Zem

Zem je naša materská planéta, v poradí tretia planéta Slnečnej sústavy. Je to zároveň jediná planéta, na ktorej je podľa súčasných vedeckých poznatkov voda v kvapalnom skupenstve a život. Zem je najväčšia terestriálna planéta a zároveň prvá planéta od Slnka, ktorú obieha mesiac - Mesiac. Zem vznikla približne pred 4,57 miliardami rokov sformovaním sa z protoplanetárneho disku. Zem je predmetom skúmania napríklad kozmogónie, geológie, paleontológie či geografie.

Astronomický symbol Zeme je kríž vo vnútri kruhu.

Pohyby Zeme

Zem obieha okolo Slnka v strednej vzdialenosti 149,6 mil. km priemernou rýchlosťou 29,8 km/s. Stredná vzdialenosť Zeme od Slnka sa stala jednou zo základných astronomických jednotiek dĺžky a označuje sa AU. V najvzdialenejšom bode svojej dráhy, v aféliu, je Zem od Slnka vzdialená 152 098 704 km. V súlade s Keplerovými zákonmi sa v aféliu pohybuje približne o 1 km/s pomalšie ako v najbližšom bode svojej dráhy, v perihéliu (147 097 149 km). Priemerná rýchlosť obehu je 29, 79 km/s. Jeden obeh ukončí za časovú jednotku nazývanú rok. Podľa telesa alebo bodu, vzhľadom na ktorý určujeme rok, poznáme rok siderický, tropický a anomalistický. Ich dĺžky sa nepatrne líšia. Tropický rok, ktorý je základom kalendárneho roku má dĺžku 365 dní, 5 hodín, 48 minút a 45,4 sekúnd. Rovina, v ktorej obieha Zem okolo Slnka sa nazýva ekliptika. Používa sa ako základná rovina, voči ktorej určujeme polohy dráh všetkých telies v slnečnej sústave.

Zemská os nie je rovnobežná s kolmicou na ekliptiku, ale odkláňa sa od nej v uhle 23,5°. Tento sklon zemskej osi spolu s obehom Zeme okolo Slnka má za následok striedanie ročných období. Pri obehu je striedavo severná a južná pologuľa sú v rôznych dobách privrátené k Slnku. Zmeny v sklone zemskej osi, ktoré dosahujú až 2,5 stupňa za 100 000 rokov, môžu spôsobiť veľmi dramatické zmeny v podnebí, príkladom bola doba ľadová pred 15 000 rokmi. Okolo svojej osi sa Zem otočí za 24 hodín. Táto časová jednotka sa nazýva synodický (slnečný) deň a je o približne 4 minúty dlhšia ako siderický (hviezdny) deň. Tento rozdiel je spôsobený tým, že pri jednom obehu okolo osi sa posunie aj na svojej dráhe okolo Slnka. Pod vplyvom slapových síl Mesiaca sa rotácia Zeme pomaly spomaľuje, asi o tisícinu sekundy za 100 rokov. Rotácia Zeme okolo osi spôsobuje striedanie dňa a noci.

Okrem obehu okolo Slnka rotácie okolo vlastnej osi vykonáva Zem ešte niekoľko ďalších pohybov. Ako teleso slnečnej sústavy sa zúčasňuje na obehu okolo jadra Galaxie. Obežná dráha Zeme vykonáva pomalý pohyb vyplývajúci z Ensteinovej teórie relativity nazývaný stáčanie perihélia. Po prvýkrát bolo toto stáčanie objavené pri planéte Merkúr. Zemská os vykonáva krúživý pohyb okolo pólu ekliptiky zvaný precesia a menšie pohyby zvané nutácia. Jeden precesný obeh zemskej osi okolo pólu ekliptiky sa nazýva Platónsky rok a má dĺžku 25 700 rokov.

Tvar a hmotnosť Zeme

Zem je takmer guľaté teleso. Má tvar geoidu (grécky geoidés = podobný Zemi), ku ktorému sa najviac približuje tvar rotačného elipsoidu. Odstredivá sila rotácie spôsobila, že Zem je na póloch sploštená. Rovníkový priemer Zeme je 12 756,284 km, čo je o 42,77 km viac ako polárny priemer. Dôsledkom odstredivej rotačnej sily je tiež tiažové zrýchlenie, ktoré je nepatrne menšie na rovníku ako na póloch. Vertikálna členitosť povrchu, čiže rozdiel medzi vrcholkami najvyšších pohorí a dnami najhlbších oceánskych priekop, je asi 20 km. Príliš veľkým výškovým rozdielom bráni gravitácia spoločne s tektonickými procesmi a eróziou. Hmotnosť Zeme je 5,974. 1024 kg, čo je iba 1/3 000 000 hmotnosti Slnka.

Určitým spôsobom je taká ako ostatné planéty. Otáča sa okolo vlastnej osi (raz za deň) a obieha okolo Slnka (raz za rok). Je to typická terestrická planéta - teleso prevažne kamenisté, rozdelené na vonkajšiu kremíkovú pevnú kôru a veľmi viskózny plášť obaľujúci jadro. Je obklopená vrstvou plynu, ktorú nazývame atmosféra. Tekuté vonkajšie jadro umožňuje existenciu magnetického poľa, ktoré má Zem najsilnejšie spomedzi terestrických planét (ale stále oveľa slabšie ako magnetické polia joviálnych planét).

Na druhej strane Zem je jediná planéta slnečnej sústavy o ktorej vieme, že na nej existuje život. Stala sa domovom obrovského množstva rôznych druhov prvobunkovcov, jednobunkovcov, húb, rastlín a živočíchov počnúc veľkosťou, ktorá je pozorovateľná len pod mikroskopom až po obrovské zvieratá merajúce až 27 metrov. Jej teploty umožňujú prítomnosť kvapalnej vody na väčšine jej povrchu. Je to tiež jediná planéta, na ktorej je dokázaná aj v súčastnosti sopečná aktivita a dosková tektonika.

Vrstvy Zeme

Podľa hĺbky pod povrchom rozoznávame tieto vrstvy Zeme:

* litosféra - 0 až 60 km, ktorá sa ďalej delí:
o 0 až 35 km - zemská kôra, ktorej hrúbka kolíše od 5 km (na dne oceánov) po 70 km (pevninské pohoria)
o 35 až 60 km - vrchný plášť
* 60 až 2890 - spodný plášť
* 2890 až 5100 km - vonkajšie jadro
* 5100 až 6378 km - vnútorné jadro

Nad povrchom Zeme sa nachádza atmosféra, ktorú delíme na tieto časti:

* 0 až 10 km - troposféra, ktorej výška je rôzna od 8 km nad pólmi po 11 km na rovníku
* 10 až 50 km - stratosféra
* 50 až 90 km - mezosféra
* 90 až 550 km - termosféra
* nad 550 km - exosféraLitosféra

Litosféru tvorí zemská kôra a plášť. Nie je súvislá, ale je rozlámaná na jednotlivé tektonické platne, ktoré sa pomaly pohybujú po povrchu podložnej vrstvy - astenosféry. Poznáme 7 hlavných tektonických platní a množstvo menších. Ich vzájomné pohyby spôsobujú pomalú zmenu tvaru a polohy kontinentov, ale tiež zemetrasenia, sopečnú činnosť, vznik pohorí, vznik riftových zón a morských priekop.

Zemská kôra

Zemská kôra má hrúbku na kontinentoch 30 až 70 km, pod oceánmi 4 až 8&ndsp;km. Leží na tuhšom zemskom plášti a hranica medzi kôrou a plášťom sa nazýva Mohorovičova diskontinuita. Skladá sa prevažne zo žuly (granitu) a čadiča (bazaltu). Jej stredná hustota je 2,8 g/cm3. S geologickou stavbou zemskej kôry úzko súvisia anomálie gravitačného poľa Zeme. Kôra sa delí na kontinentálnu a oceánsku. Kontinentálna kôra tvorí okrem kontinentov aj dná plytkých morí, ktoré kontinenty obklopujú. Je hrubšia a skladá sa z hornín bohatých na kremík, sodík, draslík a hliník. Oceánska kôra tvorí prevažnú časť zemského povrchu. Jej najstaršie časti nemajú viac ako 200 miliónov rokov a nepretržite sa vytvára z materiálu plášťa v dlhých riftoch na miestach stretu dvoch litosférických dosiek.

Zemský plášť

Zemský plášť zasahuje do hĺbky 2890 km. Prechodná časť medzi litosférou a plášťom je astenosféra. Tlak v spodnej časti plášťa je ~140 GPa (1,4×106 atmosfér). Z väčšej časti je zložený z materiálov bohatých na železo a horčík. Ich bod topenia závisí od tlaku, ktorému sú vystavené. Napriek tomu, že je tu vysoká teplota, kvôli vzrastajúcemu tlaku sú spodné časti tejto oblasti považované za pevné, a iba vrchné časti sú tvárne (polotekuté). Zloženie vrchného plášťa môžeme spoznať vďaka sopečnej činnosti, ktorá vynáša minerály tvoriace vrchný plášž na povrch. Zemský plášť je vybudovaný prevažne z kremičitanových minerálov s veľkou hustotou.
Sopky predstavujú jediný spôsob, ako sa dostať k horninám tvoriacim zemský plášť.

Zemské jadro

Zemské jadro má veľmi veľkú hustotu v porovnaní s plášťom. Vďaka jadru má Zem najväčšiu hustotu zo všetkých planét slnečnej sústavy, 5515 kg/m3. Jadro je tvorené ťažkými prvkami, pričom prevažuje železo (80%). Ze ním nasleduje nikel a nejaké ľahké prvky, predpokladá sa, že sa v jadre nachádza napríklad síra. Ťažké prvky sa do jadra dostali v ranných štádiách vzniku Zeme. Predpokladáme, že keď sa pred 4,6 miliardami rokov utvárala slnečná sústava, bola pravdepodobne celá Zem zložená z pevných látok. O 500 miliónov rokov neskôr sa ohriala vplyvom rádioaktívneho rozpadu a kovové prvky sa postupne roztavili, oddelili sa od nekovových kremičitých látok a klesli smerom do stredu Zeme, zatiaľ, čo kremičitany stúpali k povrchu. Tento proces sa nazýva diferenciácia. Táto roztavená kovová hmota, prevažne železo s malou prímesou niklu tvorí zemské jadro s priemerom asi 7 000 kilometrov. Teplo vystupujúce z jadra spôsobuje pomalú cirkuláciu hmôt plášťa.

Jadro delíme na vonkajšie a vnútorné. Polomer vonkajšieho jadra je približne 3500 km. Predpokladá sa, že tekuté vonkajšie jadro generuje magnetické pole Zeme. Teplota vonkajšieho jadra na hranici s plášťom je 3 500°, vnútorného asi 4 500°C - 6000 ˚C. Pevné vnútorné jadro má polomer zhruba 1250 km a pravdepodobne prispieva k vzniku zemského magnetického poľa, hoci samo je príliš horúce na to, aby mohlo byť nositeľom stáleho magnetického poľa.Vývoj planéty Zem

Zem vznikla ako horúca žeravá guľa roztavených skál asi pred 4,6 miliardami rokov. Jej povrch sa postupne ochladil a na povrchu sa vytvorila pevná kôra.

Odvtedy sa neustále mení. Súše, resp. kontinenty dnes zaberajú skoro 1/3 povrchu Zeme. Viac ako 2/3 povrchu sú zaliate vodami morí a oceánov. Pred miliónmi rokov mali kontinenty oproti dnešku odlišné tvary a polohy a podobný vývoj očakávame i do budúcnosti. Príčina je v tom, že kontinenty sa v zemskej kôre pomaličky pohybujú na obrovských doskách v rôznom smere.

Jadro má teplotu okolo 6000 ˚C a je prevažne roztavené, i keď sa predpokladá, že v strede Zeme existuje vnútorné tuhé jadro o priemere asi 300 kilometrov. Neustály pohyb roztavenej hmoty jadra vytvára zemské magnetické pole.

Nad jadrom sa nachádza vrstva nazývaná plášť. Skladá sa prevažne z roztavených alebo tuhých kremičitých hornín a má hrúbku 3000 kilometrov. Nad plášťom sa nachádza pevná zemská kôra. Má hrúbku asi 70 kilometrov, pod oceánmi 10-12 kilometrov. Zemská kôra je pomerne tenká a je rozlámaná na niekoľko dosiek „plávajúcich“ na polotekutom plášti. Tento jav sa nazýva kontinentálny drift. Okraje dosiek zodpovedajú oblastiam tektonických porúch, kde najčastejšie dochádza k sopečnej aktivite alebo zemetraseniam.

Zem je telesom s druhou najväčšou sopečnou aktivitou v slnečnej sústave.

Pred 4,6 miliardami rokov

Rast Zeme bol zhlukovaním protoplanét dokončený. Ešte dlho potom, v etape tzv. veľkého bombardovania, sa so Zemou zrážali mnohé menšie telesá, ktoré sú pozostatkami z obdobia vzniku planét. Povrch Zeme pokrývali krátery, ktoré vznikli následkom týchto zrážok. Existuje hypotéza, že jednou z nich bola aj zrážka s planétou veľkosti Marsu, po ktorej začal vznikať Mesiac.

Nevieme, či Zem vznikala z materiálu jednotného zloženia, alebo už počas jej rastu sa hustejšie látky sústredili vo vnútri zemského telesa, a ľahšie bližšie pri povrchu. Naša planéta sa v tom čase zahrievala rádioaktívnou premenou prvkov, hlavne uránu a tória, a ešte väčšie teplo pravdepodobne získavala z pohybovej energie menších telies, ktorých spojením sa vytvorila. Zahriatím sa vnútro roztavilo.

Pred 4,3 miliardami rokov

Povrch sa pokryl vrstvou roztavenej lávy, nastúpila silná sopečná činnosť. došlo k postupnej diferenciácii materiálu: hustejšie látky klesali do hĺbky a menej husté vystupovali k povrchu. Vytvorilo sa husté jadro zo železa s prímesou niklu, okolo jadra sa z redších hornín formoval plášť a najľahšie horniny vytvorili spočiatku tenkú, neskôr stále silnejšiu vrstvu -- kôru. Nad ňou sa odplynením hornín vytvorilo druhotné ovzdušie prevažne z oxidu uhličitého, vodnej pary a dusíka -- Zem prišla o svoje prvotné ovzdušie prúdom častíc zo Slnka. Zem sa začala ochladzovať.

Pred 4 miliardami rokov

Klesla teplota ovzdušia natoľko, že sa vodná para začala zrážať do kvapiek a v lejakoch klesala k Zemi. Nepretržite pršalo milióny rokov. Voda sa z horúceho povrchu vyparovala, stúpala do mrakov a a padala ako dážď. Tým sa dokončoval jej kolobeh. Na konci tohto obdobia sa zemský povrch ochladil a voda zalievala časť zemskej kôry -- vytvárali sa moria a oceány. Súvislá vrstva oblačnosti sa trhala a na Zemi prvý raz zasvietilo Slnko. Svietivosť Slnka bola cca o 40% menšia ako dnes, avšak jeho ultrafialové žiarenie bolo asi deseťtisíckrát intenzívnejšie. Slnečný vietor bol taký mohutný, že odvial prvotnú atmosféru Zeme.

Pred 3,8-3,5 miliardami rokov

Otvorila sa nová kapitola - obdobie života. Vytvorili sa podmienky vzniku života. Živé organizmy boli výhradne jednobunkové, mikroskopických rozmerov a ich životným prostredím bola voda.

Pred 2,6 miliardami rokov

Litosférické dosky tvorili kontinenty a dno oceánov už v dobe tzv. archaiku.

Pred 570 miliónmi rokov

Zemská kôra nadobudla vlastnosti dnešnej zemskej kôry.

Pred 200 miliónmi rokov

Dnešné kontinenty sa v tejto dobe postupne odtrhli od jedinej prapevniny zvanej Pangea, ktorá bola obklopená jediným praoceánom nazvaným Pantalasa. Pangea sa rozpadla na južnú pevninu -- Gondwana a severnú pevninu -- Laurázia. Od Gondwany sa neskôr odlomila India a započala svoju pomerne rýchlu cestu na sever. Medzitým sa Laurázia rozdelila na Severnú Ameriku, ktorá odplávala západným smerom (čím vznikol severný Atlantik), a na Euráziu.

Pred 65 miliónmi rokov

V tejto dobe vznikol Indický oceán, oddelila sa Austrália od Antarktídy, India narazila na Euráziu, čoho dôsledkom je vyvrásnenie najmohutnejšieho pohoria sveta -- Himalájí. Pohyby kontinentov pokračujú ďalej aj dnes.
Atmosféra

Atmosféra Zeme je do značnej miery ovplyvnená biosférou (živými organizmami). Je zložená z dusíka (78 %), kyslíka (21 %), argónu (necelé 1 %) a zvyšok tvorí premenlivé množstvo vodných pár, oxid uhličitý a ďalšie plyny. Povrch Zeme obklopuje atmosféra o hrúbke asi 200 kilometrov a hmotnosti 5 700 miliard ton. Atmosferický tlak sa pri morskej hladine pohybuje okolo hodnoty 100 kPa.

Atmosféra Zeme ochraňuje planétu Zem pred podstatnou časťou slnečného žiarenia.

V atmosfére rozlišujeme päť vrstiev. Najbližšia k povrchu je troposféra, siaha do výšky 10 kilometrov, za ňou nasleduje stratosféra (od 10 do 50 kilometrov), mezosféra (50–90 kilometrov) a ionosféra (90–230 kilometrov). Zhruba 80 % molekúl atmosféry je sústredených v troposfére, kde je aj najvyšší atmosférický tlak. V mezosfére je už atmosféra veľmi riedka a výška 200 kilometrov sa považuje za hranicu vonkajšieho kozmického priestoru. Zbytky zemskej atmosféry sa však vyskytujú aj nad touto hranicou, takže vrchná ionosféra a priestor za jej hranicami sa ešte delí na termsféru (100–600 kilometrov) a exosféru (nad 600 kilometrov).

Svetlo viditeľného spektra preniká všetkými vrstvami atmosféry, infračervené a rádiové vlny čiastočne pohltí stratosféra, vo výške 20-30 km sa vyskytuje zvýšená koncentrácia ozónu. Táto ozónová vrstva nás chráni pred nebezpečným ultrafialovým žiarením, röntgenové žiarenie neprenikne mezosférou. Zloženie zemskej atmosféry je vo všetkých vrstvách rovnaké, oblaky vodnej pary sa však vyskytujú iba v troposfére.

Atmosféra Zeme funguje tiež ako regulátor teploty. Teploty sa pohybujú v extrémnych prípadoch zhruba od mínus 90 °C (v Antarktíde) do plus 60 °C (Sahara, Údolie smrti v USA). Priemerná teplota na povrchu planéty je cca 15 °C.

Oblačnosť a počasie

Zemská oblačnosť je v neustálom pohybe v súlade s tým, ako sa vyvíja počasie. Oblačnosť zakrýva v každom okamihu približne polovicu zemského povrchu. Rozoznávame nízku, strednú a vysokú oblačnosť. K vysokej oblačnosti patria napríklad cirry, riasovité, z hľadiska zrážok neškodné oblaky. Väčšina oblakov, z ktorých padajú významnejšie zrážky, patrí medzi stredné a nízke oblaky (s výškou do 7 km).

Počasie je na Zemi veľmi premenlivé. Veľké výkyvy sú charakteristické hlavne pre stredné zemepisné šírky. Rovníkové oblasti sú zase poznačené búrlivými zmenami počasia (hurikány, tajfúny a cyklóny). Pre tieto búrky sú charakteristické silné elektrické výboje, vysoká rýchlosť vetra (aj 200 km/h) a sú lokalizované prevažne do oblastí oceánov, nad pevninou strácajú na intenzite.

Mesiace

Zem má jediný prirodzený stály satelit, aj keď niektoré planétky sa môžu dočasne dostať do gravitačného poľa Zeme a stať sa jej dočasnými mesiacmi (napr. koorbitálne asteroidy). Mesiac zohráva mimoriadne dôležitú úlohu pri udržiavaní rotácie Zeme v určitých medziach, a tým aj pri striedaní ročných období na Zemi, a ďalej pri tvorení prílivu a odlivu na Zemi. Priemerná vzdialenosť medzi Mesiacom na Zemou je 384 403 km, čo je asi asi 60 zemských polomerov. Priemer Mesiaca je 3 476 kilometrov. V roku 1969 pristáli Neil Armstrong a Buzz Aldrin ako prví ľudia na Mesiaci. Mesiac je v viazanej rotácii so Zemou, čo znamená, že jedna strana Mesiaca ("privrátená strana") je stále obrátená k Zemi. Druhú, "odvrátenú stranu", nie je možné zo Zeme z väčšej časti vidieť. Mesiac vykoná kompletný obeh Zeme asi za jeden kalendárny mesiac. Zem a Mesiac obiehajú okolo ich ťažiska, ktoré leží asi 4700 km od zemského stredu (asi 3/4 cesty k povrchu). Mesačná kôra je zložená z množstva rôznych prvkov, vrátane uránu, tória, draslíka, kyslíka, kremíka, horčíka, železa, titánu, vápnika, hliníka a vodíka. Jeho povrch je pokrytý desiatkami tisíc kráterov s priemerom väčším ako 1 kilometer. Väčšina je stará stovky miliónov alebo miliardy rokov; neprítomnosť atmosféry, počasia a nových geologických procesov zabezpečuje, že väčšina z nich zostane prakticky navždy zachovaná. Krátery vznikli väčšinou v dôsledku dopadu meteoritov.