Ugrás a tartalomhoz Lépj a menübe

Föld

2009.09.19

Föld


A Föld a Naptól a harmadik, méretét tekintve pedig az ötödik legnagyobb bolygó.
  • Naptól mért közepes távolsága: 149,600,000 km (1.00 CSE)
  • átmérő: 12,756.3 km
  • tömeg: 5.976e24 kg

 


A Föld légköre, belseje, holdja, pályája.


 


  • Az űrutazások és a holdraszállások mindennél nyilvánvalóbbá tették, hogy a Föld is csak a Naprendszer egyik bolygólya. Jóllehet úgy szoktunk bolygónkra tekinteni, mint a "terra firmá"-ra, mint a stabilitás szimbólumára, a Föld valójában egy óriási űrjármű, amelynek átmérője majdnem 13000 kilométer, és amelyik 30 kilométeres másodpercenkénti sebességgel száguld pályáján. Keringésén kívül a Nappal és Naprendszerünk többi bolygójával együtt körülbelül másodpercenként 20 kilométeres sebességgel haladó mozgást is végez a Herkules (Hercules) csillagkép irányába. A Föld tengely körüli forgása következtében az egyenlítő minden pontja óránként több mint 1600 kilométert tesz meg.

  • Tudjuk, hogy bolygónk 24 óra alatt végez egy teljes körülfordulást.
    A forgás következtében fellépő centrifugális erő hatására az égitest belapult, az egyenlítői vidékeken pedig kidudorodott. Így ma a Föld egyenlítői sugara 21,5 kilométerrel hosszabb, mint a pólusokat összekötő szakasz fele. Ha a Föld forgása hirtelen leállna, akkor az óceánok vize a sarkvidékek felé áramlana az egyenlítőtől, egészen addig, amíg az egyenlítői és a poláris átmérő ki nem egyenlítődne.
  • A hegyek csak az emberi időskálán mérve nevezhetők állandónak. Az idők folyamán Földünk felszíne megemelkedett, megrepedezett és felgyűrődött. A Föld -születése óta- állandóan fejlődik, változik. Az eróziós erők mindig a tektonikus erők ellen hatnak. Míg az utóbbiak hatalmas csúcsokat hoznak létre, az előbbiek e csúcsokat egyszerű sziklákká pusztítják le. A különböző eróziós erők közül minden kétséget kizáróan a vízzel kapcsolatosak a leghatékonyabbak. A felhők általában a magasabb vidékek fölött alakulnak ki. Ezek a területek többnyire csapadékosabbak. A víz amely mindig az alacsonyabb szintek felé törekszik, lezúdul a domboldalakon, erecskéket alkotva, amelyek patakokká, majd folyókká egyesülnek, és végül hatalmas folyamokká duzzadva ömlenek a tengerekbe. Ha repülőgépről nézzük a folyókat, hatalmas összefüggő rendszernek látjuk őket, felismerjük jellegzetes elágazásaikat, s azt, hogy a kisebb ágak nagyobbakká, azok pedig végül főfolyammá egyesülnek. A sarkvidékeken és a nagy tengerszint feletti magasságban a nagy jégtömegek gleccserekké állnak össze, amelyek igen lassan csúsznak lefelé, letarolva az alattuk fekvő felszíni alakzatokat, és hatalmas U alakú völgyeket vágva a talajba. A tengerek partvidékén a szél hajtotta hullámok és az árapály következtében állandóan változik a partvonal alakja. A szél is nagyon fontos talajformáló, felszínalakító erő. A hőmérsékleti változások ugyancsak eróziós, romboló hatásúak lehetnek: a melegedés hatására bekövetkező tágulás, valamint a lehűlés miatt fellépő összehúzódás során repedések keletkeznek, s a kőzetek lassan elmorzsolódnak. A folyók mély árkokat és kanyonokat vájnak maguknak. A folyóvíz eróziós munkájának és a Föld tengely körüli forgásának együttes hatása azt eredményezi, hogy a folyómedrek inkább kígyózva kanyargók, mint egyenesek.

     

  • A Föld fiatal korában valószínűleg teljesen hideg volt, belső részeiben mégis volt bizonyos mennyiségű radioaktív anyag, bizonyára urán, tórium és a nátriumnak egyik izotópja. Ezeknek az anyagoknak a radioaktív bomlása során tekintélyes mennyiségű hő szabadult fel, amely azonban csak igen lassan tudott kijutni a belső tartományokból, s így az évmilliók során annyira sikerült felmelegítenie bolygónk belsejét, hogy ott egyes anyagok cseppfolyóssá válhattak. Ez a hőmennyiség felelős az összes vulkáni és gejzírtevékenységért.

     

  • A Hold és a Nap tömegvonzása (az előbbié nagyobb) apályt és dagályt kelt, amelyek az óceánok és tengerek vízfelszínének süllyedésében és emelkedésében vehetők észre. A Hold úgy "vonszolja" maga után a Föld dagályövét bolygónk felszínén, hogy az épp ennek forgásával ellentétes irányban haladjon. Emiatt a földi napok évszázadonként 0,02 másodperccel hosszabbodnak meg. Ez az érték elhanyagolhatónak tűnhet, de hosszú évszázadok alatt annyira felszaporodik, hogy könnyen kimutathatóvá válik. Ha például a teljes napfogyatkozások bekövetkezésének előre kiszámított helyét összevetjük a tényleges hellyel, akár egyórás különbségeket is felfedezhetünk. Ha a Föld forgása lassul, akkor viszont a Hold keringésének kell megfelelő arányban gyorsulnia (a Föld által elveszített mozgási energia a Hold mozgására tevődik át.) Meglepő módon, ha az égitest mozgása gyorsul, akkor eltávolodik bolygónktól, s így végeredményben hosszabb időre lesz szüksége, hogy egy teljes keringést végezzen körülöttünk. Számítások szerint a Hold évente 4,5 cm-rel távolodik Földünktől e jelenség hatására. Ez az érték persze szintén elhanyagolhatónak tűnik a Föld-Hold távolsághoz képest. Ha azonban azt is figyelembe vesszük, hogy a dagálysúrlódás amely a múltban -amikor a Hold sokkal közelebb volt hozzánk- lényegesen nagyobb volt, akkor arra a következtetésre jutunk, hogy a két égitestnek egymilliárd évvel ezelőtt olyan közel kellett lennie egymáshoz, hogy szinte összeértek. Nyilvánvaló, hogy valamilyen oknál fogva a súrlódási erő kisebb volt. A kutatók feltételezik, hogy a változás a kontinensvándorlással magyarázható. A Föld őskorában, amikor a kontinensek egyetlen szárazföldet alkottak, a dagálysúrlódásnak sokkal kisebbnek kellett lennie, mint napjainkban, mivel a kontinentális selfek teljes területe akkoriban sokkal kisebb volt.

     

  • A szárazföld, az úgynevezett litoszféra a Föld felszínének mintegy 30%-a. A fennmaradó 70%-ot tengerek és óceánok borítják. Ez az úgynevezett hidroszféra.

  •  
    • troposzféra 0 -12 km magasságig, az időjárási folyamatok jórészének színtere, a hőmérséklet felfelé haladva csökken, 290 K-ről kb. 217 K-ig, amely minimumot a tropopauzánál mintegy 10 kilométer magasságban éri el
    • sztratoszféra a troposzférától 50 km magasságig, a hőmérséklet a magassággal emelkedik, ez a réteg tartalmazza az ózont; mezoszféra a következő réteg, a hőmérséklet a magasság növekedésével csökken, kb. 85 km magasságban a legalacsonyabb, 185 K
    • termoszféra 85 kilométeres magasság fölött, ahol a ritka gázok a napfénytől felmelegszenek és elérik a nappali 1200 K-es, valamint a 800 K-es éjszakai hőmérsékletet; kb. 500 kilométeres magasságban a könnyebb atomok (pl. hidrogén) képesek kiszökni a légkörből.

    A Föld légköre

    A földi légkör főként nitrogénből (78%) és oxigénből (21%) áll. A többi alkotórész közül legnagyobb mennyiségben vízgőz, argon és széndioxid fordul elő. A talajszinten mért átlagos nyomás 101325 Pa (1013 millibar) ami megfelel egy 0,76 m magas higanyoszlop vagy egy 10 m magas vízoszlop nyomásának. Ezt a nyomást nevezik egy atmoszférának.

    A földi légkör összetételének változásai nagyon megnövelték az atmoszféra alsó része által befogható hőmennyiséget -ezt a jelenséget nevezik üvegházhatásnak. Az ultraibolya sugarak elnyelése miatt a légkör felső rétegében egy különleges oxigénmolekula-fajta keletkezik: az ózon (O3), amely szinte teljesen megakadályozza az ultraibolya sugarak további terjedését. Még magasabban nyelődnek el a röntgensugarak, amelyek a molekulákról és atomokról elektronokat szakítanak le, s azokat ionokká alakítják. A légkör felső részében több ilyen, jó elektromos vezetőképességű zóna is van, amelyek hihetetlenül fontos szerepet játszanak a rádiózásban, tükörként visszaverik a hosszabb hullámú rádiósugarakat a Föld körül, a rövidhullámokat viszont átbocsátják. A Van Allen sugárzási övezetekben összegyűlt                                                                                                 elektronok és ionok alkalmanként kikerülhetnek e zónákból, és lejuthatnak a légkör felső rétegeibe, főként bolygónk mágneses pólusainak vidékére. Ezek a Föld mágneses tere által irányított részecskék összeütköznek a felső légkör molekuláival,     és sugárzást bocsátanak ki, amely azután a sarki fény csodálatos formáiban és színeiben jelenik meg. Az atmoszféra véd bennünket a meteorok sokaságától, kisebbektől és nagyobbaktól is, amelyek éjjel-nappal bombázzál Földünket. A kozmikus sugárzást, amely a világűr minden részéről, igen távolról jut el hozzánk, ugyancsak a légkör gyengíti. Ha e sugarak gyengítetlenül érnének el bennünket, jóvátehetetlen károsodást okoznának szervezetünkben.

    A légkör rétegei

    Az üvegházhatás az átlagos felszíni hőmérsékletet 290 Kelvin (17 Celsius) körül tartja, mintegy 35 K-nel magasabban, mint amekkora légkör hiányában lenne.

    Az atmoszféra, különösen az alsóbb rétegek, a csillagászati megfigyeléseket is befolyásolják. A le- és felszálló légáramok eltérítik a csillagokról és más égitestekről érkező fénysugarakat eredeti irányuktól. A fentiekkel magyarázható a csillagok fényének pislákolása, ami elkeni az égi objektumok fényét, s ami megakadályozza, hogy a finomabb részleteket is tanulmányozzuk. Azt is megfigyelhetjük, hogy a csillagok képe táncol a távcső látómezejében, miközben színük és fényességük is változni látszik. Mivel a csillagászoknak jobb képekre volt szükségük, olyanokra, amelyeken kisebb szögátmérőjű részletek is felismerhetők, kénytelenek voltak teleszkópjaikat hatalmas léggömbökkel mintegy 30 kilométeres magasságba                                                                       felbocsátani. A Föld körül keringő mesterséges holdakról (és űrtávcsövekről) végzett megfigyelések egyik legnagyobb előnye éppen az, hogy ezek az eszközök teljesen zavartalanul dolgozhatnak, minthogy a légkör felett járnak. A csillagközi térben a csillagok fénye egyáltalán nem szikrázik, s ilyen holdakról a távoli ultraibolya sugárzás éppen úgy tanulmányozható, mint a Föld felszínére soha el nem jutó többi elektromágneses hullám.

    Bolygónk légkörének molekulái a rájuk eső napfényt minden irányban szórják. Ez a szórás sokkal erősebb a kék fényre, mint a vörösre, hisz éppen emiatt látjuk kéknek az égboltot. Ahogy az űrhajósok bolygónk körül keringve többször is felhívták rá a figyelmet, a kék szín általában is jellemző Földünkre. Így különösen jól kivehetők a fehér felhők megkülönböztető jegyei. A spirál alakú szegélyek mindig ciklonokra utalnak. Az északi féltekén mindig az óramutatóval ellentétes irányban forognak, a délin pedig azzal megegyezően.

     

  •  
    • kívül a 10 - 40 km vastagságú és viszonylag könnyű kőzetek alkotta földkéreg
    • köpeny, amelyen a földkéreg nyugszik további három részre bontható:
      • legkülső réteg a litoszféra, szilárd, vastagsága nem éri el a 100 kilométert
      • képlékenyebb asztenoszféra
      • legmélyebben a mezoszféra, amely szilárdabb az asztenoszféránál
    • a köpeny alatt található a 3400 km sugarú nagy sűrűségű vas-nikkel mag, amely szilárd belső részből és az azt körülvevő folyékony halmazállapotú anyagból áll.

      Az átlagos sűrűség a kontinentális kőzetektől (2670 kg/m3) a bolygó belseje felé haladva a mag középpontjáig (13600 kg/m3) nő.

    A Föld belseje

    A Föld több, különböző koncentrikusan elhelyezkedő rétegből áll. Három fő réteg különbözethető meg:

     

  • A bolygók belső felépítése részletesebben értelmezhető bármely szeizmikus jelenség tanulmányozásával. Felhasználhatók a bolygó felszíne mentén, valamint a bolygó belsején keresztülhaladó külső vagy belső események előidézte rengéshullámok. A belső esemény lehet földrengés, a külső pedig meteorit-becsapódás vagy mesterséges robbantás.

     

  • A Föld mágneses tere egy egyszerű mágnesrúdéhoz hasonlóan viselkedik: kétpólusú, a tájolótűje pedig az északi és déli mágneses pólusokat összekötő erővonalak mentén áll be. A mágneses tér iránya idővel változik, jelenleg az északi mágneses pólus (amit azért nevezünk északi pólusnak, mert az iránytű mágnesének északi pólusa erre mutat, tehát az valójában a Föld déli pólusa mágneses értelemben) az északi szélesség 78,5 fokán, Északnyugat-Grönlandon helyezkedik el.

  • Tankönyvek és elemi csillagászi könyvek sokszor perspektívában ábrázoljál a földpályát, egy meglehetősen hosszúra nyújtott ellipszis formájában. Ez az ábra helytelenül felfogva sokaknál beidegződik egy életre, akik abban a hitben vannak és maradnak, hogy a földpálya nem egyéb mint egy hosszan elnyúló ellipszis. A valóságban a földpálya alig különbözik a körtől. Az eltérés oly csekély, hogy papíron nem is lehet másképp ábrázolni, mint kör alakjában. Ha a papírra vetett földpálya átlóját jó nagyra, mondjuk 1 méterre vesszük is, ábránk eltérése vékonyabb volna a ceruzavonalnál, amellyel a földpályát megrajzoltuk. Az ilyen ellipszist még nagyon jó szemmel sem lehet megkülönböztetni a körtől.

     

  • A Föld tengelyének hajlása 23,4 fokos, és ezt a térbeli irányt a bolygó Nap körüli mozgása közben is megtartja. Ezért keringés közben az északi és déli féltekékre jutó napfény mennyisége szakaszosan változó, azaz az időjárás a Földön évszakos változásokat mutat.

     

  • A Földnek egyetlen természetes kísérője van, a Hold.

Belső szerkezete [szerkesztés]

A Föld belső része öves felépítésű, az övek elhelyezkedése, kiterjedése, sőt esetenként mozgása is jól ismert ma már. Az övek összetételét illetően azonban még feltételezésekre, elméletekre kell hagyatkozni, mivel a legfelső 30–70 km-t leszámítva ez teljesen ismeretlen. A Föld öveinek kémiai összetételét vizsgáló elméleteknek magyarázatot kell adni az ismert jelenségekre, a Föld átlagsűrűségére, és meg kell felelnie a kozmológiai ismereteinknek is.

A Föld szerkezetére vonatkozó legismertebb elmélet az úgynevezett Goldschmidt-féle vasmagos modell. Ez kémiailag inhomogén öveket tételez fel, amelyben egyszerű ülepedés hatására a mélyebb rétegek a nagyobb fajsúlyú anyagokat tartalmazzák. Magyarázatot ad a felszíni kőzetek sűrűsége és a Föld átlagsűrűsége közötti eltérésre, valamint a mágneses mezőre.

A Föld öves szerkezetének létrejöttét az Egyed László-féle vasmag nélküli modell kémiailag homogénként írja le, amelyben kizárólag a nyomás és a hőmérséklet változásai hozzák létre a szeizmológiailag mérhető övezethatárokat. A Föld átlagsűrűségét a magban található elfajult anyag növeli meg, a mágnesességet ugyanennek az elfajult anyagnak a mozgása hozza létre. A modell szerint a kéreg alatti konvekciós áramlatok olyan keveredést okoznak, ami meggátolja a fémes (nehéz) elemek leülepedését. Ez az elmélet vetette fel először a táguló Föld elképzelését.

Földkéreg

 

A Föld belső szerkezete a magtól a felső köpenyig

A földkéreg Földünk legkülső kőzetburka. Halmazállapota szilárd, magmás, metamorf vagy üledékes kőzetekből épül fel. Vastagsága átlagosan 30–40 km, bár rendkívül tág határok között változik: az óceánok alatt 6–7 km, a szárazföldek területén pedig 35 km, ám néhol eléri a 70 km-t is. Ezek alapján a kérget szokás óceáni és kontinentális kéregre osztani, amely felosztás nemcsak a földrajzi elhelyezkedés, hanem a kémiai összetétel okán is megalapozott. Az óceáni kéreg anyaga vékonyabb és szinte kizárólag bazaltból áll, átlagsűrűsége 3 g/cm³. A szárazföldi kéreg egy 15–20 km mélységben húzódó vonal mentén további két részre osztható: a felső, alumíniumban, szilíciumban és alkáli fémekben gazdag (tehát jobbára alumoszilikátokból és kvarcból álló) gránitos, valamint az alsó, több vasat és magnéziumot tartalmazó (tehát főleg ezek szilikátjaiból álló) bazaltos kéregre.

A kéreg hőmérséklete a mélységgel változik, a felszínen a Nap melegítő hatására a hőmérséklet változó, ám néhány tucat méter után állandó lesz és onnan kilométerenként nagyjából 30 °C-kal növekszik a hőmérséklet, egészen a köpeny határáig, ahol kb. 400 °C-ot ér el. A kérget hordozó köpenyben végbemenő anyagáramlások, a konvekció miatt a kéreg nagyobb táblákra, ún. litoszféra-lemezekre töredezett, amelyek folyamatosan vándorolnak, mozognak.

A vékony réteg térfogata a Föld össztérfogatának mindössze 1%-át teszi ki.

A kéreg felszíne folyamatos megújuláson megy keresztül a vulkáni és eróziós folyamatok, illetve a szubdukció miatt, ezért a felszíni kőzetek átlagéletkora mindössze 2 milliárd év, míg a legrégebbi kéregmaradvány, a nyugat-ausztráliai Narryer Gneisz Formáció 3,9 milliárd éves.

Földköpeny

 

A földköpeny a földmagot beburkoló vastag, mintegy 2900 km széles rendkívül magas viszkozitású, helyenként szilárd réteg. Alsó határa a külső földmaggal, felső határa pedig a földkéreggel kapcsolja össze. A kéreg és a köpeny határát az ún. Mohorovičić diszkontinuitás (vagy egyszerűsítve: Moho) jelöli ki, egy határ, amely alatt a földrengéshullámok sebessége ugrásszerűen megnövekszik. A földköpeny és a földmag határán (a köpeny legalsó rétegeként) egy vékony, úgy 200 kilométeres réteg is található, az ún. „D-réteg”. Az alsó köpeny és a földmag határát is egy jól elkülöníthető határréteg jelöli ki, ezt nevezik Gutenberg-Wiechert felületnek.

Szeizmológiai mérések alapján a köpeny több jól elkülönülő részre osztható. A felső köpeny a kéreg alatti 7-35 kilométeres mélységtől 410 kilométerig terjed. A felső köpeny legfelső rétege szilárd, az alsó része képlékeny. Előbbit és a kérget együtt litoszférának nevezzük, utóbbit pedig asztenoszférának. A litoszféra alja kb. 100–150 km, az asztenoszféráé kb. 410 km. A képlékenységet a viszkozitással fejezzük ki. A földköpeny anyagának képlékenysége a mindennapi érzekelésünk szerint rendkívül viszonylagos, inkább mondanánk szilárdnak, a viszkozitási érték 1021 és 1024 Pascal·másodperc (Pa·s), a mélységtől függően. (Összehasonlításul például a víz viszkozitása 10−3 Pa·s, míg a bitumené 107 Pa·s. A felső köpeny alatt az átmeneti réteg, vagy mezoszféra található, amely 660 km mélységig tart. Ez a réteg nagyon bonyolult geológiailag (az áthaladó rengéshullámok sebessége térségenként változó) és markánsan elválasztja a felső köpenyt az alsó köpenytől. Az alsó köpeny pedig a 660-2900 kilométer közötti mélységet tölti ki. Ez utóbbiról viszonylag kevés ismeretünk van, azt viszont tudjuk, hogy szeizmológiailag lényegében homogén gömbhéj.

A Föld tömegének 68%-a a földköpenyben található, miközben a térfogat 84%-át képviseli. Anyagát feltételezések szerint vasban és magnéziumban gazdag szilikátok alkotják.

A köpeny övessége rugalmassági tulajdonságok változásaival, illetve a növekvő nyomás és hőmérséklet hatására az ásványok szerkezetében beinduló fázisátalakulásokkal magyarázható. A köpeny hőmérséklete és a benne uralkodó nyomás a mélységgel változik: a kéreg határánál 500 és 900 °C közötti, míg a maggal határos alsó részeken hozzávetőleg 4000 °C feletti hőmérséklet uralkodik. paradox módon bár a legtöbb kőzet olvadáspontja legfeljebb 1200 °C és a köpeny nagy részében ennél melegebb van, a köpeny fizikai tulajdonságait tekintve gyakorlatilag szilárdnak tekinthető. A köpeny alsó részében a nyomás közel 136 GPa. A felszínen tapasztalható vulkáni működés vagy lemeztektonika a köpenyben működő mechanizmusok hatására működő folyamat.

Földmag

 

A Föld legbelső szerkezeti egysége, a legbelső gömbhéj a földmag. Ahogy a magot körülvevő köpeny, így ez is két viszonylag önálló részre osztható: a külső magra és a belső magra. Szeizmikus vizsgálatok szerint a belső mag nagyjából 1220 km földsugárig, a külső mag pedig további közel 2300 kilométerig terjed. A külső mag folyadékszerűen viselkedik, a belső mag szilárd, mindkettő fő alkotóelemei nehézfémek elsősorban vas és kisebb mennyiségben nikkel. A szilárd belső mag létezését 1936-ban fedezte fel Inge Lehmann. A belső magban a legújabb kutatások szerint a vasnál nehezebb elemek is jelen vannak, a külső magban viszont a vasnál könnyebb elemek találhatók. A mag két részét tehát a kémiai összetétel és a halmazállapot (vagy az annak megfelelő viselkedés) különbözteti meg egymástól. A földmag határát az ún. Gutenberg-Wiechert-felület jelenti, egy szeizmológiai szempontból markáns határvonal, amelynél a földrengéshullámok sebessége jelentősen lecsökken. A külső és belső mag határát egy újabb felület, a Lehmann-felület jelöli ki, amelynél a földrengéshullámok sebessége ismét megnövekszik.

A mag összetétele minden valószínűség szerint a Föld kialakulásakori olvadt állapotban végbement planetáris differenciálódás, vagy más néven „vas katasztrófa” során alakult ki. Ennek során a nehezebb anyagok lesüllyedtek a bolygó középpontja felé, a könnyebb anyagok pedig felemelkedtek a felszín felé. Mivel a kéreg átlagos 2600–3000 kg/m3 sűrűsége kisebb, mint a globális átlagos 5500 kg/m3 sűrűségérték, a mag anyagának jóval sűrűbbnek kell lennie. Ebből feltételezhető, hogy a magban olyan anyagok fordulnak elő, mint az ozmium és irídium 23 g/cm³, platina 21,5 g/cm³, arany 19 g/cm³, higany 13,6 g/cm³ stb. A keletkezéstörténethez kapcsolódó elméletek szerint a földmag egy bizonyos kondritos meteorit típussal van rokonságban. Ezek a kondritok főként vasból és nikkelből állnak és a Föld kialakulásakor a feltételezések szerint szerepet játszó bolyócsírák egy részének anyaga lehetett, amely az űrközések hőjétől való megolvadás közben került be bolygónk anyagai közé és differenciálódott a belső részekben.

A külső mag folyékony anyagát a belső áramlásra kényszeríti, amely hatás kiegészül még a Coriolis-erővel, ami erősíti az áramlást. Ez az áramlás bolygóméretű dinamóként működik és óriási mágneses mezőt gerjeszt. A szilárd belső mag nem vesz részt az erő gerjesztésében, vagy fenntartásában, viszont a stabilizálásában fő szerepet játszik. Szintén újkeletű tudományos eredménynek számít annak megfigyelése, hogy a belső mag kissé gyorsabban forog, mint a bolygó külsőbb részei. 2005-ben modellezték tudósok, hogy a belső mag évi 0,3-0,5 fokkal gyorsabban forog, mint a felszín forgása.

A Föld belső héjszerkezete
Earth-crust-cutaway-hungary.svg

A Föld metszeti ábrája. Nem méretarányos
Mélység]
km
Réteg-összetevők Sűrűség
g/cm3
0–60 Litoszféra[note 4]
0–35 ... Kéreg[note 5] 2,2–2,9
35–60 ... Felső köpeny 3,4–4,4
35–2890 Köpeny 3,4–5,6
100–700 ... Asztenoszféra
2890–5100 Külső mag 9,9–12,2
5100–6378 Belső mag 12,8–13,1

Tektonikus lemezek

A Föld fő tektonikus lemezei
Tectonic plates (empty).svg
A lemez neve Terület
106 km²
Afrikai lemez 78,0
Antarktiszi lemez 60,9
Ausztráliai lemez 47,2
Eurázsiai lemez 67,8
Észak-Amerikai lemez 75,9
Dél-Amerikai lemez 43,6
Csendes-óceáni lemez 103,3

A földkérget is tartalmazó litoszféra a mérések szerint nem egy szilárd, homogén struktúra, hanem több, kisebb-nagyobb lemezre tagozódott, mozgó rendszer. A tektonikus lemezek egymáshoz képest is, és a Föld viszonyítási rendszereihez (tengely, egyenlítő) is mozognak. A mozgás hajtóerejét, a földköpeny anyagáramai adják. Maguk a lemezek kötődnek a köpeny konvekciós zónáihoz, a hőmérséklet-különbségek miatti áramlások, és a kéreglemezek felosztása igazodnak egymáshoz. A Föld fejlődéstörténete során a kontinensek elvándoroltak kialakulásuk helyéről, az óceáni kéreg pedig folyamatosan megújul és fenntartja a szén-dioxid körforgását. A lemezek mozgása során háromféle tektonikus határvonal jöhet létre:

  • konvergens vagy destruktív szegély (vagy aktív szegély), amikor a két lemez egymás felé sodródik, és amellyel szubdukciós zóna (mikor az ütközéskor létrejövő alakváltozás hatására mindkét lemez alábukik), vagy kontinensütközés jön létre(amikor is az egyik lemez pereme felgyűrődik). A mélytengeri árkokat általában szubdukciós zónákkal azonosítják, míg a magashegységek (pl. Himalája) az ütközések termékei;
  • divergens vagy konstruktív szegély, amelynél a két lemez egymástól távolodik. Ilyenkor vulkanikus kúpok sora, hegységek jönnek létre a lemezeket szétfeszítő, feltörő lávából, ilyen például a Közép-atlanti hátság és az afrikai Nagy-hasadékvölgy;
  • súrlódó vagy konzervatív szegély, amelyeknél a lemezszegélyek egymással párhuzamosan, de ellentétes irányban mozognak. Az egymásba ékelődő szegély-egyenetlenségek hatására folyamatosan feszültségek halmozódnak, szakaszos, hirtelen gyors mozgásokat okozva. Ilyen a kaliforniai Szent András törésvonal.

A kőzetlemezek határvonalát gyakori földrengés, és vulkanikus tevékenység jellemzi, valamint a fenti felszíni jelenségek figyelhetők meg.

A földfelszín

A Föld felszíne rendkívül változatos domborzati formákat hordoz. A felszín közel 71 százalékát víz borítja, a további 29%-ot szárazföldnek nevezzük. A kéreg víz alatti teteje hasonlóan tagolt, mint a szárazföldek felszíne: hegyek, hegyláncok, árkok, síkságok váltogatják egymást mindkettőnél. Bolygónk felszíne a vulkáni tevékenység, a lemeztektonika és az erózió miatt folyamatosan átalakul, igaz ebben a folyamatban több ezer, vagy akár többmillió év alatt mutatkoznak meg a változások.

Óceánok

 

A Föld egyik legfontosabb jellemvonása a felszínén folyékony formában jelen levő nagy mennyiségű víz, ami miatt bolygónkat – elsősorban az űrkorszak idejében készült űrfelvételek alapján – „Kék Bolygóként” is szokás emlegetni. Ezen vizeket összefoglalóan hidroszférának nevezzük, amelyek összességében a földfelszín nagyobb részét – összesen 70,8 %-át – borítják. A felszíni vizek többféle formában vannak jelen, kisebb-nagyobb méretű folyóvizek (erek, patakok, folyók, folyamok) és különböző méretű állóvizek (tavak, tengerek, óceánok) formájában. Ezek a vizek két fő csoportra oszthatók: sós vizek és édesvizek. Ezek közül az előbbiek vannak túlsúlyban, a hidroszféra 97,5%-a sósvíz, míg a maradék 2,5% édesvíz, amelynek viszont 68,7%-a[24] jég formájában található meg a sarki jégsapkákban.

Az egész hidroszféra legmeghatározóbb felszíni formái az óceánok. A három, meghatározó méretű világóceán:

Egyes földrajzi osztályozások a Jeges-tengert is óceánnak tartják (Északi-óceán), valamint az Antarktiszt körülvevő vizeket, a 60. déli szélességtől délre fekvő, egybefüggő tengert (az Atlanti-, Csendes- és Indiai-óceán déli területeit, Déli-óceán néven) úgyszintén.

Az óceánok 1,37×109 km3, azaz 1,37 milliárd km3 térfogatot,, a Föld össztérfogatának – ~1083 milliárd km3 – mindössze 800-ad részét teszik ki. Ha az óceánok tömegét hasnlítjuk a bolygó össztömegéhez, még kisebb értéket, mindössze 4400-ad földtömegnyit – hozzávetőleg a bolygó tömegének 0,25‰-ét – kapunk (tekintve, hogy a bolygó anyagának átlagsűrűsége – 5,5 g/cm3 – sokkal magasabb, mint az egységnyi sűrűségű vízé). Ez a bolygóméretekben elenyésző mennyiségű anyag mégis 2,7 km mély vízréteget vonna a bolygó felszínére, ha az sima felületű gömb lenne. A földfelszín egyenetlensége miatt a világtengerek mélysége rendkívül széles határok között változik. Az óceánok legmélyebb pontja a Csendes-óceánon, a Mariana-árokban fekszik, 11 022 méteren, átlagos mélysége 3711 méter.

A tengervíz átlagos sótartalma 35‰.[27] Az óceánok jelentős hatást gyakorolnak a Föld klímájára: hatalmas hőtárolóként és a tengeri áramlatok révén hő szállító közegként működnek. A tengervíz hőtároló és hőelosztó tulajdonságainak vannak állandó és véletlenszerű hatásai. Előbbire példa a Golf-áramlat, amely a trópusok melegét szállítja az Atlanti-óceánon a magasabb északi szélességekre, így pl. Európa nyugati részére, utóbbira pedig az El Niño és La Niña jelenség, amely időszakosan alakul ki és időszakosan okoz szélsőséges időjárási jelenségeket.

Az óceánok az élet bölcsői és hatalmas tárházai. Biológiai kutatások szerint a földi élet a tengervizekben alakult ki és csak később hódította meg a szárazföldet. A ma létező fajokból többszázezer a tengerek lakója.

Kontinensek

 

A földfelszín 29,2 %-a szárazföld, amely kontinensekből és szigetekből tevődik össze. A kéreg kontinentális része vastagabb az óceánfenéki kéregnél és rendkívül tagolt. A felszín legmagasabb pontja a Mount Everest, 8848 méteres magasságával, míg a legalacsonyabb pont - 418 méteren fekszik a Jordánia és Izrael között fekvő Holt-tenger-nél. A szárazföldek átlagos szintje 840 m a tengerszint[28] felett. A földfelszín többféle anyagból épül fel, főként kőzetekből és a talajból. A kőzetek elsősorban vulkanikus eredetűek (gránit és andezit), olyan kisebb sűrűségű anyagból épülnek fel, amelyet korábbi korok vulkánjai hoztak felszínre kéreg alól, ezzel folyamatosan megújítva a földfelszínt. Kisebb mennyiségben nagyobb sűrűségű kőzet, bazalt is található a felszínt felépítő kőzetek között. Egy másik fő kőzettípus az üledékes kőzet, valamilyen egykori tengerfenéken rétegesen lerakódott és kővé tömörödött anyag, amely a földfelszín 75%-át beborítja, ám mennyiségét tekintve mindössze 5%-ot tesz ki a kéreg felső 10 kilométer vastag rétegében.[29] A harmadik meghatározó kőzettípus a metamorf kőzetek családja. Ezen kőzettípus korábban már létezett más kőzetekből jön létre valamilyen magas hőfokon és/vagy magas nyomáson végbemenő geológiai folyamat során. A földfelszín többi részén finom szemcsézetűbb anyag található. A talaj az alapkőzet fizikai, majd kémiai málásával jött létre, majd egy biológiai folyamat során szerves anyagokkal telítődve nyerte el jelenlegi formáját. Az emberi élet szempontjából a talaj a legjelentősebb a felszínt felépítő anyagokból, hisz ez alkalmas egyedül mezőgazdasági művelére, élelmiszertermelésre.

Xx-terkep.png

A földrajztudomány a földfelszínt nagyobb egységekre bontja, ezek a kontinensek:

Az egyes földrészeken azonban ettől eltérő beosztásokat is tanítanak a földrajzórákon. Létezik 4–5–6–7 kontinenses felosztás is. Ezekben Európát és Ázsiát külön, vagy Eurázsiaként összevontan, sőt Afrikával Afro-Eurázsiaként is összevonva, valamint Amerikát Észak- és Dél Amerikaként külön és összevontan tekintik egy-egy kontinensnek Antarktisz és Ausztrália mellett.

  • 4 kontinenses felosztás: Amerika – Afro-Eurázsia – Ausztrália (és Óceánia) – Antarktisz
  • 5 kontinenses felosztás: Amerika – Afrika – Eurázsia – Ausztrália (és Óceánia) – Antarktisz
  • 6 kontinenses felosztás: Amerika – Afrika – Európa – Ázsia – Ausztrália (és Óceánia) – Antarktisz
  • 6 kontinenses felosztás (másik változat): Észak-Amerika – Dél-Amerika – Afrika – Eurázsia – Ausztrália (és Óceánia) – Antarktisz
  • 7 kontinenses felosztás: Észak-Amerika – Dél-Amerika – Afrika – Európa – Ázsia – Ausztrália (és Óceánia) – Antarktisz

A kontinensek geológiai időmértékkel mérve nem állandó képződmények. A tektonikai lemezeket érintő kutatások kiderítették, hogy a ma ismert kontinensek egykor egyetlen szuperkontinenst alkották, a Pangeát. Ez a szuperkontinens darabolódott fel, először Laurázsiát és Gondwanát létrehozva, majd a két nagy egység továbbdarabolódásával jöhettek létre a mai kontinensek. A jövőben ez a folyamat tovább folytatódik, így például Afrika és Európa (Eurázsia) eggyé válhat – eltüntetve a Földközi-tengert –, de Afrika keleti része leválhat a fekete kontinensről és a Nagy-hasadékvölgy helyén tenger fog hullámzani.

A légkör

 

A légkör az űrből nézve: egy fénylő kék fénysáv bolygónk körül

A Föld légköre a bolygó felszínét körülölelő gázburok, amelyet a gravitáció tart a helyén. A gázburok össztömege 5,1480×1018 kg, ebből adódóan a tengerszinten mért légnyomás 101,3 kPa (= 1 atmoszféra (atm) = 760 torricelli (torr) = 736,6 higanymilliméter (Hgmm)), amely a tengerszint feletti magasság növekedésével – a légkör ritkultával – csökken. Emiatt a folyamatos ritkulás miatt a légkör és a világűr között nincs éles határ. Az űr határát, az ún. Kármán-vonal jelenti, egy 100 kilométer magas képzeletbeli vonal, azonban itt még olyan sűrű a légkör, hogy az ott közlekedő űreszközök maximum 1-2 napig képesek stabilan pályán maradni, utána a légellenállás annyira lelassítja őket, hogy visszazuhannak a földfelszínre.

A légkör nem mozdulatlan légtömeg, a napfény hője, valamint a Coriolis-erő hatására állandó cirkulációban van. A hétköznapi megfigyelés szintjén ez különböző szelek, szélrendszerek formájában jelenik meg.

A légkört alkotó gázokat gyűjtőnéven levegőnek nevezzük. A levegő 78,08% nitrogénből, 20,95% oxigénből, 0,93% argonból, 0,038% széndioxidból, továbbá vízpárából és nyomokban hidrogénből, héliumból és más nemesgázokból tevődik össze. A gázokon és a vízpárán kívül más anyagok is találhatóak a légkörben, amelyek egy része természetes, más része mesterséges, az ember tevékenységei által a levegőbe juttatott szennyezőanyag. A természetes légköri anyagok a por, a pollenek, vulkáni por és hamu és a meteoroidok. A mesterséges anyagok a gyárak és a közlekedés által a légkörbe bocsátott por, klór, fluor, higany, kén stb.

Az atmoszférát sávokra osztjuk a levegő fizikai tulajdonságai alapján:

  • Troposzféra: a földfelszíntől az egyenlítőnél 17, a sarkok felett azonban csak 7 kilométer magasságig húzódó légréteg, amelyet a földfelszín kisugárzott hője melegít fel és amelyben a magassággal csökken hőmérséklet. Ez a réteg teszi ki a teljes légkör tömegének 80%-át, itt folyik a légiközlekedés. A réteg felső határát az ún. tropopauza jelenti.
  • Sztratoszféra: a tropopauza és a közelítőleg 50-55 kilométer magasságban húzódó sztratopauza közötti réteg. A tropopauza feletti légtérben a levegő teljesen száraz, sem vízpára, sem jégkristályok nincsenek már és a hőmérséklet a magasság növekedésével enyhén emelkedik. A légköri nyomás a felszíni nyomás ezredrészéig csökken ebben a rétegben.
  • Mezoszféra: a stratopauza és 80-85 kilométer magasság közötti, a mezopauzáig terjedő réteg. A sztratorszféra feletti rétegben a magasság/hőmérséklet összefüggés ismét megfordul, itt a hőmérséklet újra csökken a magasság növekedésével. A réteg tetején mérhető a legalacsonyabb hőmérséklet a bolygón, a mezopauzában átlagosan -100 °C van. A Földdel találkozó kozmikus porszemcsék ebben a rétegben elégve okozzák a hullócsillag jelenséget.A troposzféra és a sztratoszféra és a mezoszféra együtt alkotja a homoszférát.
  • Termoszféra: a mezoszféra feletti, a naptevékenység alakulásától függően 350-800 kilométer magassági terjedő légréteg, amelyben újra megfordul a hőmérséklet és a magasság közötti összefüggés: a magassággal a hőmérséklet növekszik egészen a termopauzáig, amelytől felfelé viszont már állandó marad. A hőmérséklet ebben a magasságban elérheti az 1500 °C-ot (bár a gázmolekulák itt már olyan ritkán helyezkednek el egymáshoz képest, hogy a hétköznapi értelemben vett hőmérséklet itt nem értelmezhető. Az űrhajózásban ez a leginkább használt zóna, itt húzódik az ún. alacsony Föld körüli pálya, itt kering a Nemzetközi Űrállomás, vagy az űrrepülőgépek, a műholdak nagyrésze.
  • Exoszféra: a termoszféra feletti, főként hidrogénből és héliumból álló, a napszél által alakított legfelső légköri réteg. Az ebben a rétegben levő gáz már nem hasonlít a köznapi értelemben vett levegőre, vagy más gázra, a molekulák több kilométert is sodródhatnak, mire egy másikkal ütköznének. Ezek a részecskék erősen kivannak téve a napszél hatásának, illetve a mágneses tér erővonalainak terelő hatásainak. Ebben a rétegben már szinte kizárólag csak hidrogén és hélium található. Az exoszféra és a termoszféra együtt alkotja a heteroszférát.

Az öt fő réteg mellett egyéb tulajdonságok alapján más rétegeket is megkülönböztetünk. Ilyen például az ózonréteg, amely a stratoszféra 15–35 km-es sávjában található, ahol az ózonkoncentráció sokkal magasabbb, mint a légkör többi részébe. A réteg modern kori ritkulása, az ún. ózonlyuk a felszínre jutó káros sugárzás növekedésével, az élőlényekre ható káros hatásokkal jár. Másik ilyen réteg az ionoszféra, egy 50 és 1000 kilométer között elhelyezkedő, a nap sugárzása által ionizált gázokból álló képződmény, amely a magnetoszféra belső határát is kijelöli egyben.

Mágneses mező

 

A Föld mégneses mezejének grafikus ábrázolása

A Föld mágneses mezeje egy mágneses dipólus, hasonló, mint egy rúdmágnes által generált mágneses mező. A rendszer két pólusa közelítőleg megegyezik a földrajzi északi és déli pólussal (érdekesség, hogy a mágneses mező déli pólusa az Északi mágneses pólussal és a mező északi pólusa a Déli mágneses pólussal egyezik meg), a két mágneses sarkot összekötő képzeletbeli tengely 11,3°-kal tér el bolygónk forgástengelyétől. A mágneses sarkok nem stabilak, átlagosan 15 kilométert vándorolnak arrébb a földfelszínhez viszonyítva minden évben (a két mágneses pólus egymástól független irányokba vándorol és nem pontosan a földgömb átellenes pontjain helyezkednek el). A mező instabilitásának másik jele a nagyjából 200 000[30] évente bekövetkező pólusváltás. Hawaii vulkánjainak megfigyeléséből származó, a kőzetekben megőrződött mágnesesség mérésein alapuló feltételezések szerint időről időre megváltozik a mágneses mező polaritása, a legutóbbi ilyen esemény 780 000 évvel ezelőtt következett be. A mágneses mező eredete feltételezhetően a bolygómagban létrejött dinamó-hatás, amelyben a mag olvadékának áramlása hatására létrejövő áramlatok elektromos áramot és mágneses mezőt indukálnak.

A földmagban indukálódott mágneses mező rendkívül kiterjedt, a felszíntől több tízezer kilométerre elnyúló mágneses buborékot, az ún. magnetoszférát hozza létre bolygónk körül. A megnetoszféra alakja nem gömbszimmetrikus, hanem üstökösre hasonlít, mivel a napszél nyomása eltorzítja (a Föld nappali oldalán összenyomja, a felszínhez közelebbre tolja a magnetoszféra határát, míg az éjszakai oldalon csóvaként elnyújtja).

A magnetoszféra védőburkot von a Föld köré, a sugárzások nagyrészének kiszűrésével lehetővé tette az élet kialakulását és védelmezi azt a kezdetek óta. A megnetoszféra jelenlétére két kísérleti bizonyíték létezik. Az egyik a sarki fény, a világűrben a napszéllel áramló részecskék, légköri gázok ionizálása közben felszabaduló fotonok okozta fényjelenség, a mező erővonalai mentén. A másik az iránytű, egy eszköz, amelyben a tű a mégneses észak-déli irány felé áll be.

Helye és mozgása a Naprendszerben

A Föld a Naptól számítva harmadik legmesszebb keringő bolygó. Központi csillagunk körüli pályája közel köralakú, átlagos naptávolsága – amelyet Csillagászati Egység (CsE) jelöléssel a Naprendszerbeli távolságok mérőszámaként is szokás alkalmazni – 150 millió kilométer. Az ellipszispálya napközelpontja 147 098 074, naptávolponja 152 097 701 kilométeren található. A Föld a Merkúrral, a Vénusszal és a Marssal együtt a Föld-típusú bolygók vagy más néven kőzetbolygók családjába tartozik, amelyek a Belső Naprendszer meghatározó objektumai. A Naprendszerbeli elhelyezkedése az ún. lakható övezetbe esik, abba a zónába, ahol a hőmérséklet elég meleg az élet alapkövét jelentő víz folyékony halmazállapotban tartására.

Keringése

Bolygónk a Nap körül kering, egy keringést 365,242199 nap alatt tesz meg. A keringés iránya nyugatról kelet felé mutat (a Nap szemszögéből nézve), egy a Nap és a Föld északi pólusa felett elhelyezkedő megfigyelő az óramutató járásával ellentétes keringést figyelhetne meg. A Föld pályamenti sebessége 30 km/s, amellyel a csillagos égbolthoz képest közelítőleg 1°-ot halad előre naponta a bolygó (a csillagok egy év alatt egy teljes kört írnak le látszólagos égi pályájukon a földi megfigyelő számára, emiatt az égbolt egy adott pontja minden nap kb. 4 perccel korábban kel fel a horizonton). A csillagászati és matematikai modellek nem egységesek a Föld keringésének stabilitását illetően. A legtöbb modell hosszú időn át – százmillió, vagy évmilliárdos skálán – stabil pályát vetít előre, egyes modellek szerint azonban megjósolhatatlanok a pályaváltozások.

Tengelyferdesége

Földünk forgástengelye az ekliptika síkjával 23,44°-ot zár be, amely valószínűleg egy korábbi bolygóközi ütközés eredménye. A tengelyferdeség és a Nap körüli keringés közös hatása az évszakok kialakulása a felszínen. A tengelyferdeség miatt a földfelszín egy adott pontjának megvilágítottsága állandóan változik az év során, ez pedig periodikus klímaváltozásokat okoz. Az északi féltekén nyár van, amikor az Északi-sarkpont a Nap felé fordul (ugyanekkor tél van a déli féltekén) és tél van, amikor a Déli pólus fordul a Nap felé (és ugyanekkor nyár van a déli félgömbön). Nyáron a nappalok hosszabbak és a hosszabb besugárzás miatt magasabb hőmérséklet alakul ki, míg télen rövidebb ideig tart a nappal és alacsonyabb a hőmérséklet is. A hatás az egyenlítőhöz közelebb sokkal kevésbé érezhető, a földrajzi szélesség emelkedésével egyre markánsabb. Az északi és déli sarkkörön túl pedig speciális megvilágítottsági viszonyok alakulnak ki: vannak időszakok, amikor több mint 24 órán át tartó éjszaka, vagy ugyanígy több mint 24 órán át tartó nappal van.

A bolygó keringésének négy kitüntetett pályapontját tartja számon a csillagászat, ezek egyben az évszakok határát kijelölő dátumok is. Ilyen a két napforduló (a téli napforduló az északi féltekén december 21-én, a nyári napforduló pedig június 21-én), amikor a Föld forgástengelye legnagyobb szögben hajlik el a napsugaraktól. Ilyenkor vannak a leghosszabb és legrövidebb nappalok az egyes féltekéken. Illetve ilyenek a napéjegyenlőségek, amikor a Nap pontosan 90°-ban delel az egyenlítő fölött (a tavaszi napéjegyenlőség napja az északi féltekén március 21., az őszi napéjegyenlőségé pedig szeptember 22.).

Tengelyforgása

A Föld a saját tengelye körül forgó mozgást végez. A forgás nyugatról kelet felé történik (ha az északi pólus fölül tekintenénk le az alattunk forgó bolygóra, az óra járásával ellentétes irányú forgást figyelhetnénk meg). Bolygónk egy fordulata a viszonyítási ponthoz képest értelmezhető. 24 óra alatt telik el egy szoláris nap, ez egyben egy időegység, a nap hossza is. Az időmérésre használt nap hossza, – 86 400 másodperc – a Naphoz mért forgási idő, azaz központi csillagunk két egymást követő delelése között eltelt átlagos idő. A csillagos égbolthoz képest azonban nem 24 órás napot mérhetünk, hanem csak 23 óra 56 perc 4,1 másodperc hosszút. Ez az időtartam egy tetszőleges csillag (kivéve a Nap) két delelése között eltelt idő, a sziderikus nap. A két időtartam közötti közel négy perc különbséget a Föld Nap körüli pályáján való egy nap alatti elmozdulása okozza. Létezik még egy harmadik időtartam is a nap hosszára vonatkoztatva, a csillagnap: ez a sziderikus nap hosszához képest mindössze 8,4 milliszekundummal rövidebb és a különbség a Föld tengelyének precessziója miatti elmozdulásból ered.

A forgás eredete a Naprendszer kialakulásának idejéből származtatható: a 4,6 milliárd évvel ezelőtt született Naprendszer a központi protocsillag körül forgó anyagból álló rendszer volt és ez az egykori forgás konzerválódott az ebből az anyagból létrejött objektumokban. A rendszerben jelen lévő gravitációs hatások azonban folyamatosan változtatnak az égitestek forgásán. A nap hossza a Hold által keltett árapály jelenség miatt folyamatosan növekszik, mivel az a Föld forgását folyamatosan lassítja. A modern időmérés alapjának számító másodperc korábban a Föld keringéséből származtatott mértékegység volt, azonban mára az egykor rögzített időtartam és a tényleges, keringésből mért időtartam eltér. Az eltérés nagyon csekély. Hogy az időszámítás ne boruljon fel, időnként szükség szerint egy-egy negyedév végén a Nemzetközi Távközlési Unió szökőmásodpercek beiktatásával igazítja az időszámítást a Föld valós mozgásához.

A Föld tengely körüli forgása nyilvánvaló a Nap és a Hold égi mozgásának megfigyeléséből. A korai megfigyelők ezt a mozgást az égitestek Föld körüli keringésével magyarázták – a geocentrikus világkép alapvetéseként –, azonban az elméletben is meghaladott „mozdulatlan Föld” koncepcióját a XIX. század fizikai kutatásai a Coriolis-erő hatásáinak bemutatásával kísérleti bizonyítékkal is cáfolták. A Coriolis-erő bemutatására szolgáló kísérletek bolygónk tengely körüli forgását igazolják.

Élet

A Földön úgy 3,5 milliárd éve indult el egy folyamat, amelyet élet néven foglalunk össze, és amely mai ismereteink szerint egyedülálló a Világegyetemben.

A Hold

 

Bolygónknak egy természetes kísérője van, a Hold. Földünk egyetlen kísérője egy 4,5 milliárd évvel ezelőtt, a korai Föld és egy nagyjából Mars méretű bolygócsíra ütközése nyomán keletkezett égitest, amely bolygónk körül kering. Méretét tekintve jelentékeny – átmérője a Földének ¼-ét teszi ki –, a belső naprendszerben egyedülállóan nagy holdról van szó, naprendszerbeli összehasonlításban is az ötödik legnagyobbról beszélhetünk. Eredete sokáig tudományos viták tárgya volt (távolról érkezett, befogott kisbolygónak, a Föld testéből a kezdeti idők gyors tengely körüli forgása miatt kiszakadt égitestnek is hitték), a keletkezéstörténet bizonyítékait az Apollo-program űrhajósai hozták haza, így csak az 1970-es évekre lett bizonyosság, hogy egy becsapódás nyomán bolygónk testéből kiszakadt anyagból állt össze.

A Föld-Hold rendszer méretarányos modellje

A Földhöz közel, átlagosan 384 000 kilométerre – nagyjából 30 Föld-átmérőnyire – kering a Föld-Hold rendszernek a Föld felszíne alatt, bolygónk belsejében levő tömegközéppontja körül. Keringése ún. kötött keringés, azaz mindig ugyanazt az oldalát mutatja felénk, csillagászati megfogalmazás szerint a tengelyforgási és Föld körüli keringési ideje megegyezik. A sziderikus keringési ideje, azaz a Föld körüli (a csillagos háttérhez viszonyított) egy fordulat megtételéhez szükséges idő 27,3 nap, a teljes fényfázis változás ideje, azaz a szinódikus keringése 29,5 nap. Keringési síkja bár nem egyezik meg vele, de nagyon közelít az ekliptikához. A kis eltérés egyben azt is jelenti, hogy nem minden újholdkor kerül a Nap és a Föld közé – nem minden hónapban van napfogyatkozás –, csak ritkábban, nagyjából félévente, igaz akkor is mindig a földfelszín más és más pontjain.

A Hold fázisai és librációja a Földről nézve

A Holdnak a Földre gyakorolt hatásai erőteljesek. Az égitest Föld körüli keringésének tudják be a tudósok ma az élet sikerét is: kísérőnk stabilizálta a Föld tengelyferdeségét (nem engedte billegni a forgástengelyét), így az éghajlat viszonylag állandó maradhatott akár többszázmillió éves skálán, így az élőlényeknek nem kellett extrém környezeti változásokhoz alkalmazkodni. A Hold mindennapokban jelentkező hatása az árapály jelenség. Az égitest tömegvonzása hatására a földfelszín Hold felé mutató része megemelkedik (különösen a tengervíz, mivel a folyadékok alakváltoztatási képessége jobb), az előtte és utána 90°-kal fekvő terület pedig lesüllyed, amely a Föld forgásának sebességével mozgó hullámot alkot. Az árapály jelenség legfőbb hatása a Földre bolygónk tengely körüli forgásának – azaz a nap hosszának – lassú növekedése. Modellszámítások szerint nagyjából 400 millió évvel ezelőtt egy év hozzávetőleg 400 napig tartott, mivel a nap hossza csak 21,8 óra volt.

A Hold megfigyelése az idők kezdete óta folyó szabadszemes megfigyelésekkel kezdődött, majd a távcsöves észlelésekkel folytatódott, hogy napjainkban űrszondás kutatásokban, sőt az Apollo–program űrhajósokkal végzett expedícióiban csúcsosodik ki. A Hold megismerése kulcsfontosságú a Föld korai történetének modellezése szempontjából, mivel bolygónk felszíne az aktív geológiai folyamatok miatt állandóan változik, megújul, így a nagyjából 1 milliárd évvel ezelőtti időszak előttről nem maradt fenn megismerhető maradvány. Mivel azonban ma már tudjuk, hogy a Föld-Hold rendszer 4,5 milliárd éve együtt fejlődik, azonos kozmikus hatásoknak volt kitéve, a holdfelszínen megörződött geológiai történelem a Föld őstörténetét is bemutatja.

A Föld pályaelemei, sűrűsége

Föld sugara    
  az Egyenlítőn 6378 km
  a sarkokon 6357 km
  közepes hossz 6371 km
a Föld lapultsága   1/297
Egyenlítő hossza   40 076 km
Délkör hossza   40 009 km
Hosszúsági ívfok hossza    
  az Egyenlítőn 111 km
  a térítőkön 102 km
  sarkkörökön 44 km
Szélességi fok hossza   111 km
Föld felszíne   510 millió km2
Tömege   5,97 x 1024 kg
Közepes sűrűség   5,5 g/cm3
Nehézségi gyorsulás Egyenlítőn 978 cm/sec2

A Föld gömb alakjából következően alakulnak ki az éghajlati övek. A pólusokon a beesési szög kicsi, a kis beesési szög alatt érkező hőmennyiség is kicsi, és jelentős részben visszaverődik. Az Egyenlítőn a beesési szög nagy, ezért itt a felmelegedés erősebb. Az éghajlati övek határait meghatározott szélességi köröknél vettük fel: ezek a térítők és sarkkörök. A legtöbb energiát a két térítő közötti trópusi öv, ezen belül az Egyenlítő kapja.

A Föld részben tengelykörüli forgást, részben a Nap körüli keringést végez. A pályaelemek első modern magyarázatát Kepler, a mozgás fizikai hátterét Newton általános tömegvonzás törvénye adta.

A Kepler-féle mozgástörvények szerint

  • a bolygók ellipszis pályán keringenek, amelynek a fókuszában a Nap van. Ezért a Nap-Föld távolság állandóan változó, napközel (147 millió km) és naptávol (152 millió km) között.
  • a Nap és a bolygót összekötő vezérsugár egyenlő idők alatt egyenlő területeket súrol. Ebből következően a Föld keringése napközelben gyorsabb, naptávolban lassúbb.

Ekliptikának nevezzük a földpálya keringési síkjának az éggömbbel alkotott metszésvonalát. A Föld forgástengelye az ekliptika síkjával 23,5 fokos állandó szöget zár be, ezért a keringés egy éve alatt a Nap a Ráktérítő és Baktérítő között változó szélességi körökön delel a zeniten. A déli és északi féltekén ezért aszimmetrikus a Nap évi látszólagos körpályájának szöge a keringési idő alatt. A beesési szögek szempontjából kitüntetett időpontok vannak a keringési pályán. A Baktérítőn való (legdélebbi) zeniten delelés a téli napforduló (december 22.), a Ráktérítőn való (legészakabbi) zeniten delelés a nyári napforduló (június 22.) napja, március 21. és szeptember 23. a tavaszi és őszi napéjegyenlőségek időpontja. Napközelségbe (perihélium) a téli napforduló után kb. két héttel, január 4-én, naptávolba (afélium) július 4-én kerül a Föld.

A pálya excentricitásának hatására az északi féltekén a téli, a déli féltekén a nyári félév rövidebb 8 nappal.

A Föld tengely körüli forgása az óramutató járásával ellentétes irányú (nyugatról kelet felé). Szögsebessége hozzávetőleg azonos, az időben igen kis mértékben lassul, az árapályerők keltette súrlódás miatt.

A tengelykörüli forgás alakítja ki a földi napot. A nap hosszának változásai az Egyenlítő síkjához viszonyítva a Nap látszólagos pályaszögének változásából (azaz valójában a Föld pályán lévő helyzetéből) adódik.


Coriolis hatás

A Föld tengelykörüli forgásának tulajdoníthatók a víz- és levegőtömegek uralkodó cirkulációi, áramlásai. Ennek oka a Coriolis-erő, amely forgó rendszerekben mozgó testekre hat. Ez abból fakad, hogy a vonatkoztatási felületünk, a Föld forog. Egy olyan tárgy, amely a Newton törvények értelmében egyenes vonalú egyenletes mozgást végez, egy nem forgó megfigyelő szempontjából görbe pályát fut be abban az esetben, ha a megfigyelő (és a vonatkoztatási hálózat) forog. A görbét a Coriolis-erő (egy fiktív, az elmozdulásra merőleges, munkát nem végző erő) és a tényleges erőhatás eredője hozza létre. A Coriolis erő nagysága 2v x w, azaz a mozgási sebesség és a Föld forgási szögsebességének szorzata. Egy adott szélességen egy v sebességgel kelet felé mozgó testre az Egyenlítő felé mutató erő hat. A pólus felé mozgó testet az azonos nagyságrendű erő keletre téríti el. A mozgás irányába néző megfigyelő számára a kitérés mindig jobb oldali irányú az északi és bal oldali irányú a déli féltekén.

Lapultság

A Föld közelítőleg gömb alakú. A gravitációs erő és a centrifugális erő kölcsönhatásaként É-D irányban lapúlt, ebben az irányban sugara 21 km-rel rövidebb. Az egyenlítői metszete is ellipszis, nagytengelye itt 400 m-rel hosszabb, mint kistengelye. Ezért alakja semmilyen szabályos alakzattal nem egybevágó, neve geoid. Legjobban háromtengelyű forgási ellipszoiddal közelíthető.

A Föld felszíne

Szárazulatok:
Felszínük aránya a tengerekhez viszonyítva kb 1/3. Átlagos magasság 875 m tszf. Hat kontinens és számtalan sziget alkot szárazulatot. Arányuk az északi féltekén nagyobb. Az északi póluson tenger, a déli póluson szárazulat található. A szárazulatok lehetnek kontinentális vagy óceáni kéreglemezek részei is.

Tengerek:
Átlagos mélységük 3750 méter. Három nagy óceán, ehhez kapcsolódó kisebb tengerrész, és néhány nagy beltenger alkotja. A világóceán legmélyebb pontja a Mariana árokban van, a Challenger-mélység kb. -10920 +-50 m tszf. (1984-es mérés szerint).

A tengerek és szárazulatok közötti elválasztó határ a partvonal. A magasságmérések referencia szintjeként a tengerszint. Magyarországon ma a Balti-, régebben az Adriai-tenger szintjéhez viszonyítottuk a magasság-értékeket (ez az ottani vízállásmérések egyezményes vízmércéjén lévő 0 érték), a két érték között 0,7 m különbség van.

Magnetoszféra

A földfelszín felett a Nap felőli oldalon 4-10 földsugár, az ellenkező oldalon 60 földsugár hosszú csóvával rendelkező zóna, amelyben a Föld mágneses tere érvényesül. Deformációját a napszél - 300-700 km/sec sebességű, cm3-ként 1-10 protont tartalmazó interplanetáris gáz - hatása okozza.

Légkör

A Föld légköre több tízezer kilométer vastag, együtt forog a Földdel. A földi felszíni viszonyok alakulása és az élet szempontjából alapvető jelentőségű. Különböző gázok keveréke, melyek sűrűsége és nyomása a Földtől távolodva exponenciálisan csökken. A légkör alsó rétegeiben a jellemző összetétel:

N2 78,05 v%
O2 21,00 v%
Ar 0,93 v%
Egyéb 0,02 v%

A légkör összetétele a földfelszíntől távolodva változik, a legkülső övben már 100 %-ban hidrogénből áll.

A légkör legalsó rétegében, a troposzférában található a légkör tömegének 80%-a. Itt a vízgőz 0,1-4 v%, és a széndioxid 0,3-0,4 v% is jelentős mennyiségű. Nyugalmi állapotban a hőmérséklet 100 m-ként 0,65oC-kal csökken, ez a csökkenés a tropopauza felületig tart (-60oC). A troposzférában függőleges és vízszintes irányú légmozgások egyaránt jelentősek.

A sztratoszféra a tropopauzától 50 km-ig - a sztratopauzáig - terjed. Alsó határától felfelé a hőmérséklet emelkedik, felső határán 0 - +10oC. A hőmérséklet emelkedését a felső zónájában keletkező ózon okozza. Az oxigénmolekulák elnyelik a rövid hullámhosszú beérkező röntgen és UV sugárzást, és kötéseik felbomlanak. A szabad oxigénatomok meglévő kétatomos molekulákhoz kapcsolódnak, ózon keletkezik; eközben hő szabadul fel, és a levegő felmelegszik. Az ozonoszféra pólusok közeli kivékonyodását nevezzük ózonlyuknak. Ennek rendkívüli élettani jelentősége van, mivel a beérkező többlet UV és röntgensugárzás káros élettani folyamatokat indít meg - emiatt növekszik a bőr rosszindulatú daganatos megbetegedéseinek aránya. Különösen jelentős ez a hatás a déli féltekén, ahol az ózonlyuk jelentősebb méretű.

Itt dúsulnak fel az ún. üvegház-hatást (légköri felmelegedést) okozó gázok (széndioxid, metán), amelyek azzal fejtik ki hatásukat, hogy a Földről kisugárzódó hőenergiát ernyőként visszaverik. A klímaváltozást okozó hatás miatt arányuk csökkentésére ma már több nemzetközi egyezmény született (Kyotoi egyezmény 1999), s ez a környezetvédelem egyik legfontosabb hosszú távú feladata.

A sztratoszférában vízszintes irányú áramlások uralkodnak, az áramlási sebesség 300-500 km/h is lehet.

A mezoszféra 50-80 km övet foglalja el, a hőmérsékelt ismét csökken -90oC-ig. A következő öv a termoszféra/ionoszféra - 1000 km-ig. Hőmérséklete 1000oC. A Nap sugárzása a gázatomokat ionizálja. Az O és N atomos állapotban fordul elő. Erős ionizáció esetén a pólusok környékén látható az un. sarki fény. A legkülső öv (exoszféra) átlagosan szintén 1000oC körüli, H és He alkotja.

A vertikális hőmérsékleteloszlást az alábbi ábra foglalja össze:

A hidroszféra

A földfelszín környezetében kialakult öv, az atmoszféra és a litoszféra határán, részben azokat átfedve. A Föld vízkészletének 97 %-a a tengerekben és óceánokban van, 3 %-a édesvíz. A víz mintegy 3,7 milliárd éve a lehűlés során az ős-atmoszférából kondenzálódott.

A hidroszféra egyensúlyi rendszer, amely a litoszféra és az atmoszféra között állandó körforgásban van:

A körforgás során a csapadékképződés, beszivárgás, lefolyás, párolgás helyi, regionális és szezonális változásai az éghajlat alakitásának fő elemei, s az éghajlat alakításán, a víz mozgásán keresztül a felszínformálás legfontosabb tényezői.

Az állandó leszálló légáramlások övében száraz, sivatagi éghajlat, a felszálló légáramlások övében csapadékos zóna alakul ki. A sivatagi éghajlati zónák földi eloszlását mutatja be az alábbi ábra.

Víz a légkörben - csapadék

A levegő a növekvő hőmérséklet függvényében növekvő mennyiségű, csökkenő hőmérséklet mellett csökkenő mennyiségű vízpára befogadására képes. Ezért felszálló légáramlásnál (ciklon) (alacsony nyomású öv) csapadékképződés, leszálló légáramlásnál (magas nyomású öv) (anticiklon) csapadékmentes idő alakul ki.

Az adott hőmérséklethez tartozó maximum értékhoz viszonyított %-os arányban kifejezett páratartalom a relatív páratartalom. 100 % telítési értéknek megfelelő hőmérséklet a harmatpont. A harmatpont alá hűlő levegőből a vízgőz arányos része vízzé alakul - ez a felhőképződés.

Alacsony és magas nyomású centrumok között vízszintes légáramlás, szél keletkezik. A nyomáskülönbségek miatt kialakuló szélrendszerek a nagy földi légkörzés részei, s egyik fő szerepük a nedves, illetve száraz éghajlati zónák kialakulásában van. Vannak időszakos széljárások, amelyek főleg kontinens-óceán találkozásoknál alakulnak ki, a kőzetek és a víz eltérő hővezetőképessége következtében.

Víz a felszínen - szárazulaton és tengeren

Szárazulatok

A szárazulatok vize javarészt édesvíz - azaz oldott szilárdanyag tartalma 0,3-0,5 g/l alatt marad. Lefolyástalan tavak vizében a párolgás erősségétől függően magas lehet a sótartalom - a Holt tengeré pl. 25 %.

A szárazulatok felszínére hulló csapadék a felszíni hőmérséklettől függően víz vagy hó/jég formájában éri el a felszínt. A hó fagypont alatti hőmérsékleteken megmarad, felhalmozódik, jéggé alakul és szárazulati jégtakarót alkothat. Ha a hőmérséklet fagypont feletti, a csapadék vagy hó formájában éri el a felszínt és elolvad, vagy vízként érkezik a felszínre. Egy része beszivárog a talajba, egy része a gravitációs gradienst követve lefolyik, egy része elpárolog. A mérsékelt égövben ez az arány kb 1/3-1/3-1/3. A víz útját mutatja be az alábbi blokkdiagram.

Tengerek, óceánok

A tengerek, óceánok vizének sótartalma átlagosan 3,5 - 3,8 %. Sótartalma uralkodóan Na, Mg, Cl, SO4 ionokból áll. Oldott oxigén és CO2 tartalma van. A tengeri élethez szükséges tápanyagokat és vázépitő anyagokat P, N, CaCO3, SiO2 szállítja. A tengervíz sótartalma a paleozoikum kezdete óta viszonylag állandó. A sótartalom valószínűleg a kontinensek kezdeti anyagának lepusztulásából származik. A tengerek közül a sótartalom a legmagasabb a Vörös-tengerben (4,4 %), a legalacsonyabb a Balti-tengerben (0,1-0,7 %). A tengervíz sűrűsége egyenesen arányos a sótartalommal és fordítottan a hőmérséklettel, 3,5 % sótartalomnál 20oC fokon 1,025 g/cm3. Nyomása 10 m-ként 100 kPa-lal nő. Fajhője 3x nagyobb mint a kőzeteké - hőakkumulátor. Hőmérséklete a trópusi övben (7 szélesség) 25oC, a sarkokhoz közel -2oC. Fagyáspontja -2oC.

Felszín alatti vizek

A beszivárgó vizek táplálják a felszín alatti vízkészleteket. A magyar szóhasználatban a felszín alatti első víztorló réteget talajvíznek, a többit rétegvíznek nevezzük.

A talajvíz a talajban többféle formában tárolódó víz. A tárolás különböző módjait az alábbi diagram mutatja.

Az elraktározott víz a talajszemcséket hártyaszerűen veszi körül, s nehézségi erő hatására sem szivárog mélyebbre. Ez a talajnedvesség, aszály idején ezt veszti el a talaj. A beszivárgó víz többi része az első vízzáróig teljesen kitölti a talaj hézagait. (Vízzáró a kőzet, ha nyitott pórustérfogata elenyészően kicsi, pl. az agyagos kőzeteké). A talajvíz felső határfelületét talajvízszintnek nevezzük. A talajvíz a vízszintkülönbségek, hőmérséklet különbségek, stb. hatására áramlik.

Rétegvíz a két vízzáró réteg közötti víz. Artézi víz a nyomás alatti rétegvíz. Termálvíz a 20-25oC feletti hőmérsékletű víz. Ásványvíz a legalább 1 % (10000 mg/l) oldott anyagot tartalmazó víz. Gyógyvíz az olyan ásványvíz, amelynek gyógyhatása bizonyított.

Résvíz az, amelyet kőzetek repedései tárolnak. Karsztvíz az olyan résvíz, amely karbonátos kőzetek kioldott üregrendszerében tározódik.

 


Nyomtatóbarát verzió