※認識─地球這顆微小的行星※

當前日夜陰冷的風雨不息吹襲著，時序的流轉已經一步步走入了冬氣息裡。人們都需添衣加夾的外出還需帶把傘，生活步調也要去面對氣候的變遷哪。而且情緒的低迷與爆燥，也易為兩極化地發洩，甚或衝撞週遭的親友人群。而你認識這個宇宙銀河系裡在流轉千萬星球中，而地球只是極為微小的這顆行星嗎？

地球是人類已知宇宙中唯一存在生命的天體，也是人類居住的星球，目前共有76.4億人口。地球質量約為5.97×10×24次方 公斤，半徑約6,371公里，地球的密度是太陽系中最高的。地球同時進行自轉和公轉運動，分別產生了晝夜及四季的變化更替，一太陽日自轉一周，一太陽年公轉一周。自轉軌域面稱為赤道面，公轉軌域面稱為黃道面，兩者之間的夾角稱為黃赤交角。地球僅擁有一顆自然衛星，即月球。

地球表面有71%的面積被水覆蓋，稱為海洋或湖或河流，其餘是陸地板塊組成的大洲和島嶼，表面分布河流和湖泊等水源。南極的冰蓋及北極存有冰。主體包括岩石圈、地函、熔融態金屬的外地核以及固態金屬的內地核。擁有由外地核產生的地磁場。外部被氣體包圍，稱為大氣層，主要成分為氮、氧、氬。

地球誕生於約45.4億年前，42億年前開始形成海洋。並在35億年前的海洋中出現生命，之後逐步涉足地表和大氣，並分化為好氧生物和厭氧生物。早期生命跡象產生的具體證據包括格陵蘭島西南部變質沉積岩中擁有約37億年的歷史的生源石墨，以及澳洲大陸西部岩石中約41億年前的早期生物遺骸。此後除去數次生物集群滅絕事件，生物種類不斷增多。根據科學界測定，地球曾存在過的50億種物種中，已經絕滅的占約99%，據統計，現今存活的物種大約有1,200至1,400萬個，其中有記錄證實存活的物種120萬個，而餘下的86%尚未被正式發現。2016年5月，有科學家認為現今地球上大概共出現過1兆種物種，其中人類正式發現的僅占十萬分之一。2016年7月，科學家稱現存的生物共祖中共存在有355種基因。地球上有約74億人口，分成了約200個國家和地區，藉由外交、旅遊、貿易、傳媒或戰爭相互聯繫。

地球提供了目前已知唯一能夠維持生命演化的環境。人們認為約40億年前的高能化學反應產生了能夠自我複製的分子，又過了5億年則出現了所有生命的共同祖先，而後分化出細菌與古菌。早期生命形態發展出光合作用的能力，可直接利用太陽能，並向大氣中釋放氧氣。大氣中積累的氧氣受到太陽發出的紫外線作用，在上層大氣形成臭氧（O3），進而出現了臭氧層。早期的生命以原核生物的形態存在。根據共生體學說，在生命演化過程中，部分小細胞被吞進大細胞，並內共生於大細胞之中，成為大細胞的細胞器，從而形成結構相對複雜的真核細胞。此後，細胞群落內部各部分的細胞逐漸分化出不同的功能，形成了真正的多細胞生物。由於臭氧層吸收了太陽發出的有害紫外線，陸地變得適合生命生存，生命開始在陸地上繁衍。目前已知生命留下的最早化石證據有西澳洲砂岩裡34.8億年前的微生物墊化石，西格林蘭變質碎屑岩裡37億年前的生源石墨，以及西澳洲岩石裡41億年前的生物質殘骸。

1960年代起， 人們猜測7.5億年到5.8億年前的新元古代成冰紀大冰期時，強烈的冰川活動使地球表面大部分處於冰封之下，是為「雪球地球」假說。5.42億年前發生了埃迪卡拉紀末期滅絕事件，緊接著就出現了寒武紀生命大爆發，地球上的多細胞生物種類猛增（如：節肢動物三葉蟲、奇蝦等）。在5億年前的奧陶紀出現了脊椎動物甲冑魚。寒武紀大爆發之後，地球又經歷了5次生物集群滅絕事件。其中，發生在2.51億年前的二疊紀－三疊紀滅絕事件是已知地質歷史上最大規模的物種滅絕事件；而距今最近的滅絕事件是發生於6600萬年前的白堊紀－第三紀滅絕事件，小行星的撞擊使不會飛行的恐龍和其他大型爬行動物滅絕，但一些小型動物逃過一劫，例如那時還像鼩鼱一樣的哺乳動物。在過去的6600萬年中，哺乳動物持續分化。數百萬年前非洲的類猿動物（如圖根原人）學會了直立。由此它們得以更好地使用工具、互相交流，從而獲得更多營養與刺激，大腦也越來越發達，最後演化成人類。人類藉助農業和文明的發展享受到了地球上任何其他物種都未曾達到的生活質量，也反過來影響了地球和自然環境。

在15至45億年後，地球的轉軸傾角可能出現最多90度的變化。據推測，從現在起算，地球表面的複雜生命發展還算年輕，活動能夠繼續達到極盛，維持約5到10億年，不過如果大氣中氮氣完全消失，這個時間將會延長到23億年。地球在遙遠未來的命運與太陽的演化緊密相連，隨著太陽核心的氫持續核融合生成氦，太陽光度將持續會緩慢增加，在11億年後增加10%，35億年後則增加40%之多，太陽釋放熱量的速度也將持續增長。根據氣候模型，地球表面最終將會受到太陽輻射上升會產生嚴重後果，最初只是熱帶地區改到極冠，長久下去，海洋將會汽化並消失。

地球表面溫度上升會加快無機碳循環，降低大氣二氧化碳含量。大約5至9億年後，大氣中二氧化碳含量逐漸會低到10ppm，若沒有演化出新的方法，連C4類植物都無法生存。植被的缺失會使地球大氣含氧量下降，地球上的動物就會在數百萬年內滅絕。此後預計再過十幾億年，地表水就會消失殆盡，地球平均溫度也將上升到70 °C（158 °F）。即使太陽永遠保持穩定，因為大洋中脊冒出的蒸氣減少，約10億年後，27%的海水會進入地函，海水的減少使得溫度變化劇烈而不利複雜生命。

50億年後，太陽演化成為紅巨星，地球表面此時已經不能形成複雜的分子了。模型預測太陽將膨脹至約目前半徑的250倍，也就是大約1 AU（150,000,000 km），地球的命運目前仍尚不明確。成為紅巨星時，太陽會失去30%的質量。因此若不考慮潮汐的影響，當太陽體積最大時，地球會移動到約距太陽1.7 AU（250,000,000 km）遠處，擺脫了落入膨脹太陽的外層大氣內的命運；然而即使真是如此，太陽亮度峰值將是目前的5,000倍，地球上剩餘的生物也難逃被陽光摧毀的命運。2008年進行的一個模擬顯示，地球的軌道會因為潮汐效應的拖曳而衰減，使其落入已成為紅巨星的太陽大氣層而蒸發掉。

地球的大氣層並無明確邊界。離地表越遠，空氣越稀薄，最後消失在外太空。大氣層四分之三的質量集中在離地表11公里的對流層。來自太陽的能量將地表和上面對流層中的氣體加熱，空氣受熱膨脹，因密度減小而上升，周圍較冷、密度較高的氣體填補過來，形成了大氣環流。這使得熱量重新分布，並產生各種天氣現象和氣候條件。

主要的大氣環流帶有緯度30°以下赤道地區的信風和緯度30°到60°之間的中緯度西風帶。決定氣候的重要因素還有洋流，尤其是將熱量從赤道海域帶往極地地區的溫鹽環流。

地表蒸發的水蒸氣也通過大氣環流來運送。如果大氣環境適合，溫暖濕潤的空氣上升，然後其中的水汽凝結，形成降水落回地面。降水中的大部分通過河流系統流向低海拔地區，通常會回到海洋中或者聚集在湖泊裡。這種水循環是地球能維持生命的重要原因，也是地表構造在漫長地質時期受到侵蝕的主要因素。各地降水量大相逕庭，從一年數千毫米到不到一毫米都有。一個地區的平均降水量由大氣環流、地貌特徵和氣溫差異共同決定。

地球表面獲得的太陽能量隨緯度增高而遞減。高緯度地區太陽照射地面的角度較小，陽光必須通過的大氣層較厚，因此年平均氣溫較低。緯度每增高1度，海平面處的年平均氣溫就降低大約0.4 °C變化（0.7 °F變化）。地球表面可分為氣候大致相似的若干緯度帶，從赤道到兩極依次是熱帶、亞熱帶、溫帶和極地氣候。根據各地氣溫和降水量的異同可以劃定不同的氣候類型。常用的柯本氣候分類法將全球氣候分為五大類：A類熱帶氣候，B類乾旱氣候，C類溫帶氣候，D類冷溫帶氣候，E類極地氣候和高山氣候，每個大類被進一步分為若干小類。

緯度並非決定氣候的唯一因素。由於水的比熱比岩土的比熱大，海洋性氣候往往比大陸性氣候更為溫和。事實上，南半球處於夏季時地球離太陽更近，導致南半球全年接受到的輻射總量比北半球多。若不是南半球的水域面積比北半球更大，多出的水域吸收了多餘的輻射，南半球的平均氣溫將比北半球高2.3 °C。大氣環流和洋流的影響同樣重要。在高緯度地區，受到暖流和西風的作用，大陸西岸的氣候往往比同緯度內陸及大陸東岸的氣候更為溫和。北歐北部處於北極圈內，氣候卻比較適宜。緯度較低的加拿大北部及俄羅斯遠東地區反而呈現寒冷的極地氣候。在南美洲低緯度地區的西岸，受到秘魯寒流的影響，夏季沒有酷暑。此外，氣候還與高度有關，海拔越高，氣候越寒冷。

1913年於美國加利福尼亞州死亡谷國家公園內的爐溪谷地所測得的56.7 °C（134.1 °F）為地球目前所測得的最高氣溫；而1983年於南極洲沃斯托克站所測得的−89.2 °C（−128.6 °F）為地球目前所測得的最低氣溫，但遙感衛星曾在東部南極洲測到低至−94.7 °C（−138.5 °F）的溫度。這些氣溫僅僅是自20世紀以來使用現代儀器測量到的，可能尚未完整體現地球氣溫的範圍。

高層大氣

在對流層的上方，相對高層的大氣層通常分為平流層、中間層、熱層和散逸層，每一層溫度隨高度的變化規律都不同。平流層上部是臭氧層，能部分吸收太陽射向地表的紫外線，這對地球上的生命很重要。這也使得平流層中溫度隨高度的增加而增加。中間層中溫度則隨高度增加而下降。在熱層中，由於氣體原子對太陽輻射中短波成分有強烈吸收，溫度隨高度的增加急劇上升。在熱層上部由於空氣稀薄，溫度較高，氣體分子會發生電離，形成電漿體，構成電離層。散逸層向外延伸，愈發稀薄，直到磁層，那裡是地磁場和太陽風相互作用的地方。距地表100 km的高空是卡門線，實踐中認為它是大氣層和外太空的分界。

由於熱運動，大氣層外緣的部分分子速度可以大到能夠擺脫地球引力。這會使大氣氣體緩慢但持續地散失到太空中。因為游離的氫分子量小，它更容易達到宇宙速度，散逸到外太空的速率也更快。其中在氫氣散失方面，是地球大氣以及表面從早期的還原性變為現在的氧化性的原因之一。雖然光合作用也提供了一部分氧氣，但是人們認為氫氣之類的還原劑消失是大氣中能夠廣泛積累氧氣的必要前提，因此也影響了地球上出現的生命形式。雖然大氣中的氧氣和氫氣可轉化為水，但其損失大部分皆來自甲烷在高層大氣的破壞。

地球磁場

地球內部及周圍空間中存在著靜磁場。根據靜磁場的多極展開，如果把地球近似看作一個磁偶極子，它的磁矩大小為7.91 × 1015 T m3，地磁軸方向與地軸近似重合但有少許偏離，兩者的夾角被稱為地磁偏角。在垂直平分地磁軸的平面和地球表面相交形成的「地磁赤道」圈上，磁感應強度約為3× 10−5 T，在地磁軸與地球表面相交形成的地磁極處，磁感應強度約為地磁赤道處的兩倍。根據發電機假說，地磁主要來自於地核中鐵、鎳構成的導電流體的運動。在地核的外核中，熾熱的導電流體在從中心向外對流的過程中受到地轉偏向力的作用形成渦流，產生磁場。而渦流產生的磁場又會對流體的流動產生反作用，使流體的運動乃至其產生的磁場近似保持穩定。但由於對流運動本身是不穩定的，地磁軸的方向會緩慢、無規律地發生變化，導致地磁逆轉。地磁逆轉的週期不固定，每一百萬年可能會發生數次逆轉，最近的一次則發生在78萬年前，被稱為布容尼斯－松山反轉。

地磁在太空的影響範圍稱為磁層。太陽風的離子與電子被磁層偏轉，因此無法直接襲擊地球。太陽風的壓力會把磁層靠近太陽的區域壓縮至10個地球半徑，而遠離太陽的區域會延伸成長尾狀。太陽風以超音速吹入磁層向陽面，形成弓形震波，太陽風速度因此減慢，一部分動能轉換為熱能，使得附近區域溫度升高。在電離層上方，磁層中的低能量帶電粒子形成電漿層，其運動受地磁場主導。由於地球的自轉會影響電漿的運動，因此電漿層會與地球共轉。磁層中能量居中的粒子繞地軸旋轉流動，形成環狀電流。帶電粒子除了沿著磁場線作螺旋運動外，還會在地磁場的梯度與曲率作用下產生定向漂移，電子向東漂移，正離子向西漂移，因此形成環狀電流。范艾倫輻射帶是兩層狀似甜甜圈的輻射區域，內層主要是由高能量質子與電子所形成，而外層還含有氦等較重的離子。這些高能量粒子都被磁場俘獲於並且以螺旋形式沿著磁場線移動。當發生磁暴時，帶電粒子會從外磁層沿著磁場線方向偏轉進入電離層，並在這裡與大氣層原子發生碰撞，將它們激發與離子化，這時就產生了極光。

行星若能維持生命延續，就可稱為適居的，即使生命並不起源於那裡。地球能提供液態水，複雜的有機分子可在其中組裝合成並相互作用，還有足夠的能量來維持新陳代謝。地球到太陽的距離、公轉軌域偏心率、自轉速率、軸向傾斜、地質歷史、適宜的大氣和能起保護作用的磁場造成地球表面現在的氣候條件主因。

地球蘊藏著各種自然資源供人類開採利用。其中很多是如化石燃料一類的不可再生能源，這些資源的再生速度非常緩慢。

化石燃料大多從從地殼中獲得，例如煤、石油和天然氣。人類主要用這些化石燃料來獲得能源和化工生產的原料。礦石形成於地殼的成礦過程，成礦過程由岩漿活動、侵蝕和板塊構造導致。

地球生物圈可產生許多對人類有益的生物製品，包括食物、木材、藥品、氧氣等，並可使眾多有機廢棄物回收再利用。陸上生態系統依靠表土和淡水維持，而海洋生態系統則依靠陸地沖刷而來的溶解養料維持。1980年，全球有50.53億公頃（5053萬平方公里）林地，67.88億公頃（6788萬平方公里）草地和牧場，還有15.01億公頃（1501萬平方公里）用作耕地。1993年，全球有2,481,250平方公里（958,020平方英里）的土地受到灌溉。人類在陸地上用各種建築材料建造自己的住所。

地球表面的大片區域均受熱帶氣旋、颱風等極端天氣影響，這些災害影響了受災地區生物的存亡。1980年到2000年之間，每年平均有11,800人因天災而死亡。其中在1900年至1999年之間，旱災促成的飢荒是造成最多死亡的災害。另外，地函對流帶動板塊移動，並引起地震和火山活動等環境危害。地球的天然和環境危害還包括山火、水災、山崩、雪崩等，均會造成死亡。

人類的活動給很多地區都帶來了環境問題：水污染、空氣污染、酸雨、有毒物質、植被破壞（過度放牧、濫砍濫伐和沙漠化）、野生動物的死亡、物種滅絕、土壤的退化和侵蝕以及水土流失。

根據聯合國的資料，工業活動排放二氧化碳與全球暖化有密切關聯。預測顯示全球暖化將會給地球的環境帶來冰川和冰蓋熔化、溫度範圍更極端、重大天氣轉變、海平面上升等變化。

地球的陸地表面，除了南極洲部分地區、沿著多瑙河西岸的一些土地以及位於埃及與蘇丹之間的無主地比爾泰維勒之外，均為主權獨立國家所擁有。截至2015年，全球共有193個主權國家是聯合國會員國，此外還有2個觀察員國，以及72個屬地與有限承認國家。雖然有一些民族國家有統治世界的企圖，但從未有一個主權政府統治過整個地球。

聯合國是一個以「介入國家之間的糾紛從而避免武裝衝突」為成立目標的全球性國際組織，也是一個為國際法和國際外交設立的重要平台。如果取得了成員國的共識，聯合國可武裝干預一些國際事務。

1961年4月12日，尤里·阿列克謝耶維奇·加加林成為了第一個抵達地球軌域的人類。截至2010年7月30日，共有487人曾去過太空並進入軌道繞行地球，其中有12人還參與了阿波羅計劃並在月球行走。正常情況下，國際太空站是太空中唯一還有人類的地方。太空站的成員由6人組成，成員一般每六個月替換一次。阿波羅13號於1970年執行任務期間離地球400,171公里，為人類目前到達過的最遠距離。

月球是地球的天然衛星，因古代在夜晚能提供一定的照明功能，也常被稱作「月亮」，月球的直徑約為地球的四分之一，結構與類地行星相似。月球是太陽系中衛星－行星體積比最大的衛星。雖然冥王星和其衛星冥衛一之間的比值更大，但冥王星屬於矮行星。

月球和地球間的引力作用是引起地球潮汐現象的主要原因，而月球被地球潮汐鎖定，因此月球的自轉週期等於繞地球的公轉週期，使月球始終以同一面朝向地球。月球被太陽照亮並朝向地球這一面的變化，導致月相的改變，黑暗部分和明亮部分被明暗界線分隔開來。

由於地月間的潮汐相互作用，月球會以每年大約38毫米的距離逐漸遠離地球，地球自轉的時間長度每年大約增加23微秒。數百萬年來，這些微小的變更累積成重大的變化。例如，在泥盆紀的時期（大約4.1億年前），一年有400天，而一天只有21.8小時。

月球對地球氣候的調節可能戲劇性地影響到地球上生物的發展。古生物學的證據和電腦模擬顯示地球的轉軸傾角因為與月球的潮汐相互作用才得以穩定。一些理論學家認為，沒有這個穩定的力量對抗太陽和其他行星對地球的赤道隆起產生的扭矩，地球的自轉軸指向將混沌無常；火星就是一個現成的例子。

太陽的直徑大約是月球的400倍，但它與地球的距離也是400倍遠，因此地球看到的月球和太陽大小几乎相同。這一原因正好使得兩天體的角直徑（或是立體角）吻合，因此地球能觀測到日全食和日環食。

關於月球的起源，大碰撞說是目前最受青睞的科學假說，但這一假設仍有一些無法解釋的問題。該假說認為，45億年前，一顆火星大小的天體忒伊亞與早期的地球撞擊，殘留的碎片形成了月球。這一假說解釋了月球相對於地球缺乏鐵和揮發性元素、以及其組成和地球的地殼幾乎相同等現象的原因。

人造地球衛星是由人類建造的環繞地球運行的太空飛行器。依據2015年9月的統計，包括已經失效，現存最老的美國衛星前鋒1號，全球共有1,305顆人造衛星，和300,000萬個太空垃圾在軌道上環繞著地球。目前全世界最大的人造衛星是國際太空站。

除了月球和人造衛星之外，地球還有至少5顆共軌小行星（準衛星），其中四顆是在地球軌道上環繞著太陽運行的小行星——克魯特尼、2002 AA29、2016 HO3和在地球前導拉格朗日點L4的特洛伊小行星2010 TK7。嬌小的近地小行星2006 RH120，大約每隔20年就會靠近地-月系統一次，當它靠近時會短暫進入繞行地球的軌道。

地球在人類文化中的形象不一。部分文化賦予地球人格，將之拜為神明。許多文化中地球是主管生育的地母神。蓋亞假說於20世紀中期誕生，該觀點將地球比作能自我調節的生命體，使地球能保障自身總體穩定、適宜居住。隨著科學技術的發展，人類眼中的地球也在不斷變化。起初，東西方的古人相信地平說。但到了公元前6世紀，畢達哥拉斯提出的地圓說取代了這一觀點。古人曾將地球視為宇宙中心，但後來的學者認定，地球和太陽系的其它幾個星體一樣，都是環繞恆星轉動的行星。

進入19世紀時，地質學家發現地球的年齡應該超過幾百萬歲。威廉·湯姆森在1864年用熱力學方法推斷，地球年齡應在2,000萬歲至4億歲之間，這一結論引發了激烈辯論。在19世紀後期至20世紀初期，科學家用放射性定年法測算出，地球誕生時間為幾十億年。但在20世紀時，阿波羅計劃開始執行，人類第一次在軌域上觀察到了地球，並拍攝了地球的照片，人類的看法因而再度改變。