Ziemia

Granice kontynentów

Ziemia w nocy

Według szacunków z 8 listopada 2008, Ziemię zamieszkuje ok. 6,735,000,000 ludzi^[33]. Prognozy sugerują, że światowa populacja ludzka wzrośnie do 7 mld w 2013 i 9,2 miliardów w 2050^[34], 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, wskutek urbanizacji i przenoszenia się z rejonów wiejskich^[35].

Niepodległe państwa roszczą sobie prawa do poszczególnych powierzchni lądowych, za wyjątkiem niektórych obszarów Antarktydy. W 2008 istniały 203 suwerenne kraje, wliczając w to 192 członków ONZ^[36], Watykan oraz 10 państw generalnie nieuznawanych przez społeczność międzynarodową^[37]. Wyróżnia się również ok. 60 terytoriów zależnych, a także terytoria autonomiczne, sporne i okupowane. Historycznie, Ziemia nigdy nie posiadała suwerennego rządu z autorytetem rozciągającym się na cały glob, choć niektóre państwa usiłowały uzyskać światową dominację.

Organizacja Narodów Zjednoczonych to uniwersalna organizacja międzynarodowa, założona głównie w celu zapobiegania zbrojnym konfliktom pomiędzy narodami, rozwoju współpracy i przestrzeganiu praw człowieka. Nie jest ona jednak rządem światowym. Choć ONZ umożliwia wystosowanie prawa międzynarodowego^[38] oraz, za zgodą członków, zbrojną interwencję, jest to przede wszystkim międzynarodowe forum dyplomacyjne.

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 znacznie z uwagi na wysoki współczynnik odbicia promieni słonecznych od lodu i śniegu.

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

Skład i struktura

Różnica pomiędzy geoidą a elipsoidą

Ziemia, podobnie jak i pozostałe planety skaliste, składa się głównie z krzemianów. 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^[39]. Jest to jedyna znana planeta, na której są aktywne płyty tektoniczne^[40].

Kształt Ziemi zbliżony jest do elipsoidy obrotowej - planeta jest sferą, z wypukłością na równiku. Rzeczywisty kształt planety jest nazywany geoidą - jest to powierzchnia prostopadła do pionu w każdym jej punkcie. Geoida zerowa pokrywa się z powierzchnią oceanów przy pełnej równowadze znajdujących się w nich mas wodnych^[41], czyli bez krótkotrwałych zmian poziomu morza przez prądy morskie i pogodę. Wykazuje ona różnice od -106 m do 85 m w porównaniu z idealną elipsoidą^[42]. Największe odchylenia pod względem wysokości to Mount Everest (8,848 m n.p.m.) i rów Mariański (10,911 m p.p.m.). Ponieważ nieregularności geoidy mogą mieć znaczenie przy dokładnym określaniu położenia, przy pomiarach i obliczeniach geodezyjnych preferowane jest odniesienie do elipsoidy^[41]. W porównaniu do idealnej elipsoidy, Ziemia ma odchylenia względne ok. 1/584, czyli 0,17%. Jest to więc mniej niż wymagana tolerancja kul bilardowych (0,22%)^[43].

Ruch obrotowy Ziemi sprawia, że średnica równika jest o 43 km większa niż średnica pomiędzy biegunami^[44]. Przeciętna średnica wynosi 12 745 591 km. Najbardziej oddalonym miejscem powierzchni od środka planety jest wierzchołek Chimborazo w Ekwadorze.

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%) oraz aluminium (1,4%). Pozostałe pierwiastki występują w śladowych ilościach (1,2%). 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^[46].

Geochemik Frank W. Clarke określił skład ilościowy skorupy ziemskiej. Obliczył on, że składa się ona w 46,6% z tlenu^[47], a skały ziemskie zbudowane są przede wszystkim z tlenków. Wyróżnia się głównie tlenki krzemu, glinu, żelaza, wapnia, magnezu, sodu oraz potasu. Krzemionka funkcjonuje głównie jako kwas, który tworzy krzemiany - minerały, z których zbudowane jest ponad 90% skał tworzących skorupę ziemską.

Wnętrze Ziemi można podzielić ze względu na chemiczne lub mechaniczne (reologiczne) 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^[45].

Ciepło wewnętrzne Ziemi jest prawdopodobnie spowodowane rozpadem radioaktywnym izotopów potasu (⁴⁰K), uranu (²³⁸U) i toru (²³²Th). Czas połowicznego zaniku każdego z nich wynosi ponad pół miliarda lat^[48]. Temperatura środka planety może wynosić 4000-7000K, a ciśnienie dochodzić do 360 GPa^[49]. Część energii termicznej jądra transportowana jest do skorupy ziemskiej poprzez pióropusz płaszcza, który może powodować powstawanie plam gorąca i pokryw lawowych^[50].

Geologiczne warstwy Ziemi^[51]

Przekrój Ziemi od jądra do egzosfery. W pierwszym rysunku nie zachowano skali.	Głębokość[52] km	Warstwa	Gęstość g/cm³
	0–60	litosfera[53]	—
	0–35	... skorupa[54]	2.2–2.9
	35–60	... płaszcz górny	3.4–4.4
	35–2890	płaszcz	3.4–5.6
	100–700	... astenosfera	—
	2890–5100	jądro zewnętrzne	9.9–12.2
	5100–6378	jądro wewnętrzne	12.8–13.1

Skorupa

Zobacz więcej w osobnym artykule: Skorupa ziemska.

Skorupa ziemska jest zewnętrzną powłoką Ziemi. Rozciąga się od nieciągłości Mohorovičicia (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 Mohorovičicia 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

Zobacz więcej w osobnym artykule: Płaszcz ziemski.

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 m.in. od ciśnienia, jakiemu jest poddawana. Im głębiej, tym ciśnienie większe, zatem uważa się, że płaszcz dolny jest w stanie stałym, a górny – w stanie plastycznym (półpłynnym). Średnia globalna lepkość płaszcza górnego wynosi ok. 10²⁰ - 10²¹ Pa·s^[55], a płaszcza dolnego ok. 10²² Pa·s^[56].

Jądro

Zobacz więcej w osobnym artykule: Jądro Ziemi.

Planety skaliste (od lewej): Merkury, Wenus, Ziemia i Mars

Ciężar właściwy Ziemi wynosi 5515 kg/m³, czyniąc ją najgęstszą planetą w Układzie Słonecznym. Ciężar właściwy przy powierzchni wynosi ok. 3000 kg/m³. Jądro składa się z bardziej gęstych substancji. Około 4,54 mld (4,54×10⁹) 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, pozostają zatem w płaszczu.

Jądro podzielone jest na dwie części: stałe jądro wewnętrzne o promieniu ok. 1250 km i płynne jądro zewnętrzne wokół niego, o promieniu sięgającym ok. 3500 km. Przyjmuje się, że wewnętrzne jądro jest w stanie stałym i składa się głównie z żelaza z domieszką niklu. Jądro zewnętrzne 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. Badania wskazują, że jądro wewnętrzne Ziemi obraca się szybciej niż reszta planety, o ok. 0,3-0,5° rocznie^[57].

Zobacz więcej w osobnym artykule: Wędrówka 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 hipotez wysunął w 1912 roku Alfred Wegener; nie wyjaśniała one jednak 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 inne fakty geologiczne oraz mechanizm wędrówki kontynentów.

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, trzęsienie ziemi oraz formowanie się rowów oceanicznych^[58].

Główne płyty tektoniczne Ziemi[59]	Nazwa płyty	Powierzchnia 106 km²
	płyta afrykańska	61.3
	płyta antarktyczna	60.9
	płyta australijska	47.2
	płyta eurazjatycka	67.8
	płyta północnoamerykańska	75.9
	płyta południowoamerykańska	43.6
	płyta pacyficzna	103.3

Z mniejszych płyt wyróżnia się m.in. płytę indyjską, karaibską, Nazca i Scotia. Płyta australijska złączyła 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^[60] i płyta pacyficzna (52–69 mm/rok). Najmniej aktywna jest płyta eurazjatycka, przesuwająca się z szybkością 21 mm/rok^[61].

Zobacz więcej w osobnym artykule: Ziemskie pole magnetyczne.

Ziemia wytwarza pole magnetyczne, które 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.

Orbita i rotacja

Dzień gwiazdowy jest krótszy od dnia słonecznego. 1) Słońce i wybrana gwiazda są na wprost Ziemi. 2) planeta obróciła się o 360° i gwiazda jest ponownie na wprost Ziemi, Słońce jednak nie (1→2 = 1 doba gwiazdowa). 3) Słońce jest ponownie na wprost Ziemi (1→3 = 1 doba słoneczna).

Zobacz więcej w osobnym artykule: Ruch obrotowy Ziemi.

Okres obrotu Ziemi wokół własnej osi względem gwiazd odpowiada jednej dobie gwiazdowej lub 86164,098903691 sekundom czasu słonecznego (UT1) lub 23 godzinom 56 minutom i 4,098903691 sekundom^[62].

Okres obrotu Ziemi wokół własnej osi względem Słońca odpowiada jednej dobie słonecznej lub 86400 sekundom czasu słonecznego. Obecnie, sekunda czasu słonecznego jest nieznacznie dłuższa niż sekunda SI, ponieważ siły pływowe powodują spowolnienie rotacji planety^[63]. Od 1820 jeden dzień czasu słonecznego wydłużył się o 2 milisekundy w stosunku do czasu atomowego^[64]. W celu utrzymania synchronizacji zegarów z obrotem Ziemi co pewien czas zegary przestawia się o 1 sekundę zwaną sekundą przestępną.

Wskutek oddziaływania grawitacyjnego Słońca i Księżyca, kierunek ziemskiej osi obrotu ulega powolnym zmianom w ruchu zwanym precesją. Precesja prowadzi do zatoczenia na tle nieba pełnego stożka w roku platońskim, wynoszącym ok. 25 800 lat. Powoduje to różnice pomiędzy rokiem gwiazdowym a rokiem zwrotnikowym.

Zobacz też: Orbita.

Ziemia wykonuje jeden obrót wokół Słońca na każde 365,26 dni czasu słonecznego, co odpowiada jednemu roku gwiazdowemu. Średnia odległość od Słońca wynosi 150 mln km. Z punktu widzenia ziemskiego obserwatora, Słońce wykonuje pozorny ruch na wschód względem gwiazd, z szybkością 1°/dzień. Prędkość orbitalna planety wynosi średnio 30 km/s (108,000 km/h)^[3].

Księżyc obraca się wraz z Ziemią wokół wspólnego środka ciężkości raz na 27,32 dni względem gwiazd (miesiąc gwiazdowy). Jako układ Ziemia-Księżyc obracający się wokół Słońca, okres miesiąca synodycznego pomiędzy kolejnymi nowiami Księżyca wynosi 29,53 dni. Oglądany z północnego bieguna niebieskiego, ruch Ziemi i Księżyca jest lewoskrętny. Płaszczyzna orbity nie jest równoległa do płaszczyzny równika: oś ziemska jest nachylona ok. 23,5° względem płaszczyzny Ziemia-Słońce, a płaszczyzna Ziemia-Księżyc jest nachylona ok. 5° względem płaszczyzny Ziemia-Słońce. Bez tych nachyleń, raz na dwa tygodnie następowałoby zaćmienie Słońca lub Księżyca (na przemian)^[3][65].

Nachylenie osi Ziemi do płaszczyzny orbity.

Promień strefy Hilla Ziemi wynosi ok. 1,5 Gm (1 500 000 km)^[66]. Jest to maksymalny dystans, na którym siła oddziaływania grawitacyjnego Ziemi na mniejsze obiekty jest większa niż Słońca i innych planet. Ciała niebieskie muszą orbitować wokół planety w tej strefie, w przeciwnym razie zostaną one od niej oddalone wskutek oddziaływania grawitacyjnego Słońca.

Ziemia wraz z Układem Słonecznym położona jest 28 000 lat świetlnych od centrum Drogi Mlecznej, w Ramieniu Oriona. Znajduje się około 20 lat świetlnych od płaszczyzny równika Galaktyki^[67].

Ze względu na ruch obrotowy i nachylenie osi ziemskiej względem płaszczyzny ekliptyki, ilość promieniowania słonecznego docierającego w dane miejsce na powierzchni planety jest zmienna. Prowadzi to do wahań klimatu w przeciągu całego roku, w szczególności występowania pór roku. Kiedy biegun północny zwrócony jest w stronę Słońca, na półkuli północnej trwa wiosna lub lato, a kiedy jest od niego odwrócony, trwa na niej jesień lub zima. W czasie wiosny i lata dni są dłuższe, a Słońce położone jest wyżej na niebie; w jesieni i zimie, klimat się ochładza, a dni są krótsze. Okresowo, do kręgów polarnych promieniowanie nie dociera zupełnie - występuje wtedy noc polarna, której długość waha się od 20 godzin nad kołami podbiegunowymi do 179 dni nad biegunami^[68]. Przeciwnym zjawiskiem jest dzień polarny, podczas którego tarcza słoneczna pozostaje stale nad horyzontem. Stan taki może trwać od 20 godzin do 186 dni^[69].

Podstawą wyznaczania dat zmian astronomicznych pór roku jest zjawisko przesilenia (momentu maksymalnego nachylenia się lub odchylenia się osi ziemskiej od Słońca) oraz równonocy (okresu, w którym oś Ziemi leży w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku Ziemia - Słońce). Przesilenie letnie następuje ok. 21 czerwca, przesilenie zimowe - 21 grudnia, równonoc wiosenna następuje ok. 20 marca, a równonoc jesienna - 23 września^[70].

W czasach nowożytnych, Ziemia osiąga peryhelium (punkt największego zbliżenia się do Słońca) 3 stycznia, a aphelium (punkt największego oddalenia się od Słońca) około 4 lipca. Daty te ulegają jednak zmianom wskutek precesji i innych cyklicznych zmian orbity ziemskiej, zwanych cyklami Milankovicia. Przy peryhelium, wartość docierającej na planetę energii słonecznej wzrasta o 6,9% w odniesieniu do aphelium. Ponieważ półkula południowa zwrócona jest w stronę Słońca w okresie kiedy dystans Ziemi od gwiazdy jest bliski wartości minimalnej, otrzymuje ona ogólnie w przeciągu całego roku więcej energii. Jednak wody oceaniczne półkuli południowej absorbują większość uzyskanej energii słonecznej, co wpływa na jej klimat. Większe znaczenie na ilość promieniowania docierającego na daną powierzchnię ma nachylenie osi^[71][72]. Kąt nachylenia osi obrotu jest relatywnie stabilny. Oś podlega jednak drganiu zwanym nutacją, której największa składowa ma okres 18,6 roku.

Księżyc

Zobacz więcej w osobnym artykule: Księżyc.

Księżyc to jedyny stały naturalny satelita ziemski. Jego średnica wynosi 3474,8 km (ok. 1/4 średnicy Ziemi), co czyni go największym księżycem w Układzie Słonecznym w stosunku do orbitowanej planety. Masa satelity wynosi 7,349×10²² kg, a okres orbitalny trwa 27 dni, 7 godzin, 43,7 minut.

Oddziaływanie grawitacyjne pomiędzy Ziemią a Księżycem wywołuje pływy morskie na planecie. Efektem grawitacji jest również obrót synchroniczny satelity: okres obrotu Księżyca wokół własnej osi równy jest okresowi obiegu wokół Ziemi. Wskutek tego, zwrócony jest on do planety stale tą samą stroną. Ze względu na rotację, ilość padającego na satelitę promieniowania słonecznego ulega zmianie, dlatego objawia się on w różnych fazach.

Działanie sił pływowych powoduje, że Księżyc oddala się od Ziemi z szybkością 38 mm na rok. Wynikłe z tego wydłużanie się dnia ziemskiego o 23 μs na rok kumuluje się znacząco w skali setek milionów lat^[73]. Przykładowo, w okresie dewonu (ok. 410 mln lat temu) jeden rok miał 400 dni, a średnia długość dnia słonecznego wynosiła 21,8 godzin^[74][75].

Według niektórych artykułów naukowych, Księżyc miał duży wpływ na rozwój życia na Ziemi poprzez łagodzenie klimatu planety. Dowody paleontologiczne i symulacje komputerowe wykazują, że oddziaływanie pływowe z satelitą stabilizuje nachylenie ziemskiej osi obrotu^[76]. Bez tej stabilizacji przeciwko momentom siły aplikowanym przez Słońce i inne planety, oś Ziemi mogła by podlegać chaotycznym zmianom w skali setek milionów lat, co ma miejsce w przypadku Marsa^[77]. Zrównanie się osi obrotu z płaszczyzną ekliptyki doprowadziłoby do występowania skrajnych pór roku - jeden biegun znajdowałby się na wprost Słońca w okresie letnim, a drugi w okresie zimowym. W rezultacie, wyginęłyby większe zwierzęta i część roślinności^[78].

Oglądany z Ziemi, pozorny rozmiar Księżyca jest niemal równy Słońcu. Mimo że średnica gwiazdy jest ok. 400-krotnie dłuższa niż średnica satelity, dystans Słońca od Ziemi jest 400-krotnie większy w porównaniu do Księzyca. Wskutek tego, rozmiar kątowy (lub kąt bryłowy) obu ciał pokrywa się, a na Ziemi dochodzi do całkowitego lub obrączkowego zaćmienia^[79].

Ziemia, Księżyc i dzieląca je odległość w jednakowej skali

Ponadto, z Ziemią oddziaływują co najmniej cztery obiekty koorbitalne: 3753 Cruithne, 2002 AA₂₉, 2003 YN₁₀₇ i (164207) 2004 GU₉^[80].

Ekosfera

Ekosfera Ziemi obejmuje współzależności pomiędzy biosferą (organizmami), a środowiskiem (litosferą, atmosferą i hydrosferą), w obrębie którego żyją organizmy^[81].

Zobacz więcej w osobnym artykule: Biosfera.

Ziemia jest jedynym znanym miejscem występowania życia. Obszar, na którym występują organizmy żywe planety nazywa się biosferą. Uważa się, że biosfera zaczęła się rozwijać ok. 3,5 mld lat temu. Według niektórych naukowców, jej zaistnienie wymagało skrajnie nieprawdopodobnej kombinacji zjawisk astrofizycznych i geologicznych, w związku z czym biosfery podobne do ziemskiej występują we wszechświecie niezwykle rzadko, bądź nie ma ich wcale (hipoteza jedynej Ziemi)^[82]. Pogląd ten przeciwstawia się zasadzie kopernikańskiej.

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. Najbardziej rozwiniętym organizmem jest człowiek.

Zobacz więcej w osobnym artykule: Litosfera.

Obecna topografia Ziemi.

Rzeźba terenu różni się w poszczególnych miejscach na Ziemi. Około 70,8% powierzchni pokrywa woda, a szelf kontynentalny znajduje się średnio 130 m poniżej poziomu morza^[83]. Powierzchnia podwodna ukształtowana jest górzyście, z cechami takimi jak grzbiety śródoceaniczne, rowy oceaniczne, podwodne wulkany, płaskowyże oceaniczne i równiny abisalne^[44]. Powierzchnię lądową (29,2%) zajmują góry, pustynie, równiny, płaskowyże i inne typy ukształtowania geomorfologicznego.

Powierzchnia planety ulega przekształceniom ze względu na tektonikę i erozję. Cechy powierzchni utworzone lub zdeformowane przez płyty tektoniczne podatne są na wietrzenie, cykle termiczne i efekty chemiczne. Zlodowacenie, tworzenie się raf koralowych i upadek meteorytów również wpływają na kształt powierzchni.

Skorupa ziemska oceaniczna jest stale tworzona w granicach rozbieżnych płyt (w grzbietach śródoceanicznych) z zastygającej magmy płaszcza oraz niszczona - wciągana z powrotem do płaszcza - w granicach zbieżnych (strefach subdukcji). W wyniku tych procesów, materiał z którego zbudowane jest dno oceaniczne ulega stałemu przetwarzaniu. Większość dna ma mniej niż 100 mln lat, a szacowany wiek nastarszej skorupy oceanicznej, na zachodnim Pacyfiku, wynosi 200 mln lat. Porównując, najstarsze znalezione na lądzie skamieniałości mają ok. 3 milardy lat^[84][85].

Skorupa ziemska kontynentalna składa się głównie ze skał magmowych o niskiej gęstości - granitu i andezytu. W mniejszej proporcji w jej skład wchodzi również najczęściej występująca skała na Ziemi - bazalt, który jest podstawowym składnikiem dna oceanicznego^[86]. Wskutek nagromadzenia się materiału przynoszonego przez czynniki zewnętrzne powstają też skały osadowe. Występują one na 75% powierzchni, choć tylko 5% położona jest do 10 km głębokości skorupy^[87]. Skorupę ziemską budują także skały metamorficzne, powstałe pod wpływem wysokiej temperatury lub ciśnienia, takie jak gnejs, łupek, marmur czy kwarcyt. Skały składają się z minerałów. Najczęściej występują minerały z gromady krzemianów - kwarc, skaleń, amfibole, miki, pirokseny i oliwiny^[88]. Powszechne minerały z gromady węglanów to kalcyt (budulec wapienia), aragonit oraz dolomit^[89].

Pedosfera to powierzchniowa warstwa skorupy ziemskiej, w której zachodzą procesy glebotwórcze. Gleba wpływa na produkcję i rozkład biomasy, przepływ energii i obieg materii w ekosystemie.

Użytkowanie zasobów naturalnych

Zobacz więcej w osobnym artykule: Zasoby naturalne.

Litosfera zapewnia zasoby naturalne, które są eksploatowane dla bytowania i gospodarki człowieka. Niektóre z nich to surowce nieodnawialne, których ponowne uzupełnienie w wyniku procesów naturalnych jest niemożliwe w krótkim okresie czasu.

Zobacz więcej w osobnym artykule: Atmosfera.

Masę atmosfery ziemskiej ocenia się na 5,1 x 10¹⁸ kg. Na poziomie morza gęstość powietrza wynosi 1,217 kg/m³, ciśnienie - 101,325 kPa i maleje wraz z wysokością. Powietrze składa się przede wszystkim z azotu (78% objętości powietrza), tlenu (20,9%) oraz argonu (0,9%). Zawiera także śladowe ilości dwutlenku węgla i gazów szlachetnych. Zawartość pary wodnej w atmosferze ulega częstej zmianie i wynosi średnio ok. 1%^[3]. Najniższą i najcieńszą warstwą atmosfery jest troposfera. Jej górna granica zmienia się wraz z szerokością geograficzną i porą roku; wynosi ona od mniej niż 8 km nad biegunami w zimie do 17,5 km nad Azją Południowo-Wschodnią w lecie^[90].

Histogram wysokości bezwzględnej skorupy ziemskiej

Biosfera ziemska zmieniła skład chemiczny atmosfery. Ewolucja fotosyntezy tlenowej ok. 2,7 mld lat temu doprowadziła do wzrostu zawartości tlenu w atmosferze. Umożliwiło to rozwój organizmów aerobowych i uformowanie się powłoki ozonowej, która blokuje szkodliwe promieniowanie ultrafioletowe, zaś pole magnetyczne nie dopuszcza do Ziemi cząsteczek wiatru słonecznego. Inne funkcje atmosfery sprzyjające życiu na Ziemi to transport pary wodnej, dostawa różnorodnych gazów, spalanie mniejszych meteorów przed uderzeniem w powierzchnię i regulacja temperatury^[91]. To ostatnie zjawisko znane jest jako efekt cieplarniany: atmosfera "zatrzymuje" część energii termicznej emitowanej z jej powierzchni w kosmos, przez co podnosi się temperatura. Głównymi gazami cieplarnianymi są dwutlenek węgla, para wodna, metan i ozon. Bez efektu cieplarnianego, średnia temperatura kuli ziemskiej wynosiłaby -19°C^[92][93].

Klimat i pogoda

Zobacz więcej w osobnych artykułach: Klimat, Pogoda.

Klimat i pogodę na Ziemi kształtują trzy podstawowe procesy klimatotwórcze: obieg ciepła, obieg wody i krążenie powietrza, a także czynniki geograficzne: układ lądów i oceanów, wysokość n.p.m. i odległość od morza (oceanu). Pogoda to ogół zjawisk atmosferycznych zachodzących w danej chwili i miejscu. Klimat to przebieg zjawisk pogodowych na danym obszarze w okresie wieloletnim (ok. 30 lat)^[94].

Atmosfera ziemska nie ma określonej granicy - jej gęstość zmniejsza się wraz z wysokością, ostatecznie przechodząc w przestrzeń kosmiczną. Trzy czwarte masy atmosfery zawarte jest w początkowych 11 km, w warstwie nazywanej troposferą. Słońce nagrzewa powierzchnię Ziemi, najniższe warstwy atmosfery nagrzewają się od powierzchni powoduje to rozszerzanie powietrza. Powietrze o mniejszej gęstości staje się lżejsze i unosi się do góry, w jego miejsce napływa chłodniejsze, o większej gęstości. Proces ten nazywany jest cyrkulacją powietrza i prowadzi do redystrybucji ciepła na planecie^[95]. Główne prądy powietrzne to pasaty wiejące w strefie do 30° szerokości geograficznej, oraz wiatry zachodnie, wiejące od 30° do 60° szerokości^[96]. Prądy morskie również w istotny sposób wpływają na klimat, w szczególności cyrkulacja termohalinowa, która prowadzi do wymiany energii cieplnej pomiędzy tropikami a strefami polarnymi^[97].

Zdjęcie z orbity - Księżyc częściowo przysłonięty ziemską atmosferą.

Następuje również cyrkulacja pary wodnej, pochodzącej z wyparowywania powierzchni Ziemi. Kiedy warunki atmosferyczne umożliwiają unoszenie się ciepłego, wilgotnego powietrza, następuje kondensacja (sublimacja lub skraplanie) pary. Wskutek tego, powstają chmury i woda spada na powierzchnię jako opad atmosferyczny^[95]. Większość wody transportowana jest na niższe wysokości przez systemy rzeczne, przeważnie powracając do oceanów lub osiadając w jeziorach. Ten cykl hydrologiczny to kluczowy mechanizm zapewniający życie na lądzie oraz główny czynnik erozji powierzchni. Struktura opadów waha się w poszczególnych rejonach, od kilku metrów na rok do poniżej milimetra na rok. Jest to uwarunkowane cyrkulacją atmosferyczną, cechami topograficznymi i temperaturą^[98].

Ziemię można podzielić na równoleżnikowe pasy o specyficznej szerokości geograficznej, w których występuje względnie jednorodny klimat. Wyróżnia się następujące strefy klimatyczne, zaczynając od biegunów: klimat okołobiegunowy, umiarkowany, podzwrotnikowy, zwrotnikowy i równikowy^[99]. Klimat można też klasyfikować ze względu na temperaturę i ilość opadów - regiony, w których występują prawie jednolite masy powietrza. Cztery podstawowe masy powietrza to: arktyczne (PA), polarne (PP), zwrotnikowe (PZ) i równikowe (PR).

Atmosfera górna

Powyżej troposfery znajduje się stratosfera (10-50 km n.p.m.), mezosfera (50-80 km n.p.m.) i termosfera (80-500 km n.p.m.)^[100]. Wykazują one różnice w pionowym gradiencie temperatury (zmianą temperatury wraz z wysokością). W stratosferze znajduje się powłoka ozonowa^[101]. Powyżej tych warstw jest egzosfera, w której zanikają ostatnie ślady obecności powietrza. Umowna granica pomiędzy atmosferą ziemską i przestrzenią kosmiczną, przebiegająca na wysokości 100 km n.p.m., nazywa się Linią Kármána^[102].

Energia termiczna powoduje, że niektóre cząsteczki znajdujące się w górnej atmosferze osiągają prędkość ucieczki i zdolne są do opuszczenia pola grawitacyjnego planety. Skutkuje to stałym, stopniowym ulatywaniem atmosfery w kosmos. Ponieważ wodór w stanie wolnym ma małą masę atomową, ulatuje on w szybszym tempie niż inne gazy^[103]. Doprowadziło to do zmiany stanu planety, z początkowej redukcji do obecnego utlenienia. Częściowa utrata reduktorów takich jak wodór miała być przyczyną dużej akumulacji tlenu w atmosferze^[104], zdolność tego pierwiastka do ucieczki w przestrzeń kosmiczną wpłynęła więc na rozwinięcie się życia na planecie^[105]. Jednak w obecnej atmosferze o dużej zawartości tlenu, większość atomów wodoru zachodzi w związki i powstaje woda, która ulega kondensacji i nie dociera do górnych warstw atmosfery. Jego utrata następuje więc głównie poprzez niszczenie metanu przez światło słoneczne w górnej atmosferze^[106].

Zobacz więcej w osobnym artykule: Hydrosfera.

Ze względu na unikalną w Układzie Słonecznym wodną powłokę - hydrosferę, Ziemia ma przydomek "B�