Ziemia
trzecia planeta od Słońca / Z Wikipedii, wolnej encyclopedia
Drogi AI, mówmy krótko, odpowiadając po prostu na te kluczowe pytania:
Czy możesz wymienić najważniejsze fakty i statystyki dotyczące Ziemia?
Podsumuj ten artykuł dla 10-latka
Ziemia (łac. Terra, Tellus; gr. Γαῖα, trb. Gaja) – trzecia, licząc od Słońca, oraz piąta pod względem wielkości planeta Układu Słonecznego. Pod względem średnicy, masy i gęstości jest to największa planeta skalista Układu Słonecznego. Planeta uformowała się około 4,54 mld lat temu.
Ten artykuł dotyczy planety. Zobacz też: inne znaczenia. |
Ziemia z pokładu Apollo 17, Blue Marble | |||
Charakterystyka orbity (J2000[uwaga 1]) | |||
Ciało centralne | |||
---|---|---|---|
Półoś wielka | |||
Obwód orbity |
9,39887974×1011 m[1] | ||
Mimośród | |||
Perycentrum | |||
Apocentrum | |||
Okres orbitalny | |||
Prędkość ruchu |
29,29–30,29 km/s | ||
Długość węzła wstępującego |
−11,26064°[4] | ||
Argument perycentrum |
114,20783°[4] | ||
Nachylenie orbity | |||
Charakterystyka fizyczna | |||
Typ planety | |||
Masa |
5,97219×1024 kg[1] | ||
Promień |
6371,008 km[4] | ||
Promień równikowy |
6378,137 km[4] | ||
Promień biegunowy |
6356,752 km[4] | ||
Spłaszczenie |
0,00335[4] | ||
Obwód |
40 075,014 km[uwaga 2] | ||
Pole powierzchni |
510 072 000 km²
148 940 000 km² lądu (29,2%) | ||
Objętość |
1,083206916846×1012 km³[1] | ||
Gęstość |
5513 kg/m³[1] | ||
Okres obrotu | |||
Prędkość obrotu | |||
Nachylenie osi obrotu |
23,4393°[1] | ||
Przyspieszenie grawitacyjne |
9,80665 m/s²[1] | ||
Prędkość ucieczki |
11,19 km/s[1] | ||
Wiek |
4,54 mld lat[8] | ||
Albedo |
0,434[1] | ||
Temperatura powierzchni | |||
Satelity naturalne |
1 (Księżyc) | ||
Charakterystyka atmosfery | |||
Ciśnienie atmosferyczne | |||
Skład atmosfery |
| ||
|
Ziemia jest jedynym znanym miejscem we Wszechświecie, w którym występuje życie[9], jest zamieszkana przez miliony gatunków, w tym przez człowieka. Życie pojawiło się w oceanach w ciągu pierwszego miliarda lat po uformowaniu się Ziemi. Dystans dzielący Słońce od Ziemi, jej właściwości fizyczne oraz jej historia geologiczna są najważniejszymi czynnikami, które pozwoliły organizmom żyć i ewoluować. Różnorodność biologiczna Ziemi nieustannie powiększa się, chociaż w dziejach życia Ziemi proces ten był kilkukrotnie przerywany, kiedy miało miejsce masowe wymieranie gatunków[10]. Szacuje się, że 99% gatunków organizmów żywych (ok. 5 mld)[11] kiedykolwiek zamieszkujących Ziemię wymarło[12][13], wciąż mieszka na niej 10–14 mln gatunków[14][15], z czego 1,2 mln zostało udokumentowanych[16].
Litosfera Ziemi składa się z kilkanastu płyt tektonicznych, które przesuwają się względem siebie, w efekcie czego dochodzi do znacznej zmiany położenia kontynentów. Powierzchnię w 70,8% zajmuje woda wszechoceanu zawarta w morzach i oceanach; pozostałe 29,2% stanowią kontynenty i wyspy, na powierzchni których znajdują się jeziora oraz inne źródła wody tworzące hydrosferę. Niezbędnej do życia na Ziemi wody w stanie ciekłym nie wykryto na powierzchni innych ciał niebieskich[uwaga 3][uwaga 4]. Wnętrze Ziemi pozostaje aktywne; składa się z grubego i w dużej mierze stałego płaszcza, płynnego jądra zewnętrznego (generującego pole magnetyczne) oraz składającego się z żelaza stałego jądra wewnętrznego. Strefy podbiegunowe Ziemi są pokryte lodem wchodzącym w skład pokrywy lodowej Antarktydy (biegun południowy), pokrywy lodowej Grenlandii i lodu morskiego, w tym arktycznego paku lodowego (biegun północny).
Ziemia oddziałuje grawitacyjnie z innymi ciałami w przestrzeni kosmicznej, zwłaszcza ze Słońcem i Księżycem. Planeta wykonuje jedno okrążenie wokół Słońca raz na każde 365,256 obrotów wokół własnej osi. Czas jednego okrążenia wokół Słońca nazywa się rokiem gwiazdowym i odpowiada 365,256 dniom czasu słonecznego[uwaga 5]. Nachylenie osi Ziemi do prostej prostopadłej do płaszczyzny orbity wynosi 23,44°, co prowadzi do rocznych wahań oświetlenia, które powodują m.in. występowanie na jej powierzchni pór roku, które tworzą rok zwrotnikowy[17]. Wokół Ziemi krąży jeden naturalny satelita – Księżyc. Jego oddziaływanie grawitacyjne na Ziemię wywołuje pływy morskie, spowalnia jej rotację oraz stabilizuje kąt nachylenia osi obrotu względem orbity. Przypuszcza się, że orbituje on wokół Ziemi od 4,53 mld lat. Bombardowanie przez komety we wczesnej historii Ziemi przyczyniło się do powstania oceanów[18], a upadki pojedynczych planetoid mogły prowadzić do niektórych masowych wymierań.
Ponad 8 mld ludzi zamieszkujących Ziemię w 2022[19] jest zależnych od jej biosfery i minerałów. Zasoby naturalne skorupy ziemskiej i umiejętność ich przetworzenia zapewniają przetrwanie m.in. globalnej populacji ludzkiej. Populacja ta podzielona jest politycznie na około 200 suwerennych państw; ich mieszkańcy komunikują się między sobą drogą dyplomacji, konfliktów, podróży i środków komunikacji. W kulturze ludzkiej wykształciły się różne poglądy na temat planety, takie jak personifikacja w postaci bóstwa, wiara, że Ziemia jest płaska, oraz idea świata jako wrażliwego, zintegrowanego środowiska. Człowiek po raz pierwszy umownie opuścił Ziemię w 1961, kiedy Jurij Gagarin wyleciał lotem orbitalnym na około 2 godziny (jedno okrążenie) nieco ponad jej atmosferę, a w 1969 Neil Armstrong i Buzz Aldrin jako pierwsi wylądowali na powierzchni innego ciała niebieskiego – Księżyca.
Na ogół przewiduje się, że za około 7,59 mld lat planeta zostanie wchłonięta przez atmosferę Słońca i ulegnie zniszczeniu[20].
- Osobny artykuł: Tabela stratygraficzna.
Powstanie Ziemi
- Główny artykuł: Historia Ziemi.
Ziemia oraz pozostałe planety Układu Słonecznego powstały 4,54 ± 0,05 mld lat temu[21][8][22][23] z mgławicy słonecznej – obłoku gazu i pyłu, który podczas powstawania Słońca przekształcił się w dysk. Z owego dysku miały powstać wszystkie planety oraz planetoidy.
Najstarszy materiał znaleziony w Układzie Słonecznym powstał 4,5672 ± 0,0006 mld lat temu[24]. Wnioskuje się, że mniej więcej w tym samym czasie miało miejsce zjawisko akrecji, podczas którego powstawała Ziemia.
Powstanie i ewolucja ciał Układu Słonecznego dokonywały się równocześnie ze Słońcem. Zgodnie z hipotezą mgławicy słonecznej, w wyniku zapadania grawitacyjnego kurczyły się obłoki molekularne, które zaczęły się spłaszczać i obracać, tworząc dysk protoplanetarny. Z niego, równocześnie z gwiazdą, utworzyły się planety.
Według hipotezy nebularnej planetozymale formowały się m.in. przez działanie grawitacji. Masa Ziemi powiększała się przez 10–20 mln lat na skutek jej zderzeń z innymi obiektami[25].
Powstanie Księżyca wciąż pozostaje tematem dyskusji. Według teorii wielkiego zderzenia, nastąpiło zderzenie planety z obiektem wielkości Marsa i masie 1/10 masy Ziemi, nazywanym czasami Theą[26]. Część masy tego ciała zintegrowała się z Ziemią, a niektóre odłamki uleciały w przestrzeń kosmiczną. Następnie, według hipotezy roboczej, z części odłamków i fragmentów skorupy ziemskiej wyrzuconych przy zderzeniu w kosmos (niewiele później od Ziemi, 4,53 mld lat temu), uformował się Księżyc[27][28][29]. Tak jak w przypadku Ziemi, powstał on w procesie akrecji[30].
Około 3,8–4,1 mld lat temu miał miejsce okres zwany Wielkim Bombardowaniem, podczas którego doszło do zderzenia licznych planetoid z Księżycem i planetami skalistymi Układu Słonecznego, co doprowadziło do zmian w wyglądzie znacznej części powierzchni Księżyca oraz w mniejszym stopniu w wyglądzie Ziemi. Początkowe bombardowanie przez planetoidy spowodowało, że powłoka zewnętrzna Ziemi była w fazie płynnej.
Historia geologiczna
Odgazowanie[31] i aktywność wulkaniczna wytworzyły pierwotną atmosferę (zob. pierwsza, druga i trzecia atmosfera). Skraplająca się para wodna, wraz z lodem i wodą płynną pochodzącymi z planetoid, protoplanet, komet i transneptunów, doprowadziła do powstania ziemskich oceanów[18]. Według tego modelu atmosferyczne gazy cieplarniane chroniły oceany przez zlodowaceniem, kiedy całkowita energia emitowana przez formujące się Słońce wynosiła 70% energii emitowanej współcześnie[32]. Około 3,5 mld lat temu powstało ziemskie pole magnetyczne, które pomogło zapobiec zaniknięciu atmosfery wskutek działania wiatru słonecznego[33]. Akumulacja pary wodnej i innych gazów w atmosferze doprowadziła do powstania gęstych chmur, które przysłoniły promieniowanie słoneczne i wyzwoliły opady deszczu. W ten sposób płynna powierzchnia Ziemi zaczęła stygnąć, formując skorupę w postaci ciała stałego[34].
W eonie hadeiku planeta praktycznie pozbawiona była suchego lądu[35]. W kolejnych erach powierzchnia obszarów wznoszących się ponad poziom morza stopniowo wzrastała. W ciągu ostatnich 2 mld lat powierzchnia wszystkich kontynentów zwiększyła się dwukrotnie[36]. Według teorii tektoniki płyt proces kształtowania się powierzchni powodował w skali setek milionów lat nieustanny rozpad i ponowne formowanie kontynentów. Kontynenty te formowały się wskutek tektoniki płyt, procesu napędzanego przez ciągły ubytek ciepła z wnętrza Ziemi. Według tabeli stratygraficznej, wskutek migracji płyt litosferycznych trzykrotnie powstawał, a następnie rozpadał się superkontynent. Około 750 mln lat temu rozpadła się Rodinia, jedna z najstarszych tego typu formacji. Później kontynenty złączyły się ponownie i w okresie 600–540 mln lat temu istniał superkontynent Pannocja. Następnie powstała Pangea, która rozpadła się 180 mln lat temu[37].
Około 3,2 mln lat temu nasiliły się wahania klimatu – po fali zimna (glacjał) następowało ocieplenie (interglacjał). Strefy podbiegunowe przechodziły cykle zlodowacenia i topnienia, powtarzające się co 40 000–100 000 lat (zlodowacenia trwały od 100 000 do 300 000 lat, a interglacjały od 15 000 do 220 000 lat). Taka sytuacja utrzymywała się przez całą epokę plejstoceńską. Ponieważ przez znaczną część swojej historii planeta prawdopodobnie pozbawiona była (lub miała niewielką ilość) lodu, epoka ta nazywana jest również epoką lodową. Ostatnie zlodowacenie zakończyło się 10 000 lat temu[38]. Od tego czasu Ziemia jest w okresie interglacjału, w epoce holocenu[38].
Historia życia
- Główny artykuł: Historia życia na Ziemi.
Spekuluje się, że 4 mld lat temu wysokoenergetyczne reakcje chemiczne doprowadziły do powstania samoreplikujących się cząsteczek; jedna z cząsteczek uzyskała możliwość powielania siebie, zapoczątkowując życie na planecie. W ciągu następnego pół miliarda lat miał powstać wspólny przodek wszystkich żyjących obecnie na Ziemi organizmów[39][40].
Pierwotnie wszystkie organizmy żywe były cudzożywne. Podstawą ich rozwoju była energia chemiczna. Rozwój fotosyntezy u niektórych prokariotów umożliwiał im wykorzystanie energii słonecznej jako źródła energii; wydalany przez nie tlen gromadził się w atmosferze i w związku z oddziaływaniem wysokoenergetycznego promieniowania słonecznego doprowadził do powstania w jej górnej warstwie powłoki ozonu (odmiany alotropowej tlenu, O3)[41]. W wyniku wchłaniania mniejszych komórek przez większe w procesie endosymbiozy, rozwinęły się eukarionty[42]. Prawdziwe organizmy wielokomórkowe powstały, kiedy komórki tworzące kolonie stawały się coraz bardziej wyspecjalizowane.
Organizmy żywe skolonizowały powierzchnię Ziemi wspomagane przez warstwę ozonową wchłaniającą szkodliwe promieniowanie ultrafioletowe[43]. Najstarszymi znalezionymi skamieniałościami świadczącymi o istnieniu życia jest biogenny grafit pochodzący ze skał metaosadowych powstałych 3,7 mld lat temu w zachodniej Grenlandii[44], oraz skamieniałości maty drobnoustrojowej (ang. microbial mat) znalezionej w piaskowcu w zachodniej Australii[45][46].
W latach 60. XX w. zaproponowano hipotezę Ziemi-śnieżki, która sugeruje, że w neoproterozoiku (750–580 mln lat temu), większość powierzchni planety pokrywał lód. Hipoteza jest szczególnie interesująca ze względu na fakt, że wydarzenie to poprzedziło eksplozję kambryjską, okres gwałtownego wzrostu liczby gatunków organizmów wielokomórkowych, w szczególności zwierząt[47].
W toku dalszej ewolucji, rozwinęły się m.in. następujące grupy zwierząt i roślin: ryby (505 mln lat temu), rośliny lądowe (438 mln), płazy (408 mln), gady (320 mln), ssaki (208 mln) i okrytonasienne (140 mln lat temu)[48].
W ciągu ostatnich 535 mln lat na Ziemi nastąpiło pięć wielkich masowych wymierań[49] oraz wiele pomniejszych. Ostatnie z nich – wymieranie kredowe, ok. 66 mln lat temu – wywołane zostało prawdopodobnie upadkiem 10-kilometrowej planetoidy. Zderzenie obiektu z Ziemią wyzwoliła duże ilości pary i pyłów, które uniosły się do górnych warstw atmosfery i utrudniały docieranie promieni słonecznych na powierzchnię. Doprowadziło to do wyginięcia większości gatunków naziemnych (m.in. nieptasich dinozaurów), choć mniejsze i liczniejsze ssaki przetrwały, a przede wszystkim większości gatunków morskich otwornic, amonitów i belemnitów. W wyniku ewolucji ssaki zaczęły upodabniać się do ryjówkowatych. W ciągu ostatnich 66 mln lat historii Ziemi doszło do ewolucji i wzrostu różnorodności gatunkowej przedstawicieli gromady ssaków.
Kilka milionów lat temu afrykańska małpa człekokształtna (m.in. orrorin) wykształciła dwunożność i zdolność chodzenia w pozycji wyprostowanej[50]. Dalsza ewolucja jednego z gatunków z rodziny człowiekowatych faworyzowała zdolność korzystania z narzędzi i komunikację, które stymulowały rozwój mózgu. Ostatecznie powstał człowiek współczesny – Homo sapiens. Wytworzenie własnej kultury, rozwój rolnictwa i postęp technologiczny pozwoliły człowiekowi w krótkim czasie wpływać na Ziemię w większym stopniu niż inne gatunki, co zapewniło mu status dominującego gatunku na Ziemi[51].
Przyszłość Ziemi
Szacunki dotyczące tego, jak długo na Ziemi będą panować korzystne warunki dla zamieszkujących ją różnych form życia, wahają się od 0,5 do 2,3 mld lat[52][53][54].
Przyszłość planety związana jest z cyklem życia Słońca. Stopniowe wyczerpywanie się zasobów wodoru w jądrze gwiazdy i wynikająca z tego akumulacja w jej wnętrzu helu mają prowadzić do zwiększania się świetlistości Słońca, która ma wzrosnąć o 10% w ciągu 1,1 mld lat, a o 40% za 3,5 mld lat[55]. Modele klimatu sugerują, że wzrost promieniowania docierającego na powierzchnię Ziemi do 1,4 obecnej wartości jest wystarczający do całkowitego wyparowania jej oceanów[56]. Inne scenariusze przewidują, że wody powierzchniowe mają wyparować całkowicie za 2,5 mld lat[57] lub w ciągu miliarda lat[58].
Stopniowy wzrost temperatury powierzchni Ziemi powodować ma przyspieszenie wietrzenia skał, co z kolei doprowadzi do spadku zawartości dwutlenku węgla w atmosferze poniżej krytycznego minimum (10 ppm) dla roślin. Poziom ten ma zostać osiągnięty w ciągu 500–900 mln lat[52]. Brak okresu wegetacji doprowadzi do zaniku tlenu w atmosferze, a to z kolei do wyginięcia organizmów aerobowych w ciągu następnych kilku milionów lat[59]. W ciągu kolejnego miliarda lat wyparują wszystkie wody powierzchniowe[53], a średnia globalna temperatura na Ziemi osiągnie 70 °C[59]. Ponadto nawet gdyby Słońce istniało wiecznie i przez cały ten czas pozostawało stabilne, 27% wody z obecnych oceanów w ciągu miliarda lat zstąpi do płaszcza ziemskiego[60].
Za ok. 5 mld lat Słońce, wskutek swojej ewolucji, przekształci się w czerwonego olbrzyma. Promień gwiazdy zwiększy się 250-krotnie, do około 1 au (150 000 000 km)[20][55][61]. Słońce straci również ok. 30% swojej obecnej masy, co spowoduje oddalenie się ziemskiej orbity od niego. Przy maksymalnej przewidywanej średnicy Słońca, Ziemia będzie od niego oddalona o 1,69 au (ok. 253 000 000 km), kiedy promień gwiazdy osiągnie swoją największą wartość. Planeta miałaby więc uniknąć wchłonięcia przez atmosferę słoneczną, mimo całkowitego, lub niemal całkowitego, wyginięcia na niej życia[55], spowodowanego zwiększoną 5000-krotnie jasnością Słońca[55]. Artykuł z 2008 roku sugeruje jednak, że ziemska orbita, z powodu sił pływowych i oporu aerodynamicznego w dolnej chromosferze, wejdzie w atmosferę Słońca i planeta ulegnie zniszczeniu. Miałoby to nastąpić za 7,59 ± 0,05 mld lat[20].
Ponadto nawet pomijając cykl życiowy Słońca, kontynuacja ochładzania się wnętrza Ziemi doprowadziłaby do utraty atmosfery i oceanów wskutek zredukowanej aktywności wulkanicznej[62].
Należy także brać pod uwagę fakt istnienia na Ziemi cyklu masowego wymierania. Zakłada się, że jego pełny okres wynosi 62 ± 3 mln lat[63][64]. Argumentem przemawiającym za jego istnieniem są ślady wykopaliskowe oraz badania na nich prowadzone. Szacuje się, że apogeum ostatniego okresu wielkiego wymierania miało miejsce około 66 mln lat temu, a sam okres trwał przez około 10 milionów lat (czyli jakieś 5 milionów przed i 5 milionów po). Naukowcy próbowali wyjaśnić przyczynę tak osobliwej powtarzalności w czasie. Jedna z kilku hipotez zakłada, że winowajcą wielkiego wymierania jest promieniowanie międzygalaktyczne, na którego ponadprzeciętne dawki jesteśmy narażeni co 63,6 miliona lat[65]. Szacuje się, że początek następnego okresu wielkiego wymierania nastąpi za około 5 milionów lat[66].
Hipoteza[67] zakłada, że w okresie wielkiego wymierania ciągle rosnące natężenie promieniowania międzygalaktycznego przekracza pewną akceptowalną przez życie biologiczne granicę, po czym następuje znaczne i wciąż narastające w czasie pogorszenie warunków życia na ziemi oraz m.in. znacznie nasilają się przypadki powstawania błędów w kodzie DNA żywych istot, co w konsekwencji doprowadza do ich śmierci. Po okresie stopniowego wzrostu natężenia promieniowania międzygalaktycznego następuje okres największego jego nasilenia trwający kilka milionów lat, a następnie nasilenie promieniowania stopniowo spada przez kilka milionów lat. Z tej przyczyny czynnik ten nie doprowadza do nagłej eksterminacji życia na Ziemi, a jedynie w bardzo znaczącym stopniu utrudnia jego egzystencję w dość długim okresie (ok. 10 milionów lat). Bezpośrednią przyczyną wahania się poziomu promieniowania międzygalaktycznego docierającego do naszej planety jest prostopadły ruch Układu Słonecznego względem płaszczyzny Drogi Mlecznej oraz spadanie Drogi Mlecznej na wielką gromadę galaktyk w gwiazdozbiorze Panny[67]. Najwyższy poziom promieniowania międzygalaktycznego przypada na okres maksymalnego wychylenia Układu Słonecznego na północ Galaktyki[67]. Wykres wzrostu promieniowania międzygalaktycznego jest zgodny z zapisem kopalnym na Ziemi.
Kartografia, sztuka sporządzania i badania map, oraz pośrednio geografia, historycznie poświęcone były próbom zobrazowania planety. Geodezja, badająca położenie i dystans, oraz nawigacja, zajmująca się pozycją na powierzchni Ziemi, dostarczyły danych liczbowych.
Wyróżnia się od pięciu do siedmiu kontynentów, w kolejności od największej do najmniejszej powierzchni: Eurazja, Afryka, Ameryka Północna, Ameryka Południowa, Antarktyda, i Australia. Niektóre podziały traktują Amerykę Płn. i Południową jako jeden kontynent – Amerykę, a także Eurazję jako dwa kontynenty – Europę i Azję.
Wyróżnia się też trzy, cztery lub pięć oceanów. W systemie pięciu oceanów, w kolejności od największej do najmniejszej powierzchni wymienia się: Ocean Spokojny, Ocean Atlantycki, Ocean Indyjski, Ocean Południowy i Ocean Arktyczny. Ogólne określenie całości tych wód morskich to wszechocean.
Położenie poszczególnych punktów na Ziemi określane jest na podstawie współrzędnych geograficznych. Umiejscowienie lokalizacji w pionie określa szerokość geograficzna, a w poziomie – długość geograficzna. Punkty o tej samej szerokości leżą na tym samym równoleżniku, a punkty o tej samej długości dzielą wspólny południk. Najdłuższym równoleżnikiem jest równik.
Biegun geograficzny jest miejscem przecięcia się osi obrotu Ziemi z jej powierzchnią. Biegun północny znajduje się na Oceanie Arktycznym, a południowy na Antarktydzie. Ze względu na niewielkie nachylenie osi ziemskiej do osi obiegu wokół Słońca, promienie słoneczne padają na bieguny pod niewielkim kątem, co uniemożliwia ich znaczne ogrzanie. Nawet w czasie dni polarnych, mimo wydłużonej ekspozycji na promieniowanie Słońca, temperatura nie podnosi się znacząco z uwagi na wysoki współczynnik odbicia promieni słonecznych od lodu i śniegu. Pierwszym człowiekiem, który dotarł do bieguna północnego był Robert Edwin Peary, zdobywcą bieguna południowego był Roald Amundsen.
Geografia społeczna
Według szacunków United States Census Bureau International Database z 1 stycznia 2013, Ziemię zamieszkiwało blisko 7 057 000 000 ludzi[68]. Natomiast według wyliczeń ONZ, siedmiomiliardowy człowiek przyszedł na świat 31 października 2011[69] Prognozy sugerują, że światowa populacja ludzka wzrośnie do 8,3 mld w 2030 i 9,2 mld w 2050[70], głównie poprzez zwiększanie się ludności krajów rozwijających się. Gęstość populacji waha się w zależności od regionu, jednak największe skupiska ludności występują w Azji, m.in. w Chinach i Indiach. W 2020, 60% światowej ludności zamieszkiwać będzie miasta, na skutek urbanizacji i migracji z rejonów wiejskich[71].
Lądowe obszary Ziemi, poza kontynentem Antarktydy oraz otaczającymi obszary lądowe pasmami morskimi wód przybrzeżnych (zazwyczaj, ale nie zawsze, akwen 12 mil morskich) są podzielone na państwa. Niektóre z nich roszczą sobie (czasami sprzeczne) prawa do poszczególnych powierzchni lądowych, z wyjątkiem niektórych obszarów Antarktydy. W 2008 istniało ok. 203 de facto suwerennych państw[72] (kilkanaście z nich było nieuznawanych w jakimś stopniu prawnie przez inne). Z tej liczby tradycyjnie wyróżnia się 192 państwa członkowskie ONZ, państwo-obserwatora w ONZ, Watykan, oraz jednostki o statusie niepaństwowego obserwatora w ONZ (Palestyna, Zakon Kawalerów Maltańskich)[73].
Ziemia nigdy nie miała suwerennego rządu z władzą rozciągającą się na cały glob, choć niektóre państwa usiłowały uzyskać światową dominację. Organizacja Narodów Zjednoczonych to docelowo uniwersalna organizacja międzynarodowa, założona głównie w celu zapobiegania zbrojnym konfliktom pomiędzy państwami, rozwoju współpracy i przestrzeganiu praw człowieka. Nie jest ona jednak rządem światowym. Choć ONZ umożliwia ustanawianie prawa międzynarodowego[74] oraz, za zgodą członków, zbrojną interwencję, jest to przede wszystkim międzynarodowe forum dyplomacyjne.
Ziemia, podobnie jak i pozostałe planety skaliste, ma skalną powłokę. Pod względem masy i średnicy jest to największa planeta skalista Układu Słonecznego. Ma również największą gęstość, najsilniejsze pole magnetyczne i grawitacyjne oraz najszybszy ruch obrotowy[75]. Jest to jedyna znana planeta, na której są aktywne płyty tektoniczne[76].
Kształt
Kształt Ziemi zbliżony jest do elipsoidy obrotowej, kuli lekko spłaszczonej na biegunach i wybrzuszonej wzdłuż równika[77]. Ruch obrotowy Ziemi sprawia, że średnica równika jest o 43 km większa niż średnica pomiędzy biegunami[78]. Przeciętna średnica wynosi 12 742 km.
Teoretyczna powierzchnia odpowiadająca kształtowi planety jest nazywana geoidą – jest to powierzchnia prostopadła do pionu w każdym jej punkcie. Geoida zerowa pokrywałaby się z średnią powierzchnią oceanów przy pełnej równowadze znajdujących się w nich wód[79], czyli bez krótkotrwałych zmian poziomu morza przez prądy morskie i pogodę. Odchylenia geoidy od idealnej elipsoidy wynoszą od –106 do 85 m[80]. Ponieważ nieregularności geoidy mogą mieć znaczenie przy dokładnym określaniu położenia, przy pomiarach i obliczeniach geodezyjnych preferowane jest odniesienie do elipsoidy[79]. W porównaniu do idealnej elipsoidy, odchylenie względne geoidy wynosi 1/584, czyli 0,17%. Jest to mniej niż wymagana tolerancja kul bilardowych (0,22%)[81].
Największe lokalne odchylenia powierzchni to Mount Everest (8848 m n.p.m.) i Rów Mariański (10 911 m p.p.m.). Najbardziej oddalonym miejscem powierzchni od środka planety jest wierzchołek Chimborazo (6263,47 m n.p.m.) w Ekwadorze[82][83][84][85].
Skład chemiczny
- Osobny artykuł: Historia pierwiastków chemicznych.
Związek | Wzór | Udział |
---|---|---|
dwutlenek krzemu | SiO2 | 59,1% |
tlenek glinu | Al2O3 | 15,8% |
tlenek wapnia | CaO | 6,4% |
tlenek magnezu | MgO | 4,4% |
tlenek sodu | Na2O | 3,2% |
tlenek żelaza | FeOT[uwaga 6] | 6,6% |
tlenek potasu | K2O | 1,88% |
tlenek manganu(II) | MnO | 0,11% |
tlenek tytanu(IV) | TiO2 | 0,7% |
tlenek fosforu(V) | P2O5 | 0,2% |
Łącznie | 98,39% |
Masa Ziemi wynosi 5,98 × 1024 kg. Planeta składa się głównie z żelaza 32,1%, tlenu 30,1%, krzemu 15,1%, magnezu 13,9%, siarki 2,9%, niklu 1,8%, wapnia 1,5%, glinu 1,4%, chromu 0,4% oraz z pozostałych 0,7%, wśród których są śladowe ilości innych pierwiastków. Ze względu na dyferencjację, jądro zbudowane jest przede wszystkim z żelaza (88,8%), a także niklu (5,8%), siarki (4,5%) i śladowych ilości (mniej niż 1%) innych pierwiastków[87].
Geochemik Frank W. Clarke określił skład ilościowy skorupy ziemskiej. Obliczył, że składa się ona w niewielu więcej niż 47% z tlenu[88], wchodzącego głównie w skład skał ziemskich w postaci tlenków, przede wszystkim tlenków glinu, żelaza, wapnia, magnezu, sodu oraz potasu; chlor, siarka i fluor wchodzą w skład niewielu ponad 1% skał. Dwutlenek krzemu (krzemionka) występuje w przyrodzie w czystej postaci jako kwarc, tworzy też sole zwane krzemianami – minerały, z których zbudowane jest ponad 90% skał tworzących skorupę ziemską. Na podstawie obliczeń opartych o 1672 analiz wszystkich rodzajów skał Clarke wywnioskował, że 99,22% skał składa się z 11 rodzajów tlenków (10 z nich zamieszczono w tabelce po prawej); pozostałe tlenki występują w znikomych ilościach[89].
Struktura wewnętrzna
Wnętrze Ziemi można podzielić ze względu na chemiczne lub mechaniczne (fizyczne) właściwości. Pod względem budowy chemicznej, planeta składa się z krzemianowej skorupy, bogatego w krzem, magnez i żelazo płaszcza oraz żelaznego jądra. Pod względem właściwości mechanicznych, wyróżnia się stałą litosferę, plastyczną astenosferę, stałą mezosferę, płynne jądro zewnętrzne i stałe jądro wewnętrzne. Badanie właściwości poszczególnych warstw odbywa się z użyciem pomiarów sejsmologicznych. W górnych rejonach skorupy ziemskiej możliwe jest pobieranie próbek geologicznych. Najgłębszym odwiertem na świecie jest SG-3, o głębokości 12 262 m[86].
Temperatura środka planety może wynosić 4000–7000 K, a ciśnienie dochodzić do 360 GPa[90]. Prawdopodobnie początkowo ciepło wewnętrzne Ziemi pochodziło głównie z kontrakcji grawitacyjnej, w okresie formowania się planety. Obecnie, najwięcej ciepła (45 do 90%) pochodzi z rozpadu radioaktywnego izotopów potasu (40K), uranu (238U) i toru (232Th)[91]. Czas połowicznego rozpadu tych pierwiastków wynosi, odpowiednio, 1,25 mld, 4 mld i 14 mld lat[92]. Źródła ciepła upatruje się też częściowo w ochładzaniu się płaszcza, tarciu wewnętrznym wywołanym siłami pływowymi i zmianami w prędkości obrotu Ziemi. Część energii termicznej jądra transportowana jest do skorupy ziemskiej poprzez pióropusz płaszcza, który może powodować powstawanie plam gorąca i pokryw lawowych[93]. Szacowana moc ciepła wypływającego z jądra Ziemi wynosi od 4 do 15 TW, a wypływ ciepła na powierzchnię ma wartość 46 TW[94][95]. Jest to niewiele w bilansie energetycznym powierzchni Ziemi – ok. 1/10 W/m², co stanowi około 1/10000 energii promieniowania słonecznego docierającego do Ziemi.
Przekrój Ziemi od jądra do egzosfery. W pierwszym rysunku nie zachowano skali. |
Głębokość[97] km |
Warstwa | Gęstość kg/m³ |
---|---|---|---|
0–60 | litosfera[uwaga 7] | – | |
0–35 | ... skorupa[uwaga 8] | 2200–2900 | |
35–400 | ... płaszcz górny | 3400–4400 | |
35–2885 | płaszcz | 3400–5600 | |
100–700 | ... astenosfera | – | |
2885–5155 | jądro zewnętrzne | 9900–12200 | |
5155–6370 | jądro wewnętrzne | 12800–13100 |
Skorupa
- Osobny artykuł: Skorupa ziemska.
Skorupa ziemska jest zewnętrzną powłoką Ziemi. Zajmuje do 1% objętości globu oraz 0,7% jego masy, jest to jednak najbardziej zróżnicowana chemicznie i fizycznie geosfera i jedyna (poza atmosferą i hydrosferą) dostępna do bezpośrednich badań. Granicę pomiędzy płaszczem a skorupą wyznacza nieciągłość Mohorovičicia (zwana też powierzchnią Moho). Nieciągłość Moho, odkryta przez chorwackiego geofizyka Andriję Mohorovičicia w 1909, pod kontynentami znajduje się na głębokości około 35 km, a pod oceanami 5–8 km poniżej dna oceanu. Dolna część skorupy ziemskiej (warstwa bazaltowa) jest oddzielona od części górnej (warstwa granitowa) przez nieciągłość Conrada.
Skorupa ziemska dzielona jest na skorupę kontynentalną i oceaniczną, które różnią się grubością, gęstością, budową geologiczną, wiekiem i składem chemicznym, a także sposobem powstania. Gęstość skorupy kontynentalnej wynosi średnio 2700 kg/m³. W rejonach aktywnych tektonicznie ma ona grubość 35–45 km, a w regionach stabilnych – 55–70 km. Skorupa oceaniczna ma grubość 10–12 km i średnią gęstość 3000 kg/m³[97][98].
Płaszcz
Płaszcz ziemski znajduje się na głębokości od 35 do 2890 km, co czyni go najgrubszą warstwą planety. Ciśnienie u jego podstawy ma wartość ok. 140 GPa (1,4 Matm). Rozróżnia się do czterech warstw płaszcza, które składają się głównie z substancji bogatych w żelazo i magnez: płaszcz górny, strefa przejściowa, płaszcz dolny i warstwa D. Ponadto w płaszczu górnym wyróżnia się dodatkowo astenosferę.
Płaszcz górny, zwany zewnętrznym, budują związki chromu, żelaza, krzemu i magnezu (tzw. crofesima). Średnia gęstość tej sfery wynosi 4000 kg/m³. Górna część płaszcza ma od 35 do 400 km głębokości; jest to warstwa o cechach plastycznych i zapewnia skorupie ziemskiej ruchliwość – wywodzą się z niej procesy tektoniczne. Płaszcz dolny, zwany też wewnętrznym, zbudowany jest głównie z niklu, żelaza, krzemu i magnezu (tzw. nifesima). Średnia gęstość płaszcza wewnętrznego waha się w granicach 5000–5600 kg/m³. W płaszczu Ziemi zachodzą zjawiska związane z powolnym przemieszczaniem się w górę plastycznych mas materii pod wpływem ciepła (ruchy konwekcyjne).
Temperatura topnienia substancji zależy od ciśnienia, jakiemu jest ona poddawana. Im głębiej, tym ciśnienie większe, płaszcz dolny jest w stanie stałym, a górny – w stanie plastycznym (półpłynnym). Średnia globalna lepkość płaszcza górnego wynosi 1020 – 1021 Pa·s[99], a płaszcza dolnego 1022 Pa·s[100].
Jądro
- Osobny artykuł: Jądro Ziemi.
Gęstość Ziemi wynosi 5515 kg/m³, czyniąc ją najgęstszą planetą w Układzie Słonecznym. Gęstość wzrasta wraz z głębokością – przy powierzchni ma wartość 2200–2900 kg/m³, jądro składa się z najgęstszych substancji – 12 000–13 000 kg/m³. Około 4,54 mld lat temu, podczas formowania się planety, Ziemia stanowiła półpłynną, stopioną masę. Cięższe substancje opadały w kierunku środka, podczas gdy lżejsze materiały odpływały ku powierzchni. W efekcie jądro składa się głównie z żelaza i niklu. Inne cięższe pierwiastki, jak ołów i uran, występują zbyt rzadko, żeby przewidzieć ich dokładne rozmieszczenie oraz mają tendencję do tworzenia wiązań z lżejszymi pierwiastkami, pozostają zatem w płaszczu.
Jądro podzielone jest na dwie części: stałe jądro wewnętrzne o promieniu ok. 1215 km i płynne jądro zewnętrzne wokół niego, o grubości 2270 km. Przyjmuje się, że jądra mają taki sam skład chemiczny, choć w innych stanach skupienia. Konwekcja jądra zewnętrznego połączona z ruchem rotacyjnym Ziemi (efekt Coriolisa) wytwarza ziemskie pole magnetyczne przez proces znany jako efekt dynama. Stałe jądro wewnętrzne jest zbyt gorące, aby utrzymać stałe pole magnetyczne (temperatura Curie), ale prawdopodobnie działa stabilizująco na pole magnetyczne wytwarzane przez ciekłe jądro zewnętrzne. Badania wskazują, że jądro wewnętrzne Ziemi obraca się szybciej niż reszta planety, o ok. 0,3–0,5° rocznie[101].
Temperatura w jądrze Ziemi wynosi 6230 ± 500 K[102].
Ciepło
Ciepło wewnętrzne Ziemi pochodzi od resztek ciepła pochodzącego z akreacji planetarnej (20%) oraz ciepła produkowanego w procesie rozpadu radioaktywnego (80%)[103]. Głównymi izotopami produkującymi ciepło we wnętrzu Ziemi są potas-40, uran-238, uran-235 oraz tor-232[92]. W samym środku jądra Ziemi temperatura może sięgać nawet 6000 °C[104], a ciśnienie osiąga do 360 GPa[90]. Ponieważ większość ciepła powstaje podczas rozpadu radioaktywnego, naukowcy postulują, że we wczesnej fazie życia Ziemi produkcja ciepła była dużo większa. Miała ona miejsce ok. 3 mld lat temu i była dwukrotnie większa niż dzisiaj[103] – w jej wyniku w szybszym tempie zachodziło zjawisko konwekcji oraz tektonika płyt; pozwoliła także na produkcję rzadkich skał magmowych, m.in. komatytów, których produkcja zachodzi obecnie dosyć rzadko[105].
Średnia ilość ciepła ubywającego z Ziemi wynosi 87 mW/m², z kolei całkowita ilość wynosi 4,42×1013 W[106]. Część energii cieplnej jądra ziemskiego jest transportowana do skorupy przez pióropusze płaszcza. Więcej ciepła ziemskiego ubywa z kolei wskutek ruchów konwekcyjnych w płaszczu, które na powierzchni objawiają się w postaci tektoniki płyt, przez zapadanie chłodnych płyt w procesie subdukcji i upwelling płaszcza związany z grzbietami śródoceanicznymi. Pozostałe ciepło ubywa przez przewodzenie ciepła przez skały litosfery, głównie pod oceanami, ponieważ płaszcz ziemski jest tam cieńszy niż pod kontynentami[107].
Tektonika płyt
- Osobny artykuł: Tektonika płyt.
W XIX wieku zauważono, że kontynenty „pasują” do siebie jak elementy układanki. Co więcej, na odpowiadających sobie wybrzeżach znaleziono te same formacje skalne, mimo że lądy te były oddalone od siebie o tysiące kilometrów. Ponadto skamieniałości wspólnego pochodzenia znajdowano w miejscach zupełnie odmiennych i oddalonych, np. na Antarktydzie i w Indiach. To skłoniło uczonych do spekulacji na temat „ewolucji” skorupy ziemskiej. Teoria Wegenera z 1912 sugerowała wędrówkę kontynentów; nie wyjaśniała ona jednak w jaki sposób kontynenty mogą się przemieszczać. W latach 30. XX wieku hipoteza Wegenera została zarzucona, a na początku lat 60. wykrystalizowała się nowa teoria – teoria tektoniki płyt w pewnym stopniu oparta o wywody Wegenera.
Według dominującej obecnie teorii tektoniki płyt, powłoka zewnętrzna Ziemi składa się z dwóch warstw: sztywnej litosfery i płynnej astenosfery. Astenosfera to region, który ze względu na wyższą temperaturę i ciśnienie zachowuje się jak ciało plastyczne i może bardzo powoli płynąć. Litosfera pod wpływem ciepła ulega deformacji i rozbija się na bloki nazywane płytami tektonicznymi, które unoszą się na płynnym materiale astenosfery jak tafle lodu na powierzchni oceanu. Płyty stopniowo przesuwają się względem siebie; wyróżnia się trzy typy granic płyt: rozbieżne (płyty oddalają się od siebie, np. Grzbiet Śródatlantycki), zbieżne (jedna płyta podsuwa się pod drugą, np. Andy) i przesuwcze (płyty przesuwają się względem siebie, np. San Andreas). Na granicach płyt tektonicznych może zachodzić aktywność wulkaniczna, orogeneza, trzęsienia ziemi oraz formowanie się rowów oceanicznych[108].
Podczas gdy płyty tektoniczne przemieszczają się po powierzchni planety, dno oceanu jest subdukowane pod krawędzie natarcia planety na granicach zbieżnych. W tym samym czasie upwelling płaszcza ziemskiego na granicach rozbieżnych tworzy grzbiety oceaniczne. Połączenie tych procesów nieustannie przemieszcza płyty oceaniczne z powrotem do płaszcza ziemskiego. Z tego powodu większa część dna oceanicznego ma mniej niż 100 mln lat. Najstarsza płyta oceaniczna znajduje się w zachodniej części Oceanu Spokojnego – ma ona ok. 200 mln lat[109][110]. Dla porównania, najstarsza płyta kontynentalna ma 4,03 mld lat[111].
Nazwa płyty | Powierzchnia mln km² |
---|---|
płyta afrykańska | 61,3 |
płyta antarktyczna | 60,9 |
płyta arabska | 5,0 |
płyta australijska | 47,2 |
płyta eurazjatycka | 67,8 |
płyta filipińska | 5,4 |
płyta karaibska | 3,3 |
płyta kokosowa | 2,9 |
płyta indyjska | 11,9 |
płyta Juan de Fuca | 0,3 |
płyta Nazca | 15,6 |
płyta północnoamerykańska | 75,9 |
płyta południowoamerykańska | 43,6 |
płyta pacyficzna | 103,3 |
płyta Scotia | 1,7 |
płyta somalijska | 16,7 |
Płyta australijska rozłączyła się z płytą indyjską ok. 50–55 mln lat temu. Najbardziej aktywne są płyty oceaniczne, takie jak płyta kokosowa, przesuwająca się z prędkością 75 mm/rok[113] i płyta pacyficzna (52–69 mm/rok). Najmniej aktywna jest płyta eurazjatycka, przesuwająca się z szybkością 21 mm/rok[114].
Pole magnetyczne
- Osobny artykuł: Ziemskie pole magnetyczne.
Ziemia wytwarza pole magnetyczne, odpowiadające, w pobliżu powierzchni Ziemi, w przybliżeniu polu dipola, którego bieguny położone są w pobliżu biegunów geograficznych. Oś magnetyczna nie pokrywa się jednak z osią obrotu Ziemi, lecz jest od niej odchylona o kilkanaście stopni i zmienia swoje położenie; obecnie odchylenie to wynosi około 11°.
Jako biegun północny igły magnetycznej (i ogólnie magnesów) przyjęło się wskazywać ten z jej końców, który wskazuje północ. Jest on przyciągany przez odwrotnie spolaryzowany biegun magnetyczny Ziemi, skąd wynika, iż na północnej półkuli Ziemi znajduje się jej południowy biegun magnetyczny i odwrotnie, na południu biegun północny[115]. Mimo to często stosowane jest oznaczanie biegunów magnetycznych Ziemi zgodnie z nazwami biegunów geograficznych, a odwrotnie w stosunku do oznaczeń biegunów magnesu stosowanych w fizyce.
Według teorii dynama, pole magnetyczne Ziemi powstaje w zewnętrznym płynnym jądrze Ziemi, w wyniku ruchów konwekcyjnych porządkowanych przez ruch wirowy Ziemi. Ruchy te generują prąd elektryczny, który wytwarza pole magnetyczne. Ruchy konwekcyjne w jądrze są z natury chaotyczne i okresowo zmieniają ustawienie co jest prawdopodobną przyczyną przebiegunowania Ziemi, następującego nieregularnie, średnio kilka razy w przeciągu miliona lat. Ostatnie przebiegunowanie miało miejsce około 700 000 lat temu[116][117].
Pole magnetyczne tworzy magnetosferę ziemską, która odchyla cząstki wiatru słonecznego, wskutek czego pole ulega deformacji. Część odchylonych cząsteczek wiatru słonecznego powoduje powstanie koncentrycznych pierścieni naładowanych elektrycznie cząstek, nazywanych pasami Van Allena. Kiedy plazma przenika atmosferę Ziemi w pobliżu biegunów magnetycznych, zachodzi zjawisko zorzy polarnej[118]. Dział nauki zajmujący się badaniem pola magnetycznego planety to geomagnetyzm.