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为什么说地球是椭圆形的,是怎么知道的?

来源:N       更新时间:2010-4-29
 
为什么说地球是椭圆形的,是怎么知道的?

 

地球本来是一个正球体,但是由于地球的自转(速度还比较大,具体不记得了),这个自转产生离心力,于是物质向赤道聚集,使得赤道要比两极显得要鼓。因此也就成了椭圆形了。

 

椭圆的轨道是地球对附近的天体引力的折中。仅有一个行星和一个恒星的系统是没有任何意义的。早期的太阳系在形成过程中,原始的行星受到了小行星的撞击和其他一系列扰动,才导致椭圆轨道的形成。这叫行星徙动理论。
首先:正圆轨道也是椭圆轨道的一种,只不过是特殊的椭圆轨道。
如果要地球完全按照正圆轨道运转条件是十分苛刻的,首先就必须让太阳的其他行星消失,接着离太阳比较近的恒星也必须消失,否则他们就会对地球产生影响导致地球运转轨道的改变。
地球绕太阳公转,在给定的能量的条件下,可能的轨道有无数条,圆轨道只是其中的一条而已。如果想要地球按正圆轨道运行,地球的能量,动量要满足一定条件。就是任一时刻,地球的动能ek和势能ep的关系满足ek=-ep/2。或者说当ek=-ep/2时,地球运动方向垂直于日地连线。这个条件非常苛刻,即便是地球在正圆轨道上运行,一点微小的扰动都可以改变这种状态,使得地球在新的椭圆轨道上运行。

高中物理书上只是书人造卫星从远地点向近地点运动会加速,势能转化为动能。从近地点向远地点运动会减速,动能转化为势能。
当卫星速度正好为第1宇宙速度时,轨道为正圆。当卫星速度介于第1宇宙速度和第2宇宙速度之间时,轨道为椭圆。
严格来讲,所有人造卫星的轨道都是椭圆形的。。比如地球赤道同步卫星,是人类期望达到纯正圆形轨道的卫星,这样在地面上看地球赤道同步卫星,它会天空中的一个固定点。但是因为受多种其他因素的影响,卫星轨道不能完全达到正圆,而是一个比较接近正圆的椭圆。於是,在地面上看地球赤道同步卫星,它是在天空漂移,在画8字。
在万有引力作用下,行星绕恒星运动或卫星绕行星运动只有两种情况:椭圆或双曲线,其中只有椭圆是稳定的.圆只是椭圆的特例.
圆是一种理想状态,大多数卫星的运动并不要求达到圆的轨迹.只有同步卫星希望更接近圆的轨迹.但实际上发射精度不可能达到正圆,而且空间力的作用复杂,任何因素的影响,都会使轨道发生变化,因此同步卫星也不是正圆的.

--------------------资料----------------------

开普勒定律:[来自网络]
1.开普勒第一定律(轨道定律):所有的行星分别在大小不同的椭圆轨道上围绕太阳运动,太阳是在这些椭圆的一个焦点上.
2.开普勒第二定律(又叫面积定律):太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积.
3.开普勒第三定律(又叫周期定律):所有行星的椭圆轨道的半长轴的三次方与公转周期的二次方的比值都相等.
开普勒123定律同样适用于人造卫星。
椭圆的几何性质:[高中]
一个平面里,到两定点的距离之和[前提是大于两点间距]固定的点的集合。
机械能守恒:[初中]
卫星的势能和动能相转化中守恒。

 

地球是太阳系中行星之一,按离太阳由近及远的次序排列为第三。它是太阳系类地行星中最大的一颗,也是现代科学目前确证目前惟一存在生命的行星。行星年龄估计大约有45亿年(4.5×109)。在行星形成后不久,即捕获其惟一的天然卫星-月球。地球上惟一的智慧生物是人类。

环中交叉十字是为地球的天文符号。十字的两画分别代表子午线和赤道;另一种画法则把十字放在环形的上方(unicode:⊕或?)。

目录[隐藏]
1地球概论特征
1.1圈层结构
1.1.1结构
1.1.2内部
1.1.3地核
1.1.4地幔
1.1.5地壳
1.1.6生物圈
1.1.7大气圈
1.1.8水圈
1.2地球的运动
1.2.1地球自转
1.2.2公转
1.3地球所在的天体系统
1.3.1卫星

2.1自然地理
2.1.1气候
2.1.2地形
2.1.3自然资源
2.1.4自然灾难
2.2人文地理
2.2.1土地使用
2.2.2人类

2.2.3政府
3地球的发展方向
3.1环境问题

3.1.2具体机制
3.2人文问题
3.3经济发展问题

4对地球的描述
5参见
6参考书目
7外部链接



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地球概论特征
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圈层结构
参见主要条目:地球地质概况

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结构
如同其他的类地行星,地球内部从外向内分别为矽质地壳、高度粘滞状地幔、以及一个外层为非粘滞液态内部为固态的地核。地核液体部份导电质的对流使得地球产生了微弱的地磁场。

地球内部的金属质不断的通过火山和大洋裂缝涌出地表(参见海底膨胀条目)。组成地壳大部分的岩石年龄都不超过1亿(1×108)年;目前已知的最古老的地壳年龄大约有44亿(4.4×109)年历史[2]。

总体来说,地球大部分的质量是由下列元素组成:

铁:34.6%
氧:29.5%
矽:15.2%
镁:12.7%
镍:2.4%
硫:1.9%
钛:0.05%
其他元素:3.65%

参见地球内部重力分布。

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内部
地球内部温度高达5270k。行星内部的热量来自于其形成之初的"吸积"(参见重力结合能)。这之后的热量来自于类似铀钍和钾这类放射性元素的衰变。从地球内部到达地表的热量只有地表接收太阳能量的1/20000。

地球内部分为:

0-60千米-岩石圈
0-30/35千米-地壳
30/35-2900千米-地幔
100-700千米-软流层
2900-5100km-地核外核
5100-~6375km-地核内核
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地核
地球的平均密度为5515kg/m3,是太阳系中密度较大的行星。但地球表面物质的密度只有大约3000kg/m3,所以一般认为地核处存在高密度物质-在地球形成早期,大约45亿(4.5×109)年前,地球几乎是由熔化的金属组成的,这就导致了地球中心处发生高密度物质聚集,低密度物质移向地表的过程(参见行星分异作用)。地核大部分是由铁所组成(占80%),其余物质基本上是镍和矽。像铀等高密度元素要么在地球是稀少的,要么就是和轻元素相结合存在于地壳中(参见:长英矿物条目)。

地核位于古登堡界面以内,地核又以利曼界面为界分为两部分:一个半径约1250km的内核,即g层,以及一个在内核外部一直到距地心约3500km的液态外核,即e、f层。f层是地核与地幔的过渡层。

一般的,人们认为地球内核是一个主要由铁和一部分镍组成的固态核心。一个不同的观点则认为内核可能是由单铁结晶组成。包在内核外层的外核一般认为是由液态铁质混和液态镍和其他轻元素组成的。通常,人们相信外核中的对流加上地球的快速自转-通过发电机理论(参见:科里奥利力)-是产生地磁场的原因。固态内核因为温度过高以至于不可能产生一个永磁场(参见:居里点)。但内核仍然可能保存有液态外核产生的磁场。

最近的观测证据显示内核可能要比地球其他部分自转的快一点:一年大约相差2°(cominsdeu-p82).

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地幔
从地核外围的古登堡面(约2900公里深处)一直延伸到莫霍界面(约33公里深处)的区域被称作地幔。在地幔底部的压力大约是1.40matm(140gpa)。那里大部分都是由富含铁和镁的物质所组成。物质的熔点取决于所处之处的圧力。随着进入地幔的深入的增加,受到的压强也逐渐增加,地幔的下部一般认为是固态的,上地幔人们则一般认为是由塑性(半溶化的)物质所构成.上地幔区域物质的粘滞度在1021至1024pa?s之间,具体数据依据深度而变化[3].所以上地幔才有可能缓慢地流动。

为什么地球内核是固态、外核是液态、而地幔却是固态/塑性的呢?因为富铁物质的熔点要比纯铁来的高。地核几乎完全是由一大块纯铁所构成,而在地核之外则基本只可能存在富铁物质。所以,地表的铁矿物是固态的;上地幔的含铁物质是半熔化的(因为那里温度高但受到的压力不是非常大);下地幔的含铁物质则是固态(因为那里压力温度都更大);在地核外核的纯铁是液态的,因为纯铁的熔点非常低(尽管那里压力巨大);而内核的固态则是由地球中心无法想象的巨大压力所造成。

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地壳
地壳指的是从地面至地下的莫霍界面(平均深度约33km深处)的地下区域。薄的洋底壳是由高密的镁硅酸铁岩(镁铁矿)构成。硅酸镁铁岩是组成大洋盆地的基础材料。比较厚的陆壳是由密度较小的铝硅酸钾钠岩(长英矿物)所构成。地壳与地幔的交界处呈现不同的物理特性:首先,存在一个使地震波传播速率发生改变层称做莫霍洛维奇分界面的物理界线面,一般认为,产生分界面的原因是因为上部构成的岩石包括了斜长石而下部没有长石存在。第二个不同点就是地壳与地幔见存在化学改变-大洋壳深处部分观察到超碱性积累和无磁场的斜方辉橄岩的差别以及大洋壳挤压陆壳产生的蛇绿岩之间的差别.

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生物圈
参见主要条目:生命

地球是目前已知的惟一仍然拥有生命存在地方。整个行星的生命形式有时被称为是"生物圈"的一部分。生物圈覆盖大气圈的下层、全部的水圈及岩石圈的上层。生物圈通常据信始于自35亿(3.5×109)年前的进化。生物圈又分为很多不同的生物群系。根据相似的存在范围划分为植物群和动物群。在地面上,生物群落主要是以纬度划分,陆地生物群落在北极圈和南极圈内缺乏相关的植物和动物,大部分活跃的生物群落都在赤道附近。

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大气圈
地球由地核到大气截面図.部分按照比例
参见主要条目:地球大气层

地球拥有一个由78%的氮气、21%的氧气、和1%的氩气混和微量其他包括二氧化碳和水蒸气组成的厚密大気层。大气层是地球表面和太阳之间的缓冲。地球大气的构成并不稳固,其中成份亦被生物圈所影响。如大气中大量的自由二价氧是地球植物通过太阳能量制造出来的。离开这些植物,氧气将通过燃烧快速与物质重新结合。自由(未化合)的氧元素対地球上的生命意义重大。

地球大气是分层的。主要包括对流层、平流层、中间层、热层和逸散层。所有的层在全球各地并不完全一致并且随着季节而有所改变。

地球大气圈的总质量大约是5.1×1018kg,是地球总质量是0.9ppm。

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水圈
参见主要条目:海洋

地球是太阳系中惟一表面含有液态水的行星。水覆盖了地球表面71%的面积(97%是海水3%是淡水[4])。水在五大洋和七大陆都存在。地球的太阳轨道、火山活动、地心引力、温室效应、地磁场以及富含氧气的大气这些因素相结合使得地球成为一颗水之行星。

地球正好出在足够温暖能存在液态水的轨道边缘。离开适当的温室效应,地球上的水将都会冻结为冰。古生物学证据显示如果蓝绿藻(藻青菌)在海洋中出现晚一点,温室效应将不足以维持地球表面液态水的存在,海洋可能在1000万至1亿年间冻结,发生冰川纪事件。

当时在像金星这样的行星上,气态的水破坏了(阻止)太阳的紫外辐射。大气中的氢被吹过的太阳风离子化,其产生的效果虽然缓慢但结果却不可改变。这也是一个金星上为何没有水的假说:离开了氢原子,氧气将与地表物质化合并留存在土壤矿物中。

在地球大气中,还存在一个薄薄的臭氧层。臭氧在平流层吸收了大气中大部分多余的高能紫外辐射,减低了裂化效应。臭氧只能由大气中大量自由二价氧原子产生,所以臭氧的产生也依赖于生物圈(植物)。地磁场产生的电离层也保护了地球不会受到太阳风的直接袭击。

最后说明的一点是,火山活动也持续的从地球内部释放出水蒸气。地球通过水和碳対地幔和火山中的石灰石消解产生二氧化碳和水蒸气(参见行星筑造学)。据估计,仍存留在地幔中的水的总量是现在海洋中所有水数量的10倍,虽然地幔中的大部分水可能从来不会释放到地表。

地球水界的总质量大约是1.4×1021kg,计为地球总质量的0.023%。


一个使用platecarrée投影法组合卫星照片形成的地球表面地形图(请点击放大)[编辑]
地球的运动
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地球自转
地球沿着贯串北极至南极的一条轴自西向东旋转一周(1个恒星日)需要花时23小时56分4.09秒。这就是为什么在地球上主要天体(大气中的流星和低轨道卫星除外)一日内向西的视运动是15°/小时(即15'/分钟)-即2分钟一个太阳或月亮的视直径的大小。

在惯性参考坐标系中,地轴运动还包括一个缓慢的岁差运动。这个运动的大周期大约是25800年一个循环,每一次小的章动周期是18.6年。对处于参考坐标系中的地球、太阳与月亮对地球的微小吸引在这些运动的影响下造成地球赤道隆起,并形成类椭圆形的扁球。

地球的自转也是有轻微的扰动的。这称为极运动。极运动是准周期性的,所谓的准周期包括一个一年的晃动周期和一个被称为钱德勒摆动的14个月周期。自转速度也会相应改变。这个现象被称为日长改变。

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公转
地球公转围绕太阳旋转需要365.2564个平太阳日(即1个恒星年)。地球的公转使得太阳相对其他恒星的视运动大约是1°/日-这就相当于每12小时一个太阳或月亮直径的大小。公转造成的视运动效果与自转造成的正好相反。

地球公转轨道速度是30km/s,即每7分钟一个地球直径,每4小时一个地月距离。

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地球所在的天体系统
地球惟一的天然卫星是月球。其围绕地球旋转一周需要用时一恒星月(27又1/3日)。因此从地球上看来月球的视运动相对太阳大约是12°/日-即每小时一个月球直径,方向同样与自转效果相反。

如果在地球北极进行观测,则地球的公转、月球运行以及地球自转都将是逆时针的。

地球的轨道和轴位面并非是一致的:地轴倾斜与地日平面交角是23.5度(这产生了四季变化);地月平面与地日平面交角大约为5度(否则每月都会发生日蚀)。

地球的hill大气层(大气影响范围)的半径大约为1.5g米(93万英里),这个范围足以覆盖惟一自然卫星(月球)的轨道了。

在惯性参考坐标系中,地轴运动还包括一个缓慢的岁差运动。这个运动的大周期大约是25800年一个循环,每一次小的章动周期是18.6年。对处于参考坐标系中的地球、太阳与月亮对地球的微小吸引在这些运动的影响下造成地球赤道隆起,并形成类椭圆形的扁球。

地球的自转也是有轻微的扰动的。这称为极运动。极运动是准周期性的,所谓的准周期包括一个一年的晃动周期和一个被称为钱德勒摆动的14个月周期。自转速度也会相应改变。这个现象被称为日长改变。

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卫星
参见主要条目:月球

地球的卫星名称直径(km)质量(kg)轨道离心率平均公转半径(km)公转周期
月球3,474.87.349×10220.0549384,40027天7小时43.7分

月球是地球的唯一的卫星。

月球或'月亮',是一个固体的类行星卫星,其直径约为地球的1/4.围绕其他行星做轨道运行的天然卫星有时也统称其为为那个行星的"月亮"..

地月之间的重力吸引成就了地球表面的潮汐现象.该力量在月球上产生的效果是潮汐锁定:月球的自转周期与围绕地球的时间一样长.这就导致在地球上总是只能看见月球的一面.

由于月球围绕地球运行,太阳会在月球上照亮不同的区域,这就形成了月相:暗区与亮区被明暗界线所划分.

月球能起到缓和气候以维持生命存在的作用.古生物学证据以及电脑模拟显示在月球引力引起的潮汐作用下,地球的轴倾斜相对稳定下来.离开这种对抗太阳与行星之间引发地球赤道隆起的扭矩稳定,一些理论相信地球旋转轴将会混乱不稳定-就像火星那样.如果地轴自转旋转接近黄道平面,极端剧烈的天气改变将导致全球季节差异剧烈:地球的一极在"夏天"将会直接对着太阳而在"冬天"将会完全背对太阳.行星科学家的研究结果宣称这将会杀死所有的大型动物和高级植物生命.这仍然是一个有争议的问题,无论如何,对火星—其自转周期与轴倾斜与地球相当,不同在于火星没有大卫星和液态核心—的更多研究,可能能够提供我们人类更多有价值的信息.

地月距离是刚刚好,当从地球上看时,其角大小与太阳相当(太阳大小是月球的400倍,但月球比太阳近400倍).这就使得地球上会发生日蚀现象.如下的图示展现了地月距离以及两者大小比例(单击图象放大):


地球月球大小以及两者之间距离比例关系
关于月球的起源是未知的,但一个流行的理论假设月球可能是原始地球与一个火星大小的原行星碰撞后产生的结果.这种架设能够解释(许多之一)为什么月球上缺少铁和易挥发元素.参见巨物碰撞理论.

地球实际上已知还拥有一个同轨道小行星:小行星3753(cruithne).

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地理学特征
参见主要条目:地球地理学


2004年美国中央情报局世界概况中使用的世界地图(大小:2m)地球表面约29.2%是陆地,其余70.8%是水。陆地主要在北半球,目前被分成四个主要大陆:欧亚大陆、非洲大陆、美洲大陆、澳洲大陆和南极大陆,另个还有很多岛屿。大洋则包括太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋四个大洋及其附属海域。

地图参考:

时区、坐标

最大地理单位

大洲、大洋

地球上的面积:

总计:5.10072亿km2
陆地:1.4894亿km2
水域:3.61132亿km2
注:全球70.8%的表面被水所覆盖,只有29.2%的陆地暴露在外。
陆地边界:

全球陆地边界总共250472千米(共享边界只计算一次)。其中的两个国家,中华人民共和国和俄罗斯是交界国家最多的,各自和14个国家接壤。有43各国家和地区是内陆国家:阿富汗,安道尔,亚美尼亚,奥地利,阿塞拜疆,白俄罗斯,不丹,玻利维亚,博茨瓦纳,布基纳法索,布隆迪,中非共和国,乍得,捷克,埃塞俄比亚,梵蒂冈(梵蒂冈城国),匈牙利,哈萨克斯坦,吉尔吉斯斯坦,老挝,莱索托,列支敦士登,卢森堡,马拉维,马里,摩尔多瓦,蒙古,尼泊尔,尼日尔,巴拉圭,卢旺达,圣马力诺,斯洛伐克,斯威士兰,瑞士,塔吉克斯坦,前南斯拉夫的马其顿共和国,土库曼斯坦,乌干达,乌兹别克斯坦,西岸,赞比亚,津巴布韦;还有两个国家是双重内陆国家,列支敦士登和乌兹别克斯坦。
海岸线:

共356000千米
有97个国家和其他实体是没有和其他国家接壤的岛国,他们包括:美属萨摩亚群岛,安哥拉,安提瓜和巴布达,阿卢巴,亚什摩及卡地尔群岛,巴哈马,巴林,贝克岛,巴巴多斯,印度礁,百慕达群岛,布威岛,英属印度洋领土,英属维京群岛,佛得角,开曼群岛,圣诞岛,克里普顿岛,科科斯群岛,科摩洛,科克群岛,珊瑚岛,古巴,赛普勒斯,多米尼加共和国,尤罗帕岛,福克兰群岛,法罗群岛,斐济,法属玻里尼西亚,法国南半球及南极属地,glorioso群岛,格陵兰,格林纳达,关岛,格恩西岛,贺得及麦唐纳群岛,豪兰岛,冰岛,牙买加,央麦恩群岛,日本,贾维斯岛,泽西,约翰斯顿环礁,万诺瓦岛,金曼礁,吉尔巴斯,马达加斯加,马尔代夫,马尔他,人岛,马绍尔群岛,马提尼克岛,毛里求斯,密克罗尼西亚联邦,中途岛,蒙特色纳,瑙鲁,纳弗沙岛,新喀里多尼亚,新西兰,纽鄂岛,诺福克岛,北马里亚纳群岛,帛琉,巴尔米拉环礁,西沙群岛,菲律宾,皮特克恩岛,波多黎各,法属留尼旺,圣海伦娜,圣吉斯和尼维斯,圣卢西亚,圣皮耶和密克罗,圣文森和格林纳丁斯,美属萨摩亚,圣多美和普林西比,塞锡尔群岛,新加坡,索罗门群岛,南乔治亚岛和南桑德韦奇岛,南沙群岛,斯里兰卡,斯瓦尔巴,托克劳,汤加,特立尼达和多巴哥,tromelin岛,土克斯和开科斯群岛,图瓦卢,万那度,维京群岛,威克岛,瓦利斯和富图纳
海事宣言:

有各种情况存在。但是一般来说,大部分国家都遵守1982年制定的联合国海洋法公约的索赔请求。
毗邻区:大部分为24海里(nm),但可以改变
大陆架:大部分为200米或探索深度,也有宣称为200nm或到大陆边缘边际的
专署捕鱼区:大部分宣称为200nm,但可以改变
专署经济区:大部分为200nm,但可以改变
领海:大部分为12nm,但可以改变
注:与邻国的边界状况在一些情况下阻止了很多国家扩展他们的捕鱼区和经济区达到完全的200nm
43个国家和区域是完全内陆的(参见内陆国家)
[编辑]
自然地理
[编辑]
气候
参见主要条目气候

因为地球气候从亘古到现在都有发生巨大变化并且这种变化将继续演进,很难把地球气候概括。地球上与天气和气候有关的自然灾害包括龙卷风、台风、洪水、干旱等。

两极地气候被两个温度相差并非很大的区域分隔开来:赤道附近宽广的热带气候和稍高纬度上的亚热带气候,降水模式在不同地区也差异巨大,降水量从一年几米到一年少于一毫米的地区都有。

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地形
极端海拔:

陆地上最低点:死海?408米
全球最低点:太平洋上的马里亚纳海沟?10,924米
全球最高点:珠穆朗玛峰(圣母峰)8,844.43米
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自然资源
参见自然资源条目

地壳中包含大量化石燃料沉积:煤、石油、天然气,甲烷包合物。这些沉积物被人类使用用来制造能源和作为其他化学物的给料。
在腐蚀和行星筑造作用下,含铁矿石组成了地壳。这些金属矿石包含了多种金属质和有用的化学元素。
地球生物圈能够产生大量有用的生物产出,包括(但不限于)食物、木材、药物、氧气。生物圈还能回收大量有机垃圾、地面生态系统是依赖于上层土和新鲜水的,而海洋生态系统依赖于陆地上冲刷后融解的的营养物。
人类开发地球的自然资源是很普遍的。

这些资源中的一些,比如化石燃料,是很难短时间内是很难再重新产生的。这称作不可再生资源。人类文明对不可再生资源的掠取已经成为现代环保主义运动的重要论争之一。

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自然灾难
大部分地区以及其间生物都遭受过类似热带气旋、飓风、或台风这样的极端天气。也有很多地区发生过地震、山崩、海啸、火山爆发、龙卷风、灰岩坑(地层下陷)、洪水、干旱以及其他气候异常和灾难。

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人文地理
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土地使用
可耕地:10.73%
永久农耕地:1%
其他:88.27%(2001年)

灌溉土地:

2,714,320km2(1998年)
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