La Terre, la troisième planète après le Soleil, est le seul corps astronomique actuellement connu pour abriter la vie. Cette caractéristique unique est attribuée au statut de la Terre en tant que monde océanique, étant la seule planète du système solaire à maintenir des eaux de surface liquides. La grande majorité de l'eau de la Terre réside dans l'océan mondial, qui englobe 70,8 % de la croûte terrestre. Les 29,2 % restants de la croûte constituent des terres, principalement organisées en masses continentales situées dans l'hémisphère terrestre. Une partie importante de la surface terrestre de la Terre est caractérisée par l'humidité et la végétation, tandis que les vastes calottes glaciaires des régions polaires contiennent un volume d'eau plus important que le total combiné des eaux souterraines, des lacs, des rivières et de l'eau atmosphérique de la Terre. La croûte terrestre est composée de plaques tectoniques qui se déplacent lentement, dont les interactions génèrent des chaînes de montagnes, une activité volcanique et des événements sismiques. De plus, la Terre possède un noyau externe liquide qui produit une magnétosphère, protégeant efficacement la planète de la majorité des vents solaires nocifs et du rayonnement cosmique.
La Terre est la troisième planète après le Soleil et le seul objet astronomique connu pour abriter la vie. Ceci est rendu possible par le fait que la Terre est un monde océanique, le seul du système solaire à contenir des eaux de surface liquides. La quasi-totalité de l'eau de la Terre est contenue dans l'océan global, qui couvre 70,8 % de la croûte terrestre. Les 29,2 % restants de la croûte terrestre sont constitués de terres émergées, dont la plupart sont situées sous la forme de masses continentales au sein de l'hémisphère terrestre. La plupart des terres émergées de la Terre sont au moins quelque peu humides et couvertes de végétation, tandis que les grandes calottes glaciaires des déserts polaires de la Terre retiennent plus d'eau que les eaux souterraines, les lacs, les rivières et l'eau atmosphérique de la Terre réunis. La croûte terrestre est constituée de plaques tectoniques se déplaçant lentement, qui interagissent pour produire des chaînes de montagnes, des volcans et des tremblements de terre. La Terre possède un noyau externe liquide qui génère une magnétosphère capable de dévier la plupart des vents solaires destructeurs et du rayonnement cosmique.
L'atmosphère dynamique de la Terre maintient ses conditions de surface et offre une protection contre la plupart des météoroïdes et des rayonnements ultraviolets entrants. Cette atmosphère est majoritairement composée d'azote et d'oxygène. La vapeur d'eau est largement distribuée dans toute l'atmosphère, formant des nuages qui obscurcissent une partie importante de la planète. En tant que gaz à effet de serre, la vapeur d'eau, aux côtés d'autres gaz à effet de serre atmosphériques, notamment le dioxyde de carbone (CO2), facilite la persistance de l'eau de surface liquide et de la vapeur d'eau atmosphérique en piégeant l'énergie solaire. Ce mécanisme maintient une température de surface moyenne de 14,76 °C (58,57 °F), permettant à l'eau de rester à l'état liquide sous une pression atmosphérique typique. Les variations de l'énergie solaire absorbée selon les régions géographiques (par exemple, la région équatoriale recevant plus d'ensoleillement que les régions polaires) propulsent les courants atmosphériques et océaniques, générant un système climatique mondial caractérisé par diverses zones climatiques et divers phénomènes météorologiques, y compris les précipitations, qui à leur tour facilitent le cycle des éléments essentiels comme le carbone et l'azote.
La Terre possède une forme sphéroïde aplatie, avec une circonférence approximative de 40 000 kilomètres (24 900 miles). Elle a la particularité d’être la planète la plus dense du système solaire. Parmi les quatre planètes telluriques, la Terre est à la fois la plus grande et la plus massive. Située à environ huit minutes-lumière (1 UA) du Soleil, la Terre effectue une orbite autour de lui en environ un an (environ 365,25 jours). La planète tourne sur elle-même en un peu moins d’une journée, soit environ 23 heures et 56 minutes. L'inclinaison de l'axe de rotation de la Terre par rapport à la perpendiculaire de son plan orbital autour du Soleil est responsable de l'apparition des saisons. La Terre est accompagnée d'un seul satellite naturel permanent, la Lune, qui orbite à une distance de 384 400 km (238 855 mi), soit l'équivalent de 1,28 seconde-lumière, et dont le diamètre est environ le quart de celui de la Terre. L'influence gravitationnelle de la Lune contribue à la stabilisation de l'inclinaison axiale de la Terre, génère des marées océaniques et ralentit progressivement la rotation de la Terre. À l’inverse, l’attraction gravitationnelle de la Terre a bloqué la rotation de la Lune, ce qui a pour résultat que la même face proche fait perpétuellement face à la Terre.
Il y a environ 4,5 milliards d'années, la Terre, ainsi que la plupart des autres corps célestes du système solaire, se sont fusionnées à partir de gaz et de poussières primordiaux. La genèse des océans de la Terre et l'émergence de la vie qui a suivi se sont produites au cours du premier milliard d'années de la planète. La vie a proliféré à l'échelle mondiale, modifiant progressivement l'atmosphère et la surface de la Terre, culminant avec la grande oxydation il y a environ deux milliards d'années. L'Homo sapiens est originaire d'Afrique il y a environ 300 000 ans et s'est ensuite dispersé sur tous les continents. La survie humaine dépend de la biosphère et des ressources naturelles de la Terre ; cependant, l’humanité a progressivement exercé des impacts significatifs sur l’environnement planétaire. L'influence anthropique contemporaine sur le climat et la biosphère de la Terre est insoutenable, mettant en péril le bien-être humain et de nombreuses autres formes de vie, tout en précipitant des extinctions généralisées.
Étymologie
Le terme anglais moderne Terre provient d'un nom en vieil anglais, généralement rendu par eorðe, évoluant à travers l'anglais moyen. Ce terme possède des noms apparentés dans toutes les langues germaniques, conduisant à la reconstruction du proto-germanique *erþō. Historiquement, la première utilisation documentée du texte en langue eorðe englobait les diverses significations du latin terra et du grec gē, faisant référence à des concepts tels que le sol, la terre sèche, le domaine humain, la surface de la Terre (y compris les océans) et le corps planétaire lui-même. Analogue aux divinités romaines Terra (ou Tellus) et au grec Gaia, la Terre aurait pu être vénérée comme une déesse personnifiée dans les traditions païennes germaniques. Notamment, la mythologie nordique ultérieure présente Jörð ("Terre"), une géante fréquemment identifiée comme la mère de Thor.
Historiquement, le terme Terre était rendu en minuscules. Au début de l'ère du moyen anglais, la signification spécifique de « le globe » a commencé à être véhiculée par l'expression la terre. Avec l'avènement de l'anglais moderne, la pratique de la capitalisation des noms s'est répandue, conduisant à l'orthographe alternative la Terre pour la terre, en particulier lorsqu'elle est mentionnée aux côtés d'autres entités célestes. Dans l'usage contemporain, le nom est parfois présenté simplement comme Terre, faisant une analogie avec la nomenclature d'autres planètes, bien que la minuscule terre et les constructions impliquant la terre persistent comme formes répandues. Les guides de style éditorial présentent des variations : l'orthographe d'Oxford reconnaît la forme minuscule comme plus fréquente, tout en acceptant la version majuscule comme alternative autorisée. Une convention distincte exige la mise en majuscule de Terre lorsqu'il fonctionne comme un nom propre, par exemple dans « l'atmosphère terrestre », mais impose l'utilisation de minuscules lorsqu'il est précédé de le, comme dans « l'atmosphère de la terre ». De plus, il est presque invariablement écrit en minuscules dans des expressions idiomatiques, telles que « qu'est-ce que tu fais ? »
L'appellation Terra TERR-ə trouve des applications occasionnelles dans le discours scientifique et est également utilisée dans la science-fiction pour différencier la planète habitée par l'homme des autres. Dans des contextes poétiques, Tellus TELL-əs a servi à représenter la personnification de la Terre. Par ailleurs, Terra désigne la planète dans certaines langues romanes, comme l'italien et le portugais, qui descendent directement du latin. D'autres langues romanes ont dérivé des noms avec des variations orthographiques mineures à partir de cette racine, illustrées par l'espagnol Tierra et le français Terre. L'interprétation latinisée Gaea (Anglais : DJEE-ə) du nom poétique grec Gaia ([ɡâi̯.a] ou [ɡâj.ja]) est rarement rencontré. Cependant, l'orthographe alternative Gaia a gagné en importance, en grande partie attribuable à l'hypothèse de Gaia, où sa prononciation est généralement GYE-ə, divergeant de la prononciation anglaise plus conventionnelle GAY-ə.
Plusieurs adjectifs sont utilisés pour décrire la planète. Terre. Le terme terrestre vient directement de Terre. Du latin Terra, les dérivés incluent terran TERR-ən, terrestre tərr-EHST-ree-əl, et, en français, terrene tə-REEN. De manière correspondante, le latin Tellus donne les adjectifs tellurien teh-LUURR-ee-ən et tellurique.
Histoire naturelle
Formation
Le matériau le plus ancien identifié dans le système solaire est daté d'il y a environ 4,5682+0,0002
−0,0004 Ga (milliard d'années). À 4,54±0,04 Ga, la Terre primordiale avait déjà fusionné. Tous les corps célestes du système solaire se sont développés et ont évolué en même temps que le Soleil. Théoriquement, une nébuleuse solaire sépare un volume d'un nuage moléculaire par effondrement gravitationnel, initiant ensuite une rotation et un aplatissement en un disque circumstellaire. Les planètes s'accumulent ensuite à partir de ce disque aux côtés du Soleil. Une nébuleuse comprend du gaz, des grains de glace et de la poussière, y compris des nucléides primordiaux. Selon la théorie des nébuleuses, les planétésimaux se sont formés par accrétion, avec des estimations suggérant que le processus de formation de la Terre primordiale a probablement duré entre 70 et 100 millions d'années.
L'âge de la Lune est estimé entre 4,5 milliards d'années (Ga) et des périodes plus récentes. Une hypothèse importante postule sa formation par accrétion de matière éjectée de la Terre à la suite d'une collision avec un corps céleste de la taille de Mars, désigné Theia, qui possédait environ 10 % de la masse terrestre. Cet impact fut un coup direct, entraînant la fusion d'une partie de la masse de Theia avec la Terre. Au cours du dernier bombardement lourd, entre 4,0 et 3,8 Ga, de nombreux impacts d'astéroïdes ont profondément modifié l'environnement de la surface lunaire et, par extension, les conditions de la surface terrestre.
Développements post-formation
L'atmosphère et les océans de la Terre sont issus de l'activité volcanique et du processus de dégazage. La vapeur d'eau libérée par ces processus s'est condensée pour former les océans, un volume complété par l'eau et la glace fournies par les astéroïdes, les protoplanètes et les comètes. Il est plausible qu’un volume d’eau suffisant pour constituer les océans ait été présent sur Terre depuis sa création. Selon ce modèle, les gaz à effet de serre atmosphériques auraient empêché les océans de geler à une époque où le Soleil naissant n'émettait que 70 % de sa luminosité actuelle. Vers environ 3,5 Ga, le champ magnétique terrestre s'était établi, jouant un rôle crucial dans la protection de l'atmosphère de l'érosion causée par le vent solaire.
Le refroidissement de la couche externe en fusion de la Terre a conduit à la formation de la croûte solide initiale de la planète, dont on pense qu'elle était de composition mafique. Par la suite, la première croûte continentale, caractérisée par une composition plus felsique, s'est développée par fusion partielle de cette croûte mafique. Les preuves provenant des grains de zircon d'âge Hadéen trouvés dans les roches sédimentaires éoarchéennes indiquent l'existence d'au moins une certaine croûte felsique dès 4,4 Ga, à peine 140 Ma après l'accrétion planétaire de la Terre. Deux modèles principaux décrivent l'évolution de ce volume initial limité de croûte continentale jusqu'à son abondance actuelle : (1) un modèle proposant une croissance relativement continue jusqu'à présent, étayée par une datation radiométrique globale de la croûte continentale, et (2) un modèle suggérant une augmentation rapide et précoce du volume de la croûte continentale au cours de l'Éon archéen, formant la majorité de la croûte continentale existante, appuyée par des données isotopiques de l'hafnium dans les zircons et du néodyme dans les roches sédimentaires. Ces deux modèles et leurs données complémentaires peuvent être réconciliés en postulant un recyclage important de la croûte continentale, en particulier au début de l'histoire géologique de la Terre.
La formation d'une nouvelle croûte continentale est une conséquence de la tectonique des plaques, un processus géologique fondamentalement propulsé par la dissipation continue de la chaleur de la structure interne de la Terre. Au cours de centaines de millions d’années, les forces tectoniques ont facilité l’agrégation de blocs de la croûte continentale en supercontinents, qui se sont ensuite fragmentés. Vers 750 Ma, Rodinia, reconnu comme l'un des premiers supercontinents, a commencé sa fragmentation. Par la suite, les masses continentales se sont réassemblées pour former Pannotia entre 600 et 540 Ma, aboutissant à la formation de la Pangée, qui a elle-même initié sa fragmentation il y a environ 180 Ma.
L'époque glaciaire la plus récente a commencé il y a environ 40 Ma, s'intensifiant ensuite au cours du Pléistocène autour de 3 Ma il y a. Depuis lors, les régions situées aux latitudes élevées et moyennes ont connu des cycles récurrents de glaciation et de déglaciation, se produisant environ tous les 21 000, 41 000 et 100 000 ans. La dernière période glaciaire, communément appelée « dernière période glaciaire », a enveloppé des portions importantes des continents, s'étendant jusqu'aux latitudes moyennes, avec des calottes glaciaires et s'est terminée il y a environ 11 700 ans.
Perspectives futures
La trajectoire à long terme de la Terre est intrinsèquement liée à l'évolution du Soleil. Au cours des prochains 1,1 milliard d'années, la luminosité solaire devrait augmenter de 10 %, pour atteindre une augmentation de 40 % au cours des 3,5 milliards d'années suivantes. L'augmentation de la température à la surface de la Terre intensifiera le cycle du carbone inorganique, réduisant potentiellement les concentrations atmosphériques de CO§910§ à des niveaux préjudiciables à la vie végétale existante (10 ppm pour la photosynthèse du C§1617§) dans un délai estimé de 100 à 900 millions d'années. L’absence de végétation entraînerait par conséquent un appauvrissement de l’oxygène atmosphérique, rendant la vie animale contemporaine non durable. En raison de l'augmentation de la luminosité solaire, la température moyenne de la Terre pourrait atteindre 100 °C (212 °F) en 1,5 milliard d'années, provoquant l'évaporation et la fuite de toute l'eau océanique dans l'espace, déclenchant potentiellement un effet de serre incontrôlable d'ici environ 1,6 à 3 milliards d'années. Même dans des conditions hypothétiques d'un Soleil stable et éternel, une partie substantielle de l'eau actuellement présente dans les océans finirait par être subduite dans le manteau, principalement en raison de la diminution de la vapeur s'échappant des dorsales médio-océaniques à mesure que le noyau de la Terre se refroidit progressivement.
Le Soleil devrait devenir une géante rouge dans environ 5 milliards d'années. Les modèles astrophysiques prévoient que le Soleil s'étendra jusqu'à environ 1 UA (150 millions de km ; 93 millions de mi), atteignant un rayon d'environ 250 fois sa taille actuelle. Le destin ultime de la Terre reste incertain. Au cours de sa phase de géante rouge, le Soleil devrait perdre environ 30 % de sa masse ; par conséquent, en l'absence d'interactions de marée, l'orbite de la Terre s'étendrait jusqu'à 1,7 UA (250 millions de km ; 160 millions de mi) du Soleil lorsque l'étoile atteindrait son rayon maximum. À l'inverse, si les forces de marée sont importantes, la Terre pourrait être engloutie par l'atmosphère en expansion du Soleil et ensuite vaporisée, ses éléments constitutifs les plus lourds descendant potentiellement dans le noyau de l'étoile mourante.
Propriétés groupées
Taille et forme
La Terre possède une forme arrondie, maintenue par l'équilibre hydrostatique, avec un diamètre moyen de 12 742 kilomètres (7 918 mi), ce qui la positionne comme le cinquième plus grand corps planétaire et l'objet terrestre le plus massif du système solaire.
En raison de sa rotation, la Terre prend une forme sphéroïde aplatie, caractérisée par un renflement équatorial ; par conséquent, son diamètre équatorial dépasse son diamètre polaire de 43 kilomètres (27 mi). De plus, la morphologie de la Terre est marquée par des variations topographiques localisées. Par exemple, des éléments importants tels que la fosse des Mariannes (10 925 mètres ou 35 843 pieds au-dessous du niveau de la mer local) réduisent le rayon moyen de la Terre de 0,17 %, tandis que le mont Everest (8 848 mètres ou 29 029 pieds au-dessus du niveau de la mer local) l'augmente de 0,14 %. Étant donné que le renflement équatorial positionne la surface de la Terre la plus éloignée de son centre de masse, le sommet du volcan Chimborazo en Équateur (6 384,4 km ou 3 967,1 mi) représente le point le plus éloigné de la planète de son noyau. Contrairement à la topographie terrestre relativement rigide, les surfaces océaniques affichent un profil topographique plus dynamique.
Pour la mesure précise des variations topographiques localisées sur Terre, la géodésie utilise un modèle planétaire idéalisé qui définit le géoïde. Cette forme géoïdale est conceptualisée comme la surface qu'un océan idéalisé occuperait s'il enveloppait complètement la Terre, dépourvu de toute perturbation dynamique comme les marées ou les vents. Le résultat est une surface géoïdale lisse mais irrégulière, qui sert de référence fondamentale, représentant le niveau moyen de la mer pour toutes les mesures topographiques.
Structure interne
Semblable à d'autres planètes telluriques, l'intérieur de la Terre est stratifié en couches distinctes en fonction de leur composition chimique et de leurs caractéristiques physiques (rhéologiques). La couche la plus externe comprend une croûte solide silicatée chimiquement différenciée, qui repose sur un manteau solide très visqueux. La frontière entre la croûte et le manteau est définie par la discontinuité de Mohorovičić. L'épaisseur de la croûte varie d'environ 6 kilomètres (3,7 mi) sous les bassins océaniques à 30 à 50 kilomètres (19 à 31 mi) sous les masses continentales. La lithosphère, englobant la croûte et la partie supérieure froide et rigide du manteau, est fragmentée en plaques tectoniques se déplaçant indépendamment.
Sous la lithosphère se trouve l'asthénosphère, une couche de viscosité relativement faible qui facilite le mouvement des plaques lithosphériques. Des altérations significatives de la structure cristalline du manteau se manifestent à des profondeurs de 410 et 660 kilomètres (250 et 410 mi) sous la surface, délimitant une zone de transition qui délimite le manteau supérieur et inférieur. Sous le manteau, un noyau externe liquide de très faible viscosité entoure un noyau interne solide. On suppose que le noyau interne de la Terre tourne à une vitesse angulaire légèrement supérieure à celle du reste de la planète, progressant de 0,1 à 0,5° par an, bien que des taux de rotation à la fois plus élevés et significativement plus faibles aient été postulés. Son rayon constitue environ un cinquième du rayon total de la Terre. La densité augmente progressivement avec la profondeur. Parmi tous les corps de taille planétaire du système solaire, la Terre présente la densité la plus élevée.
Composition chimique
La masse de la Terre est estimée à environ 5,97×1024 kg (5,97 Rg). Sa composition globale comprend principalement du fer (32,1 % en masse), de l'oxygène (30,1 %), du silicium (15,1 %), du magnésium (13,9 %), du soufre (2,9 %), du nickel (1,8 %), du calcium (1,5 %) et de l'aluminium (1,4 %), les 1,2 % restants étant constitués d'oligo-éléments. En raison de la différenciation gravitationnelle, le noyau est majoritairement constitué d'éléments plus denses : fer (88,8 %), ainsi que de moindres quantités de nickel (5,8 %), de soufre (4,5 %) et d'oligo-éléments constituant moins de 1 %. Les oxydes représentent les constituants rocheux les plus répandus de la croûte. Plus de 99 % de la croûte est formée de divers oxydes de onze éléments, principalement ceux contenant du silicium (formant des minéraux silicatés), de l'aluminium, du fer, du calcium, du magnésium, du potassium ou du sodium.
Chauffage interne
La chaleur interne de la Terre provient principalement de deux sources : la chaleur primordiale, qui est l'énergie résiduelle de la formation de la planète, et la chaleur radiogénique, générée par la désintégration radioactive. Les principaux isotopes producteurs de chaleur sur Terre comprennent le potassium-40, l'uranium-238 et le thorium-232. Le noyau de la planète peut atteindre des températures allant jusqu'à 6 000 °C (10 830 °F) et des pressions de 360 GPa (52 millions de psi). Compte tenu de la contribution significative de la désintégration radioactive à cette chaleur, les scientifiques émettent l'hypothèse que la production de chaleur de la Terre était considérablement plus importante au début de son histoire, avant l'épuisement des isotopes aux demi-vies plus courtes. Il y a environ 3 Gyr, la production de chaleur aurait été environ le double des niveaux actuels, accélérant ainsi la convection du manteau et la tectonique des plaques, et facilitant la formation de roches ignées rares comme les komatiites, rarement observées aujourd'hui.
La perte de chaleur moyenne de la Terre est mesurée à 87 mW/m§34§, ce qui entraîne une dissipation thermique globale totale de 4,42×1013 W. Une fraction de l'énergie thermique du noyau est transmise à la croûte via des panaches du manteau, qui sont des remontées convectives de roches plus chaudes capables de générer des points chauds et des basaltes d'inondation. Une quantité plus importante de chaleur terrestre est dissipée par la tectonique des plaques, en particulier par les remontées d'eau du manteau liées aux dorsales médio-océaniques. Le troisième mécanisme principal de perte de chaleur implique la conduction à travers la lithosphère, se produisant principalement sous les régions océaniques.
Champ magnétique
Le champ magnétique primaire de la Terre prend son origine dans son noyau, où un processus dynamo transforme l'énergie cinétique de la convection thermique et compositionnelle en énergie de champ électrique et magnétique. Ce champ se propage vers l'extérieur à partir du noyau, à travers le manteau, et s'étend jusqu'à la surface de la Terre, se manifestant sous la forme d'un dipôle approximatif. Les pôles de ce dipôle sont situés à proximité des pôles géographiques de la Terre. À l'équateur magnétique, l'intensité du champ magnétique de surface mesure 3,05×10−5 T, accompagnée d'un moment dipolaire magnétique de 7,79×1022 Am§1516§ à partir de l'époque 2000. Cette force diminue de près de 6 % par siècle, même si elle dépasse toujours sa moyenne de long terme. Les courants convectifs au sein du noyau sont intrinsèquement chaotiques, entraînant la dérive des pôles magnétiques et leur réalignement périodique. Ce phénomène explique la variation séculaire du champ principal et les inversions irrégulières du champ, qui se produisent en moyenne plusieurs fois tous les millions d'années. La dernière inversion de ce type a eu lieu il y a environ 700 000 ans.
La magnétosphère délimite la portée spatiale du champ magnétique terrestre. Cette magnétosphère dévie les ions et les électrons du vent solaire ; la pression exercée par le vent solaire comprime le côté jour de la magnétosphère à environ 10 rayons terrestres, tout en étendant son côté nuit en une queue allongée. En raison de la vitesse du vent solaire dépassant la vitesse de propagation des ondes à l'intérieur, un choc d'arc supersonique se forme devant la magnétosphère côté jour. Les particules chargées sont confinées dans la magnétosphère ; la plasmasphère comprend des particules de faible énergie qui tracent en grande partie les lignes de champ magnétique lorsque la Terre tourne. Le courant annulaire est constitué de particules d’énergie moyenne qui dérivent par rapport au champ géomagnétique, mais dont leurs trajectoires restent principalement régies par celui-ci. Les ceintures de rayonnement de Van Allen sont composées de particules de haute énergie présentant un mouvement largement aléatoire mais contenues dans la magnétosphère. Lors des tempêtes et sous-orages géomagnétiques, les particules chargées peuvent être détournées de la magnétosphère externe, en particulier la queue magnétique, et canalisées le long des lignes de champ vers l'ionosphère terrestre, où elles excitent et ionisent les atomes atmosphériques, produisant ainsi des aurores.
Environnement de surface
La surface de la Terre représente l'interface entre l'atmosphère, la Terre solide et ses océans. Cette superficie couvre une superficie approximative de 510 millions de km2 (197 millions de milles carrés). La planète peut être géographiquement segmentée en deux hémisphères : latitudinalement en hémisphères polaires nord et sud, ou longitudinalement en hémisphères continentaux est et ouest. La surface de la Terre subit des modifications continues en raison d'activités tectoniques des plaques internes, telles que les tremblements de terre et le volcanisme ; par les processus d'altération et d'érosion provoqués par la glace, l'eau, le vent et les fluctuations de température ; et par des mécanismes biologiques, y compris la croissance et la décomposition de la biomasse dans le sol.
La surface de la Terre est principalement recouverte d'eau océanique, qui représente 70,8 %, soit 361 millions de km2 (139 millions de milles carrés). Ce vaste corps salin est fréquemment appelé océan mondial, faisant de la Terre, avec son hydrosphère active, une planète aquatique ou océanique. On suppose que lors des étapes primordiales de la Terre, l'océan aurait pu envelopper entièrement la planète. L'océan mondial est classiquement segmenté en océans Pacifique, Atlantique, Indien, Austral et Arctique, classés par taille décroissante. L'océan repose principalement sur la croûte océanique terrestre, les mers du plateau continental s'étendant dans une moindre mesure sur les plateaux de la croûte continentale. La croûte océanique délimite de vastes bassins océaniques caractérisés par des caractéristiques telles que des plaines abyssales, des monts sous-marins, des volcans sous-marins, des tranchées océaniques, des canyons sous-marins, des plateaux océaniques et un système mondial de dorsales médio-océaniques. Dans les zones polaires de la Terre, la surface de l'océan est recouverte de façon saisonnière par diverses étendues de glace de mer, qui fusionnent fréquemment avec les terres polaires, le pergélisol et les calottes glaciaires, formant ainsi des calottes glaciaires polaires.
Les terres terrestres représentent 29,2 % de la surface de la Terre, ce qui équivaut à 149 millions de km2 (58 millions de milles carrés). Bien que de nombreuses îles soient réparties dans le monde, la majorité de la surface terrestre est occupée par quatre masses continentales principales, classées par ordre décroissant de taille : l'Afrique-Eurasie, l'Amérique, l'Antarctique et l'Australie. Ces vastes masses continentales sont ensuite subdivisées et classées en continents individuels. Les terres peuvent être recouvertes d'eau de surface, de neige, de glace, de structures anthropiques ou de végétation. Bien que la majeure partie des terres émergées de la Terre abrite de la végétation, des portions importantes sont constituées de calottes glaciaires (10 %, à l'exclusion de la superficie comparable située sous le pergélisol) ou de déserts (33 %).
La pédosphère représente la strate la plus externe de la surface terrestre de la Terre, comprenant le sol et subissant des processus pédogènes. Le sol est indispensable pour rendre les terres arables. À l'échelle mondiale, la totalité des terres arables de la Terre représente 10,7 % de la surface terrestre, dont 1,3 % sont désignées comme terres cultivées permanentes. Les estimations indiquent que la Terre possède 16,7 millions de km2 (6,4 millions de milles carrés) de terres cultivées et 33,5 millions de km2 (12,9 millions de milles carrés) de pâturages.
La lithosphère de la Terre est constituée par la surface des terres, le fond des océans et des parties du manteau supérieur. La croûte terrestre elle-même est divisée en types océanique et continental. Sous-jacente aux sédiments des fonds océaniques, la croûte océanique est essentiellement basaltique. En revanche, la croûte continentale incorpore des matériaux de moindre densité, comme du granite, divers sédiments et des roches métamorphiques. Les roches sédimentaires couvrent environ 75 % des surfaces continentales, bien qu'elles ne représentent qu'environ 5 % de la masse totale de la croûte.
La topographie de la surface terrestre englobe à la fois la configuration de la surface des océans et la morphologie des masses continentales terrestres. La surface terrestre présente une diversité topographique considérable, avec des montagnes, des déserts, des plaines, des plateaux et diverses autres formations géomorphologiques. L'élévation terrestre varie d'un nadir de −418 m (−1 371 pi) à la mer Morte à un zénith de 8 848 m (29 029 pi) au sommet du mont Everest. L'élévation moyenne des terres au-dessus du niveau de la mer est d'environ 797 m (2 615 pi). La topographie sous-marine des fonds océaniques, avec une profondeur bathymétrique moyenne de 4 km, démontre une complexité comparable à celle de la surface terrestre.
Plaques tectoniques
La lithosphère, la couche externe mécaniquement rigide de la Terre comprenant la croûte et le manteau supérieur, est segmentée en plaques tectoniques. Ces segments rigides présentent un mouvement relatif au niveau de trois types de limites distincts : les limites convergentes, où deux plaques entrent en collision ; frontières divergentes, où deux plaques se séparent ; et transformer les limites, où deux plaques glissent horizontalement l'une sur l'autre. Les phénomènes géologiques tels que les tremblements de terre, l'activité volcanique, l'orogenèse (formation de montagnes) et la formation de tranchées océaniques sont caractéristiques de ces limites de plaques. Les plaques tectoniques sont situées au sommet de l'asthénosphère, une région solide mais moins visqueuse du manteau supérieur, capable d'écoulement et de co-mouvement avec les plaques.
Le mouvement des plaques tectoniques entraîne la subduction de la croûte océanique sous les marges principales des plaques aux frontières convergentes. Parallèlement, l'ascension du matériau du manteau aux frontières divergentes génère des dorsales médio-océaniques. Ces mécanismes géologiques combinés facilitent la réintégration de la croûte océanique dans le manteau. Par conséquent, la majorité du fond océanique est géologiquement jeune, généralement âgé de moins de 100 Ma. La croûte océanique la plus ancienne identifiée se situe dans le Pacifique occidental, avec un âge estimé à 200 Ma. En revanche, la croûte continentale la plus ancienne datée avec précision est 4 030 Ma. Cependant, les zircons découverts sous forme de clastes dans les formations sédimentaires éoarchéennes ont donné des âges allant jusqu'à 4 400 Ma, suggérant la présence d'une croûte continentale à cette époque.
Les sept plaques tectoniques primaires de la Terre comprennent les plaques Pacifique, nord-américaine, eurasienne, africaine, antarctique, indo-australienne et sud-américaine. D'autres plaques importantes comprennent la plaque arabe, la plaque caribéenne, la plaque de Nazca (située au large de la côte ouest de l'Amérique du Sud) et la plaque Scotia (située dans le sud de l'océan Atlantique). La plaque australienne a convergé et fusionné avec la plaque indienne il y a environ 50 à 55 Ma. Les plaques océaniques présentent les vitesses les plus élevées, illustrées par la plaque Cocos, qui se déplace à 75 mm/a (3,0 po/an), et la plaque Pacifique, avec une vitesse allant de 52 à 69 mm/a (2,0 à 2,7 po/an). À l'inverse, la plaque sud-américaine représente la plaque majeure qui se déplace le plus lentement, avançant à une vitesse moyenne de 10,6 mm/a (0,42 po/an).
Hydrosphère
L'hydrosphère terrestre englobe la totalité de son eau et sa répartition spatiale. L’hydrosphère est principalement composée de l’océan mondial. Cela comprend également les eaux atmosphériques et terrestres, telles que les nuages, les mers intérieures, les lacs, les rivières et les plans d'eau souterrains. La masse océanique est estimée à environ 1,35×1018 tonnes métriques, soit environ 1/4400 de la masse totale de la planète. Couvrant une superficie de 361,8 millions de km§89§ (139,7 millions de mi§1011§) avec une profondeur moyenne de 3 682 m (12 080 pi), les océans possèdent un volume estimé à 1,332 milliard de km§1213§ (320 millions de milles cubes).
Hypothétiquement, si la surface de la croûte terrestre était uniformément nivelée jusqu'à une élévation sphérique douce, l'océan mondial atteindrait une profondeur de 2,7 à 2,8 km (1,68 à 1,74 mi). Environ 97,5 % de cette eau est salée, les 2,5 % restants étant de l'eau douce. La majorité de l'eau douce, environ 68,7 %, existe sous forme de glace dans les calottes glaciaires et les glaciers. L'eau douce résiduelle est distribuée sous forme d'eau souterraine (30 %), d'eau de surface (1 %, couvrant seulement 2,8 % de la masse continentale de la Terre) et d'autres réservoirs mineurs, notamment le pergélisol, la vapeur d'eau atmosphérique et l'eau biologiquement liée.
Dans les zones glaciales de la planète, la neige persiste tout au long de la saison estivale, se transformant en glace. Cette neige et cette glace accumulées fusionnent ensuite pour former des glaciers, qui sont d'importantes masses de glace qui s'écoulent sous l'influence de leur propre force gravitationnelle. Les glaciers alpins se développent sur des terrains montagneux, tandis que de vastes calottes glaciaires naissent sur les masses continentales des environnements polaires. Le mouvement glaciaire induit une érosion de surface importante, entraînant des altérations géomorphologiques spectaculaires, notamment la sculpture de vallées en forme de U et d'autres reliefs distinctifs. La glace de mer arctique s'étend actuellement sur une superficie comparable à celle des États-Unis, même si elle connaît une diminution rapide en raison du changement climatique en cours.
La salinité moyenne des océans de la Terre est d'environ 35 grammes de sels dissous par kilogramme d'eau de mer, ce qui équivaut à une concentration de sel de 3,5 %. Les sources prédominantes de cette salinité sont les émissions volcaniques et la dissolution des roches ignées froides. En outre, les océans constituent un réservoir important de gaz atmosphériques dissous, indispensables à la subsistance de nombreuses espèces aquatiques. L’eau océanique exerce une profonde influence sur les modèles climatiques mondiaux, fonctionnant comme un immense puits de chaleur. Les variations dans la répartition des températures océaniques peuvent précipiter des changements climatiques notables, illustrés par des phénomènes tels que l'oscillation australe d'El Niño.
La présence omniprésente de l'eau, en particulier à l'état liquide, à la surface de la Terre représente une caractéristique distinctive qui la différencie des autres corps célestes du système solaire. Même si les planètes du système solaire possédant une atmosphère importante peuvent contenir de la vapeur d'eau atmosphérique, elles ne disposent généralement pas des conditions de surface requises pour maintenir une eau liquide stable à l'extérieur. Bien que certaines lunes présentent des preuves de vastes réservoirs d'eau liquide extraterrestre, dépassant potentiellement le volume des océans de la Terre, il s'agit invariablement de vastes corps aquatiques situés sous des couches superficielles gelées de plusieurs kilomètres d'épaisseur.
Atmosphère
La pression atmosphérique terrestre au niveau de la mer est en moyenne de 101,325 kPa (14,696 psi), caractérisée par une hauteur d'échelle d'environ 8,5 km (5,3 mi). La composition d'une atmosphère sèche comprend principalement 78,084 % d'azote, 20,946 % d'oxygène, 0,934 % d'argon, ainsi que des traces de dioxyde de carbone et d'autres constituants gazeux. La concentration de vapeur d'eau varie de 0,01 % à 4 %, avec une moyenne d'environ 1 %. Les nuages obscurcissent environ les deux tiers de la surface de la Terre, et présentent une plus grande prévalence dans les régions océaniques que dans les zones terrestres. L'altitude de la troposphère présente une variabilité latitudinale, s'étendant de 8 km (5 mi) aux pôles à 17 km (11 mi) à l'équateur, avec des fluctuations supplémentaires influencées par les conditions météorologiques et saisonnières.
La biosphère terrestre a profondément modifié sa composition atmosphérique. L'émergence de la photosynthèse oxygénée d'environ 2,7 Gya a conduit au développement d'une atmosphère contemporaine riche en azote et en oxygène. Cette transformation atmosphérique a facilité l'expansion généralisée des formes de vie aérobies et, indirectement, a contribué à la genèse de la couche d'ozone grâce à la conversion ultérieure de l'O§56§ atmosphérique en O§910§. La couche d'ozone joue un rôle crucial en atténuant le rayonnement solaire ultraviolet, permettant ainsi le maintien de la vie terrestre. Les fonctions atmosphériques vitales supplémentaires qui soutiennent la vie comprennent le transport de la vapeur d'eau, la fourniture de gaz essentiels, l'ablation de météores mineurs avant l'impact sur la surface et la régulation de la température. Cette dernière fonction, connue sous le nom d'effet de serre, implique que des molécules atmosphériques traces absorbent l'énergie thermique rayonnée par la surface de la Terre, augmentant ainsi la température moyenne de la planète. Les principaux gaz à effet de serre présents dans l'atmosphère comprennent la vapeur d'eau, le dioxyde de carbone, le méthane, l'oxyde nitreux et l'ozone. En l'absence de ce mécanisme de rétention de chaleur, la température moyenne de la surface de la Terre chuterait à −18 °C (−0,4 °F), un contraste saisissant avec les +15 °C actuels (59 °F), rendant l'existence de la vie sous sa forme actuelle hautement improbable.
La haute atmosphère
La haute atmosphère, située au-dessus de la troposphère, est classiquement stratifiée en stratosphère, mésosphère et thermosphère. Chaque couche distincte présente un taux de déchéance unique, qui quantifie la variation de température avec l'augmentation de l'altitude. Au-delà de ces couches, l’exosphère s’atténue progressivement, passant à la magnétosphère, où les champs géomagnétiques terrestres interagissent avec le vent solaire. La stratosphère contient notamment la couche d'ozone, un constituant essentiel qui atténue partiellement le rayonnement ultraviolet atteignant la surface de la Terre, favorisant ainsi la vie. La ligne Kármán, établie à une altitude de 100 km (62 mi) au-dessus de la surface de la Terre, sert de démarcation pratique entre l'atmosphère et l'espace.
L'énergie thermique confère une vitesse suffisante à certaines molécules à la périphérie atmosphérique, leur permettant de surmonter l'attraction gravitationnelle de la Terre et de s'échapper dans l'espace. Ce processus entraîne un épuisement progressif mais continu des constituants atmosphériques. En raison de sa faible masse moléculaire, l’hydrogène non lié atteint plus facilement sa vitesse de fuite et s’échappe donc plus rapidement dans l’espace que les autres gaz. La fuite exosphérique d'hydrogène est un facteur contribuant à la transition de l'atmosphère et de la surface terrestre d'un état réducteur initial à son état oxydant actuel. Alors que la photosynthèse fournissait une source d’oxygène libre, l’épuisement des agents réducteurs comme l’hydrogène est considéré comme une condition préalable à l’accumulation massive d’oxygène atmosphérique. Par conséquent, la capacité de l’hydrogène à s’échapper de l’atmosphère pourrait avoir influencé de manière significative la trajectoire évolutive de la vie sur Terre. Dans l’atmosphère contemporaine riche en oxygène, la majorité de l’hydrogène est convertie en eau avant de pouvoir s’échapper. Par conséquent, le mécanisme prédominant de perte d’hydrogène provient désormais de la dégradation du méthane dans la haute atmosphère.
Météo et climat
L'atmosphère terrestre n'a pas de frontière distincte, elle s'atténue progressivement et se confond avec l'espace. Environ les trois quarts de la masse atmosphérique résident dans les 11 premiers kilomètres (6,8 mi) au-dessus de la surface, une région désignée sous le nom de troposphère. L'énergie solaire chauffe cette couche et la surface sous-jacente, provoquant la dilatation de l'air. Par la suite, cet air moins dense monte, étant supplanté par de l’air plus frais et plus dense. Ce processus dynamique établit une circulation atmosphérique qui, grâce à la redistribution de l'énergie thermique, régit les modèles météorologiques et le climat mondiaux.
Les principales bandes de circulation atmosphérique comprennent les alizés de la région équatoriale, s'étendant en dessous de 30° de latitude, et les vents d'ouest aux latitudes moyennes, allant de 30° à 60°. Le contenu thermique et les courants des océans jouent également un rôle déterminant dans le climat, notamment la circulation thermohaline, qui facilite la distribution de l'énergie thermique des océans équatoriaux vers les régions polaires.
La Terre est exposée à un rayonnement solaire de 1 361 W/m2. L'énergie solaire incidente atteignant la surface de la Terre diminue avec l'augmentation de la latitude. Cette réduction se produit parce que, aux latitudes élevées, le rayonnement solaire frappe la surface selon des angles plus obliques, ce qui nécessite sa traversée de plus grandes profondeurs atmosphériques. Par conséquent, la température annuelle moyenne de l’air au niveau de la mer présente une baisse d’environ 0,4 °C (0,7 °F) par degré de latitude en s’éloignant de l’équateur. La surface de la Terre peut être délimitée en zones latitudinales distinctes caractérisées par des conditions climatiques relativement uniformes. Ces zones, progressant de l'équateur vers les pôles, englobent les climats tropicaux (ou équatoriaux), subtropicaux, tempérés et polaires.
Les déterminants supplémentaires influençant le climat d'un lieu incluent la proximité océanique, les modèles de circulation océanique et atmosphérique et les caractéristiques topographiques. Les régions adjacentes aux océans connaissent généralement des étés plus frais et des hivers plus doux, en raison de la capacité importante de stockage de chaleur des corps océaniques. Les régimes de vent facilitent l’advection de l’énergie thermique océanique (à la fois chaleur et fraîcheur) vers les zones terrestres. La circulation atmosphérique exerce en outre une influence significative ; par exemple, bien que San Francisco et Washington D.C. soient des villes côtières situées à des latitudes comparables, le climat de San Francisco est considérablement plus tempéré en raison de la direction dominante des vents terrestres. Enfin, il existe une relation inverse entre la température et l'altitude, ce qui fait que les régions montagneuses présentent des températures plus basses que leurs homologues de basse altitude.
Les modèles circulatoires atmosphériques facilitent le transport de la vapeur d'eau, qui provient de l'évaporation de surface. Dans des conditions atmosphériques appropriées, la remontée d’air chaud et humide entraîne la condensation de cette vapeur, qui retourne ensuite à la surface sous forme de précipitations. Par la suite, la majorité de cette eau est transportée vers des altitudes plus basses via des systèmes fluviaux, rejoignant généralement les océans ou s’accumulant dans les lacs. Ce cycle hydrologique constitue un mécanisme essentiel au maintien de la vie terrestre et représente un agent principal de l'érosion géomorphologique des éléments de surface à travers les échelles de temps géologiques. Les régimes de précipitations présentent une variabilité importante, allant de plusieurs mètres par an à moins d'un millimètre. Les précipitations moyennes régionales sont dictées par la circulation atmosphérique, les caractéristiques topographiques et les gradients thermiques.
Le système de classification climatique de Köppen, largement adopté, classe les climats en cinq groupes principaux : tropiques humides, arides, latitudes moyennes humides, continentaux et polaires froids, chacun étant ensuite subdivisé en sous-types plus granulaires. Ce système évalue les régions principalement sur la base des données enregistrées sur la température et les précipitations. Les températures de l'air en surface peuvent atteindre environ 55 °C (131 °F) dans les déserts hyper-arides, illustrés par la Vallée de la Mort, tout en plongeant jusqu'à -89 °C (-128 °F) en Antarctique.
Dynamique orbitale et rotation
Caractéristiques de rotation
La période de rotation de la Terre par rapport au Soleil, définie comme son jour solaire moyen, mesure 86 400 secondes de temps solaire moyen, ce qui équivaut à 86 400,0025 secondes SI. En raison de la décélération des marées, le jour solaire de la Terre est actuellement légèrement plus long que son homologue du XIXe siècle, les jours individuels présentant une variation comprise entre 0 et 2 ms au-delà du jour solaire moyen.
La période de rotation de la Terre par rapport aux étoiles fixes, désignée comme son jour stellaire par le Service international de rotation de la Terre et des systèmes de référence (IERS), est 86 164,0989 secondes de temps solaire moyen (UT1), ce qui se traduit par 23h 56m 4,0989s. À l'inverse, la période de rotation de la Terre par rapport à l'équinoxe moyen de mars précédent (défini comme lorsque le Soleil est à 90° sur l'équateur) correspond à 86 164,0905 secondes du temps solaire moyen (UT1), soit 23h 56m 4,0905s. Par conséquent, le jour sidéral est environ 8,4 ms plus court que le jour stellaire.
À l'exclusion des météores atmosphériques et Pour les satellites en orbite terrestre basse, le mouvement apparent prédominant des objets célestes observés depuis le ciel terrestre se fait vers l'ouest, se produisant à une vitesse de 15° par heure, ce qui équivaut à 15 minutes d'arc par minute. Pour les corps célestes situés près de l'équateur céleste, ce mouvement correspond à parcourir le diamètre apparent du Soleil ou de la Lune toutes les deux minutes ; notamment, depuis la surface de la Terre, les tailles angulaires apparentes du Soleil et de la Lune sont presque identiques.
Caractéristiques orbitales et position
La Terre maintient une distance orbitale moyenne d'environ 150 millions de kilomètres (93 millions de milles) du Soleil. Par conséquent, la Terre se positionne comme la troisième planète à partir du Soleil, faisant partie intégrante du système solaire interne. Cette distance orbitale sert de mesure fondamentale pour l’unité astronomique (UA), équivalant à environ 8,3 minutes-lumière ou 380 fois la distance Terre-Lune. La Terre effectue une orbite autour du Soleil tous les 365,2564 jours solaires moyens, définissant une année sidérale. Ce mouvement orbital entraîne un déplacement apparent du Soleil vers l'est dans le ciel terrestre à une vitesse d'environ 1° par jour, ce qui équivaut à un diamètre solaire ou lunaire apparent toutes les 12 heures. Par conséquent, ce mouvement nécessite en moyenne 24 heures, définies comme un jour solaire, pour que la Terre effectue une rotation axiale complète, permettant au Soleil de revenir au méridien, une durée dépassant légèrement le jour sidéral.
La vitesse orbitale de la Terre est en moyenne de 29,7827 km/s (107 218 km/h ; 66 622 mph), une vitesse suffisante pour parcourir une distance équivalente au diamètre de la Terre, environ 12 742 km (7 918 mi), en sept minutes, et la distance Terre-Lune, 384 400 km (238 855 mi), en environ 3,5 heures. D'un point de vue situé au-dessus du Soleil et des pôles nord de la Terre, l'orbite de la Terre autour du Soleil se déroule dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Comme toutes les autres planètes du système solaire, la Terre orbite dans une région largement coplanaire, désignée comme le plan invariable. L'inclinaison de l'orbite de la Terre par rapport à ce plan est d'environ 1,58°.
La Terre, en tant que composant intégral du système solaire, réside dans la Voie lactée, en orbite à environ 28 000 années-lumière du centre galactique. Sa position est à environ 20 années-lumière au-dessus du plan galactique, plus précisément au sein du bras d'Orion.
L'inclinaison axiale de la Terre et son influence sur les saisons
L'inclinaison axiale de la Terre mesure environ 23,439281°, avec son axe de rotation, par définition, constamment orienté vers les pôles célestes par rapport au plan de son orbite. Cette inclinaison axiale se traduit par une répartition variable de l'insolation solaire sur la surface de la Terre tout au long du cycle annuel. Par conséquent, ce phénomène entraîne des changements climatiques saisonniers ; l'été dans l'hémisphère nord coïncide avec l'exposition directe du tropique du Cancer au soleil, tandis que l'été dans l'hémisphère sud se produit lorsque le tropique du Capricorne est orienté de la même manière. A l'inverse, l'hiver prévaut simultanément dans l'hémisphère opposé pendant ces périodes.
Pendant les mois d'été, les heures de clarté sont prolongées et le Soleil atteint une altitude apparente plus élevée dans le ciel. À l’inverse, l’hiver se caractérise par des températures plus fraîches et des durées de clarté réduites. Les régions situées au-delà des cercles Arctique et Antarctique connaissent des périodes d'absence totale de lumière du jour, appelées nuit polaire, qui peuvent persister plusieurs mois aux pôles géographiques. À l'inverse, ces latitudes identiques présentent également le phénomène du soleil de minuit, pendant lequel le Soleil reste visible en permanence pendant toute la période de 24 heures.
La convention astronomique définit les quatre saisons en fonction des solstices (points orbitaux représentant l'inclinaison axiale maximale vers ou loin du Soleil) et des équinoxes, lorsque l'axe de rotation de la Terre s'aligne perpendiculairement avec son axe orbital. Dans l'hémisphère Nord, le solstice d'hiver se produit généralement vers le 21 décembre, le solstice d'été vers le 21 juin, l'équinoxe de printemps vers le 20 mars et l'équinoxe d'automne vers le 22 ou le 23 septembre. À l'inverse, dans l'hémisphère sud, ce calendrier saisonnier est inversé, les solstices d'été et d'hiver, ainsi que les équinoxes de printemps et d'automne, se produisant à des dates réciproques.
Bien que généralement stable sur des échelles de temps géologiques étendues, l'angle d'inclinaison axiale de la Terre présente des fluctuations mineures. Plus précisément, son inclinaison axiale subit une nutation, caractérisée comme une oscillation subtile et irrégulière avec une période primaire de 18,6 ans. De plus, l'orientation de l'axe de rotation de la Terre, distincte de son angle, subit un mouvement de précession, complétant un cycle complet tous les 25 800 ans environ ; cette précession explique la disparité entre une année sidérale et une année tropicale. Ces mouvements susmentionnés sont principalement induits par les forces gravitationnelles différentielles exercées par le Soleil et la Lune sur le renflement équatorial de la Terre. De plus, les pôles géographiques présentent une migration de plusieurs mètres à la surface de la Terre. Ce mouvement polaire comprend plusieurs composantes cycliques, collectivement désignées comme mouvement quasipériodique. Au-delà d'une composante annuelle, ce mouvement comprend un cycle distinct de 14 mois connu sous le nom d'oscillation de Chandler. La vitesse de rotation de la Terre fluctue également, un phénomène appelé variation de la durée du jour.
La trajectoire orbitale de la Terre n'est pas parfaitement circulaire mais plutôt légèrement elliptique, le point le plus proche du Soleil étant appelé périhélie. Actuellement, la Terre atteint le périhélie vers le 3 janvier et l'aphélie, son point le plus éloigné, vers le 4 juillet. Ces dates spécifiques sont sujettes à des variations temporelles, influencées par la précession orbitale et d'autres modifications orbitales, qui adhèrent à des modèles cycliques prévisibles appelés cycles de Milankovitch. La fluctuation annuelle de la distance Terre-Soleil entraîne une augmentation d'environ 6,8 % de l'insolation solaire reçue par la Terre au périhélie par rapport à l'aphélie. Coïncidant avec l'approche la plus proche de la Terre par rapport au Soleil, l'inclinaison axiale de l'hémisphère sud vers le Soleil lui permet de recevoir annuellement légèrement plus d'énergie solaire que l'hémisphère nord. Cependant, cet effet particulier a considérablement moins d'impact que la variation globale de l'énergie attribuable à l'inclinaison axiale, la majorité de l'énergie excédentaire dans l'hémisphère sud étant assimilée par sa plus grande couverture océanique.
Le domaine gravitationnel de la Terre et son influence
Le champ gravitationnel terrestre
La force gravitationnelle de la Terre se manifeste par l'accélération conférée aux objets, résultant de la distribution de masse interne de la planète. À la surface de la Terre, l'accélération gravitationnelle approximative est de 9,8 m/s2 (32 pieds/s2). Les variations de topographie, de composition géologique et de structures tectoniques souterraines induisent des disparités régionales localisées et étendues au sein du champ gravitationnel de la Terre, appelées anomalies gravitationnelles. La sphère de la colline terrestre, également reconnue comme sa sphère d'influence gravitationnelle, s'étend sur un rayon d'environ 1,5 million de km (930 000 mi). Cette limite délimite la plage maximale dans laquelle l'attraction gravitationnelle de la Terre prédomine sur celle du Soleil et des autres corps planétaires plus éloignés. Par conséquent, les objets doivent maintenir des orbites dans ce rayon ; sinon, ils risquent d'être délogés par les perturbations gravitationnelles du Soleil.
Satellite naturel de la Terre : la Lune
La Lune est classée comme un satellite naturel terrestre relativement grand, semblable à une planète, possédant un diamètre d'environ un quart de celui de la Terre. Elle a la particularité d'être la plus grande lune du système solaire proportionnellement à la taille de sa planète hôte, bien que Charon présente une taille relative plus grande que la planète naine Pluton. À l'instar de la Terre, les satellites naturels en orbite autour d'autres planètes sont également communément appelés « lunes ». La Lune et la Terre tournent autour d'un barycentre commun sur une période sidérale de 27,32 jours, mesurée par rapport aux étoiles de fond. Compte tenu de l'orbite collective du système Terre-Lune autour du Soleil, la durée d'un mois synodique, s'étendant d'une nouvelle lune à la suivante, est de 29,53 jours.
Du point de vue du pôle nord céleste, le mouvement orbital de la Terre et de la Lune, ainsi que leurs rotations axiales respectives, sont observés uniformément dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Comme on l'observe depuis la Terre, la distance de la Lune est précisément telle que la taille apparente de son disque se rapproche de celle du Soleil. Cette congruence en taille angulaire (ou angle solide) entre les deux corps célestes provient du fait que le diamètre du Soleil est environ 400 fois plus grand que celui de la Lune, tout en étant simultanément 400 fois plus éloigné. Cet alignement unique facilite l’apparition d’éclipses solaires totales et annulaires sur Terre. Les plans orbitaux ne sont pas parfaitement coplanaires ; plus précisément, le plan orbital Terre-Lune est incliné jusqu'à ± 5,1 degrés par rapport au plan Terre-Soleil, connu sous le nom d'écliptique. Sans cette inclinaison, des éclipses se produiraient toutes les deux semaines, alternant entre des événements lunaires et solaires.
L'interaction gravitationnelle entre la Terre et la Lune est responsable de la génération des marées lunaires sur Terre. Cette influence gravitationnelle identique sur la Lune a entraîné son blocage des marées, ce qui signifie que sa période de rotation correspond précisément à sa période orbitale autour de la Terre. Par conséquent, la Lune présente systématiquement un hémisphère identique vers la Terre. Au cours de son orbite autour de la Terre, diverses parties de la surface de la Lune sont éclairées par le Soleil, donnant lieu aux phases lunaires observables. En raison de leur interaction continue avec les marées, la Lune s'éloigne progressivement de la Terre à une vitesse approximative de 38 mm/a (1+§34§⁄§56§ po/an). Sur des échelles de temps géologiques s'étendant sur des millions d'années, ces altérations infimes, associées à l'allongement du jour terrestre d'environ 23 μs/an, s'accumulent pour donner lieu à des changements évolutifs substantiels. Par exemple, pendant la période Édiacarienne (environ 620 Ma), une année comprenait 400 ± 7 jours, chaque jour s'étendant sur 21,9 ± 0,4 heures.
On suppose que la Lune a influencé de manière significative l'évolution de la vie sur Terre grâce à son rôle dans la modération du climat de la planète. Les preuves paléontologiques et les simulations informatiques indiquent que l'inclinaison axiale de la Terre est maintenue dans une configuration stable par les interactions des marées avec la Lune. Certaines perspectives théoriques proposent qu'en l'absence de cet effet stabilisateur contre les couples exercés par le Soleil et d'autres planètes sur le renflement équatorial de la Terre, l'axe de rotation de la planète pourrait présenter une instabilité chaotique, subissant des changements substantiels sur des millions d'années, un phénomène observé sur Mars ; cependant, cette hypothèse reste un sujet de débat.
L'hypothèse prédominante concernant la genèse de la Lune, la théorie de l'impact géant, postule sa formation par une collision entre une protoplanète de la taille de Mars nommée Theia et la Terre primitive. Cette théorie explique la rareté relative de fer et de composants volatils de la Lune, ainsi que sa similitude de composition avec la croûte terrestre. Les modèles informatiques indiquent la présence potentielle de deux restes substantiels de cette protoplanète à l'intérieur de la Terre.
Astéroïdes et satellites artificiels
La population d'astéroïdes co-orbitaux de la Terre comprend des quasi-satellites, des orbiteurs en fer à cheval et des astéroïdes troyens. Au moins sept quasi-satellites ont été identifiés, dont 469219 Kamoʻoalewa, avec des diamètres allant de 10 mètres à 5 000 mètres. Un astéroïde troyen, en particulier 2010 TK7, présente une libration autour du point de Lagrange principal (L4) sur l'orbite solaire terrestre. Le petit astéroïde géocroiseur 2006 RH120 effectue des rencontres rapprochées avec le système Terre-Lune environ toutes les deux décennies. Durant de telles proximités, il est capable d'entrer temporairement sur l'orbite terrestre.
En septembre 2021, 4 550 satellites anthropiques opérationnels étaient en orbite autour de la Terre. Par ailleurs, il existe de nombreux satellites inopérants, notamment Vanguard 1, qui reste le plus ancien satellite en orbite, aux côtés de plus de 16 000 fragments de débris spatiaux suivis. La Station spatiale internationale (ISS) constitue le satellite artificiel le plus important de la Terre.
La vie sur Terre
La Terre représente le seul corps céleste actuellement reconnu comme ayant abrité la vie. La vie terrestre est née dans des environnements aquatiques primordiaux environ 100 millions d'années après la formation de la Terre, il y a environ 4 milliards d'années. La planète offre de l’eau liquide, un milieu essentiel pour l’assemblage et l’interaction de molécules organiques complexes, associée à une énergie adéquate pour soutenir les processus métaboliques. La flore et d'autres organismes assimilent les nutriments provenant des réservoirs hydriques, édaphiques et atmosphériques. Ces nutriments vitaux font l'objet d'un recyclage continu entre diverses espèces.
La vie terrestre a activement façonné et peuplé de nombreux écosystèmes distincts, pour finalement s'étendre à l'échelle mondiale pour constituer une biosphère englobante. Au fil des temps géologiques, la vie sur Terre a connu une large diversification, entraînant la formation de divers biomes caractérisés par une flore et une faune relativement analogues. Ces divers biomes ont émergé à des altitudes, des profondeurs aquatiques, des zones de température planétaires et des gradients d’humidité terrestres distincts. Le zénith de la diversité des espèces et de la biomasse de la Terre est observé dans les environnements aquatiques peu profonds et les régions forestières, en particulier dans des conditions climatiques équatoriales, chaudes et humides. À l'inverse, les zones polaires glaciales, les altitudes élevées et les territoires hyper-arides présentent une rareté relative de vie végétale et animale.
Par conséquent, les processus biologiques ont profondément influencé la Terre, modifiant considérablement son atmosphère et sa surface au cours de longues époques géologiques, précipitant des événements tels que la grande oxydation. De plus, les activités anthropiques ont eu des impacts importants sur la Terre, son biote et sa trajectoire évolutive.
Origine de la vie et de l'évolution
Il y a environ quatre milliards d'années, les réactions chimiques ont abouti à l'émergence des premières molécules auto-réplicatives. Par la suite, environ 500 millions d’années plus tard, le dernier ancêtre commun universel (LUCA) de toutes les formes de vie existantes est apparu. Le développement de la photosynthèse a permis aux organismes vivants d’exploiter directement l’énergie solaire. L'accumulation conséquente d'oxygène moléculaire (O2) dans l'atmosphère, par interaction avec le rayonnement solaire ultraviolet, a facilité la formation d'une couche d'ozone protectrice (O§56§) dans les couches atmosphériques supérieures. L'incorporation endosymbiotique de cellules plus petites dans des cellules plus grandes a conduit à l'évolution de cellules eucaryotes complexes. De véritables organismes multicellulaires sont apparus à mesure que les cellules des structures coloniales subissaient une spécialisation progressive. Avec l'atténuation des rayonnements ultraviolets délétères par la couche d'ozone, la vie a ensuite colonisé la surface terrestre de la Terre. Les premières preuves paléontologiques de la vie comprennent des fossiles de tapis microbiens découverts dans du grès vieux de 3,48 milliards d'années en Australie occidentale, du graphite biogénique identifié dans des roches métasédimentaires vieilles de 3,7 milliards d'années dans l'ouest du Groenland et des vestiges de matériel biotique découverts dans des roches vieilles de 4,1 milliards d'années, également en Australie occidentale. La preuve directe la plus ancienne de la vie terrestre est préservée dans des formations géologiques australiennes vieilles de 3,45 milliards d'années, se manifestant sous forme de micro-organismes fossilisés.
Au cours de l'ère néoprotérozoïque, s'étendant de 1 000 à 539 Ma, une partie importante de la surface de la Terre pourrait avoir été enveloppée de glace. Cette hypothèse géologique, connue sous le nom de « Terre boule de neige », présente un intérêt scientifique considérable en raison de sa proximité temporelle avec l'explosion cambrienne, une époque caractérisée par une augmentation spectaculaire de la complexité des formes de vie multicellulaires. À la suite de l'explosion cambrienne, il y a environ 535 Ma, la Terre a connu au moins cinq événements d'extinction de masse majeurs, ainsi que de nombreux événements mineurs. En excluant l'hypothèse d'une extinction en cours à l'Holocène, l'extinction majeure la plus récente s'est produite il y a 66 Ma, précipitée par un impact d'astéroïde qui a éradiqué les dinosaures non aviaires et d'autres grandes espèces reptiliennes, tout en préservant en grande partie une faune plus petite, notamment des insectes, des mammifères, des lézards et des espèces aviaires. Au cours des derniers 66 millions d'années, la vie des mammifères a connu une vaste diversification et plusieurs millions d'années auparavant, une espèce de singe africain avait développé une locomotion bipède. Cette adaptation évolutive a facilité le développement de l'utilisation d'outils et favorisé la communication, qui à son tour a fourni la stimulation nutritionnelle et cognitive nécessaire à l'encéphalisation, conduisant finalement à l'évolution de l'Homo sapiens. L'émergence ultérieure de l'agriculture et l'essor de la civilisation ont conféré à l'humanité une influence profonde et durable sur les écosystèmes terrestres et la biodiversité de ses formes de vie.
Défis environnementaux affectant la vie terrestre
Des phénomènes météorologiques extrêmes, notamment les cyclones tropicaux, se manifestent sur la majorité de la surface de la Terre, exerçant des impacts importants sur le biote des régions touchées. Entre 1980 et 2000, ces événements ont causé en moyenne 11 800 décès par an. De nombreuses zones géographiques sont sensibles aux aléas géologiques et météorologiques tels que les tremblements de terre, les glissements de terrain, les tsunamis, les éruptions volcaniques, les tornades, les blizzards, les inondations, les sécheresses et les incendies de forêt. Les impacts anthropiques sont évidents dans divers domaines, résultant de la pollution atmosphérique et aquatique, des précipitations acides, de la perte de végétation (imputable au surpâturage, à la déforestation et à la désertification), de l'épuisement de la faune, de l'extinction d'espèces et des processus de dégradation, d'épuisement et d'érosion des sols. De plus, les activités humaines contribuent au réchauffement climatique en émettant des gaz à effet de serre dans l’atmosphère. Ce phénomène précipite les changements qui en découlent, notamment la fonte des glaciers et des calottes glaciaires, une élévation mondiale du niveau moyen de la mer, un risque amplifié de sécheresse et d'incendies de forêt et la migration des espèces vers les pôles.
Interaction de l'humanité avec la Terre
Géographie humaine
Provenant des primates ancestraux d'Afrique de l'Est il y a environ 300 000 ans, les populations humaines se sont ensuite dispersées à travers le monde, s'installant progressivement dans les environnements terrestres après l'avènement de l'agriculture au 10e millénaire avant notre ère. Au cours du XXe siècle, l’Antarctique a été le dernier continent à faire l’objet d’une exploration humaine et d’une colonisation limitée. Depuis le XIXe siècle, la population humaine mondiale a connu une croissance exponentielle, atteignant huit milliards dans les années 2020, avec des projections indiquant un pic d'environ dix milliards au cours de la seconde moitié du XXIe siècle. Une proportion importante de cette expansion démographique devrait se produire en Afrique subsaharienne.
La répartition mondiale et la densité de la population humaine présentent des variations considérables, la majorité résidant en Asie du Sud et de l'Est, et environ 90 % dans l'hémisphère nord de la Terre. Cette concentration hémisphérique est en partie attribuable à la plus grande proportion de masse continentale située dans l'hémisphère Nord, qui représente 68 % de la superficie totale des terres de la planète. De plus, depuis le 19e siècle, on assiste à une tendance accélérée de migration humaine vers les centres urbains, ce qui fait que la majorité de la population mondiale réside dans les zones urbaines au 21e siècle.
Au-delà de la surface terrestre, l'habitation humaine a été limitée à un nombre limité d'installations souterraines et sous-marines spécialisées, ainsi qu'à plusieurs stations spatiales orbitales. La grande majorité de la population humaine reste exclusivement à la surface de la Terre, entièrement dépendante de la planète et des conditions environnementales qu'elle offre. Depuis la seconde moitié du 20e siècle, plusieurs centaines d'individus ont séjourné temporairement au-delà de la Terre, une infime proportion d'entre eux ayant atteint un autre corps céleste, en particulier la Lune.
La Terre a connu un vaste peuplement humain, conduisant au développement de sociétés et de cultures diverses. Depuis le XIXe siècle, la majorité de la masse continentale de la Terre est revendiquée territorialement par des États souverains, délimités par des frontières politiques. Il existe actuellement 205 États de ce type, seules certaines parties de l’Antarctique et quelques régions mineures n’étant pas revendiquées. Collectivement, la plupart de ces États constituent les Nations Unies, la principale organisation intergouvernementale mondiale, qui exerce une gouvernance humaine sur les territoires océaniques et l'Antarctique, englobant ainsi l'intégralité de la Terre.
Ressources naturelles et utilisation des terres
La Terre possède des ressources qui ont été exploitées par les populations humaines. Les ressources non renouvelables, y compris les combustibles fossiles, se régénèrent exclusivement sur des échelles de temps géologiques. D'importantes réserves de combustibles fossiles, comprenant du charbon, du pétrole et du gaz naturel, sont extraites de la croûte terrestre. Ces réserves servent de sources principales à la fois pour la production d’énergie et pour les matières premières chimiques dans les industries humaines. De plus, des gisements minéraux se sont développés dans la croûte via la genèse du minerai, un processus piloté par le magmatisme, l'érosion et la tectonique des plaques. L'extraction minière de ces métaux et d'autres éléments entraîne souvent des conséquences néfastes sur l'environnement et la santé.
La biosphère terrestre produit de nombreux produits biologiques précieux pour l'usage humain, tels que de la nourriture, du bois, des produits pharmaceutiques, de l'oxygène et la décomposition des déchets organiques. Les écosystèmes terrestres dépendent de la couche arable et de l'eau douce, tandis que les écosystèmes marins dépendent des nutriments dissous transportés depuis la terre. En 2019, les forêts et les zones boisées représentaient 39 millions de km2 (15 millions de milles carrés) de la surface terrestre, avec des arbustes et des prairies couvrant 12 millions de km2 (4,6 millions de milles carrés). 40 millions de km§45§ (15 millions de milles carrés) supplémentaires ont été alloués à la production d'aliments pour animaux et au pâturage, et 11 millions de km§67§ (4,2 millions de milles carrés) ont été cultivés comme terres cultivées. En 2015, l’irrigation a été appliquée à deux points de pourcentage des 12 à 14 % de terres libres de glace réservées aux terres cultivées. Les sociétés humaines utilisent à la fois des matériaux de construction naturels et artificiels pour la construction d'habitations et d'infrastructures.
Impact environnemental
Les activités anthropiques ont considérablement influencé les environnements terrestres. La combustion de combustibles fossiles, entre autres activités, a entraîné une augmentation des concentrations atmosphériques de gaz à effet de serre, modifiant ainsi le bilan énergétique et le climat de la Terre. Les estimations indiquent que les températures mondiales en 2020 ont dépassé la référence préindustrielle de 1,2 °C (2,2 °F). Cette élévation de la température, communément appelée réchauffement climatique, a été impliquée dans le retrait des glaciers, l'élévation du niveau de la mer, un risque amplifié de sécheresse et d'incendies de forêt et la migration des espèces vers les pôles.
Le cadre des frontières planétaires a été établi pour évaluer quantitativement l'étendue de l'influence humaine sur Terre. Parmi les neuf limites délimitées, cinq sont considérées comme ayant été dépassées : l'intégrité de la biosphère, le changement climatique, la pollution chimique, la dégradation des habitats sauvages et le cycle de l'azote auraient dépassé leurs limites d'exploitation sûres. En 2018, aucune nation ne parvenait à satisfaire les besoins fondamentaux de sa population sans dépasser les limites planétaires. Néanmoins, l'hypothèse est que tous les besoins physiques essentiels pourraient être satisfaits à l'échelle mondiale dans le cadre de paramètres de consommation durable des ressources.
Perspectives culturelles et historiques
À travers les cultures humaines, diverses conceptualisations de la planète ont émergé. Les symboles astronomiques conventionnels de la Terre comprennent un cercle en quart, symbolisant les quatre directions cardinales du monde, et un globe croisé, . La Terre est parfois anthropomorphisée en entité divine. Dans de nombreuses cultures, elle est vénérée comme une déesse mère, servant souvent de divinité principale de la fertilité. Les récits de création dans de nombreuses traditions religieuses décrivent la formation de la Terre par une divinité surnaturelle ou un panthéon. L'hypothèse Gaia, formulée au milieu du XXe siècle, postulait que les environnements terrestres et son biote fonctionnent comme un organisme singulier et autorégulé, favorisant ainsi la large stabilisation des conditions propices à l'habitabilité.
Les images orbitales de la Terre, en particulier celles acquises lors du programme Apollo, sont reconnues pour transformer profondément la perception humaine de leur planète d'origine, un phénomène appelé « effet de vue d'ensemble », qui a souligné son attrait esthétique, son caractère distinctif et sa vulnérabilité perçue. Plus précisément, cette perspective a favorisé une prise de conscience des vastes ramifications des efforts humains sur les écosystèmes terrestres. Facilitée par les progrès scientifiques, notamment les technologies d'observation de la Terre, l'humanité a commencé à relever les défis environnementaux mondiaux, reconnaissant à la fois les impacts anthropiques et l'interconnectivité intrinsèque des divers environnements de la Terre.
La recherche scientifique a précipité de multiples changements de paradigme culturellement significatifs dans la compréhension humaine de la planète. La conviction initiale d’une Terre plate a progressivement cédé la place au concept de Terre sphérique dans la Grèce antique, notion attribuée à des philosophes tels que Pythagore et Parménide. Pendant des siècles, la Terre a été largement considérée comme le centre géocentrique de l'univers jusqu'au 16ème siècle, lorsque le consensus scientifique a établi pour la première fois son statut de corps céleste en mouvement, en particulier l'une des planètes du système solaire.
La compréhension de l'antiquité de la Terre a considérablement évolué au XIXe siècle, lorsque les géologues ont pour la première fois reconnu que son âge était de l'ordre de plusieurs millions d'années. Lord Kelvin, en 1864, a appliqué les principes thermodynamiques pour estimer l'âge de la Terre entre 20 et 400 millions d'années, initiant ainsi un débat scientifique considérable. Une méthode définitive pour déterminer l'âge de la Terre a cependant émergé avec la découverte de la radioactivité et de la datation radioactive à la fin du 19e et au début du 20e siècle, établissant finalement l'âge de la planète en milliards d'années.
Remarques
- Profil de la Terre issu de l'exploration du système solaire de la NASA
- Observatoire de la Terre de la NASA
- Vidéos de la Terre depuis la Station spatiale internationale :
- Vidéo (01:02) – Terre (accéléré)
- Vidéo (00:27) – Terre et aurores boréales (accéléré)
- Google Earth : une carte 3D interactive
- Visualisation 3D interactive du système Soleil, Terre et Lune
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