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【專家解說】：形成原因 假如地球表面完全為自由流動(dòng)的液態(tài)水所覆蓋,那么這種液體水的表 地球引力面呈現(xiàn)一個(gè)扁球體,在兩極稍平,而在赤道膨脹,這在前邊已經(jīng)作了簡(jiǎn)要的敘述.這個(gè)理想的形狀,稱為地球體,它將完美地同全部的重力、轉(zhuǎn)動(dòng)力相平衡.牛頓定律對(duì)于引力的表達(dá)是重力遵循的基礎(chǔ).眾所周知,該定律的基本表述為：m1與m2這兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)之間的引力,正比于二者質(zhì)量的乘積,反比于這兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)中心之間距離的平方,如果說此處的F為作用在m2上的力,那么R1為從m1指向m2的單位向量,r是m1與m2之間的距離,而A是萬有引力常數(shù).加上負(fù)號(hào)表示著力是互相吸引的. 很明顯,引力是存在于自然界中強(qiáng)度最小的相互作用力.最近還發(fā)現(xiàn),A的數(shù)值也不是常數(shù),而是隨著時(shí)間有緩慢的減少.它的這種變化,是由許多原因造成的,其中之一被認(rèn)為是由于地球半徑隨著時(shí)間而增加,這樣反過來,又必將對(duì)地球的發(fā)展歷史帶來深刻的影響.可是,所得出的A值變化速率是如此之小,以至于它在整個(gè)地球演化過程中,即在幾十億年的時(shí)間內(nèi),其變化速率只大約為1％,所以在實(shí)際應(yīng)用上并無什么真正的價(jià)值. 由于地球（假定為m1）這個(gè)巨大質(zhì)量的存在,使得m2所產(chǎn)生的加速度,稱做重力加速度.它最早是被伽利略在意大利的比薩斜塔上測(cè)定的.在地球表面上這個(gè)數(shù)值一般定為980厘米／秒2,通常又將1厘米／秒2稱為“伽”（gal）,用以紀(jì)念這位偉大的科學(xué)家.重力場(chǎng)是守恒的,也就是說在重力場(chǎng)中,移動(dòng)一個(gè)物體所做的功,獨(dú)立于它所經(jīng)過的路徑,而僅僅取決于它的終點(diǎn).事實(shí)上,假如該質(zhì)量最終轉(zhuǎn)到它原來出發(fā)時(shí)所處的位置時(shí),其凈能量的消耗等于0,而不管它在其間所走過的道路是什么.這在自然地理面中,是可以很輕易得到證明的.尋常所見的水分循環(huán),就是一個(gè)很好的說明重力守恒的例子.一滴水從海洋面上被蒸發(fā),克服重力,進(jìn)入大氣,這是外界做功的結(jié)果.待它由空中重新回歸到海洋時(shí)（而不管它是直接落入海洋,還是被運(yùn)送到幾千公里之外,又隨著河川逕流回到海洋來的）,放出了原先克服重力時(shí)的那部分功,遵循著重力守恒,使得凈能量的消耗等于0.類似的例子,在地表面是很多的.另外一種對(duì)重力守恒的表達(dá)方式就是：動(dòng)能和勢(shì)能之和在一個(gè)封閉體系中為一常數(shù),這涉及到動(dòng)能與勢(shì)能的互相轉(zhuǎn)化,也是我們要經(jīng)常使用的一個(gè)規(guī)律.同時(shí)要記住引力是一個(gè)向量,它的方向是沿著地球的質(zhì)量中心與另外一個(gè)物體質(zhì)量中心的連線,這在進(jìn)行向量分析時(shí),是極為有用的.地球表面的重力大小,一般來說與五個(gè)因素有關(guān),它們是地理緯度、海拔高度、周圍地體的地形、地球潮汐與地表以下物質(zhì)的密度.這最后一個(gè)因子,僅僅在進(jìn)行重力測(cè)量中才有價(jià)值,一般情況下它對(duì)重力變化的影響,要比前四個(gè)因子的聯(lián)合效應(yīng)小的多.例如,從赤道到兩極,重力隨著緯度變化的數(shù)量大約為5伽,而油田勘探中的較大重力異常是10毫伽,只相當(dāng)于上述數(shù)字的1／500.在1930年,國際大地測(cè)量和地球物理協(xié)會(huì)采用了一個(gè)公式,給出了在地球這個(gè)橢球體上任意一點(diǎn)的重力加速度為： g=g0（1+αsin2Φ+βsin22Φ） (5．9) g——重力加速度；g0——在赤道上的重力加速度,它等于978.0490厘米／秒2；Φ——緯度,常數(shù)α及β分別是0.0052884和-0.0000059.自從1930年以來,由于在重力測(cè)量中獲取了大量的資料,特別是通過人造地球衛(wèi)星的準(zhǔn)確測(cè)定,上式中的常數(shù)已經(jīng)有了進(jìn)一步的改動(dòng). 從自然地理學(xué)的角度來看,我們的著眼點(diǎn)不在于尋求計(jì)算重力或進(jìn)行訂正的準(zhǔn)確公式,而在于利用這種重力分析的基本原理,闡述物質(zhì)在進(jìn)入自然地理面和輸出到環(huán)境時(shí)的愛力狀況,在這些受力當(dāng)中,重力是特別應(yīng)當(dāng)考慮的一項(xiàng).舉凡地形的改變、物質(zhì)的搬運(yùn)和堆積、氣團(tuán)的運(yùn)動(dòng)、水分的循環(huán)、生物的生長(zhǎng),甚至于地球物質(zhì)的調(diào)整等,離開了重力的分析,就不可能得出正確的結(jié)果.前面已 地球引力經(jīng)講過,重力最為明顯的表達(dá),一般都在地球固體表面之上.在其下并非重力消失了,只是不容易有如固體表面之上那樣明顯地看出來罷了,此外作為研究的對(duì)象來說,我們亦不去特別關(guān)注地層深處的重力狀況,而只接受它所帶來的對(duì)地表造成的后果.進(jìn)而看到,在海平面之上陸地面積約占全球總表面積的29％,以雨和雪降下來的水,必然經(jīng)受重力的作用回歸到海洋中去.這樣,每一次落到地表上的降水,都具有比例于本身質(zhì)量和海平面以上高度的乘積,這樣數(shù)值的能量,這就是它所具的勢(shì)能.在陸地地表,亦有個(gè)別的點(diǎn)低于海平面,例如我國的吐魯番盆地,美國加利福尼亞的死谷等,它們之所以能在陸面上保持這種例外的情況,一是由于其面積小,二是由于這些盆地均處于干旱區(qū),很少有降水發(fā)生.假如把它們移到濕潤(rùn)地區(qū),這種低于海平面的狀況決不會(huì)保持很久,在重力的參與下,很快就要被水充滿或被水所帶來的風(fēng)化物質(zhì)填注,以補(bǔ)足海平面在全球延伸中的“漏洞”.重力在自然地理面中的表現(xiàn),既平常又深刻,對(duì)此應(yīng)有充分的認(rèn)識(shí),現(xiàn)粗略地討論一下重力在改造地表形態(tài)上的作用.陸地表面由于風(fēng)化作用而造成的松散物質(zhì),在一定的條件下,由于力的作用是要移動(dòng)的. 無論是從高處到低處的滾動(dòng)、滑落、崩塌,還是通過河流的輸運(yùn),風(fēng)的挾帶等,其中一個(gè)極重要的因素就是重力的參與.我們以一個(gè)在坡面上運(yùn)動(dòng)的巖塊為例,簡(jiǎn)要分析一下重力的作用.由分析得知,重力的一個(gè)分力,即巖塊向下滑動(dòng)的力,比例于所處坡度的正弦,當(dāng)然還取決于這個(gè)坡面的摩擦系數(shù).一克重的巖塊在坡度為45°時(shí),向下滑動(dòng)的分力為0.7克；而當(dāng)該坡度等于60°時(shí),這個(gè)分力將增加到0.87克（如圖5．5）.由于摩擦系數(shù)很少有大于1的狀況,因此單憑摩擦系數(shù)的阻抗,在坡度大于45°時(shí),將支持不住重力所引起的向下滑動(dòng)的分力.事實(shí)上,比40°更為陡峭的自然坡度在全球是很少見的,因?yàn)槿绻谐?0°的角度時(shí),重力作用將比較迅速地對(duì)此加以改變,由此可以看出重力改變地表形態(tài)的作用來. 在討論地球重力的同時(shí),我們對(duì)于其它星體產(chǎn)生的類似于地球引力的作用力,也要加以必要的重視.最主要的就是月亮和太陽對(duì)地球的引力. 月亮和地球的距離很近,約等于三十個(gè)地球的直徑,根據(jù)萬有引力定律,引力與距離的平方成反比,因而盡管月球的質(zhì)量不算太大,但對(duì)于地球上各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的引力卻相對(duì)的要大一些.太陽的質(zhì)量很大,約等于二千億億億噸,是地球質(zhì)量的三十三萬倍,但由于地球與太陽之間的距離太遠(yuǎn),是月球—地球之間距離的四百倍,因此,它對(duì)地球的引力,只是月球?qū)Φ厍蛞Φ?6％.所以,地球上的潮汐現(xiàn)象是太陽和月亮二者作用力的合成,這里我們只需了解月亮的引力作用比太陽更大這一點(diǎn)就夠了.地球的質(zhì)量是月球的81.5倍,因此月—地系統(tǒng)的公共質(zhì)量中心,必然大大地偏向于地球一側(cè),大約在距地心0.73倍地球半徑的地方,兩個(gè)球體每月繞著這個(gè)共同的質(zhì)量中心轉(zhuǎn)動(dòng).月球?qū)τ诘厍虻囊绷倘恢匾?但這個(gè)引潮力的數(shù)量值卻并不太大,只相當(dāng)于地球重力的千萬分之一.對(duì)于地球上一個(gè)10噸重的物體來說（即重力等于10噸）,其引潮力僅有1克.這樣小的力,人通常是感覺不出來的.但地球?qū)?地球引力這種不大的引潮力,反應(yīng)卻十分明顯.很早以前,就發(fā)現(xiàn)海水在一日內(nèi)有規(guī)律的漲落（潮汐）與月球有密切關(guān)系.此外,地球不是一個(gè)剛體,一般都認(rèn)為它是一個(gè)具有彈性的球體,對(duì)于具這樣一種特性的球體,在引潮力的作用下,地球的固體巖石地殼也會(huì)產(chǎn)生“潮汐”現(xiàn)象,叫做固體潮,每天都要升降達(dá)30厘米左右.當(dāng)然地球?qū)υ虑虻囊绷Ω?它使得月殼突起和下落的幅度達(dá)到3公里左右.與此同時(shí),地球上的大氣,也因?yàn)檫@種引潮力,每天都產(chǎn)生著“大氣潮汐”.至于海洋這個(gè)龐大的水體,其上的潮汐現(xiàn)象就更為明顯了,加拿大東海岸的芬地灣蒙克頓港,最大潮差達(dá)19.6米,堪稱世界前茅.我國錢塘江口的最大潮差記錄為8.9米,當(dāng)然各個(gè)地方由于所處位置及周圍環(huán)境的不同,潮差也是不相同的.月球和太陽的引力在塑造陸地表面的地形方面,也是一個(gè)具有一定意義的因素.康德在1775年,曾率先提出把漲潮作為改變地球旋轉(zhuǎn)速度的一個(gè)因素.近年來,在探討關(guān)于地震的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)中,也有人把潮汐力作為一個(gè)對(duì)地震起因的觸發(fā)因子.此外,對(duì)于自然地理來說,更為明顯的則是潮汐對(duì)于海陸交界處地形的變更作用,對(duì)于岸線的影響作用,以及對(duì)于波浪運(yùn)動(dòng)的作用等