能源来自岩石所含的放射性元素铀、钍、钾。浅层的地下温度梯度约为每增加30米温度升高1摄氏度但各地的差别很大，由温度梯度和岩石的热导率可以计算热流，由地面向外流出的热量，全球平均值约为6.27微焦耳/厘米秒，由地面流出的总热能约为10.032×1020焦耳/年。它们在岩石中的含量近年来总在不断地修正，有人估计地球现在每年由长寿命的放射性元素所释放的能量约为9.614×1020焦耳，与地面热流很相近，不过这种估计是极其粗略的，含有许多未知因素。另一种能源是地球形成时的引力势能，航天飞机拍摄的中国矿物资源雷达图片假定地球是由太阳系中的弥漫物质积聚而成的。这部分能量估计有25×1032焦耳，但在积聚过程中有一大部分能量消失在地球以外的空间，有一小部分，约为1×1032焦耳，由于地球的绝热压缩而积蓄为地球物质的弹性能。假设地球形成时最初是相当均匀的，以后才演变成为现在的层状结构，这样就会释放出一部分引力势能，估计约为2×1030焦耳。这将导致地球的加温。地球自形成以来，旋转能的消失估计大约有1.5×1031焦耳，还有火山喷发和地震释放的能量，但其数量级都要小得多。地球是越转越慢的。地面附近的温度梯度不能外推到几十千米深度以下。地下深处的传热机制是极其复杂的，由热传导的理论去估计地球内部的温度分布，常得不到可信的结果。但根据其他地球物理现象的考虑，地球内部某些特定深度的温度是可以估计的。结果如下：①在100千米的深度，温度接近该处岩石的熔点，约为1100～1200℃；②在400千米和650千米的深度，岩石发生相变，温度各约在1500℃和1900℃；③在核幔边界，温度在铁的熔点之上，但在地幔物质的熔点之下，约为3700℃；④在外核与内核边界，深度为5100千米，温度约为4300℃，地球中心的温度，估计与此相差不多。
地球的结构
