地球的运动及其效应

（选自《地球》1982年第三期。作者高庆华）

自转与其效应

自从地球形成45亿年以来，一直不停地自西向东自转着。现在的自转周期是23小时56分4.09秒。但在地质历史上，地球的自转速度并非恒定不变。当它自转速度加快时，由于惯性离心力和惯性力增大，就产生了从两极向赤道的经向水平力，和自东向西的纬向水平力，这两种力作用于地球的岩石圈、水圈和大气圈，形成了诸如阴山、天山、昆仑山等东西向的构造和山脉（即纬向构造带）；南北走向的构造和山脉（即经向构造带）和隐伏在海底的经向海岭，以及其他形式的构造。这时海水也从两极涌向赤道，同时气候带也从两极向赤道迁移，使气候由温暖湿润转向干燥或寒冷。当地球转速变慢时，则其产生的水平力作用方向恰好相反，遂使海水从赤道向两极运动，气候又转向温暖湿润，并产生运动方式相反的构造形迹。地球时快时慢的转动，导致了一幕又一幕的地壳运动。从古生代以来，地球的自转速度有三个时期变化较大，一次在早古生代和晚古生代之间；一次在古生代和中生代之间；一次在中生代和新生代之间。每一次变化都正好对应一次剧烈的地壳运动和大规模的海水运动、气候变化。第一次运动之后，引起植物界一次重大的跃进，并且出现了鱼类和两栖动物；第二次运动之后，于中生代繁殖了巨大的爬行动物和裸子植物；第三次运动之后，在新生代，被子植物取代了裸子植物成为优势物种；哺乳动物开始繁盛，直到出现了人类。

公转与其效应

地球在自转的同时，还围绕着太阳公转。公转一周，以春分点为标准，为365.2422个平均太阳日。公转轨道近似一个椭圆形，太阳即位于椭圆的一个焦点上。每年1月3日前后，地球离太阳最近，此点为近日点，此时日地距离为1.471亿公里；每年7月4日前后，地球离太阳最远，此点为远日点，此时日地距离为1.521亿公里。在近日点附近，地球接受的太阳辐射最多，公转速度最快，太阳对地球的引潮力最大；在远日点附近则正好相反。这种差异除了影响地球上气候、海洋潮汐、固体潮的变化外，地球自转的速度正巧是在通过近日点以后的三月份加快；通过远日点以后的八月份减慢，从而成为引发地壳运动的因素之一。国内外大量的统计工作发现，每年的三月份前后和八月份前后，是地震活动最频繁的时段。有些煤矿坑道内氡气的活动，每年有从三月份到八月份逐渐增强的规律。还有些地方煤矿中突水、突瓦斯的频度在三月份、八月份增加。这些现象的发生，可能与地球自转速度在三月份、八月份的变化有关。

地球公转的椭圆形轨道的偏心率，在0.00到0.06之间变动（现在大约为0.016）。偏心率的变化影响到地球接受太阳的总热量和对南北两半球的辐射量。偏心率越大，南北两半球的冷热差异就越大。偏心率变动的周期是96600年。它是影响地球气候史周期变化的重要因素。

地月系运动与其效应

月球是地球的卫星，它们都绕着地月系统的共同重心转动。由于月球的质量只有地球的81分之一，所以这个重心偏于地球一侧，大约在距离地心约4728公里的地幔里。由于月球引力产生的长期的潮汐作用，也推动着大陆表层向西移动，并且减慢了地球的转速，故在潮汐力数值最大的朔望日容易触发地震。这对于地震预报是有参考意义的。

随着地球自转变慢，月球也以每年大约一米的速度渐渐地远离地球，每个月的天数（即阴历每月的天数）也随之增加。通过观察鹦鹉螺化石的螺纹数目可知，在四亿年前每个月只有九天，一亿五千万年前为17天，七千万年前为22天，三千万年前为25天，现在为27日7小时43分11.47秒。由于潮汐力继续作用，地球的自转周期以每百年约0.00164秒的数目在增加。据此推算，大约50～100亿年后，地球上的一天约等于现在的一个月。到那时，地球将以同一面朝向月球。

岁差、章动、极移、摄动等与其效应

地球绕太阳公转的轨道面称为黄道面，它与地球的赤道面以及月球的轨道面都不重合。由于太阳和月球的引力作用，使赤道面向黄道面趋近，致使地球像陀螺那样慢慢晃动。地轴摆动描绘出一个顶角约47度的对顶圆锥，摆动一周要经过25735年。从地球上看，地轴摆动使春分点每年西移约50角秒，这种运动称为岁差。当地轴倾斜度增加时，高纬度地带接受的太阳辐射将会增加，赤道地带接受的太阳辐射则减少，如当地轴倾斜度增加1度时，极地辐射量会增加4.02％，而在赤道地带则减少0.35％。

岁差影响了日地距离的变化、太阳对地球引潮力的变化，也影响到地球自转速度的变化，促使地壳发生运动。另外，许多人认为偏心率、地轴倾斜和岁差运动与气候变化和冰川期相关。

地球在转动过程中，太阳每年经过赤道两次，月球则每月经过赤道两次。它们有时在赤道南侧，有时在赤道北侧，或分别在赤道两侧，其引力方向随之不断变化，致使地轴在长期的旋进中，又附加上了一个周期为18.6年的运动，称为章动。章动对潮汐的周期变化有重要的控制作用，是潮汐预报必须考虑的因素。

地球自转轴通过地球表面地极的位置不是固定不变的，大略是沿着一圈圈不规则的环形路线移动，这种现象称为极移。根据极移轨迹的分解，得出了两个主要的周期成份，即一年周期和14个月周期。前者相当稳定，显然是由季节性变化的大气流动和海水运动引起的。后者称为“张德勒摆动”，是“非刚体”地球的自由摆动。最近几十年发现，世界上的大地震和极移轨迹的突然转折在时间上是相关的。现在虽然还搞不清楚是极移引起大地震，还是大地震导致极移，但这的确是一项值得注意的地震前兆。

此外还有一种运动，即其他行星的引力使地球偏离公转轨道，这种现象称为摄动。然而由于它们与地球的距离比地月距离大得多，而且质量又比太阳小得多，所以它们对地球的影响远没有太阳和月亮那样大，即使发生九星连珠，也不会对地壳运动有太大的影响。

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