第二编 地球星大环境

第五章 地球星表地壳层大环境一 地心引力与地核

地心引力是什么 引力（gravitation）是一种力，来自质点（particle）。我们不妨推想一下，物质在假说“大爆炸”以前早已存在，物质可以形成质点。质点本身含有引力。质点与质点之间互相作用，就出现引力现象。这质点有大有小。

牛顿创“万有引力”。他说，两物体间引力的大小与其距离的平方为反比；与其质量的乘积为正比。地球星本身就是一个大质点，当然具有引力。地球星表面上大小物体都是质点，因此，每一物体也各自有它自己的引力。但由于物体太小的缘故，远不如地球星引力的强大，其结果地面以上的物体， 不论大小，一律落在地面之上，而不能飞入太空。一般书上所说的“地球重力”，就是地心引力。如果地球星静止不动，引力与重力并无区别；如果地球星有自转，地球重力就是指一种“合力”，这合力是指地心引力及地球星因自转而产生的“离心力的合力”。因为这离心力的最大值尚不及地心引力的 1%，因此，一般人就把地心引力同地球重力混为一谈，不作区别，尤其地理方面是这样。

地心引力在地球星表面上并非处处相等。一方面与地球星表面有起伏有关，另一方面与地面以下各部分质量的大小也有关系。地面上有平原、丘陵、盆地、山岳；地面以下又有不同的岩层，这样就出现了不同的引力值。大气层表面上的地心引力小于地面上的地心引力；地面上的地心引力又小于洋底上的地心引力；同样的，洋底上的地心引力又小于地核表面上的地心引力。地核位于地球星的中心，它本身就是一个大质点。它是地球星星体内最奇特的一部分。所谓地心引力，是地球星体全部的引力，并不是由地球星几何学上中心作出的引力，这一点必须先搞清楚。

质点何时开始具有引力？我认为自质点开始成立时，它就具有引力。这引力永不衰竭，也永不消失。引力由质点向上下四方辐射而出，引力值各方向并无差异。不论质点大或小，引力射出后，都可以到达无限远，遍及全宇宙，没有终点。同样的情形，地球星的引力也可以射到无限远。各恒星的引力包括太阳系各天体在内，也可以各自辐射到无限远。虽然引力受距离大小的影响（即距离愈远，引力愈小）。只是愈远愈小，甚至可略而不计，但绝对不是零。这就是说，引力有起点，无终点。这是我的看法。

地心引力眼不能见，耳不能闻，但可以觉察。例如雨水下降，雪片飘坠， 树叶、树枝及果实都向地面掉下来。这些现象都是地心引力所发生的作用。地球星虽然有引力，然而太阳恒星的引力更大，太阳系内大小行星不论距日远或近，必须绕日公转，不能逃走，就是太阳引力较大的缘故。

太阳恒星位于银河星系外围猎户臂内，受银河星系中心的引力，也有环绕银河星系中心进行公转的现象。也可以说，这是银河星系全体自转。有人把太阳恒星环绕银河星系中心一周，叫做一个太阳年（Solar Year）。这说明很易和回归年（Tropical Year）混淆，因为也有人把回归年叫做太阳年。为了清楚，最好废掉这个名词，只用回归年（即地球星绕日一周，是 365.2422

日或 365 日 5 小时 48 分 46 秒）。太阳恒星环绕银河星系中心公转，改称“银河自转”，比较清楚。

整个银河星系受银心的引力而进行自转，事实上引力最强大的部分应该在银核。银核虽然有引力，但银河自转并非类似一个钢体的旋转，银河内部旋转的角速度比外部为大。太阳恒星附近旋转一周，为 2.2 亿年。平均速度

每秒为 220 公里。银河自转时，它的引力可以带动银河星系内所有的恒星、星团、星云、星气，一律跟着转动。如果放大视野来看，这银河星系也受更大的引力，伴同其他星系，环绕更远的引力中心。宇宙空间没有边际，不可能有自转。然而宇宙空间以内的物质有运动，空间不动，但跟着时间变易。宇宙空间内物质如何动？试看武仙座内，有许多奇形怪状的星云，各有

运动，彼此不碰撞。据说银河星系附近有十一座星系，其中包括银河星系、仙女座星系、大麦哲伦云和小麦哲伦云，彼此之间也无冲突。什么力量使它们彼此相距很远，互不相撞？试看那些球形星团，其中恒星密布，却能彼此界限分明，这又是什么道理？从理论上来说，这是因为有“作用力”和“反作用力”。引力是作用力，也是向心力；反作用力是离心力。是否还有另一种为人类目前尚未知的力？

地球星引力最强的部分是地核上文已述，地核是一个大质点。这个质点才是现今地球星的引力中心。几何学上的地球星中心，无长、宽、厚，类似几何学上的一个点，引力不可能很大。地球星密度最大的部分是地核。地核界面（即地幔与外地核之间的分界面）应该是地球星引力最强的部分。

试想地球星是近似圆球的星体，地壳以下引力加强，愈向下引力愈强， 到达外地核表面时，引力最强。因为外地核表面以下由于引力累积太多，已由内地核发出反作用力，与作用力（引力）相遇于外地核界面。由这个界面向外，直达地壳及地壳以外，愈向外引力愈小。由这个界面向内，直达地球星中心，愈向内引力也愈小。可以说，地球星中心的引力已减为零。我可以这样说，地心引力最强的部分实际是地核的引力。我们不能只顾作用力（引力），而忘掉了反作用力。虽然地核是地球星的引力中心，但本书依旧使用通俗的名词“地心引力”，以求读者易于接受。

地心引力在地球星上永远存在。然而地球星有自转运动，这地心引力就被改变，其中约有不及 1%的引力化为离心力（Centrifugal Force）。这离心力由于地球星连续自转，也叫做惯性力（Inertia Force），应该叫做离心惯性力（Centrifugal Inertia Force）。地球星自转时，沿着假设的地轴自转。当地轴在自转时，轴上每一个点也同样地作圆周运动，其中包括北极和南极，地心也在内，它们都作圆周式转动。地壳表面上每一个点也同样地作圆周运动。每一个点所画出的圆面，都与地轴以直角相交。离心力前进的方向是以直线式离开地轴。地球星赤道部膨胀，土星、木星和太阳恒星的赤道部也都向外膨胀，全由于离心力作怪。

又地球星表面重力值并非处处相等，这对于地面、水体及大气都有关系。一般人把地心引力在地壳表面上作用的现象，叫做重力。重力值各地不同。因为地球星表面与几何学上圆球的表示并不类似。一般说来，两极地面重力最大，重力值为 983 厘米/秒 ²。赤道地面最小，重力值为 978 厘米/秒 ²。主要原因，极半径较短，有 6356 公里长（实际是 6356.755 公里）。赤道半径

较长，有 6378 公里长（实际是 6378.140 公里）。前者因为较短，接近地心，

引力较强。后者较长，距地心较远，引力较弱。数学上地球星半径平均为 6371

公里长。平均地面重力值为 980 厘米/秒 ²。这样的重力值出现于纬度 45°地面。

据说，地球星的形状象似一个梨，有人就把地球星改称“地梨”。这说法不能成立。据人造卫星实测，北极地面不正常，地面向上凸起有十米多； 南极地面也不正常，地面向下陷，达 108 米深。这些轻微变化，对于地面重力值的影响，微不足道，可以略去不计。我常常想，南极大陆冰盖很厚，由数百米到一、二千米，冰块压力也真够大，因此，南极大陆才被冰盖压低 100 多米的。北极地面隆起十米多，南极北极一升一降，似乎有关系，事实上绝对无关。然而南极大陆陷落 100 多米，可能压迫地下岩浆由南向北流，导致板块移动。印度板块向北移，撞入亚洲板块南缘，可能受地下岩浆北流的影响。但是，是否真是如此，我这里暂且不谈。我要进一步说明的是地核在地球星星体内所扮演的着实重要的角色。

地核的形象和引力 这里先说明地核的大小。地核比月球大，地核是地球星星体内一颗大铁球，除含少量镍元素外，全是铁。地核直径为 5648 公里，

是月球直径（月球直径为 3476 公里）的 1.6 倍。地核周围全是地幔，由岩石物质组成。地核与地幔不仅化学元素不同，物态也不同。地幔是普通的固态， 其中含有岩浆，地核的内部是液内的固态；震波中的次波可以通过地幔，但不能通过地核。

地核的外部叫做“外地核”（Outer Core），简称外核，是一个层圈，其中大部分是铁；内部叫做“内地核”（InnerCore），简称内核，是一个钢性的铁球。内核中心就是地球星的中心。内核直径有 2400 公里（半径为 1200公里）。内核的铁，虽然高温，已达 6000℃，但不流动，铁原子被压得扁扁的。外核的铁，可以流动，因为有流动，震波中的次波（或横波，也叫做 S波），就不能通过。外核的液可以流入地幔；地幔的液，可以流入较流层，或进入地壳的下层。流动很慢，每年可能流动 0.5 厘米或 1 厘米的距离，显示外核与地幔是动的，而非静止的。地幔内完成一次对流，需要许多万年。假如把地球星用大刀沿地轴切开为两半，可以看到地壳是深暗的；软流

层及上地幔是淡红的；下地幔及外核是亮红色的；内核是耀眼的亮。内核由于高压高温，液态已成为高温的固态。上文所述地心温度为 6000℃是推测的，并非实测，不可全信。

地心引力不是来自地心，上文已述。引力从何而来，我的看法，是来自整个地球星星体，地核由于密度特大，在引力作用中它已成为主要的角色。读者千万不可相信地心引力是由地心发出来的。它是来自地球星整个部分。这整个部分可视为一个大质点。

地球星不是由星云浓缩而成的。它是由太空内或星云内无数的小质点合并累积而成。地核是最早累积起来的。一般而论，宇宙空间内质点具有两种力：一种是由内向外的辐射压力；另一种是由外向内的吸引压力。当两个质点相距很近时，辐射压力如彼此完全相同，而吸引压力又彼此有差异，这时候，那个吸引压力较大的，就会把那个吸引压力较小的拖过来，彼此合并， 成为另一个质点，使其质量较大。依据这个方式，早先位于地心附近的一些质点，彼此合并累积而成为内核，那时候很松散，密度不大，引力也不高。后来，以内核为中心，又吸收太空内更多的质点，累积合并成为外核。这外核覆在内核表面之上，形成一个更大的地核。它的表面高高低低，并非浑圆的球形，各部分半径长短不一。后来又继续累积，出现地幔层圈、软流层圈

及地壳层圈。层圈愈多，压力愈大，内部密度愈高。了解这些后，再说说我的看法。

内核在内层，受压力最大，密度也最大，它最初期时引力值并不高，但为最初期地球星的引力中心。后来以外核（包括内核的外核）为引力中心； 后来又以地幔（包括整个地核）为引力中心；最后又以地壳（包括地幔及其以下部分）为引力中心。通常所说的地心引力，是指地球星整个星体所作用的引力，而非来自地心。地心在几何学上没有长、宽、厚，如何会产生引力？ 因此，我的看法，地心引力就是地球星的引力。由地面上任何一点作一铅垂线，直到地心，这条铅垂线就是一条引力线。地球星表面由无数的小点集合而成，每一小点都有一条引力线向下直达地球星中心。这一条引力线上每一质点都有引力。距地心愈近，引力线分布愈密，引力也愈强。反之，引力线分布愈稀，引力也愈弱。

地球星表面以上的物体，受了地心引力而产生重量。距地面愈高，重量愈小。珠穆朗玛峰上的引力值小于中国沿海陆地地面的引力值。由地面向下， 矿坑愈深，引力愈大，到了地核表面，引力最大。地核表面的物体重量增加到最大限度。这样就可以了解地核的引力是地心引力最重要的一部分。地核由于高温及高压，而且化学元素单纯，除少量镍元素外，全是铁，因此，它的作用类似人体以内的心脏及头部以内的脑。

地核与地球星自转 地球星自转由西向东转动，在 24 小时内，赤道上某一个地点要前进 4 万多公里。在纬度 40°要前进 3 万多公里。在纬度 89°处要前进 700 多公里。在北极或南极，仅是一个点，自转一周就是一个昼夜， 但这自转一周并无实际距离。一般人认为地球星自转，必须有一根轴，叫做地轴（Earth’s Axis）。这一条地轴是假设的，实际并不存在。

没有地幔及地壳时代的地球星，先由地核由西向东自转。有了地幔及地壳以后，地球星依旧由西向东自转。这说明地核是地球星自转的原动力。当只有地核时，地核自转一昼一夜所用的时间，比现今为短。有了地幔之后， 昼夜时间加长；有了地壳以后更长。现今地球星每次自转所需的时间，似乎比往年更长，这由于地球星的星体逐渐加大的缘故。地球星自转的速度非常规律，完全由于地核自转的规律。什么力量使它这样规律呢？可能是由于其惯性。

地核与磁北极及磁南极 地核本身就是一个具有磁性的大铁球。磁性来自太空内质点。质点累积合并而形成地核。其中的杂质，由于密度较小及质量较低，都被排挤，进入地幔层圈以内，剩下的铁质形成磁性大铁球，进行由西向东的自转。如问地核以内是否尚有一个磁轴？答案是：不需要。

磁轴与地轴不同。后者来自地核自转的力，这力不可能在地幔内或地壳内被其他物质所改变。磁轴在地核内与地轴合一，是同一方向。可是当磁轴伸入地幔后，受地幔层圈内对流性熔岩流（或岩浆流）所左右。因为岩浆里物质含有铁元素，也有磁性，可以改变磁轴的方向。这种解释也是一种假说。磁极可以颠倒；可以移位；有时可以出现单极；也可以消失成为无极。

总括来说，地核三大作用，引力最为重要；自转与磁场也不可忽视。 地心引力可使地面大环境改变 地心引力可使大气层内气流下降，出现对

流现象；可使大气有水平状流动而成风；可使雨雪冰雹降落；可使海水流动； 可使江河注入湖、海、大洋；也可使岩石崩坠，泥沙沉积。这一切现象，已成为常态，无人感觉新奇。如果超越常态，变化剧烈，成为灾害，才会引起

人注意，例如大水灾、大风灾、大雹灾、大地震及火山爆发。

从大规模范围来看，地心引力可以导致板块运动；中规模范围也可以引起造山运动，使岩层发生褶皱及断裂；小规模范围也可以出现小地貌，例如冲积锥及冲积扇，冰川流动及冰碛，天然堤及三角洲等。