去掉海洋的地球是什么样子的什么形状
地球的形状像个丑土豆吗?
在地球仪上,地球是一个正宗的球体。但有网友贴出了一张地球的“素颜照”,照片中,地球长满了“青春痘”,样子有点变形,甚至有些丑,好像一只土豆。
那么从外太空看地球,难道真像网上流传的那样像个丑土豆吗?
剖析
“素颜照”来历
所谓的地球素颜照表示的其实是全球重力变化的空间差异,而且经过了夸张处理。照片出自德国地球科学研究中心和美国宇航局合作的“GRACE项目”。这个项目的主要目的就是绘制地球的重力场变化。欧洲空间局(European Space Agency)也有类似的项目,称作“GOCE”。
欧洲空间局的科学家利用重力卫星上搭载的精密重力仪,可以测出不同地区的重力值并求出差异。他们曾根据GOCE卫星数据画出第一张全球重力差异模型图,其中红色表示高重力区,蓝色表示低重力区,代表两个极端值。全球除了个别地区外,重力的差别其实是非常小的。而那张“地球重力变化图”的研究人员希望更加直观地表示出研究的结果,于是将数据放到一个地球的模型上,并且夸大了比例,形象化地表示出各地重力数值的差异,而不是完全按照比例绘制的。于是,地球看上去就变成了一个“丑土豆”。
重力在不同的地区是有细微变化的。比如在赤道地区重力较低,而在两极地区较高;在青藏高原较低,在海洋地区则一般较高。此外,在有金属矿床发育的地区,重力一般也较高。
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较高,所以在海洋地区的重力反而大于高原地区。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,地质学家就可以找到很多金属矿产。
测量地球重力场变化的项目,是欧洲空间局观测地球项目中的一个子项目,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、潮汐形成,以及冰盖厚度变化和火山下的岩浆分布等。精确的重力资料对理解这些过程有很大的帮助。欧洲空间局的科学家正是利用重力卫星上搭载的精密重力仪,测出了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,以此来更加直观地表示出研究结果。
地球表面相对差异其实不大
那么,如果把地球表面的海洋、植被和土壤等去除后,地球是否会呈现出一个“丑土豆”的面貌?
首先说去除土壤后地球的面貌。
土壤是自然风化或水流沉积形成的松软土状物质。海洋中也有一层薄薄的沉积软泥,不到500米厚。如果把它们都算到除去之列,也不会让地球变化更大。因为黄土高原的黄土最深处仅近400米,华北平原的沉积层最深不过6000米,平均不到1000米。而在山区,很多地方的土层连一米都不到,岩石很多时候是裸露的。这些数据相对于地球6371千米的半径,实在是微不足道。
海水亦然。青藏高原和大洋底的平均落差大概取值为9000米,它相对地球半径也不过千分之一点五的比例,同样微不足道。
植被就更不用说了。
所以,不管去掉海洋、植被,还是土壤,地球也许会变丑,但都不至于太大幅度地改变外形。
地球的真实形状
从太空中拍到的照片可以更直观地看到地球的形状——它确实是一个圆圆的球体。而且由于地球表面70%覆盖着水,所以远远看上去很像一颗晶莹的玻璃球。
但地球看上去比较圆,并不是因为动态海水覆盖的原因。地球的形状,其实是各种力相互作用的结果。
几年前,曾有一个“梨形地球”的说法甚嚣尘上。当时这个说法来源于根据GRACE卫星收集到的重力资料描绘出的一张“梨形地球”的彩图。2006年时,中国地震局地震预测研究所研究员郗钦文曾著文详细解释过这个“梨形地球”的误会。他说,那张“梨形地球”的彩图,其实已明确指出“是地球的大地水准面剔除地球扁率并放大1000倍的三维透视图”。而其中提到的“地球扁率”正是由于地球赤道半径比极半径约长21千米,将这个21千米与赤道半径相比,得到的一个比值,约为1/298.256,正是它决定了地球这个旋转椭球体的扁平程度。他认为,地球上“各阶扰动的影响”,都不能改变地球形状近似于旋转椭球体的科学事实。
如何描述地球的形状?如果精确到几十千米,可以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,地球确实是一个赤道稍鼓而两极略扁的不规则椭球体。不过,赤道和两极的半径差别只有约21千米,相对于平均半径来说,实在微不足道。如果精确到米,地球的形状就很难概括描述了,要讨论地球的具体形状也是不大可能的。
虽然地球看似呈圆形,但在赤道南部不远处略有凸出,因此环地轴的距离略小于环赤道的距离。
“脱水”后的地球
如果把地球表面的水抽干,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。其实海底和大陆还是蛮像的:有挺拔的高山,有辽阔的平原,有横亘几千千米的山脉,也有伤疤一样的海沟。
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多米,而洋盆平均深度也就4000米深,落差不过8000米多一点。即使算极值,珠穆朗玛峰约8844米,太平洋马里亚纳海沟最深处约11034米,落差也不过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。
地球赤道半径和极半径之差是21千米,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,整体来看几乎改变不了地球球体的外观。
真相是这样的
从上述分析可以看出,传言中夸张了的地球重力图,并非什么地球“素颜照”,夸张的初衷也只是让研究结果更直观,更易被大众理解。地球大体上仍然可以被看成一个两极略扁、赤道微突的椭球体。因此,在地球仪的尺度上,把它看成规则球体也没什么关系。