Земля

Земля  

Фотографія Землі зроблена з Аполлона-17
Орбітальні характеристики
Епоха J2000.0
Афелій	152 098 232 км 1,01671388 а. о.
Перигелій	147 098 290 км 0,98329134 а. о.
Велика піввісь	149 598 261 км 1,00000261 а. о.
Ексцентриситет	0,01671123
Орбітальний період	365,256363004 днів 1,000017421 рік
Середня орбітальна швидкість	29 785,9 м/с
Є супутником	Сонця
Супутники	Місяць
Фізичні характеристики
Середній радіус	6371,3 км
Екваторіальний радіус	6378,14 км
Полярний радіус	6356,78 км
Довжина обводу	40 075,16 км (екватор) 40 008,00 км (меридіан)
Площа поверхні	510 065 700 км2
Об'єм	1,0832×1012 км3
Маса	5,9737×1024 кг
Середня густина	5,515 г/см3
Тяжіння на поверхні	9,766 м/с2, або 1 g
Друга космічна швидкість	11 180 м/с
Зоряна доба	0,99726968 днів 23 год 56 хв 4,100 с
Нахил осі	23°26′21″,4119
Альбедо	0,367
Темп. поверхні    Кельвіни	мін. сер. макс. 183,7 K 287,2 K 331 K
Атмосфера
Тиск на поверхні	101,325 кПа 1 бар
Склад	78,08% азот (N2) 20,95% кисень (O2) 0,93% аргон 0,038% двоокис вуглецю Близько 1% водяної пари (залежить від клімату)

Земля́ — третя від Сонця планета Сонячної системи, єдина планета, на якій відоме життя, домівка людства. Земля належить до планет земної групи і є найбільшою з цих планет у Сонячній системі. Землю іноді називають світом, латинською назвою Терра або грецькою — Гея.

Земля є об'єктом дослідження значної кількості наук про Землю. Вивчення Землі як небесного тіла належить до царини астрономії, будову і склад Землі вивчає геологія, стан атмосфери — метеорологія, сукупність проявів життя на планеті — біологія. Географія дає опис особливостей рельєфу поверхні планети — океанів, морів, озер та рік, материків та островів, гір та долин, а також людські поселення й cуспільні утворення: міста й села, держави, економічні райони тощо.

Історія

Земля утворилася приблизно 4,54 млрд років тому із дископодібної протопланетарної хмари разом із іншими планетами Сонячної системи. Формування Землі в результаті акреції тривало 10—20 млн років. Спочатку Земля була повністю розплавленою^{[Джерело?]}, але поступово охолола, і на її поверхні утворилася тонка тверда оболонка — земна кора.

Незабаром після утворення Землі, приблизно 4,53 млрд років тому, утворився Місяць. Одна з сучасних теорій утворення єдиного природного супутника Землі стверджує, що це відбулося як наслідок зіткнення з масивним небесним тілом, яке отримало назву Тея.

Первинна атмосфера Землі утворилася в результаті дегазації гірських порід та вулканічної активності. З атмосфери сконденсувалася вода, утворивши Світовий океан. Незважаючи на те, що Сонце на той час світило на 70% слабше^{[Джерело?]}, ніж тепер, геологічні дані показують, що океан не замерз, що, можливо, пов'язано з парниковим ефектом. Приблизно 3,5 млрд років тому сформувалося магнітне поле Землі, що захистило її атмосферу від сонячного вітру.

Утворення Землі і початковий етап її розвитку (тривалістю приблизно 1,2 млрд років) належать до догеологічної історії. Абсолютний вік найдавніших гірських порід становить понад 3,5 млрд років і, починаючи з цього часу, веде відлік геологічна історія Землі, яка поділяється на два нерівні етапи: докембрій, що тривав приблизно 5/6 усього геологічного літочислення (близько 3 млрд. років), і фанерозой, що охоплює останні 570 млн років. Близько 3-3,5 млрд років тому в результаті еволюції матерії на Землі виникло життя, почався розвиток біосфери — сукупності всіх живих організмів (так звана жива речовина Землі), яка суттєво вплинула на розвиток атмосфери, гідросфери й геосфери (принаймні в частині осадової оболонки). У результаті кисневої катастрофи діяльність живих організмів змінила склад атмосфери Землі, збагативши її киснем, що створило можливість для розвитку аеробних живих істот.

Новий фактор, що справляє могутній вплив на біосферу та навіть геосферу — діяльність людства, що з'явилося на Землі після появи в результаті еволюції людини менш ніж 3 млн років тому (єдності щодо датування не досягнуто й деякі дослідники вважають — 7 млн років тому). Відповідно, у процесі розвитку біосфери виділяють утворення й подальший розвиток ноосфери — оболонки Землі, на яку значний вплив має діяльність людини.

Високі темпи зростання населення Землі (чисельність земного населення складала 275 млн у 1000 році, 1,6 млрд у 1900 році^{[Джерело?]} і приблизно 6,7 млрд у 2009 році) і посилення впливу людського суспільства на природне середовище висунули проблеми раціонального використання всіх природних ресурсів і охорони природи.

Майбутнє планети

Див. також: Ризики для цивілізації, людей і планети Земля

Планетарні характеристики

Земля обертається навколо Сонця еліптичною орбітою (дуже близькою до колової) із середньою швидкістю 29 765 м/с на середній відстані 149,6 млн км із періодом, що приблизно дорівнює 365,24 доби. Земля має супутник — Місяць, який обертається навколо Землі на середній відстані 384 400 км. Нахил земної осі до площини екліптики становить 66°33′22″. Період обертання планети навколо своєї осі 23 год 56 хв 4,1 с. Обертання навколо своєї осі викликає зміну дня і ночі, а нахил осі до екліптики разом із обертанням навколо Сонця — зміну пір року.

Форма Землі — геоїд. Середній радіус Землі становить 6371,032 км, екваторіальний — 6378,16 км, полярний — 6356,777 км. Площа поверхні земної кулі 510 млн км², об'єм — 1,083·10¹² км², середня густина — 5518 кг/м³. Маса Землі складає 5976·10²¹ кг. Земля має магнітне і тісно пов'язане з ним електричне поля^{[Джерело?]}. Гравітаційне поле Землі зумовлює її близьку до сферичної форму й існування атмосфери.

За сучасними космогонічними уявленнями Земля утворилася приблизно 4,7 млрд років тому з розсіяної в протосонячній системі газопилової речовини. Внаслідок диференціації речовини Землі, під дією гравітаційного поля, в умовах розігріву земних надр виникли і розвилися різні за хімічним складом, агрегатним станом і фізичними властивостями оболонки — геосфери: ядро (у центрі), мантія, земна кора, гідросфера, атмосфера, магнітосфера. У складі Землі переважає залізо (34,6%), кисень (29,5%), кремній (15,2%), магній (12,7%)^{[Джерело?]}. Земна кора, мантія і внутрішня частина ядра тверді (зовнішня частина ядра вважається рідкою)^{[Джерело?]}. Від поверхні Землі до центру зростають тиск, густина й температура. Тиск у центрі планети 3,6·10¹¹ Па, густина приблизно 12,5·10³ кг/м³, температура в діапазоні від 5000 до 6000 °C. Основні типи земної кори — материкова та океанічна, у перехідній зоні від материка до океану розвинута кора проміжної будови.

Земля - єдина відома планета , температура якої дає змогу воді утримуватись на поверхні , а атмосфера містить кисень . Вода і кисень необхідні для життя .

Форма Землі

Фігура Землі — це ідеалізація, за допомогою якої намагаються описати форму планети. Залежно від мети опису використовують різні моделі форми Землі.

Перше наближення

Найбільш грубою формою опису фігури Землі при першому наближенні — є сфера. Для більшості проблем загального землезнавства цього наближення видається достатнім, щоб використовувати в описі чи дослідженні деяких географічних процесів. У такому разі відкидають сплющеність планети при полюсах як несуттєве зауваження. Земля має одну вісь обертання та екваторіальну площину — площину симетрії та площини симетрії меридіанів, що характерно відрізняє її від безкінечності множин симетрії ідеальної сфери. Горизонтальна структура географічної оболонки характеризується визначеною поясністю та певною симетрією щодо екватора.

Друге наближення

Див. також: Земний еліпсоїд та Еліпсоїд Красовського

При більшому наближенні фігуру Землі прирівнюють до еліпсоїда обертання. Ця модель, що характеризується вираженою віссю, екваторіальною площиною симетрії та меридіональними площинами, використовується в геодезії для обчислення координат, будування картографічних мереж, розрахунків, тощо. Різниця півосей такого еліпсоїда становить 21 км, велика вісь — 6378,160 км, мала — 6356,777 км, ексцентриситет — 1/298,25. Положення поверхні легко може бути теоретично розраховано, але його неможливо визначити експериментально в натурі.

Третє наближення

Через те, що екваторіальний переріз Землі також еліпс з різницею довжин півосей у 200 м й ексцентриситетом 1/30000, третьою моделлю виступає тривісний еліпсоїд. У географічних дослідженнях ця модель майже не використовується, вона лише свідчить про складну внутрішню будову планети.

Четверте наближення

Геоїд — це еквіпотенціальна поверхня, що збігається з середнім рівнем Світового океану, є геометричним місцем точок простору, що мають однаковий потенціал сили ваги. Така поверхня має неправильну складну форму, тобто не є площиною. Рівнева поверхня в кожній точці перпендикулярна до виска. Практичне значення та важливість цієї моделі полягає в тому, що лише за допомогою виска, рівня, нівеліра та інших геодезичних приладів можна простежити положення рівневих поверхонь, тобто, в нашому випадку, геоїда.

Хімічний склад

Хімічний склад земної кори

Compound	Formula	Composition
		Continental	Oceanic
Діоксид кремнію	SiO2	60.2%	48.6%
Оксид алюмінію	Al2O3	15.2%	16.5%
Оксид кальцію	CaO	5.5%	12.3%
Оксид магнію	MgO	3.1%	6.8%
Монооксид заліза	FeO	3.8%	6.2%
Оксид натрія	Na2O	3.0%	2.6%
Оксид калія	K2O	2.8%	0.4%
Оксид заліза(III)	Fe2O3	2.5%	2.3%
water	H2O	1.4%	1.1%
Діоксид вуглецю	CO2	1.2%	1.4%
Оксид титана(IV)	TiO2	0.7%	1.4%
Оксид фосфору(V)	P2O5	0.2%	0.3%
Total		99.6%	99.9%

Океан і суходіл

Генеральна особливість будови земної поверхні полягає в розподілі на материки і океани. Велика частина Землі зайнята Світовим океаном (361,1 млн. км²; 70,8%), суходіл складає 149,1 млн. км² (29,2%), і утворює шість материків (Євразію, Африку, Північну Америку, Південну Америку, Антарктиду і Австралію) і острови. Він підіймається над рівнем світового океану в середньому на 875 м (найбільша висота 8848 м — гора Джомолунгма), гори займають понад 1/3 поверхні суходолу. Пустелі вкривають приблизно 20% поверхні суходолу, ліси — близько 30%, льодовики — понад 10%. Амплітуда висот на планеті сягає 20 км. Середня глибина світового океану приблизно дорівнює 3800 м (найбільша глибина 11020 м — Маріанський жолоб (западина) у Тихому океані). Обсяг води на планеті складає 1370 млн км³, середня солоність 35 ‰ (г/л).

Геологічна будова

Внутрішнє ядро, за припущенням, має діаметр 2600 км і складається з чистого заліза чи нікелю, зовнішнє ядро товщиною 2250 км із розплавленого заліза або нікелю, мантія близько 2900 км завтовшки складається переважно з твердих гірських порід, відділена від земної кори поверхнею Мохоровича. Кора і верхній шар мантії утворюють 12 основних рухомих блоки, деякі з них несуть континенти. Плато постійно повільно рухаються, цей рух називається тектонічним дрейфом.

Внутрішня будова і склад «твердої» Землі. 3. складається з трьох основних геосфер: земної кори, мантії і ядра, яке, в свою чергу, поділяється на ряд шарів. Речовина цих геосфер різна за фізичними властивостями, станом і мінералогічним складом. У залежності від величини швидкостей сейсмічних хвиль і характеру їх зміни з глибиною «тверду» Землю ділять на вісім сейсмічних шарів: А, В, С, D', D", Е, F і G. Крім того, в Землі виділяють особливо міцний шар літосферу і наступний, розм'якшений шар — астеносферу. Шар А, або земна кора, має змінну товщину (в континентальній області — 33 км, в океанічній — 6 км, в середньому — 18 км).

будова Землі

Перетин Землі від ядра до екзосфери

Під горами кора потовщується, в рифтових долинах серединно-океанічних хребтів майже зникає. На нижній межі земної кори, — поверхні Мохоровичича, — швидкості сейсмічних хвиль зростають стрибкоподібно, що пов'язано переважно зі зміною речовинного складу з глибиною, переходом від гранітів і базальтів до ультраосновних гірських порід верхньої мантії. Шари В, С, D', D" входять у мантію. Шари Е, F і G утворюють ядро Землі радіусом 3486 км. На межі з ядром (поверхні Гутенберґа) швидкість подовжніх хвиль різко зменшується на 30%, а поперечні хвилі зникають, що вказує на те, що зовнішнє ядро (шар Е, що тягнеться до глибини 4980 км) рідке. Нижче перехідного шару F (4980-5120 км) знаходиться тверде внутрішнє ядро (шар G), в якому знову розповсюджуються поперечні хвилі.

У твердій земній корі переважають такі хімічні елементи: кисень (47,0%), кремній (29,0%), алюміній (8,05%), залізо (4,65%), кальцій (2,96%), натрій (2,5%), магній (1,87%), калій (2,5%), титан (0,45%), які в сумі складають 98,98%. Найбільш рідкісні елементи: Ро (приблизно 2·10^-14 %), Ra (2·10^-10 %), Re (7·10^-8 %), Au (4,3·10^-7 %), Bi (9·10^-7 %) тощо.

У результаті магматичних, метаморфічних, тектонічних процесів і процесів осадоутворення земна кора різко диференційована, в ній протікають складні процеси концентрації і розсіяння хімічних елементів, що приводять до утворення різних типів порід.

Вважають, що верхня мантія за складом близька до ультраосновних порід, в яких переважає О (42,5%), Mg (25,9%), Si (19,0%) і Fe (9,85%). У мінеральному відношенні тут панує олівін, менше піроксенів. Нижню мантію вважають аналогом кам'яних метеоритів (хондритів). Ядро 3емлі за складом аналогічне залізним метеоритам і містить приблизно 80% Fe, 9% Ni, 0,6% Co. На основі метеоритної моделі розрахований середній склад Землі, в якому переважає Fe (35%), О (30%), Si (15%) і Mg (13%).

Температура є однією з найважливіших характеристик земних надр, що дозволяють пояснити стан речовини в різних шарах і побудувати загальну картину глобальних процесів. За вимірюваннями в свердловинах температура на перших кілометрах наростає з глибиною з градієнтом 20 °C/км. На глибині 100 км, де знаходяться первинні вогнища вулканів, середня температура трохи нижча за температуру плавлення гірських порід і дорівнює 1100 °C. При цьому під океанами на глибині 100—200 км температура вища, ніж під континентами, на 100—200 °C. Стрибок густини речовини в шарі С на глибинв 420 км відповідає тиску 1,4·10¹⁰ Па і ототожнюється з фазовим переходом в олівіні, який відбувається при температурі приблизно 1600 °C. На межі з ядром при тискові 1,4·10¹¹ Па і температурі порядку 4000 °C силікати знаходяться в твердому стані, а залізо в рідкому. У перехідному шарі F, де залізо затвердіває, температура може бути 5000 °C, в центрі 3емлі — 5000-6000 °C, тобто, адекватна темппературі поверхні Сонця.

Див. Мінерагенія Землі, Пульсаційна гіпотеза, Сейсмічність Землі

Атмосфера Землі

Атмосфера Землі, загальна маса якої 5,15·10¹⁵ т, складається з повітря — суміші в основному азоту (78,08%) і кисню (20,95%), 0,93% аргону, 0,03% вуглекислого газу, інше — це водяна пара, а також інертні та інші гази. Максимальна температура поверхні суходолу 57-58 °C (у тропічних пустелях Африки і Північної Америки), мінімальна — близько −90 °C (у центральних районах Антарктиди).

Атмосфера Землі захищає все живе від згубного впливу космічного випромінювання.

Хімічний склад атмосфери Землі: 78,1% — азот, 20 — кисень, 0,9 — аргон, решта — вуглекислий газ, водяна пара, водень, гелій, неон.

Атмосфера Землі включає:

• тропосферу (до 15 км)
• стратосферу (15—100 км)
• іоносферу (100 — 500 км).

Між тропосферою і стратосферою розміщується перехідний шар — тропопауза. У глибинах стратосфери під впливом сонячного світла створюється озоновий екран, який захищає живі організми від космічного випромінювання. Вище — мезо-, термо- й екзосфери.

Погода і клімат

Нижній шар атмосфери називається тропосферою. В ній відбуваються явища, які визначають погоду. Внаслідок нерівномірного нагрівання поверхні Землі сонячною радіацією, в тропосфері безперестанно проходить циркуляція великих мас повітря. Основними повітряними течіями в атмосфері Землі є пасати в смузі до 30° обабіч екватора та західні вітри помірного поясу в смузі від 30° до 60°. Іншим фактором переносу тепла є система океанічних течій.

Вода здійснює на поверхні землі постійний кругообіг. Випаровуючись із поверхні вод та суходолу, при сприятливих умовах водяна пара піднімається вгору в атмосфері, що призводить до утворення хмар. Вода повертається на поверхню землі у вигляді атмосферних опадів і стікає до морів і океанів системою рік.

Кількість сонячної енергії, яку отримує поверхня Землі зменшується зі зростанням широти. Чим далі від екватора, тим менший кут падіння сонячних променів на поверхню, і тим більша відстань, яку повинен пройти промінь у атмосфері. Внаслідок цього середньорічна температура на рівні моря зменшується приблизно на 0.4 °C на один градус широти. Поврехню Землі розділяють на широтні пояси з приблизно одинаковим кліматом: тропічний, субтропічний, помірний та полярний. Класифікація кліматів залежить від температури та кількості опадів. Найбільше визнання здобула класифікація кліматів Кеппена, за якою виділяють п'ять широких груп — вологі тропіки, пустеля, вологі середні широти, континентальний клімат, холодний полярний клімат. Кожна з цих груп розділяється на специфічні підрупи.

Вплив людини на атмосферу Землі

Атмосфера Землі зазнає значного впливу життєдіяльності людини. Близько 300 млн автомобілів щорічно викидають в атмосферу 400 млн т оксидів вуглецю, понад 100 млн т вуглеводів, сотні тисяч тонн свинцю. Найпотужніші виробники викидів в атмосферу: ТЕС, металургійна, хімічна, нафтохімічна, целюлозна та інші галузі промисловості, автотранспорт.

Систематичне вдихання забрудненого повітря помітно погіршує здоров'я людей. Газоподібні і пилові домішки можуть надавати повітрю неприємного запаху, подразнювати слизові оболонки очей, верхніх дихальних шляхів і тим самим знижувати їхні захисні функції, бути причиною хронічних бронхітів та захворювань легенів. Численні дослідження показали, що на фоні патологічних відхилень в організмі (захворювання легенів, серця, печінки, нирок та інших органів) шкідлива дія атмосферного забруднення проявляється сильніше. Важливою екологічною проблемою стало випадання кислотних дощів. Щорічно при спалюванні палива в атмосферу надходить до 15 млн т двоокису сірки, який, сполучаючись з водою, утворює слабкий розчин сірчаної кислоти, що разом з дощем випадає на землю. Кислотні дощі негативно впливають на людей, врожай, споруди і т. ін.

Забруднення атмосферного повітря може також опосередковано впливати на здоров'я і санітарні умови життя людей.

Накопичення в атмосфері вуглекислого газу може викликати потепління клімату в результаті парникового ефекту. Суть його полягає в тому, що шар двоокису вуглекислого газу, який вільно пропускає сонячну радіацію до Землі, буде затримувати повернення у верхні шари атмосфери теплового випромінювання. У зв'язку з цим у нижніх шарах атмосфери підвищуватиметься температура, що, у свою чергу, призведе до танення льодовиків, снігів, підйому рівня океанів і морів, затоплення значної частини суші.

Розвиток уявлень про Землю

Міфологія багатьох народів світу персоніфікувала Землю як божество, наприклад Гея у стародавніх греків. Священні тексти багатьох релігій містять розповіді про творіння Землі. Людські уявлення про форму Землі змінювалися з часом. Віра в пласку Землю поступилася уявленням про сферичну форму Землі з розвитком мореплавання. До 16 ст. здебільшого вважалося, що Земля є центром Всесвіту, але віра поступилася геліоцентризму, починаючи з часів Миколи Коперника.

Нові моживості дослідження Землі зовні з'явилися з початком космічної ери.

На початку 21 ст. людство значною мірою бентежать проблеми майбутнього планети, фактори впливу людської діяльності на Землю, та загрози для навколишнього середовища, викликані такою діяльністю.

Див. також

• Пульсаційна гіпотеза