Zdjęcie w tle: NASA Johnson

Jak powstała Ziemia?

NASA-JPL-Caltech

Artystyczna wizja powstania Układu Słonecznego

Wokół świeżo powstałego Słońca obecny był jeszcze dysk akrecyjny złożony z gazu i pyłu. Około 4,6 miliarda lat temu ogrzana materia zaczęła się zderzać ze sobą, tworząc coraz większe „ziarna” nazywane planetezymalami. Te zalążki planet zaczęły przyciągać materię do siebie, tym samym przybierając na masie. W ten sposób trzecia od Słońca powstała Ziemia, gromadząc coraz więcej „gruzu” i gazu, oczyszczając w ten sposób swoje bezpośrednie sąsiedztwo, aż do ostatniej, potężnej, kolizji. W wyniku zderzenia z innym wielkim obiektem, od Ziemi oderwała się spora ilość materii, która utworzyła dysk akrecyjny wokół naszej planty, z którego ostatecznie uformowała się zbita bryła, nazywaną dziś Księżycem.

Charakterystyka planety

Typ planety: Skalista
Masa: 5,977 × 10²⁴ kg
Średni promień: 6371 km
Mimośród orbity: 0,0167
Półoś wielka orbity: 1, 496 × 10¹¹ m
Okres orbitalny: 365,25 dnia
Liczba księżyców: 1

Struktura wewnętrzna

Wikipedia; Jeremy Kemp

Przekrój wnętrza Ziemi

Wnętrze Ziemi składa się z kilku warstw, z czego każda z nich ma inną gęstość oraz objętość. Gęstość rośnie skokowo, zwiększając się wraz z głębokością. Strukturę wewnętrzną Ziemi dzielimy na 4 główne warstwy:

Skorupa – zewnętrzna warstwa. Jest najcieńsza, najlżejsza i najchłodniejsza. Jej średnia grubość wynosi około 30 km, a gęstość szacowana jest na od 2,7 g/cm³ do 3,1 g/cm³. Jej zewnętrzne warstwy składają się z lekkich skał zwanych sialem, ponieważ dominują w nich głównie krzem (Si) i glin (Al). Warstwa ta ma różną grubość, a spoczywa na gęstszej warstwie zwanej simą, poza krzemem występuje w niej obficie magnez (Mg)

Płaszcz Ziemski – najgrubsza warstwa, sięga na głębokość około 2900 km, jest to gorąca mieszanina stopionych skał, ma konsystencje karmelu. Stanowi ona 68% masy oraz 84% objętości Ziemi. Jej gęstość zmienia się od 3,3 g/cm³ w górnych partiach do 5,5 g/cm³ w partiach dolnych. Składa się głównie z krzemianów. Generowane w niej jest wiele naprężeń uwalnianych podczas trzęsień Ziemi. Temperatura Płaszcza przy górnej granicy wynosi kilkaset stopni Celsjusza, a przy dolnej 4000°C. Upłynnieniu się materii w takiej temperaturze zapobiega wysokie ciśnienie, sięgające 1400 kilobarów w najgłębszej części.

Jądro zewnętrzne – sięga do głębokości 5150 km, jest płynne. Składa się z metali w stanie ciekłym, temperatura w jądrze zewnętrznym sięga 4230°C. Gęstość waha się od 10 g/cm³ do 12,1 g/cm³. W wyniku ruchu materii wewnątrz warstwy, spowodowanego konwekcją, powstaje pole magnetyczne, które w jądrze jest około 50 razy silniejsze niż na powierzchni Ziemi.

Jądro wewnętrzne – w centrum naszej planety znajduje się metaliczna sfera o promieniu około 1220 km. Jest ona w miarę jednolita, gęstość wzrasta nieznacznie od 12,8 g/cm³ do 13 g/cm³ w samym centrum. Temperatura jądra jest szacowana między 5100°C a 5400°C. Ciśnienie sięga 360 GPa (giga paskali).

Geologia

Ziemia jest geoidą. Jest to bryła podobna do nieregularnej sfery, spłaszczonej na biegunach i wybrzuszonej wzdłuż równika. Występują na niej trzy główne grupy skał:
Skały magmowe, powstają przez skrzepnięcie stopu glino-krzemianowego.
Skały osadowe, powstają przez sedymentacje, czyli nagromadzenie na powierzchni Ziemi cząstek mineralnych i organicznych w formie kryształów oraz ziaren.
Skały metamorficzne, powstają poprzez zmianę składu chemicznego lub/i struktury wewnętrznej skał pod wpływem podwyższonego ciśnienia i temperatury oraz przy udziale roztworów/fluidów o różnym składzie chemicznym.

Atmosfera

Atmosfera Ziemi to mieszanina gazów utrzymywana dzięki grawitacji. W atmosferze ziemskiej dominują głównie azot (78%) i tlen (21%), poza nimi obecne są także: dwutlenek węgla, neon, hel i inne w znacznie mniejszej ilości. Poza cząsteczką tlenu O2 w ziemskiej atmosferze występuje także cząsteczka tlenu O₃, nazywany ozonem. To właśnie jego obecność w stratosferze naszej planety chroni nas przed szkodliwym promieniowaniem z zakresu nadfioletu.

Gęstość atmosfery maleje razem z wysokością tak samo jak ciśnienie, ale skład chemiczny praktycznie pozostaje taki sam do 80 km n.p.m. Zdecydowana większość, bo aż 99,9% masy atmosfery występuje poniżej 50 km n.p.m., a 90% jest poniżej 16 km n.p.m. Masę całkowitą atmosfery Ziemi łatwo jest oszacować. Wiemy, że słup atmosfery o powierzchni 1 cm² waży 1 kg, znając powierzchnie Ziemi (ok. 510 × 10^6 km²), otrzymujemy masę o wartości 5,15 × 10^18 kg. Masa atmosfery jest niemal jedną milionową częścią masy całej planety.

Atmosfera dzieli się na warstwy, pomiędzy którymi występują tzw. pauzy, czyli warstwy przejściowe, niewchodzące w skład głównych warstw. Podział wygląda następująco:

Wiking.edu.pl

Warstwy homosfery wraz z termosferą

Homosfera

Homosfera to część atmosfery, wewnątrz której skład chemiczny właściwie się nie zmienia wraz z wysokością
W jej skład wchodzą:

Troposfera – Warstwa o grubości 0-8km nad biegunami i 0-18km nad równikiem. Temperatura w troposferze maleje wraz z wysokością, średnio o 6,5°C na km.
Stratosfera – Warstwa powyżej troposfery, sięgająca do wysokości około 50 km nad powierzchnię. To właśnie w Stratosferze, na wysokości 20-30km n.p.m  zalega gęsta warstwa ozonu.
Mezosfera – Zewnętrzna warstwa homosfery sięgająca do 80 km n.p.m.

Heterosfera

Heterosfera to warstwa, której skład chemiczny zmienia się z wysokością. Od homosfery oddzielona jest homopauzą.

Jonosfera – od 80 do 400 km n.p.m; występuje w niej kilka warstw zjonizowanych, oznaczonych literami: D, E, F1 i F2, odznaczających się wzrastającą wraz z wysokością gęstością jonów i wolnych elektronów.                                                                                                                                                                                                                                                                      
Termosfera  – sięga do 500 km n.p.m. Temperatura wzrasta w niej wraz z wysokością.
Metasfera  – sięga do 1500 km n.p.m. Temperatura jest stała w całej objętości i zależna od pory dnia i nocy.
Protosfera  – znajduje się powyżej 1500 km n.p.m. To całkowicie zjonizowana warstwa, w której dominują głównie protony.

Atmosfera Ziemska poza niezbędnymi dla nas właściwościami, jak zatrzymywanie promieniowania czy zawartość pierwiastków potrzebnych do funkcjonowania organizmów, bywa także przeszkodą. Jej obecność zdecydowanie utrudnia obserwacje astronomiczne. Światło wchodzące w Ziemską atmosferę ulega załamaniu (refrakcji) oraz pochłanianiu i rozpraszaniu (ekstynkcji). Ruchy pionowych mas powietrza powodują zjawisko, gdzie obserwowany obraz ciała niebieskiego „porusza się” w okularze teleskopu. Wymusza to na astronomach wprowadzanie poprawek, które uwzględniają wpływ atmosfery na uzyskany obraz.

Korekta – Zofia Lamęcka