第三节 地球的理化性质

　　为了从总体上深入了解和认识我们的地球，还必须从地球的基本理化特征方面，如质量、重力、温度、磁性及化学组成等方面作具体的研究。

一、地球的质量和密度

　　任何物体的质量就是整个物体的物质总量。一种物体的质量和它与其他物体之间的距离，决定着物体之间的引力状况。这是万有引力定律的基本含义。根据这个定律，只要在质量、距离和引力三者之间，有两顶是已知的，就可求出另一项的数值。

　　地球对我们生活在它上面的人类来说，是个很大的星球，我们无法直接测量它的质量，只能借助间接推算的方法，求出它的质量。英国物理学家卡文迪什就是通过万有引力定律，首先求出地球质量的。这种方法一直沿用到今天。依据万有引力公式：

　　式中， M代表地球质量， R为地球平均半径（6371千米），F为地心对地面上1克物质的引力即重力（980厘米/秒²），G为万有引力常数（6.67×10^-8达因·厘米²/克²），m为地面质量等于1克的物质。将这些已知数值代入上式就可以得出：

　　这就是地球的总质量，约为60万亿亿吨。

　　依据地球的质量和体积，又可计算出它的密度为：

　　因为这个密度是用地球的平均半径和地球表面平均重力求得的，所以是地球整体的平均密度。实际上，在地壳的岩石中，花岗岩的密度为2.7克/厘米³，玄武岩的密度为2.8克/厘米³。由此可以推断地球深处的物质密度一定大于这个平均值（5.52克/厘米³）。但是，地球内部的密度不能直接测定。例如，通过地震波速可以推算，但有的介质弹性因素相参杂，不好区分。目前主要是依据我们前面所介绍的地球结构模式，对不同深度的圈层进行密度推算的。地震学家布伦于1970年提出地球内部结构模式和推算出的各层密度，如表6－3所示。该表所要求条件是：第一，地球内部各圈层必须是规则的同心球层。第二，地球内部物质是稳定均一，随着深度的增加，压力和密度由地表到地心呈均匀变化。第三，地核被看做是铁陨石一样的铁质球核。

表6－3 地球内部密度

　　上述情况表明，地球内部的密度随深度的增加而递增。这主要是组成地球的物质，受地球自身的重力作用，而产生上下分异的结果。即密度大的物质下沉，密度小的物质被迫上升所造成的。当然，随着深度的增加，地下物质承受上层物质的压力也会加大，而压力增大，物质的密度也要增加。