开放的地球系统：天文学教程上册

地球系统虽然在相当大程度上主要由其自身的内因而演变着，但它不是孤立的封闭系统，而是开放系统。且不说地球本身就是由太阳系原始星云中的星子聚集形成的，地球形成以来仍与外界有物质、能量和动量的交换。

前面已讲过小天体的陨击作用，地球早期很可能遭遇严重陨击，不仅其地质作用显著，而尤其是彗星陨落带来大量的水及有机物，对地球大气和海洋的演变乃至生物起源至关重要。虽然现在平均几十万年才有一次较大陨击，但其危害也很大，甚至造成全球性灾难；就是每年陨落到地球的宇宙尘就有1万多吨，它们在大气中的烧蚀物可以成为水汽凝核而影响降水。

图5-23　地球动力系统的各种特征时间和空间尺度的作用过程

太阳供给地球光和热，照耀万物生长。除了放射衰变能，地球上的能源归根结底来自太阳辐射能（见第8章）。宇宙线高能粒子对大气的影响也较明显。太阳、月球及行星对地球的影响尤其对地球自转的影响也很重要。

地球的一些演变过程常表现出一定的周期性韵律或旋回，它们与天文因素相关（见表5-2）。(www.xing528.com)

表5-2　地球演变的周期性

（续表）

例如，2亿多年的周期相应于太阳绕银河系中心转动的周期（银河年），3300万年的周期相应于太阳两次穿越银道面的时间，太阳经过银河系物质密聚区可以使太阳系的引力场变化，导致更多的小天体陨击地球，造成大气、水圈、生物圈和岩石圈的剧烈变化，如最近银河年对应地质的中、新生代，前一银河年对应古生代。地球绕太阳公转轨道长轴旋进，近日点进动平均周期约为2.17万年，黄赤交角在22°00′～24°30′范围变化、周期约为4.1万年，轨道偏心率变化（日地距离最大时达5.7%）周期约为9.5万年，对应有沉积旋回、海平面升降、冰期与间冰期周期，造成生态迁移及气候环境变化。但很多相关的机制还有待深入研究。

地球系统不断接收外界的物质、能量和动量的同时，也在不断地把物质、能量和动量转移到外界。例如，地球不断地以红外辐射形式把热量损失到太空，尤其是火山喷发等加速了地球的热量损失；从外大气层逃逸出氢等气体；地球与月球相互作用，地球把自转角动量转移给月球，因而地球自转减慢，而月球轨道变大。因此，地球可以说是一个耗散系统。