第一章 宇宙中的地球
第一节 地球的宇宙环境
一、人类对宇宙的认识
1、人类对宇宙的认识过程
地心说→日心说→星系说
人类对宇宙的认识不断修正，不断接近真理。
把人类观测到的有限宇宙叫可见宇宙，“可见宇宙的”的半径约140光年。
2、宇宙是由形态多样的物质组成
宇宙中有恒星、行星、卫星、彗星、流星体、星云、星际物质等，它们都是天体。天体在体积、质量、亮度、温度等方面差别很大。
恒星和星云是宇宙中的基本天体。天空中还有许多人造天体，如人造卫星、宇宙飞船、天空实验室等。
3、宇宙处在不断的运动和发展中
天体都在高速运动中，天体之间相互吸引、绕转，形成天体系统。
4、宇宙中蕴藏着丰富的自然资源
⑴空间资源
宇宙空间辽阔，高真空、强辐射、失重环境，有利于进行多种科学实验（如太空育种等）。
⑵太阳能资源
没有经过大气层削弱，太阳能极为丰富；可建设太阳能电站，向地球输送电能。
⑶矿产资源
月岩中有多种矿藏，富含氦3能源。
宇宙资源的开发，高投入、高技术、规模大，需要国际合作。
二、多层次的天体系统
1、天体系统的层次
地月系—→太阳系—→银河系—→总星系（人类目前观测到的宇宙）
2、银河系及河外星系
银河系中有大量恒星，还有很多星云。银河系主体部分直径约8万光年。
人们已发现了上亿个河外星系。它们中都有无数的恒星，直径非常大。
天空中距太阳最近的恒星是半人马座的南门二，半人马座的南门二丙星是除太阳
外，距地球次近的恒星，又叫比邻星，距太阳4.2光年。
3、太阳系
⑴由太阳及多种围绕太阳运行的天体组成，太阳是太阳系的中心天体
⑵太阳系的行星
八大行星：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星
八大行星中，水星和金星没有卫星；木星质量最大；土星和木星卫星数目多；土星、木星、天王星有光环；天王星和海王星肉眼看不见。
八大行星的运动具有同向性（逆时针方向围绕太阳公转）、共面性、近圆性。
矮行星：冥王星
小行星：数量很多，大小不同；它们分布于火星轨道和木星轨道之间；有时会“闯入”地球大气层。
⑶其他天体
彗星：在扁长轨道上运行，质量很小的天体。彗星主要部分由冰物质组成，运动到太阳附近时，冰物质蒸发并受太阳风的推斥作用，在背向太阳的一侧形成很长的彗尾（几亿㎞）。
哈雷彗星的平均周期是76年，1985～1986年哈雷彗星曾经接近太阳一次。
流星体、流星现象、流星群；流星现象在有大气层的天体上才可看到。流星群通常由彗星分裂的碎片形成。
4、地月系
⑴月球围绕地球公转，是地球惟一的卫星
⑵月地平均距离38.4万㎞，月球的自转方向和周期与公转方向和周期相同，月球上没有昼夜交替现象。
⑶月相及其变化
月相变化周期约为29.53日。农历月就是以月相变化周期为基础制定的。
新月（看不见）→蛾眉月→上弦月（初7、8可见，半个月亮）→凸月→满月（15、16彻夜可看见）→凸月→下弦月（23、24可见，半个月亮）→蛾眉月→新月（看不见）
月初，月亮与太阳同升同落，此后月亮升起时间不断推迟；上弦月时月亮正午升起，半夜落下；满月时月亮黄昏升起，清晨落下；下弦月时月亮半夜升起，正午落下；到月底又与太阳同升同落。
上上西西，下下东东意思是上半月、上半夜在西边的天空可看见西边的半个月亮；下半月、下半夜在东边的天空可看见东边的半个月亮。
⑷发生日食必在新月，发生月食必在满月
三、普通而特殊的行星——地球
1、地球的宇宙中一颗普通行星
地球是类地行星之一，质量、体积小；表面温度高，密度较大；运动周期较短，有一颗卫星。
2、地球是宇宙中特殊的行星
⑴生命存在的条件
必要的组成物质，能合成有机物的基本元素；适中的光和热；液态水；适宜生物呼吸的大气层；足够长的时间。
⑵地球上具有生命物质存在的条件与下列因素有关
①比较稳定和安全的宇宙环境
几十亿年来太阳没有明显变化，地球关照条件稳定，生命出现并演化从未中断；大、小行星各行其道，互不干扰。
②日地距离适中
日地距离平均1.5亿㎞，使地球表面具有适中的温度（平均15℃的气温）。③地球自转、公转周期较短
使地球表面各地温度变化不明显，适宜生命生存。
④地球体积、质量适中
地球周围大气层密度、压力适中，经过漫长的时间逐渐演化成适宜生物呼吸的大气层。
⑶地球上适宜生物生存环境的形成
①地球内部温度升高，内部物质运动——水汽逸出、降水，形成原始海洋（液态水）
②地球的矿物质组成复杂（必要的化学元素）
③地球有46亿年的历史（足够长的时间）
3.好好爱护地球，因为只有一个地球
第二节 太阳对地球的影响
一、太阳辐射与地球
1、太阳概况
与地球相比，太阳的质量、体积、表面重力加速度都很大。
太阳主要成分是氢和氦，表面温度很高，是太阳系惟一的恒星；气体球，密度小（地球密度的1／4）。
2、太阳辐射
太阳辐射能量很大，辐射能来源于太阳内部的核聚变反应（氢原子核转化为氦原子核），太阳的质量亏损转化为能量。太阳辐射中只有1／22亿的能量能够到达地球。
太阳辐射波长为0.15～4微米之间，分为紫外区（＜0.4微米）、可见光（0.4～0.76微米，分为七色光，红光波长最长，紫色光波长最短）、红外区（＞0.76微米）。太阳辐射能主要集中在可见光区，约占总能量的一半。
3、太阳直接为地球提供了光热资源，地球上生物的生长离不开太阳
4、太阳辐射对地球环境的影响
维持地表温度，是促进地球上水循环、大气循环和生物活动的主要动力。大气环流、水循环和洋流运动促进地球上地理环境的形成和变化。
5、太阳辐射对人们生产和生活的影响
太阳能经过转化，可形成多种形式的能源，如煤、石油、天然气、水能、风能生物能等。太阳能及这些能量成为人们生产和生活的重要能源。
绿色植物的光合作用可以固定太阳能。光合作用是农业生产的基础。农业科技革命的一个重要目标就是努力提高农作物对太阳能是利用率。
我国的西北地区和青藏地区太阳能丰富。原因是西北地区气候干旱，多晴天，大气中云量少，对太阳辐射削弱少，到达地面的太阳辐射能多，光、热充足；青藏地区海拔高，空气稀薄，多晴朗天气，对太阳辐射削弱少，到达地面光热多。
我国四川盆地太阳能贫乏，原因是四川盆地周围有山脉环抱，地形封闭，导致水汽不易扩散；盆地内阴天、雾天多，日照时间短，光照弱，太阳能贫乏。
全球范围内，太阳辐射能随纬度分布呈规律变化，沙漠区太阳辐射强，由低纬度向高纬度减弱。
二、太阳活动对地球的影响
1、太阳活动
太阳外部大气层由内向外分为光球层、色球层、日冕，可见光越来越少。太阳活动的表现有黑子、耀斑、日珥、太阳风等。太阳黑子活动的平均周期为11年，存在于光球层中；耀斑和日珥存在于色球层中；太阳风存在于日冕中。
2、太阳活动对地球的影响
⑴对地球气候的影响
降水年际变化与太阳黑子的相对数年变化有关，周期约11年；相关性并不完全一致。
中高纬度区树木年轮疏密变化，有约11年的周期；地质时期的气候变化也有约11年的周期。
太阳活动高峰年，地球上激烈天气现象出现的几率明显增加；反之地球上天气变化相对平稳。
⑵对电离层的影响
干扰电离层，造成无线电短波通讯衰减或中断。太阳风暴干扰短波通信，通信设施受损。
⑶对地球磁场的影响，产生“磁暴”现象。
⑷在地球高纬度地区上空形成极光现象
⑸地球上许多自然灾害的发生与太阳活动有关，如地震、水旱灾害等。
第三节 地球的运动
一、地球的自转
1、绕地轴自转
地轴北段始终指向北极星附近。
2、地球自转方向
从侧面看，地球自西向东自转；从北极上空向下看，地球逆时针方向自转；从南极上空向下看，地球顺时针方向自转。
3、地球自转周期
恒星日：是地球自转的真正周期，长23小时56分4秒，地球自转360°。
太阳日：是地球上昼夜交替的周期，长24小时，地球自转360°59′。
4、地球自转的速度
角速度ω=360°／23小时56分4秒≈15°／小时
角速度的大小与转动半径无关，因此地球表面除南北极点外，任何地点自转角速度相同。
线速度v=ω.r=ω.RcosФ（R为地球的赤道半径，Ф为当地的地理纬度）
赤道处线速度最大，由赤道向两极自转线速度减小，南北纬60°处线速度减为赤道处的一半，两极点线速度为零。纬度相同的地方，海拔较高的地点自转线速度较大。
试比较广州、武汉、北京、哈尔滨的自转线速度大小。
二、地球的公转
1、绕太阳公转
地球公转过程中，地轴在宇宙空间的指向永远不变。
2、地球公转轨道（黄道）
是近似于圆的椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上。在地球公转过程中，日地距离会有微小变化。
3、地球公转速度
1月初地球位于近日点附近，地球公转速度最快；7月初地球位于远日点附近，地球公转速度最慢。一年内地球公转速度的变化规律是：最快→减慢→最慢→加快→最快。
4、地球公转方向
从地球公转轨道侧面看，地球自西向东公转；从地球公转轨道上空俯视，地球逆时针方向公转。
5、地球公转周期
1恒星年：地球公转的真正周期，长365天6小时9分10秒。
1回归年：太阳直射点回归运动的周期，长365天5小时48分46秒。
现行公历历法即按照回归年的长度制订，有平年和闰年。一般年份凡能被4整除的即为闰年，其余为平年；世纪年中，凡能被400整除的为闰年，其余的为平年。
三、地球自转和公转的关系
1、地球的运动是两种是两种运动的叠加
地球自转产生了赤道平面，地球公转产生了黄道平面，地球运动可用两平面之间的关系表示
2、黄赤交角及其影响
目前黄赤交角是23°26′，地球公转过程中，地轴指向和黄赤交角大小不变，太阳直射点不断移动。
3、太阳直射点的回归运动
太阳直射点在地表南北回归线之间作周期性的往复运动，周期为一回归年。
4、太阳直射点回归运动的意义
太阳直射点的回归运动，使太阳辐射能在地表面的分配，具有回归年的变化；使地表环境更适宜生物生存。
太阳直射点不移动 → 地表不同地区冷热差异加大
地球不公转 → 太阳直射点不移动
黄赤交角为0 →太阳永远直射赤道
太阳直射点的回归运动是地球自转和公转共同左右的结果。
第四节 地球运动的地理意义
一、昼夜交替
1、昼半球与夜半球的产生
地球是一个既不发光，也不透光球体。
2、昏线及其判断
昼、夜半球的分界线即晨昏线，晨昏线平分地球，晨昏线平面与太阳光垂直；二分日晨昏线与经线圈重合；二至日晨昏线与经线圈夹角最大，夹角为23°26′。此时晨昏线与南北极圈相切。
黑夜→晨线→白昼；白昼→昏线→黑夜
3、太阳高度及其在一日内的变化
昼夜交替的实质是某地点在一日内太阳高度的变化。同一地点位于昼半球、夜半球、晨昏线上时，太阳高度不同（＞0，＜0，=0）；同一时刻不同地点的太阳高度不同（＞0，＜0，=0）。
4、昼夜交替
随着地球自转运动，晨昏线不断移动（移动方向与地球自转方向相反），各地太阳高度不断变化，产生昼夜交替。
太阳日时间不长，使地表温度日变化不是很剧烈，有利于生命生存和发展。
东行的观测者看到昼夜交替周期缩短，西行的观测者看到昼夜交替的周期延长。
例如：假定有一观测者乘飞机沿某条纬线向东飞行，飞行速度与地球自转速度相同，起始位置为60°E，一小时后飞机将飞到90°E上空，12小时后飞到60°E，完成一个昼夜交替周期。
如果地球只有自转没有公转，地球上会有昼夜交替，昼夜交替的周期是一个恒星日；如果地球没有自转，只有公转，地球上也会有昼夜交替，昼夜交替的周期是一恒星年；如果地球的自转周期等于公转周期，地球上不会有昼夜交替。
二、地方时
1、地方时的产生
地球自西向东自转，比较偏东的地点先看到日出，偏西的地点后看到日出，产生了地方时。使用地方时有很多不便。
经度每隔15°，地方时相差1小时，经度每隔1°，地方时相差4分钟。
某地地方时=已知地地方时±4分钟／1°×两地经度差
某地经度=已知地经度±1°／4分钟×两地地方时差（分钟）
2、时区的划分和区时
7.5°W～7.5°E为零时区，零时区向东、西两侧每隔15°划分出一个时区。172.5°E～180°为东12区，172.5°W～180°为西12区，全球共划分为24个时区。每个时区中央经线所在地的地方时间为该时区的区时。
3、时区和区时的计算
时区计算：经度数除以15，商的小数点后第一位四舍五入。
例如：140°E位于哪个时区？
140÷15≈9.3 即东9区
区时的计算：先算两地时区差，即用偏东地点时区数减去偏西地点的时区数（东时区取正，西时区取负）；然后用已知地的区时减去或加上时区差即可（已知偏西地点求偏东地点用加，已知偏东地点求偏西地点用减）
4、日期变更线
有两条，地方时为0时的经线；国际日期变更线。国际日期变更线不完全与180°经线重合，三处有弯曲。
日界线两侧钟点相同，日期差1天。东12区日期比西12区日期早一天（多一天）
由西向东行过日界线，日期减一天；由东向西行过日界线，日期加一天。地方时为0
时的经线位置是不确定的，经常变化。由西向东行过0时经线，日期加一天，由东向
西行过0时经线，日期减一天。
5.日期范围的判定
地球上新的一天开始于地方时间0时的经线，随着0时经线西移，“今天”的范围逐渐扩大，“昨天”的范围逐渐缩小。
已知某时区的区时，如何判定“今天”的范围占全球的比例？
⑴由该时区区时推算出东12区是区时X，再用东12区区时X除以24.如果东12区属于“今天”，“今天”在全球的范围为X/24，如果东12区属于“明天”，则“今天”的范围为1-X/24。
⑵由该时区区时推算出0时所在的时区，再算出该时区与东12区的时区差，用该差值除以24即可。
如果0时区为0点，全球“今天”与“昨天”的范围各占一半；如果0时区为12点，全球属于同一天，即此时地方时为0时的经线与180°经线重合。
6.法定时
中国：东8区区时 印度：东5.5区区时 朝鲜、日本：东9区区时
三、沿地表水平运动方向的偏移
1、偏向规律
北半球向右偏，南半球向左偏，赤道上不偏
2、偏转方向的判断
北半球用右手，南半球用左手；将手掌伸平，掌心向上，让四指指向物体不受力时运动方向，拇指指向为近似的物体偏转方向。
3、偏向产生的原因
地转偏向力 F=2mvωsinФ
地转偏向力大小与当地纬度的正弦值成正比，纬度越高，地转偏向力越大，偏角越大。两极点附近地转偏向力最大，赤道上为零。
4、地转偏向力的应用
⑴对河岸的影响，河流两岸不对称
北半球河流右岸侵蚀为主，河流岸边比较陡峻，一些凹岸处可建港口；左岸以沉积为主，河岸比较平缓，水浅。
⑵对大气运动的影响
大气环流，三圈环流，近地面风向的形成
⑶对洋流运动的影响
五、昼夜长短的变化
晨昏线把所经过的经线圈分割成昼弧和夜弧。昼弧大于夜弧，则白昼长于黑夜；反之则反
由于太阳直射点的回归运动，地球上同一地点在一年中昼夜长短不同，同一时刻不同地点（纬度）昼夜长短不同，会有规律变化。
1、昼夜长短随纬度变化
夏至日，昼长由南向北逐渐延长，北极圈以北出现极昼（极昼范围最大），夜长由北向南逐渐延长，南极圈以南出现极夜(极夜范围最大)。
北半球昼长夜短，南半球昼短夜长。夏半年昼夜长短情况同夏至日类似。
冬至日昼长由南向北缩短，夜长由北向南延长，北极圈以内出现极夜（极夜范围最大），南极圈以内出现极昼（极昼范围最大）。
二分日全球昼夜等长。
同一时刻，地球上某地点的昼长等于该地点纬度数相同的另一半球对应点的夜长。
2、昼夜长短随时间变化
赤道上全年昼夜等长
北半球夏半年昼长夜短，夏至日北半球各地白昼最长，夜长最短；南半球昼短夜长。北半球冬半年，昼短夜长，冬至日北半球各地夜最长，昼最短；南半球各地夜最短昼最长。
同一地点的最长昼等于最长夜。除二分日外，纬度越高的地点昼长与夜长差异越大，例如二至日南北极圈昼长与夜长相差24小时
3、昼夜长短的计算
昼长=昼弧所跨经度÷15
昼长=（12-日出时间）×2
=（日落时间-12）×2
=日落时间-日出时间
六、正午太阳高度的变化
随着太阳直射点的回归运动，不同地点不同日期除昼夜长短不同外，正午太阳高度也不同。
1、正午太阳高度随纬度的变化
太阳直射点上正午太阳高度最大达90°，同一时刻正午太阳高度从太阳直射点向南北两侧降低。某一时刻正午太阳高度相同的地点可能有两个（位于同一条经线上，与太阳直射纬度之间纬度差相同），也可能只有一个（正午太阳高度为90°的地点；正午太阳高度小于太阳直射点纬度数的地点）。
二分日、夏至日、冬至日、正午太阳高度由赤道，北回归线，南回归线向南北两侧降低。
2、正午太阳高度随时间的变化
夏至日北回归线以北地区正午太阳高度达一年最大值（南半球各地正午太阳高度最小），冬至日南回归线以南地区正午太阳高度达一年最大值，北半球各地正午太阳高度最小；南北回归线之间地区太阳直射点上正午太阳高度最大。
一年内，赤道上正午太阳高度在90°～66°34间变化，二至日正午太阳高度最低
南北回归线之间，一年有两次阳光直射，回归线上有一次直射，回归线以外无阳光直射。
3、正午太阳高度的计算
H=90°-∣Ф-δ∣
Ф为当地地理纬度，取正值，δ为太阳直射点纬度，当地夏半年时取正值，冬半年时取负值。
例：计算北京在二至日，二分日正午太阳高度
夏至日：H=90°-∣40°-23°26′∣=73°26′
冬至日：H=90°-∣40°-（-23°26′）∣=26°34′
二分日：H=90°-∣40°-0°∣=50°
七、四季、五带的形成和划分
1、四季的形成和划分
正午太阳高度和昼夜长短随时间变化形成四季。夏季就是一年中正午太阳高度最高、白昼最长的季节；冬季就是一年中正午太阳高度最低、白昼最短的季节；春秋季过渡。
四季的划分：3～5月为春季，6～8为夏季，9～11月为秋季，12～2月为冬季。
2、五带的形成和划分
正午太阳高度和昼夜长短随纬度变化形成五带。
五带划分：南北回归线之间为热带，极圈与回归线之间为南、北温带，极圈以内为南、北寒带。
太阳辐射总量从低纬区向高纬区减少。
热带：有阳光直射，无极昼极夜。
温带：无阳光直射，无极昼极夜。
寒带：无阳光直射，有极昼极夜。
第五节 光照图的判读
一、常见的光照图
常见的光照图有侧视图、俯视图、展开图，它们分别又包括全球图、半球图、四分之一图、局部图等。
二、光照图的判断
1、判断南北极或南北半球
⑴侧视图，通常是上北下南
⑵俯视图：可根据地球自转方向判断；根据经度变化规律判断（东经度沿逆时针方向增大的为北极图；沿顺时针方向增大的是南极图）
2、确定晨昏线
晨昏线是过球心的大圆，所在平面永远与太阳光线垂直，晨昏线平分赤道，晨线、昏线各占一半，纬度最高的两点即位其分界点。晨昏线在地表每小时西移15°。
一般地，在二分日晨昏线与经线重合，晨昏线与纬线垂直，晨昏线过极点。其余任何时候晨昏线都与经线斜交，其夹角范围在0°-23.5°之间。
顺着地球自转方向，由白昼过渡到黑夜为昏线，由黑夜过渡到白昼为晨线。
3、确定地方时
同一条经线上各点的地方时相同，经度相差15°，地方时相差1小时，越往东钟点越大。 晨线与赤道交点所在经线的地方时为6时，昏线与赤道交点所在经线地方时为18时，太阳直射点所在地方时为12时。
晨昏线与极昼圈的切点处地方时为0点或24点，与极夜圈的切点处地方时为12点。
俯视图中，昼半球最中间经线所在地方时为12点，夜半球最中间经线所在地地方时为0点，侧视图中昼半球最外圈经线所在地为12点，夜半球最外圈经线所在地为子夜0点。
4、太阳直射点位置的判断
经度的判断：太阳直射点的经度即地方时为12点经线的经度。
纬度的判断：二分日赤道，夏至日北回归线，冬至日南回归线。若北纬（南纬）Φ度以北（以南）出现极昼。太阳直射点纬度为北纬（南纬）90°—Φ；太阳直射点的纬度在数值上等于晨昏线与经线的夹角。
5、判断日出、日落时间
日出（日落）时间即该地所在经线与晨线（昏线）交点时刻，即该交点所在地的地方时。同一纬线上的各地同一日昼夜长短相等，日出、日落时刻相同。二分日全球均为6点钟日出，18点日落；赤道上全年6点日出，18点日落。
日出时刻=12-昼长／2=日落时刻-昼长
日落时刻=12+昼长／2=日出时刻+昼长
6、判断正午日影朝向及长短
正午日影朝向取决于太阳直射点的位置。正午日影朝向随空间、日影长短随时间和空间变化。
北回归线以北地区，终年日影朝北（极点除外）；南回归线以南地区日影终年朝南（极点除外）；北半球夏（冬）至日，北（南）回归线及其以北（南）地区，正午太阳高度达一年最大值，正午日影最短；南（北）半球各地正午太阳高度最小，日影最长。南北回归线之间的地区，日影有时朝南有时朝北。
7、判断日期和节气
北（南）极圈以内出现极昼（夜），为北半球夏至日，6月22日；北（南）极圈以内出现极夜（昼），为北半球冬至日，12月22日；晨昏线和经线圈重合时，为二分日，3月21日或9月23日。
第六节 地球的结构
一、地球的内部圈层
1、地震波
（1）纵波：能在固态、液体、气态介质中传播，速度较快。
（2）横波：只能在固态介质中传播，速度较慢。
地下石油勘探可用人工地震的办法探测。
2、界面（地震波传播速度发生明显变化的面）
莫霍界面：纵波和横波传播速度明显加快
古登堡界面：纵波传播速度突然减慢，横波消失。
这两个界面把地球内部划分为三部分，即地壳、地幔和地核。
3、地壳
地球表面以下，莫霍界面以上的固体外壳。
地壳的平均厚度约17千米，大陆部分平均厚度33千米，高山、高原地区地壳厚度最大（如青藏高原区地壳厚度60—70千米），海洋地壳厚度较薄，平均约5—6千米。
地球大范围固体表面的海拔越高，地壳越厚，海拔越低，地壳越薄。地壳等厚度线图中，0千米的位置即莫霍界面。莫霍界面的深浅不同。
地壳由90多种化学元素组成，氧和硅占大部分地壳重量，硅酸盐在地壳中分布最广。
地壳的结构特点：地壳的厚度不均和硅铝层的不连续分布状态（大陆地壳是双层结构，海洋地壳是单层结构）
4、地幔
地球内部介于地壳和地核之间的圈层，（可分为上地幔和下地幔）下界面在2900千米深处。
岩石圈：地壳和上地幔顶部（软流层以上），平均厚度100——110千米。软流层可能是岩浆的主要发源地。
5、地核
地核是地球的核心部分，即古登堡界面所包围的球体。组成地核的物质可能是极高温度和高压状态下的铁和镍。外核的物质在高温高压下呈液态或熔融状态。
二、地球的外圈层
1、大气圈
对地球有保温作用，是地球生命生存的基础条件之一。近地面大气密度大，随高度上升而迅速下降。
2、水圈
由各种状态的水组成，构成一个连续的不规则的圈层。水圈对地球上生命存
在具有重要意义。
3、生物圈
地球上所有的生物和它们的生存环境组成了生物圈。
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