La Tierra, el tercer planeta desde el Sol, es el único cuerpo astronómico que se sabe actualmente que sustenta vida. Esta característica única se atribuye al estatus de la Tierra como mundo oceánico, siendo el único planeta del Sistema Solar que mantiene agua superficial líquida. La gran mayoría del agua de la Tierra se encuentra dentro de su océano global, que abarca el 70,8% de la corteza del planeta. El 29,2% restante de la corteza constituye tierra, principalmente organizada en masas continentales situadas dentro del hemisferio terrestre de la Tierra. Una porción significativa de la superficie terrestre de la Tierra se caracteriza por la humedad y la vegetación, mientras que las extensas capas de hielo en las regiones polares contienen un mayor volumen de agua que el total combinado de las aguas subterráneas, los lagos, los ríos y el agua atmosférica de la Tierra. La corteza terrestre está compuesta de placas tectónicas que se desplazan lentamente, cuyas interacciones generan cadenas montañosas, actividad volcánica y eventos sísmicos. Además, la Tierra posee un núcleo externo líquido que produce una magnetosfera, protegiendo eficazmente al planeta de la mayoría de los vientos solares dañinos y la radiación cósmica.
LaTierra es el tercer planeta desde el Sol y el único objeto astronómico conocido que alberga vida. Esto es posible porque la Tierra es un mundo oceánico, el único en el Sistema Solar que sostiene agua superficial líquida. Casi toda el agua de la Tierra está contenida en su océano global, que cubre el 70,8% de la corteza terrestre. El 29,2% restante de la corteza terrestre es tierra, la mayor parte de la cual se encuentra en forma de masas continentales dentro del hemisferio terrestre de la Tierra. La mayor parte de la tierra de la Tierra es al menos algo húmeda y está cubierta de vegetación, mientras que las grandes capas de hielo en los desiertos polares de la Tierra retienen más agua que el agua subterránea, los lagos, los ríos y el agua atmosférica de la Tierra combinados. La corteza terrestre está formada por placas tectónicas que se mueven lentamente, que interactúan para producir cadenas montañosas, volcanes y terremotos. La Tierra tiene un núcleo externo líquido que genera una magnetosfera capaz de desviar la mayoría de los vientos solares destructivos y la radiación cósmica.
La atmósfera dinámica de la Tierra mantiene las condiciones de su superficie y brinda protección contra la mayoría de los meteoroides entrantes y la radiación ultravioleta. Esta atmósfera está compuesta predominantemente de nitrógeno y oxígeno. El vapor de agua se distribuye ampliamente por toda la atmósfera, formando nubes que oscurecen una parte importante del planeta. Como gas de efecto invernadero, el vapor de agua, junto con otros gases de efecto invernadero atmosféricos, en particular el dióxido de carbono (CO2), facilita la persistencia tanto del agua superficial líquida como del vapor de agua atmosférico al atrapar la energía solar. Este mecanismo mantiene una temperatura superficial promedio de 14,76 °C (58,57 °F), lo que permite que el agua permanezca en su estado líquido bajo una presión atmosférica típica. Las variaciones en la energía solar absorbida entre regiones geográficas (por ejemplo, la región ecuatorial recibe más insolación que las regiones polares) impulsan las corrientes atmosféricas y oceánicas, generando un sistema climático global caracterizado por diversas zonas climáticas y diversos fenómenos meteorológicos, incluida la precipitación, lo que a su vez facilita el ciclo de elementos esenciales como el carbono y el nitrógeno.
La Tierra posee una forma esferoide achatada, con una circunferencia aproximada de 40.000 kilómetros (24.900 millas). Tiene la distinción de ser el planeta más denso del Sistema Solar. Entre los cuatro planetas terrestres, la Tierra es a la vez el más grande y el más masivo. Situada aproximadamente a ocho minutos luz (1 AU) del Sol, la Tierra completa una órbita a su alrededor en aproximadamente un año (aproximadamente 365,25 días). El planeta gira sobre su propio eje en algo menos de un día, concretamente unas 23 horas y 56 minutos. La inclinación del eje de rotación de la Tierra con respecto a la perpendicular de su plano orbital alrededor del Sol es responsable de la aparición de las estaciones. La Tierra está acompañada por un único satélite natural permanente, la Luna, que orbita a una distancia de 384.400 km (238.855 millas), equivalente a 1,28 segundos luz, y tiene un diámetro de aproximadamente una cuarta parte del de la Tierra. La influencia gravitacional de la Luna contribuye a la estabilización de la inclinación axial de la Tierra, genera mareas oceánicas y desacelera progresivamente la rotación de la Tierra. Por el contrario, la atracción gravitacional de la Tierra ha bloqueado la rotación de la Luna en forma de marea, lo que ha resultado en que el mismo lado cercano esté siempre frente a la Tierra.
Hace aproximadamente 4.500 millones de años, la Tierra, junto con la mayoría de los demás cuerpos celestes del Sistema Solar, se fusionó a partir de gas y polvo primordiales. La génesis de los océanos de la Tierra y el posterior surgimiento de la vida ocurrieron dentro de los primeros mil millones de años del planeta. La vida proliferó globalmente, modificando progresivamente la atmósfera y la superficie de la Tierra, culminando en el Gran Evento de Oxidación hace aproximadamente dos mil millones de años. El Homo sapiens se originó en África hace aproximadamente 300.000 años y posteriormente se dispersó por todos los continentes. La supervivencia humana depende de la biosfera y los recursos naturales de la Tierra; sin embargo, la humanidad ha ejercido progresivamente impactos significativos en el medio ambiente planetario. La influencia antropogénica contemporánea sobre el clima y la biosfera de la Tierra es insostenible y pone en peligro el bienestar humano y muchas otras formas de vida, al tiempo que precipita extinciones generalizadas.
Etimología
El término en inglés moderno Earth se originó a partir de un sustantivo en inglés antiguo, normalmente traducido como eorðe, y evolucionó hasta el inglés medio. Este término posee cognados en todas las lenguas germánicas, lo que lleva a la reconstrucción del protogermánico *erþō. Históricamente, el primer uso documentado de eorðe abarcaba los diversos significados del latín terra y del griego gē, refiriéndose a conceptos como suelo, la tierra seca, el reino humano, la superficie de la Tierra (incluidos los océanos) y el cuerpo planetario mismo. Análogo a las deidades romanas Terra (o Tellus) y el griego Gaia, la Tierra podría haber sido venerada como una diosa personificada dentro de las tradiciones paganas germánicas. En particular, la mitología nórdica posterior presenta a Jörð ('Tierra'), una giganta frecuentemente identificada como la madre de Thor.
Históricamente, el término Tierra se traducía en minúsculas. Durante la era del inglés medio temprano, el significado específico de "el globo" comenzó a transmitirse a través de la frase la tierra. Con la llegada del inglés moderno temprano, la práctica de escribir sustantivos con mayúscula se generalizó, lo que llevó a la ortografía alternativa the Earth para the Earth, especialmente cuando se menciona junto con otras entidades celestiales. En el uso contemporáneo, el nombre se presenta ocasionalmente simplemente como Tierra, estableciendo una analogía con la nomenclatura de otros planetas, aunque las minúsculas tierra y las construcciones que involucran a la Tierra persisten como formas predominantes. Las guías de estilo editorial presentan variaciones: la ortografía de Oxford reconoce que la forma en minúscula es más frecuente, aunque acepta la versión en mayúscula como una alternativa permitida. Una convención distinta exige el uso de mayúsculas Tierra cuando funciona como nombre propio, por ejemplo, en "la atmósfera de la Tierra", pero exige el uso de minúsculas cuando está precedido por el, como en "la atmósfera de la tierra". Además, casi invariablemente se escribe en minúsculas dentro de expresiones idiomáticas, como "¿qué diablos estás haciendo?"
La denominación Terra TERR-ə encuentra aplicación ocasional en el discurso científico y también se emplea en la ciencia ficción para diferenciar el planeta habitado por humanos de otros. En contextos poéticos, Tellus TELL-əs ha servido para representar la personificación de la Tierra. Además, Terra designa el planeta en determinadas lenguas romances, como el italiano y el portugués, que son descendientes directos del latín. Otras lenguas romances han derivado nombres con variaciones ortográficas menores de esta raíz, ejemplificadas por el español Tierra y el francés Terre. La interpretación latinizada Gaea (inglés: DJEE-ə) del nombre poético griego Gaia ([ɡâi̯.a] o [ɡâj.ja]) se encuentra con poca frecuencia. Sin embargo, la ortografía alternativa Gaia ha ganado prominencia, en gran parte atribuible a la hipótesis de Gaia, donde su pronunciación es típicamente GYE-ə, divergiendo de la pronunciación en inglés más convencional GAY-ə.
Se emplean varios adjetivos para describir el planeta Tierra. El término terrenal se origina directamente en Tierra. Del latín Terra, los derivados incluyen terran TERR-ən, terrestrial tərr-EHST-ree-əl y, en francés, terrene tə-REEN. En consecuencia, el latín Tellus produce los adjetivos telúrico teh-LUURR-ee-ən y telúrico.
Historia natural
Formación
El material más antiguo identificado dentro del Sistema Solar data de hace aproximadamente 4,5682+0,0002
−0,0004 Ga (mil millones de años). Hacia 4,54±0,04 Ga, la Tierra primordial ya se había fusionado. Todos los cuerpos celestes del Sistema Solar se desarrollaron y evolucionaron al mismo tiempo que el Sol. En teoría, una nebulosa solar separa un volumen de una nube molecular mediante un colapso gravitacional, iniciando posteriormente la rotación y aplanándose en un disco circunestelar. Luego, los planetas se acumulan a partir de este disco junto al Sol. Una nebulosa está compuesta de gas, granos de hielo y polvo, incluidos nucleidos primordiales. Según la teoría nebular, los planetesimales se formaron mediante acreción, y las estimaciones sugieren que el proceso de formación de la Tierra primordial probablemente duró entre 70 y 100 millones de años.
Se estima que la edad de la Luna oscila desde hace 4.500 millones de años (Ga) hasta períodos más recientes. Una hipótesis destacada postula su formación mediante la acumulación de material expulsado de la Tierra tras una colisión con un cuerpo celeste del tamaño de Marte, denominado Theia, que poseía aproximadamente el 10% de la masa de la Tierra. Este impacto fue un golpe indirecto, lo que provocó que una parte de la masa de Theia se fusionara con la Tierra. Durante el último bombardeo intenso, aproximadamente entre 4,0 y 3,8 Ga, grandes impactos de asteroides alteraron profundamente el entorno de la superficie lunar y, por extensión, las condiciones de la superficie de la Tierra.
Desarrollos posteriores a la formación
La atmósfera y los océanos de la Tierra se originaron a partir de la actividad volcánica y el proceso de desgasificación. El vapor de agua liberado de estos procesos se condensó para formar los océanos, un volumen complementado además por agua y hielo aportados por asteroides, protoplanetas y cometas. Es plausible que desde su origen existiera en la Tierra un volumen de agua suficiente para constituir los océanos. Según este modelo, los gases de efecto invernadero atmosféricos impidieron que los océanos se congelaran durante un período en el que el Sol naciente emitía sólo el 70% de su luminosidad actual. Aproximadamente en 3,5 Ga, el campo magnético de la Tierra se había establecido, desempeñando un papel crucial en la protección de la atmósfera de la erosión causada por el viento solar.
El enfriamiento de la capa exterior fundida de la Tierra condujo a la formación de la corteza sólida inicial del planeta, que se cree que tenía una composición máfica. Posteriormente, la primera corteza continental, caracterizada por una composición más félsica, se desarrolló mediante el derretimiento parcial de esta corteza máfica. La evidencia de granos de circón de edad Hadeana encontrados dentro de rocas sedimentarias del Eoarca indica la existencia de al menos algo de corteza félsica ya en 4,4 Ga, apenas 140 Ma después de la acreción planetaria de la Tierra. Dos modelos principales describen la evolución de este volumen inicial limitado de corteza continental hasta su abundancia actual: (1) un modelo que propone un crecimiento relativamente continuo hasta el presente, respaldado por la datación radiométrica global de la corteza continental, y (2) un modelo que sugiere un rápido aumento temprano en el volumen de la corteza continental durante el Eón Arcaico, formando la mayor parte de la corteza continental existente, respaldado por datos isotópicos de hafnio en circones y neodimio en rocas sedimentarias. Estos dos modelos y los datos que los respaldan pueden conciliarse postulando un reciclaje extensivo de la corteza continental, especialmente durante la historia geológica temprana de la Tierra.
La formación de una nueva corteza continental es una consecuencia de la tectónica de placas, un proceso geológico impulsado fundamentalmente por la disipación continua de calor de la estructura interna de la Tierra. A lo largo de cientos de millones de años, las fuerzas tectónicas han facilitado la agregación de bloques de la corteza continental en supercontinentes, que posteriormente se han fragmentado. Alrededor de 750 Ma, Rodinia, reconocido como uno de los primeros supercontinentes, comenzó su fragmentación. Posteriormente, las masas continentales se volvieron a ensamblar para formar Pannotia entre 600 y 540 Ma, lo que culminó con la formación de Pangea, que a su vez inició su desintegración hace aproximadamente 180 Ma.
La época más reciente de edades de hielo comenzó hace aproximadamente 40 Ma, intensificándose posteriormente durante el Pleistoceno alrededor de 3 Hace Ma. Desde entonces, las regiones de latitudes altas y medias han experimentado ciclos recurrentes de glaciación y desglaciación, que ocurren aproximadamente cada 21.000, 41.000 y 100.000 años. El Último Período Glacial, comúnmente conocido como la "última edad de hielo", envolvió porciones sustanciales de los continentes, extendiéndose hasta las latitudes medias, con capas de hielo y concluyó hace aproximadamente 11.700 años.
Perspectivas futuras
La trayectoria a largo plazo de la Tierra está intrínsecamente ligada a la evolución del Sol. En los próximos 1.100 millones de años, se prevé que la luminosidad solar aumente un 10%, aumentando hasta un 40% en los siguientes 3.500 millones de años. El aumento de la temperatura de la superficie de la Tierra intensificará el ciclo del carbono inorgánico, lo que podría disminuir las concentraciones atmosféricas de CO§910§ a niveles perjudiciales para la vida vegetal existente (10 ppm para la fotosíntesis de C§1617§) en un período de tiempo estimado de 100 a 900 millones de años. En consecuencia, la ausencia de vegetación conduciría a un agotamiento del oxígeno atmosférico, haciendo insostenible la vida animal contemporánea. Como resultado del aumento de la luminosidad solar, la temperatura promedio de la Tierra podría alcanzar los 100 °C (212 °F) en 1.500 millones de años, provocando que toda el agua oceánica se evapore y escape al espacio, iniciando potencialmente un efecto invernadero descontrolado en aproximadamente 1.600 a 3.000 millones de años. Incluso en condiciones hipotéticas de un Sol estable y eterno, una porción sustancial del agua actualmente presente en los océanos eventualmente sería subducida hacia el manto, principalmente debido a la disminución del vapor que sale de las dorsales oceánicas a medida que el núcleo de la Tierra se enfría gradualmente.
Se prevé que el Sol se convierta en una gigante roja en aproximadamente 5 mil millones de años. Los modelos astrofísicos pronostican que el Sol se expandirá aproximadamente a 1 UA (150 millones de kilómetros; 93 millones de millas), alcanzando un radio aproximadamente 250 veces su tamaño actual. El destino final de la Tierra sigue siendo incierto. Durante su fase de gigante roja, se prevé que el Sol pierda aproximadamente el 30% de su masa; en consecuencia, en ausencia de interacciones de mareas, la órbita de la Tierra se expandiría a 1,7 AU (250 millones de kilómetros; 160 millones de millas) desde el Sol cuando la estrella alcance su radio máximo. Por el contrario, si las fuerzas de marea son significativas, la Tierra podría ser engullida por la atmósfera en expansión del Sol y posteriormente vaporizada, con sus elementos constituyentes más pesados potencialmente descendiendo al núcleo de la estrella moribunda.
Propiedades masivas
Tamaño y forma
La Tierra posee una forma redondeada, mantenida por equilibrio hidrostático, con un diámetro promedio de 12.742 kilómetros (7.918 millas), lo que la posiciona como el quinto cuerpo planetario más grande y el objeto terrestre más masivo dentro del Sistema Solar.
Debido a su rotación, la Tierra asume una forma esferoide achatada, caracterizada por un abultamiento ecuatorial; en consecuencia, su diámetro ecuatorial excede su diámetro polar en 43 kilómetros (27 millas). Además, la morfología de la Tierra está marcada por variaciones topográficas localizadas. Por ejemplo, características destacadas como la Fosa de las Marianas (10.925 metros o 35.843 pies por debajo del nivel del mar local) reducen el radio promedio de la Tierra en un 0,17%, mientras que el Monte Everest (8.848 metros o 29.029 pies sobre el nivel del mar local) lo aumenta en un 0,14%. Dado que el abultamiento ecuatorial posiciona la superficie de la Tierra más alejada de su centro de masa, la cumbre del volcán Chimborazo en Ecuador (6.384,4 km o 3.967,1 millas) representa el punto más distante del planeta desde su núcleo. En contraste con la topografía terrestre relativamente rígida, las superficies oceánicas muestran un perfil topográfico más dinámico.
Para la medición precisa de variaciones topográficas localizadas en la Tierra, la geodesia utiliza un modelo planetario idealizado que define el geoide. Esta forma geoide se conceptualiza como la superficie que asumiría un océano idealizado si envolviera completamente la Tierra, sin perturbaciones dinámicas como mareas o vientos. El resultado es una superficie geoide suave pero irregular, que sirve como referencia fundamental y representa el nivel medio del mar para todas las mediciones topográficas.
Estructura interna
Al igual que otros planetas terrestres, el interior de la Tierra está estratificado en distintas capas según su composición química y características físicas (reológicas). La capa más externa comprende una corteza sólida de silicato químicamente diferenciado, que descansa sobre un manto sólido altamente viscoso. El límite entre la corteza y el manto está definido por la discontinuidad de Mohorovičić. El espesor de la corteza varía desde aproximadamente 6 kilómetros (3,7 millas) debajo de cuencas oceánicas hasta 30 a 50 kilómetros (19 a 31 millas) debajo de masas continentales. La litosfera, que abarca la corteza y la parte superior fría y rígida del manto, está fragmentada en placas tectónicas que se mueven independientemente.
Debajo de la litosfera se encuentra la astenosfera, una capa de viscosidad comparativamente baja que facilita el movimiento de las placas litosféricas. Alteraciones significativas en la estructura cristalina del manto se manifiestan a profundidades de 410 y 660 kilómetros (250 y 410 millas) debajo de la superficie, delineando una zona de transición que delimita el manto superior e inferior. Debajo del manto, un núcleo externo líquido de viscosidad extremadamente baja encierra un núcleo interno sólido. Se supone que el núcleo interno de la Tierra gira a una velocidad angular marginalmente mayor que el resto del planeta, progresando entre 0,1 y 0,5 ° anualmente, aunque se han postulado tasas de rotación tanto más altas como significativamente más bajas. Su radio constituye aproximadamente una quinta parte del radio total de la Tierra. La densidad aumenta progresivamente con la profundidad. Entre todos los cuerpos de tamaño planetario del Sistema Solar, la Tierra exhibe la densidad más alta.
Composición química
Se estima que la masa de la Tierra es aproximadamente 5,97×1024 kg (5,97 Rg). Su composición a granel incluye principalmente hierro (32,1% en masa), oxígeno (30,1%), silicio (15,1%), magnesio (13,9%), azufre (2,9%), níquel (1,8%), calcio (1,5%) y aluminio (1,4%), y el 1,2% restante comprende oligoelementos. Debido a la diferenciación gravitacional, el núcleo se compone predominantemente de elementos más densos: hierro (88,8%), junto con cantidades menores de níquel (5,8%), azufre (4,5%) y oligoelementos que constituyen menos del 1%. Los óxidos representan los constituyentes formadores de rocas más frecuentes de la corteza. Más del 99% de la corteza está formada por diversos óxidos de once elementos, predominantemente los que contienen silicio (formando minerales de silicato), aluminio, hierro, calcio, magnesio, potasio o sodio.
Calor interno
El calor interno de la Tierra se origina principalmente de dos fuentes: el calor primordial, que es energía residual de la formación del planeta, y el calor radiogénico, generado por la desintegración radiactiva. Los isótopos clave que producen calor dentro de la Tierra incluyen el potasio-40, el uranio-238 y el torio-232. El núcleo del planeta puede alcanzar temperaturas de hasta 6.000 °C (10.830 °F) y presiones de 360 GPa (52 millones de psi). Dada la importante contribución de la desintegración radiactiva a este calor, los científicos plantean la hipótesis de que la producción de calor de la Tierra fue considerablemente mayor en su historia temprana, antes del agotamiento de los isótopos con vidas medias más cortas. Hace alrededor de 3 Gyr, la generación de calor habría sido aproximadamente el doble de los niveles actuales, acelerando así la convección del manto y la tectónica de placas, y facilitando la formación de rocas ígneas raras como las komatiitas, que rara vez se observan en la actualidad.
La pérdida de calor promedio de la Tierra se mide en 87 mW/m§34§, lo que resulta en una disipación de calor global total de 4,42×1013 W. Una fracción de la energía térmica del núcleo se transporta a la corteza a través de penachos del manto, que son afloramientos convectivos de roca más caliente capaces de generar puntos calientes y basaltos de inundación. Una cantidad más sustancial del calor de la Tierra se disipa a través de la tectónica de placas, específicamente a través del afloramiento del manto vinculado a las dorsales oceánicas. El tercer mecanismo principal de pérdida de calor implica la conducción a través de la litosfera, que ocurre predominantemente debajo de las regiones oceánicas.
Campo magnético
El campo magnético primario de la Tierra se origina dentro de su núcleo, donde un proceso de dinamo transforma la energía cinética de la convección impulsada térmica y composicionalmente en energía de campo eléctrico y magnético. Este campo se propaga hacia afuera desde el núcleo, a través del manto, y se extiende hasta la superficie de la Tierra, manifestándose como un dipolo aproximado. Los polos de este dipolo están situados cerca de los polos geográficos de la Tierra. En el ecuador magnético, la intensidad del campo magnético superficial mide 3,05×10−5 T, acompañada de un momento dipolar magnético de 7,79×1022 Am§1516§ a partir de la época 2000. Esta intensidad es disminuyendo casi un 6% por siglo, aunque aún supera su promedio a largo plazo. Las corrientes convectivas dentro del núcleo son inherentemente caóticas y provocan la deriva de los polos magnéticos y su realineamiento periódico. Este fenómeno explica la variación secular del campo principal y las inversiones irregulares del campo, que ocurren en promedio varias veces cada millón de años. La última inversión de este tipo tuvo lugar hace aproximadamente 700.000 años.
La magnetosfera delinea el alcance espacial del campo magnético de la Tierra. Esta magnetosfera desvía los iones y electrones del viento solar; la presión ejercida por el viento solar comprime el lado diurno de la magnetosfera a aproximadamente 10 radios terrestres, mientras extiende su lado nocturno formando una cola alargada. Debido a que la velocidad del viento solar excede la velocidad de propagación de las ondas dentro de él, se forma un arco de choque supersónico delante de la magnetosfera del lado diurno. Las partículas cargadas están confinadas dentro de la magnetosfera; La plasmasfera comprende partículas de baja energía que trazan en gran medida líneas de campo magnético a medida que la Tierra gira. La corriente del anillo está formada por partículas de energía media que se desplazan en relación con el campo geomagnético, pero sus trayectorias siguen estando gobernadas principalmente por él. Los cinturones de radiación de Van Allen están compuestos de partículas de alta energía que exhiben un movimiento en gran medida aleatorio pero que están contenidas dentro de la magnetosfera. Durante las tormentas y subtormentas geomagnéticas, las partículas cargadas pueden desviarse de la magnetosfera exterior, en particular de la cola magnética, y canalizarse a lo largo de líneas de campo hacia la ionosfera de la Tierra, donde excitan e ionizan los átomos atmosféricos, produciendo así auroras.
Entorno de superficie
La superficie de la Tierra representa la interfaz entre la atmósfera, la Tierra sólida y sus océanos. Esta superficie abarca un área aproximada de 510 millones de km2 (197 millones de millas cuadradas). El planeta se puede segmentar geográficamente en dos hemisferios: latitudinalmente en los hemisferios polares norte y sur, o longitudinalmente en los hemisferios continentales oriental y occidental. La superficie de la Tierra sufre modificaciones continuas debido a actividades tectónicas de placas internas, como terremotos y vulcanismo; por procesos de meteorización y erosión impulsados por el hielo, el agua, el viento y las fluctuaciones de temperatura; y por mecanismos biológicos, incluido el crecimiento y la descomposición de la biomasa en el suelo.
La superficie de la Tierra está cubierta predominantemente por agua de océano, que constituye el 70,8 %, o 361 millones de km2 (139 millones de millas cuadradas). A este extenso cuerpo salino se le llama frecuentemente océano mundial, lo que convierte a la Tierra, con su hidrosfera activa, en un planeta acuático u oceánico. Se plantea la hipótesis de que en las etapas primordiales de la Tierra, el océano podría haber envuelto completamente el planeta. El océano mundial se divide convencionalmente en los océanos Pacífico, Atlántico, Índico, Austral y Ártico, ordenados por tamaño decreciente. El océano se superpone principalmente a la corteza oceánica de la Tierra, y los mares de plataforma se extienden sobre las plataformas de la corteza continental en menor grado. La corteza oceánica delinea amplias cuencas oceánicas caracterizadas por características tales como llanuras abisales, montes submarinos, volcanes submarinos, fosas oceánicas, cañones submarinos, mesetas oceánicas y un sistema global de dorsales en medio del océano. En las zonas polares de la Tierra, la superficie del océano está cubierta estacionalmente por extensiones variables de hielo marino, que frecuentemente se fusiona con la tierra polar, el permafrost y las capas de hielo, formando así casquetes polares.
La tierra terrestre constituye el 29,2% de la superficie de la Tierra, lo que equivale a 149 millones de km2 (58 millones de millas cuadradas). Si bien numerosas islas están distribuidas globalmente, la mayor parte de la superficie terrestre está ocupada por cuatro masas continentales principales, enumeradas en orden descendente de tamaño: África-Eurasia, América, Antártida y Australia. Estas extensas masas de tierra se subdividen y clasifican posteriormente en continentes individuales. La tierra puede estar cubierta de agua superficial, nieve, hielo, estructuras antropogénicas o vegetación. Aunque la mayor parte de la tierra de la Tierra alberga vegetación, porciones sustanciales están formadas por capas de hielo (10 %, excluyendo el área comparable de tierra bajo permafrost) o desiertos (33 %).
La pedosfera representa el estrato más externo de la superficie terrestre de la Tierra, que comprende el suelo y experimenta procesos pedogénicos. El suelo es indispensable para que la tierra sea cultivable. A nivel mundial, la tierra cultivable total de la Tierra representa el 10,7% de la superficie terrestre, y el 1,3% está designado como tierra de cultivo permanente. Las estimaciones indican que la Tierra posee 16,7 millones de km2 (6,4 millones de millas cuadradas) de tierras de cultivo y 33,5 millones de km2 (12,9 millones de millas cuadradas) de pastizales.
La litosfera de la Tierra está constituida por la superficie terrestre, el fondo del océano y porciones del manto superior. La propia corteza terrestre se bifurca en tipos oceánicos y continentales. La corteza oceánica, subyacente a los sedimentos del fondo oceánico, es principalmente basáltica. En cambio, la corteza continental incorpora materiales de menor densidad, como granito, sedimentos diversos y rocas metamórficas. Las rocas sedimentarias cubren aproximadamente el 75 % de las superficies continentales, a pesar de representar sólo alrededor del 5 % de la masa total de la corteza.
La topografía de la superficie de la Tierra abarca tanto la configuración de la superficie del océano como la morfología de las masas terrestres. La superficie terrestre exhibe una considerable diversidad topográfica, con montañas, desiertos, llanuras, mesetas y varias otras formaciones geomorfológicas. La elevación terrestre varía desde un nadir de -418 m (-1371 pies) en el Mar Muerto hasta un cenit de 8.848 m (29.029 pies) en la cima del Monte Everest. La elevación promedio de la tierra sobre el nivel del mar es de aproximadamente 797 m (2615 pies). La topografía submarina del fondo del océano, con una profundidad batimétrica media de 4 km, demuestra una complejidad comparable a la de la superficie terrestre.
Placas tectónicas
La litosfera, la capa exterior mecánicamente rígida de la Tierra que comprende la corteza y el manto superior, está segmentada en placas tectónicas. Estos segmentos rígidos exhiben movimiento relativo en tres tipos de límites distintos: límites convergentes, donde chocan dos placas; límites divergentes, donde se separan dos placas; y transformar límites, donde dos placas se deslizan horizontalmente una sobre la otra. Fenómenos geológicos como terremotos, actividad volcánica, orogénesis (formación de montañas) y formación de fosas oceánicas son característicos de estos límites de placas. Las placas tectónicas están situadas encima de la astenosfera, una región sólida pero menos viscosa del manto superior capaz de fluir y moverse con las placas.
El movimiento de las placas tectónicas da como resultado la subducción de la corteza oceánica debajo de los márgenes principales de las placas en los límites convergentes. Al mismo tiempo, el ascenso del material del manto en límites divergentes genera dorsales en medio del océano. Estos mecanismos geológicos combinados facilitan la reintegración de la corteza oceánica al manto. En consecuencia, la mayor parte del fondo del océano es geológicamente joven, normalmente con menos de 100 Ma de edad. La corteza oceánica más antigua identificada está situada en el Pacífico occidental, con una edad estimada de 200 Ma. Por el contrario, la corteza continental más antigua datada con precisión tiene 4.030 Ma. Sin embargo, los circones descubiertos como clastos dentro de formaciones sedimentarias del Eoarqueo han arrojado edades de hasta 4.400 Ma, lo que sugiere la presencia de corteza continental durante esa época.
Las siete placas tectónicas primarias de la Tierra comprenden las placas del Pacífico, Norteamérica, Eurasia, África, Antártida, Indoaustraliana y Sudamérica. Otras placas importantes incluyen la Placa Arábiga, la Placa del Caribe, la Placa de Nazca (ubicada frente a la costa occidental de América del Sur) y la Placa de Escocia (situada en el sur del Océano Atlántico). La Placa Australiana convergió y se fusionó con la Placa India hace aproximadamente entre 50 y 55 Ma. Las placas oceánicas exhiben las velocidades más altas, ejemplificadas por la Placa de Cocos, que se mueve a 75 mm/a (3,0 pulgadas/año), y la Placa del Pacífico, con una velocidad que oscila entre 52 y 69 mm/a (2,0 a 2,7 pulgadas/año). Por el contrario, la Placa Sudamericana representa la placa principal de movimiento más lento, avanzando a un ritmo promedio de 10,6 mm/a (0,42 pulgadas/año).
Hidrosfera
La hidrosfera de la Tierra abarca la totalidad de su agua y su distribución espacial. La hidrosfera está compuesta predominantemente por el océano global. También incluye agua atmosférica y terrestre, como nubes, mares interiores, lagos, ríos y cuerpos de agua subterráneos. La masa oceánica se estima en aproximadamente 1,35×1018 toneladas métricas, lo que constituye aproximadamente 1/4400 de la masa total del planeta. Con una superficie de 361,8 millones de km§89§ (139,7 millones de mi§1011§) con una profundidad media de 3.682 m (12.080 pies), los océanos poseen un volumen estimado de 1.332 millones de km§1213§ (320 millones de pies cúbicos). mi).
Hipotéticamente, si la superficie de la corteza terrestre estuviera uniformemente nivelada hasta una elevación esférica suave, el océano global alcanzaría una profundidad de 2,7 a 2,8 km (1,68 a 1,74 millas). Aproximadamente el 97,5% de esta agua es salina y el 2,5% restante es agua dulce. La mayor parte del agua dulce, alrededor del 68,7%, existe en forma de hielo dentro de casquetes polares y glaciares. El agua dulce residual se distribuye como agua subterránea (30%), agua superficial (1%, que cubre sólo el 2,8% de la masa terrestre de la Tierra) y otros reservorios menores que incluyen permafrost, vapor de agua atmosférico y agua biológicamente ligada.
En las zonas gélidas del planeta, la nieve persiste durante la temporada de verano y se transforma en hielo. Esta nieve y hielo acumulados posteriormente se fusionan formando glaciares, que son masas de hielo sustanciales que fluyen bajo la influencia de su propia fuerza gravitacional. Los glaciares alpinos se desarrollan en terrenos montañosos, mientras que extensas capas de hielo se originan sobre masas continentales en ambientes polares. El movimiento glacial induce una erosión superficial significativa, lo que lleva a alteraciones geomorfológicas dramáticas, incluida la escultura de valles en forma de U y otros accidentes geográficos distintivos. El hielo marino del Ártico actualmente abarca un área comparable a la de los Estados Unidos, aunque está experimentando una rápida disminución debido al cambio climático en curso.
La salinidad media de los océanos de la Tierra es de aproximadamente 35 gramos de sales disueltas por kilogramo de agua de mar, lo que equivale a una concentración de sal del 3,5 %. Las fuentes predominantes de esta salinidad son las emisiones volcánicas y la disolución de rocas ígneas frías. Además, los océanos sirven como una importante reserva de gases atmosféricos disueltos, que son indispensables para el sustento de numerosas especies acuáticas. El agua oceánica ejerce una profunda influencia en los patrones climáticos globales, funcionando como un inmenso sumidero de calor. Las variaciones en la distribución de la temperatura oceánica pueden precipitar cambios climáticos notables, ejemplificados por fenómenos como El Niño-Oscilación del Sur.
La presencia generalizada de agua, particularmente en su estado líquido, en la superficie de la Tierra representa una característica distintiva que la diferencia de otros cuerpos celestes dentro del Sistema Solar. Si bien los planetas del Sistema Solar que poseen atmósferas sustanciales pueden contener vapor de agua atmosférico, generalmente carecen de las condiciones superficiales necesarias para mantener agua líquida estable en su exterior. Aunque ciertas lunas muestran evidencia de grandes reservas extraterrestres de agua líquida, que potencialmente exceden el volumen de los océanos de la Tierra, se trata invariablemente de vastos cuerpos acuáticos situados debajo de capas superficiales congeladas de kilómetros de espesor.
Atmósfera
La presión atmosférica de la Tierra al nivel del mar tiene un promedio de 101,325 kPa (14,696 psi), caracterizada por una altura de escala de aproximadamente 8,5 km (5,3 millas). La composición de una atmósfera seca incluye principalmente 78,084% de nitrógeno, 20,946% de oxígeno, 0,934% de argón, junto con trazas de dióxido de carbono y otros componentes gaseosos. La concentración de vapor de agua fluctúa del 0,01% al 4%, con un promedio de aproximadamente el 1%. Las nubes oscurecen aproximadamente dos tercios de la superficie de la Tierra, exhibiendo una mayor prevalencia en las regiones oceánicas en comparación con las áreas terrestres. La altitud de la troposfera demuestra variabilidad latitudinal, que se extiende desde 8 km (5 millas) en los polos hasta 17 km (11 millas) en el ecuador, con fluctuaciones adicionales influenciadas por condiciones meteorológicas y estacionales.
La biosfera de la Tierra ha modificado profundamente su composición atmosférica. La aparición de la fotosíntesis oxigénica de aproximadamente 2,7 Gya condujo al desarrollo de la atmósfera contemporánea rica en nitrógeno y oxígeno. Esta transformación atmosférica facilitó la expansión generalizada de las formas de vida aeróbicas e, indirectamente, contribuyó a la génesis de la capa de ozono mediante la posterior conversión de O§56§ atmosférico en O§910§. La capa de ozono desempeña un papel crucial al atenuar la radiación solar ultravioleta, permitiendo así el sustento de la vida terrestre. Otras funciones atmosféricas vitales que sustentan la vida incluyen el transporte de vapor de agua, el suministro de gases esenciales, la ablación de meteoritos menores antes del impacto en la superficie y la regulación de la temperatura. Esta última función, conocida como efecto invernadero, implica que trazas de moléculas atmosféricas absorban la energía térmica irradiada desde la superficie de la Tierra, elevando en consecuencia la temperatura promedio del planeta. Los principales gases de efecto invernadero en la atmósfera incluyen vapor de agua, dióxido de carbono, metano, óxido nitroso y ozono. En ausencia de este mecanismo de retención de calor, la temperatura promedio de la superficie de la Tierra caería a -18 °C (-0,4 °F), un marcado contraste con los actuales +15 °C (59 °F), lo que haría que la existencia de vida en su forma actual sea altamente improbable.
La atmósfera superior
La atmósfera superior, situada por encima de la troposfera, está convencionalmente estratificada en estratosfera, mesosfera y termosfera. Cada capa distinta exhibe una tasa de caída única, que cuantifica la variación de la temperatura al aumentar la altitud. Más allá de estas capas, la exosfera se atenúa gradualmente, pasando a la magnetosfera, donde los campos geomagnéticos terrestres interactúan con el viento solar. La estratosfera contiene en particular la capa de ozono, un componente crítico que atenúa parcialmente la radiación ultravioleta que llega a la superficie de la Tierra, sustentando así la vida. La línea de Kármán, establecida a una altitud de 100 km (62 millas) sobre la superficie de la Tierra, sirve como una demarcación práctica entre la atmósfera y el espacio exterior.
La energía térmica imparte velocidad suficiente a ciertas moléculas en la periferia atmosférica, permitiéndoles superar la atracción gravitacional de la Tierra y escapar al espacio. Este proceso da como resultado un agotamiento gradual pero continuo de los componentes atmosféricos. Debido a su baja masa molecular, el hidrógeno libre alcanza una velocidad de escape más fácilmente y, en consecuencia, sale al espacio exterior a un ritmo mayor en comparación con otros gases. El escape exosférico de hidrógeno es un factor que contribuye a la transición de la atmósfera y la superficie de la Tierra de un estado reductor inicial a su condición oxidante actual. Mientras que la fotosíntesis proporcionaba una fuente de oxígeno libre, el agotamiento de agentes reductores como el hidrógeno se postula como un requisito previo para la acumulación extensiva de oxígeno atmosférico. Por tanto, la capacidad del hidrógeno para escapar de la atmósfera puede haber influido significativamente en la trayectoria evolutiva de la vida en la Tierra. En la atmósfera actual rica en oxígeno, la mayor parte del hidrógeno se convierte en agua antes de su posible escape. En consecuencia, el mecanismo predominante de pérdida de hidrógeno proviene ahora de la degradación del metano en la atmósfera superior.
Tiempo y clima
La atmósfera de la Tierra carece de un límite definido, atenuándose y fusionándose progresivamente con el espacio exterior. Aproximadamente las tres cuartas partes de la masa atmosférica residen dentro de los 11 km iniciales (6,8 millas) sobre la superficie, una región designada como troposfera. La energía solar calienta esta capa y la superficie subyacente, induciendo la expansión del aire. Posteriormente, este aire menos denso asciende, siendo suplantado por aire más frío y denso. Este proceso dinámico establece la circulación atmosférica que, a través de la redistribución de la energía térmica, gobierna los patrones climáticos y el clima global.
Las bandas de circulación atmosférica primaria comprenden los vientos alisios dentro de la región ecuatorial, que se extienden por debajo de los 30° de latitud, y los vientos del oeste en las latitudes medias, que van de 30° a 60°. El contenido de calor del océano y las corrientes también sirven como determinantes cruciales del clima, en particular la circulación termohalina, que facilita la distribución de energía térmica desde los océanos ecuatoriales a las regiones polares.
La Tierra está expuesta a una irradiancia solar de 1361 W/m2. La energía solar incidente que llega a la superficie de la Tierra disminuye a medida que se asciende en latitud. Esta reducción se produce porque, en latitudes elevadas, la radiación solar incide sobre la superficie en ángulos más oblicuos, lo que obliga a atravesar mayores profundidades atmosféricas. En consecuencia, la temperatura media anual del aire al nivel del mar muestra una disminución de aproximadamente 0,4 °C (0,7 °F) por grado de latitud que se aleja del ecuador. La superficie de la Tierra se puede delimitar en distintas zonas latitudinales caracterizadas por condiciones climáticas relativamente uniformes. Estas zonas, que avanzan desde el ecuador hacia los polos, abarcan climas tropicales (o ecuatoriales), subtropicales, templados y polares.
Los determinantes adicionales que influyen en el clima de un lugar incluyen la proximidad oceánica, los patrones de circulación oceánica y atmosférica y las características topográficas. Las regiones adyacentes a los océanos generalmente experimentan veranos más frescos e inviernos más suaves, atribuibles a la importante capacidad de almacenamiento de calor de los cuerpos oceánicos. Los patrones del viento facilitan la advección de la energía térmica oceánica (tanto calor como frío) a las áreas terrestres. La circulación atmosférica ejerce además una influencia significativa; por ejemplo, a pesar de que San Francisco y Washington D.C. son ciudades costeras situadas en latitudes comparables, el clima de San Francisco es considerablemente más templado debido a la dirección predominante del viento terrestre. Por último, existe una relación inversa entre la temperatura y la altitud, lo que da como resultado que las regiones montañosas exhiban temperaturas más bajas en comparación con sus contrapartes de menor elevación.
Los patrones circulatorios atmosféricos facilitan el transporte de vapor de agua, que se origina a partir de la evaporación de la superficie. En condiciones atmosféricas adecuadas, el ascenso de aire cálido y húmedo provoca la condensación de este vapor, que posteriormente regresa a la superficie en forma de precipitación. Posteriormente, la mayor parte de esta agua se transporta a elevaciones más bajas a través de sistemas fluviales, que normalmente se unen a los océanos o se acumulan en lagos. Este ciclo hidrológico constituye un mecanismo esencial para el sostenimiento de la vida terrestre y representa un agente principal en la erosión geomorfológica de las características de la superficie en escalas de tiempo geológicas. Los regímenes de precipitación exhiben una variabilidad sustancial, que abarca desde varios metros anuales hasta menos de un milímetro. La precipitación promedio regional está dictada por la circulación atmosférica, las características topográficas y los gradientes térmicos.
El sistema de clasificación climática de Köppen, ampliamente adoptado, clasifica los climas en cinco grupos principales: trópicos húmedos, áridos, latitudes medias húmedas, continentales y polares fríos, cada uno de los cuales se subdivide posteriormente en subtipos más granulares. Este sistema evalúa regiones principalmente sobre la base de datos registrados de temperatura y precipitación. Las temperaturas del aire en la superficie pueden alcanzar aproximadamente 55 °C (131 °F) en desiertos hiperáridos, como el Valle de la Muerte, mientras que caen en picado hasta -89 °C (-128 °F) en la Antártida.
Dinámica y rotación orbital
Características de rotación
El período de rotación de la Tierra en relación con el Sol, definido como su día solar medio, mide 86.400 segundos de tiempo solar medio, equivalente a 86.400,0025 segundos SI. Debido a la desaceleración de las mareas, el día solar de la Tierra es actualmente marginalmente más largo que su contraparte del siglo XIX, con días individuales que exhiben una variación de entre 0 y 2 ms más allá del día solar medio.
El período de rotación de la Tierra con respecto a las estrellas fijas, designado como su día estelar por el Servicio Internacional de Sistemas de Referencia y Rotación de la Tierra (IERS), es 86.164,0989 segundos de tiempo solar medio (UT1), lo que se traduce en 23h 56m 4,0989s. Por el contrario, el período de rotación de la Tierra en relación con el equinoccio medio de marzo en precesión (definido como cuando el Sol está a 90° sobre el ecuador) es 86.164,0905 segundos del tiempo solar medio (UT1), o 23h 56m 4,0905s. En consecuencia, el día sidéreo es aproximadamente 8,4 ms más corto que el día estelar.
Excluyendo los meteoros atmosféricos y la órbita terrestre baja. En los satélites, el movimiento aparente predominante de los objetos celestes observados desde el cielo de la Tierra es hacia el oeste, ocurriendo a una velocidad de 15° por hora, equivalente a 15 minutos de arco por minuto. Para los cuerpos celestes situados cerca del ecuador celeste, este movimiento corresponde a recorrer el diámetro aparente del Sol o de la Luna cada dos minutos; En particular, desde la superficie de la Tierra, los tamaños angulares aparentes del Sol y la Luna son casi idénticos.
Características y posición orbital
La Tierra mantiene una distancia orbital promedio de aproximadamente 150 millones de kilómetros (93 millones de millas) del Sol. En consecuencia, la Tierra se posiciona como el tercer planeta desde el Sol, integrante del Sistema Solar interior. Esta distancia orbital sirve como medida fundamental para la unidad astronómica (UA), lo que equivale aproximadamente a 8,3 minutos luz o 380 veces la distancia Tierra-Luna. La Tierra completa una órbita alrededor del Sol cada 365,2564 días solares medios, lo que define un año sidéreo. Este movimiento orbital da como resultado un aparente desplazamiento del Sol hacia el este a través del cielo de la Tierra a un ritmo de aproximadamente 1° por día, equivalente a un diámetro solar o lunar aparente cada 12 horas. En consecuencia, este movimiento necesita un promedio de 24 horas (definido como un día solar) para que la Tierra complete una rotación axial completa, permitiendo que el Sol regrese al meridiano, una duración que excede marginalmente el día sidéreo.
La velocidad orbital de la Tierra promedia 29,7827 km/s (107,218 km/h; 66,622 mph), una velocidad suficiente para recorrer una distancia equivalente al diámetro de la Tierra, aproximadamente 12.742 km (7.918 mi), en siete minutos, y la distancia Tierra-Luna, 384.400 km (238.855 mi), en aproximadamente 3,5 horas. Desde una perspectiva situada sobre el Sol y los polos norte de la Tierra, la órbita de la Tierra alrededor del Sol avanza en sentido contrario a las agujas del reloj. Al igual que todos los demás planetas del Sistema Solar, la Tierra orbita dentro de una región en gran medida coplanar, denominada plano invariable. La inclinación de la órbita de la Tierra con respecto a este plano es de aproximadamente 1,58°.
La Tierra, como componente integral del Sistema Solar, reside dentro de la Vía Láctea, orbitando aproximadamente a 28.000 años luz del centro galáctico. Su posición está aproximadamente a 20 años luz sobre el plano galáctico, concretamente dentro del Brazo de Orión.
La inclinación axial de la Tierra y su influencia en las estaciones
La inclinación axial de la Tierra mide aproximadamente 23,439281°, con su eje de rotación, por definición, constantemente orientado hacia los polos celestes en relación con el plano de su órbita. Esta inclinación axial da como resultado una distribución variable de la insolación solar en la superficie de la Tierra a lo largo del ciclo anual. En consecuencia, este fenómeno impulsa cambios climáticos estacionales; El verano en el hemisferio norte coincide con la exposición directa del Trópico de Cáncer al Sol, mientras que el verano en el hemisferio sur ocurre cuando el Trópico de Capricornio tiene una orientación similar. Por el contrario, durante estos períodos prevalece simultáneamente el invierno en el hemisferio opuesto.
Durante los meses de verano, las horas de luz se extienden y el Sol alcanza una mayor altitud aparente en el cielo. Por el contrario, el invierno se caracteriza por temperaturas más frías y una menor duración de la luz del día. Las regiones situadas más allá de los círculos ártico y antártico experimentan períodos de ausencia total de luz diurna, conocidos como noche polar, que pueden persistir durante varios meses en los polos geográficos. Por el contrario, estas latitudes idénticas también exhiben el fenómeno del sol de medianoche, durante el cual el Sol permanece continuamente visible durante el período de 24 horas.
La convención astronómica define las cuatro estaciones basándose en los solsticios (puntos orbitales que representan la máxima inclinación axial hacia o lejos del Sol) y los equinoccios, cuando el eje de rotación de la Tierra se alinea perpendicularmente con su eje orbital. En el hemisferio norte, el solsticio de invierno suele ocurrir alrededor del 21 de diciembre, el solsticio de verano cerca del 21 de junio, el equinoccio de primavera alrededor del 20 de marzo y el equinoccio de otoño aproximadamente el 22 o 23 de septiembre. Por el contrario, en el hemisferio sur, este calendario estacional está invertido, con los solsticios de verano e invierno, y los equinoccios de primavera y otoño, que ocurren en fechas recíprocas.
Aunque generalmente es estable en escalas de tiempo geológicas extendidas, el ángulo de inclinación del eje de la Tierra exhibe fluctuaciones menores. Específicamente, su inclinación axial experimenta nutación, caracterizada como una oscilación sutil e irregular con un período primario de 18,6 años. Además, la orientación del eje de rotación de la Tierra, distinta de su ángulo, sufre un movimiento de precesión, completando un ciclo completo aproximadamente cada 25.800 años; esta precesión explica la disparidad entre un año sidéreo y un año tropical. Estos movimientos antes mencionados son inducidos principalmente por las fuerzas gravitacionales diferenciales ejercidas por el Sol y la Luna sobre el abultamiento ecuatorial de la Tierra. Además, los polos geográficos exhiben una migración de varios metros a través de la superficie de la Tierra. Este movimiento polar comprende múltiples componentes cíclicos, denominados colectivamente movimiento cuasiperiódico. Más allá de un componente anual, este movimiento incluye un ciclo distinto de 14 meses conocido como oscilación de Chandler. La velocidad de rotación de la Tierra también fluctúa, un fenómeno denominado variación de la duración del día.
La trayectoria orbital de la Tierra no es perfectamente circular sino más bien ligeramente elíptica, y el punto de mayor proximidad al Sol se denomina perihelio. Actualmente, la Tierra alcanza el perihelio aproximadamente el 3 de enero y el afelio, su punto más lejano, alrededor del 4 de julio. Estas fechas específicas están sujetas a variaciones temporales, influenciadas por la precesión orbital y otras modificaciones orbitales, que se adhieren a patrones cíclicos predecibles conocidos como ciclos de Milankovitch. La fluctuación anual en la distancia Tierra-Sol da como resultado un aumento aproximado del 6,8% en la insolación solar recibida por la Tierra en el perihelio en comparación con el afelio. Coincidiendo con el mayor acercamiento de la Tierra al Sol, la inclinación axial del hemisferio sur hacia el Sol hace que reciba un poco más de energía solar anualmente que el hemisferio norte. Sin embargo, este efecto particular tiene un impacto considerablemente menor que la variación energética general atribuible a la inclinación axial, ya que la mayor parte del excedente de energía en el hemisferio sur es asimilado por su mayor cobertura oceánica.
El dominio gravitacional de la Tierra y su influencia
El campo gravitacional terrestre
La fuerza gravitacional de la Tierra se manifiesta como la aceleración impartida a los objetos, como resultado de la distribución de masa interna del planeta. En la superficie de la Tierra, la aceleración gravitacional aproximada es 9,8 m/s2 (32 pies/s2). Las variaciones en la topografía, la composición geológica y las estructuras tectónicas subterráneas inducen disparidades regionales extensas y localizadas dentro del campo gravitacional de la Tierra, que se denominan anomalías de gravedad. La esfera Hill de la Tierra, también reconocida como su esfera de influencia gravitacional, se extiende en un radio aproximado de 1,5 millones de kilómetros (930.000 millas). Este límite delinea el rango máximo dentro del cual la atracción gravitacional de la Tierra predomina sobre la del Sol más distante y otros cuerpos planetarios. En consecuencia, los objetos deben mantener órbitas dentro de este radio; de lo contrario, corren el riesgo de ser desalojados por las perturbaciones gravitacionales del Sol.
El satélite natural de la Tierra: la Luna
La Luna está clasificada como un satélite natural comparativamente grande, terrestre, parecido a un planeta, que posee un diámetro de aproximadamente una cuarta parte del de la Tierra. Tiene la distinción de ser la luna más grande del Sistema Solar en proporción al tamaño de su planeta anfitrión, aunque Caronte exhibe un tamaño relativo mayor que el planeta enano Plutón. Siguiendo el ejemplo de la Tierra, los satélites naturales que orbitan alrededor de otros planetas también se denominan comúnmente "lunas". La Luna y la Tierra giran alrededor de un baricentro compartido durante un período sidéreo de 27,32 días, medido con respecto al fondo de estrellas. Considerando la órbita colectiva del sistema Tierra-Luna alrededor del Sol, la duración de un mes sinódico, que abarca de una luna nueva a la siguiente, es de 29,53 días.
Desde la perspectiva del polo norte celeste, se observa que el movimiento orbital de la Tierra y la Luna, junto con sus respectivas rotaciones axiales, es uniforme en sentido contrario a las agujas del reloj. Observada desde la Tierra, la distancia de la Luna es precisamente tal que el tamaño aparente de su disco se aproxima mucho al del Sol. Esta congruencia en el tamaño angular (o ángulo sólido) entre los dos cuerpos celestes surge de que el diámetro del Sol es aproximadamente 400 veces mayor que el de la Luna, y al mismo tiempo es 400 veces más remoto. Esta alineación única facilita la ocurrencia de eclipses solares totales y anulares en la Tierra. Los planos orbitales no son perfectamente coplanares; específicamente, el plano orbital Tierra-Luna está inclinado hasta ±5,1 grados con respecto al plano Tierra-Sol, conocido como eclíptica. Sin esta inclinación, los eclipses ocurrirían quincenalmente, alternando entre eventos lunares y solares.
La interacción gravitacional entre la Tierra y la Luna es responsable de generar mareas lunares en la Tierra. Esta influencia gravitacional idéntica sobre la Luna ha resultado en su bloqueo de mareas, lo que significa que su período de rotación coincide exactamente con su período orbital alrededor de la Tierra. En consecuencia, la Luna presenta constantemente un hemisferio idéntico hacia la Tierra. Durante su órbita alrededor de la Tierra, distintas porciones de la superficie de la Luna son iluminadas por el Sol, dando lugar a las fases lunares observables. Debido a la continua interacción de mareas, la Luna se aleja gradualmente de la Tierra a un ritmo aproximado de 38 mm/a (1+§34§⁄§56§ pulg/año). A lo largo de escalas de tiempo geológicas que abarcan millones de años, estas pequeñas alteraciones, junto con el alargamiento del día de la Tierra de aproximadamente 23 μs/año, se acumulan en cambios evolutivos sustanciales. Por ejemplo, durante el período de Ediacara (aproximadamente 620 Ma), un año comprendía 400 ± 7 días, y cada día se extendía durante 21,9 ± 0,4 horas.
Se supone que la Luna ha influido significativamente en la evolución de la vida en la Tierra a través de su papel en la moderación del clima del planeta. Tanto la evidencia paleontológica como las simulaciones computacionales indican que la inclinación axial de la Tierra se mantiene en una configuración estable mediante las interacciones de las mareas con la Luna. Ciertas perspectivas teóricas proponen que, en ausencia de este efecto estabilizador contra los pares ejercidos por el Sol y otros planetas en el abultamiento ecuatorial de la Tierra, el eje de rotación del planeta podría exhibir una inestabilidad caótica, sufriendo cambios sustanciales a lo largo de millones de años, un fenómeno observado en Marte; sin embargo, esta hipótesis sigue siendo un tema de debate.
La hipótesis predominante sobre la génesis de la Luna, la teoría del impacto gigante, postula su formación mediante una colisión entre un protoplaneta del tamaño de Marte llamado Theia y la Tierra primitiva. Esta teoría explica la relativa escasez de hierro y componentes volátiles de la Luna, junto con su similitud compositiva con la corteza terrestre. Los modelos computacionales indican la presencia potencial de dos restos sustanciales de este protoplaneta en el interior de la Tierra.
Asteroides y satélites artificiales
La población de asteroides coorbitales de la Tierra comprende cuasi-satélites, orbitadores de herradura y asteroides troyanos. Se han identificado al menos siete cuasi satélites, incluido el 469219 Kamoʻoalewa, con diámetros que van desde 10 metros hasta 5.000 metros. Un asteroide troyano, específicamente 2010 TK7, exhibe libración alrededor del principal punto de Lagrange (L4) dentro de la órbita solar de la Tierra. El diminuto asteroide cercano a la Tierra 2006 RH120 ejecuta encuentros cercanos con el sistema Tierra-Luna aproximadamente cada dos décadas. Durante tales proximidades, es capaz de entrar temporalmente en la órbita de la Tierra.
En septiembre de 2021, 4.550 satélites antropogénicos operativos estaban orbitando la Tierra. Además, existen numerosos satélites inoperativos, en particular el Vanguard 1, que sigue siendo el satélite más antiguo en órbita, junto con más de 16.000 fragmentos de desechos espaciales rastreados. La Estación Espacial Internacional (ISS) constituye el satélite artificial más importante de la Tierra.
Vida en la Tierra
La Tierra representa el único cuerpo celeste actualmente reconocido como portador de vida. La vida terrestre se originó en ambientes acuáticos primordiales aproximadamente 100 millones de años después de la formación de la Tierra, hace aproximadamente 4 mil millones de años. El planeta ofrece agua líquida, un medio esencial para el ensamblaje e interacción de moléculas orgánicas complejas, junto con la energía adecuada para sustentar los procesos metabólicos. La flora y otros organismos asimilan nutrientes de reservorios hídricos, edáficos y atmosféricos. Estos nutrientes vitales se reciclan continuamente entre diversas especies.
La vida terrestre ha moldeado y poblado activamente numerosos ecosistemas distintos y, en última instancia, se ha expandido globalmente hasta constituir una biosfera abarcadora. A lo largo de escalas de tiempo geológicas, la vida en la Tierra ha experimentado una amplia diversificación, lo que ha dado lugar a la formación de varios biomas caracterizados por una flora y fauna relativamente análogas. Estos diversos biomas surgieron en distintas elevaciones, profundidades acuáticas, zonas de temperatura planetaria y gradientes de humedad terrestre. El cenit de la diversidad de especies y la biomasa de la Tierra se observa en ambientes acuáticos poco profundos y regiones boscosas, especialmente en condiciones climáticas ecuatoriales, cálidas y húmedas. Por el contrario, las zonas polares frígidas, las altitudes elevadas y los territorios hiperáridos exhiben una escasez comparativa de vida vegetal y animal.
En consecuencia, los procesos biológicos han influido profundamente en la Tierra, modificando sustancialmente su atmósfera y superficie durante extensas épocas geológicas, precipitando eventos como el Gran Evento de Oxidación. Además, las actividades antropogénicas han ejercido impactos significativos en la Tierra, su biota y su trayectoria evolutiva.
Origen de la vida y evolución
Hace aproximadamente cuatro mil millones de años, las reacciones químicas culminaron con la aparición de las primeras moléculas autorreplicantes. Posteriormente, aproximadamente 500 millones de años después, surgió el último ancestro común universal (LUCA) de todas las formas de vida existentes. El desarrollo de la fotosíntesis permitió a los organismos vivos aprovechar directamente la energía solar. La consiguiente acumulación de oxígeno molecular (O2) en la atmósfera, a través de la interacción con la radiación solar ultravioleta, facilitó la formación de una capa protectora de ozono (O§56§) en los estratos atmosféricos superiores. La incorporación endosimbiótica de células más pequeñas a otras más grandes condujo a la evolución de células eucariotas complejas. Los organismos multicelulares genuinos surgieron cuando las células dentro de las estructuras coloniales experimentaron una especialización progresiva. Con la atenuación de la dañina radiación ultravioleta por la capa de ozono, la vida colonizó posteriormente la superficie terrestre de la Tierra. Las primeras evidencias paleontológicas de vida incluyen fósiles de tapete microbiano descubiertos en arenisca de 3.480 millones de años en Australia Occidental, grafito biogénico identificado en rocas metasedimentarias de 3.700 millones de años en Groenlandia occidental y vestigios de material biótico desenterrados en rocas de 4.100 millones de años, también en Australia Occidental. La evidencia directa más antigua de vida terrestre se conserva dentro de formaciones geológicas australianas de 3.450 millones de años de antigüedad, que se manifiestan como microorganismos fosilizados.
Durante la era Neoproterozoica, que abarca desde 1000 a 539 Ma, una porción sustancial de la superficie de la Tierra puede haber estado envuelta en hielo. Esta hipótesis geológica, conocida como "Tierra bola de nieve", tiene un gran interés científico debido a su proximidad temporal con la explosión del Cámbrico, una época caracterizada por un aumento dramático en la complejidad de las formas de vida multicelulares. Después de la explosión del Cámbrico, hace aproximadamente 535 Ma, la Tierra ha experimentado un mínimo de cinco grandes eventos de extinción masiva, junto con numerosos otros menores. Excluyendo el supuesto evento de extinción del Holoceno en curso, la extinción importante más reciente ocurrió hace 66 Ma, precipitada por el impacto de un asteroide que erradicó los dinosaurios no aviares y otras especies de reptiles grandes, al tiempo que preservó en gran medida la fauna más pequeña, incluidos insectos, mamíferos, lagartos y especies de aves. Durante los últimos 66 millones de años, la vida de los mamíferos ha experimentado una amplia diversificación y, varios millones de años antes, una especie de simio africano desarrolló una locomoción bípeda. Esta adaptación evolutiva facilitó el desarrollo del uso de herramientas y fomentó la comunicación, lo que a su vez proporcionó la estimulación nutricional y cognitiva necesaria para la encefalización, lo que finalmente condujo a la evolución del Homo sapiens. El posterior surgimiento de la agricultura y el surgimiento de la civilización han conferido a la humanidad una influencia profunda y duradera en los ecosistemas de la Tierra y la biodiversidad de sus formas de vida.
Desafíos ambientales que afectan la vida terrestre
Los fenómenos meteorológicos extremos, incluidos los ciclones tropicales, se manifiestan en la mayor parte de la superficie de la Tierra y ejercen impactos significativos en la biota dentro de las regiones afectadas. Entre 1980 y 2000, estos eventos fueron responsables de un promedio de 11.800 muertes humanas al año. Numerosas áreas geográficas son susceptibles a peligros geológicos y meteorológicos como terremotos, deslizamientos de tierra, tsunamis, erupciones volcánicas, tornados, ventiscas, inundaciones, sequías e incendios forestales. Los impactos antropogénicos son evidentes en varios ámbitos, derivados de la contaminación atmosférica y acuática, la precipitación ácida, la pérdida de vegetación (atribuible al pastoreo excesivo, la deforestación y la desertificación), el agotamiento de la vida silvestre, la extinción de especies y los procesos de degradación, agotamiento y erosión del suelo. Además, las actividades humanas contribuyen al calentamiento global mediante la emisión de gases de efecto invernadero a la atmósfera. Este fenómeno está precipitando cambios consiguientes, incluido el derretimiento de los glaciares y las capas de hielo, una elevación global del nivel medio del mar, un riesgo amplificado de sequías e incendios forestales y la migración de especies hacia los polos.
Interacción de la humanidad con la Tierra
Geografía humana
Las poblaciones humanas, que se originaron a partir de primates ancestrales en África oriental hace aproximadamente 300.000 años, se dispersaron por todo el mundo y se asentaron progresivamente en entornos terrestres tras la llegada de la agricultura en el décimo milenio a.C. Durante el siglo XX, la Antártida representó el último continente en ser objeto de exploración humana y asentamiento limitado. A partir del siglo XIX, la población humana mundial ha experimentado un crecimiento exponencial, llegando a ocho mil millones en la década de 2020, con proyecciones que indican un máximo de aproximadamente diez mil millones durante la segunda mitad del siglo XXI. Se prevé que una proporción significativa de esta expansión demográfica ocurrirá en el África subsahariana.
La distribución global y la densidad de la población humana exhiben una variación considerable: la mayoría reside en el sur y el este de Asia, y aproximadamente el 90 % habita el hemisferio norte de la Tierra. Esta concentración hemisférica es en parte atribuible a la mayor proporción de masa terrestre ubicada en el hemisferio norte, que representa el 68% del territorio total del mundo. Además, desde el siglo XIX, ha habido una tendencia acelerada de migración humana hacia los centros urbanos, lo que ha resultado en que la mayoría de la población mundial resida en áreas urbanas en el siglo XXI.
Más allá de la superficie terrestre, la habitación humana se ha restringido a un número limitado de instalaciones especializadas subterráneas y submarinas, así como a varias estaciones espaciales orbitales. La gran mayoría de la población humana permanece exclusivamente en la superficie de la Tierra, dependiendo enteramente del planeta y de las condiciones ambientales que éste proporciona. Desde la segunda mitad del siglo XX, varios cientos de individuos han permanecido temporalmente más allá de la Tierra, y una pequeña proporción de ellos ha llegado a otro cuerpo celeste, específicamente la Luna.
La Tierra ha sido objeto de extensos asentamientos humanos, lo que ha llevado al desarrollo de diversas sociedades y culturas. Desde el siglo XIX, la mayor parte de la masa terrestre de la Tierra ha sido reclamada territorialmente por estados soberanos, demarcada por fronteras políticas. Actualmente existen 205 estados de este tipo, y sólo quedan porciones de la Antártida y algunas regiones menores sin reclamar. En conjunto, la mayoría de estos estados constituyen las Naciones Unidas, la principal organización intergubernamental mundial, que ejerce la gobernanza humana sobre los territorios oceánicos y la Antártida, abarcando así la totalidad de la Tierra.
Recursos naturales y uso de la tierra
La Tierra posee recursos que han sido explotados por las poblaciones humanas. Los recursos no renovables, incluidos los combustibles fósiles, se regeneran exclusivamente en escalas de tiempo geológicas. De la corteza terrestre se extraen importantes reservas de combustibles fósiles, como carbón, petróleo y gas natural. Estas reservas sirven como fuentes primarias tanto para la generación de energía como para la materia prima química en las industrias humanas. Además, los yacimientos minerales se han desarrollado dentro de la corteza a través de la génesis del mineral, un proceso impulsado por el magmatismo, la erosión y la tectónica de placas. La extracción de estos metales y otros elementos mediante la minería frecuentemente tiene consecuencias adversas para el medio ambiente y la salud.
La biosfera de la Tierra produce numerosos productos biológicos valiosos para uso humano, como alimentos, madera, productos farmacéuticos, oxígeno y la descomposición de desechos orgánicos. Los ecosistemas terrestres dependen de la capa superficial del suelo y del agua dulce, mientras que los ecosistemas marinos se sustentan en nutrientes disueltos transportados desde la tierra. En 2019, los bosques y las zonas boscosas constituían 39 millones de km2 (15 millones de millas cuadradas) de la superficie terrestre de la Tierra, y los arbustos y pastizales cubrían 12 millones de km2 (4,6 millones de millas cuadradas). Se asignaron 40 millones de km§45§ (15 millones de millas cuadradas) adicionales para la producción de piensos y el pastoreo, y 11 millones de km§67§ (4,2 millones de millas cuadradas) se cultivaron como tierras de cultivo. En 2015, el riego se aplicó a dos puntos porcentuales del 12-14% de la tierra libre de hielo designada para tierras de cultivo. Las sociedades humanas utilizan materiales de construcción tanto naturales como artificiales para la construcción de viviendas e infraestructuras.
Impacto ambiental
Las actividades antropogénicas han influido significativamente en el medio ambiente de la Tierra. La quema de combustibles fósiles, entre otras actividades, ha provocado un aumento de las concentraciones atmosféricas de gases de efecto invernadero, modificando así el equilibrio energético y el clima de la Tierra. Las estimaciones indican que las temperaturas globales en 2020 superaron la línea de base preindustrial en 1,2 °C (2,2 °F). Este aumento de la temperatura, comúnmente conocido como calentamiento global, ha estado implicado en el retroceso de los glaciares, el aumento del nivel del mar, un riesgo amplificado de sequías e incendios forestales y la migración de especies hacia los polos.
El marco de límites planetarios se estableció para evaluar cuantitativamente el alcance de la influencia humana en la Tierra. Entre los nueve límites delineados, se considera que se han superado cinco: se cree que la integridad de la biosfera, el cambio climático, la contaminación química, la degradación de los hábitats silvestres y el ciclo del nitrógeno han superado sus límites operativos seguros. En 2018, no se observó que ningún país satisficiera las necesidades fundamentales de su población sin exceder los límites planetarios. Sin embargo, se plantea la hipótesis de que todas las necesidades físicas esenciales podrían satisfacerse globalmente dentro de parámetros de consumo de recursos sostenibles.
Perspectivas culturales e históricas
En todas las culturas humanas, han surgido diversas conceptualizaciones del planeta. Los símbolos astronómicos convencionales de la Tierra incluyen un cuarto de círculo, que simboliza los cuatro puntos cardinales del mundo, y un globo cruciforme. En ocasiones, la Tierra es antropomorfizada como una entidad divina. En numerosas culturas, es venerada como una diosa madre, y a menudo actúa como la principal deidad de la fertilidad. Las narrativas de la creación en muchas tradiciones religiosas describen la formación de la Tierra por una deidad o panteón sobrenatural. La hipótesis Gaia, formulada a mediados del siglo XX, postulaba que el entorno de la Tierra y su biota funcionan como un organismo singular y autorregulador, fomentando así la amplia estabilización de las condiciones propicias para la habitabilidad.
Las imágenes orbitales de la Tierra, especialmente las adquiridas durante el programa Apolo, son reconocidas por transformar profundamente las percepciones humanas de su planeta de origen, un fenómeno denominado "efecto de visión general", que subrayó su atractivo estético, su carácter distintivo y su vulnerabilidad percibida. Específicamente, esta perspectiva fomentó la conciencia de las amplias ramificaciones de los esfuerzos humanos en los ecosistemas de la Tierra. Facilitada por los avances científicos, en particular las tecnologías de observación de la Tierra, la humanidad ha comenzado a abordar los desafíos ambientales globales, reconociendo tanto los impactos antropogénicos como la interconexión intrínseca de los diversos entornos de la Tierra.
La investigación científica ha precipitado múltiples cambios de paradigma culturalmente significativos en la comprensión humana del planeta. La convicción inicial de una Tierra plana fue cediendo progresivamente al concepto de Tierra esférica en la Antigua Grecia, noción atribuida a filósofos como Pitágoras y Parménides. Durante siglos, la Tierra fue ampliamente considerada como el centro geocéntrico del universo hasta el siglo XVI, cuando el consenso científico estableció por primera vez su condición de cuerpo celeste en movimiento, específicamente uno de los planetas del Sistema Solar.
La comprensión de la antigüedad de la Tierra evolucionó significativamente en el siglo XIX, cuando los geólogos reconocieron por primera vez que su edad rondaba los muchos millones de años. Lord Kelvin, en 1864, aplicó principios termodinámicos para estimar la edad de la Tierra entre 20 y 400 millones de años, iniciando un considerable discurso científico. Sin embargo, un método definitivo para determinar la edad de la Tierra surgió con el descubrimiento de la radiactividad y la datación radiactiva a finales del siglo XIX y principios del XX, estableciendo finalmente la edad del planeta en miles de millones de años.
Notas
- Perfil de la Tierra según la exploración del Sistema Solar de la NASA
- Observatorio de la Tierra de la NASA
- Videos de la Tierra desde la Estación Espacial Internacional:
- Video (01:02) – La Tierra (time-lapse)
- Vídeo (00:27) – Tierra y auroras (time-lapse)
- Google Earth: un mapa interactivo en 3D
- Visualización 3D interactiva del sistema Sol, Tierra y Luna
- Portal GPlates, Universidad de Sydney