¿Qué tamaño tiene la Tierra?
La Tierra
Uno de los nueve planetas del sistema solar. La Tierra no ocupa una posición destacada en el sistema solar. El Sol es simplemente una estrella ordinaria. Sin embargo, a medida que los humanos se asentaron y vivieron en la Tierra, se vieron obligados a buscar una comprensión más profunda.
El planeta Tierra es el tercer planeta en el orden de distancias al sol. Su distancia media al sol es de 654,38 49,6 millones de kilómetros, lo que se denomina unidad astronómica (A). La órbita de la Tierra es elíptica, con un radio largo de 149597870 km, una excentricidad de 0,0167 y una velocidad media de 29,79 km/s.
El radio ecuatorial de la Tierra es de unos 6378 km, y su radio polar Son unos 6357 km, un desnivel de unos 21 km. El radio medio de la Tierra es de aproximadamente 6371 km. La densidad media de la Tierra es de 5,517 g/cm. La escala y otros parámetros de la Tierra se muestran en la tabla.
Forma y tamaño La antigua comprensión china del cielo y la tierra se llama teoría de Huntian. Zhang Heng, de la dinastía Han del Este, escribió en "Notas sobre la esfera armilar": "Los cuerpos celestes son redondos como proyectiles y la tierra es amarilla como un pollo... La tierra envuelta en el cielo todavía está envuelta en el caparazón." El concepto de que la Tierra es redonda ha existido vagamente desde la antigüedad. En 723, el emperador Xuanzong de la dinastía Tang, Nangong Shuo y otros seleccionaron 13 ubicaciones en el mismo meridiano en la actual Henan, midieron la longitud de la sombra en el solsticio de verano y la altura del Polo Norte, y concluyeron que el meridiano en 0 (la unidad de grado y longitud en la dinastía Tang) tenía 3.565.438 80 pasos de longitud. La escala moderna es que la latitud solía ser de 132,3 kilómetros, lo que equivale al radio de la Tierra de 7.600 kilómetros, aproximadamente 20 más que el valor moderno. Esta es la estimación más temprana de la escala de la Tierra (los egipcios midieron antes, pero los puntos de observación no están en el mismo meridiano y se desconoce el estándar de contabilidad para las unidades de longitud, por lo que no se puede estimar la precisión).
Las mediciones topográficas precisas solo fueron posibles después de que Newton descubriera la ley de la gravitación universal y el concepto de la forma de la Tierra se fue aclarando gradualmente. La tierra no es una esfera regular. Su superficie puede aproximarse perfectamente mediante un esferoide de pequeño achatamiento. El achatamiento e es la relación entre el eje mayor y el eje menor del elipsoide y es un parámetro importante que representa la forma de la Tierra. Después de años de mediciones geométricas, mediciones astronómicas e incluso mediciones de satélites terrestres artificiales, sus valores han alcanzado un alto grado de precisión. Este elipsoide no es la superficie real de la Tierra, sino un mejor resumen científico del suelo. Se utiliza como el mismo estándar para la medición geodésica en todo el mundo, por lo que también se le llama elipsoide de referencia. Según este elipsoide de referencia, el último valor medio en los meridianos es 111,1,3 km y el último valor medio en el ecuador es 111,3 km. La energía potencial gravitacional en el elipsoide de referencia es igual, por lo que se puede calcular la aceleración gravitacional de cada punto en él.
Debido a la relativa estabilidad de la rotación de la Tierra, la vida humana siempre ha utilizado esto como estándar para medir el tiempo. En pocas palabras, el tiempo que tarda la Tierra en orbitar alrededor del Sol se llama año, y el tiempo que tarda la Tierra en girar una vez se llama día. Pero debido a razones externas e internas, la rotación de la Tierra es en realidad muy complicada. La complejidad de la rotación de la Tierra se refleja en los cambios en la dirección del eje de rotación y los rápidos cambios en la velocidad de rotación.
Entre los cambios en la dirección del eje de rotación, el más importante es que el eje de rotación precede lentamente alrededor del eje de la eclíptica en el espacio, lo que hace que el equinoccio de primavera se mueva hacia el oeste en una precesión de 50.256 ″ cada año. Este es el abultamiento del Sol y la Luna con respecto al ecuador de la Tierra. El resultado de la atracción parcial. En segundo lugar, el cambio en la posición del eje de rotación de la Tierra con respecto a la Tierra misma provoca el cambio de latitud de cada punto de la Tierra. El cambio tiene principalmente dos componentes: uno tiene un ciclo anual y una amplitud de aproximadamente 0,09 ″. La vibración forzada es causada por cambios estacionales en la atmósfera, el agua del mar, etc., el otro componente tiene un período de 14 meses y una amplitud. de aproximadamente 0,15″, que es causada por cambios en el interior de la tierra y se llama Oscilación de Chandler, que es una vibración libre, y existen algunas vibraciones libres más pequeñas.
Hay tres tipos principales. de los cambios en la duración del día: los cambios a largo plazo son desaceleración, lo que aumenta la duración del día de 1 a 2 milisegundos cada cien años, que es el resultado de la fricción de las mareas; los cambios estacionales pueden cambiar la duración máxima del día en 0,6 milisegundos; que es causado por factores meteorológicos; los cambios irregulares a corto plazo pueden cambiar la duración del día hasta en 4 milisegundos, lo cual es el resultado de cambios en la tierra.
Morfología de la superficie y movimiento de la corteza terrestre La morfología de la superficie de la Tierra es extremadamente compleja e incluye infinitas montañas, vastas cuencas y estructuras de diversos tamaños.
Las diversas formas en la superficie terrestre no son causadas principalmente por fuerzas externas, sino que se originan a partir de los movimientos tectónicos de la corteza terrestre. Respecto a las causas del movimiento de la corteza terrestre, existen al menos las siguientes hipótesis: ① La contracción o expansión de la tierra. Muchos geólogos creen que la Tierra se ha estado enfriando y contrayendo, provocando enormes pliegues y fracturas en las capas terrestres. Pero las observaciones muestran que el calor que fluye fuera del suelo es del mismo orden de magnitud que el calor producido por la desintegración de materiales radiactivos en la Tierra. Otros han argumentado que la Tierra se está expandiendo. El jurado todavía está deliberando sobre este tema. ②Isostasis de la corteza terrestre. A cierta profundidad debajo de la corteza terrestre, las cargas por unidad de área tienden a ser iguales. Las enormes diferencias de altura sobre el suelo están mediadas por flujos laterales de material a gran profundidad. (3) Hipótesis de la tectónica de placas: la capa de roca de unos 80 a 90 kilómetros de espesor en la parte superior de la Tierra está compuesta por varias placas enormes. La interacción y el movimiento relativo de estas placas produce todos los fenómenos tectónicos en la Tierra. No está claro de dónde proviene la fuerza impulsora del movimiento de las placas, pero muchos creen que la convección del material dentro de la Tierra juega un papel decisivo.
El campo geomagnético electromagnético no apunta hacia el sur. 165438 Hay registros de "Mengxi Bitan" en China en el siglo XX. La declinación geomagnética es diferente en todas partes. La forma del campo geomagnético real es muy compleja. Tiene cambios de tiempo obvios y la amplitud máxima del cambio puede alcanzar varias milésimas o incluso más de la cantidad total del campo geomagnético. Los cambios se pueden dividir en de largo y de corto plazo. Los cambios a largo plazo provienen del movimiento de la materia dentro de la Tierra; los cambios a corto plazo provienen de los movimientos de las mareas en la ionosfera y de los cambios en la actividad solar. En el campo geomagnético, el llamado campo geomagnético básico se obtiene eliminando cambios a corto plazo mediante promedios estadísticos u otros métodos. Utilizando el método de análisis armónico esférico se puede demostrar que más del 99% del campo geomagnético básico proviene del subsuelo, y la parte equivalente a la función armónica esférica de primer orden representa alrededor del 80%, lo que equivale a un campo dipolo, y sus coordenadas polares son 78,5 de latitud norte y 69,0 de longitud oeste. Los cambios a corto plazo se pueden dividir en dos categorías: cambios tranquilos y cambios perturbadores. Los cambios silenciosos son frecuentes, relativamente regulares y tienen un período determinado, y la intensidad cambiante del campo magnético puede alcanzar decenas de nanómetros. Los cambios de perturbación son a veces globales, con una amplitud máxima de varios miles de nanómetros, y se denominan tormentas magnéticas.
El campo magnético básico no está completamente fijo y la imagen de intensidad del campo magnético se desplaza hacia el oeste entre 0,2 y 0,3 cada año, lo que se denomina deriva hacia el oeste. Esto sugiere que la creación del campo geomagnético puede ser el resultado del flujo de materia dentro de la Tierra. Generalmente se cree que el núcleo de la Tierra está compuesto principalmente de hierro y níquel (con una pequeña cantidad de elementos ligeros), y el movimiento de los conductores en un campo magnético genera corriente eléctrica. Este acoplamiento de fluidos electromagnéticos crea una máquina eléctrica autoexcitada, que genera el campo geomagnético. Esta es actualmente la hipótesis más aceptada sobre el origen del campo geomagnético.
Cuando el magma se enfría y se solidifica en roca en el campo geomagnético, es magnetizado por el campo geomagnético y retiene un poco de magnetismo permanente, lo que se llama remanencia térmica. La mayoría de las rocas ígneas son magnéticas y están orientadas en la misma dirección que el campo geomagnético durante su formación. La posición de los polos magnéticos de la Tierra durante la diagénesis se puede determinar a partir de diferentes muestras de rocas de la misma época. Sin embargo, las posiciones de los polos geomagnéticos determinadas por muestras de rocas de diferentes edades geológicas son diferentes. Esto proporciona una fuerte evidencia a favor de la hipótesis de la deriva continental. El estudio también encontró que la dirección de magnetización de las rocas diagenéticas en ciertas eras geológicas es exactamente opuesta a la dirección de magnetización del campo geomagnético moderno. Esto se debe a que el campo geomagnético se ha invertido muchas veces desde la formación de la Tierra. Esta inversión es comprensible a partir de la hipótesis del origen del campo geomagnético en los motores autoexcitados. Los cambios a corto plazo en el campo geomagnético pueden inducir corrientes subterráneas, que a su vez pueden provocar campos magnéticos inducidos en el suelo. La corriente subterránea está relacionada con la conductividad eléctrica del material subterráneo, por lo que se puede estimar la distribución de la conductividad eléctrica en la tierra. Sin embargo, el cálculo es complejo y la solución no es sencilla. El consenso actual es que la conductividad aumenta con la profundidad y aumenta rápidamente cerca de una profundidad de 60 a 100 km. A una profundidad de 400 a 700 kilómetros, la conductividad eléctrica cambia significativamente, lo que equivale a la capa de transición (también llamada capa C) del manto.
Temperatura y energía El suelo recibe unos 10 julios de energía radiante del sol cada año, pero la mayor parte se irradia de regreso al espacio y sólo una parte muy pequeña penetra en lugares subterráneos muy poco profundos. El gradiente de temperatura subterráneo poco profundo es de aproximadamente 65438 ± 0 ℃ por cada 30 m de elevación, pero varía mucho de un lugar a otro. El flujo de calor se puede calcular a partir del gradiente de temperatura y la conductividad térmica de la roca.
El valor medio global del calor que fluye fuera de la superficie terrestre es de aproximadamente 6,27 microjulios/cm-segundo, y la energía térmica total que fluye fuera de la superficie terrestre es de aproximadamente 10,032×1020 julios/año.
Parte de la energía del interior de la Tierra proviene de elementos radiactivos como el uranio, el torio y el potasio contenidos en las rocas. Su contenido en rocas ha sido revisado continuamente en los últimos años. Se estima que la energía liberada cada año por los elementos radiactivos de larga duración en la Tierra es de aproximadamente 9,614 × 1020 julios, lo que está muy cerca del flujo de calor del suelo. Sin embargo, esta estimación es extremadamente aproximada y contiene muchos factores desconocidos. Otro tipo de energía es la energía potencial gravitacional cuando se formó la Tierra, asumiendo que la Tierra se formó por la acumulación de materia difusa en el sistema solar. Esta parte de energía se estima en 25×1032 Julios, pero durante el proceso de acumulación, una gran parte de la energía desaparece en el espacio exterior de la Tierra. Una pequeña parte, alrededor de 1×1032 Julios, se acumula como elasticidad de la Tierra. material terrestre debido a la compresión adiabática de la tierra. Suponiendo que la Tierra fuera bastante uniforme al principio y luego evolucionara hacia la estructura en capas actual, liberaría una parte de la energía potencial gravitacional, estimada en aproximadamente 2 × 1030 julios. Esto hará que el planeta se caliente. La Tierra gira cada vez más despacio. Se estima que la pérdida de energía rotacional desde la formación de la Tierra es de aproximadamente 1,5 × 1031 julios, junto con la energía liberada por las erupciones volcánicas y los terremotos, pero sus magnitudes son mucho menores.
El gradiente de temperatura cerca de la superficie no se puede extrapolar por debajo de una profundidad de decenas de kilómetros. El mecanismo de transferencia de calor en las profundidades subterráneas es extremadamente complejo, y el uso de la teoría de la conducción del calor para estimar la distribución de la temperatura dentro de la Tierra a menudo no produce resultados creíbles. Pero la temperatura a determinadas profundidades de la Tierra se puede estimar basándose en otros fenómenos geofísicos. Los resultados son los siguientes: ① A una profundidad de 100 km, la temperatura está cerca del punto de fusión de la roca, alrededor de 1100 ~ 1200°C ② A una profundidad de 400 km y 650 km, la roca sufre un cambio de fase; con temperaturas de aproximadamente 1500°C y 1900°C respectivamente; ③ En el límite núcleo-manto, la temperatura es mayor que el punto de fusión del hierro, pero menor que el punto de fusión del material del manto, aproximadamente 3700°C; En la unión del núcleo exterior y el núcleo interior, a una profundidad de 5.100 km, la temperatura es de unos 4.300°C, y se estima que la temperatura del núcleo es similar a ésta.
Estructura Interna La estructura en capas de la Tierra se divide básicamente según la velocidad de propagación de las ondas sísmicas (P y S). En las capas superiores de la Tierra existen evidentes faltas de homogeneidad lateral: el espesor de la corteza continental es muy diferente al de la corteza oceánica y el agua de mar sólo cubre 2/3 del suelo.
Durante un terremoto, la fuente irradia dos tipos de ondas sísmicas, ondas P y ondas S. ¿Se propagan a diferentes velocidades? Se necesitan diferentes tiempos para llegar a diferentes lugares del terreno. Si el tiempo de propagación de P y S cambia con la distancia epicentral en el suelo, se puede calcular la velocidad de propagación de la onda sísmica υp y υs a diferentes profundidades.
La estratificación del interior de la Tierra está definida por la distribución de velocidades de las ondas sísmicas. Bajo el mar, la capa superior de la Tierra se llama corteza y tiene un espesor de unas decenas de kilómetros. La parte directamente debajo de la corteza hasta el núcleo se denomina colectivamente manto. Hay muchas capas dentro del manto. El límite entre la corteza y el manto es una discontinuidad obvia llamada interfaz M o superficie de Moho. La profundidad debajo de la interfaz es de unos 80 kilómetros y la velocidad no cambia mucho. Esta parte se llama caprock. Más abajo, la velocidad no cambia mucho y esta parte se llama capa de cobertura. Más abajo, la velocidad disminuye significativamente y no vuelve a aumentar hasta una profundidad de unos 220 kilómetros. Esta parte se llama zona de baja velocidad. La profundidad hasta 2891 km se llama manto inferior. El límite entre el núcleo y el manto es una discontinuidad muy obvia. Al entrar en el núcleo de la Tierra, las ondas S desaparecen, por lo que el núcleo exterior de la Tierra es líquido. A una profundidad de 5.149,5 km, las ondas S aparecieron nuevamente y penetraron en el núcleo de la Tierra.
A partir de la distribución de velocidades y densidad de la Tierra, se puede calcular la distribución de las dos constantes elásticas de la presión interna de la Tierra y la aceleración gravitacional. En el manto, la aceleración gravitacional g cambia muy poco y sólo disminuye a cero después de cruzar el límite entre el núcleo y el manto. La presión límite entre el núcleo y el manto es de 1,36 MPa y la presión del núcleo es de 3,64 MPa.
La distribución de velocidad y densidad de las ondas sísmicas compuestas de materiales internos es una condición limitante para la composición de los materiales internos de la Tierra. El núcleo de la Tierra está compuesto aproximadamente en un 90% por aleaciones de hierro y níquel, pero también contiene un 10% de sustancias más ligeras del Capítulo III. Podría ser azufre u oxígeno. Todavía existen opiniones diferentes sobre la composición mineral del manto terrestre. Los minerales rocosos de la corteza terrestre son diferentes del material del manto terrestre.
La actividad volcánica y las erupciones de material del manto indican que la peridotita es el mineral dominante en el manto. Los datos de velocidad sísmica indican grandes gradientes de velocidad a profundidades de 400, 500 y 500 km. Esto puede explicarse como resultado de cambios de fase mineral. A una profundidad de 400 kilómetros, la fase de olivino se transforma en una estructura de espinela, mientras que el piroxeno se funde en granate. A 500 kilómetros de profundidad en el país, el piroxeno también se descompone en espinelas y estructuras superreactivas. A una primera profundidad de 650 kilómetros, estos minerales son estructuras de perovskita y óxido. En los 200 kilómetros más bajos del manto inferior, la densidad del material aumenta significativamente. Sigue siendo objeto de debate si esta zona es rica en hierro.
Origen y evolución El origen y evolución de la tierra son en realidad el origen y evolución del sistema solar. Las primeras hipótesis se dividieron principalmente en dos escuelas: la escuela progresista representada por Kant y Laplace y la escuela cataclísmica representada por G.L.L. El gradualismo cree que el sistema solar se formó por el enfriamiento gradual de gas en rotación a alta temperatura; el catastrofismo afirma que el sistema solar fue causado por una colisión o atracción cercana entre dos o tres estrellas. Las primeras hipótesis intentaban principalmente explicar algunos hechos astronómicos, como la regularidad de las órbitas planetarias y las diferencias entre los planetas interiores y exteriores. Distribución del momento angular en el sistema solar, etc. Ambas partes encontraron dificultades insuperables para explicar plenamente los hechos observados anteriormente.
Desde mediados de la década de 1940, la gente ha tendido gradualmente a creer que el sistema solar se originó a partir de polvo sólido de baja temperatura. Los primeros partidarios incluyeron a Weizsacker, Schmidt y Uri. Creen que los planetas no se forman por la solidificación de gases a alta temperatura, sino por la acumulación de materiales de polvo sólidos a baja temperatura.
Cuando se formó la tierra, era básicamente una mezcla de varios objetos de piedra y polvo y gas. Se estima que la temperatura media inicial de la Tierra no supera los 1.000°C. La temperatura de la Tierra aumenta gradualmente debido a la desintegración de elementos radiactivos de larga vida y la liberación de energía potencial gravitacional. Cuando la temperatura superó el punto de fusión del hierro, el hierro de la Tierra primitiva se volvió líquido y fluyó hacia la parte central de la Tierra debido a su alta densidad, formando así el núcleo de la Tierra. La temperatura en el interior de la Tierra continúa aumentando, provocando el derretimiento local del manto, provocando la diferenciación química y favoreciendo la formación de la corteza.
Cuando se formó la Tierra, los océanos y la atmósfera eran inexistentes y eran secundarios. Porque la tierra primitiva no podía mantener atmósfera y agua. El océano es el resultado del calentamiento global y la fragmentación. La atmósfera original se liberó del interior de la tierra y era reductora. No fue hasta la aparición de las plantas verdes que el oxígeno libre se acumuló gradualmente en la atmósfera y la atmósfera actual se formó gradualmente a lo largo de la larga era geológica (ver "El origen de la Tierra").
La edad de la Tierra, definida como el tiempo desde la formación original de la Tierra hasta el presente, puede determinarse a partir de isótopos radiactivos contenidos en rocas y minerales. Sin embargo, al hacerlo, sigue siendo inevitable hacer algunas suposiciones sobre el estado inicial de la Tierra. Según análisis precisos de isótopos de plomo en rocas, minerales y meteoritos, se cree que la Tierra tiene aproximadamente 4.600 millones de años.