Información de la Tierra
Información básica sobre la Tierra
Uno de los nueve planetas del sistema solar, es el tercer planeta en orden 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 en su conjunto, o su atmósfera, océanos, corteza o interior, ha estado en constante cambio y movimiento desde su formación.
Una rotación de la Tierra tarda unas 23 horas, 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. La distancia media al Sol es de 149.573.000 kilómetros. Se necesitan 365,25 días para completar una revolución. La velocidad orbital promedio es de 29,79 kilómetros por segundo. El ángulo entre la eclíptica y el ecuador es de 23 grados y 27 minutos. Debido a este ángulo, la combinación de rotación y revolución produce la alternancia y duración desigual del día y la noche en la Tierra, las cuatro estaciones y la distinción entre las cinco. zonas (zona tropical, zona templada norte y sur, y zona fría norte y sur). La velocidad de rotación de la Tierra es desigual, con cambios a largo plazo, cambios estacionales y cambios irregulares. 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 dentro de la tierra misma.
El radio ecuatorial de la Tierra es de 6.378.140 metros, su radio polar es de 6.357 kilómetros y su circunferencia ecuatorial es de 40.076 kilómetros. La Tierra no es una esfera perfecta, sino un esferoide achatado, o más bien un cuerpo giratorio con forma de pera. Los resultados de las observaciones de los satélites terrestres artificiales 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, adquiriendo la actual forma de elipsoide ligeramente aplanada. El radio polar es aproximadamente más corto que el radio ecuatorial. La distribución desigual de la materia dentro de la Tierra provoca además irregularidades en la forma de la superficie terrestre. Los efectos gravitacionales del sol y la luna sobre la tierra provocan fenómenos de marea 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. Cualquier partícula en la tierra se ve afectada por la gravedad terrestre y la fuerza centrífuga de inercia. La fuerza resultante de ambas es la gravedad. La gravedad disminuye con la altitud y también cambia con la latitud. También aparecerán anomalías de gravedad en algunos lugares, reflejando la distribución desigual de la materia dentro de la Tierra. Debido a la fuerza de marea del Sol y la Luna, la aceleración gravitacional de la Tierra también sufre ligeros cambios periódicos.
Se puede considerar que la Tierra está formada por una serie de capas concéntricas. Dentro de la Tierra hay estructuras de núcleo, manto y caparazón. Fuera de la Tierra, están la hidrosfera, la atmósfera y la magnetosfera, que forman la envoltura exterior que rodea la Tierra sólida. La magnetosfera y la atmósfera impiden que los rayos ultravioleta, los rayos X, las partículas de alta energía y numerosos meteoros espaciales bombardeen directamente el suelo.
La superficie terrestre es de unos 509,6 millones de kilómetros cuadrados, de los cuales más de siete décimas partes están cubiertas por océanos azules. Los lagos y ríos sólo representan una pequeña parte de las aguas superficiales de la Tierra. La capa de agua líquida sobre la superficie terrestre, llamada hidrosfera, se ha formado durante al menos 3 mil millones de años. La superficie de la tierra está compuesta de diversas rocas y suelos. El suelo es accidentado. Las partes bajas están sumergidas por el agua y se convierten en océanos y lagos. La tierra sobre la superficie del agua está formada por llanuras y montañas. El relieve vertical total de la superficie sólida de la Tierra es de unos 20 kilómetros, lo que supone la diferencia de altura entre la cima del Monte Everest y la Fosa de las Marianas y es más de la mitad del espesor medio de la corteza continental. El fondo del océano es tan desigual y sin incidentes 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 dos 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 una pequeña cantidad de cráteres en la superficie terrestre, es difícil encontrar tantos cráteres como la Luna, Marte y Mercurio. Esto se debe a que la superficie terrestre está constantemente erosionada, erosionada y desintegrada por fuerzas externas (agua y atmósfera). y resultan fuerzas internas (terremotos y volcanes).
No sólo hay movimiento vertical en la parte superior de la tierra, sino también un mayor movimiento horizontal. Las posiciones relativas de océanos y continentes también cambian durante el tiempo geológico. Algunos científicos creen que en los primeros tiempos había dos continentes antiguos en la Tierra: Gondwana en el hemisferio sur y Laurasia en el hemisferio norte. Más tarde, la enorme fuerza del movimiento de las placas desgarró los bloques continentales originales, provocando que cada fragmento se desplazara gradualmente hasta su posición actual. Los científicos creen además que las estructuras tectónicas globales son el resultado directo de la expansión continua del fondo del océano.
La capa superior de la Tierra, que tiene un espesor de unas decenas de kilómetros, es la muy fuerte litosfera. La capa inferior, que tiene un espesor de cientos de kilómetros, es la astenosfera, que es menos fuerte. la acción del estrés a largo plazo, El material de esta capa es plástico. La litosfera flota sobre la astenosfera. Cuando se libera la energía interna de la Tierra (calor original y calor emisivo), la distribución desigual de la temperatura y la densidad en 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 de las dorsales oceánicas del fondo oceánico, formando constantemente nuevos fondos oceánicos. Además, los antiguos fondos oceánicos continúan expandiéndose hacia afuera cuando se acercan al margen continental, se insertan bajo la corteza continental bajo la fuerza de arrastre descendente de la convección del manto, provocando una serie de movimientos tectónicos en la litosfera. Esta convección puede renovar todo el fondo del océano aproximadamente cada 300 millones de años. La litosfera está dividida por algunas zonas tectónicas activas y dividida en varias unidades discontinuas 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 hace que las placas continentales se muevan. La compresión mutua de las placas ha creado un enorme sistema montañoso. Este es el caso del sistema montañoso desde los Alpes, pasando por Turquía y el Cáucaso, hasta llegar finalmente al Himalaya. En algunos lugares, las rocas de las dos placas se hundieron al mismo tiempo. tiempo, creando un abismo en el fondo del océano; además, el movimiento de las placas también provoca 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, ha experimentado algunos procesos de evolución física únicos, como acreción y colisión. Al comienzo de la formación de la Tierra, la temperatura era baja y no había una estructura en capas. Solo debido al bombardeo de materiales de meteoritos, el calentamiento causado por la desintegración radiactiva y la contracción gravitacional de la Tierra original, la temperatura de la Tierra gradualmente. aumentó. A medida que aumenta la temperatura, los materiales internos de la Tierra se vuelven cada vez más plásticos y se produce un derretimiento local. En este momento, la diferenciación de materiales comienza bajo la acción de la gravedad. Los materiales más pesados cerca de la superficie se hunden gradualmente, los materiales más ligeros dentro de la tierra se elevan gradualmente y algunos elementos pesados (como el hierro líquido) se hunden hasta el centro de la tierra, formándose. una capa más densa. Núcleo grande (las observaciones de ondas sísmicas indican que el núcleo externo de la Tierra es líquido). La convección de materiales fue acompañada de una separación química a gran escala, y finalmente la Tierra formó gradualmente las actuales capas de corteza, manto y núcleo.
En las primeras etapas de la evolución de la Tierra, la atmósfera original se escapó por completo. Junto con la recombinación y diferenciación de la materia, varios gases que originalmente se encontraban en el interior de 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 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 desciende gradualmente, el agua gaseosa se condensa y llueve hasta el suelo para formar una hidrosfera. Hace unos tres o cuatro mil millones de años, la vida unicelular comenzó a aparecer en la Tierra y luego evolucionó gradualmente hasta convertirse en una variedad de organismos, hasta que organismos avanzados, como los humanos, formaron una biosfera.
Bajo la influencia de la gravedad terrestre, una gran cantidad de gas se acumula alrededor de la Tierra para formar una envoltura llamada atmósfera. La atmósfera se mueve con la Tierra; la atracción gravitacional del Sol y la Luna también ejerce sobre ella un efecto de marea. La atmósfera tiene una influencia decisiva sobre las condiciones físicas y el entorno ecológico del suelo. La masa de la atmósfera terrestre representa aproximadamente una millonésima parte de la masa total de la Tierra. La densidad de la atmósfera disminuye al aumentar la altura. El 90% de la masa total de la atmósfera se concentra a 15 kilómetros sobre la superficie y el 99,9% a 50 kilómetros sobre la superficie. Por encima de los 2.000 kilómetros de altitud, la atmósfera es extremadamente delgada y pasa gradualmente al espacio interplanetario sin un límite superior evidente.
La densidad, temperatura, presión, composición química, etc. de la atmósfera terrestre cambian con la altitud. La atmósfera terrestre se puede estratificar según diferentes parámetros como su distribución de temperatura, composición y grado de ionización.
Según la distribución de la temperatura atmosférica con la altura, se puede dividir en:
Troposfera: Atmósfera del fondo cercana a la superficie, con importante movimiento convectivo. Su espesor varía según la latitud, la estación y otras condiciones. Es de unos 16 a 18 kilómetros en la región ecuatorial, de 10 a 12 kilómetros en las latitudes medias y de 7 a 8 kilómetros en las regiones polares. En general, es más espesa en verano y más fina en invierno. La troposfera tiene la conexión más estrecha con la superficie y es la que más se ve afectada por las condiciones de la superficie. La mayor parte del vapor de agua de la atmósfera se concentra en esta capa, formando nubes, precipitaciones y otros fenómenos. La parte superior de la troposfera se llama "tropopausa" y tiene entre unos pocos cientos de metros y entre 1 y 2 kilómetros de espesor. La temperatura de la troposfera desciende casi linealmente con la altura, alcanzando aproximadamente -50 grados Celsius en la tropopausa.
Estratosfera: (también llamada estratosfera) es la capa que va desde la tropopausa hasta una altitud de 50 kilómetros sobre la superficie. La atmósfera es principalmente advectiva. La temperatura dentro de la capa aumenta ligeramente con la altura, alcanzando un valor máximo (entre menos 10 y más 20 grados Celsius) a una altitud de unos 50 kilómetros.
Mesosfera: (también llamada exosfera) es una capa a una altura de 50 a 85 kilómetros sobre la superficie. La temperatura disminuye al aumentar la altura. En la parte superior de la mesosfera a una altura de 85 kilómetros. En la superficie, la temperatura se acerca al mínimo, unos grados centígrados bajo cero.
Termosfera: La capa situada por encima de la capa media La temperatura aumenta al aumentar la altura. A 500 kilómetros de la superficie, es decir, la parte superior de la termosfera, alcanza unos 1100 grados centígrados. La temperatura de esta capa aumenta porque la atmósfera absorbe grandes cantidades de radiación ultravioleta solar. Por encima de la termopausa está la atmósfera exterior. La atmósfera aquí es extremadamente tenue.
Según la composición de la atmósfera, esta se puede dividir en dos capas: debajo a unos 100 kilómetros de la superficie se encuentra la capa homogénea (la atmósfera está compuesta por una mezcla de varios gases); la capa heterogénea. En la capa homogénea situada entre 10 y 50 kilómetros de la superficie terrestre, la acción actínica de la radiación ultravioleta solar produce ozono y forma la capa de ozono. La altura de esta capa es aproximadamente equivalente a la estratosfera antes mencionada. La concentración de ozono es mayor entre 20 y 30 kilómetros sobre la superficie. Sin embargo, el contenido de ozono en esta parte de la atmósfera es todavía menos de una cienmilésima parte del de esta capa de la atmósfera, y los distintos gases todavía se consideran como tales. mezclado 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 sobre la superficie, las moléculas y átomos de la atmósfera se encuentran en estado neutro, que se llama capa neutra. En la capa situada entre 80 y 1.000 kilómetros 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 las alturas y condiciones de ionización de estas capas varían según la hora del día, la estación del año y la actividad solar. En la ionosfera se producen muchos fenómenos astronómicos interesantes, como auroras, meteoros, etc. La ionosfera también refleja ondas de radio de onda corta, lo que permite las comunicaciones por radio de onda corta en tierra.
El 78% de la atmósfera cercana a la superficie es nitrógeno y el 21% es oxígeno. Otros incluyen dióxido de carbono, argón y otros componentes gaseosos, así como 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 llegar al 4% mientras que en lugares secos y fríos en invierno su contenido puede bajar al 0,01%; Además del vapor de agua, a 3 kilómetros de la superficie también se encuentran partículas como polvo, polen, cenizas volcánicas y polvo de meteoritos. La atmósfera original de los primeros días de la formación de la Tierra ya no existe y toda o la mayor parte se ha disipado en el espacio. Posteriormente, la Tierra entró en una 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 atmósfera terrestre de segunda generación carece de oxígeno y está compuesta principalmente por dióxido de carbono, monóxido de carbono, metano y amoníaco, y se denomina atmósfera reductora. Posteriormente, principalmente la fotosíntesis de las plantas verdes, seguida de la radiación del sol, descompuso el agua en oxígeno libre, convirtiendo así la atmósfera reductora en una atmósfera oxidante dominada por nitrógeno y oxígeno. Al analizar los sedimentos de hematita, algunos científicos han deducido que el oxígeno existe desde hace al menos 2.500 millones de años. Desde entonces, la atmósfera es rica en oxígeno libre.
La tierra es un cuerpo heterogéneo con una estructura estratificada en su interior. La composición, densidad y temperatura de cada capa de materia 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 del material dentro de la tierra. En medios con diferentes propiedades y estados, la velocidad de propagación de las ondas sísmicas cambia significativamente. A partir de los datos sobre la velocidad de propagación de las ondas sísmicas en diferentes partes del interior de la Tierra se puede analizar la estructura del interior de la Tierra. El análisis muestra que hay dos discontinuidades en el interior de la Tierra, que dividen el interior de la Tierra en tres capas concéntricas principales: corteza, manto y núcleo.
La corteza también se llama capa A. Su espesor es desigual. El espesor promedio de la corteza continental es de aproximadamente más de 30 kilómetros (el espesor de la corteza en la meseta Qinghai-Tíbet en China puede alcanzar). más de 65 kilómetros), mientras que la corteza oceánica tiene sólo entre 5 y 8 kilómetros de espesor. La densidad es la mitad de la densidad media de la Tierra. La composición de la corteza continental superior es aproximadamente entre granodiorita y diorita, y las rocas subyacentes pueden ser granulita y anfibolita. La corteza oceánica es peridotita. Hasta donde se sabe actualmente, la 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 actual no son la corteza terrestre original, sino que se formaron posteriormente a partir de materiales del interior de la Tierra a través de la actividad volcánica y la orogenia.
La densidad material del manto terrestre aumenta de 3,3 gramos por centímetro cúbico cerca de la corteza a 5,6 gramos por centímetro cúbico cerca del núcleo terrestre, y la velocidad de propagación de las ondas sísmicas también aumenta. El manto se divide en tres capas. Las dos capas B y C se denominan manto superior. Más abajo, hasta los 2.900 kilómetros, se llama capa D, que es el manto inferior. El componente principal del material del manto pueden ser rocas ultrabásicas similares a la peridotita.
El núcleo de la Tierra también se divide en tres capas. La capa E es el núcleo externo, posiblemente líquido. La capa F es la capa de transición entre el núcleo exterior y el núcleo interior. La capa G es el núcleo interno, que puede ser sólido. Aunque el núcleo de la Tierra sólo representa el 16,2% del volumen de la Tierra, su densidad es bastante alta (la densidad de la materia en el centro del núcleo de la Tierra alcanza los 13 gramos por centímetro cúbico y la presión puede superar los 3,7 millones de atmósferas). Según cálculos de algunos estudiosos, su masa supera a la de la Tierra en un 31% de calidad. El núcleo de la Tierra está compuesto principalmente de materiales metálicos como el hierro y el 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. La temperatura a 100 kilómetros de profundidad ha alcanzado los 1.300 grados centígrados y la temperatura a 300 kilómetros de profundidad es de 2.000 grados centígrados. Según estimaciones recientes, la temperatura en el borde del núcleo de la Tierra 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. Dado que la superficie terrestre es un mal conductor del calor, sólo una parte muy pequeña del enorme calor del sol puede penetrar hasta las profundidades más superficiales del subsuelo. Por lo tanto, la energía térmica en el interior de la Tierra puede provenir 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 desde la superficie hasta una profundidad de 2.900 kilómetros bajo tierra, la gravedad aumenta aproximadamente con la profundidad, alcanzando el valor más alto a 2.900 kilómetros. Desde aquí hasta el centro de la Tierra, la gravedad disminuye drásticamente, llegando a cero en el centro de la Tierra. la tierra.
La Tierra gira constantemente alrededor de su eje de oeste a este. El fenómeno de que varios cuerpos celestes salgan por el este y se pongan por el oeste es un reflejo de la rotación de la Tierra. La rotación de la Tierra se utilizó por primera vez como base para medir el tiempo (ver tiempo y su medición), que formó 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 como medida del tiempo, y han surgido el tiempo de efemérides y el tiempo atómico. Hasta ahora se han encontrado tres tipos de cambios en la velocidad de rotación de la Tierra: desaceleraciones a largo plazo, cambios irregulares y cambios periódicos.
La ralentización a largo plazo de la rotación de la Tierra ha provocado que la duración del día aumente entre 1 y 2 milisegundos en un siglo, lo que ha provocado que el tiempo medido en función del período de rotación de la Tierra se haya ralentizado en más de dos milisegundos en los últimos dos mil años. La desaceleración a largo plazo de la rotación de la Tierra puede confirmarse mediante el análisis de observaciones lunares, solares y planetarias, así como de datos antiguos de eclipses solares y lunares. A través del estudio de las líneas de crecimiento de antiguos fósiles de coral, podemos conocer la rotación de la tierra durante los períodos geológicos. Por ejemplo, se descubrió que a mediados del período Devónico, hace 370 millones de años, había alrededor de 400 días por año, lo que concuerda con la magnitud de la desaceleración a largo plazo de la rotación de la Tierra demostrada por la astronomía. La principal causa de la desaceleración a largo plazo de la rotación de la Tierra puede ser la fricción de las mareas. La fricción de las mareas hace que el momento angular de rotación de la Tierra disminuya y, al mismo tiempo, hace que la Luna se aleje cada vez más 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 marinas poco profundas. Además, la expansión y contracción del radio de la Tierra, la acreción del núcleo de la Tierra y el acoplamiento entre el núcleo y el manto de la Tierra también pueden causar cambios a largo plazo en la rotación de la Tierra.
Además de la ralentización a largo plazo de la velocidad de rotación de la Tierra, también se producen cambios irregulares en la velocidad y la velocidad. Este cambio irregular también se puede confirmar en los datos de observación de la Luna, el Sol y los planetas, así como en los datos de medición del tiempo astronómico. Según la situación del cambio, se puede dividir a grandes rasgos en tres tipos: cambio relativo en un período de décadas o más; cambio relativo en un período de varios años a diez años; cambio relativo en un período de varias semanas a unos pocos meses; . Los dos primeros cambios son relativamente suaves, mientras que el último cambio es bastante dramático. El mecanismo que produce estos cambios irregulares aún no está claro. Los cambios suaves pueden ser causados por el intercambio de momento angular entre el manto y el núcleo o cambios en el nivel del mar y los glaciares, mientras que los cambios más dramáticos pueden ser causados por el viento;
En la década de 1930 se descubrieron cambios periódicos estacionales en la velocidad de rotación de la Tierra. Además de los cambios anuales de una primavera más lenta y un otoño más rápido, también hay cambios en el ciclo semestral. La amplitud y fase de estos cambios son relativamente estables.
El mecanismo físico correspondiente también se ha estudiado con relativa madurez y las opiniones son relativamente consistentes. La amplitud de la variación anual es de unos 20 a 25 milisegundos y está causada principalmente por cambios estacionales en el viento. La amplitud de la variación semestral es de unos 9 milisegundos y está causada 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 a corto plazo en la velocidad de rotación de la Tierra a partir de datos de observación. Los ciclos eran principalmente de un mes y medio mes, y la amplitud era de solo 1. milisegundo aproximadamente, que es causado principalmente por las mareas lunares.