地球基本物理性质指标参数胡经国这里所说的地球基本物理性质是指地球的质量和平均密度；地球的重力；地球内部的压力；地球内部的温度；地球的磁场。

一、地球的质量和平均密度㈠、地球的质量（Earth's Mass）根据万有引力定律，地球的质量M＝gr2/G≈5.965×1027克，约等于5.97×1024千克。

地球质量的确定提供了测定其他天体质量的依据。

从地球的质量可得出地球的平均密度约为5.52克/厘米3。

㈡、地球的平均密度（Earth's Average Density）1、地球的平均密度数值组成地球各部分的物质密度分布。

占地球表面积3/4的水的密度约1克/厘米3；地球表层岩石的平均密度为2.7～2.9克/厘米3。

地球的平均密度为5.518克/厘米3，约等于5.52克/厘米3。

2、地球内部密度随深度的分布一般情况下，地球内部密度随深度增大而逐渐增加。

地球深部物质密度更大。

根据地震波速变化和某些假设可以推导地球内部密度。

例如，布伦密度分布模式（Bullen，1970）假设：①、地球近似由同心球层组成，平均地壳厚度15公里；②、地幔顶部密度3.31克/厘米3；③、地心密度13克/厘米3；④、取地球转动惯量为0.3309Mr2。

根据上述假设，采用各种经验关系式和其它有关数据得出的地球内部密度分布如下表所示：深度（km）地球内部密度（克/里米3）0～15 2.0～2.4815～350 3.31～3.52350～850 3.56～4.44850～2878 4.44～5.622878～4711 9.89～12.265161～6371 12.27～13.0二、地球的重力（Earth's Gravity）地球上的任何一点都受到地球引力和地球自转惯性离心力的作用，这两种力的合力成为地球的重力。

重力场强度就是重力加速度。

在厘米·克·秒单位制中，重力场强度的单位为达因/克，即厘米/秒2（为了纪念意大利科学家伽利略，又把厘米/秒2称为伽）。

㈠、纬度和高度对重力的影响1、地面重力随纬度改变而不同引力与质量成正比，与距离地心的距离的平方成反比。

赤道半径比极半径长21.385公里，所以赤道上的引力为981.4伽，两极的引力为983.2伽，二者相差1.8伽。

某处的离心力与该处地球自转线速度的平方成正比；赤道上离心力最大，为3.4伽，在两极为0。

重力加速度由地面引力减去离心力得到；在赤道处为978.0318伽，在两极处仍为938.2177伽。

由此可见，在相同高度的情况下，由纬度变化引起的重力差异不超过 5.2伽。

赤道和两极重力之比约为189/190，即一个物体在赤道上是189公斤，而它在两极处则是190公斤。

2、在地面以上，重力值随高度增加而减小大约每升高1公里降低0.3086毫伽。

㈡、地球内部重力垂直分布地球表面最大的离心力只有3.4伽，为引力的1/288。

地面以下，离心力更弱。

因此，地球内部重力场可以简单地看作是地球引力场。

一般认为，从地面到地下2900公里深处，重力值大致随深度增加而增加。

在地下2900公里深处达到极大值，约为1080伽。

从2900公里处到地球质心，由于地核物质密度很大，因而致使质量减小的影响远大于距离减小的影响，重力急剧减小。

在地心处，整个地球对于质心的引力完全相互抵消，重力值为0。

地球内部重力的垂直分布（布伦）深度（公里）重力加速度（厘米/秒2）0 982.215 983.260 984.7350 994.3650 998.1850 996.12700 10502878 10804561 6304711 5905761 4306371 0三、地球内部的压力地面上的物体受到大气的压力；地下的物体不但受到大气压力，而且还受到上覆岩层的压力。

地球内部压力P的大小，取决于深度h（上覆岩层厚度）以及平均密度ρ和平均重力g三个因素，即：P=ρgh。

在离地面不太深的地方，深度每增加1公里，地下压力大约增加270个大气压（取岩石密度为2.7克／厘米3，g＝980伽）。

地心处的压力可能为350万个大气压。

尽管地心物体没有重量，但是由于该处要承受从地面到地心厚达6371公里的岩石柱的全部压力，因而地心是全球压力最大的地方。

四、地球内部的温度㈠、温度垂向分布在地球内部，深度越大、温度越高。

地表以下40～50公里，每公里增温20～30℃。

再向下，增温减慢。

研究表明，在地球表层即地壳部分，温度升高很快；进入地幔以后，温度升高的速度降低；到了地核，温度虽有升高，但升温速度更为缓慢；直至地心，达到最高温度。

估计，核幔边界的温度在2480℃以上；地心温度不超过3000℃。

㈡、大地热流1、大地热流与热流值单位时间内、自地球内部高温处向地球表面低温处、在单位面积上流过的热量，叫做大地热流。

据研究，地球热流平均值为60～70mW/m2；现在每年流出地面的热流为2.4×1020卡；相当于300多亿吨煤燃烧放出的热量。

2、热流值分布无论在大陆或海洋，热流值都随具体的地质环境（如地质构造及地质年龄的新老等）而改变。

在前寒武纪地盾和海沟区，热流值最低；在海岭、弧后盆地和大陆裂谷区，热流值最高。

㈢、地球内部的热源研究表明，岩石中放射性元素含量最多的是酸性岩。

1吨花岗岩（含铀18.5克和钾337900克）每年可产生8.2卡的热能。

由此推算，地球内只要有20公里厚的花岗岩层，就能弥补每年通过地表向外流失的热量。

但是，酸性岩密度低，仅仅集中在地球上层即地壳中，它们之中所含的放射性元素产生的热能只能影响地球的上部。

地球深部的热源问题，近年来正在研究之中。

五、地球的磁场（Earth's Magnetic Field）地球是一个磁化体，磁针在地球表面上由于受到磁力的作用而指向南北方向。

地球的磁北极吸引着磁针的南极，而地球的磁南极则吸引着磁针的北极。

据人造卫星高空测量计算，现在地磁北极在北纬78.5°、西经69°。

地磁北极与地磁南极的连线，叫做地磁轴。

地磁轴与地球自转轴的交角为11.5°。

在两个磁极中间有一条与地理赤道（Equator）很相近的圈线，即磁倾角为0（零）的那条等值线，叫做磁赤道（Magnetic Equator）。

㈠、地磁要素地球磁场的特征可用地磁要素——磁场强度（F）、地磁倾角（I）和地磁偏角（D）来确定。

1、磁场强度单位磁场强度F以奥斯特为单位。

在无限长直导线中，当通以10安培直流电时，在距此导线2厘米处的磁场强度称为1奥斯特；也就是对于1个单位磁极的作用力等于1达因时的磁场强度称为1奥斯特。

由于地磁强度不超过0.68奥斯特，因而为了方便起见，在磁法勘探中常用的磁场强度单位为伽马（γ）。

1奥斯特等于105伽马。

2、磁场强度的水平分量和垂直分量磁场强度F在水平面上的投影，即磁场强度F的水平分量H，称为水平强度；磁场强度F的垂直分量Z，称为垂直强度。

3、磁倾角和磁偏角磁场强度F与水平面的夹角I称为磁倾角（Magnetic Dip）；磁场强度F的水平分量H与正北方向的夹角D为磁偏角（Magnetic Declination）。

在习惯上，磁偏角是指地磁北极对于地理北极的偏角。

地磁北极在地理北极以东称为偏东，为正；地磁北极在地理北极以西称为偏西，为负。

此外，水平分量H还可以分解为向北（X）和向东（Y）两个分量。

4、地磁场强度大小和方向的确定根据X、Y、Z和H、D、I，我们便可以确定地磁场强度的大小和方向。

磁倾角I在磁赤道处为零，向南或向北磁倾角逐渐增大；当磁倾角为90°时，水平强度H为零，该地点就称为磁倾极，它的位置是在不断变化的。

⑴、等偏线和等倾线等偏线汇聚在南、北两磁极区，将全球分为负偏区和正偏区。

等倾线大致平行纬度线。

零倾线在赤道附近，称为磁赤道。

磁赤道以北，磁倾角为正；以南为负。

磁倾角I＝90°为磁北极；反之为磁南极。

磁北极和磁南极的位置随时间变化，甚至会发生倒转。

⑵、水平强度、垂直强度和总强度地磁场水平强度Ｈ：大致沿纬度排列。

赤道附近最大，两极处为零。

全球各点Ｈ都指向北。

地磁场垂直强度Ｚ：大致与等倾线相似。

磁赤道上为零。

向两极绝对值增大。

北半球Ｚ方向向下，为正值；南半球Ｚ方向向上，为负值。

地磁场总强度T：大致沿纬度分布。

由磁赤道向两极逐渐增大。

㈡、地磁场的变化1、地磁场变化的划分地磁场的变化可分为长期变化和短期变化。

短期变化又可分为平静变化和干扰变化。

平静变化是指经常出现、有一定周期和规律的变化。

它包括：与日、月、地三者相对位置有关的太阳日变化和季节变化。

干扰变化的产生原因很多、比较复杂。

小的干扰变化都是地区性的；而大的干扰变化则是全球性的。

其中，磁暴变化的幅度可达几千伽马。

磁暴的产生与太阳活动、空间电流、宇宙射线、极光和高空辐射带有关。

在消去各个地磁要素的短期变化以后，就可以得出地球基本磁场的长期变化。

地面各点地磁场长期变化不同。

地磁变化率最大的点称为长期变化焦点。

这个长期变化焦点目前正在缓慢地向西移动，平均每年移动大约0.3°。

有人认为，该长期变化焦点向西漂移可能是由于地幔和地核在转动上的差异而造成的。

2、地磁场短期变化⑴、平静变化按一定周期连续出现的平静而有规律的变化。

例如，地磁日变、季变等。

⑵、干扰（扰动）变化偶然发生、短暂而复杂的变化。

例如，磁暴、地磁脉动等。

磁暴是一种几乎全球同时发生的强烈磁扰动。

一般认为磁暴的产生与太阳黑子出现有关。

3、地磁场长期变化随时间变化，缓慢、周期长。

㈢、地磁场的成因现在流行的地磁场成因假说是自激发电机假说。

它的主要依据是：A、地核是一个导电的流体；B、地核中原来就存在着微弱的磁场；C、地核流体中具有差异运动或对流运动。

在这种前提下，地核物质和原来存在的弱磁场相互作用，就会引起一种自激发电机效应，使原来的弱磁场加强，从而形成现在的基本磁场。

由于目前还没有取得观测数据，因而这种说法仍然停留在“假说”阶段。

通过比较前人从理论地磁得出的核幔接口流体运动速度，和从地震学得出的下地幔结构发现：地磁极变化路径与下地幔地震波高速区相对应。

这表明，地磁极性倒转，不仅与外核流体运动有关，而且还受控于下地幔结构的变化。

2020年4月23日编写于重庆2020年5月11日修改于重庆。