Все о земле с точки зрения астрономии

Земля является третьей планетой от Солнца и самой большой из планет земной группы. При этом она всего лишь пятая по величине планета с точки зрения размера и массы в Солнечной системе, но, что удивительно, самая плотная из всех планет в системе (5,513 кг/м3). Примечательно также, что Земля является единственной планетой в Солнечной системе, которую сами люди не называли в честь мифологического существа, — ее название происходит от старого английского слова «ertha», что означает почву.

Считается, что Земля образовалась где-то около 4.5 миллиарда лет назад, а в настоящее время является единственной известной планетой, где возможно существование жизни в принципе, а условия таковы, что жизнь в буквальном смысле кишит на планете.

Земля и другие планеты Солнечной системы

На протяжении всей истории человечества люди стремились понять свою родную планету. Тем не менее, кривая обучения оказалась очень и очень сложной, с большим количеством ошибок сделанными по пути. Например, еще до существования древних римлян, мир понимался как плоский, а не сферический. Вторым наглядным примером является вера в то, что Солнце вращается вокруг Земли. Лишь только в шестнадцатом веке, благодаря работе Коперника, люди узнали, что на самом деле Земля просто планета, вращающаяся вокруг Солнца.

Возможно, самым главным открытием относительно нашей планеты в течение последних двух столетий является то, что Земля является как обычным так и уникальным местом в Солнечной системе. С одной стороны, многие из ее характеристик довольно заурядны. Возьмем, например, размер планеты, ее внутренние и геологические процессы: ее внутренняя структура практически идентична трем другим планетам земной группы в Солнечной системе. На Земле происходят практически те же геологические процессы, формирующие поверхность, которые свойственны подобным планетам и многим планетарным спутникам. Однако при всем при этом, Земля обладает просто огромным количеством абсолютно уникальных характеристик, которые разительно отличают ее от практически всех известных на сегодняшний день планет земной группы.

Одним из необходимых условий для существования жизни на Земле без сомнения является ее атмосфера. Она состоит из примерно 78% азота (N2), 21% кислорода (О2) и 1% аргона. Также в составе есть совсем незначительное количество двуокиси углерода (CO2) и других газов. Примечательно, что азот и кислород необходимы для создания дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) и производства биологической энергии, без которой невозможно существования жизни. Кроме того, кислород присутствующий в озоновом слое атмосферы, защищает поверхность планеты и поглощает вредное солнечное излучение.

Любопытно то, что Значительное количество кислорода, присутствующего в атмосфере, создается на Земле. Образуется он в качестве побочного продукта фотосинтеза, когда растения превращают углекислый газ из атмосферы в кислород. По существу, это означает, что без растений количество углекислого газа в атмосфере было бы гораздо выше, а уровень кислорода значительно ниже. С одной стороны, если уровень углекислого газа повысится, вполне вероятно, что Земля будет страдать от парникового эффекта как на Венере. С другой стороны, если процентное содержание углекислого газа станет даже немного ниже, то уменьшение парникового эффекта привело бы резкому похолоданию. Таким образом, текущий уровень углекислого газа способствует идеальному диапазону комфортных температур от -88 °С до 58 °С.

Океаны Земли

При наблюдении Земли из космоса, первое что бросается в глаза — океаны жидкой воды. С точки зрения площади поверхности, океаны покрывают примерно 70% от Земли, что является одним из уникальнейших свойств нашей планеты.

Подобно атмосфере Земли, наличие жидкой воды является необходимым критерием для поддержания жизни. Ученые полагают, что впервые жизнь на Земле возникла 3,8 миллиарда лет назад и именно в океане, а возможность передвигаться по суше появилась у живых существ намного позже.

Планетологи объясняют наличие на Земле океанов двумя причинами. Первой из них является сама Земля. Существует предположение, что во время формирования Земли атмосфера планеты смогла захватить большие объемы водяного пара. Со временем, геологические механизмы планеты, в первую очередь ее вулканическая активность, выпустила этот водяной пар в атмосферу, после чего в атмосфере,этот пар сконденсировался и упал на поверхность планеты в виде жидкой воды. Другая версия предполагает, что источником воды были кометы, которые падали на поверхность Земли в прошлом, лед который преобладал в их составе и образовал существующие на Земле водоемы.

Поверхность Земли

Не смотря на то, что большая часть поверхности Земли расположена под ее океанами, «сухая» поверхность имеет много отличительных черт. При сравнении Земли с другими твердыми телами в Солнечной системе, ее поверхность разительно отличается, так как на ней нет кратеров. По мнению планетологов, это не говорит о том, что Земля избежала многочисленных ударов малых космических тел, а скорее указывает на то, что доказательства подобных воздействий были стерты. Возможно существует множество геологических процессов, ответственных за это, но ученые выделяют два наиболее важных — выветривание и эрозия. Считается, что во многом именно двоякое воздействие данных факторов повлияло на стирание с лица Земли следов от кратеров.

Так выветривание ломает поверхностные структуры на более мелкие куски, не говоря уже химических и физических способах атмосферного воздействия. Примером химического выветривания являются кислотные дожди. Пример физического выветривания — истирание русел рек, вызванное породами, содержащимися в проточной воде. Второй же механизм — эрозия, по своей сути является воздействием на рельеф движением частиц воды, льда, ветра или земли. Таким образом, под воздействием выветривания и эрозии, были «стерты» ударные кратеры на нашей планете, за счет чего были образованы некоторые особенности рельефа.

Также ученые выделяют два геологических механизма, которые, по их мнению, помогли сформировать поверхность Земли. Первым таким механизмом является вулканическая активность — процесс выделения магмы (расплавленной породы) из недр Земли через разрывы в ее коре. Возможно, именно по причине вулканической активности земная кора была изменена и были сформированы острова (наглядным примером являются Гавайские острова). Вторым механизмом определяют горообразование или образование гор в результате сжатия тектонических плит.

Структура планеты Земля

Подобно другим планетам земной группы, Земля состоит из трех компонентов: ядра, мантии и коры. В настоящее наука уверена, что ядро нашей планеты состоит из двух отдельных слоев: внутреннее ядро из твердого никеля и железа и наружного сердечника из расплавленного никеля и железа. При этом мантия представляет собой очень плотную и почти полностью твердую силикатную породу, — ее толщина составляет примерно 2850 км. Кора также состоит из силикатных пород и разница по своей толщине. В то время как континентальные диапазоны коры составляют от 30 до 40 километров в толщину, океаническая кора намного тоньше, — всего от 6 до 11 км.

Еще одна отличительная черта Земли относительно других планет земной группы это то, что ее кора делится на холодные, жесткие плиты, которые опираются на более горячую мантию, расположенную ниже. Кроме того, эти пластины находятся в постоянном движении. Вдоль их границ как правило осуществляется сразу два процесса, известных как субдукция и спрединг. Во время субдукции две пластины вступают в контакт производя землетрясения и одна пластина наезжает на другую. Второй процесс представляет собой разделение, когда две пластины отходят друг от друга.

Орбита и вращение Земли

Земле требуется примерно 365 дней для того, чтобы сделать полный оборот по орбите вокруг Солнца. Длина нашего года связана в значительной степени со средним орбитальным расстоянием Земли, которое составляет 1,50 х 10 в степени 8 км. При таком орбитальном расстоянии солнечному свету требуется в среднем около восьми минут и двадцати секунд для достижения поверхности Земли.

При орбитальном эксцентриситете .0167 орбита Земли является одной из самых круговых во всей Солнечной системе. Это означает, что разница между перигелием Земли и афелием относительно мала. В результате столь небольшой разницы интенсивность солнечного света на Земле остается практически неизменной круглый год. Тем не менее, положение Земли на своей орбите определяет тот или иной сезон.

Наклон оси Земли составляет приблизительно 23,45 °. При этом Земле требуется двадцать четыре часа для того, чтобы завершить один оборот вокруг своей оси. Это самое быстрое вращение среди планет земной группы, но немного медленнее, чем у всех газовых планет.

Интересные факты

• В прошлом Земля считалась центром Вселенной. 2000 лет древние астрономы считали, что Земля статична, а другие небесные тела путешествуют по круговым орбитам вокруг нее. К такому мнению они пришли наблюдая очевидное движение Солнца и планет при наблюдении с Земли. В 1543 году Коперник опубликовал свою гелиоцентрическую модель Солнечной системы, в которой Солнце находится в центре нашей Солнечной системы.

• Земля это единственная планета в системе, которую не назвали в честь мифологических богов или богинь (остальные семь планет в Солнечной системе были названы в честь римских богов или богинь). Имеется ввиду пять видимых невооруженным глазом планет: Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн. Все тот же подход с именами древнеримских богов был использован после открытия Урана и Нептуна. Само же слово «Земля» происходит от старого английского слова «ertha» означающее почву.

• Земля является самой плотной планетой в Солнечной системе. Плотность Земли отличается в каждом слое планеты (ядро, например, является более плотным, чем земная кора). Средняя плотность планеты составляет около 5,52 грамма на кубический сантиметр.

• Гравитационное взаимодействие между Землей и Луной вызывает приливы на Земле. Считается, что Луна заблокирована приливными силами Земли, поэтому ее период вращения совпадает с Земным и она обращена к нашей планете всегда одной и той же стороной.

• Вращение Земли постепенно замедляется. Замедление вращения Земли происходит очень медленно, примерно 17 миллисекунд на сто лет. Но, в конечном итоге, это удлиняет день. Тем не менее, этому процессу потребуется около 140 миллионов лет для того, чтобы увеличить сутки с 24 до 25 часов.

• Атмосфера Земли на 78% состоит из азота, 21% кислорода, а также следовых количеств других газов, включая аргон и углекислый газ.

• Значительная часть земного кислорода была образована в процессе фотосинтеза.

• Земля имеет очень мощное магнитное поле. Это поле защищает планету от воздействия солнечного ветра и, как считают ученые, является результатом никель-железного ядра планеты и его быстрого вращения.

• Земля имеет озоновый слой, который защищает ее от вредного солнечного излучения. Эта оболочка представляет собой особый тип кислорода, который поглощает большую часть мощных ультрафиолетовых лучей.

• 70% поверхности Земли покрыто водой, остальную часть представляют континенты и острова, на которых также присутствует множество озер и других источников воды.

• Считается, что первая жизнь на Земле возникла в океане посредством процесса абиогенеза — естественного процесса, при котором жизнь вырастает из неживой материи в виде простого органического соединения.

• Вода Земли первоначально могла находится внутри планеты. Но, с течением времени, вода была доставлена на поверхность в результате вулканической активности планеты.

• Земля имеет относительно небольшое число видимых кратеров по сравнению с другими твердыми телами в Солнечной системе. Это происходит потому, что Земля является геологически активной, на ней происходят такие процессы, как тектоника и эрозия, которые могут менять ее поверхность.

Фото Земли

Знаменитая фотография Земли с Луны, сделанная экипажем космической миссии «Аполлон-8»

Перигей примерно 4 июля, перемещение 57’/сутки.
Вращение Земли вокруг собственной оси происходит со средней угловой скоростью 7,292115·10 -5 рад/с, что примерно соответствует периоду в 23 ч 56 мин 4,1 с. Ось вращения наклонена к плоскости эклиптики под углом 66° 33′ 39» (около 23°26′ наклон между экваториальной плоскостью и эклиптикой принят с 1 января 1983г, когда наклон уменьшился до 23° 26′ 29″. Влияние прецессии и нутации приводит к его изменению в пределах от 21°55′ до 24°18′). Этот наклон и годовое обращение Земли вокруг Солнца обуславливают исключительно важную для климата Земли смену времен года, а собственное ее вращение —смену дня и ночи. Вращение Земли из-за приливных воздействий неуклонно (хотя и очень медленно —на 0,0015 с за столетие) замедляется. Имеются и небольшие нерегулярные вариации продолжительности суток.
Положение географических полюсов меняется с периодом 434 суток с амплитудой 0,36». Кроме того, имеются и небольшие сезонные их перемещения.

Площадь поверхности Земли 510,073 млн. км 2 , из которых примерно 70,8% (361,132 млн. км²) приходится на Мировой океан. Его средняя глубина около 3,8 км; объем воды 1370 млн. км 3 , средняя соленость 35 г/л. Суша составляет соответственно 29,2% (148,94 млн. км²) и образует шесть материков и острова. Она поднимается над уровнем моря в среднем на 875 м; наибольшая высота вершина горы Эверест в 8848 м.
Самая низкая точка планеты становится еще ниже. За период с 1930 по 1999 годы Мертвое моря опустилось с отметки 390 метров до 414 метров ниже уровня океана. Данные, полученные с помощью радара на спутниках, наблюдавших за регионом с 1992-го по 1999 год показали, что в среднем суша уходит вниз примерно на 2 сантиметра в год, хотя в некоторых районах эта цифра составляет 6 сантиметров. Формулируя кратко существо происходящих изменений, геологи и океанографы говорят, что вода уходит из Мертвого моря, из-за чего пористые скальные породы высыхают и проседают под весом верхних слоев.
Горы занимают свыше 1/3 поверхности суши. Пустыни покрывают около 20% поверхности суши, саванны и редколесья —около 20%, леса —около 30%, ледники —свыше 10%. Свыше 10% суши занято под сельскохозяйственными угодьями. Значительная часть северных территорий представляет собой вечную мерзлоту. За минувшие 20 лет с начала подробных космических исследований с 1981г Северное полушарие нашей планеты стало гораздо зеленее. Одной из возможных причин такого феномена специалисты называют глобальное потепление климата. Если бы лед и снег на Земле растаяли, то уровень Мирового океана поднялся более чем на 50м, что привело бы к затоплению гигантских территорий.
Результаты нового анализа данных, полученных спутниками НАСА к концу 2002г, свидетельствуют о том, что площадь вечных льдов в Арктике уменьшается со скоростью, намного превосходящей ее ранние оценки. В период с 1978 по 2000гг площадь ледяного покрова в Северном Ледовитом океане уменьшилась на 1,2 млн. км2, что примерно равно площади Британии. Скорость его таяния составляет около 9% в десятилетие. Измерения, проводившиеся в предыдущие годы, давали скорость таяния, составлявшую примерно 3% в десятилетие. В 2002 году ледяная шапка была наименьшей за всю историю наблюдений. Сокращение поверхности ледяного покрова Северного Ледовитого океана отмечается на фоне тенденции к повышению средней летней температуры воздуха в приполярных регионах в среднем на 1,2 градуса за десятилетний период. Наибольшая скорость таяния отмечалась в Чукотском море и море Бофорта, в северных районах Канады и на Аляске.
Последние исследования с помощью космических спутников показали, что по экваториальной линии происходит увеличение диаметра Земли с 1998 года , то есть планета становится чуть более приплюснутой (расширяться в зоне экватора). Ученые столь озадачены этим феноменом, что пока не могут дать ясный ответ, что происходит с нашей планетой и чем это чревато.
К июлю 2002г специалисты NASA создали уникальную карту. Эта самая точная и подробная современная карта мира. В трехмерной графике здесь отмечены города, реки, горы, пустыни и моря. Одним нажатием кнопки можно совершить восхождение на Эверест или побывать в пустыне Сахара. Причем показывается не сразу конечная точка, а весь маршрут движения. Над созданием этой карты NASA работала почти два года, обработав на компьютере данные, полученные топографическим шаттлом — более триллиона различных отметок земной поверхности.
Геохимик Франк Кларк вычислил, что земная кора чуть более чем на 47 % состоит из кислорода. Наиболее распространённые породосоставляющие минералы земной коры практически полностью состоят из оксидов, в процентном отношении указанные в таблицу.

Внутреннее строение Земли

Основную роль в исследовании внутреннего строения Земли играют сейсмические методы, основанные на исследовании распространения в ее толще упругих волн (как продольных, так и поперечных), возникающих при сейсмических событиях —при естественных землетрясениях и в результате взрывов. На основании этих исследований Землю условно разделяют на три области: кору, мантию и ядро (в центре). Внешний слой —кора —имеет среднюю толщину порядка 35 км (0,5% массы планеты). Основные типы земной коры —континентальный (материковый) и океанический; в переходной зоне от материка к океану развита кора промежуточного типа. Толщина коры меняется в довольно широких пределах: океаническая кора (с учетом слоя воды) имеет толщину порядка 10 км, тогда как толщина материковой коры в десятки раз больше. Основной состав коры — это окислы кремния, алюминия, железа и щелочных металлов. В составе континентальной коры, содержащей под осадочным слоем верхний (гранитный) и нижний (базальтовый), встречаются наиболее древние породы Земли, возраст которых оценивается более чем в 3 млрд. лет. Океаническая же кора под осадочным слоем содержит в основном один слой, близкий по составу к базальтовым. Возраст осадочного чехла не превышает 100-150 миллионов лет.
Поверхностные отложения занимают слой толщиной около 2 км. Под ними находится гранитный слой (на континентах его толщина 20 км), а ниже —примерно 14-километровый (и на континентах, и в океанах) базальтовый слой (нижняя кора). Средние плотности составляют: 2,6 г/см 3 —у поверхности Земли, 2,67 г/см 3 —у гранита, 2,85 г/см 3 —у базальта.
На глубину примерно от 35 до 2885 км простирается мантия Земли (67% массы планеты), которую называют также силикатной оболочкой. Она отделяется от коры резкой границей (так называемая граница Мохоровича, или «Мохо» — назван так в честь сербского сейсмолога Мохоровичича, открывшего его в 1909 году), глубже которой скорости как продольных, так и поперечных упругих сейсмических волн, а также механическая плотность скачкообразно возрастают. Плотности в мантии увеличиваются по мере возрастания глубины примерно от 3,3 до 9,7 г/см 3 . У нижней границы мантии давление достигает 130 Га, температура 5000 К.
Последние исследования проведенные в Гарварде на основании сведения о более 300 тысяч землетрясений, произошедших в 1964-1994 годах, показали, что существует внутренняя часть внутреннего ядра — диаметром около 600 километров с температурой в центре Земли до 7500К и давлением в 3 млн.атм, о чем заявили осенью 2002 года профессор Гарвардского университета А. Дзевонски и его студент М. Исии. Американские геофизики из Колумбийского университета и Университета Иллинойса Пол Ричардс и Сяодун Сун выяснили к 2005г, что ядро Земли «обгоняет» при своем вращении поверхность планеты, за год поворачиваясь относительно поверхности на небольшую величину — 0,3-0,5 градуса дуги. Это означает, что на полный «лишний» оборот потребуется 700-1200 лет.
Недавно американский геофизик М. Херндон высказал гипотезу о том, что в центре Земли находится естественный «ядерный реактор» из урана и плутония (или тория) диаметром всего 8 км. Эта гипотеза способна объяснить инверсию земного магнитного поля, происходящую каждые 200 000 лет. Если это предположение подтвердится, то жизнь на Земле может завершиться на 2 млрд. лет ранее, чем предполагалось, так как и уран, и плутоний сгорают очень быстро. Их истощение приведет к исчезновению магнитного поля, защищающего 3емлю от коротковолнового солнечного излучения и, как следствие, к исчезновению всех форм биологической жизни.
Еще одна обнаруженная сейсмическими методами граница (граница Гутенберга) —между мантией и внешним ядром —располагается на глубине 2775 км. На ней скорость продольных волн падает от 13,6 км/с (в мантии) до 8,1 км/с (в ядре), а скорость поперечных волн уменьшается от 7,3 км/с до нуля. Последнее означает, что внешнее ядро является жидким. По современным представлениям внешнее ядро состоит из серы (12%) и железа (88%). Наконец, на глубинах свыше 5120 км сейсмические методы обнаруживают наличие твердого внутреннего ядра, на долю которого приходится 1,7% массы Земли. Предположительно, это железо-никелевый сплав (80% Fe, 20% Ni). Граница между жидким и твердым ядром около 5 км.

Химический состав в процентах к массе Земли

SiO ₂ 31,16 CaO 2,16 Fe 23,6 Mg 25,86 Na ₂ O 0,39 Si 4,0 Fe ₂ O ₃ 5,55 FeO 0,31 Ni 3,6 Al ₂ O ₃ 2,44 остальные 1,16

В числе многих химических элементов, входящих в состав Земли, имеются и радиоактивные. Их распад, а также гравитационная дифференциация (перемещение более плотных веществ в центральные, а менее плотных в периферические области планеты) приводят к выделению тепла. Температура в центральной части Земли порядка 6000 °С. Максимальная температура на поверхности приближается к 60 °С (в тропических пустынях Африки и Северной Америки), а минимальная составляет около -85 °С (в центральных районах Антарктиды). Средняя температура поверхности Земли — +12°C.
Давление монотонно возрастает с глубиной от 0 до 3,61 ГП. Тепло из недр Земли передается к ее поверхности благодаря теплопроводности и конвекции. Плотность в центре Земли около 12,5 г/см 3 .

Приблизительно 750 млн лет назад, самый ранний из известных суперконтинентов — Родиния, стал раскалываться на части. Позже континенты объединились в Паннотию (600—540 млн лет назад), затем в последний из суперконтинентов — Пангею, который распался 180 млн лет назад. В 1960 году была выдвинута гипотеза Snowball Earth, утверждающая, что в период между 750 и 580 млн лет назад Земля была полностью покрыта льдом. Эта гипотеза объясняет кембрийский взрыв, когда резко ускорилось распространение многоклеточных форм жизни.
Кора и верхние слои мантии образуют литосферу. Ее граница расположена на глубине около 70 км. Литосфера расколота на десяток больших плит, на границах между которыми постоянно происходят землетрясения и извержения вулканов. Литосферные плиты «плавают» в расположенном под ними до глубины 250 км слое повышенной текучести, называемом астеносферой. В таблице представлены наиболее крупные плиты.

Их вековые перемещения (скорость движения в среднем 4 см в год) не только определяют дрейф континентов, заметно влияющий на облик Земли, но имеют отношение и к расположению сейсмических зон на планете. Наибольшей скоростью перемещения обладают океанские плиты; так, плита Кокос движется со скоростью 75 мм в год,а тихоокеанская плита — со скоростью 52-69 мм в год. Самая низкая скорость у евразийской плиты — 21 мм в год. В 1912 году, сравнивая очертания береговой линии Африки и Южной Америки, немецкий ученый Альфред Вегенер выдвинул и теоретически обосновал гипотезу дрейфа континентов. В недалеком, по геологическим меркам, будущем, все континенты и острова Земли могут исчезнуть. Континенты постепенно сближаются, и через 250 миллионов лет все континенты Земли «объединятся» в один единственный континент — Пангею.
Последние 40 миллионов лет Африка все ближе «подползает» к Европе. Этот процесс вызывает рост Альп и Пиренеев, а также серьезные землетрясения в Италии, Греции и Турции. Также ученые констатируют факт уменьшения Средиземного моря. Последние несколько миллионов лет Средиземное море стремительно сокращается в размерах: когда-то это был огромные океан, а сейчас — лишь небольшое море. В 1960 году американский геолог Гарри Хесс предположил, что горячая мантия поднимается под срединно-океаническими хребтами, распространяется в стороны от них, разрывая и расталкивая литосферные плиты. Вещество мантии заполняет образовавшиеся трещины — рифты. «Уничтожение» же участков поверхности Земли происходит, скорее всего, вблизи океанских желобов.
Весной 2001 года Александро Форте из университета 3ападного Онтарио и Джерри Митровица из университета Торонто в Канаде представили свою собственную модель, согласно которой огромные потоки горячей породы (плюмы) размером с континент, медленно поднимающиеся из глубоких земных недр, являются истинной движущей силой для дрейфа континентов, землетрясений, извержений вулканов и даже изменений климата.

АТМОСФЕРА ЗЕМЛИ (от греч. atmos — пар и сфера), воздушная среда вокруг Земли, вращающаяся вместе с нею; масса ок. 5,15·10 15 т. По плотности атмосферы она занимает промежуточное место между Венерой и Марсом. Она уникальна в том отношении, что обладает обширными запасами жидкой воды. Сложное взаимодействие между океаном, атмосферой и планетарной поверхностью определяет ее энергетический баланс и температурный режим. Облачный покров обычно закрывает около 50% поверхности, и теплота, остающаяся внутри атмосферы (парниковый эффект), поднимает среднюю температуру более чем на 30 градусов.
Состав ее у поверхности Земли: Азот 78,084% (N ₂ ), Кислород 20,946% (O ₂ ), а стальные в незначительных долях Аргон (Ag) — 9340; Углекислый газ (CO ₂ ) — 350; Неон (Ne) — 18,18; Гелий (He) — 5,24; Метан (CH ₄ ) — 1,7; Криптон (Kr) — 1,14; Водород (H ₂ ) — 0,55; Водяной пар (переменная величина) — 1%. В нижних 20 км содержится водный пар (у земной поверхности — от 3% в тропиках до 2·10 -5 % в Антарктиде), количество которого с высотой быстро убывает. Углекислота — наиболее важная следовая компонента атмосферного воздуха. Высокая концентрация кислорода (возникшая примерно 2000 млн. лет назад) является прямым результатом существования растений. Присутствие кислорода позволило сформироваться в верхних слоях атмосферы озонному слою (на высоте 20-25 км), который экранирует поверхность планеты от солнечного ультрафиолетового излучения, вредного для жизни.
Выше 100 км растет доля легких газов, и на очень больших высотах преобладают гелий и водород; часть молекул разлагается на атомы и ионы, образуя ионосферу. Давление и плотность воздуха в атмосфере Земли с высотой убывают. В зависимости от распределения температуры атмосферу Земли подразделяют на тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу, экзосферу. Неравномерность ее нагревания способствует общей циркуляции атмосферы, которая влияет на погоду и климат Земли. Атмосфера Земли обладает электрическим полем.
Все типы свечения, возникающие в верхней атмосфере Земли (ночное свечение атмосферы), исключая тепловое излучение, полярные сияния, молнии и яркие следы метеоров. Спектр ночного свечения лежит в диапазоне от 100 нм до 22,5 мкм. Основная часть свечения возникает в слое толщиной от 30 до 40 км на типичных высотах в 100 км и представляет собой излучение на длине волны кислорода 558 нм. Из космического пространства свечение неба выглядит как зеленоватое светлое кольцо вокруг Земли.
ТРОПОСФЕРА (от греч. tropos — поворот и сфера), нижний, основной слой атмосферы до высоты 8-10 км в полярных, 10-12 км в умеренных и 16-18 км в тропических широтах. В тропосфере сосредоточено более 1 / ₅ всей массы атмосферного воздуха, сильно развиты турбулентность и конвекция, сосредоточена преобладающая часть водяного пара, возникают облака, развиваются циклоны и антициклоны — все происходящие здесь процессы играют определяющую роль для формирования погоды на планете. Температура в тропосфере падает с увеличением высоты на 6° на каждый км. Тропосфера нагревается инфракрасным излучением земной поверхности. Тропосфера сверху ограничена тропопаузой, которая соответствует переходу к более устойчивым условиям лежащей выше стратосферы.
СТРАТОСФЕРА (от лат. stratum — слой и сфера), слой атмосферы, лежащий над тропосферой от 8-10 км в высоких широтах и от 16-18 км вблизи экватора до 50-55 км. Стратосфера характеризуется возрастанием температуры с высотой от -40 °С (-80 °С) до температур, близких к 0 °С (на высоте порядка 50 км), малой турбулентностью, ничтожным содержанием водного пара, повышенным по сравнению с ниже- и вышележащими слоями содержанием озона. Температура растет за счет реакции разложения озона, которая сопровождается выделением теплоты.
ОЗОН (от греч. ozon — пахнущий), О ₃ , аллотропная модификация кислорода. Газ синего цвета с резким запахом, t _кип — 112°С, сильный окислитель. При больших концентрациях разлагается со взрывом. Образуется из О ₂ при электрическом разряде (например во время грозы) и под действием ультрафиолетового излучения (в стратосфере под действием ультрафиолетового излучения Солнца). Основная масса О ₃ в атмосфере расположена в виде слоя — озоносферы — на высоте от 10 до 50 км с максимумом концентрации на высоте 20-25 км. Этот слой предохраняет живые организмы на Земле от вредного влияния коротковолновой ультрафиолетовой радиации Солнца. Поглощает свет с длиной волны от 240 до 270нм и сильно поглощает в интервале 200-320нм, в то время как кислород в основном поглощает до 170нм. Основная причина появления озона на Земле — молнии. В промышленности О ₃ получают действием на воздух электрического разряда. Используют для обеззараживания воды и воздуха.
ИОНОСФЕРА, верхние слои атмосферы, начиная от 50- 85 км (мезосфера, озон поглощает ультрафиолетовое излучение в области (200–300 нм), защищая жизнь на поверхности Земли) до 600км, характеризующиеся значительным содержанием атмосферных ионов и свободных электронов. Атомы и молекулы в этом слое интенсивно ионизируются под действием солнечной радиации, в частности, ультрафиолетового излучения. Перемещение заряженных частиц по магнитным силовым линиям к полярным областям на широтах от 60 до 75° приводит к появлению полярных сияний. Верхняя граница ионосферы — внешняя часть магнитосферы Земли. Причина повышения ионизации воздуха в ионосфере — разложение молекул атмосферы газов под действием ультрафиолетовой и рентгеновской солнечной радиации и космического излучения. Ионосфера оказывает большое влияние на распространение радиоволн. Состоит ионосфера из мезосферы и термосферы.
ПОЛЯРНОЕ СИЯНИЕ -быстро изменяющиеся разноцветные картины свечения, наблюдаемые время от времени на ночном или вечернем небе, обычно в высокоширотных областях Земли (как на севере, так и на юге). Наиболее часто наблюдается бледно-зеленый и красный цвет, однако каким-то наблюдателям то же самое полярное сияние может показаться бесцветным. Зеленый и красный цвета соответствуют эмиссионным линиям атомов кислорода и молекул азота, которые возбуждаются энергичными частицами, приходящими от Солнца. В основном полярные сияния происходят на высотах 100-115 км, но иногда они наблюдаются как гораздо ниже, до 70 км, так и выше на высоте до 300 км. Были зарегистрированы полярные сияния даже на высоте 1000 км.
Полярные сияния — имеющее либо размытые (диффузные) формы, либо вид корон или занавесей (драпри), состоящих из многочисленных отдельных лучей. Спокойные дуги или полосы шириной в несколько десятков километров простираются с востока на запад на расстояния до 1000 км. Полосы могут сворачиваться, принимая спиральную или S-образную форму. Можно увидеть и лучи, идущие вдоль магнитного поля. Пятна полярных сияний — это отдельные светящиеся области неба без образования каких-либо форм. Самые мощные и высокие полярные сияния наблюдаются не только в северных и средних широтах, но даже в тропиках. Полярные сияния являются следствием вторжения в земную атмосферу заряженных частиц солнечного ветра – корпускул. Магнитное поле Земли, искривляет траектории заряженных частиц солнечного ветра, направляя их на магнитные полюса планеты. Сталкиваясь с различными атомами земной атмосферы – кислорода и азота –отрывают электроны от атомов газа (ионизируют его), после чего электрическое поле возникших ионов притягивает электроны обратно и, в результате возвращения электронов к ионам и восстановления нейтральных исходных молекул, газ начинает светиться, и мы видим полярные сияния. В невидимых частях спектра излучается гораздо больше энергии, чем в видимом диапазоне. Появление полярных сияний связано с солнечным циклом, вращением Солнца, сезонными изменениями и магнитной активностью. Результаты фото- и радиолокационных наблюдений свидетельствуют, что активность полярных сияний подвержена как суточным, так и сезонным изменениям. Максимальная активность в течение суток отмечается около 23 часов, сезонный же пик активности приходится на дни равноденствия и близкие к ним временные интервалы (март – апрель и сентябрь – октябрь). Эти пики активности полярных сияний повторяются через относительно правильные промежутки, а продолжительность основных циклов составляет примерно 27 дней и около 11 лет.
Интенсивность свечения полярных сияний обычно оценивается визуально и выражается в баллах по принятой международной шкале. Слабые полярные сияния, по интенсивности свечения приблизительно соответствующие Млечному Пути, оцениваются в I балл. Полярные сияния с интенсивностью, аналогичной лунной освещенности тонких перистых облаков – в II балла, а кучевых облаков – в III балла, свету полной Луны – в IV балла. Так, например, интенсивность в III балла, исходящая от дуги полярного сияния, соответствует свету нескольких микросвечей/см 2 . Объективным методом определения интенсивности свечения полярного сияния является измерение суммарной освещенности с помощью фотоэлементов. Полярные сияния интенсивностью свечения в I, II и III (близ нижней границы) балла не кажутся разноцветными, так как интенсивность отдельных цветов в них ниже порога восприятия. Полярные сияния с интенсивностью свечения в IV и III (у верхней границы) балла кажутся цветными, как правило желтовато-зелеными, иногда – фиолетовыми и красными. Разумеется, полярные сияния происходят не только на Земле но и на других планетах солнечной системы, окруженных атмосферами.
МЕЗОСФЕРА находится примерно до 80-85 км, над которой наблюдаются (обычно на высоте около 85 км) серебристые облака. Здесь температура с высотой уменьшается, достигая -90°C у верхней границы (мезопаузы). Светлые голубоватые облака в летнем сумеречном небе. Они возникают в верхней атмосфере на высотах около 80 км и по структуре довольно разнообразны.
СЕРЕБРИСТЫЕ облака очень тонки и рассеивают лишь малую часть падающего на них солнечного света, так что с Земли днем или в начале сумерек их нельзя заметить. Так как они появляются только в летнее время, их невозможно наблюдать в самых высоких широтах, где небо никогда не становится достаточно темным. В то же время серебристые облака — явление высокоширотное, т.к. диапазон широт, в которых они практически наблюдаются, весьма узок (от 50°до 65°). Облака образуются в присутствие ядер конденсации, на которых вода превращается в лед. Точно не известно, каковы эти ядра (ионы, возникающие под действием солнечного ультрафиолета, или микрометеоритные частицы). Главное условие возникновения серебристых облаков — достаточно низкая температура, которая на высотах 80-90 км должна быть около 120 K (-150° C). Облака возникают в результате воздушных течений от одного полюса к другому и не зависят от уровня солнечной радиации. Имеются наблюдения, позволяющие предположить, что в течение последних десятилетий серебристые облака возникают чаще. Это связано с возрастанием концентрации водяных паров в верхней атмосфере из-за увеличения количества метана. Частота возникновения серебристых облаков изменяется с циклом солнечной активности по обратному закону.
ТЕРМОСФЕРА, слой атмосферы над мезосферой от высот 80-90 км, температура в котором растет до высот 200-300 км, где достигает значений порядка 1500 К, после чего остается почти постоянной до больших высот. Ультрафиолетовое и рентгеновское излучение Солнца ионизует молекулы воздуха. Становятся преобладающими водород и гелий.
ЭКЗОСФЕРА (от экзо. и сфера) (сфера рассеяния), внешний слой атмосферы, начинающийся с высоты около 400-500 км, которые граничат с межпланетной средой. В этих слоях плотность настолько низка, что между атомами происходит очень мало столкновений и атомы, движущиеся с большой скоростью, могут выйти из сферы гравитационного притяжения планеты и улетать (ускользать) в космическое пространство.
Наконец, на расстояниях более 1000 км слой холодной плазмы высокой плотности (плазмосфера). Плазмосфера простирается до расстояний в 3 — 7 земных радиусов. Ее верхняя граница (плазмопауза) отмечена резким падением плазменной плотности. Большинство частиц в плазмосфере составляют протоны и электроны. газ настолько разрежен, что столкновения между молекулами перестают играть существенную роль, а атомы ионизированы более чем наполовину. На высоте порядка 1,6 и 3,7 радиусов Земли находятся первый и второй радиационные пояса. Гравитационное поле Земли с высокой точностью описывается законом всемирного тяготения Ньютона. Движение жидкостей, а также возникающие в твердых объектах напряжения, вызываемые циклическим изменением действующих на них гравитационных сил. Так, океанские приливы на Земле, запаздываемые ежедневно на 50 минут, возникают из-за изменения суммарного гравитационного действия Солнца и Луны, которое подвержено суточным, месячным и годичным вариациям, обусловленным вращением Земли, движением Луны по орбите вокруг Земли и движением Земли вокруг Солнца. Деформация за счет приливных сил Земли достигает 30см, Луны 40 см, водная поверхность поднимается до 1 метра, а в заливе Фапти (Атлантический океан) до 18 метров.
Ускорение свободного падения над поверхностью Земли определяется как гравитационной, так и центробежной силой, обусловленной вращением Земли. Зависимость ускорения свободного падения от широты приближенно описывается формулой g = 9,78031 (1+0,005302 sin2 ) m/c 2 , где m —масса тела.
Магнитное поле над поверхностью Земли складывается из постоянной (или меняющейся достаточно медленно) «главной» и переменной частей; последнюю обычно относят к вариациям магнитного поля. Наличие расплавленного металлического ядра приводит к появлению магнитного поля и магнитосферы Земли. Магнитосфера Земли определяется магнитным полем и его взаимодействием с потоками заряженных частиц космического происхождения (с солнечным ветром). Магнитосфера Земли с дневной стороны простирается до 8-14R, с ночной — вытянута, образуя магнитный хвост Земли в несколько сотен R; в магнитосфере находятся радиационные пояса. Измерения со спутников показали, что Земля является интенсивным источником радиоволн в километровом диапазоне, хотя такие волны генерируются высоко и на уровне земной поверхности не обнаружены. Магнитный дипольный момент Земли, равный 7,98·10 25 единиц СГСМ, направлен примерно противоположно механическому, хотя в настоящее время магнитные полюсы несколько смещены по отношению к географическим. Их положение, впрочем, меняется со временем, и хотя эти изменения достаточно медленны, за геологические промежутки времени, по палеомагнитным данным, обнаруживаются даже магнитные инверсии, то есть обращения полярности. Были зарегистрированы 16 инверсий магнитных полюсов с северного на южный и обратно за последние десять миллионов лет. Первая такая шкала для последних 3,5 млн. лет была создана в 1963 году А. Коксом, Р. Доллом и Г. Далримплом. В пределах этого интервала они установили две зоны прямой полярности (как современное поле) и одну зону обращенной. С тех пор составлено много магнитостратиграфических шкал, полнота и нижний возрастной предел которых все увеличиваются, а само расчленение становится все более дробным. Нынешнюю полярность Земля приобрела 12 тысяч лет (по другим источникам 780 тыс.лет) назад, а в среднем каждые 250 тыс.лет (500 тыс.лет по другим источникам) меняется полярность, а иногда в 2-4 раза быстрее. За последние 15 миллионов лет было по четыре смены полюсов каждые 1 миллион лет или один «реверс» в среднем на каждые 250 тысяч лет.
В первом приближении магнитное поле Земли подобно полю намагниченного стержня (диполя), который смещен относительно центра Земли к Тихому океану и наклонен к земной оси. В настоящее время это смещение составляет 430 км, а наклон равен 11,5°. Сила и форма геомагнитного поля постепенно меняются, причем масштаб времени этих изменений составляет годы. Еще в XVII веке было обнаружено изменение магнитного склонения со временем. Так называемые вековые вариации и всех остальных элементов магнитного поля Земли сейчас достоверно установлены и регулярно составляются специальные карты изопор, то есть линий равных годовых изменений какого-либо элемента магнитного поля. Такие карты можно использовать только в определенный, не более 10 лет, интервал времени в связи с периодичностью вековых вариаций, особенно «быстрых». Все магнитные материковые аномалии, например изогоны, то есть линии равных магнитных склонений, медленно, со скоростью 22 км в год (0,2% в год), смещаются в западном направлении (западный дрейф), что объясняется разной угловой скоростью относительного вращения ядра и мантии Земли. Напряженности магнитного поля на северном и южном магнитных полюсах равны соответственно 0,58 и 0,68 Э, а на геомагнитном экваторе —около 0,4 Э.
Приборы Центрального военно-технического института Сухопутных войск (ЦНИВТИ СВ) зафиксировали в начале 2002 года, что магнитный полюс Земли сместился на 200 км. По мнению ученых, аналогичное смещение магнитных полюсов произошло и на других планетах Солнечной системы по видимому по причине, что Солнечная система проходит «определенную зону галактического пространства и испытывает влияние со стороны других космических систем, находящихся рядом». «Переполюсовка» повлияла на ряд процессов, происходящих на Земле. Так, «Земля через свои разломы и так называемые геомагнитные точки сбрасывает в космос избыток своей энергии, что не может не сказаться как на погодных явлениях, так и на самочувствии людей». Кроме того избыточные волновые процессы, возникающие при сбросе энергии Земли, влияют на скорость вращения нашей планеты. По данным Центрального военно-технического института, «примерно каждые две недели эта скорость несколько замедляется, а в последующие две недели наблюдается определенное ускорение ее вращения, выравнивающее среднесуточное время Земли». Смещение магнитного полюса Земли не влияет на географические полюса планеты, то есть точки Северного и Южного полюсов остались на месте.
Сила магнитного поля Земли за последние 160 лет начиная с 1845 года ослабла на 10% (изменение магнитного поля открыто в 1905 году), подтвердив реальность перспективы его исчезновения и последующей смены полюсов (а может это просто временное явление). Если скорость изменений не сократится, то магнитное поле полностью исчезнет через полторы-две тысячи лет, и еще несколько сот лет может пройти, прежде чем поле вернется к своему прежнему состоянию. РАДИАЦИОННЫЕ ПОЯСА — внутренние области планетных магнитосфер, в которых собственное магнитное поле планеты удерживает заряженные частицы (протоны, электроны), обладающие большой кинетической энергией. В радиационных поясах частицы под действием магнитного поля движутся по сложным траекториям из Северного полушария в Южное и обратно. У Земли обычно выделяют внутренний и внешний радиационные пояса. Внутренний радиационный пояс Земли имеет максимальную плотность частиц (преимущественно протонов) над экватором на высоте 3-4 тыс. км, внешний электронный радиационный пояс — на высоте ок. 22 тыс. км. Радиационный пояс — источник радиационной опасности при космических полетах. Мощными радиационными поясами обладают Юпитер и Сатурн.
Электрическое поле над поверхностью Земли в среднем имеет напряженность около 100 В/м и направлено вертикально вниз —это так называемое «поле ясной погоды», но это поле испытывает значительные (как периодические, так и нерегулярные) вариации.

Астероиды с перигельными расстояниями, меньшими или равными 1.3 а.е., принято называть астероидами, сближающимися с Землей (АСЗ). Исторически первым из астероидов с такой орбитой был открыт (433) Eros (1898). Все АСЗ принято подразделять на несколько групп по характерному представителю в зависимости от величины их перигельного или афельного расстояния и большой полуоси.
Астероиды типа Амура (1221 Amor). Перигельные расстояния q больше, чем афельное расстояние Земли (1.017а.е. 0,983 а.е.). Орбиты астероидов этого типа лежат в основном внутри орбиты Земли и только в окрестности афелиев выходят за ее пределы. Одним из наиболее известных этой группы является Апофис, тесное сближение которого с Землёй ожидается в 2029 году.
Астероиды трех типов — Амура, Аполлона и Атона — иногда называют ААА-астероидами. Помимо этих трех типов АСЗ в Солнечной системе существует еще один тип астероидов, способных приближаться к орбите Земли. Речь идет об астероидах, орбиты которых целиком лежат в пределах земной орбиты. Их часто именуют X-астероидами. Подобные малые тела трудно обнаружить, поскольку они могут наблюдаться только в утреннее или вечернее время, на элонгациях от Солнца, не превышающих 90 o . Пока обнаружен только один достоверный представитель астероидов этого типа с a=0,757 а.е., e=0,291, q=0,927 а.е. (MPEC No.8072, 2003 Feb. 13).
Среди астероидов всех перечисленных групп выделяют потенциально опасные астероиды. К ним относят все астероиды, орбиты которых в настоящую эпоху сближаются с орбитой Земли до расстояний, меньших или равных 0.05 а.е. и абсолютная звездная величина которых не превышает 22.0. Если принять среднее значение альбедо астероидов равным 0.13, то этому условию соответствуют тела, превышающие 150 м в поперечнике. Считается, что тела меньшей величины не представляют серьезной угрозы для Земли, поскольку они в большинстве случаев сильно разрушаются при прохождении через атмосферу и в состоянии причинить лишь локальный ущерб. Потенциально опасные астероиды составляют примерно пятую часть всех АСЗ.
В таблице приводятся данные о количестве открытых АСЗ различных типов, количестве занумерованных объектов и числе потенциально опасных объектов по состоянию на 27 марта 2003г.

Необходимо учесть, что стать потенциально опасным может и астероид, пришедший из главного пояса. Особое влияние на поведение тел в главном поясе оказывают резонансные соотношения (соизмеримости) низких порядков (2/1, 3/1, 4/1, 5/2, 7/3) между средними движениями астероидов и Юпитера. В области между 2.1-3.3 а.е. им соответствуют люки — более или менее широкие интервалы среднего движения, где малые планеты совсем отсутствуют или плотность их распределения заметным образом понижена. Как было показано Уисдомом (Wisdom, 1982, 1983) при исследовании резонанса 3/1 с Юпитером (а=2,5 а.е.), астероиды, попадающие в зону хаоса, испытывают нерегулярные колебания эксцентриситета, амплитуда которых может достигать 0.4, на характерных временах от нескольких десятков до нескольких сот тысяч лет. В результате из-за уменьшения перигельного расстояния в периоды, когда эксцентриситет находится в окрестности максимальных значений, астероид приобретает возможность пересекать орбиту Марса. Под влиянием возмущений, испытываемых астероидом при сближениях с Марсом, он может перемещаться из одной зоны хаоса в другую. В итоге астероид приобретает возможность сближаться с Землей, Венерой и даже выпадать на Солнце, если его перигельное расстояние оказывается меньше радиуса последнего.
Значительные возмущения в движении малых планет связаны также с резонансными соотношениями между скоростями движения перигелиев и узлов их орбит и скоростями движения перигелиев и узлов орбит возмущающих планет. Это так называемые вековые резонансы. Вековые резонансы также причастны к перебросу вещества из пояса астероидов в область внутренних планет (Knezevic, Milani, 1994). В частности, у внутреннего края главного пояса малых планет в окрестности значений большой полуоси а=2,1 а.е. доминирует вековой резонанс (совпадение средних скоростей движений перигелиев орбит астероида и Сатурна).
На Рабочем совещании в Турине в июне 1999г была принята к использованию шкала, которая получила название Туринской шкалы для оценки угрозы столкновений Земли с космическими телами. Угроза со стороны любого тела оценивается целыми числами от 0 до 10, где ноль означает отсутствие какой-либо угрозы, а 10 соответствует несомненной глобальной катастрофе. В основу построения шкалы положен учет двух основных факторов, определяющих оценку угрозы: вероятности столкновения и его кинетической энергии. Эти два фактора являются двумя измерениями, в пространстве которых производится оценка угрозы (рисунок). При этом кинетическая энергия столкновения, выраженная в мегатоннах тринитротолуолового эквивалента, меняется в пределах от 1 до 10 8 Мт. Нижний предел соответствует телам около 20 м в диаметре. Как правило, меньшие по размеру тела полностью разрушаются в атмосфере и не представляют угрозы для обитателей Земли. По горизонтальной оси отложены вероятности столкновения в пределах от 10 -8 до 1. События, имеющие меньшую вероятность, также рассматриваются как не представляющие реальной угрозы вне зависимости от сопутствующей им энергии и потому получают по Туринской шкале оценку 0.

Астероиды, имеющие в настоящее время наибольшие оценки угрозы по Палермской шкале