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作为地球人，我们生存的主要时空环境就是地球。
地球是太阳系八大行星之一，现有40——46亿岁。地球平均半径约6371千米，赤道周长大约为40076千米，呈两极稍扁赤道略鼓的不规则的椭圆球体。地球表面积5.1亿平方千米，其中71%为海洋，29%为陆地，在太空上看地球呈蓝色。地球内部有核、幔、壳结构，地球外部有水圈、大气圈以及磁场。陆地主要在北半球，有五个大陆：欧亚大陆、非洲大陆、美洲大陆、澳大利亚大陆和南极大陆，另个还有很多岛屿。大洋则包括太平洋、大西洋、印度洋，北冰洋和南冰洋五个大洋及其附属海域。地球是目前宇宙中已知存在生命的唯一的天体，是包括人类在内上百万种生物的家园。【44】
地球表面三维空间
地球是一个球体，包括人类在内的生物主要生活在地球表面薄薄的一层。地球表面的三维空间可以用由经度、纬度、海拔高度三个维度组成的坐标系表示。经度的范围是从西经180度到东经180（这两条线实际上是一条线，即太平洋上的国际日期变更线），纬度的范围是从南纬90度（南极点）到北纬90度（北极点）。海拔高度的范围是从-11034米的最低点（马里亚纳海沟）到8844米的最高点（珠穆朗玛峰）。
温度、湿润度
在地球表面，对生物影响最大的三个物理量是：温度、湿润度、气压（主要是氧气压）。除了海面以下以及青藏高原，地球表面大部分的气压都适于人类生存，因此变化最大的两个物理量是温度和湿润度。
地球表面的气温受到太阳辐射的影响，全球地表平均气温约15℃左右。最热的地方出现在巴士拉，最高气温为58.8℃。地球北半球的“冷极”在东西伯利亚山地的奥伊米亚康，1961年1月的最低温度是-71℃。世界的“冷极”在南极大陆，1967年初，苏联人在东方站曾经记录到-89.2℃的最低温度。【44】
人体适宜温度是25℃，高于或低于这个温度会感觉不适，甚至会热死或冻死。在地球表面大多数地区，人类冻死的危险更大。人类的食物——粮食、牲畜等生物——也依赖某个适宜的温度，这个温度一般与人体适宜温度差别不大。
温度主要随纬度的变化而变化，一般来说，纬度越低温度越高，纬度越高温度越低。此外，温度也受海陆分布和海拔高度的影响。海拔高度越高，温度越低；海拔高度越低，温度越高。海面温度变化较小，陆地温度变化较大，极端气温——包括最低气温和最高气温——都出现在陆地上。
人体70%的成分是水，水对人的生存至关重要。在地球表面许多地区，人类有脱水而死的危险，粮食、蔬菜等生物同样也有脱水的危险。生物是否脱水取决于湿润度，而湿润度取决于地面水分的收入量与支出量的比值【45】，其中收入量主要受降水量影响，支出量主要受蒸发量影响。
湿润度与海拔高度、海陆分布、纬度等也有关系。一般来说，海洋以及靠近海洋的陆地湿润度大，内陆湿润度小。海拔高度越高湿润度越小，山坡面向海洋的一面湿润度较大，背向海洋的一面湿润度较小。
湿润度与纬度的关系则比较复杂。如果忽略海拔高度和海陆分布，在地表热力和地转偏向力的作用下，地球表面从赤道到极地有六个平行于纬度的风带，沿南北半球对称分布，分别是：0°至南北纬30°的信风带（东风带）、南北纬30°至南北纬60°的西风带、南北纬60°至南北极的极地东风带。六个风带之间是七个气压带，在南北半球的信风带之间是赤道低气压带，在信风带和西风带之间是副热带高气压带，在西风带和极地东风带之间是副极地低气压带，在极地东风带和极地之间是极地高气压带。风带和气压带如图2.1所示，其中箭头表示风向，虚线表示纬度圈。
由于温度的限制，人类主要生活在中低纬度的信风带（东风带）和西风带。在信风带，如果是大陆的东部、海洋的西岸，例如中国南方、东南亚，东风会把海洋上空的水汽吹到陆地上空形成降水，因此这里的湿润度较大；而在大陆的西部、海洋的东岸，例如撒哈拉、西亚，东风会把内陆的干燥空气吹来，因此这里的湿润度较小。在西风带则相反，如果是大陆的东部、海洋的西岸，例如中国北方，西风会把内陆的干燥空气吹来，因此这里的湿润度较小；如果是大陆的西部、海洋的东岸，例如欧洲，西风会把海洋上空的水汽吹到大陆上空形成降水，因此这里的湿润度较大。
总之，地球表面对人类影响最大的两个物理量是温度和湿润度，它们主要受纬度、海陆分布、海拔高度影响。当然，海陆分布本质上也是海拔高度。
海陆分布、海拔高度
地球表面29%为陆地，71%为海洋。陆地分为七大洲，面积从大到小分别是：
亚洲：面积4458万平方千米，位于东半球东北部；
非洲：面积3020万平方千米，位于东半球西南部；
北美洲：面积2422万平方千米，位于西半球东北部；
南美洲：面积1784万平方千米，位于西半球东南部；
南极洲：面积1400万平方千米，位于南极周围；
欧洲：面积1016万平方千米，位于东半球西北部；
大洋洲：面积867万平方千米，位于东半球东南部。【46】
亚洲和欧洲其实是一块大陆，即亚欧大陆，共占陆地面积的36%。亚欧大陆与非洲大陆之间隔着苏伊士运河，但在历史上它们实际上是连通的，这就是135千米宽的苏伊士地峡，人类和动物可以自由通过。早在四千多年前，埃及人就认识到在那里修建运河的必要性。公元前1874年，埃及法老苏努塞尔特三世曾主持开凿运河，通过尼罗河及其支流把地中海与红海连接起来。这是世界上第一条人工运河。这条运河的存在至少持续到公元前13世纪的拉美西斯二世时期，随后运河被荒废。苏伊士运河在公元前250年左右被托勒密二世重新获得。在随后的一千年中被连续改进、摧毁和重建，在公元前117年罗马时期的图拉真国王和公元640年欧麦尔·伊本·哈塔卜时期两度长时期开放。直到公元8世纪为阿拉伯帝国阿拔斯王朝的哈里发曼苏尔废弃。近代的苏伊士运河于1869年开通。【47】
如果把亚欧大陆和非洲大陆合起来，总面积就是陆地面积的56%，超过一半。考虑到撒哈拉沙漠的隔离作用，如果只是把亚欧大陆和北非合起来，总面积是42%。而另两个连在一起的大洲：北美洲和南美洲，即美洲大陆，合计为28%，还不如亚洲一个洲大。
亚欧大陆（含北非）大致是一个东西略宽南北略窄的矩形，西部有世界上最大的陆间海——地中海，中东部有世界上最高的高原——青藏高原。青藏高原海拔在3000——5000米之间，平均海拔4000米以上，高于地球上的其他高原（一般在1500米以下），被称为“世界屋脊”、“第三极”。地中海和青藏高原的面积都是250万平方千米，它们的存在极大地影响了亚欧大陆的地理和气候。【48-49】
在亚欧大陆中部还有一个咸水湖和一个高原，这就是中部偏西、38万平方千米的里海和中部偏东、10万平方千米、平均海拔4500米以上的帕米尔高原，它们可以看成是小号的地中海和青藏高原。实际上里海本来就是古地中海的一部分，在1.1万年前与黑海分离，成为世界上最大的湖。而帕米尔高原的形成也与青藏高原密不可分。帕米尔高原，中国古代称葱岭，古丝绸之路在此经过。横跨塔吉克斯坦东南部、中国新疆西南部和阿富汗东北部，是昆仑山、喀喇昆仑山、兴都库什山和天山交会的巨大山结。【50-51】
里海、帕米尔高原相距大约1500千米，它们合起来构成了一个巨大的分界点，把亚欧大陆及北非分为四大部分，分别是：
l 里海西北方的欧洲；
l 里海东北方的中亚、北亚、中国北方；
l 帕米尔高原西南方的西亚、北非；
l 帕米尔高原东南方的南亚、东南亚、中国南方。
亚欧大陆纬度较高的西北方和东北方以中西部的里海为界，而纬度较低的西南方、东南方以中东部的帕米尔高原为界，这是因为如前所述，纬度较高的地区是西风带，纬度较低的地区是信（东）风带。在纬度较高的西风带，西风可以把海洋上的水汽吹到大陆内部，但水汽的输送距离是有限的，因此在纬度较高的地区以中西部的里海为界。同样，在纬度较低的信（东）风带，东风也可以把水汽吹到大陆内部，由于水汽的输送距离有限，因此以中东部的帕米尔高原为界。
温度和湿润度在时空上的变化
地球特征与本书的“第一性原理”有何关系呢？
本书的“第一性原理”中有四个基本维度构成的四维坐标系，如果把地球放到四维坐标系里，那么地球就不是一个球体，而是一个立方体。它有原点，有层级维（从原子到人类各个层级，主要考虑“人类”这个层级），有时间维（地球历史是46亿年，智人历史是30万年，主要考虑30万年），有空间维（主要考虑人类生存的陆地表面）。如图2.2所示：
“第一性原理”中有群体、个体、基数、序数等概念，它们可以与地球表面的干、湿、热、冷四种气候特征关联起来。其中“热”对应于“基数”，因为基数有“无序”的意思，而热也是无序。“冷”对应于“序数”，因为冷是有序的，水结冰就是无序到有序的例子。“干”对应于“群体”，因为在干旱的情况下资源稀少，大家必须结成群体共享资源。“湿”对应于“个体”，因为在湿润的情况下资源丰富，单个个体可以活得很好。四种气候特征与四种基本概念的对应关系如表2.1所示：
表2.1：四种气候特征与基本概念的对应关系
“热、冷、干、湿”四种气候特征有四种组合形式，分别是“热干、冷干、热湿、冷湿”，它们对应于四种基本属性、基本维度、能量形式，如表2.2所示：
表2.2：四种气候类型与基本属性、基本维度、能量形式的对应关系
地球的陆地按照四种气候类型大致可以分为10个区域，如图2.3所示。其中亚欧大陆（含北非）在中间，美洲在上方，撒哈拉以南非洲、大洋洲、南极洲在下方。亚欧大陆主要分为冷湿、冷干、热干、热湿四部分，其中心分界点就是“里海——帕米尔高原”。里海西北方的欧洲是冷湿区，里海东北方的中亚、北亚、中国北方是冷干区，帕米尔高原西南方的北非、西亚是热干区，帕米尔高原东南方的南亚、东南亚、中国南方是热湿区。此外，加拿大及美国北方是冷湿区，美国南方及拉丁美洲是热湿区，日本是冷湿区，撒哈拉以南非洲是热湿区，澳大利亚是热干区，南极洲是冷干区。
图2.3是地球表面空间维的气候变化，此外地球表面还有时间维的气候变化。图2.4是1万年以来的气温变化曲线【52】。
可以看出，一万年以来，气温虽然有波动，但总的来说是越来越暖。其中气温的低谷称为“冰期”。冰期时期最重要的标志是全球性大幅度气温变冷，在中、高纬（包括极地）及高山区广泛形成大面积的冰盖和山岳冰川。由于水分由海洋向冰盖区转移，大陆冰盖不断扩大增厚，引起海平面大幅度下降。所以，冰期盛行时的气候表现为干冷。冰盖的存在和海陆形势变化，气候带也相应移动，大气环流和洋流都发生变化，这均直接影响动植物生长、演化和分布。【53】
结束于一万年的冰期称为“第四纪大冰期”。第三纪末气候转冷，第四纪初期，寒冷气候带向中低纬度地带迁移，使高纬度地区和山地广泛发育冰盖或冰川。这一时期大约始于距今200——300万年前，结束于1——2万年前。规模很大。在欧洲冰盖南缘可达北纬50°附近；在北美冰盖前缘延伸到北纬40°以南；南极洲的冰盖也远比现在大得多。包括赤道附近地区的山岳冰川和山麓冰川，都曾经向下延伸到较低的位置。【54】
第四纪冰期以后，距今约1万年以来的时期叫冰后期。此期气候仍有过多次低量级的冷暖波动，如距今4000——6000年期间曾出现的较明显的寒冷期，使全球冰川一度扩展前进，被称为新冰期。近一次较明显的小规模的冰川推进出现在13——14世纪至20世纪初（有的文献主要指16——19世纪），约在18世纪中至19世纪中期达到最盛，通称为小冰期。【55】
在欧洲小冰期之前的几百年内气候环境适宜，很少荒年和饥饿；北极的积冰远在北部，12世纪前斯堪的纳维亚、冰岛、格陵兰之间的通讯较容易；粮食作物可生长在冰岛，甚至格陵兰；北方的渔业繁荣，欧洲主大陆的葡萄园远在现代界限以北500千米。这种适宜的环境到公元1200开始终结，海冰和风暴使得挪威、冰岛和格陵兰之间的通航十分困难，割断了与冰岛的联系，最后到14 世纪末从历史上消失；在冰岛粮食不再收割；由于北方冬季变得较冷，鱼群改变迁移的路径，渔民和农民的生活变得艰难。在欧洲大陆，13世纪后半叶和14 世纪初经历了频繁灾害荒年，寒冬和异常湿热的夏季等极端天气增多，耕作的范围不断收缩。这一切表明小冰期气候变化在高纬地区从13世纪开始就起着重要的作用。从16世纪开始，在欧洲的高山区、斯堪的纳维亚、北部地区普遍出现冰川的膨胀和冰舌的前进，破坏了农田，毁灭了山村。冰川补给的河流，经常出现灾害性洪水，还伴随着滑坡和崩坍。气候的异常寒冷，战争、饥荒和流行病使日尔曼人口从1600万减少到900万。【55】
由于这一时期跨中国明、清两朝，所以在中国也称“明清小冰期”。这次小冰期给中国农业社会带来巨大的打击，甚至成为战争爆发的导火索，如在明代中叶（约1500年前后）北方少数民族族频繁入侵，战乱较多，尤其与鞑靼之间更是爆发了多起战争，其中就有“土木堡之变”，而1640——1700年是这次小冰期中最冷的时期，这与清军南下入关、建立政权的时间是也一致的。【55】
可见，地球在空间维上是有差异的，在时间维上是周期性变化的，这使得人类的产生和进化得以发生。
纬度和海拔高度的能量守恒定律
能量守恒公式2（Δ三维空间+Δ辐射能量+Δ物质能量+Δ引力能量=0）描述了Δ三维空间、Δ辐射能量、Δ物质能量、Δ引力能量之间的关系。
在三维空间不变的情况下，纬度变化主要影响辐射能量和物质能量，而海拔高度对三种能量都有影响。纬度越高，辐射能量越多，表现为气温低、人和机器（牛马属于生物机器）散热快、运动速度也快；纬度越低，物质能量越多，表现为粮食产量和人口密度大。海拔越高，引力能量和辐射能量越多，物质能量越少；海拔越低，引力能量和辐射能量越少，物质能量越多。也就是说，纬度和海拔高度的变化对辐射能量和物质能量的影响是相同的，只不过海拔高度还会影响引力能量。
纬度和海拔高度对三种能量的影响如表2.3所示：
表2.3：纬度和海拔高度对三种能量的影响
例如，低纬度地区和平原地区太阳辐射强烈、日照时间长、温度较高，易于获得和保持能量。水稻、木薯、蔗糖等产量和热量较高的作物主要集中在这些地区，中国南方、印度、东南亚、撒哈拉以南非洲等地区的人口密度也比较大。高纬度地区、不太高的高原地区（如蒙古高原、黄土高原）人的运动速度快，如历史上的匈奴、突厥、蒙古等游牧民族。特别高的高原，如青藏高原，由于辐射能量太低，以至于难以生存、经济落后。
也就是说，低纬度、低海拔地区以物质能量为主，随着纬度升高，物质能量转化为辐射能量；随着海拔升高，物质能量转化为辐射能量和引力能量。中纬度和中海拔地区则是控制能量转化的关键点，即控制论中的“控制中心”或“控制点”。
纬度从低到高和海拔从低到高有一个共同点，就是温度也从低到高，这也是它们的能量变化规律基本相同的原因。因此，不同纬度、海拔高度、温度的地区主要表现的能量形式如表2.4所示。中海拔的能量表现形式主要是引力能量，这是因为辐射能量在高海拔表现强烈（人类难以生存）而在中海拔表现不那么强烈，因此引力能量就更明显。这也说明，引力能量介于物质能量和辐射能量之间，可以起到控制能量流转的作用。
表2.4：不同纬度、海拔高度、温度的地区主要表现的能量形式
例如，无论是欧洲、亚洲还是美洲，文明中心都位于中纬度地区，这就是因为中纬度是控制能量转化的关键点。
又如，中国从西往东分为三大阶梯，第一阶梯平均海拔4000米以上，第二阶梯平均海拔1000至2000米，第三阶梯平均海拔500米以下，其中第二阶梯是控制点。中国从古至今的两大首都地区：关中（包括西安、咸阳等）和北京，都位于第二阶梯。
关中既位于纬度的中部也位于海拔高度的中部，当然也是第二阶梯和全国的中部，这是它成为几千年的古都重镇的原因。人们往往认为北京位于第一阶梯的华北平原北端，实际上北京境内62%的面积为山区，长城和要塞关隘主要分布在山区。最高峰是海拔2303米的东灵山【56】，它高于五岳中的任何一岳！北京位于第一阶梯和第二阶梯的结合部，距离海岸线也不远（大约150千米），是咽喉锁钥的战略要地。
在古代，无论是秦并六国、汉唐明盛世、还是蒙古满清“入主中原”，一个重要原因就是他们控制了第二阶梯。满清起源于第一阶梯的东北平原，他们在入关前先与蒙古结盟，因此获得了第二阶梯的控制权。抗日战争时期，由于兵力依靠海上运输，日军控制的中国大陆区域主要是东部沿海地区即第三阶梯，在中国军民的抵抗下无法控制第二阶梯、特别是陕西和四川，这是它最终失败的原因之一。
纬度对国家面积的影响
世界上陆地面积最大的国家从大到小依次是：俄罗斯、加拿大、中国、美国、巴西、澳大利亚。它们的纬度也是从高到低：俄罗斯、加拿大在高纬地区，中国、美国在中纬地区，巴西、澳大利亚在低纬地区。一般来说，纬度越高，国家面积越大。
为什么会这样呢？主要有三个原因。
第一，在地球表面，在最近几千万年的时间里，大陆主要分布在中高纬地区，比如亚欧大陆、北美洲很大，纬度也较高。大国只能存在于面积广阔的大洲，中高纬度的大洲为大国的产生提供了基础。
第二，高纬地区气温和降水量较低、资源稀少、生存环境恶劣，人口稀少且需要依靠强大的秩序才能生存，因此国家较大。低纬地区资源充足、生存压力小，缺乏建立大国的动力。
第三个原因稍微有点复杂。地球半径是6371千米，赤道长度是四万千米，经度从东经180度到西经180度总共有360度，纬度从南纬90度到北纬90度总共有180度。如果在地球表面画一个半径为一万千米以下的圆圈，那么，随着圆心所在纬度的不同，这个圆圈跨越的经度和纬度是不同的。如果圆心在赤道，那么圆圈跨越的经度和纬度差不多，最大不超过180度。如果圆心在南北两极，那么圆圈跨越的经度为360度，而跨越的纬度则少得多，最多不超过90度。也就是说，地球表面相同半径的圆圈，圆心所处的纬度越高，跨越的经度越多、纬度越少。
地球表面的气候主要受纬度影响，受经度影响不大。因此，地球表面半径相同的圆圈，圆心纬度越高，跨越的纬度越少，气候变化也越小。同样一个圆圈，在低纬度地区要跨越较多的纬度和气候，而在高纬度地区只跨越较少的纬度和气候。例如，南极洲是纬度最高的大洲，虽然面积有1400万平方千米，但整个洲的气候主要只有一种：冰原气候【57】。非洲的面积是南极洲的两倍，主要的气候类带却有五个：赤道附近的热带雨林气候、南部和北部的热带草原气候、南部和北部的热带沙漠气候【58】。一个国家建立的基础就是大致相同的地理和气候条件，因此，同样一块千万平方千米的面积，在低纬地区必然会出现多个较小的国家，而在高纬地区则会出现一个统一的大国。
这三个原因合起来称为“高纬大陆优势”。历史上的蒙古帝国、俄罗斯帝国、苏联等都具有这种优势，所以蒙古可以横扫亚欧大陆，俄罗斯、苏联可以击败横扫欧洲的拿破仑和希特勒。即便苏联解体了、俄罗斯比周围的欧美日等发达国家穷得多，也无人敢惹。抗日战争时期，即使在美国、苏联卷入战争之前，先进的日本也无法击败贫穷落后、独自抵抗的中国。其中一个原因也是因为中国具有日本所不具有的高纬大陆优势：日本的纬度虽然与中国差不多，但日本处于海岛，缺乏在大陆生存的经验，更谈不上击败和统治大陆国家。同样地处海岛的英国却可以统治印度一百多年，原因之一是印度纬度比英国低得多，不具备高纬大陆优势。