地球星大環境
地球星表地殼層大環境
地心引力與地核
地心引力是什麼引力（gravitation）是一種力，來自質點（particle）。我們不妨推想一下，物質在假說“大爆炸”以前早已存在，物質可以形成質點。質點本身含有引力。質點與質點之間互相作用，就出現引力現象。這質點有大有小。
牛頓創“萬有引力”。他說，兩物體間引力的大小與其距離的平方為反比；與其質量的乘積為正比。地球星本身就是一個大質點，當然具有引力。地球星表麵上大小物體都是質點，因此，每一物體也各自有它自己的引力。但由於物體太小的緣故，遠不如地球星引力的強大，其結果地麵以上的物體，不論大小，一律落在地麵之上，而不能飛入太空。一般書上所說的“地球重力”，就是地心引力。如果地球星靜止不動，引力與重力並無區別；如果地球星有自轉，地球重力就是指一種“合力”，這合力是指地心引力及地球星因自轉而產生的“離心力的合力”。因為這離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為一談，不作區別，尤其地理方麵是這樣。
地心引力在地球星表麵上並非處處相等。一方麵與地球星表麵有起伏有關，另一方麵與地麵以下各部分質量的大小也有關係。地麵上有平原、丘陵、盆地、山嶽；地麵以下又有不同的岩層，這樣就出現了不同的引力值。大氣層表麵上的地心引力小於地麵上的地心引力；地麵上的地心引力又小於洋底上的地心引力；同樣的，洋底上的地心引力又小於地核表麵上的地心引力。地核位於地球星的中心，它本身就是一個大質點。它是地球星星體內最奇特的一部分。所謂地心引力，是地球星體全部的引力，並不是由地球星幾何學上中心作出的引力，這一點必須先搞清楚。
質點何時開始具有引力？我們認為自質點開始成立時，它就具有引力。這引力永不衰竭，也永不消失。引力由質點向上下四方輻射而出，引力值各方向並無差異。不論質點大或小，引力射出後，都可以到達無限遠，遍及全宇宙，沒有終點。同樣的情形，地球星的引力也可以射到無限遠。各恒星的引力包括太陽係各天體在內，也可以各自輻射到無限遠。雖然引力受距離大小的影響（即距離愈遠，引力愈小）。隻是愈遠愈小，甚至可略而不計，但絕對不是零。這就是說，引力有起點，無終點。這是我們的看法。
地心引力眼不能見，耳不能聞，但可以覺察。例如雨水下降，雪片飄墜，樹葉、樹枝及果實都向地麵掉下來。這些現象都是地心引力所發生的作用。地球星雖然有引力，然而太陽恒星的引力更大，太陽係內大小行星不論距日遠或近，必須繞日公轉，不能逃走，就是太陽引力較大的緣故。
太陽恒星位於銀河星係外圍獵戶臂內，受銀河星係中心的引力，也有環繞銀河星係中心進行公轉的現象。也可以說，這是銀河星係全體自轉。有人把太陽恒星環繞銀河星係中心一周，叫做一個太陽年（SolarYear）。這說明很易和回歸年（TropicalYear）混淆，因為也有人把回歸年叫做太陽年。為了清楚，最好廢掉這個名詞，隻用回歸年（即地球星繞日一周，是365.2422日或365日5小時48分46秒）。太陽恒星環繞銀河星係中心公轉，改稱“銀河自轉”，比較清楚。
整個銀河星係受銀心的引力而進行自轉，事實上引力最強大的部分應該在銀核。銀核雖然有引力，但銀河自轉並非類似一個鋼體的旋轉，銀河內部旋轉的角速度比外部為大。太陽恒星附近旋轉一周，為2.2億年。平均速度每秒為220公裏。銀河自轉時，它的引力可以帶動銀河星係內所有的恒星、星團、星雲、星氣，一律跟著轉動。如果放大視野來看，這銀河星係也受更大的引力，伴同其他星係，環繞更遠的引力中心。宇宙空間沒有邊際，不可能有自轉。然而宇宙空間以內的物質有運動，空間不動，但跟著時間變易。
宇宙空間內物質如何動？試看武仙座內，有許多奇形怪狀的星雲，各有運動，彼此不碰撞。據說銀河星係附近有十一座星係，其中包括銀河星係、仙女座星係、大麥哲倫雲和小麥哲倫雲，彼此之間也無衝突。什麼力量使它們彼此相距很遠，互不相撞？試看那些球形星團，其中恒星密布，卻能彼此界限分明，這又是什麼道理？從理論上來說，這是因為有“作用力”和“反作用力”。引力是作用力，也是向心力；反作用力是離心力。是否還有另一種為人類目前尚未知的力？
地球星引力最強的部分是地核上文已述，地核是一個大質點。這個質點才是現今地球星的引力中心。幾何學上的地球星中心，無長、寬、厚，類似幾何學上的一個點，引力不可能很大。地球星密度最大的部分是地核。地核界麵（即地幔與外地核之間的分界麵）應該是地球星引力最強的部分。
試想地球星是近似圓球的星體，地殼以下引力加強，愈向下引力愈強，到達外地核表麵時，引力最強。因為外地核表麵以下由於引力累積太多，已由內地核發出反作用力，與作用力（引力）相遇於外地核界麵。由這個界麵向外，直達地殼及地殼以外，愈向外引力愈小。由這個界麵向內，直達地球星中心，愈向內引力也愈小。可以說，地球星中心的引力已減為零。我們可以這樣說，地心引力最強的部分實際是地核的引力。我們不能隻顧作用力（引力），而忘掉了反作用力。雖然地核是地球星的引力中心，但本書依舊使用通俗的名詞“地心引力”，以求讀者易於接受。
地心引力在地球星上永遠存在。然而地球星有自轉運動，這地心引力就被改變，其中約有不及1%的引力化為離心力（CentrifugalForce）。這離心力由於地球星連續自轉，也叫做慣性力（InertiaForce），應該叫做離心慣性力（CentrifugalInertiaForce）。地球星自轉時，沿著假設的地軸自轉。當地軸在自轉時，軸上每一個點也同樣地作圓周運動，其中包括北極和南極，地心也在內，它們都作圓周式轉動。地殼表麵上每一個點也同樣地作圓周運動。每一個點所畫出的圓麵，都與地軸以直角相交。離心力前進的方向是以直線式離開地軸。地球星赤道部膨脹，土星、木星和太陽恒星的赤道部也都向外膨脹，全由於離心力作怪。
又地球星表麵重力值並非處處相等，這對於地麵、水體及大氣都有關係。一般人把地心引力在地殼表麵上作用的現象，叫做重力。重力值各地不同。因為地球星表麵與幾何學上圓球的表示並不類似。一般說來，兩極地麵重力最大，重力值為983厘米/秒2。赤道地麵最小，重力值為978厘米/秒2。主要原因，極半徑較短，有6356公裏長（實際是6356.755公裏）。赤道半徑較長，有6378公裏長（實際是6378.140公裏）。前者因為較短，接近地心，引力較強。後者較長，距地心較遠，引力較弱。數學上地球星半徑平均為6371公裏長。平均地麵重力值為980厘米/秒2。這樣的重力值出現於緯度45°地麵。
據說，地球星的形狀象似一個梨，有人就把地球星改稱“地梨”。這說法不能成立。據人造衛星實測，北極地麵不正常，地麵向上凸起有十米多；南極地麵也不正常，地麵向下陷，達108米深。這些輕微變化，對於地麵重力值的影響，微不足道，可以略去不計。我們常常想，南極大陸冰蓋很厚，由數百米到一、二千米，冰塊壓力也真夠大，因此，南極大陸才被冰蓋壓低100多米的。北極地麵隆起十米多，南極北極一升一降，似乎有關係，事實上絕對無關。然而南極大陸陷落100多米，可能壓迫地下岩漿由南向北流，導致板塊移動。印度板塊向北移，撞入亞洲板塊南緣，可能受地下岩漿北流的影響。但是，是否真是如此，我們這裏暫且不談。我們要進一步說明的是地核在地球星星體內所扮演的著實重要的角色。
地核的形象和引力這裏先說明地核的大小。地核比月球大，地核是地球星星體內一顆大鐵球，除含少量鎳元素外，全是鐵。地核直徑為5648公裏，是月球直徑（月球直徑為3476公裏）的1.6倍。地核周圍全是地幔，由岩石物質組成。地核與地幔不僅化學元素不同，物態也不同。地幔是普通的固態，其中含有岩漿，地核的內部是液內的固態；震波中的次波可以通過地幔，但不能通過地核。
地核的外部叫做“外地核”（OuterCore），簡稱外核，是一個層圈，其中大部分是鐵；內部叫做“內地核”（InnerCore），簡稱內核，是一個鋼性的鐵球。內核中心就是地球星的中心。內核直徑有2400公裏（半徑為1200公裏）。內核的鐵，雖然高溫，已達6000℃，但不流動，鐵原子被壓得扁扁的。外核的鐵，可以流動，因為有流動，震波中的次波（或橫波，也叫做S波），就不能通過。外核的液可以流入地幔；地幔的液，可以流入較流層，或進入地殼的下層。流動很慢，每年可能流動0.5厘米或1厘米的距離，顯示外核與地幔是動的，而非靜止的。地幔內完成一次對流，需要許多萬年。
假如把地球星用大刀沿地軸切開為兩半，可以看到地殼是深暗的；軟流層及上地幔是淡紅的；下地幔及外核是亮紅色的；內核是耀眼的亮。內核由於高壓高溫，液態已成為高溫的固態。上文所述地心溫度為6000℃是推測的，並非實測，不可全信。
地心引力不是來自地心，上文已述。引力從何而來，我們的看法，是來自整個地球星星體，地核由於密度特大，在引力作用中它已成為主要的角色。讀者千萬不可相信地心引力是由地心發出來的。它是來自地球星整個部分。這整個部分可視為一個大質點。
地球星不是由星雲濃縮而成的。它是由太空內或星雲內無數的小質點合並累積而成。地核是最早累積起來的。一般而論，宇宙空間內質點具有兩種力：一種是由內向外的輻射壓力；另一種是由外向內的吸引壓力。當兩個質點相距很近時，輻射壓力如彼此完全相同，而吸引壓力又彼此有差異，這時候，那個吸引壓力較大的，就會把那個吸引壓力較小的拖過來，彼此合並，成為另一個質點，使其質量較大。依據這個方式，早先位於地心附近的一些質點，彼此合並累積而成為內核，那時候很鬆散，密度不大，引力也不高。後來，以內核為中心，又吸收太空內更多的質點，累積合並成為外核。這外核覆在內核表麵之上，形成一個更大的地核。它的表麵高高低低，並非渾圓的球形，各部分半徑長短不一。後來又繼續累積，出現地幔層圈、軟流層圈及地殼層圈。層圈愈多，壓力愈大，內部密度愈高。了解這些後，再說說我們的看法。
內核在內層，受壓力最大，密度也最大，它最初期時引力值並不高，但為最初期地球星的引力中心。後來以外核（包括內核的外核）為引力中心；後來又以地幔（包括整個地核）為引力中心；最後又以地殼（包括地幔及其以下部分）為引力中心。通常所說的地心引力，是指地球星整個星體所作用的引力，而非來自地心。地心在幾何學上沒有長、寬、厚，如何會產生引力？因此，我們的看法，地心引力就是地球星的引力。由地麵上任何一點作一鉛垂線，直到地心，這條鉛垂線就是一條引力線。地球星表麵由無數的小點集合而成，每一小點都有一條引力線向下直達地球星中心。這一條引力線上每一質點都有引力。距地心愈近，引力線分布愈密，引力也愈強。反之，引力線分布愈稀，引力也愈弱。
地球星表麵以上的物體，受了地心引力而產生重量。距地麵愈高，重量愈小。珠穆朗瑪峰上的引力值小於中國沿海陸地地麵的引力值。由地麵向下，礦坑愈深，引力愈大，到了地核表麵，引力最大。地核表麵的物體重量增加到最大限度。這樣就可以了解地核的引力是地心引力最重要的一部分。地核由於高溫及高壓，而且化學元素單純，除少量鎳元素外，全是鐵，因此，它的作用類似人體以內的心髒及頭部以內的腦。
地核與地球星自轉地球星自轉由西向東轉動，在24小時內，赤道上某一個地點要前進4萬多公裏。在緯度40°要前進3萬多公裏。在緯度89°處要前進700多公裏。在北極或南極，僅是一個點，自轉一周就是一個晝夜，但這自轉一周並無實際距離。一般人認為地球星自轉，必須有一根軸，叫做地軸（Earth’sAxis）。這一條地軸是假設的，實際並不存在。