Ziemia

Ziemia – trzecia w kolejności (licząc od Słońca) i piąta co do wielkości planeta Układu Słonecznego.

Wokół Ziemi krąży jeden naturalny satelita – Księżyc oraz prawdopodobnie dwa księżyce pyłowe (księżyce Kordylewskiego) i znaczna liczba sztucznych satelitów. Stałą, stabilną orbitę posiada także planetoida 3753 Cruithne, która pozostając w rezonansie z orbitą Ziemi przez niektórych jest uważana za drugi księżyc Ziemi.

Uformowała się około 4,57 miliarda lat temu.

Ziemia ma właściwą masę i grawitację dla utrzymania atmosfery, która chroni przed szkodliwym promieniowaniem ultrafioletowym, a także pole magnetyczne chroniące przed pochodzącym ze Słońca promieniowaniem korpuskularnym. Oddalenie od Słońca jest właściwe dla utrzymania odpowiedniej temperatury. Uważa się, że czynniki te sprzyjały powstaniu życia na naszej planecie. Jest największą z planet skalistych w Układzie Słonecznym, a także jak dotychczas jedynym znanym miejscem występowania życia.

Powierzchnia całkowita: 510,072 milionów km²
Powierzchnia lądowa: 148,94 milionów km² (29,2% powierzchni całkowitej)
Powierzchnia wodna: 361,132 milionów km² (70,8% powierzchni całkowitej)

Skorupa
Skorupa ziemska jest zewnętrzną powłoką Ziemi. Rozciąga się od nieciągłości Mohoroviicia (zwanej też powierzchnią Moho) aż do powierzchni Ziemi. Powierzchnia Moho znajduje się na głębokości około 50-60 km, a została odkryta przez chorwackiego geofizyka Andriję Mohoroviicia w 1910 r. Pomiędzy powierzchnią Ziemi a powierzchnią Moho znajduje się jeszcze jedna powierzchnia nieciągłości, zwana powierzchnią Conrada. Została ona odkryta w 1925 r. przez V. Conrada. Według najnowszych badań powierzchnia ta w wielu rejonach świata nie występuje lub jest bardzo niewyraźna. Skorupę ziemską możemy podzielić na skorupę kontynentalną i oceaniczną. Zewnętrzna warstwa skorupy ziemskiej zbudowana jest ze skał o gęstości 2,6 - 2,7 g/cm3 co odpowiada średniej gęstości skał granitowych. Prędkość rozchodzenia się fali 5,9 - 6,3 km/s. Pod centralnymi częściami oceanów ta skorupa nie występuje w ogóle. Jej miąższość wynosi 12 - 15 km. Pod wysokimi górami zanurza się do 30 km.


Płaszcz
Płaszcz ziemski sięga do głębokości 2890 km. Ciśnienie u podstawy płaszcza wynosi ok. 140 GPa (1,4 Matm). Płaszcz, w którym rozróżnia się dwie warstwy, składa się głównie z substancji bogatych w żelazo i magnez.

Płaszcz górny, zwany zewnętrznym - budują go związki: chromu (Cr), żelaza (Fe), krzemu (Si) i magnezu (Mg) (tzw. crofesima). Średnia gęstość tej sfery wynosi 4,0 g/cm³. Górna część zewnętrznego płaszcza ma od 80 do 150 km głębokości; jest już warstwą o cechach plastycznych - stanowi jak gdyby podściółkę zapewniającą skorupie ziemskiej ruchliwość. Zachodzą w niej wszystkie procesy tektoniczne.

Płaszcz dolny, zwany też wewnętrznym - zbudowany głównie z niklu (Ni), żelaza (Fe), krzemu(Si) i magnezu (Mg) (tzw. nifesima). Średnia gęstość płaszcza wewnętrznego waha się w granicach 5,0-6,6 g/cm³. W płaszczu Ziemi zachodzą prawdopodobnie zjawiska związane z powolnym przemieszczaniem się w górę plastycznych mas materii pod wpływem ciepła (ruchy konwekcyjne).

Punkt topnienia substancji zależy od ciśnienia, jakiemu jest poddawana. Im głębiej, tym ciśnienie większe, zatem uważa się, że płaszcz dolny jest stanu stałego, a górny – stanu plastycznego (półpłynnego). Lepkość płaszcza górnego waha się między 1021, a 1024 Pa·s, w zależności od głębokości [1]. Wobec tego płaszcz górny może pływać bardzo powoli.

Dlaczego uważa się, że jądro wewnętrzne jest stanu stałego, jądro zewnętrzne – stanu ciekłego, a płaszcz – stałego bądź plastycznego? Punkty topnienia substancji bogatych w żelazo jest wyższy niż czystego żelaza. Jądro Ziemi składa się prawie wyłącznie z czystego żelaza, podczas gdy substancje bogate w żelazo częściej występują poza jądrem. Zatem substancje żelazowe przy powierzchni są stałe, a w płaszczu górnym – półpłynne (z powodu wysokiej temperatury i względnie niskiego ciśnienia), w płaszczu dolnym – stałe (poddawane są olbrzymiemu ciśnieniu), w jądrze zewnętrznym czyste żelazo jest płynne, jako że ma niską temperaturę topnienia (pomimo ogromnego ciśnienia), zaś jądro wewnętrzne jest stałe z powodu najwyższego ciśnienia występującego w centrum.

Jądro
Ciężar właściwy Ziemi wynosi 5515 kg/m3, czyniąc ją najgęstszą planetą w Układzie Słonecznym. Ciężar właściwy przy powierzchni wynosi tylko ok. 3000 kg/m3. Jądro składa się z bardziej gęstych substancji. W dawniejszych epokach, ok. 4,5 mld (4,5109) 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 (80%), niklu i krzemu. Inne cięższe pierwiastki, jak ołów i uran, występują zbyt rzadko, żeby przewidzieć ich dokładne rozmieszczenie oraz mają tendencję do tworzenia wiązań z lżejszymi pierwiastkami, zatem pozostają w płaszczu.

Jądro podzielone jest zasadniczo na dwie części, stałe jądro wewnętrzne o promieniu ok. 1250 km i płynne jądro zewnętrzne wokół niego sięgające promienia ok. 3500 km. Przyjmuje się, że wewnętrzne jądro jest w stanie stałym i składa się głównie z żelaza z domieszką niklu. Niektórzy uważają, że jądro wewnętrzne może tworzyć żelazny monokryształ. Jądro wewnętrzne jest otoczone przez jądro zewnętrzne i składa się przypuszczalnie z ciekłego żelaza zmieszanego z ciekłym niklem i śladowymi ilościami pierwiastków lekkich. Ogólnie uważa się, że konwekcja jądra zewnętrznego połączona z ruchem rotacyjnym Ziemi (zob.: Siła Coriolisa), wytwarza ziemskie pole magnetyczne przez proces znany jako efekt dynama. Stałe jądro wewnętrzne jest zbyt gorące aby utrzymać stałe pole magnetyczne (zob. Temperatura Curie) ale prawdopodobnie działa stabilizująco na pole magnetyczne wytwarzane przez ciekłe jądro zewnętrzne.

Ostatnie badania wskazują, że jądro wewnętrzne Ziemi może obracać się szybciej niż reszta planety, około 2 rocznie (Comins DEU-s.82).

Według najnowszych hipotez geochemika amerykańskiego J. Marvina Herdona, jest wielce prawdopodobne, iż wewnętrzne jądro Ziemi to ciągle działający reaktor jądrowy o mocy ok. 4 TW, w którym uran ulega rozszczepieniu. Ta teoria próbuje opisać niewyjaśniony dotychczas problem źródła ciepła wnętrza Ziemi. Jest sprzeczna z dotychczasowym modelem, w którym jądro stałe Ziemi zbudowane jest głównie z atomów żelaza i niklu, a uran łączący się krzemem stanowi lżejszy minerał i pozostał w płaszczu Ziemi. Hipoteza ta nie jest uznawana przez pozostałych geofizyków.


Hydrosfera
Hydrosfera to wodna powłoka Ziemi. Tworzą ją wody powierzchniowe (oceany, morza, rzeki, jeziora, bagna) i podziemne, jak również lodowce, pokrywy śnieżne, lody podziemne oraz para wodna.


Biosfera
Ziemia jest jedynym znanym miejscem występowania życia. Ziemskie formy życia są czasem określane jako \"biosfera\". Uważa się, że biosfera zaczęła się rozwijać ok. 3,5 mld (3,5109) lat temu. Biosfera dzieli się na wiele biomów zamieszkiwanych przez florę i faunę wspólnego pochodzenia. Biomy lądowe są podzielone głównie ze względu na szerokość geograficzną. Ziemskie biomy leżące w Arktyce i Antarktydzie są względnie ubogie w życie roślinne i zwierzęce, podczas gdy biomy najbogatsze w formy życia leżą w strefie równikowej.


Dryf kontynentów
W XIX wieku, zwrócono uwagę na fakt, 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. Do tego takie same skamieniałości znajdowano w miejscach zupełnie odmiennych i oddalonych, np. na Antarktydzie i w Indiach.

To skłoniło uczonych do spekulacji na temat \"ewolucji\" litosfery ziemskiej. Jedną z teorii wysunął w 1912 roku Alfred Wegener (tzw. teoria Wegenera), nie zyskała ona jednak wielu zwolenników, być może dlatego, że nie wyjaśniała, w jaki sposób kontynenty mogą się przemieszczać. W latach 30. XX wieku hipoteza Wegenera została zarzucona, a na początku lat 60. wykrystalizowały się dwie nowe teorie - teoria tektoniki płyt oraz teoria ekspandującej Ziemi, w pewnym stopniu oparte o wywody Wegenera i wyjaśniające wiele innych faktów geologicznych oraz mechanizm


Epoki geologiczne
Do epok geologicznych zaliczamy:

Prekambr (4,6 mld lat temu(lt) - 575 mln lt) [dzieli się na erę archaiczną i proterozoiczną]
Paleozoik (575 mln lt - 248 mln lt) [dzieli się na kambr, ordowik, sylur, dewon, karbon i perm]
Mezozoik (248 lt - 65 mln lt) [dzieli się na trias, jurę i kredę]
Kenozoik (65 mln lt - teraz) [dzieli się na paleogen i neogen] (dawniej trzeciorzęd i czwartorzęd).


Klimat
Klimat na Ziemi kształtują trzy podstawowe procesy klimatotwórcze: obieg ciepła, obieg wody i krążenie powietrza, oraz czynniki geograficzne: układ lądów i oceanów, wysokość n.p.m., odległość od morza (oceanu). Klimat jest jednym z czynników ekologicznych wpływających na występowanie i życie organizmów.

Pole magnetyczne
Ziemia wytwarza pole magnetyczne zwane polem magnetycznym Ziemi pole to odpowiada w przybliżeniu polu wytworzonemu przez wielki magnes w kształcie kuli, 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 w czasie (obecnie odchylenie to wynosi około 11).

Dział nauki zajmujący się badaniem pola magnetycznego Ziemi to geomagnetyzm.

Obecnie uznaje się, że pole magnetyczne Ziemi powstaje w zewnętrznym płynnym jądrze Ziemi w wyniku ruchów konwekcyjnych porządkowanych przez ruch wirowy Ziemi. W dalszym ciągu nierozwiązanym pozostaje wiele zagadnień związanych z polem magnetycznym Ziemi np. okresowe zmiany kierunku pola magnetycznego.


Biegun geograficzny
Biegun geograficzny jest miejscem przecięcia się osi ziemskiej z jej powierzchnią. Biegun północny znajduje się na Oceanie Arktycznym, a południowy na Antarktydzie. Ze względu na niewielkie nachylenie osi ziemskiej do osi obiegu 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 znacznie z uwagi na wysoki współczynnik odbicia promieni słonecznych przez lód i śnieg.

Nachylenie osi ziemskiej powoduje jeszcze jedno charakterystyczne zjawisko - dni i noce polarne. Polega ono na tym, że (z wyjątkiem 21 marca i 23 września) promienie słoneczne oświetlają obszar nad biegunem i przez pół roku panuje dzień (Słońce jest nad horyzontem), a przez kolejne pół roku - noc. Obszar wokół bieguna północnego nazywany jest Arktyką, a południowego - Antarktyką.

Pierwszym człowiekiem, który dotarł do bieguna północnego był Robert Peary. Na biegun południowy jako pierwszy dotarł Roald Amundsen.