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这种见解很有道理，但它毕竟属于思辩性的推断，不能作为一种科学定
论公之于众。为了证实这种结论的正确性，后来法国科学院派出两支测量队，
分别到北极圈附近的瑞典拉普兰地区和赤道附近的秘鲁地区实测子午线（即
经线）弧段的长度。其结果是，北极圈附近的一度子午线弧段较赤道附近一
度子午线弧段稍长。这就证明了牛顿的见解是正确的。事实上，赤道半径较
两极半径长 21．5 公里。
规则的椭球体，其经线圈都是椭圆，而纬线圈都是正圆。但后来发现，
地球不是规则的椭球体，即它的纬线圈和赤道并非正圆。赤道直径，在东经
15°到西经 165°方向为长轴，在东经 105°到西经 75°方向为短轴。但二
者相差只有 430 米，这和地球半径相比是微不足道的。这样，通过地心到地
表就有 3 根不等长的轴，所以人们又称地球是三轴椭球体。
现在根据人造地球卫星测得的地球形状是，它的南北两半球也不对称。
北半球较为瘦长，北极略高出理想椭球体 18．9 米；南半球较为胖短，南极略
低于理想椭球体 25．8 米。地球又有点像“梨形”。不过，这个差异就更小，
南北极两半径仅相差 40 余米。
因此，总的说来，地球是一个不太规则的椭球体，它什么也不像。人们
根据它独特的形状，就叫它“地球体”。
上面所说的地球体尽管很不规则，但还不是指地球自然表面的实际形
状，而是指经过初步简化了的大地水准面的形状。什么是“大地水准面”呢？
我们知道，地球上有高山，有深谷，可谓坎坷不平，复杂异常。但人们在考
察地球的基本形状时，往往不去计较这些“细节”问题。科学家们设想有一
个静态的海洋表面，并把它延伸向大陆内部，构成一个覆盖全球的假想海洋
面，这就是“大地水准面”。
地球的大小
自从有人相信大地是个圆球，关于它的大小，便是人们渴望知道的问题
了。最早测量地球大小的是古希腊天文学家埃拉特色尼。当时，他居住在现
今的埃及亚历山大港附近。在亚历山大港正南方有个地方叫塞恩，即今天的
阿斯旺，两地基本上在同一条子午线上。在两地之间，有一条通商大道，骆
驼队来往不绝。两地的距离大约相当今天的 800 公里。塞恩有一口很深的枯
井，夏至这一天正午，阳光可以直射井底，说明这一天正午太阳恰好在头顶
上。可是同一天的正午，在亚历山大港，太阳却是偏南的。根据测量，知道
阳光照射的方向和竖直木桩呈 7．2°的夹角。这个夹角，就是从亚历山大港
到塞恩两地间子午线弧长所对应的圆心角。埃拉特色尼根据比例关系，轻而
易举地计算出了地球的周长：
地球周长：800 公里＝360°∶7．2°
计算结果，地球周长约为 40000 公里，这和我们今天所知道的数值极为
接近。
埃拉特色尼的方法是正确的。至今，天文大地的测量工作，也还是根据
这一原理进行的。不过，精确的测量不是靠太阳，而是靠某恒星的高度和方
位来进行测量和推算的。
后来，又有人重做埃拉特色尼的实验，由于仪器精度不高所测得的结果
为 28800 公里。但当时，人们迷信仪器的测量，相信这个与实际长度误差很
大的数字。所以，一直到 15 世纪以前，西方人一直认为地球的周长只有 28800
公里。哥伦布采用的也是这个较小的数值。他错误地估计，只要向西航行几
千公里就可以到达亚洲的东部。如果他当时知道了地球的真实大小也许就不
会做那次冒险的航行了。
近代大地测量中，是利用恒星来测定地球某两地间子午线弧长的。只要
精确测知一段子午线弧长，便会很容易地计算出地球的周长。这同埃拉特色
尼的方法基本一致。
近年来，由人造地球卫星测得的地球大小更为精确。目前所采用的有关
数值是：
地球赤道半径（a）6378．140 公里
地球极半径（b） 6356．755 公里
地球扁率 a b 1/ 298。257
a
地球平均半径R（3 a2b） 6371。004公里
赤道周长（2лa） 40075公里
地球面积（4лR2） 510100934平方公里
地球体积4 πR3 110820亿立方公里
3
认识地球的基本形状和大小，在生产和科学研究上具有重大的实际意
义。譬如，在大地测量中，高精度坐标系统的建立；在空间技术应用中，导
弹和人造卫星飞行轨道的确定；在对地球内部结构和地球表面一些物理现象
的认识，以及天体物理研究等方面，都必须掌握地球有关方面的各种精确数
值方能进行。
不过，在日常工作和学习中，人们根据不同的需要，则往往对地球形状
和大小作不同程度的简化，甚至把地球看成正球体也未尝不可。因为地球的
赤道半径和极半径仅相差 21．5 公里，这只相当地球半径的三百分之一。换句
话说，如果按照这个比例制作一个半径 30 厘米的地球仪，那么它的赤道半径
和极半径仅相差 1 毫米！所以，只要不是从事要求精确的工作，这个差别，
相对于地球来说，是微不足道的。
地球的“体温”
人们常说，太阳带给我们光明和温暖。地球上的光明固然归功于太阳，
但地球上的温暖却不都是由太阳那里得到的。地球和人一样，也有自己的“体
温”。
我们都知道，由于阳光的照射，地表温度会随昼夜和季节而发生变化，
从而使地球表面和表层受到影响。但是，在地球深处，太阳热量所产生的影
响越来越小，以至消失。实验证明，太阳的照射只能影响地下十几米以内的
温度，这部分地层叫做变温层。十几米以下的地层不再随昼夜和季节而变化，
被称做恒温层。巴黎有个 30 米深的地下室，一百年来的温度记录始终保持在
11．85℃，没有丝毫变化。
那么，如果我们再往地层深处去，温度又会怎样呢？是不是还会继续保
持恒温呢？
从很深的矿井和钻孔得到的资料表明，地球深处的温度是随着深度而增
高的。从地壳深处冒出的温泉，水温可高达百度；而从地幔喷出的岩浆，温
度则高达千度。我们把每深入地下 100 米，地温增加多少度，即温度随深度
而增加的变化速度叫做“地温梯度”。在不同地区，地温梯度有所不同。在
我国华北平原，每深入 100 米，温度增高 3～3．5℃；在欧洲大部分地区，每
深入 100 米，温度增高 2．8～3．5℃。
如果按照这个增温速度推算，地下100公里深处的温度将是3000℃，1000
公里深处将是 3 万度，地心的温度则会高达 20 万度。地球如果真有这样的高
温是不堪设想的。因为那样的高温条件，地球将不再是固体球，而会被气化。
多数人认为，地球内部温度最高不超过 4000℃。还有人指出，地心温度必须
小于 8000℃，因为若超过这个温度，无论压力情况如何，地核的铁都会变成
气体状态。所以，前面所列举的地温梯度的数值，只适用于一定深度。随着
深度的增加，地温梯度值会不断减小。
至于地球内部的热能从何而来，对于这个问题，目前尚有争议。但一般
认为可能来源于三个方面：第一，认为在地球形成过程中，由于尘埃和陨石
物质积聚，位能（即势能）转化为热能而保存至今。第二，认为在地球分层
过程中，由于较重元素如铁，不断渗入地心，重力位能转变为热能，而保存
下来。第三，认为地球内部有镭、铀、钍等放射性元素，会在缓慢蜕变过程
中释放热能，为地球不断补充“体温”。不管哪种意见，都认为地球靠它自
身可以产生热能。
有人计算，地球自身每年散出的热量，相当于燃烧 370 亿吨煤的热量，
这个数字是目前世界产煤量的 12 倍。还有人估计，在地下 10 公里深的范围
内蕴藏着 300×1027卡热量，相当于目前世界年产煤所含热量的 2000 倍。
地球蕴藏着这么多的热量，如果用它发电、取暖，造福人类，岂不是天
大的好事？这的确是很诱人的课题，目前很多国家已把开发地热能列入日
程。
但是，地球不是到处都能随便开发的，因为具有利用价值的地热太深了。
地热必须经过某种地质过程加以集中，距地面较浅，温度较高才有开发价值，
才能称其为“地热资源”。温泉、火山就是地热在地表集中释放的现象。地
下热水是由于地面的冷水渗入很深的地下，遇到浅层灼热岩体被烤热后，又
沿着某些地壳裂缝冒出地表而形成的。在目前条件下，人们主要是利用地下
浅层热水，至于对火山热能的利用那还是很遥远的事。
目前已有很多国家在开发和利用地热方面取得了很大成就。例如，新西
兰是一个地热资源比较丰富的国家，全国已发现 60 余处地热田。有的地方热
水或热蒸汽的温度高达 300℃。新西兰利用地热发电，装机容量达 20 余万千
瓦，仅次于美国和意大利，居世界第三位。
冰岛是因利用地热而著称于世的国家。它的首都雷克雅未克在过去几十
年的时间里，通过烧煤取暖，弄得到处是煤烟，造成了严重的污染。如今，
这个城市的所有建筑都是用地下热水取暖，而成为世界上最清洁的城市。有
的地方还利用地热建造了大型温室企业，新鲜蔬菜四季不断。温室内有几百
米深的钻井，这些钻井不需汲水动力，地下热水自会汩汩冒出地面。
我国也有着丰富的地热资源，并在开发和利用方面取得了成功。在青藏
高原，沿着念青唐古拉山麓向东延伸，是我国地热资源最丰富的地带，地热
工作者叫它“喜马拉雅地热带”。在这个地带上已发现 400 多处多姿多彩的
地热活动。除有热汽腾腾的热泉和热水湖以及水温高达沸点的沸泉和热喷汽
孔外，还有世界上罕见的热间歇泉和水热爆炸等奇妙景象。其中最引人注目
的是位于拉萨西北的羊八井盆地，水温高达沸点的热泉很多，有的地面烫得
不能坐人，用钢钎向地下只要钻几十厘米深，就会呼呼地冒出蒸汽。当地人
称它是念青唐古拉山神的炉灶。现在，那里已经建起了我国第一座湿蒸汽型
发电站。
千奇百怪的地温计
量体温用体温计，量室温用温度计；测定井下温度用井温计；要想知道
距今几百万年、甚至几千万年前的古地温，该用什么呢？地质学家们发现了
几种奇妙的地温计。
化石地温计 生物遗体化石，尤其是植物孢粉化石和动物小个体化石—
—牙形石，都是极好的地温计。这些化石中含有丰富的有机质，具有随地层
温度升高而碳化度增加的特点。这样的化石在显微镜下会显示出不同的颜
色。一般温度高，碳化度也高，颜色就深，反之颜色就浅。这些化石的颜色
就会告诉我们古地温。
矿物地温计 沉积岩中常有自生的粘土、沸石和硅酸盐矿物。这些自生
矿物从沉积到成岩过程中，受物理因素的控制。如粘土矿物，会在不同地温
下转换成不同的物质；沸石的结晶顺序也会随地温的升高发生变化；硅酸盐
矿物中的二氧化硅层的间距随地温升高而不同。从这些自生矿物在不同地温
下的各种变化也可推测出古时的地温。
有机质地温计 遍布各类岩石中的固态有机质微粒之一——镜质体，会
随温度的升高，相应改变其排列结构，从而使其对光线的反射率发生变化。
镜质体的反射率与温度形成直线关系，通过对镜质体反射率的分析，就可得
知当时的地温。
煤阶地温计 在成煤过程中，随地层温度升高、煤化作用增强，便形成
不同的煤阶。由已发现的煤阶便可推算出地层经历过的占地温。
甲烷气体地温计 沉积岩中还含有天然气，这些天然气中都含有甲烷
气。甲烷（CH4）中的碳有两种稳定的碳同位素，即碳十二和碳十三。而地温
变化可引起同位素分馏。低温下，碳十二的比例大；高温时则碳十三比例大。
这两种同位素含量的比值就构成了灵敏的地温计。
冰地南极何以有煤田
人类在寸草不生、冰天雪地的南极洲竞然发现了煤田！难道说，这里曾
有过茂盛的森林？要找到这个问题的答案，必须先知道几亿年里地球的温度
有过什么变化。可是现代人怎么可能回到上亿年前去考察呢？
1947 年，美国科学家尤里发现了一种奇特的“温度汁”，它能精确测量
出远古时期地球的温度。这就是海生动物化石。最普通的氧（氧 16）和它的
稀有同位素（如氧 18），在化合物中的比率会随着温度的变化而变化，只要
把海生动物化石中的氧 16 和氧 18 的比率测定出来，就可以知道那个动物活
着的时候，海水的温度是多少了。
用这种“温度计”测量出在 1 亿年前，全世界各海洋的平均温度是 21℃
左右；100O 万年后，它缓慢下降到 16℃；再过 1000 万年，这一平均温度又
再度上升到 21℃。此后，海洋温度又逐渐下降。不管当时造成温度下降的原
因是什么，它都很可能是使习惯于变化不大的温和气候的恐龙惨遭灭绝，而
使那些能维持恒定体温的温血鸟类和哺乳动物大量出现的原因之一。
南极洲的煤田也有答案：当时地球气候温暖，没有大陆冰川，甚至两极
地区也没有冰川，到处是一派枝繁叶茂的景象。后来，因为地球降温，两极
冰雪覆盖，茂盛的森林逐渐变成了煤田。
地图中的世界冠军
古今中外，地图在人们生活中占据着重要地位。历代兴邦治国、军事部
署、建筑施工、旅行探险、交通运输，都离不开地图。地图也在人类发展史
上留下了许多趣话和不解之谜。
世界上最早的地图 过去，人们一直认为世界上最早的地图是罗马帝国
时代的地图。其实真正最早的地图应是 1973 年 12 月在我国湖南长沙马王堆
三号墓出土的 3 幅汉代彩色帛绘地图，距今 2100 多年。图上绘制着今天的湖
南、广东、广西三省交界地区，即湘江上游及南岭、九嶷山及其附近的地形。
令人惊奇的是，图中大小 30 条河流、山脉、城镇与今天的地图几乎基本相同。
现代人只有借助于发达的科学技术、先进的测量仪器，甚至遥感技术和人造
卫星才能绘出。那么，2100 多年前，我们的祖先又是靠什么绘制出如此精确
的地图的呢？
世界上最早的立体地图 据《史记》中记载，秦始皇用水银灌制百川
江河的大地模型图，这大概就是世界最早的立体地图了。但是最著名的还是
北宋沈括用熔腊制成的定州（今河北定县）西部山川地形模型，后来沈括又
把它复制成木雕立体图。沈括的立体地图比西方学者布朗所说的世界最早的
立体地图——瑞士苏黎士州立体图，要早 600 年。
世界上最大的地图 17 世纪，荷兰人绘制了 3 本世界最大的地图集。
其中 1 本现保存在德国柏林图书馆，长 1．7 米，宽 1．1 米，重 175 公斤。另
外 2 本分别存放在德国的罗斯托克大学图书馆和英国伦敦不列颠图书馆。
西方最早的地图集 1700 年前由古希腊的托勒密编制了西方最早的地
图集。此后直到 16 世纪之前，欧洲所有的地图集都叫“托勒密”。
令人琢磨不透的南极地图
世界上有许许多多不解之谜。1531 年，法国数学家、地图学家阿郎斯·凡
画的一张世界地图就是其中之一。
不久前，美国地理学家吉·维豪普特对这张世界地图进行仔细研究，发
现这张 400 多年前画的地图上，南极大陆的轮廓线竟与我们今天所知的相差
无几。
据史料记载，最早发现南极大陆的时间是 1820 年，是一位俄国航海家发
现的。而对南极洲的详细测绘只是近代的事。那么，生活在 16 世纪的阿郎
斯·凡又是怎么知道南极大陆的情况的呢？
更令人不可思议的是，这张地图上没有罗斯陆缘冰。而实际上，这块冰
早在 1531 年前就已形成了。因为要结成这么一大块冰，至少要经过 1000～
5000 年。因此，有人猜测，阿郎斯·凡在绘制这张地图时，是依据古代流传
下来、我们不知道的资料或地图画的。也就是说，人类知道南极大陆的时间
至少应往前推 1000 年。那么，在遥远的古代，科技非常落后，是什么人通过
什么方法航行到南极，又用什么手段绘制了这样准确的地图？
这张南极地图中