Земля с астрономической точки зрения является третьей от Солнца планетой и принадлежит к внутренней группе планет. Полный оборот вокруг Солнца Земля совершает в течение 365,25636 суток. Это - так называемый сидерический год. Существует, так же, тропический год. Это - средний промежуток времени от одного весеннего равноденствия до следующего. Он равен 365,2422 средних суток. Ближайшая к Солнцу точка орбиты Земли называется перигелием и составляет 147117000 км, самая далекая - афелием - 152083000 км. Их соединяет линия апсид, совпадающая с большой осью эллипса планетной орбиты. Положение линии апсид определяется гелиоцентрической долготой перигелия. В 2001 г. долгота перигелия земной орбиты была близка к 103°. Вследствие медленного вращения линии апсид в ту же сторону, куда движется сама Земля, долгота перигелия возрастает на 61,9" в год. Полный тропический оборот линия апсид делает в 20934 года. В настоящую эпоху Земля проходит через перигелий в начале, а через афелий в начале июля. Точная дата (ее можно узнать из Астрономического календаря) меняется из года в год, вследствие того, что барицентр движется вокруг Солнца не по эллипсу вследствие притяжения планетами Земли. Средняя скорость движения Земли по ее орбите около 30 км/с.
У Земли только один естественный спутник - Луна, но на орбиту Земли были выведены еще тысячи малых искусственных спутников. Астероид 3753 (1986 ТО) имеет сложную орбитальную связь с Землей; он не является нашей луной, его называют термином "компаньон".
Взаимодействие Земли и Луны замедляет вращение Земли примерно на 2 миллисекунды в столетие. Исследования показывают, что 900 миллионов лет назад год состоял из 481 18-часового дня.
Поверхность Земли для определения местоположения условно разделена сеткой линий: параллелями и меридианами. Параллели располагаются параллельно экватору, а меридианы опоясывают Землю от полюса до полюса. Координаты места определяются географической широтой - расстоянием от земного экватора и географической долготой - углом между плоскостью начального (гринвичского) меридиана и меридиана данного места. Плоскость земного экватора наклонена на 23° 27" к плоскости земной орбиты, а ось вращения в настоящее время направлена на Полярную звезду. Наклон оси вращения Земли является причиной смены времен года на Земле. Весна и лето в северном полушарии продолжаются около 186 суток, а осень и зима - около 179 суток. Разница в продолжительности времен года связана с вытянутостью земной орбиты и прохождением перигелия и афелия. В перигелии Земля, согласно законам Кеплера, движется быстрее, а в афелии медленнее. За начало астрономических времен года принимают моменты прохождения центра Солнца через соответственные точки равноденствий и солнцестояний.
Измерения величины 1 градуса по долготе и широте показали, что длина одного градуса широты у экватора раина 110,6 км, а у полюсов - 111,7 км. Это говорит о том, что форма Земли является сфероидом, но правильнее форму Земли называют геоидом (по-гречески земноподобный), т.к. сплюснутость Земли в результате вращения вокруг оси не является единственным фактором, обуславливающим форму нашей планеты. Экваториальный радиус сфероида равен 6378 км, а полярный - 6356 км. Сплюснутость Земли около 0,3%, что создает некоторое осложнение при определении широт на ее поверхности.
Наша планета окружена сложно устроенной атмосферой. В соответствии с температурой составом и физическими свойствами атмосферы можно разделить на разные слои. Тропосфера - это область, лежащая между поверхностью Земли и высотой в 11 км. Это довольно толстый и густой слой, содержащий большую часть водяных паров, находящихся в воздухе. В ней имеют место почти все атмосферные явления, которые непосредственно интересуют жителей Земли. В тропосфере находятся облака, атмосферные осадки и т. д. Слой, отделяющий тропосферу от следующего атмосферного слоя, - стратосферы, называется тропопауза. Это область весьма низких температур.
Состав стратосферы такой же, как и тропосферы, но в ней возникает и концентрируется озон. Ионосфера, то есть ионизированный слой воздуха, образуется как в тропосфере, так и в более низких слоях. Она отражает высоко частотные радиоволны (например, короткие волны).
Основными газами, входящими в состав нижних слоев атмосферы являются азот ( ≈ 78 %), кислород (около 20 %) и аргон (около 1 %). Других газов в атмосфере Земли очень мало, например углекислого газа всего около 0,03 %. Атмосферное давление на уровне поверхности океана составляет при нормальных условиях приблизительно 0,1 МПа. Полагают, что земная атмосфера сильно изменилась в процессе эволюции: обогатилась кислородом и приобрела современный состав в результате длительного взаимодействия с горными породами и при участии биосферы, т. е. растительных и животных организмов. Доказательством того, что такие изменения действительно произошли, служат, например, залежи каменного угля и мощные пласты отложений карбонатов в осадочных породах, они содержат громадное количество углерода, который раньше входил в состав земной атмосферы в виде углекислого газа и окиси углерода. Ученые считают, что древняя атмосфера произошла из газообразных продуктов вулканических извержений; о ее составе судят по химическому анализу образцов газа, "замурованных" в полостях древних горных пород. В исследованных образцах, возраст которых приблизительно 3,5 млрд. лет содержится приблизительно 60% углекислого газа, а остальные 40% - соединения серы, аммиак, хлористый и фтористый водород. В небольшом количестве найдены азот и инертные газы. Весь кислород был химически связанным. Когда Земля только формировалась, в ее атмосфере, возможно, было очень большее количество двуокиси углерода, но к нынешнему времени большая его часть уже входит в состав карбонатных горных пород, немного меньший его объем содержится в растворенном виде в океанах, а остальная часть использовалась и используется растениями для жизни. Очень малое количество присутствующей сейчас в атмосфере двуокиси углерода чрезвычайно важно для поддержания поверхностной температуры Земли в результате парникового эффекта. Парниковый эффект поднимает среднюю поверхностную температуру приблизительно на 35°C выше той температуры, которая была бы без него; океаны были бы заморожены и жизнь была бы невозможна.
Одной из важнейших задач современной науки о Земле является изучение эволюции атмосферы, поверхности и наружных слоев Земли, а так же внутреннее строение ее недр.
Большую часть поверхности Земли (до 71%) занимает Мировой океан. Средняя глубина Мирового океана - 3900 м. Существование осадочных пород, возраст которых превосходит 3,5 млрд. лет, служит доказательством существования на Земле обширных водоемов уже в ту далекую пору. На современных континентах более распространены равнины, главным образом низменные, а горы - в особенности высокие - занимают незначительную часть поверхности планеты, так же как и глубоководные впадины на дне океанов. Форма Земли, как известно близкая к шарообразной, при более детальных измерениях оказывается очень сложной, даже если обрисовать ее ровной поверхностью океана (не искаженной приливами, ветрами, течениями) и условным продолжением этой поверхности под континенты. Неровности поддерживаются неравномерным распределением массы в недрах Земли.
О внутреннем строении Земли, прежде всего, судят по особенностям прохождения сквозь различные слои Земли механических колебаний, возникающих при землетрясениях или взрывах. Ценные сведения дают также измерения величины теплового потока, выходящего из недр, результаты определений общей массы, момента инерции и полярного сжатия нашей планеты. Масса Земли найдена из экспериментальных измерений физической постоянной тяготения и ускорения силы тяжести. Для массы Земли получено значение 5,967·1024 кг. На основе целого комплекса научных исследований была построена модель внутреннего строения Земли.
По физическим и химическим свойствам различают несколько отдельных слоев Земли (толщина в км): 1 - 40 – кора, 40 - 400 – верхняя мантия, 400 - 650 – переходная область, 650 - 2890 – нижняя мантия, 2890 - 5150 – внешнее ядро, 5150 - 6378 – внутреннее ядро.
Изменения коры значительны по толщине. Под океанами она более тонкая, чем под континентами. Внутреннее ядро и кора твердые, внешнее ядро и слои мантии полужидкие.
Твердая оболочка Земли - литосфера. Ее можно сравнить со скорлупой, охватывающей всю поверхность Земли. Но эта "скорлупа" как бы растрескалась на части и состоит из нескольких крупных литосферных плит, медленно перемещающихся одна относительно другой. По их границам концентрируется подавляющее число землетрясений. Верхний слой литосферы - это земная кора, минералы которой состоят преимущественно из оксидов кремния и алюминия, оксидов железа и щелочных металлов. Земная кора имеет неравномерную толщину: 35-65 км на континентах и 6-8 км под дном океана. Верхний слой земной коры состоит из осадочных пород, нижний из базальтов. Между ними находится слой гранитов, характерный только для континентальной коры. Под корой расположена так называемая мантия, имеющая иной химический состав и большую плотность. Граница между корой и мантией называется поверхностью Мохоровича. В ней скачкообразно увеличивается скорость распространения сейсмических волн. На глубине 120-250 км под материками и 60-400 км под океанами залегает слой мантии, называемый астеносферой. Здесь вещество находится в близком к плавлению состоянии, вязкость его сильно понижена. Все литосферные плиты как бы плавают в полужидкой астеносфере, как льдины в воде. Более толстые участки земной коры, а так же участки, состоящие из менее плотных пород, поднимаются по отношению к другим участкам коры. В то же время дополнительная нагрузка на участок коры, например, вследствие накопления толстого слоя материковых льдов, как это происходит в Антарктиде, приводит к постепенному погружению участка. Такое явление называется изостатическим выравнивание. Ниже астеносферы, начиная с глубины около 410 км "упаковка" атомов в кристаллах минералов уплотнена под влиянием большого давления. Резкий переход обнаружен сейсмическими методами исследований на глубине около 2920 км. Здесь начинается земное ядро, или, точнее говоря, внешнее ядро, так как в его центре находится еще одно - внутреннее ядро, радиус которого 1250 км. Внешнее ядро, очевидно, находится в жидком состоянии, поскольку поперечные волны, не распространяющиеся в жидкости, через него не проходят. С существованием жидкого внешнего ядра связывают происхождение магнитного поля Земли. Внутреннее ядро, по-видимому, твердое. У нижней границы мантии давление достигает 130 ГПа, температура там не выше 5000 К. В центре Земли температура, возможно, поднимается выше 10000 К.
Большая часть массы Земли заключена в мантии; основная часть оставшейся массы приходится на ядро, а масса той части, на которой мы обитаем, составляет крошечную долю от всей массы (масса в кг·×1024): атмосфера - 0,0000051, океаны - 0,0014, кора - 0,026, мантия - 4,043, внешнее ядро - 1,835, внутреннее ядро - 0,09675.
Ядро, вероятно, состоит в основном из железа (или никеля и железа), хотя возможно присутствие и некоторых более легких элементов. Температура в центре ядра может достигать 7500 K, а это больше, чем температура поверхности Солнца. Нижняя мантия состоит из обычного кремния, магния и кислорода с небольшим количеством железа, кальция и алюминия. Верхняя мантия - это большей частью оливен и пироксен (железо-магниевые силикаты), кальций и алюминий. Эти данные мы получили только благодаря сейсмическим методам; образцы из верхней мантии достигают поверхности в виде вулканической лавы, но большая часть Земли для нас недостижима. Кора это, прежде всего, кварц (кремниевая двуокись) и другие силикаты типа полевого шпата. Химический состав Земли (по массе) следующий: железо - 34,6%, кислород 29,5%, кремний 15,2%, магний 12,7%, никель 2,4%, сера 1,9%, титан 0,05%.
Земная поверхность очень молода. В относительно короткий (по астрономическим стандартам) период в 5 миллиардов лет эрозия и тектонические процессы разрушили и создали заново большую часть поверхности Земли, уничтожив тем самым почти все следы ранней геологической поверхности (типа кратеров, появившихся в результате столкновений). Возраст Земли - от 4,5 до 4,6 миллиардов лет, а возраст самых старых известных камней - приблизительно 4 миллиарда лет. Самые старые окаменелости живых организмов имеют возраст меньше чем 3,9 миллиардов лет.
На 71% земная поверхность покрыта водой. Земля - единственная планета, на которой вода может существовать в жидком виде на поверхности (хотя, возможно, на поверхности Титана есть жидкий этан или метан и жидкая вода под поверхностью Европы - спутника Юпитера). Жидкая вода, как мы знаем, необходима для жизни. Способность океанов сохранять тепло очень важна в поддержании относительно устойчивой температуры Земли. Жидкая вода также ответственна за эрозию и выветривание континентов Земли - процесс, уникальный в солнечной системе сегодня (хотя, возможно, это произошло в прошлом на Марсе).
Одна из особенностей Земли - умеренное магнитное поле, производимое электрическими токами в ядре. Поэтому магнитные полюса Земли, не совпадает с географическими полюсами. Магнитные полюс перемещается относительно поверхности Земли и в настоящее время находится в северной Канаде. Взаимодействие солнечного ветра, магнитного поля Земли и верхних слоев атмосферы Земли вызывает полярные сияния.
Под действием солнечного ветра магнитное поле Земли искажается и приобретает "шлейф" в направлении от Солнца, который простирается на сотни тысяч километров. Магнитное поле Земли и его взаимодействие с солнечным ветром также производит радиационные пояса Ван Аллена - пару колец ионизированного газа (или плазмы). Внешний пояс простирается на высоте от 19 000 км до 41 000 км; внутренний пояс располагается на высоте от 7 000 км до 13 000 км.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему