الأرض، الكوكب الثالث من الشمس، هي الجسم الفلكي الوحيد المعروف حاليًا أنه يدعم الحياة. تُعزى هذه الخاصية الفريدة إلى وضع الأرض كعالم محيطي، كونها الكوكب الوحيد في النظام الشمسي الذي يحتفظ بالمياه السطحية السائلة. تتواجد الغالبية العظمى من مياه الأرض داخل محيطها العالمي، والذي يشمل 70.8% من قشرة الكوكب. تشكل الـ 29.2% المتبقية من القشرة أرضًا، منظمة بشكل أساسي في كتل أرضية قارية تقع داخل نصف الكرة الأرضية. يتميز جزء كبير من سطح الأرض بالرطوبة والغطاء النباتي، في حين تحتوي الصفائح الجليدية الواسعة في المناطق القطبية على كمية أكبر من الماء من إجمالي المياه الجوفية والبحيرات والأنهار والمياه الجوية على الأرض. تتكون القشرة الأرضية من صفائح تكتونية تتحرك ببطء، والتي تولد تفاعلاتها سلاسل جبلية، ونشاطًا بركانيًا، وأحداثًا زلزالية. علاوة على ذلك، تمتلك الأرض نواة خارجية سائلة تنتج غلافًا مغناطيسيًا، مما يحمي الكوكب بشكل فعال من غالبية الرياح الشمسية الضارة والإشعاع الكوني.
الأرض هي الكوكب الثالث من الشمس والجسم الفلكي الوحيد المعروف بأنه يؤوي الحياة. أصبح هذا ممكنًا لأن الأرض عالم محيطي، وهو العالم الوحيد في النظام الشمسي الذي يحافظ على المياه السطحية السائلة. تقريبًا كل مياه الأرض موجودة في محيطها العالمي، الذي يغطي 70.8% من قشرة الأرض. أما النسبة المتبقية البالغة 29.2% من قشرة الأرض فهي يابسة، ويقع معظمها على شكل كتل أرضية قارية داخل نصف الكرة الأرضية. معظم أراضي الأرض رطبة إلى حد ما على الأقل ومغطاة بالنباتات، في حين تحتفظ الصفائح الجليدية الكبيرة في الصحاري القطبية للأرض بمياه أكثر من المياه الجوفية والبحيرات والأنهار ومياه الغلاف الجوي مجتمعة. تتكون القشرة الأرضية من صفائح تكتونية تتحرك ببطء، وتتفاعل لتشكل سلاسل الجبال والبراكين والزلازل. تمتلك الأرض نواة خارجية سائلة تولد غلافًا مغناطيسيًا قادرًا على عكس معظم الرياح الشمسية المدمرة والإشعاع الكوني.
يحافظ الغلاف الجوي الديناميكي للأرض على ظروف سطحه ويوفر الحماية ضد معظم النيازك الواردة والأشعة فوق البنفسجية. يتكون هذا الغلاف الجوي في الغالب من النيتروجين والأكسجين. يتوزع بخار الماء على نطاق واسع في جميع أنحاء الغلاف الجوي، مما يشكل السحب التي تحجب جزءًا كبيرًا من الكوكب. باعتباره أحد غازات الدفيئة، فإن بخار الماء، إلى جانب الغازات الدفيئة الأخرى في الغلاف الجوي - ولا سيما ثاني أكسيد الكربون (CO2) - يسهل بقاء كل من المياه السطحية السائلة وبخار الماء في الغلاف الجوي عن طريق احتجاز الطاقة الشمسية. تحافظ هذه الآلية على متوسط درجة حرارة سطحية تبلغ 14.76 درجة مئوية (58.57 درجة فهرنهايت)، مما يتيح للماء البقاء في حالته السائلة تحت الضغط الجوي النموذجي. تؤدي الاختلافات في الطاقة الشمسية الممتصة عبر المناطق الجغرافية - على سبيل المثال، المنطقة الاستوائية التي تتلقى قدرًا أكبر من الإشعاع الشمسي من المناطق القطبية - إلى دفع التيارات الجوية والمحيطية، مما يولد نظامًا مناخيًا عالميًا يتميز بمناطق مناخية متنوعة وظواهر مناخية مختلفة، بما في ذلك هطول الأمطار، والذي بدوره يسهل دورة العناصر الأساسية مثل الكربون والنيتروجين.
تمتلك الأرض شكلًا كرويًا مفلطحًا، ويبلغ محيطها التقريبي 40000 كيلومتر. (24900 ميل). ويتميز بكونه الكوكب الأكثر كثافة في النظام الشمسي. من بين الكواكب الأرضية الأربعة، الأرض هي الأكبر والأكثر كتلة. تقع الأرض على بعد حوالي ثماني دقائق ضوئية (1 وحدة فلكية) من الشمس، وتكمل دورة واحدة حولها في عام واحد تقريبًا (حوالي 365.25 يومًا). ويدور الكوكب حول محوره في أقل قليلا من يوم، وتحديدا حوالي 23 ساعة و56 دقيقة. إن ميل محور دوران الأرض بالنسبة إلى العمودي لمستوى مدارها حول الشمس هو المسؤول عن حدوث الفصول. يرافق الأرض قمر صناعي طبيعي دائم واحد، وهو القمر، الذي يدور على مسافة 384,400 كيلومتر (238,855 ميل) - أي ما يعادل 1.28 ثانية ضوئية - ويبلغ قطره حوالي ربع قطر الأرض. يساهم تأثير جاذبية القمر في استقرار الميل المحوري للأرض، ويولد المد والجزر المحيطي، ويبطئ دوران الأرض تدريجياً. على العكس من ذلك، أدت جاذبية الأرض إلى قفل دوران القمر مديًا، مما أدى إلى مواجهة الجانب القريب نفسه للأرض بشكل دائم.
منذ حوالي 4.5 مليار سنة، تشكلت الأرض، بالإضافة إلى معظم الأجرام السماوية الأخرى في النظام الشمسي، من الغاز البدائي والغبار. لقد حدث نشأة محيطات الأرض وما تلاه من ظهور الحياة خلال المليار سنة الأولى من عمر الكوكب. انتشرت الحياة على مستوى العالم، مما أدى إلى تعديل الغلاف الجوي للأرض وسطحها تدريجيًا، وبلغت ذروتها في حدث الأكسدة العظيم منذ حوالي ملياري سنة. نشأ الإنسان العاقل في أفريقيا منذ حوالي 300 ألف سنة، ثم انتشر بعد ذلك في جميع القارات. يعتمد بقاء الإنسان على المحيط الحيوي للأرض والموارد الطبيعية؛ ومع ذلك، فقد مارست البشرية بشكل تدريجي تأثيرات كبيرة على بيئة الكوكب. إن التأثير البشري المعاصر على مناخ الأرض ومحيطها الحيوي غير مستدام، مما يعرض رفاهية الإنسان والعديد من أشكال الحياة الأخرى للخطر، بينما يؤدي أيضًا إلى حدوث انقراضات واسعة النطاق.
أصل الكلمة
المصطلح الإنجليزي الحديث الأرض نشأ من اسم إنجليزي قديم، يُترجم عادةً إلى eorðe، وتطور عبر اللغة الإنجليزية الوسطى. يمتلك هذا المصطلح عبارات مشتركة في جميع اللغات الجرمانية، مما يؤدي إلى إعادة بناء اللغة الجرمانية البدائية *erþō. تاريخيًا، أول استخدام موثق للغة eorðe يشمل المعاني المتنوعة للغة اللاتينية تيرا واليونانية gē، في إشارة إلى مفاهيم مثل الأرض والتربة والأرض الجافة، عالم الإنسان، وسطح الأرض (بما في ذلك المحيطات)، والجسم الكوكبي نفسه. مماثلة للآلهة الرومانية Terra (أو Tellus) واليونانية غايا، الأرض ربما تم تبجيلها كإلهة مجسدة ضمن التقاليد الوثنية الجرمانية. ومن الجدير بالذكر أن الأساطير الإسكندنافية اللاحقة تظهر Jörð ('الأرض')، وهي عملاقة تُعرف كثيرًا بأنها والدة ثور.
تاريخيًا، كان مصطلح الأرض يُكتب بأحرف صغيرة. خلال أوائل عصر اللغة الإنجليزية الوسطى، بدأ المعنى المحدد لـ "الكرة الأرضية" يتم نقله من خلال عبارة الأرض. مع ظهور اللغة الإنجليزية الحديثة المبكرة، انتشرت ممارسة كتابة الأسماء بالأحرف الكبيرة على نطاق واسع، مما أدى إلى التهجئة البديلة لـ الأرض لـ الأرض، خاصة عند ذكرها جنبًا إلى جنب مع الكيانات السماوية الأخرى. في الاستخدام المعاصر، يتم أحيانًا تقديم الاسم ببساطة على أنه الأرض، مما يشبه تسميات الكواكب الأخرى، على الرغم من استمرار وجود الأرض بالأحرف الصغيرة والإنشاءات التي تتضمن الأرض كأشكال سائدة. تظهر أدلة أسلوب التحرير اختلافًا: تقر تهجئة أكسفورد بأن النموذج بالأحرف الصغيرة أكثر تكرارًا، بينما تقبل النسخة الكبيرة كبديل مسموح به. هناك تقليد مختلف يفرض كتابة الأرض بالأحرف الكبيرة عندما تعمل كاسم علم، على سبيل المثال، في "الغلاف الجوي للأرض"، ولكنها تتطلب استخدام الأحرف الصغيرة عندما يسبقها الحرف ال، كما في "جو الأرض". علاوة على ذلك، يتم كتابته دائمًا تقريبًا بأحرف صغيرة ضمن التعبيرات الاصطلاحية، مثل "ماذا تفعل بحق السماء؟"
التسمية Terra TERR-ə تجد تطبيقات عرضية في الخطاب العلمي وتستخدم أيضًا في الخيال العلمي لتمييز الكوكب الذي يسكنه الإنسان عن الكواكب الأخرى. في السياقات الشعرية، Tellus TELL-əs كان بمثابة تجسيد للأرض. علاوة على ذلك، تشير Terra إلى الكوكب في بعض اللغات الرومانسية، مثل الإيطالية والبرتغالية، والتي تنحدر مباشرة من اللغة اللاتينية. استمدت اللغات الرومانسية الأخرى أسماء ذات اختلافات إملائية بسيطة من هذا الجذر، والتي تتمثل في اللغة الإسبانية Tierra وTerre الفرنسية. الترجمة اللاتينية Gaea (الإنجليزية: DJEE-ə) للاسم الشعري اليوناني Gaia ([ɡâi̯.a] أو [ɡâj.ja]) نادرًا ما تتم مواجهته. ومع ذلك، فإن التهجئة البديلة Gaia اكتسبت شهرة، ويُعزى ذلك إلى حد كبير إلى فرضية Gaia، حيث يكون نطقها عادةً GYE-ə، وهو يختلف عن النطق الإنجليزي التقليدي GAY-ə.
يتم استخدام العديد من الصفات لوصف الكوكب الأرض. المصطلح أرضي ينشأ مباشرة من الأرض. من اللغة اللاتينية Terra، تشمل المشتقات terran TERR-ən، terrestrial tərr-EHST-ree-əl، ومن خلال الفرنسية، terrene tə-REEN. في المقابل، فإن Tellus ينتج عنه الصفات tellurian teh-LUURR-ee-ən وtelluric.
التاريخ الطبيعي
التكوين
يرجع تاريخ أقدم مادة تم تحديدها داخل النظام الشمسي إلى حوالي 4.5682+0.0002
−0.0004 منذ جا (مليار سنة). بحلول 4.54±0.04 Ga، كانت الأرض البدائية قد تجمعت بالفعل. جميع الأجرام السماوية الموجودة في النظام الشمسي تطورت وتطورت بالتزامن مع الشمس. من الناحية النظرية، يفصل السديم الشمسي حجمًا من السحابة الجزيئية من خلال انهيار الجاذبية، ومن ثم يبدأ الدوران والتسطيح في قرص محيطي. ثم تتراكم الكواكب من هذا القرص بجانب الشمس. يتكون السديم من الغاز وحبيبات الجليد والغبار، بما في ذلك النويدات البدائية. استنادًا إلى نظرية السديم، تشكلت الكواكب المصغرة عن طريق التراكم، مع تقديرات تشير إلى أن عملية تكوين الأرض البدائية من المحتمل أن تمتد لمدة تتراوح بين 70 إلى 100 مليون سنة.
يقدر عمر القمر من 4.5 مليار سنة مضت (Ga) إلى فترات أحدث. تفترض فرضية بارزة أن تكونها قد تم من خلال تراكم المواد المقذوفة من الأرض بعد اصطدامها بجرم سماوي بحجم المريخ، يُسمى ثيا، والذي يمتلك حوالي 10% من كتلة الأرض. كان هذا الاصطدام بمثابة ضربة خاطفة أدت إلى اندماج جزء من كتلة ثيا مع الأرض. أثناء القصف العنيف المتأخر، ما بين 4.0 و3.8 جيجا تقريبًا، أدت تأثيرات الكويكبات الواسعة إلى تغيير عميق في بيئة سطح القمر، وبالتالي، في ظروف سطح الأرض.
تطورات ما بعد التشكيل
نشأ الغلاف الجوي للأرض والمحيطات من النشاط البركاني وعملية إطلاق الغازات. ويتكثف بخار الماء المنطلق من هذه العمليات ليشكل المحيطات، وهو حجم يكمله أيضًا الماء والجليد الذي تنقله الكويكبات والكواكب الأولية والمذنبات. ومن المعقول أن تكون هناك كمية كافية من المياه لتكوين المحيطات على الأرض منذ نشأتها. ووفقاً لهذا النموذج، منعت الغازات الدفيئة الموجودة في الغلاف الجوي المحيطات من التجمد خلال الفترة التي أصدرت فيها الشمس الوليدة 70% فقط من سطوعها الحالي. بحوالي 3.5 Ga، أصبح المجال المغناطيسي للأرض راسخًا، ويلعب دورًا حاسمًا في حماية الغلاف الجوي من التآكل بفعل الرياح الشمسية.
أدى تبريد الطبقة الخارجية المنصهرة للأرض إلى تكوين القشرة الصلبة الأولية للكوكب، والتي يعتقد أنها كانت مافيك في تكوينها. بعد ذلك، تطورت القشرة القارية الأولى، التي تتميز بتركيبة أكثر فلزية، من خلال الذوبان الجزئي لهذه القشرة المافية. تشير الأدلة المستقاة من حبيبات الزركون التي تعود إلى العصر الهادياني والموجودة داخل الصخور الرسوبية عصر العصر الحجري إلى وجود بعض القشرة الفلسية على الأقل منذ 4.4 Ga، أي 140 Ma فقط بعد تراكم كوكب الأرض. يصف نموذجان رئيسيان تطور هذا الحجم الأولي المحدود للقشرة القارية إلى وفرتها الحالية: (1) نموذج يقترح نموًا مستمرًا نسبيًا حتى الوقت الحاضر، مدعومًا بالتأريخ الإشعاعي العالمي للقشرة القارية، و (2) نموذج يشير إلى زيادة سريعة مبكرة في حجم القشرة القارية خلال الدهر الأركي، مما يشكل غالبية القشرة القارية الموجودة، مدعومة ببيانات النظائر من الهافنيوم في الزركون والنيوديميوم في الصخور الرسوبية. يمكن التوفيق بين هذين النموذجين والبيانات الداعمة لهما من خلال افتراض إعادة تدوير واسعة النطاق للقشرة القارية، خاصة خلال التاريخ الجيولوجي المبكر للأرض.
إن تكوين القشرة القارية الجديدة هو نتيجة لتكتونية الصفائح، وهي عملية جيولوجية مدفوعة بشكل أساسي بالتبديد المستمر للحرارة من البنية الداخلية للأرض. على مدار مئات الملايين من السنين، سهلت القوى التكتونية تجميع كتل القشرة القارية في قارات عظمى، والتي تجزأت فيما بعد. حوالي 750 Ma، بدأت رودينيا، المعروفة كواحدة من أقدم القارات العظمى، في تفتيتها. بعد ذلك، أعيد تجميع الكتل الأرضية القارية لتشكل بانوتيا في الفترة ما بين 600-540 مليون سنة، وبلغت ذروتها في تكوين بانجيا، التي بدأت في حد ذاتها تفككها منذ 180 مليون سنة تقريبًا.
بدأت أحدث حقبة من العصور الجليدية منذ 40 مليون سنة تقريبًا، ثم اشتدت لاحقًا خلال العصر البليستوسيني منذ حوالي 3 ملايين. منذ ذلك الحين، شهدت المناطق الواقعة عند خطوط العرض العليا والمتوسطة دورات متكررة من التجلد وذوبان الجليد، والتي تحدث تقريبًا كل 21000 و41000 و100000 عام. غطت الفترة الجليدية الأخيرة، والتي يشار إليها عمومًا باسم "العصر الجليدي الأخير"، أجزاء كبيرة من القارات، ممتدة إلى خطوط العرض الوسطى، بصفائح جليدية وانتهت منذ حوالي 11700 عام.
التوقعات المستقبلية
يرتبط المسار طويل المدى للأرض ارتباطًا جوهريًا بتطور الشمس. وفي غضون 1.1 مليار سنة القادمة، من المتوقع أن يزداد سطوع الشمس بنسبة 10%، ويتصاعد إلى زيادة بنسبة 40% خلال 3.5 مليار سنة اللاحقة. سيؤدي ارتفاع درجة حرارة سطح الأرض إلى تكثيف دورة الكربون غير العضوي، مما قد يؤدي إلى تقليل تركيزات CO§910§ في الغلاف الجوي إلى مستويات ضارة بالحياة النباتية الموجودة (10 جزء في المليون في عملية التمثيل الضوئي C§1617§) خلال إطار زمني يقدر بـ 100-900 مليون سنة. وبالتالي فإن غياب الغطاء النباتي سيؤدي إلى استنفاد الأكسجين الجوي، مما يجعل الحياة الحيوانية المعاصرة غير مستدامة. نتيجة لتعزيز سطوع الشمس، يمكن أن يصل متوسط درجة حرارة الأرض إلى 100 درجة مئوية (212 درجة فهرنهايت) في 1.5 مليار سنة، مما يتسبب في تبخر كل مياه المحيطات وهروبها إلى الفضاء، مما قد يؤدي إلى بدء ظاهرة الاحتباس الحراري الجامح في غضون ما يقرب من 1.6 إلى 3 مليار سنة. حتى في ظل الظروف الافتراضية للشمس المستقرة والأبدية، فإن جزءًا كبيرًا من المياه الموجودة حاليًا في المحيطات سوف ينغمر في النهاية إلى الوشاح، ويرجع ذلك في المقام الأول إلى انخفاض تنفيس البخار من التلال وسط المحيط حيث يبرد قلب الأرض تدريجيًا.
من المتوقع أن تتحول الشمس إلى عملاق أحمر خلال 5 مليار سنة تقريبًا. تتوقع النماذج الفيزيائية الفلكية أن تتوسع الشمس إلى ما يقرب من 1 وحدة فلكية (150 مليون كيلومتر؛ 93 مليون ميل)، ليصل إلى نصف قطر يبلغ حوالي 250 ضعف حجمه الحالي. لا يزال المصير النهائي للأرض غير مؤكد. خلال مرحلة العملاق الأحمر، من المتوقع أن تفقد الشمس حوالي 30% من كتلتها؛ وبالتالي، في غياب تفاعلات المد والجزر، سيتوسع مدار الأرض إلى 1.7 وحدة فلكية (250 مليون كم؛ 160 مليون ميل) من الشمس عندما يصل النجم إلى نصف قطره الأقصى. على العكس من ذلك، إذا كانت قوى المد والجزر كبيرة، فمن الممكن أن يبتلع الغلاف الجوي المتوسع للشمس الأرض ثم تتبخر بعد ذلك، مع احتمال نزول العناصر المكونة لها الأثقل إلى قلب النجم المحتضر.
الخصائص المجمعة
الحجم والشكل
تمتلك الأرض شكلًا مستديرًا، يحافظ عليه التوازن الهيدروستاتيكي، ويبلغ متوسط قطرها 12,742 كيلومترًا (7,918 ميلًا)، مما يجعلها خامس أكبر جسم كوكبي وأضخم جسم أرضي داخل النظام الشمسي.
بسبب دورانها، تتخذ الأرض شكلًا كرويًا مفلطحًا، يتميز بالانتفاخ الاستوائي؛ وبالتالي فإن قطرها الاستوائي يتجاوز قطرها القطبي بمقدار 43 كيلومترًا (27 ميلًا). علاوة على ذلك، تتميز مورفولوجية الأرض بالتغيرات الطبوغرافية المحلية. على سبيل المثال، تعمل المعالم البارزة مثل خندق ماريانا (10,925 مترًا أو 35,843 قدمًا تحت مستوى سطح البحر المحلي) على تقليل متوسط نصف قطر الأرض بنسبة 0.17%، بينما يزيده جبل إيفرست (8,848 مترًا أو 29,029 قدمًا فوق مستوى سطح البحر المحلي) بنسبة 0.14%. بالنظر إلى أن الانتفاخ الاستوائي يضع سطح الأرض بعيدًا عن مركز كتلتها، فإن قمة بركان شيمبورازو في الإكوادور (6384.4 كم أو 3967.1 ميل) تمثل أبعد نقطة على الكوكب عن قلبه. على النقيض من التضاريس الأرضية الصلبة نسبيًا، تعرض الأسطح المحيطية ملفًا طبوغرافيًا أكثر ديناميكية.
من أجل القياس الدقيق للتغيرات الطبوغرافية المحلية على الأرض، تستخدم الجيوديسيا نموذجًا كوكبيًا مثاليًا يحدد الشكل الجيولوجي. يُنظر إلى هذا الشكل الجيودالي على أنه السطح الذي سيفترضه المحيط المثالي إذا غطى الأرض بالكامل، خاليًا من أي اضطرابات ديناميكية مثل المد والجزر أو الرياح. والنتيجة هي سطح جيودي أملس ولكن غير منتظم، والذي يعمل كمرجع أساسي، ويمثل متوسط مستوى سطح البحر لجميع القياسات الطبوغرافية.
البنية الداخلية
على غرار الكواكب الأرضية الأخرى، ينقسم باطن الأرض إلى طبقات متميزة بناءً على تركيبها الكيميائي وخصائصها الفيزيائية (الريولوجية). تتكون الطبقة الخارجية من قشرة صلبة من السيليكات متمايزة كيميائيًا، والتي ترتكز على غطاء صلب شديد اللزوجة. يتم تحديد الحدود بين القشرة والوشاح من خلال انقطاع موهوروفيتش. يتراوح سمك القشرة الأرضية من حوالي 6 كيلومترات (3.7 ميل) تحت أحواض المحيطات إلى 30-50 كيلومترًا (19-31 ميلًا) تحت الكتل الأرضية القارية. ينقسم الغلاف الصخري، الذي يشمل القشرة الأرضية والجزء العلوي الصلب والبارد من الوشاح، إلى صفائح تكتونية متحركة بشكل مستقل.
يوجد تحت الغلاف الصخري الغلاف الموري، وهي طبقة منخفضة اللزوجة نسبيًا تسهل حركة صفائح الغلاف الصخري. تظهر تغييرات كبيرة في البنية البلورية للوشاح على أعماق 410 و660 كيلومترًا (250 و410 ميل) تحت السطح، مما يرسم منطقة انتقالية ترسم حدود الوشاح العلوي والسفلي. أسفل الوشاح، يوجد نواة خارجية سائلة منخفضة اللزوجة للغاية تغلف نواة داخلية صلبة. من المفترض أن يدور اللب الداخلي للأرض بسرعة زاوية أكبر قليلاً من بقية الكوكب، ويتقدم بمقدار 0.1-0.5 درجة سنويًا، على الرغم من افتراض معدلات دوران أعلى وأقل بكثير. ويشكل نصف قطرها حوالي خمس نصف قطر الأرض الإجمالي. تزداد الكثافة تدريجياً مع العمق. من بين جميع الأجسام ذات الحجم الكوكبي في النظام الشمسي، تُظهر الأرض أعلى كثافة.
التركيب الكيميائي
تقدر كتلة الأرض بحوالي 5.97×1024 كجم (5.97 Rg). تشتمل تركيبته السائبة في المقام الأول على الحديد (32.1٪ من الكتلة)، والأكسجين (30.1٪)، والسيليكون (15.1٪)، والمغنيسيوم (13.9٪)، والكبريت (2.9٪)، والنيكل (1.8٪)، والكالسيوم (1.5٪)، والألومنيوم (1.4٪)، مع 1.2٪ المتبقية تتكون من العناصر النزرة. بسبب تمايز الجاذبية، يتكون اللب في الغالب من عناصر أكثر كثافة: الحديد (88.8%)، إلى جانب كميات أقل من النيكل (5.8%)، والكبريت (4.5%)، والعناصر النزرة التي تشكل أقل من 1%. تمثل الأكاسيد أكثر مكونات القشرة الصخرية انتشارًا. يتكون أكثر من 99% من القشرة من أكاسيد مختلفة مكونة من أحد عشر عنصرًا، معظمها تلك التي تحتوي على السيليكون (الذي يشكل معادن السيليكات)، أو الألومنيوم، أو الحديد، أو الكالسيوم، أو المغنسيوم، أو البوتاسيوم، أو الصوديوم.
الحرارة الداخلية
تنشأ الحرارة الداخلية للأرض في المقام الأول من مصدرين: الحرارة البدائية، وهي الطاقة المتبقية من تكوين الكوكب، والحرارة الإشعاعية، الناتجة عن التحلل الإشعاعي. تشمل النظائر الرئيسية المنتجة للحرارة داخل الأرض البوتاسيوم 40 واليورانيوم 238 والثوريوم 232. يمكن أن يصل قلب الكوكب إلى درجات حرارة تصل إلى 6000 درجة مئوية (10830 درجة فهرنهايت) وضغط يصل إلى 360 جيجا باسكال (52 مليون رطل لكل بوصة مربعة). ونظرًا للمساهمة الكبيرة للتحلل الإشعاعي في هذه الحرارة، يفترض العلماء أن إنتاج حرارة الأرض كان أكبر بكثير في تاريخها المبكر، قبل استنفاد النظائر مع فترات نصف عمر أقصر. منذ حوالي 3 جير، كان من الممكن أن يكون توليد الحرارة ضعف مستويات التيار تقريبًا، مما أدى إلى تسريع الحمل الحراري للوشاح وتكتونية الصفائح، وتسهيل تكوين الصخور النارية النادرة مثل الكوماتيتيت، والتي نادرًا ما يتم ملاحظتها اليوم.
يُقاس متوسط فقدان حرارة الأرض بـ 87 ميجاوات/م§34§، مما يؤدي إلى تبديد إجمالي للحرارة العالمية بمقدار 87 ميجاوات/م§34§، 4.42×1013 ث. يتم نقل جزء من الطاقة الحرارية للقلب إلى القشرة عبر أعمدة الوشاح، وهي عبارة عن تيارات حرارية للأعلى من الصخور الأكثر سخونة قادرة على توليد النقاط الساخنة والبازلت الفيضانات. تتبدد كمية أكبر من حرارة الأرض من خلال تكتونية الصفائح، وتحديدًا من خلال تقلبات الوشاح المرتبطة بارتفاعات وسط المحيط. تتضمن الآلية الأساسية الثالثة لفقد الحرارة التوصيل عبر الغلاف الصخري، والذي يحدث غالبًا تحت المناطق المحيطية.
المجال المغناطيسي
ينشأ المجال المغناطيسي الأساسي للأرض داخل قلبها، حيث تعمل عملية الدينامو على تحويل الطاقة الحركية من الحمل الحراري المدفوع حراريًا وتركيبيًا إلى طاقة المجال الكهربائي والمغناطيسي. ينتشر هذا المجال إلى الخارج من القلب، عبر الوشاح، ويمتد إلى سطح الأرض، ويظهر كثنائي قطب تقريبي. وتقع أقطاب هذا ثنائي القطب بالقرب من الأقطاب الجغرافية للأرض. عند خط الاستواء المغناطيسي، تبلغ شدة المجال المغناطيسي السطحي 3.05×10−5 T، مصحوبة بعزم ثنائي القطب المغناطيسي 7.79×1022 Am§1516§ اعتبارًا من عام 2000. وتتضاءل هذه القوة بنسبة 6% تقريبًا كل قرن. على الرغم من أنه لا يزال يتجاوز متوسطه على المدى الطويل. تيارات الحمل الحراري داخل القلب فوضوية بطبيعتها، مما يؤدي إلى انجراف الأقطاب المغناطيسية وإعادة تنظيمها بشكل دوري. تفسر هذه الظاهرة التغير المزمن في المجال الرئيسي والانعكاسات غير المنتظمة للمجال، والتي تحدث في المتوسط عدة مرات كل مليون سنة. آخر انعكاس حدث منذ حوالي 700000 سنة.
يحدد الغلاف المغناطيسي المدى المكاني للمجال المغناطيسي للأرض. هذا الغلاف المغناطيسي ينحرف أيونات وإلكترونات الرياح الشمسية. الضغط الذي تمارسه الرياح الشمسية يضغط الجانب النهاري للغلاف المغناطيسي إلى ما يقرب من 10 نصف قطر أرضي، بينما يمتد جانبه الليلي إلى ذيل ممدود. نظرًا لسرعة الرياح الشمسية التي تتجاوز سرعة انتشار الموجات داخلها، تتشكل صدمة القوس الأسرع من الصوت أمام الغلاف المغناطيسي في الجانب النهاري. الجسيمات المشحونة محصورة داخل الغلاف المغناطيسي؛ يتكون الغلاف البلازمي من جسيمات منخفضة الطاقة تتبع إلى حد كبير خطوط المجال المغناطيسي أثناء دوران الأرض. يتكون التيار الحلقي من جسيمات متوسطة الطاقة تنجرف بالنسبة للمجال المغنطيسي الأرضي، إلا أن مساراتها تظل محكومة به في المقام الأول. تتكون أحزمة فان ألين الإشعاعية من جسيمات عالية الطاقة تظهر حركة عشوائية إلى حد كبير ولكنها موجودة داخل الغلاف المغناطيسي. أثناء العواصف المغناطيسية الأرضية والعواصف الفرعية، يمكن تحويل الجسيمات المشحونة من الغلاف المغناطيسي الخارجي، وخاصة الذيل المغناطيسي، وتوجيهها على طول خطوط المجال إلى الغلاف الأيوني للأرض، حيث تثير وتؤين ذرات الغلاف الجوي، وبالتالي تنتج الشفق القطبي.
البيئة السطحية
يمثل سطح الأرض الواجهة بين الغلاف الجوي والأرض الصلبة ومحيطاتها. يشمل هذا السطح مساحة تقريبية تبلغ 510 مليون كيلومتر مربع2 (197 مليون ميل مربع). يمكن تقسيم الكوكب جغرافيًا إلى نصفي الكرة الأرضية: خط عرض إلى نصفي الكرة الشمالي والجنوبي القطبي، أو طوليًا إلى نصفي الكرة الأرضية الشرقي والغربي القاريين. يخضع سطح الأرض لتعديل مستمر من خلال الأنشطة التكتونية للصفائح الداخلية، مثل الزلازل والبراكين؛ ومن خلال عمليات التجوية والتآكل التي يقودها الجليد والماء والرياح وتقلبات درجات الحرارة؛ ومن خلال الآليات البيولوجية، بما في ذلك نمو وتحلل الكتلة الحيوية في التربة.
يغطي سطح الأرض في الغالب مياه المحيطات، وتشكل 70.8%، أو 361 مليون كيلومتر2 (139 مليون ميل مربع). كثيرًا ما يُشار إلى هذا الجسم المالح الواسع باسم المحيط العالمي، مما يجعل الأرض، بغلافها المائي النشط، كوكبًا مائيًا أو محيطيًا. من المفترض أنه في المراحل البدائية للأرض، ربما كان المحيط قد غطى الكوكب بالكامل. يتم تقسيم محيطات العالم تقليديًا إلى المحيط الهادئ، والمحيط الأطلسي، والهندي، والجنوبي، والمحيط المتجمد الشمالي، مرتبة حسب الحجم المتناقص. يعلو المحيط في المقام الأول القشرة المحيطية للأرض، وتمتد البحار الرفوفية فوق أرفف القشرة القارية بدرجة أقل. تحدد القشرة المحيطية أحواضًا محيطية شاسعة تتميز بميزات مثل السهول السحيقة والجبال البحرية والبراكين المغمورة والخنادق المحيطية والأخاديد المغمورة والهضاب المحيطية ونظام التلال العالمي في منتصف المحيط. في المناطق القطبية للأرض، يتم تغطية سطح المحيط موسميًا بنطاقات متفاوتة من الجليد البحري، والذي يندمج كثيرًا مع الأرض القطبية والتربة الصقيعية والصفائح الجليدية، وبالتالي يشكل القمم الجليدية القطبية.
تشكل اليابسة 29.2% من سطح الأرض، أي ما يعادل 149 مليون كيلومتر2 (58 مليون ميل مربع). في حين أن العديد من الجزر موزعة على مستوى العالم، فإن غالبية سطح الأرض تشغلها أربع كتل أرضية قارية رئيسية، مدرجة بترتيب تنازلي من حيث الحجم: أفريقيا وأوراسيا وأمريكا والقارة القطبية الجنوبية وأستراليا. يتم بعد ذلك تقسيم هذه الكتل الأرضية الواسعة وتصنيفها إلى قارات فردية. يمكن أن تكون الأرض مغطاة بالمياه السطحية أو الثلج أو الجليد أو الهياكل البشرية أو النباتات. على الرغم من أن معظم أراضي الأرض تدعم الغطاء النباتي، إلا أن أجزاء كبيرة منها تتكون من صفائح جليدية (10%، باستثناء المساحة المماثلة من الأرض تحت التربة الصقيعية) أو الصحاري (33%).
يمثل الغلاف الأرضي الطبقة الخارجية من سطح الأرض، والتي تشمل التربة وتخضع لعمليات تربية. التربة لا غنى عنها لجعل الأراضي صالحة للزراعة. على الصعيد العالمي، يمثل إجمالي الأراضي الصالحة للزراعة على الأرض 10.7% من مساحة الأرض، مع 1.3% مخصصة للأراضي الزراعية الدائمة. تشير التقديرات إلى أن الأرض تمتلك 16.7 مليون كيلومتر2 (6.4 مليون ميل مربع) من الأراضي الزراعية و33.5 مليون كيلومتر2 (12.9 مليون ميل مربع) من المراعي.
يتكون الغلاف الصخري للأرض من سطح الأرض وقاع المحيط وأجزاء من الوشاح العلوي. تنقسم قشرة الأرض نفسها إلى أنواع محيطية وقارية. تحت رواسب قاع المحيط، القشرة المحيطية هي في المقام الأول بازلتية. في المقابل، تحتوي القشرة القارية على مواد ذات كثافة أقل، مثل الجرانيت والرواسب المختلفة والصخور المتحولة. تغطي الصخور الرسوبية ما يقرب من 75% من الأسطح القارية، على الرغم من أنها لا تشكل سوى حوالي 5% من إجمالي كتلة القشرة الأرضية.
تشمل تضاريس سطح الأرض كلا من تكوين سطح المحيط وتشكل الكتل الأرضية الأرضية. يُظهر سطح الأرض تنوعًا طبوغرافيًا كبيرًا، حيث يضم الجبال والصحاري والسهول والهضاب والعديد من التكوينات الجيومورفولوجية الأخرى. يتراوح الارتفاع الأرضي من الحضيض −418 م (−1,371 قدمًا) في البحر الميت إلى ذروة 8,848 م (29,029 قدمًا) في قمة جبل إيفرست. يبلغ متوسط ارتفاع الأرض فوق مستوى سطح البحر حوالي 797 مترًا (2615 قدمًا). تُظهر التضاريس المغمورة لقاع المحيط، التي يبلغ متوسط عمقها 4 كيلومترات، تعقيدًا مشابهًا لسطح الأرض.
الصفائح التكتونية
الغلاف الصخري، وهو الطبقة الخارجية الصلبة ميكانيكيًا للأرض والتي تتكون من القشرة والوشاح العلوي، مقسم إلى صفائح تكتونية. تُظهر هذه الأجزاء الصلبة حركة نسبية عند ثلاثة أنواع حدودية متميزة: الحدود المتقاربة، حيث تتصادم صفيحتان؛ حدود متباعدة، حيث تنفصل صفيحتان؛ وتحويل الحدود، حيث تنزلق لوحتان أفقيًا بجانب بعضهما البعض. تعتبر الظواهر الجيولوجية مثل الزلازل والنشاط البركاني وتكون الجبال (بناء الجبال) وتكوين الخنادق المحيطية من سمات حدود الصفائح هذه. تقع الصفائح التكتونية فوق الغلاف الموري، وهي منطقة صلبة ولكن أقل لزوجة من الوشاح العلوي قادرة على التدفق والحركة المشتركة مع الصفائح.
تؤدي حركة الصفائح التكتونية إلى اندساس القشرة المحيطية أسفل الهوامش الرئيسية للصفائح عند الحدود المتقاربة. وفي الوقت نفسه، يؤدي صعود مادة الوشاح عند حدود متباينة إلى توليد مرتفعات وسط المحيط. تسهل هذه الآليات الجيولوجية المدمجة إعادة دمج القشرة المحيطية في الوشاح. وبالتالي، فإن غالبية قاع المحيط حديث جيولوجيًا، وعادة ما يكون عمره أقل من 100 مليون. وتقع أقدم قشرة محيطية تم تحديدها في غرب المحيط الهادئ، ويقدر عمرها بـ 200 مليون سنة. في المقابل، فإن أقدم قشرة قارية مؤرخة بدقة هي 4,030 Ma. ومع ذلك، فإن الزركون الذي تم اكتشافه على شكل فتات داخل التكوينات الرسوبية Eoarchean قد أدى إلى أعمار تصل إلى 4400 مليون سنة، مما يشير إلى وجود القشرة القارية خلال تلك الحقبة.
تتكون الصفائح التكتونية السبعة الأساسية للأرض من صفائح المحيط الهادئ، وأمريكا الشمالية، والأوراسية، والإفريقية، والقطب الجنوبي، والهندو-أسترالية، وأمريكا الجنوبية. تشمل الصفائح المهمة الإضافية الصفيحة العربية، والصفيحة الكاريبية، وصفيحة نازكا (الواقعة قبالة الساحل الغربي لأمريكا الجنوبية)، وصفيحة سكوتيا (الواقعة في جنوب المحيط الأطلسي). تقاربت الصفيحة الأسترالية واندمجت مع الصفيحة الهندية منذ ما بين 50 إلى 55 مليون تقريبًا. تظهر الصفائح المحيطية أعلى السرعات، والتي تتمثل في صفيحة كوكوس، التي تتحرك بسرعة 75 ملم/أ (3.0 بوصة/سنة)، وصفيحة المحيط الهادئ، بسرعة تتراوح بين 52-69 ملم/أ (2.0-2.7 بوصة/سنة). على العكس من ذلك، تمثل صفيحة أمريكا الجنوبية الصفائح الرئيسية الأبطأ حركة، حيث تتقدم بمعدل متوسط قدره 10.6 ملم/أ (0.42 بوصة/سنة).
الغلاف المائي
يشمل الغلاف المائي للأرض مجمل مياهها وتوزيعها المكاني. في الغالب، يتكون الغلاف المائي من المحيط العالمي. وتشمل أيضًا المياه الجوية والأرضية، مثل السحب والبحار الداخلية والبحيرات والأنهار والمسطحات المائية الجوفية. تُقدر كتلة المحيطات بحوالي 1.35×1018 طن متري تقريبًا، مما يشكل حوالي 1/4400 من إجمالي كتلة الكوكب. تغطي مساحة قدرها 361.8 مليون كم§89§ (139.7 مليون ميل§1011§) بمتوسط عمق 3,682 م (12,080 قدم)، وتمتلك المحيطات حجمًا يقدر بـ 1.332 مليار كم§1213§ (320 مليون متر مكعب). ميل).
من الناحية النظرية، إذا تم تسوية سطح القشرة الأرضية بشكل موحد إلى ارتفاع كروي سلس، فإن المحيط العالمي سيصل إلى عمق 2.7 إلى 2.8 كيلومتر (1.68 إلى 1.74 ميل). حوالي 97.5% من هذه المياه مالحة، والباقي 2.5% مياه عذبة. تتواجد غالبية المياه العذبة، حوالي 68.7%، على شكل جليد داخل القمم الجليدية والأنهار الجليدية. يتم توزيع المياه العذبة المتبقية كمياه جوفية (30%)، ومياه سطحية (1%، وتغطي 2.8% فقط من مساحة اليابسة على الأرض)، وخزانات صغيرة أخرى بما في ذلك التربة الصقيعية، وبخار الماء في الغلاف الجوي، والمياه المرتبطة بيولوجيًا.
في المناطق المتجمدة من الكوكب، يستمر الثلج خلال موسم الصيف، ويخضع للتحول إلى جليد. يتجمع هذا الثلج والجليد المتراكم لاحقًا في الأنهار الجليدية، وهي كتل جليدية كبيرة تظهر تدفقًا تحت تأثير قوة جاذبيتها. تتطور الأنهار الجليدية في جبال الألب في التضاريس الجبلية، بينما تنشأ الصفائح الجليدية الواسعة فوق الكتل الأرضية القارية في البيئات القطبية. تؤدي الحركة الجليدية إلى تآكل سطحي كبير، مما يؤدي إلى تغيرات جيومورفولوجية مثيرة، بما في ذلك نحت الوديان على شكل حرف U وغيرها من الأشكال الأرضية المميزة. يمتد الجليد البحري في القطب الشمالي حاليًا على مساحة مماثلة لمساحة الولايات المتحدة، على الرغم من أنه يعاني من تضاؤل سريع بسبب تغير المناخ المستمر.
يبلغ متوسط ملوحة محيطات الأرض حوالي 35 جرامًا من الأملاح الذائبة لكل كيلوغرام من مياه البحر، أي ما يعادل تركيز الملح بنسبة 3.5%. المصادر السائدة لهذه الملوحة هي الانبعاثات البركانية وذوبان الصخور النارية الباردة. علاوة على ذلك، تعمل المحيطات كمستودع كبير للغازات الجوية الذائبة، والتي لا غنى عنها لبقاء العديد من الأنواع المائية. تمارس مياه المحيطات تأثيرًا عميقًا على أنماط المناخ العالمي، حيث تعمل كمشتت حراري هائل. يمكن أن تؤدي الاختلافات في توزيع درجات حرارة المحيطات إلى حدوث تحولات مناخية ملحوظة، تتجسد في ظواهر مثل ظاهرة النينيو-التذبذب الجنوبي.
يمثل الوجود المنتشر للمياه، خاصة في حالتها السائلة، على سطح الأرض خاصية مميزة تميزها عن الأجرام السماوية الأخرى داخل النظام الشمسي. في حين أن الكواكب في النظام الشمسي التي تمتلك أغلفة جوية كبيرة قد تحتوي على بخار الماء في الغلاف الجوي، إلا أنها عمومًا تفتقر إلى الظروف السطحية اللازمة للحفاظ على الماء السائل المستقر على سطحها الخارجي. على الرغم من أن بعض الأقمار تظهر أدلة على وجود خزانات مياه سائلة واسعة النطاق خارج كوكب الأرض، والتي من المحتمل أن تتجاوز حجم محيطات الأرض، إلا أن هذه الأجسام المائية دائمًا ما تكون شاسعة تقع تحت طبقات سطحية متجمدة يبلغ سمكها كيلومترات.
الغلاف الجوي
يبلغ متوسط الضغط الجوي للأرض عند مستوى سطح البحر 101.325 كيلو باسكال (14.696 رطل لكل بوصة مربعة)، ويتميز بمقياس ارتفاع يبلغ حوالي 8.5 كيلومتر (5.3 ميل). يتضمن تكوين الغلاف الجوي الجاف في المقام الأول 78.084% نيتروجين، 20.946% أكسجين، 0.934% أرجون، إلى جانب كميات ضئيلة من ثاني أكسيد الكربون والمكونات الغازية الأخرى. ويتراوح تركيز بخار الماء من 0.01% إلى 4% بمتوسط حوالي 1%. تحجب الغيوم ما يقرب من ثلثي سطح الأرض، مما يظهر انتشارًا أكبر في المناطق المحيطية مقارنة بالمناطق الأرضية. يُظهر ارتفاع طبقة التروبوسفير تقلبات خطوط العرض، حيث يمتد من 8 كم (5 ميل) عند القطبين إلى 17 كم (11 ميل) عند خط الاستواء، مع تقلبات إضافية تتأثر بالظروف الجوية والموسمية.
لقد عدّل الغلاف الحيوي للأرض تكوين الغلاف الجوي بشكل كبير. أدى ظهور عملية التمثيل الضوئي الأكسجيني بحوالي 2.7 غيا إلى تطور الغلاف الجوي المعاصر الغني بالنيتروجين والأكسجين. سهّل هذا التحول في الغلاف الجوي التوسع الواسع النطاق لأشكال الحياة الهوائية، وساهم بشكل غير مباشر في نشأة طبقة الأوزون من خلال التحويل اللاحق لطبقة O§56§ إلى O§910§. تلعب طبقة الأوزون دورًا حاسمًا من خلال تخفيف الإشعاع الشمسي فوق البنفسجي، وبالتالي تمكين الحياة الأرضية. تشمل الوظائف الحيوية الإضافية للغلاف الجوي التي تدعم الحياة نقل بخار الماء، وتوفير الغازات الأساسية، واجتثاث النيازك الصغيرة قبل الاصطدام بالسطح، وتنظيم درجة الحرارة. تتضمن الوظيفة الأخيرة، المعروفة باسم تأثير الاحتباس الحراري، جزيئات الغلاف الجوي النزرة التي تمتص الطاقة الحرارية المشعة من سطح الأرض، وبالتالي رفع متوسط درجة حرارة الكوكب. وتشمل الغازات الدفيئة الرئيسية في الغلاف الجوي بخار الماء وثاني أكسيد الكربون والميثان وأكسيد النيتروز والأوزون. في غياب آلية الاحتفاظ بالحرارة، سينخفض متوسط درجة حرارة سطح الأرض إلى -18 درجة مئوية (−0.4 درجة فهرنهايت)، وهو تناقض صارخ مع درجة الحرارة الحالية +15 درجة مئوية (59 درجة فهرنهايت)، مما يجعل وجود الحياة في شكلها الحالي غير محتمل إلى حد كبير.
الغلاف الجوي العلوي
يقع الغلاف الجوي العلوي فوق طبقة التروبوسفير، وينقسم تقليديًا إلى طبقة الستراتوسفير، والميزوسفير، والغلاف الحراري. تعرض كل طبقة متميزة معدل انقضاء فريدًا، والذي يحدد مقدار التباين في درجة الحرارة مع زيادة الارتفاع. وبعد هذه الطبقات، يضعف الغلاف الخارجي تدريجيًا، وينتقل إلى الغلاف المغناطيسي، حيث تتفاعل المجالات المغناطيسية الأرضية مع الرياح الشمسية. تحتوي طبقة الستراتوسفير بشكل خاص على طبقة الأوزون، وهو مكون حاسم يخفف جزئيًا من الأشعة فوق البنفسجية التي تصل إلى سطح الأرض، وبالتالي الحفاظ على الحياة. يعد خط كارمان، الذي تم إنشاؤه على ارتفاع 100 كيلومتر (62 ميل) فوق سطح الأرض، بمثابة ترسيم عملي بين الغلاف الجوي والفضاء الخارجي.
تمنح الطاقة الحرارية سرعة كافية لجزيئات معينة في محيط الغلاف الجوي، مما يمكنها من التغلب على جاذبية الأرض والهروب إلى الفضاء. تؤدي هذه العملية إلى استنزاف تدريجي ومستمر لمكونات الغلاف الجوي. نظرًا لكتلته الجزيئية المنخفضة، يصل الهيدروجين غير المرتبط إلى سرعة الإفلات بسهولة أكبر، وبالتالي يتدفق إلى الفضاء الخارجي بمعدل أعلى مقارنة بالغازات الأخرى. يعد الهروب الخارجي للهيدروجين عاملاً مساهمًا في انتقال الغلاف الجوي للأرض وسطحها من حالة الاختزال الأولية إلى حالة الأكسدة الحالية. في حين أن عملية التمثيل الضوئي توفر مصدرًا للأكسجين الحر، فإن استنفاد عوامل الاختزال مثل الهيدروجين يعتبر شرطًا أساسيًا للتراكم الواسع للأكسجين الجوي. ولذلك، فإن قدرة الهيدروجين على الهروب من الغلاف الجوي ربما أثرت بشكل كبير على المسار التطوري للحياة على الأرض. في الغلاف الجوي المعاصر الغني بالأكسجين، يتم تحويل غالبية الهيدروجين إلى ماء قبل احتمالية خروجه. وبالتالي، فإن الآلية السائدة لفقد الهيدروجين تنبع الآن من تحلل غاز الميثان في الغلاف الجوي العلوي.
الطقس والمناخ
يفتقر الغلاف الجوي للأرض إلى حدود مميزة، وهو يضعف ويندمج تدريجيًا مع الفضاء الخارجي. ما يقرب من ثلاثة أرباع كتلة الغلاف الجوي تقع ضمن أول 11 كم (6.8 ميل) فوق السطح، وهي منطقة تسمى التروبوسفير. تعمل الطاقة الشمسية على تسخين هذه الطبقة والسطح الأساسي، مما يؤدي إلى تمدد الهواء. وبعد ذلك، يصعد هذا الهواء الأقل كثافة، ويحل محله هواء أكثر برودة وأكثر كثافة. تعمل هذه العملية الديناميكية على إنشاء دوران الغلاف الجوي، والذي، من خلال إعادة توزيع الطاقة الحرارية، يحكم أنماط الطقس والمناخ العالمي.
تتكون نطاقات الدوران الأولية في الغلاف الجوي من الرياح التجارية داخل المنطقة الاستوائية، والتي تمتد تحت خط عرض 30 درجة، والرياح الغربية في خطوط العرض الوسطى، والتي تتراوح من 30 درجة إلى 60 درجة. كما يعمل المحتوى الحراري للمحيطات وتياراتها كمحددات حاسمة للمناخ، ولا سيما الدورة الحرارية الملحية، التي تسهل توزيع الطاقة الحرارية من المحيطات الاستوائية إلى المناطق القطبية.
تتعرض الأرض لإشعاع شمسي يبلغ 1361 واط/م2. تتضاءل الطاقة الشمسية التي تصل إلى سطح الأرض مع ارتفاع خط العرض. ويحدث هذا الانخفاض لأن الإشعاع الشمسي، عند خطوط العرض المرتفعة، يضرب السطح بزوايا أكثر ميلًا، مما يستلزم عبوره عبر أعماق جوية أكبر. ونتيجة لذلك، يظهر متوسط درجة حرارة الهواء السنوي عند مستوى سطح البحر انخفاضًا بنحو 0.4 درجة مئوية (0.7 درجة فهرنهايت) لكل درجة من خطوط العرض تتحرك بعيدًا عن خط الاستواء. يمكن تحديد سطح الأرض إلى مناطق عرضية متميزة تتميز بظروف مناخية موحدة نسبيًا. تشمل هذه المناطق، التي تتقدم من خط الاستواء نحو القطبين، مناخات استوائية (أو استوائية)، وشبه استوائية، ومعتدلة، وقطبية.
وتشمل المحددات الإضافية التي تؤثر على مناخ الموقع القرب المحيطي، وأنماط الدوران المحيطي والجوي، والسمات الطبوغرافية. تشهد المناطق المتاخمة للمحيطات عمومًا فصول صيف أكثر برودة وشتاء أكثر اعتدالًا، ويعزى ذلك إلى القدرة الكبيرة على تخزين الحرارة في الأجسام المحيطية. تسهل أنماط الرياح التصاق الطاقة الحرارية المحيطية (الدفء والبرودة) إلى المناطق الأرضية. ويمارس دوران الغلاف الجوي أيضًا تأثيرًا كبيرًا؛ على سبيل المثال، على الرغم من كون سان فرانسيسكو وواشنطن العاصمة مدينتين ساحليتين تقعان على خطوط عرض مماثلة، فإن مناخ سان فرانسيسكو أكثر اعتدالًا إلى حد كبير بسبب اتجاه الرياح البرية السائدة. وأخيرًا، توجد علاقة عكسية بين درجة الحرارة والارتفاع، مما يؤدي إلى إظهار المناطق الجبلية درجات حرارة أقل مقارنة بنظيراتها ذات الارتفاعات المنخفضة.
تسهل أنماط الدورة الدموية في الغلاف الجوي نقل بخار الماء، الذي ينشأ من التبخر السطحي. وفي الظروف الجوية المناسبة، يؤدي صعود الهواء الدافئ الرطب إلى تكثيف هذا البخار، ثم عودته إلى السطح على شكل أمطار. وبعد ذلك، يتم نقل غالبية هذه المياه إلى ارتفاعات منخفضة عبر الأنظمة النهرية، وعادة ما تنضم إلى المحيطات أو تتراكم في البحيرات. تشكل هذه الدورة الهيدرولوجية آلية أساسية لاستدامة الحياة الأرضية وتمثل عاملاً رئيسياً في التآكل الجيومورفولوجي للمعالم السطحية عبر الجداول الزمنية الجيولوجية. وتظهر أنظمة هطول الأمطار تقلبات كبيرة، تتراوح من عدة أمتار سنويا إلى أقل من ملليمتر. يتم تحديد متوسط هطول الأمطار الإقليمي من خلال دوران الغلاف الجوي، والخصائص الطبوغرافية، والتدرجات الحرارية.
يصنف نظام تصنيف مناخ كوبن المعتمد على نطاق واسع المناخات إلى خمس مجموعات رئيسية - المناطق الاستوائية الرطبة، والقاحلة، وخطوط العرض المتوسطة الرطبة، والقارية، والقطبية الباردة - وتنقسم كل منها لاحقًا إلى أنواع فرعية أكثر تفصيلاً. يقوم هذا النظام بتقييم المناطق بشكل أساسي على أساس بيانات درجات الحرارة وهطول الأمطار المسجلة. يمكن أن تصل درجات حرارة الهواء السطحي إلى ما يقرب من 55 درجة مئوية (131 درجة فهرنهايت) في الصحاري شديدة الجفاف، والتي تتمثل في وادي الموت، بينما تنخفض إلى -89 درجة مئوية (−128 درجة فهرنهايت) في القارة القطبية الجنوبية.
الديناميكيات المدارية والدوران
خصائص الدوران
تقيس فترة دوران الأرض بالنسبة للشمس، والتي تُعرف بمتوسط اليوم الشمسي، 86,400 ثانية من متوسط الوقت الشمسي، أي ما يعادل 86,400.0025 ثانية في النظام الدولي. بسبب تباطؤ المد والجزر، أصبح اليوم الشمسي للأرض حاليًا أطول قليلاً من نظيره في القرن التاسع عشر، حيث تظهر الأيام الفردية تباينًا يتراوح بين 0 و2 مللي ثانية بعد متوسط اليوم الشمسي.
إن فترة دوران الأرض فيما يتعلق بالنجوم الثابتة، والتي تم تحديدها على أنها يومها النجمي بواسطة الخدمة الدولية لدوران الأرض والأنظمة المرجعية (IERS)، هي 86,164.0989 ثانية من متوسط التوقيت الشمسي (UT1)، والذي يُترجم إلى 23h 56m 4.0989s. وعلى العكس من ذلك، فإن فترة دوران الأرض بالنسبة إلى متوسط الاعتدال السابق لشهر مارس (يُعرف عندما تكون الشمس عند 90 درجة على خط الاستواء) هي 86,164.0905 ثانية من متوسط التوقيت الشمسي (UT1)، أو 23h 56m 4.0905s. وبالتالي، يكون اليوم الفلكي أقصر بحوالي 8.4 مللي ثانية من اليوم النجمي.
باستثناء الشهب الجوية والأرض المنخفضة الأقمار الصناعية المدارية، فإن الحركة الظاهرة السائدة للأجرام السماوية التي يتم رصدها من سماء الأرض هي باتجاه الغرب، وتحدث بمعدل 15 درجة في الساعة، أي ما يعادل 15 دقيقة قوسية في الدقيقة. بالنسبة للأجرام السماوية الواقعة بالقرب من خط الاستواء السماوي، تتوافق هذه الحركة مع عبور القطر الظاهري للشمس أو القمر كل دقيقتين؛ ومن الجدير بالذكر أنه من سطح الأرض، فإن الأحجام الزاويّة الظاهرة للشمس والقمر متطابقة تقريبًا.
الخصائص المدارية والموضع
تحتفظ الأرض بمسافة مدارية متوسطة تبلغ حوالي 150 مليون كيلومتر (93 مليون ميل) من الشمس. ونتيجة لذلك، يتم وضع الأرض باعتبارها الكوكب الثالث من الشمس، وهو جزء لا يتجزأ من النظام الشمسي الداخلي. تعد هذه المسافة المدارية بمثابة المقياس الأساسي للوحدة الفلكية (AU)، حيث تعادل حوالي 8.3 دقيقة ضوئية أو 380 ضعف المسافة بين الأرض والقمر. تكمل الأرض دورة واحدة حول الشمس كل 365.2564 يومًا شمسيًا متوسطًا، مما يحدد السنة الفلكية. تؤدي هذه الحركة المدارية إلى تحول واضح للشمس نحو الشرق عبر سماء الأرض بمعدل درجة واحدة تقريبًا في اليوم، أي ما يعادل قطرًا شمسيًا أو قمريًا ظاهريًا كل 12 ساعة. وبالتالي، تتطلب هذه الحركة متوسط 24 ساعة - يُعرف باليوم الشمسي - حتى تكمل الأرض دورانًا محوريًا كاملاً، مما يسمح للشمس بالعودة إلى خط الزوال، وهي مدة تتجاوز قليلاً اليوم الفلكي.
تبلغ السرعة المدارية للأرض 29.7827 كم/ثانية (107.218 كم/ساعة; 66.622 ميل/ساعة)، وهي سرعة كافية لقطع مسافة تعادل يبلغ قطر الأرض حوالي 12,742 كم (7,918 ميل)، في سبع دقائق، والمسافة بين الأرض والقمر 384,400 كم (238,855 ميل)، في حوالي 3.5 ساعة. من منظور يقع فوق الشمس والقطب الشمالي للأرض، فإن مدار الأرض حول الشمس يسير في اتجاه عكس اتجاه عقارب الساعة. كما هو الحال مع جميع الكواكب الأخرى في النظام الشمسي، تدور الأرض داخل منطقة مستوية إلى حد كبير، تُعرف بالمستوى الثابت. يبلغ ميل مدار الأرض بالنسبة لهذا المستوى حوالي 1.58 درجة.
وتقع الأرض، باعتبارها جزءًا لا يتجزأ من النظام الشمسي، داخل مجرة درب التبانة، وتدور على بعد 28000 سنة ضوئية تقريبًا من مركز المجرة. يقع موقعه على ارتفاع 20 سنة ضوئية تقريبًا فوق مستوى المجرة، وتحديدًا داخل ذراع أوريون.
الميل المحوري للأرض وتأثيره على الفصول
يبلغ الميل المحوري للأرض حوالي 23.439281 درجة، ومحور دورانها، حسب التعريف، موجه باستمرار نحو القطبين السماويين بالنسبة لمستوى مدارها. يؤدي هذا الميل المحوري إلى توزيع متغير للتشمس الشمسي عبر سطح الأرض طوال الدورة السنوية. وبالتالي، فإن هذه الظاهرة تؤدي إلى تحولات مناخية موسمية؛ يتزامن الصيف في نصف الكرة الشمالي مع تعرض مدار السرطان للشمس بشكل مباشر، بينما يحدث الصيف في نصف الكرة الجنوبي عندما يكون مدار الجدي في اتجاه مماثل. وعلى العكس من ذلك، يسود الشتاء في نفس الوقت في نصف الكرة الأرضية المقابل خلال هذه الفترات.
خلال أشهر الصيف، تطول ساعات النهار، وتصل الشمس إلى ارتفاع ظاهري أعلى في السماء. وعلى العكس من ذلك، يتميز فصل الشتاء بدرجات حرارة أكثر برودة وتناقص فترات ضوء النهار. تشهد المناطق الواقعة خارج الدائرة القطبية الشمالية والقطب الجنوبي فترات من الغياب التام لضوء النهار، تُعرف باسم الليل القطبي، والتي يمكن أن تستمر لعدة أشهر في القطبين الجغرافيين. على العكس من ذلك، تُظهر خطوط العرض المتطابقة هذه أيضًا ظاهرة شمس منتصف الليل، والتي تظل خلالها الشمس مرئية بشكل مستمر طوال فترة 24 ساعة.
تُحدد الاتفاقية الفلكية الفصول الأربعة بناءً على الانقلابات - النقاط المدارية التي تمثل أقصى ميل محوري نحو الشمس أو بعيدًا عنها - والاعتدالات، عندما يصطف محور دوران الأرض بشكل عمودي مع محورها المداري. في نصف الكرة الشمالي، يحدث الانقلاب الشتوي عادةً في 21 ديسمبر تقريبًا، والانقلاب الصيفي في 21 يونيو تقريبًا، والاعتدال الربيعي في 20 مارس تقريبًا، والاعتدال الخريفي في 22 أو 23 سبتمبر تقريبًا. على العكس من ذلك، في نصف الكرة الجنوبي، يكون هذا التقويم الموسمي مقلوبًا، حيث يحدث الانقلابان الصيفي والشتوي، والاعتدالان الربيعي والخريفي في تواريخ متبادلة.
على الرغم من استقرارها بشكل عام على فترات زمنية جيولوجية ممتدة، إلا أن زاوية الميل المحوري للأرض تظهر تقلبات طفيفة. على وجه التحديد، يعاني ميله المحوري من التمايل، والذي يتميز بأنه تذبذب دقيق وغير منتظم مع فترة أولية تبلغ 18.6 عامًا. علاوة على ذلك، فإن اتجاه محور دوران الأرض، المتميز عن زاويته، يخضع لحركة تقدمية، مكملاً دورة كاملة كل 25800 عام تقريبًا؛ هذه المبادرة تفسر التفاوت بين السنة الفلكية والسنة الاستوائية. هذه الحركات المذكورة أعلاه ناجمة في المقام الأول عن قوى الجاذبية التفاضلية التي تمارسها الشمس والقمر على انتفاخ الأرض الاستوائي. بالإضافة إلى ذلك، يُظهر القطبان الجغرافيان هجرة لعدة أمتار عبر سطح الأرض. تشتمل هذه الحركة القطبية على مكونات دورية متعددة، تُسمى مجتمعة بالحركة شبه الدورية. بالإضافة إلى المكون السنوي، تتضمن هذه الحركة دورة مميزة مدتها 14 شهرًا تُعرف باسم تمايل تشاندلر. كما تتقلب سرعة دوران الأرض أيضًا، وهي ظاهرة تسمى تباين طول اليوم.
إن المسار المداري للأرض ليس دائريًا تمامًا ولكنه بيضاوي الشكل قليلاً، وتسمى النقطة الأقرب للشمس بالحضيض الشمسي. حاليًا، تصل الأرض إلى الحضيض الشمسي في الثالث من يناير تقريبًا، والأوج، وهو أبعد نقطة لها، في الرابع من يوليو تقريبًا. تخضع هذه التواريخ المحددة للتغير الزمني، متأثرة بالمبادرة المدارية والتعديلات المدارية الأخرى، والتي تلتزم بأنماط دورية يمكن التنبؤ بها يشار إليها بدورات ميلانكوفيتش. يؤدي التقلب السنوي في المسافة بين الأرض والشمس إلى زيادة تقريبية بنسبة 6.8% في الإشعاع الشمسي الذي تتلقاه الأرض عند الحضيض مقارنة بالأوج. بالتزامن مع أقرب نقطة للأرض من الشمس، يؤدي الميل المحوري لنصف الكرة الجنوبي نحو الشمس إلى تلقيه طاقة شمسية أكبر بشكل هامشي سنويًا من نصف الكرة الشمالي. ومع ذلك، فإن هذا التأثير على وجه التحديد أقل تأثيرًا بكثير من تباين الطاقة الإجمالي الذي يعزى إلى الميل المحوري، حيث يتم استيعاب غالبية الطاقة الفائضة في نصف الكرة الجنوبي من خلال التغطية المحيطية الأكبر.
مجال الجاذبية الأرضية وتأثيرها
مجال الجاذبية الأرضية
تتجلى قوة الجاذبية الأرضية في التسارع الذي يحدث للأجسام، الناتج عن توزيع الكتلة الداخلية للكوكب. على سطح الأرض، يبلغ تسارع الجاذبية التقريبي 9.8 م/ث2 (32 قدمًا/ث2). تؤدي الاختلافات في التضاريس والتركيب الجيولوجي والهياكل التكتونية الجوفية إلى حدوث تباينات إقليمية محلية وواسعة النطاق داخل مجال الجاذبية الأرضية، والتي تسمى شذوذ الجاذبية. تمتد كرة تل الأرض، والمعروفة أيضًا باسم مجال تأثير الجاذبية، إلى نصف قطر تقريبي يبلغ 1.5 مليون كيلومتر (930.000 ميل). تحدد هذه الحدود النطاق الأقصى الذي تهيمن فيه جاذبية الأرض على جاذبية الشمس الأبعد والأجرام الكوكبية الأخرى. وبالتالي، يجب أن تحافظ الأجسام على مداراتها ضمن نصف القطر هذا؛ وإلا فإنها معرضة لخطر الإزاحة بسبب اضطرابات جاذبية الشمس.
القمر الطبيعي للأرض: القمر
يُصنف القمر على أنه قمر طبيعي كبير نسبيًا، أرضي، يشبه الكوكب، ويبلغ قطره حوالي ربع قطر الأرض. ويتميز بكونه أكبر قمر في النظام الشمسي بالنسبة لحجم الكوكب المضيف له، على الرغم من أن شارون يظهر حجمًا أكبر نسبيًا من الكوكب القزم بلوتو. باتباع مثال الأرض، فإن الأقمار الصناعية الطبيعية التي تدور حول كواكب أخرى تُعرف أيضًا باسم "الأقمار". يدور القمر والأرض حول مركز باري مشترك خلال فترة فلكية مدتها 27.32 يومًا، كما تم قياسها مقابل نجوم الخلفية. بالنظر إلى المدار الجماعي لنظام الأرض والقمر حول الشمس، فإن مدة الشهر القمري، الممتد من قمر جديد إلى آخر، هي 29.53 يومًا.
من منظور القطب الشمالي السماوي، لوحظ أن الحركة المدارية للأرض والقمر، جنبًا إلى جنب مع دوراتهما المحورية، تكون بشكل موحد عكس اتجاه عقارب الساعة. كما لوحظ من الأرض، فإن مسافة القمر على وجه التحديد تجعل حجم قرصه الظاهري يقترب بشكل كبير من حجم قرص الشمس. هذا التطابق في الحجم الزاوي (أو الزاوية الصلبة) بين الجرمين السماويين ينشأ من أن قطر الشمس أكبر بحوالي 400 مرة من قطر القمر، بينما يكون في نفس الوقت أبعد بـ 400 مرة. تسهل هذه المحاذاة الفريدة حدوث كسوف الشمس الكلي والحلقي على الأرض. المستويات المدارية ليست مستوية تمامًا؛ على وجه التحديد، يميل المستوى المداري للأرض والقمر بما يصل إلى ±5.1 درجة مقارنة بمستوى الأرض والشمس، المعروف باسم مسير الشمس. وفي غياب هذا الميل، سيحدث الخسوف كل أسبوعين، بالتناوب بين الأحداث القمرية والشمسية.
إن تفاعل الجاذبية بين الأرض والقمر مسؤول عن توليد المد والجزر القمرية على الأرض. وقد أدى تأثير الجاذبية المتطابق على القمر إلى قفل المد والجزر، مما يعني أن فترة دورانه تتطابق تمامًا مع الفترة المدارية حول الأرض. ونتيجة لذلك، يمثل القمر دائمًا نصفًا متطابقًا من الكرة الأرضية تجاه الأرض. خلال مداره حول الأرض، تضيء الشمس أجزاء مختلفة من سطح القمر، مما يؤدي إلى ظهور المراحل القمرية التي يمكن ملاحظتها. بسبب تفاعل المد والجزر المستمر، يبتعد القمر تدريجيًا عن الأرض بمعدل تقريبي 38 ملم/أ (1+§34§⁄§56§ في/سنة). على مدى فترات زمنية جيولوجية تمتد لملايين السنين، تتراكم هذه التغييرات الدقيقة، مقترنة بإطالة يوم الأرض بحوالي 23 ميكروثانية/سنة، في تغيرات تطورية كبيرة. على سبيل المثال، خلال فترة العصر الإدياكاري (620 مليون سنة تقريبًا)، كانت السنة تتألف من 400±7 أيام، ويمتد كل يوم لمدة 21.9±0.4 ساعة.
من المفترض أن القمر أثر بشكل كبير في تطور الحياة على الأرض من خلال دوره في تعديل مناخ الكوكب. تشير كل من الأدلة الحفرية وعمليات المحاكاة الحسابية إلى أن الميل المحوري للأرض يتم الحفاظ عليه في تكوين مستقر من خلال تفاعلات المد والجزر مع القمر. تقترح بعض وجهات النظر النظرية أنه في غياب هذا التأثير المثبت ضد عزم الدوران الذي تمارسه الشمس والكواكب الأخرى على الانتفاخ الاستوائي للأرض، يمكن أن يظهر محور دوران الكوكب عدم استقرار فوضوي، ويخضع لتحولات كبيرة على مدى ملايين السنين، وهي ظاهرة لوحظت على المريخ؛ إلا أن هذه الفرضية تظل موضع نقاش.
تفترض الفرضية السائدة فيما يتعلق بنشأة القمر، نظرية الاصطدام العملاق، أن تكوينه كان من خلال اصطدام بين كوكب أولي بحجم المريخ يُدعى ثيا والأرض المبكرة. تفسر هذه النظرية ندرة القمر النسبية للحديد والمكونات المتطايرة، إلى جانب التشابه التركيبي مع قشرة الأرض. تشير النماذج الحسابية إلى احتمال وجود بقايا كبيرة من هذا الكوكب الأولي داخل باطن الأرض.
الكويكبات والأقمار الصناعية
يتكون عدد الكويكبات التي تدور حول الأرض من شبه أقمار صناعية، ومدارات على شكل حدوة حصان، وكويكبات طروادة. تم تحديد سبعة أقمار صناعية على الأقل، بما في ذلك 469219 Kamoʻoalewa، بأقطار تتراوح من 10 أمتار إلى 5000 متر. يُظهر كويكب طروادة، وتحديدًا 2010 TK7، تذبذبًا حول نقطة لاغرانج الرئيسية (L4) داخل المدار الشمسي للأرض. يقوم الكويكب الصغير القريب من الأرض 2006 RH120 بمواجهات قريبة مع نظام الأرض والقمر كل عقدين تقريبًا. خلال هذا القرب، يكون قادرًا على الدخول مؤقتًا إلى مدار الأرض.
اعتبارًا من سبتمبر 2021، كان هناك 4550 قمرًا صناعيًا عاملاً يدور حول الأرض. بالإضافة إلى ذلك، توجد العديد من الأقمار الصناعية غير العاملة، ولا سيما فانجارد 1، الذي يظل أقدم قمر صناعي في المدار، إلى جانب أكثر من 16000 جزء من الحطام الفضائي المتعقب. تشكل محطة الفضاء الدولية (ISS) أهم قمر صناعي على الأرض.
الحياة على الأرض
تمثل الأرض الجسم السماوي الوحيد المعروف حاليًا بأنه يمتلك حياة مستدامة. نشأت الحياة الأرضية في البيئات المائية البدائية بعد حوالي 100 مليون سنة من تكوين الأرض، أي منذ حوالي 4 مليارات سنة. يوفر الكوكب الماء السائل، وهو وسيلة أساسية لتجميع وتفاعل الجزيئات العضوية المعقدة، إلى جانب الطاقة الكافية لدعم عمليات التمثيل الغذائي. تستوعب النباتات والكائنات الحية الأخرى العناصر الغذائية من الخزانات المائية والإيدافية والغلاف الجوي. تخضع هذه العناصر الغذائية الحيوية لعملية إعادة تدوير مستمرة بين الأنواع المتنوعة.
لقد شكلت الحياة الأرضية العديد من النظم البيئية المتميزة وسكنتها، وتوسعت عالميًا في نهاية المطاف لتشكل محيطًا حيويًا شاملاً. على مدى الفترات الزمنية الجيولوجية، شهدت الحياة على الأرض تنوعًا واسع النطاق، مما أدى إلى تكوين مناطق أحيائية مختلفة تتميز بنباتات وحيوانات متماثلة نسبيًا. ظهرت هذه المناطق الأحيائية المتنوعة عبر ارتفاعات متميزة، وأعماق مائية، ومناطق درجة حرارة الكواكب، وتدرجات الرطوبة الأرضية. يتم ملاحظة ذروة تنوع الأنواع والكتلة الحيوية على الأرض في البيئات المائية الضحلة ومناطق الغابات، خاصة في ظل الظروف المناخية الاستوائية والدافئة والرطبة. على العكس من ذلك، تُظهر المناطق القطبية المتجمدة والارتفاعات المرتفعة والمناطق شديدة الجفاف ندرة نسبية في الحياة النباتية والحيوانية.
وبالتالي، أثرت العمليات البيولوجية بشكل عميق على الأرض، مما أدى إلى تعديل غلافها الجوي وسطحها بشكل كبير على مدى العصور الجيولوجية الممتدة، مما عجل بأحداث مثل حدث الأكسدة العظيم. علاوة على ذلك، كان للأنشطة البشرية تأثيرات كبيرة على الأرض وكائناتها الحية ومسارها التطوري.
أصل الحياة والتطور
منذ ما يقرب من أربعة مليارات سنة، بلغت التفاعلات الكيميائية ذروتها في ظهور الجزيئات الافتتاحية ذاتية التكاثر. وبعد ذلك، بعد حوالي 500 مليون سنة، ظهر آخر سلف مشترك عالمي (LUCA) لجميع أشكال الحياة الموجودة. لقد مكّن تطور عملية التمثيل الضوئي الكائنات الحية من تسخير الطاقة الشمسية بشكل مباشر. سهّل تراكم الأكسجين الجزيئي (O2) في الغلاف الجوي، من خلال التفاعل مع الإشعاع الشمسي فوق البنفسجي، تكوين طبقة الأوزون الواقية (O§56§) في طبقات الغلاف الجوي العلوي. أدى الدمج التكافلي الداخلي للخلايا الأصغر في الخلايا الأكبر إلى تطور خلايا حقيقية النواة المعقدة. نشأت الكائنات الحية متعددة الخلايا الحقيقية عندما خضعت الخلايا داخل الهياكل الاستعمارية للتخصص التدريجي. مع تخفيف الأشعة فوق البنفسجية الضارة بواسطة طبقة الأوزون، استعمرت الحياة لاحقًا سطح الأرض. تشمل الأدلة الحفرية المبكرة للحياة حفريات الحصيرة الميكروبية المكتشفة في الحجر الرملي البالغ عمرها 3.48 مليار عام في غرب أستراليا، والجرافيت الحيوي الذي تم تحديده في صخور رسوبية عمرها 3.7 مليار عام في غرب جرينلاند، وبقايا المواد الحيوية المكتشفة من صخور عمرها 4.1 مليار عام، أيضًا في غرب أستراليا. تم الحفاظ على أقدم دليل مباشر على الحياة الأرضية ضمن التكوينات الجيولوجية الأسترالية التي يبلغ عمرها 3.45 مليار عام، والتي تظهر على شكل كائنات دقيقة متحجرة.
خلال عصر الطلائع الحديثة، والذي امتد من 1000 إلى 539 مليون، ربما كان جزء كبير من سطح الأرض مغلفًا بالجليد. تحمل هذه الفرضية الجيولوجية، المعروفة باسم "كرة الأرض الثلجية"، اهتمامًا علميًا كبيرًا نظرًا لقربها الزمني من الانفجار الكامبري، وهو عصر يتميز بزيادة هائلة في تعقيد أشكال الحياة متعددة الخلايا. في أعقاب الانفجار الكامبري، منذ حوالي 535 مليون سنة مضت، شهدت الأرض ما لا يقل عن خمسة أحداث انقراض جماعي كبرى، إلى جانب العديد من الأحداث الصغيرة. باستثناء حدث انقراض الهولوسين المستمر المفترض، حدث الانقراض الرئيسي الأحدث منذ 66 مليون سنة مضت، وقد عجل به اصطدام كويكب بإبادة الديناصورات غير الطيور وغيرها من أنواع الزواحف الكبيرة، مع الحفاظ إلى حد كبير على الحيوانات الأصغر بما في ذلك الحشرات والثدييات والسحالي وأنواع الطيور. على مدى 66 مليون سنة الماضية، شهدت حياة الثدييات تنوعًا واسع النطاق، وقبل عدة ملايين من السنين، طورت أنواع القردة الأفريقية القدرة على الحركة على قدمين. سهّل هذا التكيف التطوري تطوير استخدام الأدوات وتعزيز التواصل، والذي بدوره قدم التحفيز الغذائي والمعرفي اللازم لتكوين الدماغ، مما أدى في النهاية إلى تطور الإنسان العاقل. إن الظهور اللاحق للزراعة وصعود الحضارة قد منح البشرية تأثيرًا عميقًا ودائمًا على النظم البيئية للأرض والتنوع البيولوجي لأشكال الحياة فيها.
التحديات البيئية التي تؤثر على الحياة الأرضية
تظهر ظواهر الأرصاد الجوية المتطرفة، بما في ذلك الأعاصير المدارية، في معظم أنحاء سطح الأرض، مما يؤدي إلى تأثيرات كبيرة على الكائنات الحية داخل المناطق المتضررة. بين عامي 1980 و2000، كانت هذه الأحداث مسؤولة عن ما متوسطه 11800 حالة وفاة بشرية سنويًا. العديد من المناطق الجغرافية معرضة للمخاطر الجيولوجية والجوية مثل الزلازل والانهيارات الأرضية وأمواج تسونامي والانفجارات البركانية والأعاصير والعواصف الثلجية والفيضانات والجفاف وحرائق الغابات. وتتجلى التأثيرات البشرية في مختلف المجالات، الناجمة عن تلوث الغلاف الجوي والمائي، والأمطار الحمضية، وفقدان الغطاء النباتي (الذي يعزى إلى الرعي الجائر، وإزالة الغابات، والتصحر)، واستنزاف الحياة البرية، وانقراض الأنواع، وعمليات تدهور التربة، واستنفادها، وتآكلها. علاوة على ذلك، تساهم الأنشطة البشرية في ظاهرة الاحتباس الحراري من خلال انبعاث الغازات الدفيئة إلى الغلاف الجوي. تعمل هذه الظاهرة على التعجيل بالتغيرات اللاحقة، بما في ذلك ذوبان الأنهار الجليدية والصفائح الجليدية، والارتفاع العالمي في متوسط مستويات سطح البحر، وتضخم خطر الجفاف وحرائق الغابات، وهجرة الأنواع نحو القطب.
تفاعل الإنسانية مع الأرض
الجغرافيا البشرية
نشأت المجموعات البشرية من أسلاف الرئيسيات في شرق أفريقيا منذ ما يقرب من 300000 سنة، ثم توزعت بعد ذلك في جميع أنحاء العالم، واستقرت تدريجيًا في البيئات الأرضية بعد ظهور الزراعة في الألفية العاشرة قبل الميلاد. خلال القرن العشرين، كانت القارة القطبية الجنوبية تمثل القارة الأخيرة التي تخضع للاستكشاف البشري والاستيطان المحدود. بدءًا من القرن التاسع عشر، شهد عدد سكان العالم نموًا هائلًا، حيث وصل إلى ثمانية مليارات بحلول عشرينيات القرن الحادي والعشرين، مع توقعات تشير إلى ذروة تبلغ حوالي عشرة مليارات نسمة خلال النصف الأخير من القرن الحادي والعشرين. ومن المتوقع أن تحدث نسبة كبيرة من هذا التوسع الديموغرافي داخل منطقة أفريقيا جنوب الصحراء الكبرى.
يُظهر التوزيع العالمي والكثافة السكانية البشرية تباينًا كبيرًا، حيث يقيم أغلبهم في جنوب وشرق آسيا، ويعيش حوالي 90% منهم في نصف الكرة الشمالي للأرض. ويعزى هذا التركيز في نصف الكرة الأرضية جزئياً إلى النسبة الأكبر من مساحة اليابسة الواقعة في نصف الكرة الشمالي، والتي تمثل 68% من إجمالي مساحة العالم. علاوة على ذلك، منذ القرن التاسع عشر، كان هناك اتجاه متسارع للهجرة البشرية نحو المراكز الحضرية، مما أدى إلى إقامة غالبية سكان العالم في المناطق الحضرية بحلول القرن الحادي والعشرين.
بعيدًا عن سطح الأرض، اقتصر السكن البشري على عدد محدود من المنشآت المتخصصة في أعماق الأرض وتحت الماء، بالإضافة إلى العديد من المحطات الفضائية المدارية. تبقى الغالبية العظمى من السكان حصريًا على سطح الأرض، وتعتمد بشكل كامل على الكوكب والظروف البيئية التي يوفرها. منذ النصف الأخير من القرن العشرين، أقام عدة مئات من الأفراد مؤقتًا خارج الأرض، مع وصول نسبة ضئيلة منهم إلى جرم سماوي آخر، وتحديدًا القمر.
خضعت الأرض لاستيطان بشري واسع النطاق، مما أدى إلى تطور مجتمعات وثقافات متنوعة. منذ القرن التاسع عشر، طالبت دول ذات سيادة بأغلبية مساحة اليابسة على الأرض، وتم ترسيمها بحدود سياسية. حاليًا، توجد 205 دولة من هذا القبيل، مع بقاء أجزاء فقط من القارة القطبية الجنوبية وبعض المناطق الصغيرة غير مطالب بها. بشكل جماعي، تشكل معظم هذه الدول الأمم المتحدة، وهي المنظمة الحكومية الدولية الأولى على مستوى العالم، والتي تمارس الحكم البشري على الأراضي المحيطية والقارة القطبية الجنوبية، وبالتالي تشمل الأرض بأكملها.
الموارد الطبيعية واستخدام الأراضي
تمتلك الأرض موارد استغلها البشر. تتجدد الموارد غير المتجددة، بما في ذلك الوقود الأحفوري، حصريًا على فترات زمنية جيولوجية. يتم استخراج احتياطيات كبيرة من الوقود الأحفوري، بما في ذلك الفحم والنفط والغاز الطبيعي، من القشرة الأرضية. تعمل هذه الاحتياطيات كمصدر رئيسي لتوليد الطاقة والمواد الأولية الكيميائية في الصناعات البشرية. علاوة على ذلك، تطورت أجسام الخام المعدنية داخل القشرة عبر نشأة الخام، وهي عملية مدفوعة بالصهارة والتآكل وتكتونية الصفائح. يؤدي استخراج هذه المعادن والعناصر الأخرى من خلال التعدين في كثير من الأحيان إلى عواقب بيئية وصحية ضارة.
ينتج المحيط الحيوي للأرض العديد من المنتجات البيولوجية القيمة للاستخدام البشري، مثل الغذاء والأخشاب والأدوية والأكسجين وتحلل النفايات العضوية. تعتمد النظم البيئية البرية على التربة السطحية والمياه العذبة، في حين أن النظم البيئية البحرية مستدامة من خلال العناصر الغذائية الذائبة المنقولة من الأرض. اعتبارًا من عام 2019، شكلت الغابات والأراضي الحرجية 39 مليون كيلومتر مربع2 (15 مليون ميل مربع) من سطح اليابسة على الأرض، وتغطي الشجيرات والمراعي 12 مليون كيلومتر مربع2 (4.6 مليون ميل مربع). تم تخصيص 40 مليون كيلومتر مربع إضافية (15 مليون ميل مربع) لإنتاج الأعلاف الحيوانية والرعي، وتمت زراعة 11 مليون كيلومتر مربع (4.2 مليون ميل مربع) كأراضي زراعية. وفي عام 2015، تم تطبيق الري على نقطتين مئويتين من 12-14% من الأراضي الخالية من الجليد المخصصة للأراضي الزراعية. تستخدم المجتمعات البشرية مواد البناء الطبيعية والمهندسة لبناء المساكن والبنية التحتية.
التأثير البيئي
لقد أثرت الأنشطة البشرية بشكل كبير على بيئات الأرض. وقد أدى حرق الوقود الأحفوري، من بين أنشطة أخرى، إلى تصاعد تركيزات غازات الدفيئة في الغلاف الجوي، وبالتالي تعديل توازن طاقة الأرض والمناخ. تشير التقديرات إلى أن درجات الحرارة العالمية في عام 2020 تجاوزت خط الأساس لما قبل الصناعة بمقدار 1.2 درجة مئوية (2.2 درجة فهرنهايت). هذا الارتفاع في درجة الحرارة، والذي يشار إليه عادةً باسم الاحتباس الحراري، كان متورطًا في تراجع الأنهار الجليدية، وارتفاع مستوى سطح البحر، وتضخم خطر الجفاف وحرائق الغابات، وهجرة الأنواع نحو القطب.
تم إنشاء إطار حدود الكواكب لتقييم مدى التأثير البشري على الأرض بشكل كمي. من بين الحدود التسعة المرسومة، تم تجاوز خمسة حدود: سلامة المحيط الحيوي، وتغير المناخ، والتلوث الكيميائي، وتدهور الموائل البرية، ويعتقد أن دورة النيتروجين قد تجاوزت حدود التشغيل الآمنة. بحلول عام 2018، لم تتم ملاحظة أي دولة تلبي المتطلبات الأساسية لسكانها دون تجاوز حدود الكوكب. ومع ذلك، فمن المفترض أن جميع الاحتياجات المادية الأساسية يمكن تلبيتها عالميًا ضمن معايير استهلاك الموارد المستدامة.
منظورات ثقافية وتاريخية
عبر الثقافات البشرية، ظهرت مفاهيم متنوعة للكوكب. تشتمل الرموز الفلكية التقليدية للأرض على دائرة مقسمة إلى أرباع، ترمز إلى الاتجاهات الأساسية الأربعة للعالم، وكرة كروية. يتم تجسيم الأرض أحيانًا على أنها كيان إلهي. في العديد من الثقافات، يتم تبجيلها باعتبارها الإلهة الأم، وغالبًا ما تكون بمثابة الإله الرئيسي للخصوبة. تصف روايات الخلق في العديد من التقاليد الدينية تكوين الأرض بواسطة إله خارق للطبيعة أو آلهة. تفترض فرضية غايا، التي صيغت في منتصف القرن العشرين، أن بيئات الأرض والكائنات الحية فيها تعمل ككائن فردي ذاتي التنظيم، وبالتالي تعزز الاستقرار الواسع النطاق للظروف التي تؤدي إلى الصالحية للسكن.
من المعروف أن الصور المدارية للأرض، وخاصة تلك التي تم الحصول عليها خلال برنامج أبولو، قد أحدثت تحولًا عميقًا في التصورات البشرية عن كوكبهم الأصلي، وهي ظاهرة تسمى "تأثير النظرة العامة"، والتي سلطت الضوء على جاذبيتها الجمالية، وتميزها، وضعفها الملحوظ. وعلى وجه التحديد، عزز هذا المنظور الوعي بالتداعيات الواسعة للمساعي البشرية على النظم البيئية للأرض. بدأت البشرية، بفضل التقدم العلمي، لا سيما تقنيات مراقبة الأرض، في مواجهة التحديات البيئية العالمية، مع الاعتراف بالتأثيرات البشرية والترابط الجوهري لبيئات الأرض المتنوعة.
لقد عجل البحث العلمي بالعديد من التحولات النموذجية ذات الأهمية الثقافية في الفهم البشري للكوكب. أدى الاعتقاد الأولي بالأرض المسطحة تدريجيًا إلى ظهور مفهوم الأرض الكروية في اليونان القديمة، وهي فكرة تنسب إلى فلاسفة مثل فيثاغورس وبارمينيدس. لعدة قرون، كان يُنظر إلى الأرض على نطاق واسع على أنها مركز مركزية الأرض للكون حتى القرن السادس عشر، عندما أثبت الإجماع العلمي لأول مرة مكانتها كجرم سماوي متحرك، وتحديدًا أحد الكواكب داخل النظام الشمسي.
تطور فهم العصور القديمة للأرض بشكل ملحوظ في القرن التاسع عشر، عندما أدرك الجيولوجيون لأول مرة أن عمر الأرض يقع في حدود عدة ملايين من السنين. طبق اللورد كلفن، في عام 1864، مبادئ الديناميكا الحرارية لتقدير عمر الأرض بما يتراوح بين 20 مليون و400 مليون سنة، مما أدى إلى بدء خطاب علمي كبير. ومع ذلك، ظهرت طريقة محددة للتأكد من عمر الأرض مع اكتشاف النشاط الإشعاعي والتأريخ الإشعاعي في أواخر القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين، مما أدى في النهاية إلى تحديد عمر الكوكب بمليارات السنين.
ملاحظات
- ملف تعريف الأرض من استكشاف النظام الشمسي التابع لناسا
- مرصد الأرض التابع لناسا
- مقاطع فيديو للأرض من محطة الفضاء الدولية:
- فيديو (01:02) – الأرض (فاصل زمني)
- الفيديو (00:27) – الأرض والشفق القطبي (فاصل زمني)
- Google Earth: خريطة تفاعلية ثلاثية الأبعاد
- تصور تفاعلي ثلاثي الأبعاد لنظام الشمس والأرض والقمر
- بوابة GPlates، جامعة سيدني