Земя

Поглед от Луната на планетата Земя по време на мисиите "Аполо 8 ".

Поглед от Луната на планетата Земя по време на мисиите "Аполо 8 ".

     Земята е третата поред планета от Слънцето и петата по големина. Това е планетата, на която живеем и е единствената която поддържа разумен живот.
 

Основни данни за земята

 

Maса (кг)

5.98 x 1024

Диаметър (км)

12756

Плътност (кг/м3)

5520

Орбитална скорост (м/с)

11200

Средно разстояние от Слънцето

1 AU (149,597,890 км)

Ротационен период (дължина на деня в земни дни)

1 (23.93 часа)

Революционен период (дължина на годината в земни дни)    

365.26

Наклон на оста (в градуси)

23.4

Орбитална инклинация (в градуси)

0

Орбитален ексцентритет

0.017

Средна температура на повърхността (K)

281

Максимална температура на повърхността (K)

310

Минимална температура на повърхността (K)

260

Албедо (отражателна способност)

0.39

Най-висока точка на повърхността

Връх Еверест
(над 8 км над морското ниво)

Атмосферен състав

78% азот,
21% кислород,
1% aргон

Материали на повърхността

Базалтови и гранитни скали и отпадни материали

 

Размери

    Диаметърът на Земята възлиза на 12 756 км. Земята е петтата по-големина планета в Слънчевата система (след Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун). Гръцкият учен Ератостен (276-194 г. пр. Хр.) е първият човек, който определя обиколката на Земята. Той я изчислява по ъгълът на падане на обедната сянка между Асуан и Александрия. Знаейки разстоянието между двата града той изчислява, че обиколката на Земята е 250 000 стадиа. Точно колко дълъг е стадиа не е известно, но Ератостен е бил много близко до реалната обиколка на Земята. Също така той много точно измерва наклонът на оста на Земята и разстоянието й до Луната и Слънцето.
 
Тази снимка е направена през декември 1972 г. от екипажа на Аполо 17. Космическият кораб е пътувал между Земята и Луната. Червеникаво-земна е Африка и Саудитска Арабия, която е пустиня. Снимка на НАСА
 
Тази снимка е направена през декември 1972 г. от екипажа на Аполо 17. Космическият кораб е пътувал между Земята и Луната. Червеникаво-земна е Африка и Саудитска Арабия, която е пустиня. Снимка на НАСА
 

Луната

    Земята има една луна. Нейния диаметър е ¼ земния. Луната някога е била част от Земята, като се отделя от нея при сблъсък с протопланетата Тея, преди милиарди години. Всяка година Луната се отдалечава от Земята с 3.81 см, като след 2 млр. г. ще се освободи от земната гравитация.

Маса и плътност

      Масата на Земята е около 5.98х10^24 кг. Средната плътност на Земята е 5520 кг/ куб. м. (плътността на водата е 1027 кг/ куб. м). Тази плътност е почти два пъти по-голяма от плътността на скалите на повърхността й, което говори за нееднородност на Земята. Наистина нейното ядро е с много по-голяма плътност от тази на мантията и кората. Вероятно то е желязно, може би с примеси от други тежки метали, докато в кората преобладават сравнително леките съединения. Счита се, че ядрото на планетата се състои от разтопено желязо и никел, и е възможно да е с твърда среда. Температурата е около 4000 градуса. Ядрото е обгърнато от силикатна мантия. Кората има дебелина около 10 км под океаните и 30 км, където са разположени континентите. Наличието на разтопено метално ядро е причина за появата на магнитното поле и магнитосферата на Земята. Оста на магнитното поле не съвпада с географската ос. Неговото действие е причина за образуването около Земята на радиационни пояси, открити и изучени още с първите изкуствени спътници. Слоя от електрически заредени частици на височина между 50 и 600 км представлява йоносферата. Сблъсъкът на електрически заредените частици по магнитните силови линии в полярните области на ширини от 60 до 75 градуса предизвиква появата на полярното сияние. Земята е най-плътната планета в Слънчевата система. За да напусне гравитационното поле на Земята един обект трябва да достигне скорост от 11 180 м/ сек.
 
Това инфрачервено изображение на Земята е било направено на  21 септември, 1986.
Това инфрачервено изображение на Земята е било направено на  21 септември, 1986. 
 

Дължина на деня и годината на Земята

    Всеки ден на Земята трае 23.93 часа, а всяка година 365.26 дни. С времето ротацията на Земята се забавя с 1 секунда на всеки 10 години.
 

Земната орбита

   Средно Земята обикаля около Слънцето на разстояние от 149 600 000 км. Земята е най-близко до Слънцето (перихелий) на 2 януари (147.1 млн. км) и най-далече от Слънцето (афелий) на 2 юли (152.6 млн. км). Може да се каже, че Земята обикаля в т.н "зона на златокоска", т.е. на идеалното за поддържане на живот разстояние до Слънцето. Само с 5% по-близка орбита и Земята щеше да е като Венера, а 10% по-отдалечена орбита като Марс.

Орбитален ексцентритет

     Земната орбита е близка до кръговата, като орбиталния ексцентритет е 0.017 (ексцентритетът измерва доколко една орбита се различава по форма от кръг. Перфектната кръгова орбита има ексцентритет 0, докато ексцентритет между 0 и 1 представлява елиптична орбита).
 

Наклон на оста и сезоните

      Земната ос е перпендикулярна на равнината, с наклон от 23.45°. Този наклон ни дава четирите годишни сезони: лято, пролет, зима и есен. Поради наклонът на оста, различните части от глобуса са ориентирани към Слънцето по различно време от годината. Този ефект оказва влияние върху разпространението на слънчевите лъчи. Земята прави една пълна обиколка около Слънцето по своята орбита за 365 дни и 6 часа. Нашата календарна година се състои от 365 дни. Това означава, че всяка година остава по една четвърт денонощие, която не е вписана в календара. На всеки четири години към него се добавя по един допълнителен ден. Годината с допълнителен ден се нарича високосна година и има 366 дни. В такава година вместо 28, както обикновено, месец февруари има 29 дни. Това добавяне на допълнителен ден на всеки четири години премахва несъответствието между календара и движението на Земята. Според Йохан Кеплер (астроном, открил законите, по които планетите обикалят около Слънцето), земната орбита не е правилна окръжност, а елипса. През декември Земята е най-близо до Слънцето, а през юни е най-отдалечена. Освен това земната ос е наклонена спрямо перпендикуляра на еклиптичната равнина на 23.45 градуса и именно този наклон е причината за четирите годишни сезона. В резултат на това отделни части от земния глобус са обърнати директно към Слънцето през определени периоди от годината. През юни северното полукълбо на Земята е обърнато почти директно към Слънцето и там е лято, а в южното полукълбо е зима. През декември слънчевите лъчи падат под голям ъгъл върху северното полукълбо и тогава там е зима, а в южното полукълбо е лято. В определен период от месеците март и септември двете полукълба са обърнати под еднакъв ъгъл към Слънцето и дните и нощите са почти еднакво дълги. Този момент, в който центърът на Слънцето пресича небесния екватор и огрява еднакво двете полукълба, се нарича пролетно или есенно равноденствие и настъпва по различно време през годините - обикновено между 20-22 март и 21-23 септември. С пролетното равноденствие започва пролетта, а с есенното - есента. През месец юни в северното полукълбо Слънцето достига най-високата точка в своето движение над хоризонта - обикновено около 21 юни и този момент се нарича лятно слънцестоене. Това е най-дългият ден от годината и е началото на астрономическото лято. След този ден дните започват да стават по-къси, а нощите - по-дълги. Около 21 декември в северното полукълбо настъпва зимното слънцестоене - началото на астрономическата зима, когато Слънцето се намира най-ниско над хоризонта и тогава е най-дългата нощ през годината. След този момент дните започват да стават по-дълги, а нощите - по-къси.
 
Нашият дом, планетата Земя, погледанта от космоса. Показва изображението над Америка
 

Скорост

     При екватора Земята изминава 40 000 км за 24 часа. Скоростта й е около 1670 км/час. Ако се преместим на някой от полюсите тази скорост намалява почти до нула. Земята обикаля около Слънцето със скорост от 30 км/час. Това се различава от земната ротационна скорост с приблизително 0.5 км/сек.
 

Температура

    Средната температура на Земята е около 10° С. Температурата на Земята варира от -89°С до 58°С. Най-ниската температура на Земята е измерена през юли 1983 г. в ст. Восток (Антарктида), а най-високата през септември 1922 г. в Либийската пустиня. Поради високото съдържание на парникови газове на Земята е налице “парников ефект”.

Земна кора

От Космоса Земята изглежда синя, защото 71% от нейната повърхност е покрита от океани и морета, за разлика от планетите Меркурий, Венера и Марс, които в най-благоприятния случай са сравними с пустинята Сахара. Контитентите от Космоса изглеждат кафяви. Земната кора се изучава от геофизиката, а скалите се изследват от геолозите. От тези изседвания става ясно, че Земята е покрита от остатъци от древни морета и вулканична лава. Скалите се състоят от химичните елементи от периодичната таблица на Менделеев, но те почти не се срещат в чист вид, каквито са златна жила, С във вид на диамант, чиста сяра. Земната кора съдържа много минерали. Геолозите класифицират скалите и минералите отделно, тъй като скалите са смес от минерали. Напимер, гранита съдържа различни кварцови кристали по цвят и твърдост. Геолозите класифицират скалите в зависимост от начина на образуване. Вулканичните скали са изтинала и втърдена магма и лава, които изтичат от вулканите по земната повърхност. Най-често срещаните са гранит и базалт. Утаечните скали са резултат от разрушителното действие на вятъра,водата и леда, които превръщат скалите в пясък. Песеченките се смесват и образуват пясъчник. Например, когато лимонита метаморфозира се превръща в мрамор.

  Вътрешен строеж на Земята

Скалите в земната кора имат средна плътност r » 3-4.103 kg m-3, докато средната плътност на Земята като коскическо тяло е rЕ » 5,5.103 kgm-3. Следователно в земните недра се очаква плътността да е много по-висока от тази в земната кора. Такъв химичен елемент, който може да доведе до висока средна плътност на Земята е желязото. Поради своите електрични и магнитни свойства то поражда земното магнитно поле. Геолозите смятат, че при формирането си протоземята (преди около 4,5 млр.г.) все още не е била разтопена маса. По всяка вероятност отделената енергия вседствие ударите на платезмали, метеори и астероиди, а също така и топлинната енергия отделена от радиоактивния разпад на изотопи, са разтопили твъдия материал на протоземята, образуван от платезмалите. Тежкото желязо под действие на гравитацията е падало бавно към центъра на Земята, докато материалите с по-ниска плъност са изплували към повърхността на протоземята. Тези процеси са оформили вътрешния строеж на Земята. Централното ядро е съставено от почти чисто желязо, a най-външната област, от която се образува земната кора е обогатена на минерали. Така се получава слоевата структура във вътрешния строеж на Земята. Вътрешната структура на Земята се изучава с помощта на земетресенията.
Земетресенията са източник на вибрации. Самият източник на сеизмични вълни е разположен дълбоко под земната повърхност и се нарича епицентър. Сеизмичните вълни се разпространяват в различни посоки с различни скорости. Сеизмографите регистрират сеизмичните вълни от земната кора. Люлеенето на земната повърхност е с най голяма амплитуда в близост до епицентъра, но сеизмичните вълни се разпростират по земната кора като напречни вълни (подобно на морските вълни). Има два вида сеизмични вълни: първични (надлъжни), наречени Р вълни и вторични (напречни), наречени S вълни. Поради променливата плътност в недрата на Земята, вълните се отклоняват и пречупват от посоката на първоначалното разпространение, откъдето геофизиците правят изводи за структурните особености във вътршния строеж на Земята. Сеизмографите, раположени на различни места по земната повърсност регистрират сеизмични вълни. На противоположната страна спрямо епицентъра на земната повърхност сеизмографите регистрират само Р вълни. S вълните (напречни) нямат голям пробег през течности, поради което не достигат до противоположната, спрямо ядрото на Земята, страна на епицентъра. Този факт се интерпретира, че ядрото на Земята е течно. Има области от земната повърхност, където не дотигат нито Р, нито S вълни, т. нар. сенчести зони. Слоят от недрата на Земята, където се отразяват Р вълните е между разтопеното външно ядро твърдата мантия. Ако приемем диаметъра на Земята DЕ » 12 700 км , външното ядро съотвествува на слой с диаметър D » 7 000 км , а върешното - D » 2 500 км . Течното външно ядро е сандвич между твърдо желязно ядро и твърда мантия. Земната кора има дебелина 30 км и температура около 20°C. В недрата на Земята температурата расте с дълбочината, като достига до 5000 °C в центъра. Мантията е слой от феромагнезиеви минерали на дълбочина 2 900 км. Тя е твърда компонента с точка на топене 1000°C. Точката на топене на определен слой от вътрешността на Земята зависи от температурата и налягането. Колкото по-високо е налягането, толкова по-висока е температурата на топене, поради което мантията и вътрешното ядро са твърди, а вънното ядро е течно. Между външното ядро и мантията със скок се изменя химичнния състав - от желязно богата на минерали мантия се преминава в течно, почти чисто желязно течно външно ядро с незначителен примес от никел, поради което се нарича желязно-никелово ядро. То има по-ниска точка на топене от минералите от чисто желязо в вътрешното ядро. На дълбочина 5 100 км вътрешното ядро има налягане P » 1011N m-2, при което температурата на вътрешното ядро се оказва по-ниска от температурата на топене.

Тектонски плочи

Земната кора се дели на платформи, които се притискат една към друга, поради което възникват земетресенията, вулканите, океанските рифове и разломите. Континентите се преместват един спрямо друг. Южна Америка се премества към Африка. Съместяването на континенталните шелфове е забележително явление. Според една гефизична хипотеза някога е съществувал суперконтинент Пангея (всички земи), масивните плочи, от които се състоял, започнали да се отдалечават една от друга преди 2.108 г. През 1950 г. е открита дълга планинска верига на дъното на Атлантическия океан. Прецизните изследвания през 1960 г. откиват на океанското дъно откриват, че скали от мантията образуват дългата планинска верига на дъното на океана. Мантията се стопила и издигнала нагоре във вид на вулкани, които са образували средно атлантическата верига от подводни вулкани. Източното дъно на Атлатическия океан се отмества на изток, а западното дъно - на запад. Това явление е отдалечило Америка от Африка. От 1960 г. геофизиците привеждат доказателства за движението на плочи, а не континенти. Така се ражда теорията за тектоничните платформи. Според тази теория земетресенията стават между границите на платформите, които се притискат или отдалечават. Границите на платформите съвпадат с епицентровете на земетресенията.
 

Хидросфера

   Около 70% от повърхността на Земята е покрита с вода, която е нейната хидросфера, и е уникално явление в Слънчевата система, защото не присъства на други планети. Сложното взаимодействие между океаните, атмосферата и планетната повърхност определят нейния енергиен баланс и температурен режим. Облачната покривка обикновено закрива 50% от повърхността и топлината, останала във вътрешността на атмосферата (парников ефект) предизвиква повишаване на температурата до над 30 градуса. На другите космически тела, поради специфичните условия, водата е предимно в твърда фаза. На Земята само 7% от водата е постоянно в твърдо състояние, образувайки полярните шапки на планетата.
 
alt
 

Атмосфера

 
     Земната атмосфера се разделя на няколко слоя. На човека оказват въздействие предимно ниските слоеве от атмосферата (до 15-25 км.), тъй като там е съсредоточена основната въздушна маса. Слоевете са следните: Тропосфера – най-ниския слой от земната атмосфера, простиращ се до първия термичен минимум (т.нар. тропопауза). Горната граница на тропосферата зависи от географската ширина: в тропиците – 18-20 км., в умерените пояси – около 10 км., и от годишното време. При издигане във тропосферата температурата пада с около 0.6°C на всеки 100 м., достигайки до около минус 50°C. Тропопаузата е онзи атмосферен разделителен слой, над който температурата отново се повишава, вместо да спада. Времето като метеорологическо понятие съществува до тропопаузата. Нагоре вече не. В тропосферата съществуват циркулационни и конвективни движения на газовете, причинени от различните степени на нагряване на земната повърхност. Тук е съсредоточено основното количество водна пара от атмосферата и затова в този слой се образуват облаците. За тропосферата са характерни турбулентността и мощните въздушни вихри и урагани. В горните слоеве на тропосферата съществуват силни въздушни течения с определено направление. Турбулентните вихри, подобни на големи водовъртежи, се образуват под динамическото въздействието между бавно и бързо движещите се въздушни маси. Стратосфера – слоя от земната атмосфера, разположен над тропосферата, обикновено на височина около 8-10 км (в полярните области) и 16-18 км . в областите, близо до екватора. Простира се до височина 50-55 км, като температурата расте с височината от минус 50°C (в екваториалните области от минус 75°C )до около 0°C. Стратосферата се различава от тропосферата по ниското съдържание на водни пари. Горните слоеве на стратосферата се нагряват от поглъщането на слънчевото ултравиолетово излъчване. Горната граница на стратосферата (стратопаузата) се намира там, където температурата се покачва, достигайки промеждутъчен максимум, който нерядко се съпоставя с температурата на приземния въздушен слой. Мезосферата е слой, разположен над стратосферата, в който до височина около 80-85 км температурата пада до минималните показатели за атмосферата като цяло. Рекордно ниски температури до минус 110°C са регистрирани с метеорологически ракети. Най-горния слой на мезосферата , наречен мезопауза, съвпада с най-ниските области на активно поглъщане на рентгеновото и късовълновото ултравиолетово лъчение на Слънцето, което предизвиква нагряване и йонизиране на газа. В полярните региони през лятото често се появяват облачни системи, които заемат голяма площ, но имат незначително вертикално развитие. Такива светещи през нощта облаци често позволяват да се наблюдава вълнообразното движение на въздуха в мезосферата. Съставът на тези облаци, източниците на влага и ядрата на кондензация все още не е изучен. Йоносферата е външният разреден слой от земната атмосфера, в който протича йонизация на газа под въздействието на слънчевите ултравиолетови и рентгенови лъчи. Тук молекулите на кислорода под силната ултравиолетова бомбардировка се разделят на отделни атоми, които понякога се рекомбинират с кислородните молекули, образувайки триатомен кислород – озон. Именно озонът предпазва земната повърхност от опасните ултравиолетови лъчи.
Земната атмосфера е изградена от тънък слой газове. Тя се състои от 78% азот, 21% кислород, 0.9% аргон, 0.03% въглероден диоксид, както и следи от други газове. Дължим атмосферата си на планетарна дегазация, процес при който газове като въглероден диоксид, серен диоксид и азот са освободени от вътрешността на Земята, чрез вулканизъм и други геологични процеси. При своята еволюция живите организми моделират атмосферата на Земята.