Información sobre la Tierra
Uno de los nueve planetas del sistema solar, es el tercer planeta de más cercano a más alejado del sol. Tiene un satélite natural: la luna. La Tierra tiene aproximadamente 4.600 millones de años. Ya sea la Tierra entera o su atmósfera, océanos, corteza e interior, ha estado en constante cambio y movimiento desde su formación.
La Tierra gira una vez en aproximadamente 23:56 minutos y 4 segundos, y la velocidad lineal de rotación en el ecuador terrestre es de 465 metros por segundo. La órbita de la Tierra alrededor del Sol es elíptica, con una distancia promedio de 149 millones 573 millones de kilómetros. Se necesitan 365,25 días para completar una revolución y la velocidad media de revolución es de 29,79 kilómetros por segundo. El ángulo entre la eclíptica y el ecuador es de 23 grados 27 minutos. Debido a este ángulo, la combinación de rotación y revolución produce la duración desigual del día y la noche en la Tierra, los cambios de las cuatro estaciones y la división de cinco zonas (zona tropical, zona templada norte y sur, y zona templada norte y sur). zona gélida). La velocidad de rotación de la Tierra es desigual, con cambios estacionales e irregulares a largo plazo. Al mismo tiempo, debido a los efectos gravitacionales del Sol, la Luna y los planetas, así como a los diversos efectos de la atmósfera, los océanos y los materiales internos de la Tierra, la dirección del eje de rotación de la Tierra cambiará en el espacio y en la superficie. la tierra misma.
El radio ecuatorial de la Tierra es de 6378140 m, su radio polar es de 6357 km y su circunferencia ecuatorial es de 40076 km. La Tierra no es una esfera perfecta, sino una esfera achatada, o más bien un cuerpo giratorio en forma de pera. Los resultados de la observación de la Tierra artificial por satélite muestran que el ecuador de la Tierra también es una elipse. La fuerza centrífuga de inercia generada por la rotación de la Tierra hace que la Tierra esférica se expanda gradualmente desde los polos hasta el ecuador, convirtiéndose en la forma actual de elipsoide ligeramente achatada. unos 21 km más corto que el radio ecuatorial. La distribución desigual de la materia en el interior de la Tierra provoca además irregularidades en la forma de la superficie terrestre. La atracción gravitacional del Sol y la Luna sobre la Tierra provoca mareas en los océanos y la atmósfera terrestre.
La masa de la Tierra es de 5,976×1027 gramos (o unas 6×1021 toneladas), y la densidad media es de 5,52 gramos por centímetro cúbico. Cada partícula de la Tierra se ve afectada por la gravedad y la fuerza centrífuga de inercia, y su fuerza combinada es la gravedad. La gravedad disminuye con la altitud y también cambia con la latitud. En algunos lugares aparecerán anomalías de gravedad, lo que reflejará la distribución desigual de la materia dentro de la Tierra. La aceleración gravitacional de la Tierra también experimenta pequeños cambios periódicos debido a las fuerzas de marea del Sol y la Luna.
La Tierra puede considerarse como una serie de capas concéntricas. El interior de la Tierra tiene estructuras de núcleo, manto y caparazón. Fuera de la Tierra, se encuentran la hidrosfera, la atmósfera y la magnetosfera, formando un manto alrededor de la Tierra sólida. La magnetosfera y la atmósfera bloquean el bombardeo directo de rayos ultravioleta, rayos X, partículas de alta energía e innumerables meteoros desde el espacio sobre la Tierra.
La superficie terrestre es de unos 509,6 millones de kilómetros cuadrados, más de siete décimas partes de los cuales están cubiertos por océanos azules. Los lagos y ríos sólo representan una pequeña parte de las aguas superficiales de la Tierra. La capa de agua líquida en la superficie de la Tierra, llamada hidrosfera, se ha estado formando durante al menos 3 mil millones de años. La superficie de la tierra está compuesta de diversas rocas y suelos. El suelo es accidentado y las zonas bajas se inundan de océanos y lagos; la tierra sobre el agua incluye llanuras y montañas. El relieve vertical total de la superficie sólida de la Tierra es de unos 20 kilómetros, la diferencia de altura entre la cumbre del Monte Everest y la Fosa de las Marianas, y más de la mitad del espesor medio de la corteza continental. El fondo marino es tan desigual e inestable como la tierra. Las rocas del fondo del océano son mucho más jóvenes que las de la tierra. La mayoría de las rocas terrestres tienen menos de 2 mil millones de años. Las rocas sedimentarias se pueden encontrar en todas partes de la tierra, lo que indica que estos lugares pueden haber sido océanos en la antigüedad. Aunque hay varios cráteres en la superficie de la Tierra, sería difícil encontrar tantos como en la Luna, Marte y Mercurio. Esto se debe a que la superficie de la Tierra está constantemente erosionada, erosionada y desintegrada por fuerzas externas (agua y atmósfera) e internas (terremotos y volcanes).
No sólo hay movimiento vertical en la parte superior de la Tierra, sino también un mayor movimiento horizontal, y las posiciones relativas de océanos y continentes también cambian a lo largo del tiempo geológico. Algunos científicos creen que antes había dos continentes antiguos en la Tierra: Gondwana en el hemisferio sur y Laurasia en el hemisferio norte. Más tarde, el bloque continental original fue destrozado por la enorme fuerza del movimiento de las placas, y los fragmentos se desplazaron gradualmente hasta su ubicación actual. Los científicos creen además que la tectónica global es un resultado directo de la continua expansión del fondo marino.
La capa superior de la Tierra, de unas decenas de kilómetros de espesor, es la muy fuerte litosfera. La capa inferior, de cientos de kilómetros de espesor, es la muy débil astenosfera. Los materiales de esta capa son maleables durante mucho tiempo. -término estrés. La litosfera flota sobre la astenosfera.
Cuando se libera energía (calor primario y calor radiactivo) dentro de la Tierra, la distribución desigual de la temperatura y la densidad dentro de la Tierra provoca un movimiento convectivo del material del manto. El material convectivo del manto se mueve hacia ambos lados a lo largo de las grietas en la dorsal oceánica del fondo del océano, formando constantemente nuevos fondos oceánicos. Además, el antiguo fondo oceánico continúa expandiéndose hacia afuera al acercarse al borde continental, se inserta bajo la corteza continental bajo la atracción de la convección del manto, provocando una serie de movimientos tectónicos en la litosfera. Esta convección permite que todo el fondo marino se renueve aproximadamente cada 300 millones de años. La litosfera está separada por zonas tectónicas activas en unidades discretas llamadas placas continentales. Como la Placa Euroasiática, la Placa Americana, la Placa Africana, la Placa del Pacífico, la Placa Australiana y la Placa Antártica. La expansión del fondo marino provoca el movimiento de las placas continentales. La compresión mutua de las placas crea un enorme sistema montañoso, desde los Alpes pasando por Turquía, el Cáucaso hasta el Himalaya. En algunos lugares, las rocas de ambas placas se hundieron simultáneamente, creando profundos abismos en el fondo del océano. Además, los movimientos de las placas también provocaron volcanes y terremotos;
La investigación científica sistemática sobre el origen y la evolución de la Tierra comenzó a mediados del siglo XVIII, y hasta ahora se han propuesto muchas teorías. La opinión popular actual es que la Tierra, como planeta, se originó a partir de la primitiva nebulosa solar hace 4.600 millones de años. Al igual que otros planetas, también ha experimentado algunos de los mismos procesos de evolución física, como la acreción y la colisión. Cuando se formó el embrión de la Tierra, la temperatura era baja y no había ninguna estructura en capas. Sólo debido al bombardeo de materiales de meteoritos, el calor generado por la desintegración radiactiva y la contracción gravitacional de la tierra original, la temperatura de la tierra aumentó gradualmente. A medida que aumentan las temperaturas, los materiales de la Tierra se vuelven cada vez más plásticos, lo que provoca un derretimiento localizado. En este momento, bajo la acción de la gravedad, la materia comienza a diferenciarse. La materia más pesada cerca de la superficie se hunde gradualmente, la materia más ligera dentro de la Tierra se eleva gradualmente y algunos elementos pesados (como el hierro líquido) se hunden hasta el centro de la Tierra. para formar un núcleo denso (las observaciones de ondas sísmicas muestran que el núcleo externo de la Tierra es líquido). La convección de material estuvo acompañada de una separación química a gran escala y, finalmente, la Tierra formó gradualmente la corteza, el manto y el núcleo actuales.
Al principio de la evolución de la Tierra, la atmósfera original se escapó por completo. Con la reorganización y diferenciación de la materia, varios gases originalmente presentes en la Tierra subieron a la superficie y se convirtieron en la atmósfera de segunda generación; más tarde, debido a la fotosíntesis de las plantas verdes, se desarrollaron aún más hasta convertirse en la atmósfera moderna; Por otro lado, la temperatura en el interior de la tierra aumenta, provocando que el agua cristalizada interna se vaporice. A medida que la temperatura de la superficie disminuye gradualmente, el agua gaseosa se condensa y cae al suelo para formar una hidrosfera. Hace unos tres o cuatro mil millones de años, comenzaron a aparecer en la Tierra organismos unicelulares y luego evolucionaron gradualmente hasta convertirse en varios organismos, hasta que organismos avanzados como los humanos formaron la biosfera.
Bajo la influencia de la gravedad terrestre, grandes cantidades de gas se acumulan alrededor de la Tierra, formando una capa llamada atmósfera. La atmósfera se mueve con la Tierra; la atracción gravitacional del Sol y la Luna también actúa como fuerza de marea. La atmósfera tiene una influencia decisiva en las condiciones físicas y el entorno ecológico del suelo. La masa de la atmósfera terrestre es aproximadamente una millonésima parte de la masa total de la Tierra. La densidad atmosférica disminuye al aumentar la altitud. El 90% de la masa total de la atmósfera se concentra a 15 km sobre la superficie y el 99,9% se concentra a 50 km. En altitudes superiores a los 2.000 kilómetros, la atmósfera es extremadamente delgada y pasa gradualmente al espacio interplanetario sin un límite superior obvio.
La densidad, la temperatura, la presión y la composición química de la atmósfera terrestre cambian con la altitud. La atmósfera terrestre se puede estratificar según diferentes parámetros como la distribución de temperaturas, la composición, el grado de ionización, etc.
Según la distribución de la temperatura atmosférica con la altura, se puede dividir en:
Troposfera: atmósfera inferior próxima a la superficie, con evidente movimiento convectivo. Su espesor varía según la latitud, la estación y otras condiciones. Tiene entre 16 y 18 km en la región ecuatorial, entre 10 y 12 km en las latitudes medias y entre 7 y 8 km en las regiones polares. En general, es más espesa en verano y más fina en invierno. La troposfera está más estrechamente conectada con la superficie y se ve más afectada por las condiciones de la superficie. La mayor parte del vapor de agua de la atmósfera se concentra en esta capa, formando nubes y precipitaciones. La parte superior de la troposfera se llama "tropopausa" y tiene entre unos cientos de metros y 1 o 2 kilómetros de espesor. La temperatura de la troposfera disminuye casi linealmente con la altitud, y la temperatura superior de la troposfera es de aproximadamente -50 grados Celsius.
Estratosfera: (también llamada estratosfera) es la capa que va desde la tropopausa hasta una altitud de 50 kilómetros sobre el suelo. La atmósfera aquí es principalmente de advección. A medida que aumenta la altitud, la temperatura dentro de la capa aumenta ligeramente, alcanzando el máximo a una altitud de unos 50 kilómetros (alrededor de -10 a -20 grados Celsius).
Capa intermedia: (también llamada capa de escape), su altura es de 50 ~ 85 km desde la superficie, y la temperatura disminuye al aumentar la altura. En la parte superior de la mesosfera, a 85 kilómetros sobre la superficie, la temperatura está cerca de su punto más bajo, alrededor de menos grados Celsius.
Termosfera: Capa situada encima de la mesosfera. La temperatura aumenta al aumentar la altitud, alcanzando unos 1100 grados centígrados en la parte superior de la termosfera, que se encuentra a 500 kilómetros de la superficie. La temperatura de esta capa aumenta porque la atmósfera absorbe grandes cantidades de radiación ultravioleta del sol. Por encima de la parte superior de la termosfera se encuentra la atmósfera exterior. La atmósfera aquí es extremadamente tenue.
Según la composición de la atmósfera, se puede dividir en dos capas: la capa homogénea se encuentra a unos 100 kilómetros por debajo de la superficie (la atmósfera está compuesta por varios gases la anterior es la capa heterogénea); En la capa homogénea, situada entre 10 y 50 kilómetros de la superficie terrestre, la acción fotoquímica de la radiación ultravioleta solar produce ozono para formar la capa de ozono. La altura de esta capa es aproximadamente equivalente a la estratosfera mencionada anteriormente. La concentración de ozono es máxima entre 20 y 30 kilómetros de la superficie, pero el contenido de ozono en esta parte de la atmósfera es todavía menos de una cienmilésima parte de esta capa de la atmósfera, y todavía se considera que varios gases están mezclados uniformemente. La capa de ozono absorbe la radiación ultravioleta del sol que amenaza la vida, impidiendo que llegue a la superficie.
Según el grado de ionización de la atmósfera, se puede dividir en dos capas: desde la superficie hasta la capa a 80 kilómetros de la superficie, las moléculas y átomos de la atmósfera se encuentran en estado neutro. , llamada capa neutra. A una distancia de 80 a 1000 km de la superficie terrestre, los átomos de la atmósfera son ionizados por la radiación solar (principalmente radiación ultravioleta) y se convierten en una gran cantidad de iones positivos y electrones, formando la ionosfera. Hay cuatro capas de ionización y la altura y la ionización de estas capas varían según la hora del día, la estación del año y el grado de actividad solar. En la ionosfera se producen muchos fenómenos astronómicos interesantes, como auroras y meteoros. La ionosfera también refleja la radio de onda corta, lo que permite las comunicaciones por radio de onda corta en tierra.
En la atmósfera cercana a la superficie, el 78% es nitrógeno, el 265.438+0% es oxígeno y hay otros componentes gaseosos como dióxido de carbono, argón y vapor de agua. El vapor de agua es el componente más inestable de la atmósfera. En lugares cálidos y húmedos en verano, el contenido de vapor de agua en la atmósfera puede alcanzar el 4%; en lugares secos y fríos en invierno, su contenido puede reducirse a 0,065438±0%. Además del vapor de agua, en un radio de 3 kilómetros de la superficie también hay polvo, polen, cenizas volcánicas, polvo de meteoritos y otras partículas. La atmósfera original de los primeros días de la formación de la Tierra ya no existe y toda o la mayor parte de ella ha escapado al espacio. Posteriormente, la Tierra estuvo en fase de fusión debido a la desintegración de elementos radiactivos y al llamado "calentamiento gravitacional", que aceleró el escape de gases del interior de la Tierra. La gravedad de la Tierra hace que estas atmósferas que se escapan se acumulen gradualmente alrededor de la Tierra. Esta segunda generación de la atmósfera terrestre es deficiente en oxígeno y está formada principalmente por dióxido de carbono, monóxido de carbono, metano y amoníaco, y se denomina atmósfera reductora. Posteriormente, fue principalmente la fotosíntesis de las plantas verdes, seguida de la radiación solar, la que descompuso el agua en oxígeno libre, convirtiendo así la atmósfera reductora en una atmósfera oxidante dominada por nitrógeno y oxígeno. Algunos científicos han llegado a la conclusión, analizando sedimentos de hematita, de que el oxígeno ha estado presente durante al menos 2.500 millones de años. Desde entonces, la atmósfera es rica en oxígeno libre.
La tierra es un cuerpo no isotrópico con una estructura estratificada en su interior. La composición, densidad y temperatura de cada capa son diferentes. La gente estudia principalmente la estructura interna de la tierra a través de ondas sísmicas. La velocidad de propagación de las ondas sísmicas está estrechamente relacionada con la densidad y las propiedades de los materiales de la tierra. En medios con diferentes propiedades y estados, la velocidad de propagación de las ondas sísmicas varía mucho. Con base en los datos de velocidad de propagación de las ondas sísmicas en diferentes partes de la Tierra, se puede analizar la estructura de la Tierra. El análisis muestra que la Tierra tiene dos discontinuidades que la dividen en tres capas concéntricas principales: corteza, manto y núcleo.
La corteza terrestre también se llama capa A y tiene un espesor desigual. El espesor medio de la corteza continental es de unos 30 kilómetros (el espesor de la corteza en la meseta Qinghai-Tíbet en mi país puede alcanzar más de 65 kilómetros), mientras que el espesor medio de la corteza oceánica es de sólo 5 a 8 kilómetros. La densidad es la mitad de la densidad media de la Tierra. La corteza continental superior tiene una composición aproximadamente intermedia entre granodiorita y diorita, y las rocas inferiores pueden ser granulita y hornblenda. La corteza oceánica es peridotita. Hasta donde sabemos, la gran mayoría de las rocas de la corteza terrestre tienen menos de 2 mil millones de años. Esto significa que las rocas de la corteza terrestre no son la corteza terrestre original, sino que luego se forman a partir de materiales de la tierra a través de la actividad volcánica y la formación de montañas.
La densidad del material del manto aumenta de 3,3 gramos por centímetro cúbico cerca de la corteza a 5,6 gramos por centímetro cúbico cerca del núcleo, y la velocidad de propagación de las ondas sísmicas también aumenta. El manto se divide en tres capas. Las capas B y C se denominan manto superior.
Los 2.900 kilómetros más abajo se llaman capa D, que es el manto inferior. El componente principal del material del manto puede ser una roca ultrabásica similar a la peridotita.
El núcleo también se divide en tres capas. La capa E es el núcleo externo, que puede ser líquido. La capa f es la capa de transición entre el núcleo exterior y el núcleo interior. La capa G es el núcleo y puede ser sólida. Aunque el núcleo terrestre sólo representa el 16,2% del volumen terrestre, debido a su alta densidad (la densidad de la materia en el centro del núcleo terrestre alcanza los 13 g por centímetro cúbico, y la presión puede superar los 3,7 millones de atmósferas), según el Según algunos estudiosos, su masa supera la masa total de la Tierra en un 31%. El núcleo está compuesto principalmente de sustancias metálicas como hierro y níquel.
La temperatura del interior de la Tierra aumenta con la profundidad. Según la propagación de las ondas sísmicas, se sabe que el manto se encuentra en estado sólido, y la temperatura a una profundidad de 100 kilómetros ha alcanzado los 1.300 grados centígrados, y la temperatura a una profundidad de 300 kilómetros es de 2.000 grados centígrados. Según estimaciones recientes, la temperatura en el borde del núcleo terrestre es de unos 4.000 grados Celsius, y la temperatura en el centro de la Tierra es de 5.500 a 6.000 grados Celsius. Debido a que la superficie de la Tierra es un mal conductor del calor, sólo una pequeña fracción del tremendo calor del sol penetra en el suelo muy poco profundo. Por lo tanto, la energía térmica en el interior de la Tierra probablemente proviene principalmente de la propia Tierra, es decir, de la desintegración de elementos radiactivos naturales.
La aceleración gravitacional de la Tierra también cambia con la profundidad. En general, se cree que la gravedad aumenta con la profundidad desde la superficie hasta una profundidad de 2.900 kilómetros bajo tierra, alcanzando el valor más alto a 2.900 kilómetros. Desde aquí hasta el centro de la Tierra, la gravedad cae bruscamente, llegando a cero en el centro de la Tierra.
La Tierra gira alrededor de su eje de rotación de oeste a este. El fenómeno de varios cuerpos celestes saliendo por el este y poniéndose por el oeste es un reflejo de la rotación de la Tierra. La rotación de la Tierra fue la base más antigua para medir el tiempo (ver Tiempo y su medición), formando la unidad de tiempo comúnmente utilizada: el día. Desde el siglo XX, un descubrimiento importante en astronomía ha sido la confirmación de que la velocidad de rotación de la Tierra es desigual, lo que ha sacudido el concepto tradicional de utilizar la rotación de la Tierra para medir el tiempo, y han surgido el tiempo de almanaque y el tiempo atómico. Hasta ahora se han encontrado tres tipos de cambios en la velocidad de rotación de la Tierra: desaceleración prolongada, cambios irregulares y cambios periódicos.
La desaceleración a largo plazo en la rotación de la Tierra ha aumentado la duración del día entre 1 y 2 milisegundos en un siglo, ralentizando el tiempo medido según el período de rotación de la Tierra en más de dos horas en 2000. El análisis de observaciones lunares, solares y planetarias, así como de datos antiguos de eclipses solares, confirma la desaceleración a largo plazo de la rotación de la Tierra. Al estudiar las líneas de crecimiento de los antiguos fósiles de coral, podemos conocer la rotación de la Tierra durante el tiempo geológico. Por ejemplo, se descubrió que a mediados del período Devónico, hace 370 millones de años, había alrededor de 400 días por año. Esto es consistente con la evidencia astronómica de que la rotación de la Tierra se desaceleró durante mucho tiempo. La razón principal de la desaceleración a largo plazo de la rotación de la Tierra puede ser la fricción de las mareas. La fricción de las mareas reduce el momento angular de la rotación de la Tierra y, al mismo tiempo, aleja cada vez más a la Luna de la Tierra, alargando así el período de revolución de la Luna alrededor de la Tierra. Esta fricción de marea se produce principalmente en zonas oceánicas poco profundas. Además, la expansión y contracción del radio de la Tierra, la acreción del núcleo de la Tierra y el acoplamiento del núcleo y el manto de la Tierra también pueden provocar cambios a largo plazo en la rotación de la Tierra.
Además de la desaceleración a largo plazo en la rotación de la Tierra, también se producen cambios irregulares de vez en cuando. Este cambio irregular también puede confirmarse en datos de observación de la luna, el sol, los planetas y datos de datación astronómica. Según los cambios, se pueden dividir a grandes rasgos en tres tipos: cambios relativos de décadas o más; cambios relativos de varios años a diez años; cambios relativos de semanas a meses; Los dos primeros cambios son relativamente estables, mientras que el último es más dramático. El mecanismo de estos cambios irregulares sigue sin resolverse. Los cambios relativamente estables pueden ser causados por el intercambio de momento angular entre el manto y el núcleo o por cambios en el nivel del mar y los glaciares. Los cambios drásticos pueden ser causados por la acción del viento.
En la década de 1930 se descubrieron cambios cíclicos estacionales en la velocidad de rotación de la Tierra. Además de los cambios anuales, que son más lentos en primavera y más rápidos en otoño, hay cambios en el ciclo semestral. La amplitud y fase de estos cambios son relativamente estables. Los mecanismos físicos correspondientes también se han estudiado con mayor madurez y las opiniones son más consistentes. La amplitud de variación anual es de unos 20 a 25 ms, causada principalmente por cambios estacionales en el viento. El rango de variación semestral es de unos 9 milisegundos, causado principalmente por las mareas solares. Debido a la mejora continua de la precisión de la medición del tiempo astronómico, a finales de la década de 1960, se obtuvieron algunos pequeños cambios de período corto en la velocidad de rotación de la Tierra a partir de datos de observación. Los períodos fueron principalmente de un mes y medio mes, y la amplitud fue solo de aproximadamente. 1 milisegundo, causado principalmente por mareas lunares.