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地質學
第一章 概論
第十二章 河流與河流的地質作用
第十三章 地下水
第十四章 風的地質作用
第十五章 冰川與冰川的地質作用
第十六章 湖泊和沼澤的地質作用
第十七章 海洋
第十八章 海水的地質作用 - 海水的剝蝕和搬運作用
第十九章 板塊構造學說
第十一章 地質圖與地質圖的判讀
第十章 地層與地質時間
第二章 我們居住的地球
第三章 礦物
第四章 岩石概論
第五章 火山與火山作用
第六章 風化和土壤
第七章 地質作用、地殼變動與構造運動
第八章 化石與古生物學
第九章 地殼與生物進化的歷程概述
第二十章 環境地質學
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2-5 地球及其經緯線

地球上的經線和緯線

地球是一個球體;地球的球心叫地心。地球自轉,就是地球的旋轉;地球自轉的軸線叫地軸。地軸通過地心,同地面相交於兩點;這兩點叫地極,即地球北極和地球南極,合稱地球兩極(圖2-13)。


                                                                      
 
在幾何上,任何球體上的一點,都是一樣的,任何球體上的圓圈都代表一定的平面。因此球面上的圓圈就代表一定的平面。平面同這一球面相割而成的圓圈是一定的平面和一定的球面的相交線。

為方便起見,我們將討論兩種地球上的圓,一種是垂直於地軸,另一種是通過地軸。而垂直於地軸的圓又可分為大圓和小圓兩種。大圓平面通過球心,而小圓平面則不然。因此,大圓是同一球面上的最大的圓;它們的半徑就是球半徑。在同一球面上,小圓總是小於大圓;它們的半徑總是小於球半徑,但是,小圓本身有不同的大小,因為它們所在的平面對於球心有不同的遠近。

地球上的經線和緯線,都是地面的圓。在二者之間的差別是經線平面通過地軸,而緯線平面則垂直於地軸。通過地軸當然通過地心。因此,一切經線都是地面上的大圓。同時,垂直於地軸,未必通過地心。因此,緯線未必是大圓。

一切垂直於地軸的平面同地球表面相割而成的圓,都是緯線。不同的緯線平面既然都垂直於地軸,就必然相互平行;它們同地球表面相割而成的緯線,自然也是相互平行的。地球上的緯線是無窮多的,赤道是其中唯一的大圓;它把地球分成南半球和北半球。一般的緯線都是小圓;距赤道愈遠,它們就愈小。南北兩極是地面上距赤道最遠的兩點,因而可以被看成兩個最小的緯線(圖2-14)。

一切通過地軸的平面同地面相割而成的圓,都稱經圈。一切經圈都通過地球兩極,因而都在南北兩極相交。這樣,每一個經圈都被南北兩極等分成兩個180的半圓。這樣的半圓叫經線,即子午線,以別於360的經圈。經圈之所以必須分成兩根經線,是因為這兩根經線有不同的經度(二者相差180°),也就是說,是地理定位的需要。

經線是無窮多的。本初子午線是其中作為經度起算面所在的經線。我們知道任何經線在本質上都是一樣的。因此,本初子午線是人為選定的。在歷史上,各國曾經使用各自的本初子午線。1884年,有關的國際會議決定以通過英國格林威治天文台的經線為全世界通用的本初子午線(圖2-15)。

   

經度和緯度

地面是一球面。因此,點在地面上的位置,是它在這個球面上的位置。我們已經說過,在這個球面上,存在著無數的經線和無數的緯線,其中包括地球赤道。有了它們,我們就有條件說明點在地面上的位置。

在地面上,每一點都有它自己的經線和緯線。也就是說可以看成特定的經線和特定的緯線的交點。

不同的經線和不同的緯線,分別以不同的經度和不同的緯度互相區別。在同一經線上,一切地點的經度是相同的;在同一緯線上,一切地點的緯度是相同的。因此,經線就是等經度線;緯線就是等緯度線。那麼,什麼叫做經度?什麼叫做緯度?

緯度

在立體幾何上,緯度是一種線面角,即一條線同一個面的交角。其中的面是地球赤道平面,是緯度度量的起點所在;其中的線是本地的地面法線,即在本地同地面的切平面相垂直的直線,是緯度度量的終點所在。這樣,本地法線和赤道平面的交角,就是本地的緯度。緯度是在本地子午線上度量的。如果某地點P所在子午線同地球赤道相交於B,那麼,本地子午線上從B點到P點的BP就是本地的緯度(圖2-16)。赤道把地球分成南北兩半球。因此,緯度也分為南緯和北緯。值得注意的是,如果地球是一個正球體,那麼,上述的線既是地面的法線,又是地球的半徑;上述的緯度既是地面上經線的弧度,又是地球的球心角。考慮到地球是一個扁球,地理學上的緯度所強調的是法線,而不是球半徑,是地面上的弧,而不是球心角。

                                                                          


緯度度量的起點都位於赤道面。因此,赤道上的點的緯度都是0。緯度的度量只有全球共用的起算面,而沒有全球共用的起算點。每一經線(全長180)各以它同赤道的交點為緯度的起算點,並且分南北兩個方向度量。因此,緯度以赤道之隔分為南緯和北緯,都以90為極大值。南北兩極是地面上距赤道最遠的兩點。因此,它們的緯度分別是南緯90和北緯90。南緯和北緯都可以分成低緯、中緯和高緯。這只是相對的說法,沒有客觀上的分界線。人們有時以南北緯30和60為三者之間的界線。但是,這種分法並沒有特殊的意義。綜合緯度的南北方向和度數大小這兩個方面,我們可以說,一個地點的緯度,就是這個地點相對於赤道平面的南北方向和角距離。體現這一量度的是從赤道到所在地的一段經線。
 
經度

經度的說明需要用本初子午線。對於經度的度量來說,本初子午線的選擇是人為的;而設置本初子午線的必要性是絕對的。這是因為,赤道(和一切緯線)是無頭無尾的圓圈;沒有本初子午線,就沒有經度,沒有原點,也就無所謂球面座標。

在立體幾何上,經度是一種兩角面,即兩個平面的夾角。在兩者之中,起點面是本初子午線平面,簡稱本初子午面,終點面是本地的子午線平面,簡稱本地子午面。兩個子午面的夾角通常是在赤道上度量的。如果本初子午線同赤道相交於A點,本地子午線同赤道相交於B點,那麼,赤道上AB或其所對應的球心角,就是本地的經度(圖2-16)。經度也可以在所在地的緯線上度量,也可以看成是緯線上的一段弧,或其圓心角,因為緯線平面和赤道平面都同所有的子午面相垂直。但是,在赤道上度量經度是更加方便的,因為赤道是緯線中的唯一大圓。


本初子午線和赤道的交點稱原點,位於大西洋幾內亞灣。經度的度量通常以原點為起點,向東西兩個方向度量,各以180為極大值。因此,經度以本初子午線為起始線,分為東經和西經,各自0到180。本初子午線的經度是0,無所謂東經和西經。180的經度,根據具體情況,可以被看成東經或西經。使用這樣的經度,在東西向的環球航行中,輪流出現經度度數持續增加和持續減少的過程;為了避免這樣的情況,經度的度量以採用自西向東0到360為宜。
 
                                                                             

地理座標

一個地點的緯度和經度,叫做它的地理座標。度量全球任何地點的地理座標,需要一個統一的制度。這樣的制度,叫做地理座標系。按照這樣的制度,在地球表面上,同一個特定地點的地理座標相聯繫的,有三個大圓。它們是:赤道、本初子午線和當地的子午線。赤道是緯度度量的自然起點之所在;本初子午線是經度度量的人為起點之所在。二者是座標系的橫軸和縱軸;二者的交點是座標系的原點:它們都是一成不變的。本地子午線可以作東西方向的運動;點在這個子午線上的具體位置可以作南北方向的運動。通常這兩種運動,同一座標系可以用來表示地面上任何地點的位置(圖2-18)。
                                                                                          
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