Ziemia

Ziemia (łac. Terra) − trzecia licząc od Słońca, a piąta co do wielkości planeta Układu Słonecznego. Pod względem średnicy, masy i gęstości jest to największa planeta skalista Układu.

Ziemia, zamieszkana przez miliony gatunków, wliczając w to człowieka^[7], jest jedynym znanym miejscem we wszechświecie, w którym występuje życie^[8]. Dowody naukowe wykazują, że planeta uformowała się 4,54 ± 0,05 miliarda lat temu^[9], a życie pojawiło się na jej powierzchni w ciągu pierwszego miliarda lat po uformowaniu. Następnie, biosfera ziemska wpłynęła na atmosferę i inne czynniki abiotyczne planety, umożliwiając rozwój organizmów aerobowych oraz powstanie ozonosfery. Rozwój życia na lądzie^[10] umożliwiła powłoka ozonowa oraz magnetosfera, zmniejszające natężenie szkodliwego promieniowania ultrafioletowego.

Litosfera podzielona jest na kilkadziesiąt segmentów nazywanych płytami tektonicznymi, które przez miliony lat przesuwają się względem siebie, co prowadzi do znacznej zmiany położenia kontynentów w czasie. Powierzchnię w 70,8% zajmuje woda wszechoceanu zawarta w morzach i oceanach; pozostałe 29,2% stanowią kontynenty i wyspy. Niezbędnej do życia na Ziemi wody w stanie ciekłym nie wykryto na powierzchni innych ciał niebieskich^[11]^[12]. Wnętrze Ziemi składa się z grubego płaszcza, płynnego jądra zewnętrznego (generującego pole magnetyczne) oraz stałego jądra wewnętrznego.

Ziemia oddziałuje grawitacyjnie z innymi ciałami w przestrzeni kosmicznej. Planeta wykonuje jedno okrążenie wokół Słońca raz na każde 366,26 obrotów wokół własnej osi. Czas jednego okrążenia wokół Słońca nazywa się rokiem gwiazdowym i odpowiada 365,26 dniom czasu słonecznego^[13]. Nachylenie osi Ziemi do płaszczyzny orbity wynosi 23,45°, co prowadzi do rocznych wahań oświetlenia, które powodują m.in. występowanie pór roku. Wokół Ziemi krąży jeden naturalny satelita – Księżyc, który orbituje wokół niej od ok. 4,53 miliarda lat. Wywołuje on pływy morskie i stabilizuje kąt nachylenia osi obrotu względem orbity. Bombardowanie przez komety we wczesnej historii Ziemi przyczyniło się do powstania oceanów^[14], a upadki pojedynczych asteroidów mogły prowadzić do niektórych masowych wymierań.

Zasoby naturalne skorupy ziemskiej i umiejętność ich przetworzenia zapewniają przetrwanie globalnej populacji ludzkiej. Mieszkańcy, przynależący do około 200 niepodległych państw lub innych terytoriów, oddziałują ze sobą, m.in. poprzez dyplomację, podróż, handel i konflikty zbrojne. Kultura ludzka wytworzyła różne poglądy na temat planety, takie jak personifikację jej w postaci bóstwa, wiarę w płaską Ziemię oraz nowoczesną ideę świata jako zintegrowanego środowiska, wymagającego konserwacji. Człowiek po raz pierwszy opuścił Ziemię w 1961, kiedy Jurij Gagarin wyleciał w przestrzeń kosmiczną. Przewiduje się, że za około 7,59 mld lat planeta zostanie wchłonięta przez atmosferę Słońca^[15] i ulegnie zniszczeniu.

[edytuj] Historia Ziemi

Zobacz więcej w osobnych artykułach: Historia Ziemi, Tabela stratygraficzna, Ery i okresy geologiczne.

Ziemia oraz pozostałe planety Układu Słonecznego powstały 4,54 ± 0,05 mld lat temu^[9]^[16]^[17]^[18] z mgławicy słonecznej – obłoku gazu i pyłu, który podczas powstawania Słońca przekształcił się w dysk. Początkowe bombardowanie przez planetoidy spowodowało, że powłoka zewnętrzna Ziemi była w fazie płynnej. Akumulacja pary wodnej i innych gazów w atmosferze doprowadziła jednak do powstania gęstych chmur, które przysłoniły promieniowanie słoneczne i wyzwoliły opady deszczu. W ten sposób powierzchnia zaczęła stygnąć, formując stałą skorupę^[19]. Następnie, według teorii wielkiego zderzenia, nastąpiła kolizja planety z obiektem wielkości Marsa i masie 1/10 masy Ziemi, nazywanym czasami Theą^[20]. Część masy ciała zintegrowała się z Ziemią, a niektóre odłamki uleciały w przestrzeń kosmiczną. Z części odłamków i fragmentów skorupy ziemskiej wyrzuconych przy zderzeniu w kosmos uformował się Księżyc^[21]^[22].

Odgazowanie^[23] i aktywność wulkaniczna wytworzyły zasadniczą atmosferę. Skraplająca się para wodna wraz z lodem i wodą płynną pochodzącymi z asteroid, protoplanet, komet i transneptunów, doprowadziły do powstania ziemskich oceanów^[14]. Spekuluje się, że ok. 4 mld lat temu w naładowanej energią chemiczną mieszance substancji organicznych (tzw. "pierwotnej zupie"), jedna z cząsteczek uzyskała możliwość powielania samej siebie, zapoczątkowując życie na planecie. Ok. 3,8 - 3,5 mld lat temu miał istnieć wspólny przodek wszystkich żyjących obecnie na Ziemi organizmów^[24]^[25].

Rozwój fotosyntezy u niektórych prokariotów umożliwiał im wykorzystanie energii słonecznej jako źródła energii; wydalany przez nie tlen gromadził się w atmosferze i doprowadził do powstania w jej górnej warstwie powłoki ozonu (odmiany alotropowej tlenu, O₃). W wyniku wchłaniania mniejszych komórek przez większe w procesie endosymbiozy, rozwinęły się eukarioty^[26]. Specjalizacja kolonii komórkowych stała się motorem ewolucji wielokomórkowców – początkowo roślin, a następnie zwierząt^[27].

W eonie hadeiku planeta praktycznie pozbawiona była suchego lądu^[28], w kolejnych epokach powierzchnia obszarów wznoszących się ponad poziom morza stopniowo wzrastała. W ciągu ostatnich 2 mld lat, powierzchnia wszystkich kontynentów zwiększyła się dwukrotnie^[29]. Proces kształtowania się powierzchni powodował w skali setek milionów lat nieustanny rozpad i ponowne formowanie kontynentów. Wskutek migracji płyt litosferycznych, parokrotnie powstawał 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 ok. 180 mln lat temu^[30].

W latach 60. zaproponowano hipotezę Ziemi-śnieżki, która sugeruje, że w neoproterozoiku, większość powierzchni planety pokrywał lód. Wydarzenie to poprzedziło eksplozję kambryjską, okres gwałtownego wzrostu liczby gatunków organizmów wielokomórkowych, w szczególności zwierząt^[31]. 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)^[32].

W ciągu ostatnich 540 mln lat na Ziemi nastąpiło pięć wielkich masowych wymierań^[33]. Ostatnie z nich – wymieranie kredowe, ok. 65,5 mln lat temu – wywołane zostało prawdopodobnie upadkiem 10-kilometrowej asteroidy. Kolizja 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. nie-ptasich dinozaurów), choć mniejsze i liczniejsze ssaki przetrwały. Kolejne 65 mln lat historii Ziemi charakteryzowała ewolucja i wzrost różnorodności gatunkowej przedstawicieli gromady ssaków. Kilka milionów lat temu, afrykańska małpa człekokształtna wykształciła dwunożność i zdolność chodzenia w pozycji wyprostowanej^[34]. 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 sapiens. Wytworzenie własnej kultury, rozwój rolnictwa i postęp technologiczny zapewniły mu w krótkim czasie stasus dominującego gatunku na Ziemi^[35].

Około 3 mln lat temu nasiliły się wahania klimatu – po fali zimna (glacjał) następowało ocieplenie (interglacjał). Taka sytuacja utrzymywała się przez całą epokę plejstoceńską, dlatego nazywana jest ona również epoką lodową. Strefy podbiegunowe przechodziły cykle zlodowacenia i topnienia, powtarzające się co 40–100 000 lat. Ostatnie zlodowacenie zakończyło się 10 000 lat temu. Ziemia jest obecnie w okresie interglacjału^[36].

[edytuj] Geografia

Zobacz też kategorię: Tablice geograficzne.

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 do siedmiu kontynentów, w kolejności od największej do najmniejszej powierzchni: Azja, Afryka, Ameryka Północna, Ameryka Południowa, Antarktyda, Europa i Australia. Niektóre podziały traktują Amerykę Płn. i Południową jako jeden kontynent - Amerykę, a Europa i Azja to Eurazja.

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 lokacji 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.

[edytuj] Geografia społeczna

Ziemia w nocy - kompozycja, z użyciem danych z sensorów Defense Meteorological Satellite Program (DMSP).

Według szacunków z 1 grudnia 2008, Ziemię zamieszkuje ok. 6 744 000 000 ludzi^[37]. Prognozy sugerują, że światowa populacja ludzka wzrośnie do 7 mld w 2013 i 9,2 miliardów w 2050^[38], 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^[39].

Niepodległe państwa roszczą sobie prawa do poszczególnych powierzchni lądowych, za wyjątkiem niektórych obszarów Antarktydy. W 2008 istniało 193 suwerennych i powszechnie uznawanych krajów, wliczając w to 192 członków ONZ^[40] i Watykan. Wyróżnia się również państwa nieuznawane, ok. 60 terytoriów zależnych, a także terytoria autonomiczne, sporne i okupowane. Historycznie, Ziemia nigdy nie miała 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 ustanawianie prawa międzynarodowego^[41] oraz, za zgodą członków, zbrojną interwencję, jest to przede wszystkim międzynarodowe forum dyplomacyjne.

[edytuj] Skład i struktura

Różnica pomiędzy geoidą a elipsoidą

Ziemia, podobnie jak i pozostałe planety skaliste, składa się głównie z krzemianów^{[potrzebne źródło]}. 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^[42]. Jest to jedyna znana planeta, na której są aktywne płyty tektoniczne^[43].

[edytuj] Kształt

Kształt Ziemi zbliżony jest do elipsoidy obrotowej, kuli lekko spłaszczonej na biegunach. Ruch obrotowy Ziemi sprawia, że średnica równika jest o 43 km większa niż średnica pomiędzy biegunami^[44]. Przeciętna średnica wynosi 12 742 km.

Rzeczywisty kształt planety jest nazywany geoidą – jest to powierzchnia prostopadła do pionu w każdym jej punkcie. Geoida zerowa pokrywałaby się z powierzchnią oceanów przy pełnej równowadze znajdujących się w nich mas wodnych^[45], czyli bez krótkotrwałych zmian poziomu morza przez prądy morskie i pogodę. Odchylenia geoidy od idealnej elipsoidy wynoszą od -106 m do 85 m^[46]. Ponieważ nieregularności geoidy mogą mieć znaczenie przy dokładnym określaniu położenia, przy pomiarach i obliczeniach geodezyjnych preferowane jest odniesienie do elipsoidy^[45]. W porównaniu do idealnej elipsoidy, odchylenie względne geoidy wynosi ok. 1/584, czyli 0,17%. Jest to mniej niż wymagana tolerancja kul bilardowych (0,22%)^[47].

Największe lokalne odchylenia powierzchni to Mount Everest (8 848 m n.p.m.) i rów Mariański (10 911 m p.p.m.). Najbardziej oddalonym miejscem powierzchni od środka planety jest wierzchołek Chimborazo w Ekwadorze.

Tlenki skorupy ziemskiej^[48]
Związek	Wzór	Udział
ditlenek 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	FeO_T	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%

[edytuj] Skład chemiczny

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 glinu (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^[49].

Geochemik Frank W. Clarke określił skład ilościowy skorupy ziemskiej. Obliczył, że składa się ona w 46,6% z tlenu^[50], wchodzącego głównie w skład skał ziemskich w postaci tlenków, przede wszystkim tlenków glinu, żelaza, wapnia, magnezu, sodu oraz potasu. Ditlenek 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.

[edytuj] Struktura wewnętrzna

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^[48].

Temperatura środka planety może wynosić 4000-7000 K, a ciśnienie dochodzić do 360 GPa^[51]. 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)^[52]^[53]. Czas połowicznego rozpadu tych pierwiastków wynosi, odpowiednio, 1,25 miliardów, 4 miliardy i 14 miliardów lat^[54]. 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^[55]. Szacowana ilość ciepła wypływającego z jądra Ziemi wynosi od 4 do 15 TW, a wypływ ciepła na powierzchnię ma wartość ok. 46 TW^[56]^[57]. Jest to niewiele w bilansie energetycznym powierzchni Ziemi - ok. 1/10 W/m², co stanowi około 1/10000 energii promieniowania słonecznego docierającego do Ziemi.

*Geologiczne warstwy Ziemi*^[58]
Głębokość^[59] km	Warstwa	Gęstość g/cm³
0–60	litosfera^[60]	—
0-35	... skorupa^[61]	2.2–2.9
35–400	... płaszcz górny	3.4–4.4
35–2885	płaszcz	3.4–5.6
100–700	... astenosfera	—
2885–5155	jądro zewnętrzne	9.9–12.2
5155–6370	jądro wewnętrzne	12.8–13.1

[edytuj] Skorupa

Zobacz więcej w osobnym artykule: 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. 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&npsp;km, a pod oceanami ok. 5-8 km. 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 i składem chemicznym. Gęstość skorupy kontynentalnej wynosi średnio 2,7 g/cm³. 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 3,0 g/cm³^[62]^[59].

[edytuj] Płaszcz

Zobacz więcej w osobnym artykule: Płaszcz ziemski.

Głębokość płaszcza ziemskiego wynosi 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.

Płaszcz górny, zwany zewnętrznym, budują związki chromu, żelaza, krzemu i magnezu (tzw. crofesima). Średnia gęstość tej sfery wynosi 4,0 g/cm³. 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 5,0-5,6 g/cm³. W płaszczu Ziemi zachodzą 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 ona 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^[63], a płaszcza dolnego ok. 10²² Pa·s^[64].

[edytuj] Jądro

Zobacz więcej w osobnym artykule: Jądro Ziemi.

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

Gęstość Ziemi wynosi 5,515 g/cm³, czyniąc ją najgęstszą planetą w Układzie Słonecznym. Gęstość wzrasta wraz z głębokością - przy powierzchni ma wartość 2,2-2,9 g/cm³, jądro składa się z najgęstszych substancji - 12-13 g/cm³. 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^[65].

[edytuj] Tektonika płyt

Zobacz więcej w osobnym artykule: 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. wykrystalizowały się dwie nowe teorie - teoria tektoniki płyt oraz teoria ekspandującej Ziemi, w pewnym stopniu oparte o wywody Wegenera i wyjaśniające inne fakty geologiczne.

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, trzesienia ziemi oraz formowanie się rowów oceanicznych^[66].

Główne płyty tektoniczne Ziemi^[67]. Z 16 głównych płyt (pomniejsze nazwano w literaturze anglojęzycznej mianem microplate), nie jest zaznaczona, będąca w procesie formowania się, płyta somalijska. Dokładniejsza mapa, z zaznaczeniem płyty somalijskiej oraz ruchem płyt: Tectonic plates boundaries detailed-en.png

Na styku płyt afrykańskiej i somalijskiej uformował się potężny system rowów tektonicznych, nazywanych Wielkimi Rowami Afrykańskimi. Jest to zarówno region wielkich trzęsień ziemi, jak i najstarszych znalezisk paleontologicznych praczłowieka.

16 głównych płyt tektonicznych Ziemi
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 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^[68] i płyta pacyficzna (52–69 mm/rok). Najmniej aktywna jest płyta eurazjatycka, przesuwająca się z szybkością 21 mm/rok^[69].

[edytuj] Pole magnetyczne

Zobacz więcej w osobnym artykule: 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^[70]. 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^[71]^[72].

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^[73]. Dział nauki zajmujący się badaniem pola magnetycznego planety to geomagnetyzm^{[potrzebne źródło]}.

[edytuj] Sfery Ziemi

Wyróżnia się 4 główne sfery ziemskie: atmosfera (powietrze), litosfera (skały), hydrosfera (woda) i biosfera (życie)^[74]^[75]^[76]. Bardziej szczegółowe podziały wymieniają też powłokę wodną w stanie stałym - kriosfera, sferę gleb - pedosfera oraz sferę, w obręb której wchodzi działalność gospodarcza człowieka - epigeosfera. W biosferze wyróźnia się obszar zamieszkiwany przez zwierzęta (zoosfera) i obszar, który zamieszkują rośliny (fitosfera)^[77]^[78]

[edytuj] Biosfera

Zobacz więcej w osobnym artykule: Biosfera.

Przestrzeń, w której występują organizmy żywe planety nazywa się biosferą. Ziemia jest jedynym znanym miejscem występowania życia. Planeta znajduje się w centrum strefy, w której panują jedyne w Układzie Słonecznym warunki (temperatura od -70°C do 80°C, ciekła woda, tlen cząsteczkowy), umożliwiające rozwinięcie się organizmów o strukturze takiej jak ziemskie. Ekosfera ta rozciąga się od 0,95 j.a. do 1,37 j.a. od Słońca^[79]^[80]^[76]. Uważa się, że pierwsze organizmy, a wraz z nimi biosfera, powstały ok. 3,5–3,7 mld lat temu. Według niektórych naukowców, ich 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)^[81]. Pogląd ten przeciwstawia się zasadzie kopernikańskiej.

Biosfera dzieli się na biomy - obszary wyróżniające się szatą roślinną tworzącą charakterystyczne formacje roślinne oraz swoistą fauną. Decydujący wpływ na charakter i zróżnicowanie biomów ma klimat i dlatego biomy tworzą pasy w zależności od szerokości geograficznej, których układ jest modyfikowany przez lokalne warunki klimatyczne. 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.

Biosfera stanowi sumę wszystkich ziemskich ekosystemów. W skład ekosystemów wchodzą wszystkie organizmy żywe znajdujące się na danym obszarze (biocenoza) i wszystkie elementy nieożywione (biotop) danego obszaru. Biocenozę tworzą populacje - wszystkie osobniki określonego gatunku żyjące w danym środowisku i wzajemnie na siebie wpływające. Na jeszcze mniejszym poziomie organizacji żywej materii jest organizm - istota, której poszczególne części i struktury tworzą zharmonizowaną całość, wykazującą wszelkie cechy życia. Organizmy składają się z układów narządów, narządów, a te z tkanek. Podstawową jednostką życia, obecną we wszystkich ziemskich organizmach, jest komórka, zdolna do przemiany materii i rozmnażania^[82].

Wszystkie organizmy występujące na ziemi są klasyfikowane w ramach systematyki biologicznej. Podział zaproponowany w 1990 przez Carla Woese, oparty na badaniach molekularnych, dzieli świat żywy na trzy domeny: bakterie, archeowce i jądrowce. Wcześniej organizmy klasyfikowano najczęściej na pięć królestw: bakterie, protisty, grzyby, rośliny i zwierzęta. Organizmy klasyfikowane są w układzie jednostek (taksonów) tworzonych ze względu na kryterium pokrewieństwa ewolucyjnego, poniżej poziomu wspomnianego królestwa, przez typy, gromady, rzędy, rodziny, rodzaje i gatunki^[82]. Opisano ok. 2 miliony gatunków żyjących obecnie na Ziemi, ich szacowana liczba wynosi jednak do 100 milionów^[83]^[7].

Na podstawie zróżnicowania skamieniałości i długiej historii życia, szacuje się, że ok. 99% gatunków jakie kiedykolwiek żyły na Ziemi, wymarło. Gatunkiem, który współcześnie ma ogromny wpływ na kształtowanie warunków życia na Ziemi jest człowiek rozumny. Jego działalność spowodowała tak daleko idące przeobrażenie warunków do utrzymania i rozwoju życia na Ziemi, że przypisywane jest mu powodowanie lub przyspieszenie obecnego masowego wymierania (zwanego "szóstym wymieraniem"^[84] lub "szóstą katastrofą"^[85]). Szacuje się, że obecne tempo zaniku różnorodności gatunkowej jest do 1000 razy większe niż w ciągu ostatnich 100 000 lat^[82]. Czerwona Księga Gatunków Zagrożonych z 2008 podaje, że 16 928 gatunków jest zagrożonych wyginięciem^[86].

[edytuj] Litosfera

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^[87]. Powierzchnia podwodna ukształtowana jest górzyście, z cechami takimi jak grzbiety śródoceaniczne, rowy oceaniczne, podwodne wulkany, płaskowyże oceaniczne i równiny abisalne^[44]. Na lądach (29,2%) spotyka się 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 ukształtowanie 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 najstarszej skorupy oceanicznej, na zachodnim Pacyfiku, wynosi 200 mln lat. Porównując, najstarsze znalezione na lądzie skamieniałości mają ok. 3 miliardy lat^[88]^[89].

Skorupa ziemska kontynentalna składa się głównie ze skał magmowych o małej gęstości - granitu i andezytu. W mniejszej proporcji w jej skład wchodzi również najczęściej występująca skała na Ziemi - bazalt, który jest podstawowym składnikiem dna oceanicznego^[90]. 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^[91]. Skorupę ziemską budują także skały metamorficzne, powstałe pod wpływem wysokiej temperatury lub ciśnienia, takie jak gnejs, łupek, marmur czy kwarcyt. Składnikami skał o budowie krystalicznej są minerały. Najczęściej występują minerały z grupy krzemianów - kwarc, skaleń, amfibole, miki, pirokseny i oliwiny^[92]. Powszechne minerały z grupy węglanów to kalcyt (budulec wapienia), aragonit oraz dolomit^[93].

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.

[edytuj] 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 czasie.

Ze złóż paliw kopalnych zawartych w skorupie ziemskiej wydobywa się ropę naftową, węgiel, gaz ziemny, torf i klatrat metanu. Są one wykorzystywane przez człowieka jako główne źródło energii. W 2005, około 86% wyprodukowanej energii pochodziło z paliw kopalnych, 6,3% z elektrowni wodnych, 6,0% z energii jądrowej, a pozostałe 0,9% to energia geotermalna, słoneczna, wiatru i biomasa^[94]. Z głębi Ziemi wydobywa się też minerały rudne zawierające związki metali, m.in. rudy żelaza, cynku, miedzi i ołowiu.

Z ziemskiej biosfery produkowane są naturalnie lub syntetycznie produkty biologiczne, m.in. pokarm, drewno, leki i kompost. Człowiek używa materiałów budowlanych do budowy domów i ochrony dobytku. Ingeruje także w cykl hydrologiczny dla zapewnienia wody słodkiej do konsumpcji, celów przemysłowych i nawadniania. Według artykułu naukowego z 2005, około 40% powierzchni lądu zajmują tereny rolnicze i pastwiska^[95]. Światowy ślad ekologiczny człowieka w 2008 wyniósł 2,7 globalnych hektarów (gha)^[96] na osobę, a możliwości planety do regeneracji zasobów naturalnych oszacowano na mniej o 0,6 gha na osobę^[97].

[edytuj] Atmosfera

Zobacz więcej w osobnym artykule: Atmosfera.

Masę atmosfery ziemskiej szacuje się na 5,1 x 10¹⁸ kg. Na poziomie morza gęstość powietrza wynosi 1,217 kg/m³, a ciśnienie atmosferyczne - 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%^[2]. 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^[98].

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 dla organizmów żywych promieniowanie ultrafioletowe, pole magnetyczne zaś 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^[99]. 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, podtlenek azotu i ozon troposferyczny. Bez efektu cieplarnianego, średnia temperatura kuli ziemskiej wynosiłaby -19°C^[100]^[101]. Ze względu na zróżnicowane pochłanianie i odbijanie promieniowania słonecznego przez zawarte w niej gazy (ultrafiolet pochłaniany jest w dużej mierze przez tlen, zwłaszcza w postaci ozonu, niektóre przedziały podczerwieni przez gazy cieplarniane) atmosfera ziemska jest przezroczysta jedynie dla światła o pewnych długościach fal. W związku z tym organizmy wykorzystują głównie pewien zakres promieniowania słonecznego, określany jako światło widzialne lub promieniowanie czynne fotosyntetycznie^[102].

[edytuj] 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)^[103].

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, a najniższe warstwy atmosfery nagrzewają się od powierzchni, co powoduje rozszerzanie powietrza. Cieplejsze powietrze jest 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^[104]. Główne prądy powietrzne to pasaty, wiejące w strefie do 30° szerokości geograficznej oraz wiatry zachodnie, wiejące od 30° do 60° szerokości^[105]. Prądy morskie również w istotny sposób wpływają na klimat, w szczególności cyrkulacja termohalinowa, która prowadzi do wymiany energii cieplnej pomiędzy tropikami a strefami polarnymi^[106].

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 i wilgotnego powietrza, następuje kondensacja (sublimacja lub skraplanie) pary. Wskutek tego, powstają chmury i woda spada na powierzchnię jako opad atmosferyczny^[104]. 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. Ilość opadów waha się w poszczególnych rejonach, od poniżej milimetra na rok do kilku metrów na rok. Jest to uwarunkowane cyrkulacją atmosferyczną, cechami topograficznymi i temperaturą^[107].

Ziemię można podzielić na równoleżnikowe pasy, w których występuje względnie jednorodny klimat. Wyróżnia się następujące strefy klimatyczne, zaczynając od biegunów: klimat okołobiegunowy, umiarkowany, podzwrotnikowy, zwrotnikowy i równikowy^[108]. 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).

[edytuj] 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.)^[109]. Wykazują one różnice w pionowym gradiencie temperatury (zmianą temperatury wraz z wysokością). W stratosferze znajduje się powłoka ozonowa^[110]. Powyżej tych warstw jest egzosfera, w której zanikają ostatnie ślady obecności powietrza. Umowna granica pomiędzy atmosferą ziemską i przestrzenią kosmiczną, przebiegają

Ziemia - , wolna encyklopedia