La Terra, il terzo pianeta dal Sole, è l'unico corpo astronomico attualmente conosciuto per sostenere la vita. Questa caratteristica unica è attribuita allo status della Terra come mondo oceanico, essendo l'unico pianeta nel Sistema Solare a mantenere l'acqua superficiale liquida. La stragrande maggioranza dell’acqua terrestre risiede nell’oceano globale, che comprende il 70,8% della crosta terrestre. Il restante 29,2% della crosta costituisce terra, organizzata principalmente in masse continentali situate all'interno dell'emisfero terrestre terrestre. Una porzione significativa della superficie terrestre della Terra è caratterizzata da umidità e vegetazione, mentre estese calotte glaciali nelle regioni polari contengono un volume d’acqua maggiore rispetto al totale combinato delle acque sotterranee, dei laghi, dei fiumi e dell’acqua atmosferica della Terra. La crosta terrestre è composta da placche tettoniche che si spostano lentamente, le cui interazioni generano catene montuose, attività vulcanica ed eventi sismici. Inoltre, la Terra possiede un nucleo esterno liquido che produce una magnetosfera, proteggendo efficacemente il pianeta dalla maggior parte dei venti solari dannosi e dalle radiazioni cosmiche.
La Terra è il terzo pianeta a partire dal Sole e l'unico oggetto astronomico noto che ospita la vita. Ciò è reso possibile dal fatto che la Terra è un mondo oceanico, l’unico nel Sistema Solare a sostenere acqua superficiale liquida. Quasi tutta l'acqua della Terra è contenuta nell'oceano globale, che copre il 70,8% della crosta terrestre. Il restante 29,2% della crosta terrestre è costituito da terra, la maggior parte della quale si trova sotto forma di masse continentali all'interno dell'emisfero terrestre terrestre. La maggior parte del territorio terrestre è almeno in qualche modo umido e coperto da vegetazione, mentre le grandi calotte glaciali nei deserti polari della Terra trattengono più acqua delle falde acquifere, dei laghi, dei fiumi e dell’acqua atmosferica messi insieme. La crosta terrestre è costituita da placche tettoniche che si muovono lentamente, che interagiscono per produrre catene montuose, vulcani e terremoti. La Terra ha un nucleo esterno liquido che genera una magnetosfera in grado di deviare la maggior parte dei venti solari distruttivi e delle radiazioni cosmiche.
L'atmosfera dinamica della Terra mantiene le sue condizioni superficiali e fornisce protezione contro la maggior parte dei meteoroidi e delle radiazioni ultraviolette in arrivo. Questa atmosfera è composta prevalentemente da azoto e ossigeno. Il vapore acqueo è ampiamente distribuito in tutta l’atmosfera, formando nubi che oscurano una parte significativa del pianeta. In quanto gas serra, il vapore acqueo, insieme ad altri gas serra atmosferici – in particolare l’anidride carbonica (CO2) – facilita la persistenza sia dell’acqua liquida superficiale che del vapore acqueo atmosferico intrappolando l’energia solare. Questo meccanismo sostiene una temperatura superficiale media di 14,76 °C (58,57 °F), consentendo all'acqua di rimanere allo stato liquido sotto la tipica pressione atmosferica. Le variazioni nell'energia solare assorbita nelle regioni geografiche - ad esempio, la regione equatoriale riceve più insolazione rispetto alle regioni polari - spingono le correnti atmosferiche e oceaniche, generando un sistema climatico globale caratterizzato da diverse zone climatiche e vari fenomeni meteorologici, comprese le precipitazioni, che a loro volta facilitano il ciclo di elementi essenziali come carbonio e azoto.
La Terra possiede una forma sferoidale oblata, con una circonferenza approssimativa di 40.000 chilometri (24.900 miglia). Detiene la particolarità di essere il pianeta più denso all'interno del Sistema Solare. Tra i quattro pianeti terrestri, la Terra è sia il più grande che il più massiccio. Posizionata a circa otto minuti luce (1 UA) dal Sole, la Terra completa un'orbita attorno ad esso in circa un anno (circa 365,25 giorni). Il pianeta ruota attorno al proprio asse in poco meno di un giorno, nello specifico in circa 23 ore e 56 minuti. L'inclinazione dell'asse di rotazione della Terra rispetto alla perpendicolare del suo piano orbitale attorno al Sole è responsabile del verificarsi delle stagioni. La Terra è accompagnata da un unico satellite naturale permanente, la Luna, che orbita a una distanza di 384.400 km (238.855 mi), equivalente a 1,28 secondi luce, e ha un diametro di circa un quarto di quello della Terra. L'influenza gravitazionale della Luna contribuisce alla stabilizzazione dell'inclinazione assiale della Terra, genera maree oceaniche e rallenta progressivamente la rotazione terrestre. Al contrario, l'attrazione gravitazionale della Terra ha bloccato in modo mareale la rotazione della Luna, facendo sì che lo stesso lato vicino sia perennemente rivolto verso la Terra.
Circa 4,5 miliardi di anni fa, la Terra, insieme alla maggior parte degli altri corpi celesti del Sistema Solare, si è formata da gas e polvere primordiali. La genesi degli oceani terrestri e la successiva comparsa della vita sono avvenuti nei primi miliardi di anni del pianeta. La vita proliferò a livello globale, modificando progressivamente l'atmosfera e la superficie terrestre, culminando nel Grande Evento di Ossidazione circa due miliardi di anni fa. L'Homo sapiens ebbe origine in Africa circa 300.000 anni fa e successivamente si disperse in tutti i continenti. La sopravvivenza umana dipende dalla biosfera e dalle risorse naturali della Terra; tuttavia, l’umanità ha progressivamente esercitato impatti significativi sull’ambiente planetario. L'attuale influenza antropica sul clima e sulla biosfera della Terra è insostenibile e mette a repentaglio il benessere umano e numerose altre forme di vita, oltre a provocare estinzioni diffuse.
Etimologia
Il termine inglese moderno Terra ha origine da un sostantivo inglese antico, tipicamente reso come eorðe, evolvendosi attraverso l'inglese medio. Questo termine possiede affini in tutte le lingue germaniche, portando alla ricostruzione del proto-germanico *erþō. Storicamente, il primo utilizzo documentato di eorðe comprendeva i diversi significati del latino terra e del greco gē, riferendosi a concetti come terra, suolo, terra asciutta, corpo umano regno, la superficie terrestre (compresi gli oceani) e il corpo planetario stesso. Analogamente alle divinità romane Terra (o Tellus) e al greco Gaia, la Terra potrebbe essere stata venerata come dea personificata nelle tradizioni pagane germaniche. In particolare, la mitologia norrena successiva presenta Jörð ("Terra"), una gigantessa spesso identificata come la madre di Thor.
Storicamente, il termine Terra era reso in minuscolo. Durante l'era dell'inglese medio-alto, il significato specifico di "globo" iniziò ad essere trasmesso attraverso la frase la terra. Con l'avvento dell'inglese della prima età moderna, la pratica di scrivere in maiuscolo i nomi si diffuse, portando all'ortografia alternativa the Earth per the land, specialmente se menzionata insieme ad altre entità celesti. Nell'uso contemporaneo, il nome è occasionalmente presentato semplicemente come Terra, tracciando un'analogia con la nomenclatura di altri pianeti, sebbene la terra minuscola e le costruzioni che coinvolgono terra persistono come forme prevalenti. Le guide di stile editoriale mostrano variazioni: l'ortografia di Oxford riconosce la forma minuscola come più frequente, pur accettando la versione in maiuscolo come alternativa consentita. Una convenzione distinta impone di scrivere in maiuscolo Terra quando funziona come nome proprio, ad esempio, in "atmosfera terrestre", ma impone l'uso della minuscola quando preceduto da il, come in "l'atmosfera della terra". Inoltre, è quasi invariabilmente scritto in minuscolo all'interno di espressioni idiomatiche, come "che diavolo stai facendo?"
L'appellativo Terra TERR-ə trova occasionalmente applicazione nel discorso scientifico ed è impiegato anche nella fantascienza per differenziare il pianeta abitato dall'uomo dagli altri. In contesti poetici, Tellus TELL-əs è servito a rappresentare la personificazione della Terra. Inoltre, Terra designa il pianeta in alcune lingue romanze, come l'italiano e il portoghese, che sono discendenti diretti del latino. Altre lingue romanze hanno derivato nomi con piccole variazioni ortografiche da questa radice, esemplificate dallo spagnolo Tierra e dal francese Terre. La versione latinizzata Gaea (inglese: DJEE-ə) del nome poetico greco Gaia ([ɡâi̯.a] o [ɡâj.ja]) si incontra raramente. Tuttavia, l'ortografia alternativa Gaia ha guadagnato importanza, in gran parte attribuibile all'ipotesi Gaia, dove la sua pronuncia è tipicamente GYE-ə, divergendo dalla pronuncia inglese più convenzionale GAY-ə.
Diversi aggettivi sono impiegati per descrivere il pianeta Terra. Il termine terrestre deriva direttamente da Terra. Dal latino Terra, i derivati includono terran TERR-ən, terrestrial tərr-EHST-ree-əl e, attraverso il francese, terrene tə-REEN. Di conseguenza, il latino Tellus produce gli aggettivi tellurian teh-LUURR-ee-ən e telluric.
Storia naturale
Formazione
Il materiale più antico identificato all'interno del Sistema Solare è datato a circa 4.5682+0.0002
−0.0004 Ga (miliardi di anni) fa. Entro 4,54±0,04 Ga, la Terra primordiale si era già coalizzata. Tutti i corpi celesti all'interno del Sistema Solare si sono sviluppati e si sono evoluti contemporaneamente al Sole. Teoricamente, una nebulosa solare separa un volume da una nube molecolare attraverso il collasso gravitazionale, iniziando successivamente la rotazione e l'appiattimento in un disco circumstellare. I pianeti quindi si accrescono da questo disco accanto al Sole. Una nebulosa è composta da gas, granelli di ghiaccio e polvere, compresi i nuclidi primordiali. Basandosi sulla teoria nebulare, i planetesimi si formarono tramite accrescimento, con stime che suggeriscono che il processo di formazione primordiale della Terra probabilmente durò dai 70 ai 100 milioni di anni.
Si stima che l'età della Luna vada da 4,5 miliardi di anni fa (Ga) a periodi più recenti. Un'ipotesi importante postula la sua formazione attraverso l'accrescimento di materiale espulso dalla Terra in seguito a una collisione con un corpo celeste delle dimensioni di Marte, denominato Theia, che possedeva circa il 10% della massa terrestre. Questo impatto fu un colpo di striscio, che provocò la fusione di una parte della massa di Theia con la Terra. Durante il bombardamento pesante tardivo, all'incirca tra 4,0 e 3,8 Ga, estesi impatti di asteroidi alterarono profondamente l'ambiente della superficie lunare e, per estensione, le condizioni della superficie terrestre.
Sviluppi post-formazione
L'atmosfera e gli oceani della Terra hanno avuto origine dall'attività vulcanica e dal processo di degassamento. Il vapore acqueo rilasciato da questi processi si è condensato per formare gli oceani, un volume ulteriormente integrato da acqua e ghiaccio rilasciati da asteroidi, protopianeti e comete. È plausibile che un volume d’acqua adeguato a costituire gli oceani fosse presente sulla Terra fin dalla sua nascita. Secondo questo modello, i gas serra atmosferici hanno impedito il congelamento degli oceani durante un periodo in cui il Sole nascente emetteva solo il 70% della sua luminosità attuale. A circa 3,5 Ga, il campo magnetico terrestre si era stabilizzato, svolgendo un ruolo cruciale nella salvaguardia dell'atmosfera dall'erosione del vento solare.
Il raffreddamento dello strato esterno fuso della Terra ha portato alla formazione della crosta solida iniziale del pianeta, che si ritiene fosse di composizione mafica. Successivamente, attraverso la parziale fusione di questa crosta mafica, si sviluppò la prima crosta continentale, caratterizzata da una composizione più felsica. Le prove provenienti da grani di zircone dell'età dell'Adeano trovati all'interno delle rocce sedimentarie dell'Eoarcheo indicano l'esistenza di almeno una crosta felsica già a 4,4 Ga, appena 140 Ma dopo l'accrescimento planetario della Terra. Due modelli principali descrivono l'evoluzione di questo volume iniziale e limitato di crosta continentale fino alla sua abbondanza attuale: (1) un modello che propone una crescita relativamente continua fino al presente, suffragata dalla datazione radiometrica globale della crosta continentale, e (2) un modello che suggerisce un rapido aumento precoce del volume della crosta continentale durante l'Eone Archeano, formando la maggior parte della crosta continentale esistente, supportato da dati isotopici dell'afnio negli zirconi e del neodimio nelle rocce sedimentarie. Questi due modelli e i relativi dati a supporto possono essere riconciliati ipotizzando un vasto riciclaggio della crosta continentale, soprattutto durante la prima storia geologica della Terra.
La formazione di nuova crosta continentale è una conseguenza della tettonica a placche, un processo geologico fondamentalmente alimentato dalla continua dissipazione del calore dalla struttura interna della Terra. Nel corso di centinaia di milioni di anni, le forze tettoniche hanno facilitato l’aggregazione dei blocchi crostali continentali in supercontinenti, che successivamente si sono frammentati. Intorno ai 750 Ma, Rodinia, riconosciuto come uno dei primi supercontinenti, iniziò la sua frammentazione. Successivamente, le masse continentali si ricomponerono per formare la Pannotia tra 600–540 Ma, culminando nella formazione della Pangea, che a sua volta iniziò la sua disgregazione circa 180 Ma fa.
L'epoca più recente delle ere glaciali iniziò circa 40 Ma fa, intensificandosi successivamente durante il Pleistocene intorno a 3 Ma fa. Da allora, le regioni alle alte e medie latitudini hanno sperimentato cicli ricorrenti di glaciazione e deglaciazione, che si verificano approssimativamente ogni 21.000, 41.000 e 100.000 anni. L'ultimo periodo glaciale, comunemente denominato "ultima era glaciale", avvolse porzioni considerevoli dei continenti, estendendosi fino alle medie latitudini, con calotte glaciali e si concluse circa 11.700 anni fa.
Prospettive future
La traiettoria a lungo termine della Terra è intrinsecamente legata all'evoluzione del Sole. Si prevede che entro i prossimi 1,1 miliardi di anni la luminosità solare aumenterà del 10%, fino a raggiungere un aumento del 40% nei successivi 3,5 miliardi di anni. L'aumento della temperatura superficiale della Terra intensificherà il ciclo del carbonio inorganico, diminuendo potenzialmente le concentrazioni atmosferiche di CO§910§ a livelli dannosi per la vita vegetale esistente (10 ppm per la fotosintesi di C§1617§) entro un arco di tempo stimato di 100–900 milioni di anni. L’assenza di vegetazione porterebbe di conseguenza ad un impoverimento dell’ossigeno atmosferico, rendendo insostenibile la vita animale contemporanea. Come risultato della maggiore luminosità solare, la temperatura media della Terra potrebbe raggiungere i 100 ° C (212 ° F) in 1,5 miliardi di anni, provocando l'evaporazione di tutta l'acqua oceanica e la fuga nello spazio, dando potenzialmente inizio a un effetto serra fuori controllo entro circa 1,6-3 miliardi di anni. Anche in condizioni ipotetiche di un Sole stabile ed eterno, una parte sostanziale dell'acqua attualmente presente negli oceani finirebbe per subdotta nel mantello, principalmente a causa della diminuzione del vapore che fuoriesce dalle dorsali oceaniche man mano che il nucleo della Terra si raffredda gradualmente.
Si prevede che il Sole si trasformerà in una gigante rossa tra circa 5 miliardi di anni. I modelli astrofisici prevedono che il Sole si espanderà fino a circa 1 UA (150 milioni di km; 93 milioni di mi), raggiungendo un raggio circa 250 volte la sua dimensione attuale. Il destino ultimo della Terra rimane incerto. Si prevede che durante la sua fase di gigante rossa il Sole perderà circa il 30% della sua massa; di conseguenza, in assenza di interazioni di marea, l'orbita della Terra si espanderebbe fino a 1,7 UA (250 milioni di km; 160 milioni di mi) dal Sole quando la stella raggiunge il suo raggio massimo. Al contrario, se le forze di marea sono significative, la Terra potrebbe essere inghiottita dall'atmosfera in espansione del Sole e successivamente vaporizzata, con i suoi elementi costitutivi più pesanti che potrebbero potenzialmente scendere nel nucleo della stella morente.
Proprietà in blocco
Dimensione e forma
La Terra possiede una forma arrotondata, mantenuta dall'equilibrio idrostatico, con un diametro medio di 12.742 chilometri (7.918 mi), posizionandola come il quinto corpo planetario più grande e l'oggetto terrestre più massiccio all'interno del Sistema Solare.
A causa della sua rotazione, la Terra assume una forma sferoidale oblata, caratterizzata da un rigonfiamento equatoriale; di conseguenza, il suo diametro equatoriale supera il suo diametro polare di 43 chilometri (27 mi). Inoltre, la morfologia della Terra è caratterizzata da variazioni topografiche localizzate. Ad esempio, strutture importanti come la Fossa delle Marianne (10.925 metri o 35.843 piedi sotto il livello del mare locale) riducono il raggio medio della Terra dello 0,17%, mentre il Monte Everest (8.848 metri o 29.029 piedi sopra il livello del mare locale) lo aumenta dello 0,14%. Dato che il rigonfiamento equatoriale posiziona la superficie terrestre più lontana dal suo centro di massa, la sommità del vulcano Chimborazo in Ecuador (6.384,4 km o 3.967,1 mi) rappresenta il punto più distante del pianeta dal suo nucleo. In contrasto con la topografia terrestre relativamente rigida, le superfici oceaniche mostrano un profilo topografico più dinamico.
Per la misurazione precisa delle variazioni topografiche localizzate sulla Terra, la geodesia utilizza un modello planetario idealizzato che definisce il geoide. Questa forma geoidale è concettualizzata come la superficie che un oceano idealizzato assumerebbe se avvolgesse completamente la Terra, privo di perturbazioni dinamiche come maree o venti. Il risultato è una superficie geoidale liscia ma irregolare, che funge da riferimento fondamentale, rappresentando il livello medio del mare per tutte le misurazioni topografiche.
Struttura interna
Similmente ad altri pianeti terrestri, l'interno della Terra è stratificato in strati distinti in base alla composizione chimica e alle caratteristiche fisiche (reologiche). Lo strato più esterno è costituito da una crosta solida di silicato chimicamente differenziato, che poggia su un mantello solido altamente viscoso. Il confine tra la crosta e il mantello è definito dalla discontinuità di Mohorovičić. Lo spessore della crosta varia da circa 6 chilometri (3,7 miglia) sotto i bacini oceanici a 30–50 chilometri (19–31 miglia) sotto le masse continentali. La litosfera, che comprende la crosta e la porzione più fredda e rigida del mantello, è frammentata in placche tettoniche che si muovono indipendentemente.
Sotto la litosfera c'è l'astenosfera, uno strato relativamente a bassa viscosità che facilita il movimento delle placche litosferiche. Alterazioni significative nella struttura cristallina del mantello si manifestano a profondità di 410 e 660 chilometri (250 e 410 mi) sotto la superficie, delineando una zona di transizione che delimita il mantello superiore e inferiore. Sotto il mantello, un nucleo esterno liquido a viscosità estremamente bassa racchiude un nucleo interno solido. Si ipotizza che il nucleo interno della Terra ruoti a una velocità angolare leggermente maggiore rispetto al resto del pianeta, progredendo di 0,1–0,5 ° all'anno, sebbene siano state ipotizzate velocità di rotazione sia più elevate che significativamente più basse. Il suo raggio costituisce circa un quinto del raggio totale della Terra. La densità aumenta progressivamente con la profondità. Tra tutti i corpi di dimensioni planetarie del Sistema Solare, la Terra mostra la densità più alta.
Composizione chimica
Si stima che la massa della Terra sia circa 5,97×1024 kg (5,97 Rg). La sua composizione sfusa comprende principalmente ferro (32,1% in massa), ossigeno (30,1%), silicio (15,1%), magnesio (13,9%), zolfo (2,9%), nichel (1,8%), calcio (1,5%) e alluminio (1,4%), con il restante 1,2% costituito da oligoelementi. A causa della differenziazione gravitazionale, il nucleo è costituito prevalentemente da elementi più densi: ferro (88,8%), insieme a quantità minori di nichel (5,8%), zolfo (4,5%) e oligoelementi che costituiscono meno dell'1%. Gli ossidi rappresentano i costituenti più diffusi della crosta che formano le rocce. Più del 99% della crosta è formata da vari ossidi di undici elementi, prevalentemente quelli contenenti silicio (che formano minerali silicati), alluminio, ferro, calcio, magnesio, potassio o sodio.
Calore interno
Il calore interno della Terra ha origine principalmente da due fonti: il calore primordiale, che è l'energia residua della formazione del pianeta, e il calore radiogenico, generato dal decadimento radioattivo. I principali isotopi produttori di calore all'interno della Terra includono potassio-40, uranio-238 e torio-232. Il nucleo del pianeta può raggiungere temperature fino a 6.000 °C (10.830 °F) e pressioni di 360 GPa (52 milioni di psi). Dato il contributo significativo del decadimento radioattivo a questo calore, gli scienziati ipotizzano che la produzione di calore della Terra fosse considerevolmente maggiore nella sua storia iniziale, prima dell’esaurimento degli isotopi con emivite più brevi. Circa 3 Giri fa, la generazione di calore sarebbe stata pari a circa il doppio dei livelli attuali, accelerando così la convezione del mantello e la tettonica a placche e facilitando la formazione di rare rocce ignee come le komatiiti, che oggi sono raramente osservate.
La perdita di calore media della Terra è misurata a 87 mW/m§34§, con una conseguente dissipazione di calore globale totale di 4.42×1013 W. Una frazione dell'energia termica del nucleo viene convogliata alla crosta attraverso i pennacchi del mantello, che sono risalite convettive di roccia più calda in grado di generare punti caldi e basalti alluvionali. Una quantità più consistente del calore terrestre viene dissipata attraverso la tettonica a placche, in particolare attraverso la risalita del mantello collegata alle dorsali medio-oceaniche. Il terzo meccanismo principale di perdita di calore prevede la conduzione attraverso la litosfera, che avviene prevalentemente al di sotto delle regioni oceaniche.
Campo magnetico
Il campo magnetico primario della Terra ha origine all'interno del suo nucleo, dove un processo di dinamo trasforma l'energia cinetica dalla convezione guidata termicamente e composizionalmente in energia del campo elettrico e magnetico. Questo campo si propaga verso l'esterno dal nucleo, attraverso il mantello, e si estende fino alla superficie terrestre, manifestandosi come un dipolo approssimativo. I poli di questo dipolo sono situati in prossimità dei poli geografici della Terra. All'equatore magnetico, l'intensità del campo magnetico superficiale misura 3,05×10−5 T, accompagnata da un momento di dipolo magnetico di 7,79×1022 Am§1516§ a partire dall'epoca 2000. Questa intensità sta diminuendo di quasi il 6% ogni secolo, sebbene supera ancora la sua media a lungo termine. Le correnti convettive all'interno del nucleo sono intrinsecamente caotiche e portano alla deriva dei poli magnetici e al loro periodico riallineamento. Questo fenomeno spiega la variazione secolare del campo principale e le inversioni irregolari del campo, che si verificano in media diverse volte ogni milione di anni. L'ultima inversione di questo tipo ebbe luogo circa 700.000 anni fa.
La magnetosfera delinea la portata spaziale del campo magnetico terrestre. Questa magnetosfera devia gli ioni e gli elettroni del vento solare; la pressione esercitata dal vento solare comprime il lato diurno della magnetosfera a circa 10 raggi terrestri, mentre estende il lato notturno in una coda allungata. A causa della velocità del vento solare che supera la velocità di propagazione delle onde al suo interno, si forma uno shock supersonico davanti alla magnetosfera del lato diurno. Le particelle cariche sono confinate all'interno della magnetosfera; la plasmasfera comprende particelle a bassa energia che tracciano in gran parte le linee del campo magnetico mentre la Terra ruota. La corrente ad anello è costituita da particelle di media energia che si spostano rispetto al campo geomagnetico, ma le loro traiettorie rimangono principalmente governate da esso. Le cinture di radiazione di Van Allen sono composte da particelle ad alta energia che mostrano un movimento in gran parte casuale ma contenute nella magnetosfera. Durante le tempeste e le sottotempeste geomagnetiche, le particelle cariche possono essere deviate dalla magnetosfera esterna, in particolare dalla coda magnetica, e incanalate lungo le linee di campo nella ionosfera terrestre, dove eccitano e ionizzano gli atomi atmosferici, producendo così aurore.
Ambiente di superficie
La superficie terrestre rappresenta l'interfaccia tra l'atmosfera, la Terra solida e i suoi oceani. Questa superficie comprende un'area approssimativa di 510 milioni di km2 (197 milioni di miglia quadrate). Il pianeta può essere segmentato geograficamente in due emisferi: latitudinalmente negli emisferi polari settentrionale e meridionale, o longitudinalmente negli emisferi continentali orientale e occidentale. La superficie terrestre subisce continue modificazioni attraverso le attività tettoniche delle placche interne, come terremoti e vulcanismo; dai processi di alterazione atmosferica ed erosione guidati da ghiaccio, acqua, vento e fluttuazioni di temperatura; e da meccanismi biologici, inclusa la crescita e la decomposizione della biomassa nel suolo.
La superficie terrestre è prevalentemente coperta da acqua oceanica, che ne costituisce il 70,8%, ovvero 361 milioni di km2 (139 milioni di miglia quadrate). Questo vasto corpo salino viene spesso definito oceano mondiale, rendendo la Terra, con la sua idrosfera attiva, un pianeta acquatico o oceanico. Si ipotizza che negli stadi primordiali della Terra, l'oceano avrebbe potuto avvolgere interamente il pianeta. L'oceano mondiale è convenzionalmente suddiviso negli oceani Pacifico, Atlantico, Indiano, Meridionale e Artico, ordinati per dimensioni decrescenti. L'oceano si sovrappone principalmente alla crosta oceanica terrestre, con i mari delle piattaforme che si estendono sulle piattaforme della crosta continentale in misura minore. La crosta oceanica delinea ampi bacini oceanici caratterizzati da caratteristiche quali pianure abissali, montagne sottomarine, vulcani sottomarini, fosse oceaniche, canyon sottomarini, altipiani oceanici e un sistema globale di dorsali medio-oceaniche. Nelle zone polari della Terra, la superficie dell'oceano è stagionalmente coperta da diverse estensioni di ghiaccio marino, che spesso si fonde con la terra polare, il permafrost e le calotte glaciali, formando così le calotte polari.
La terra terrestre costituisce il 29,2% della superficie terrestre, pari a 149 milioni di km2 (58 milioni di miglia quadrate). Sebbene numerose isole siano distribuite a livello globale, la maggior parte della superficie terrestre è occupata da quattro masse continentali primarie, elencate in ordine di grandezza decrescente: Africa-Eurasia, America, Antartide e Australia. Queste vaste masse continentali vengono successivamente suddivise e classificate in singoli continenti. La terra può essere ricoperta da acque superficiali, neve, ghiaccio, strutture antropiche o vegetazione. Sebbene la maggior parte del territorio terrestre supporti la vegetazione, porzioni sostanziali sono costituite da calotte glaciali (10%, esclusa l'area comparabile di terreno sotto il permafrost) o deserti (33%).
La pedosfera rappresenta lo strato più esterno della superficie terrestre della Terra, comprendente il suolo e sottoposto a processi pedogenici. Il suolo è indispensabile per rendere il terreno coltivabile. A livello globale, la superficie coltivabile totale della Terra rappresenta il 10,7% della superficie terrestre, di cui l’1,3% designato come terreno coltivabile permanente. Le stime indicano che la Terra possiede 16,7 milioni di km2 (6,4 milioni di miglia quadrate) di terreni coltivati e 33,5 milioni di km2 (12,9 milioni di miglia quadrate) di pascoli.
La litosfera terrestre è costituita dalla superficie terrestre, dal fondale oceanico e da porzioni del mantello superiore. La crosta terrestre stessa è biforcata in oceanica e continentale. La crosta oceanica, sottostante ai sedimenti del fondale oceanico, è prevalentemente basaltica. Al contrario, la crosta continentale incorpora materiali di densità inferiore, come granito, vari sedimenti e rocce metamorfiche. Le rocce sedimentarie coprono circa il 75% delle superfici continentali, nonostante costituiscano solo il 5% circa della massa totale della crosta.
La topografia della superficie terrestre comprende sia la configurazione della superficie oceanica che la morfologia delle masse continentali terrestri. La superficie terrestre presenta una notevole diversità topografica, caratterizzata da montagne, deserti, pianure, altipiani e varie altre formazioni geomorfologiche. L'elevazione terrestre varia da un nadir di -418 m (-1.371 piedi) sul Mar Morto allo zenit di 8.848 m (29.029 piedi) sulla cima del Monte Everest. L'elevazione media del terreno sopra il livello del mare è di circa 797 m (2.615 piedi). La topografia sottomarina del fondale oceanico, con una profondità batimetrica media di 4 km, dimostra una complessità paragonabile a quella della superficie terrestre.
Placche tettoniche
La litosfera, lo strato esterno meccanicamente rigido della Terra che comprende la crosta e il mantello superiore, è segmentato in placche tettoniche. Questi segmenti rigidi mostrano movimento relativo in tre distinti tipi di confine: confini convergenti, dove due placche si scontrano; confini divergenti, dove due placche si separano; e trasformare i confini, dove due placche scorrono orizzontalmente l'una accanto all'altra. Fenomeni geologici come terremoti, attività vulcanica, orogenesi (costruzione di montagne) e formazione di fosse oceaniche sono caratteristici dei confini di queste placche. Le placche tettoniche sono situate in cima all'astenosfera, una regione solida ma meno viscosa del mantello superiore capace di flusso e comovimento con le placche.
Il movimento delle placche tettoniche provoca la subduzione della crosta oceanica sotto i margini principali delle placche ai confini convergenti. Allo stesso tempo, la risalita del materiale del mantello ai confini divergenti genera dorsali medio-oceaniche. Questi meccanismi geologici combinati facilitano la reintegrazione della crosta oceanica nel mantello. Di conseguenza, la maggior parte del fondale oceanico è geologicamente giovane, in genere di età inferiore a 100 Ma. La crosta oceanica più antica identificata si trova nel Pacifico occidentale, con un'età stimata di 200 Ma. Al contrario, la crosta continentale più antica datata con precisione è 4.030 Ma. Tuttavia, gli zirconi scoperti come clasti all'interno delle formazioni sedimentarie dell'Eoarcheo hanno prodotto età fino a 4.400 Ma, suggerendo la presenza di crosta continentale durante quell'epoca.
Le sette placche tettoniche primarie della Terra comprendono le placche del Pacifico, del Nord America, dell'Eurasiatica, dell'Africa, dell'Antartide, dell'Indo-Australia e del Sud America. Altre placche significative includono la placca araba, la placca caraibica, la placca di Nazca (situata al largo della costa occidentale del Sud America) e la placca scozzese (situata nell'Oceano Atlantico meridionale). La placca australiana confluì e si amalgamò con la placca indiana approssimativamente tra 50 e 55 milioni fa. Le placche oceaniche mostrano le velocità più elevate, esemplificate dalla placca Cocos, che si muove a 75 mm/anno (3,0 pollici/anno), e dalla placca pacifica, con una velocità che varia da 52–69 mm/anno (2,0–2,7 pollici/anno). Al contrario, la placca sudamericana rappresenta la placca principale che si muove più lentamente, avanzando a una velocità media di 10,6 mm/anno (0,42 pollici/anno).
Idrosfera
L'idrosfera terrestre comprende la totalità della sua acqua e la sua distribuzione spaziale. Prevalentemente, l’idrosfera è composta dall’oceano globale. Comprende anche l'acqua atmosferica e terrestre, come nuvole, mari interni, laghi, fiumi e corpi idrici sotterranei. La massa oceanica è stimata in circa 1,35×1018 tonnellate, che costituiscono circa 1/4400 della massa totale del pianeta. Coprendo un'area di 361,8 milioni di km§89§ (139,7 milioni di mi§1011§) con una profondità media di 3.682 m (12.080 piedi), gli oceani possiedono un volume stimato di 1.332 miliardi di km§1213§ (320 milioni di cu mi).
Ipoteticamente, se Se la superficie della crosta terrestre fosse livellata uniformemente su un'elevazione sferica uniforme, l'oceano globale raggiungerebbe una profondità compresa tra 2,7 e 2,8 km (da 1,68 a 1,74 mi). Circa il 97,5% di quest'acqua è salata, mentre il restante 2,5% è acqua dolce. La maggior parte dell’acqua dolce, circa il 68,7%, esiste come ghiaccio all’interno delle calotte polari e dei ghiacciai. L'acqua dolce residua è distribuita come acqua sotterranea (30%), acqua superficiale (1%, che copre solo il 2,8% della massa terrestre) e altri serbatoi minori tra cui il permafrost, il vapore acqueo atmosferico e l'acqua legata biologicamente.
Nelle zone gelide del pianeta, la neve persiste durante la stagione estiva, subendo la trasformazione in ghiaccio. La neve e il ghiaccio accumulati si fondono successivamente nei ghiacciai, che sono masse di ghiaccio consistenti che mostrano un flusso sotto l'influenza della propria forza gravitazionale. I ghiacciai alpini si sviluppano su terreni montuosi, mentre estese calotte glaciali hanno origine su masse continentali in ambienti polari. Il movimento glaciale induce una significativa erosione superficiale, portando a drammatiche alterazioni geomorfologiche, tra cui la scultura di valli a forma di U e altre morfologie distintive. Il ghiaccio marino artico copre attualmente un'area paragonabile a quella degli Stati Uniti, sebbene stia subendo una rapida diminuzione a causa dei cambiamenti climatici in corso.
La salinità media degli oceani terrestri è di circa 35 grammi di sali disciolti per chilogrammo di acqua di mare, pari a una concentrazione di sale del 3,5%. Le fonti predominanti di questa salinità sono le emissioni vulcaniche e la dissoluzione di rocce ignee fredde. Inoltre, gli oceani costituiscono un importante serbatoio per i gas atmosferici disciolti, indispensabili al sostentamento di numerose specie acquatiche. L’acqua oceanica esercita una profonda influenza sui modelli climatici globali, funzionando come un immenso dissipatore di calore. Le variazioni nella distribuzione della temperatura oceanica possono provocare notevoli cambiamenti climatici, esemplificati da fenomeni come El Niño-Oscillazione del Sud.
La presenza pervasiva dell'acqua, in particolare nel suo stato liquido, sulla superficie terrestre rappresenta una caratteristica distintiva che la differenzia da altri corpi celesti all'interno del Sistema Solare. Sebbene i pianeti del Sistema Solare che possiedono un’atmosfera consistente possano contenere vapore acqueo atmosferico, generalmente non hanno le condizioni superficiali necessarie per sostenere acqua liquida stabile all’esterno. Sebbene alcune lune mostrino prove di estesi serbatoi extraterrestri di acqua liquida, potenzialmente superiori al volume degli oceani terrestri, si tratta invariabilmente di vasti corpi acquatici situati sotto strati superficiali ghiacciati spessi chilometri.
Atmosfera
La pressione atmosferica terrestre al livello del mare è in media di 101,325 kPa (14,696 psi), caratterizzata da un'altezza della scala di circa 8,5 km (5,3 mi). La composizione di un'atmosfera secca comprende principalmente il 78,084% di azoto, il 20,946% di ossigeno, lo 0,934% di argon, oltre a tracce di anidride carbonica e altri costituenti gassosi. La concentrazione del vapore acqueo varia dallo 0,01% al 4%, con una media di circa l'1%. Le nuvole oscurano circa due terzi della superficie terrestre, mostrando una maggiore prevalenza sulle regioni oceaniche rispetto alle aree terrestri. L'altitudine della troposfera mostra variabilità latitudinale, che si estende da 8 km (5 miglia) ai poli a 17 km (11 miglia) all'equatore, con ulteriori fluttuazioni influenzate dalle condizioni meteorologiche e stagionali.
La biosfera terrestre ha profondamente modificato la sua composizione atmosferica. L'emergere della fotosintesi ossigenata di circa 2,7 Gya ha portato allo sviluppo dell'atmosfera contemporanea ricca di azoto e ossigeno. Questa trasformazione atmosferica ha facilitato la diffusa espansione delle forme di vita aerobiche e, indirettamente, ha contribuito alla genesi dello strato di ozono attraverso la successiva conversione dell'O§56§ atmosferico in O§910§. Lo strato di ozono svolge un ruolo cruciale attenuando la radiazione solare ultravioletta, consentendo così il sostentamento della vita terrestre. Ulteriori funzioni atmosferiche vitali che supportano la vita comprendono il trasporto del vapore acqueo, la fornitura di gas essenziali, l'ablazione di meteore minori prima dell'impatto sulla superficie e la regolazione della temperatura. Quest'ultima funzione, nota come effetto serra, coinvolge tracce di molecole atmosferiche che assorbono l'energia termica irradiata dalla superficie terrestre, aumentando di conseguenza la temperatura media del pianeta. I principali gas serra presenti nell’atmosfera includono vapore acqueo, anidride carbonica, metano, protossido di azoto e ozono. In assenza di questo meccanismo di ritenzione del calore, la temperatura media della superficie terrestre precipiterebbe a -18 °C (-0,4 °F), in netto contrasto con gli attuali +15 °C (59 °F), rendendo altamente improbabile l'esistenza della vita nella sua forma attuale.
L'atmosfera superiore
L'atmosfera superiore, situata sopra la troposfera, è convenzionalmente stratificata in stratosfera, mesosfera e termosfera. Ogni strato distinto presenta un tasso di intervallo unico, che quantifica la variazione di temperatura con l'aumentare dell'altitudine. Al di là di questi strati, l’esosfera si attenua gradualmente, passando alla magnetosfera, dove i campi geomagnetici terrestri interagiscono con il vento solare. La stratosfera contiene in particolare lo strato di ozono, un costituente fondamentale che attenua parzialmente la radiazione ultravioletta che raggiunge la superficie terrestre, sostenendo così la vita. La linea Kármán, stabilita a un'altitudine di 100 km (62 miglia) sopra la superficie terrestre, funge da demarcazione pratica tra l'atmosfera e lo spazio esterno.
L'energia termica conferisce una velocità sufficiente a determinate molecole alla periferia atmosferica, consentendo loro di superare l'attrazione gravitazionale della Terra e fuggire nello spazio. Questo processo si traduce in un graduale ma continuo esaurimento dei costituenti atmosferici. A causa della sua bassa massa molecolare, l’idrogeno non legato raggiunge più facilmente la velocità di fuga, di conseguenza effluente nello spazio a una velocità maggiore rispetto ad altri gas. La fuga esosferica dell'idrogeno è un fattore che contribuisce alla transizione dell'atmosfera terrestre e della superficie da uno stato riducente iniziale alla sua attuale condizione ossidante. Mentre la fotosintesi forniva una fonte di ossigeno libero, l’esaurimento degli agenti riducenti come l’idrogeno è considerato un prerequisito per l’ampio accumulo di ossigeno atmosferico. Pertanto, la capacità dell’idrogeno di fuoriuscire dall’atmosfera potrebbe aver influenzato in modo significativo la traiettoria evolutiva della vita sulla Terra. Nell’attuale atmosfera ricca di ossigeno, la maggior parte dell’idrogeno viene convertita in acqua prima della sua potenziale fuga. Di conseguenza, il meccanismo predominante per la perdita di idrogeno ora deriva dalla degradazione del metano nell'alta atmosfera.
Meteo e clima
L'atmosfera terrestre non ha un confine netto, si attenua progressivamente e si fonde con lo spazio esterno. Circa tre quarti della massa atmosferica si trovano entro i primi 11 km (6,8 miglia) sopra la superficie, una regione designata come troposfera. L'energia solare riscalda questo strato e la superficie sottostante, inducendo l'espansione dell'aria. Successivamente, quest'aria meno densa sale, venendo soppiantata da aria più fresca e densa. Questo processo dinamico stabilisce la circolazione atmosferica che, attraverso la ridistribuzione dell'energia termica, governa i modelli meteorologici e il clima globali.
Le fasce di circolazione atmosferica primarie comprendono gli alisei nella regione equatoriale, che si estendono al di sotto dei 30° di latitudine, e i venti occidentali alle medie latitudini, che vanno dai 30° ai 60°. Il contenuto di calore e le correnti dell'oceano fungono anche da determinanti cruciali del clima, in particolare la circolazione termoalina, che facilita la distribuzione dell'energia termica dagli oceani equatoriali alle regioni polari.
La Terra è esposta a un'irradiazione solare di 1361 W/m2. L'energia solare incidente che raggiunge la superficie terrestre diminuisce con l'aumentare della latitudine. Questa riduzione si verifica perché, a latitudini elevate, la radiazione solare colpisce la superficie con angoli più obliqui, rendendo necessario il suo attraversamento attraverso maggiori profondità atmosferiche. Di conseguenza, la temperatura media annuale dell'aria al livello del mare mostra un calo di circa 0,4 ° C (0,7 ° F) per grado di latitudine allontanandosi dall'equatore. La superficie terrestre è delineabile in distinte zone latitudinali caratterizzate da condizioni climatiche relativamente uniformi. Queste zone, procedendo dall'equatore verso i poli, comprendono climi tropicali (o equatoriali), subtropicali, temperati e polari.
Ulteriori fattori determinanti che influenzano il clima di un luogo includono la vicinanza oceanica, i modelli di circolazione oceanica e atmosferica e le caratteristiche topografiche. Le regioni adiacenti agli oceani generalmente sperimentano estati più fresche e inverni più miti, attribuibili alla sostanziale capacità di accumulo del calore dei corpi oceanici. I modelli dei venti facilitano l'avvezione dell'energia termica oceanica (sia calda che fresca) verso le aree terrestri. La circolazione atmosferica esercita inoltre un'influenza significativa; ad esempio, nonostante San Francisco e Washington DC siano città costiere situate a latitudini comparabili, il clima di San Francisco è notevolmente più temperato a causa della direzione prevalente del vento onshore. Infine, esiste una relazione inversa tra temperatura e altitudine, con il risultato che le regioni montuose mostrano temperature più basse rispetto alle loro controparti a quote più basse.
I modelli circolatori atmosferici facilitano il trasporto del vapore acqueo, che ha origine dall'evaporazione superficiale. In condizioni atmosferiche adatte, la risalita di aria calda e umida porta alla condensazione di questo vapore, che ritorna successivamente in superficie sotto forma di precipitazione. Successivamente, la maggior parte di quest’acqua viene convogliata a quote più basse attraverso sistemi fluviali, tipicamente ricongiungendosi agli oceani o accumulandosi nei laghi. Questo ciclo idrologico costituisce un meccanismo essenziale per sostenere la vita terrestre e rappresenta un agente principale nell'erosione geomorfologica delle caratteristiche superficiali attraverso le scale temporali geologiche. I regimi di precipitazione mostrano una variabilità sostanziale, che va da diversi metri all’anno a meno di un millimetro. Le precipitazioni medie regionali sono dettate dalla circolazione atmosferica, dalle caratteristiche topografiche e dai gradienti termici.
Il sistema di classificazione climatica Köppen, ampiamente adottato, classifica i climi in cinque gruppi principali: tropici umidi, arido, medie latitudini umide, continentale e polare freddo, ciascuno successivamente suddiviso in sottotipi più granulari. Questo sistema valuta le regioni principalmente sulla base dei dati registrati sulla temperatura e sulle precipitazioni. La temperatura dell'aria superficiale può raggiungere circa 55 °C (131 °F) nei deserti iperaridi, come la Valle della Morte, mentre precipita fino a -89 °C (-128 °F) in Antartide.
Dinamica orbitale e rotazione
Caratteristiche di rotazione
Il periodo di rotazione della Terra rispetto al Sole, definito come il giorno solare medio, misura 86.400 secondi del tempo solare medio, equivalenti a 86.400,0025 secondi SI. A causa della decelerazione delle maree, il giorno solare della Terra è attualmente leggermente più lungo rispetto alla sua controparte del XIX secolo, con singoli giorni che mostrano una variazione compresa tra 0 e 2 ms oltre il giorno solare medio.
Il periodo di rotazione della Terra rispetto alle stelle fisse, designato come giorno stellare dall'International Earth Rotation and Reference Systems Service (IERS), è 86.164,0989 secondi di tempo solare medio (UT1), che si traduce in 23h 56m 4,0989s. Al contrario, il periodo di rotazione della Terra relativo all'equinozio medio di marzo in precessione (definito come quando il Sole è a 90° sull'equatore) è 86.164,0905 secondi del tempo solare medio (UT1), o 23h 56m 4.0905s. Di conseguenza, il giorno siderale è circa 8,4 ms più corto del giorno stellare.
Escludendo le meteore atmosferiche e i satelliti in orbita terrestre bassa, il movimento apparente predominante degli oggetti celesti osservati dal cielo terrestre è verso ovest, con una velocità di 15° all'ora, equivalente a 15 minuti d'arco al minuto. Per i corpi celesti situati in prossimità dell'equatore celeste, questo moto corrisponde a percorrere il diametro apparente del Sole o della Luna ogni due minuti; in particolare, dalla superficie terrestre, le dimensioni angolari apparenti del Sole e della Luna sono quasi identiche.
Caratteristiche e posizione orbitale
La Terra mantiene una distanza orbitale media di circa 150 milioni di km (93 milioni di miglia) dal Sole. Di conseguenza, la Terra è posizionata come il terzo pianeta dal Sole, parte integrante del Sistema Solare interno. Questa distanza orbitale funge da misura fondamentale per l'unità astronomica (UA), pari a circa 8,3 minuti luce o 380 volte la distanza Terra-Luna. La Terra completa un'orbita attorno al Sole ogni 365,2564 giorni solari medi, definendo un anno siderale. Questo movimento orbitale provoca un apparente spostamento del Sole verso est nel cielo terrestre ad una velocità di circa 1° al giorno, equivalente a un diametro solare o lunare apparente ogni 12 ore. Di conseguenza, questo movimento richiede una media di 24 ore, definite come giorno solare, affinché la Terra completi una rotazione assiale completa, consentendo al Sole di ritornare al meridiano, una durata leggermente superiore al giorno siderale.
La velocità orbitale della Terra è in media di 29,7827 km/s (107,218 km/h; 66,622 mph), una velocità sufficiente per percorrere una distanza equivalente al diametro terrestre, approssimativamente 12.742 km (7.918 mi), in sette minuti, e la distanza Terra-Luna, 384.400 km (238.855 mi), in circa 3,5 ore. Da una prospettiva situata sopra il Sole e i poli nord della Terra, l'orbita della Terra attorno al Sole procede in senso antiorario. Coerentemente con tutti gli altri pianeti del Sistema Solare, la Terra orbita all'interno di una regione largamente complanare, designata come piano invariabile. L'inclinazione dell'orbita terrestre rispetto a questo piano è di circa 1,58°.
La Terra, come componente integrale del Sistema Solare, risiede all'interno della galassia della Via Lattea, in orbita a circa 28.000 anni luce dal centro galattico. La sua posizione è a circa 20 anni luce sopra il piano galattico, in particolare all'interno del Braccio di Orione.
Inclinazione assiale della Terra e sua influenza sulle stagioni
L'inclinazione assiale della Terra misura circa 23,439281°, con il suo asse di rotazione, per definizione, costantemente orientato verso i Poli celesti rispetto al piano della sua orbita. Questa inclinazione assiale si traduce in una distribuzione variabile dell'insolazione solare sulla superficie terrestre durante tutto il ciclo annuale. Di conseguenza, questo fenomeno determina cambiamenti climatici stagionali; l'estate nell'emisfero settentrionale coincide con l'esposizione diretta al sole del Tropico del Cancro, mentre l'estate nell'emisfero meridionale si verifica quando il Tropico del Capricorno è orientato in modo simile. Al contrario, durante questi periodi prevale contemporaneamente l'inverno nell'emisfero opposto.
Durante i mesi estivi, le ore diurne vengono prolungate e il Sole raggiunge un'altitudine apparente più elevata nel cielo. Al contrario, l’inverno è caratterizzato da temperature più fresche e da una ridotta durata della luce del giorno. Le regioni situate oltre i circoli artico e antartico sperimentano periodi di completa assenza di luce diurna, noti come notte polare, che possono persistere per diversi mesi ai poli geografici. Al contrario, queste identiche latitudini mostrano anche il fenomeno del sole di mezzanotte, durante il quale il Sole rimane continuamente visibile per tutto il periodo di 24 ore.
La convenzione astronomica definisce le quattro stagioni in base ai solstizi—punti orbitali che rappresentano la massima inclinazione assiale verso o lontano dal Sole—e agli equinozi, quando l'asse di rotazione della Terra si allinea perpendicolarmente al suo asse orbitale. Nell'emisfero settentrionale, il solstizio d'inverno si verifica tipicamente intorno al 21 dicembre, il solstizio d'estate intorno al 21 giugno, l'equinozio di primavera intorno al 20 marzo e l'equinozio d'autunno intorno al 22 o 23 settembre. Al contrario, nell'emisfero australe, questo calendario stagionale è invertito, con i solstizi d'estate e d'inverno e gli equinozi di primavera e d'autunno, che si verificano in date reciproche.
Sebbene generalmente stabile su scale temporali geologiche estese, l'angolo di inclinazione assiale della Terra mostra fluttuazioni minori. Nello specifico, la sua inclinazione assiale sperimenta la nutazione, caratterizzata da un'oscillazione sottile e irregolare con un periodo primario di 18,6 anni. Inoltre, l'orientamento dell'asse di rotazione terrestre, distinto dal suo angolo, subisce un movimento precessionale, completando un ciclo completo ogni 25.800 anni circa; questa precessione spiega la disparità tra un anno siderale e un anno tropicale. Questi movimenti sopra menzionati sono indotti principalmente dalle forze gravitazionali differenziali esercitate dal Sole e dalla Luna sul rigonfiamento equatoriale della Terra. Inoltre, i poli geografici mostrano una migrazione di diversi metri attraverso la superficie terrestre. Questo movimento polare comprende molteplici componenti cicliche, collettivamente designate come movimento quasiperiodico. Oltre a una componente annuale, questo movimento include un ciclo distinto di 14 mesi noto come oscillazione di Chandler. Anche la velocità di rotazione della Terra fluttua, un fenomeno chiamato variazione della durata del giorno.
Il percorso orbitale della Terra non è perfettamente circolare ma piuttosto leggermente ellittico, con il punto di massima vicinanza al Sole chiamato perielio. Attualmente, la Terra raggiunge il perielio intorno al 3 gennaio e l'afelio, il suo punto più lontano, intorno al 4 luglio. Queste date specifiche sono soggette a variazioni temporali, influenzate dalla precessione orbitale e da altre modifiche orbitali, che aderiscono a modelli ciclici prevedibili denominati cicli di Milankovitch. La fluttuazione annuale della distanza Terra-Sole si traduce in un aumento di circa il 6,8% dell'insolazione solare ricevuta dalla Terra al perielio rispetto all'afelio. In coincidenza con l'avvicinamento più vicino della Terra al Sole, l'inclinazione assiale dell'emisfero meridionale verso il Sole porta a ricevere annualmente più energia solare rispetto all'emisfero settentrionale. Tuttavia, questo particolare effetto ha un impatto notevolmente inferiore rispetto alla variazione energetica complessiva attribuibile all'inclinazione assiale, poiché la maggior parte dell'energia in eccesso nell'emisfero australe viene assimilata dalla sua maggiore copertura oceanica.
Il dominio gravitazionale della Terra e la sua influenza
Il campo gravitazionale terrestre
La forza gravitazionale della Terra si manifesta come l'accelerazione impartita agli oggetti, risultante dalla distribuzione della massa interna del pianeta. Sulla superficie terrestre, l'accelerazione gravitazionale approssimativa è di 9,8 m/s2 (32 piedi/s2). Le variazioni nella topografia, nella composizione geologica e nelle strutture tettoniche sotterranee inducono disparità regionali localizzate ed estese all'interno del campo gravitazionale della Terra, chiamate anomalie gravitazionali. La sfera della collina terrestre, riconosciuta anche come sfera di influenza gravitazionale, si estende per un raggio approssimativo di 1,5 milioni di km (930.000 mi). Questo confine delinea l'intervallo massimo entro il quale l'attrazione gravitazionale della Terra predomina su quella del Sole più distante e di altri corpi planetari. Di conseguenza, gli oggetti devono mantenere le orbite entro questo raggio; in caso contrario, rischiano di essere spostati dalle perturbazioni gravitazionali del Sole.
Il satellite naturale della Terra: la Luna
La Luna è classificata come un satellite naturale relativamente grande, terrestre, simile a un pianeta, con un diametro pari a circa un quarto di quello della Terra. Detiene la particolarità di essere la luna più grande del Sistema Solare in proporzione alla dimensione del pianeta che la ospita, sebbene Caronte mostri una dimensione relativa maggiore rispetto al pianeta nano Plutone. Seguendo l'esempio della Terra, anche i satelliti naturali che orbitano attorno ad altri pianeti sono comunemente chiamati "lune". La Luna e la Terra ruotano attorno ad un baricentro condiviso per un periodo siderale di 27,32 giorni, misurato rispetto alle stelle sullo sfondo. Considerando l'orbita collettiva del sistema Terra-Luna attorno al Sole, la durata di un mese sinodico, che va da una luna nuova a quella successiva, è di 29,53 giorni.
Dalla prospettiva del polo nord celeste, si osserva che il movimento orbitale della Terra e della Luna, insieme alle rispettive rotazioni assiali, è uniformemente antiorario. Osservata dalla Terra, la distanza della Luna è tale che la dimensione apparente del suo disco si avvicina molto a quella del Sole. Questa congruenza nella dimensione angolare (o angolo solido) tra i due corpi celesti deriva dal fatto che il diametro del Sole è circa 400 volte maggiore di quello della Luna, pur essendo contemporaneamente 400 volte più remoto. Questo allineamento unico facilita il verificarsi di eclissi solari sia totali che anulari sulla Terra. I piani orbitali non sono perfettamente complanari; nello specifico, il piano orbitale Terra-Luna è inclinato fino a ±5,1 gradi rispetto al piano Terra-Sole, noto come eclittica. In assenza di questa inclinazione, le eclissi si verificherebbero ogni due settimane, alternando eventi lunari e solari.
L'interazione gravitazionale tra la Terra e la Luna è responsabile della generazione delle maree lunari sulla Terra. Questa identica influenza gravitazionale sulla Luna ha portato al suo blocco delle maree, il che significa che il suo periodo di rotazione corrisponde esattamente al suo periodo orbitale attorno alla Terra. Di conseguenza, la Luna presenta costantemente un emisfero identico verso la Terra. Durante la sua orbita attorno alla Terra, diverse porzioni della superficie della Luna sono illuminate dal Sole, dando origine alle fasi lunari osservabili. A causa della continua interazione delle maree, la Luna si sta gradualmente allontanando dalla Terra a una velocità di circa 38 mm/anno (1+§34§⁄§56§ pollici/anno). Nel corso di scale temporali geologiche che abbracciano milioni di anni, queste minuscole alterazioni, insieme all’allungamento del giorno terrestre di circa 23 μs/anno, si accumulano in sostanziali cambiamenti evolutivi. Ad esempio, durante il periodo Ediacarano (circa 620 Ma), un anno comprendeva 400±7 giorni, con ogni giorno che si estendeva per 21,9±0,4 ore.
Si ipotizza che la Luna abbia influenzato in modo significativo l'evoluzione della vita sulla Terra attraverso il suo ruolo nel moderare il clima del pianeta. Sia le prove paleontologiche che le simulazioni computazionali indicano che l'inclinazione assiale della Terra è mantenuta in una configurazione stabile dalle interazioni delle maree con la Luna. Alcune prospettive teoriche propongono che, in assenza di questo effetto stabilizzante contro le coppie esercitate dal Sole e da altri pianeti sul rigonfiamento equatoriale della Terra, l'asse di rotazione del pianeta potrebbe mostrare un'instabilità caotica, subendo cambiamenti sostanziali nel corso di milioni di anni, un fenomeno osservato su Marte; tuttavia, questa ipotesi rimane oggetto di dibattito.
L'ipotesi predominante riguardo alla genesi della Luna, la teoria dell'impatto gigante, presuppone la sua formazione attraverso una collisione tra un protopianeta delle dimensioni di Marte chiamato Theia e la Terra primordiale. Questa teoria spiega la relativa scarsità di ferro e di costituenti volatili sulla Luna, insieme alla sua somiglianza compositiva con la crosta terrestre. I modelli computazionali indicano la potenziale presenza di due resti sostanziali di questo protopianeta all'interno della Terra.
Asteroidi e satelliti artificiali
La popolazione degli asteroidi coorbitali della Terra comprende quasi-satelliti, orbitanti a ferro di cavallo e asteroidi troiani. Sono stati identificati almeno sette quasi-satelliti, tra cui 469219 Kamoʻoalewa, con diametri che vanno da 10 metri a 5000 metri. Un asteroide troiano, in particolare 2010 TK7, mostra una librazione attorno al punto di Lagrange principale (L4) all'interno dell'orbita solare della Terra. Il minuscolo asteroide vicino alla Terra 2006 RH120 effettua incontri ravvicinati con il sistema Terra-Luna circa ogni due decenni. Durante tali prossimità, è in grado di entrare temporaneamente nell'orbita terrestre.
A settembre 2021, 4.550 satelliti antropogenici operativi erano in orbita attorno alla Terra. Inoltre, esistono numerosi satelliti non operativi, in particolare Vanguard 1, che rimane il più antico satellite in orbita, insieme a oltre 16.000 frammenti di detriti spaziali tracciati. La Stazione Spaziale Internazionale (ISS) costituisce il satellite artificiale più importante della Terra.
La vita sulla Terra
La Terra rappresenta l'unico corpo celeste attualmente riconosciuto come avente la vita sostenuta. La vita terrestre ha avuto origine in ambienti acquatici primordiali circa 100 milioni di anni dopo la formazione della Terra, circa 4 miliardi di anni fa. Il pianeta offre acqua liquida, un mezzo essenziale per l’assemblaggio e l’interazione di molecole organiche complesse, accoppiato con un’energia adeguata per supportare i processi metabolici. La flora e altri organismi assimilano i nutrienti dai serbatoi idrici, edafici e atmosferici. Questi nutrienti vitali sono sottoposti a un riciclo continuo tra diverse specie.
La vita terrestre ha modellato e popolato attivamente numerosi ecosistemi distinti, espandendosi infine a livello globale fino a costituire una biosfera onnicomprensiva. Nel corso dei tempi geologici, la vita sulla Terra ha subito un’ampia diversificazione, determinando la formazione di vari biomi caratterizzati da flora e fauna relativamente analoghe. Questi diversi biomi sono emersi attraverso distinte altitudini, profondità acquatiche, zone di temperatura planetaria e gradienti di umidità terrestre. Lo zenit della diversità delle specie e della biomassa della Terra si osserva negli ambienti acquatici poco profondi e nelle regioni boscose, soprattutto in condizioni climatiche equatoriali, calde e umide. Al contrario, le zone polari gelide, le altitudini elevate e i territori iperaridi mostrano una relativa scarsità di vita vegetale e animale.
Di conseguenza, i processi biologici hanno influenzato profondamente la Terra, modificandone sostanzialmente l'atmosfera e la superficie nel corso di ere geologiche estese, facendo precipitare eventi come il Grande Evento di Ossidazione. Inoltre, le attività antropiche hanno esercitato impatti significativi sulla Terra, sul suo biota e sulla sua traiettoria evolutiva.
Origine della vita e dell'evoluzione
Circa quattro miliardi di anni fa, le reazioni chimiche culminarono nell'emergere delle prime molecole autoreplicanti. Successivamente, circa 500 milioni di anni dopo, emerse l’ultimo antenato comune universale (LUCA) di tutte le forme di vita esistenti. Lo sviluppo della fotosintesi ha consentito agli organismi viventi di sfruttare direttamente l’energia solare. Il conseguente accumulo di ossigeno molecolare (O2) nell'atmosfera, attraverso l'interazione con la radiazione solare ultravioletta, ha facilitato la formazione di uno strato protettivo di ozono (O§56§) negli strati atmosferici superiori. L'incorporazione endosimbiotica di cellule più piccole in cellule più grandi ha portato all'evoluzione di cellule eucariotiche complesse. Gli organismi multicellulari autentici sorsero quando le cellule all'interno delle strutture coloniali subirono una progressiva specializzazione. Con l'attenuazione delle deleterie radiazioni ultraviolette da parte dello strato di ozono, la vita ha successivamente colonizzato la superficie terrestre della Terra. Le prime prove paleontologiche della vita includono fossili di tappeti microbici scoperti nell'arenaria di 3,48 miliardi di anni nell'Australia occidentale, grafite biogenica identificata in rocce metasedimentarie di 3,7 miliardi di anni nella Groenlandia occidentale e vestigia di materiale biotico rinvenute da rocce di 4,1 miliardi di anni, sempre nell'Australia occidentale. Le più antiche prove dirette della vita terrestre sono conservate all'interno di formazioni geologiche australiane risalenti a 3,45 miliardi di anni fa, che si manifestano sotto forma di microrganismi fossilizzati.
Durante l'era neoproterozoica, che va da 1000 a 539 Ma, una parte sostanziale della superficie terrestre potrebbe essere stata avvolta dal ghiaccio. Questa ipotesi geologica, nota come “Terra palla di neve”, riveste un notevole interesse scientifico a causa della sua vicinanza temporale all’esplosione del Cambriano, un’epoca caratterizzata da un drammatico aumento della complessità delle forme di vita multicellulari. Successivamente all'esplosione del Cambriano, circa 535 Ma fa, la Terra ha vissuto almeno cinque grandi eventi di estinzione di massa, insieme a numerosi eventi minori. Escludendo l'ipotetica estinzione in corso nell'Olocene, la più recente grande estinzione si è verificata 66 Ma fa, precipitata dall'impatto di un asteroide che ha sradicato i dinosauri non aviari e altre grandi specie di rettili, preservando in gran parte la fauna più piccola tra cui insetti, mammiferi, lucertole e specie aviarie. Nel corso degli ultimi 66 milioni di anni, la vita dei mammiferi ha subito un'ampia diversificazione e diversi milioni di anni prima una specie di scimmia africana aveva sviluppato la locomozione bipede. Questo adattamento evolutivo ha facilitato lo sviluppo dell’uso degli strumenti e ha favorito la comunicazione, che a sua volta ha fornito la necessaria stimolazione nutrizionale e cognitiva per l’encefalizzazione, portando infine all’evoluzione dell’Homo sapiens. Il successivo emergere dell'agricoltura e l'ascesa della civiltà hanno conferito all'umanità un'influenza profonda e duratura sugli ecosistemi della Terra e sulla biodiversità delle sue forme di vita.
Sfide ambientali che influenzano la vita terrestre
Fenomeni meteorologici estremi, compresi i cicloni tropicali, si manifestano sulla maggior parte della superficie terrestre, esercitando impatti significativi sul biota nelle regioni colpite. Tra il 1980 e il 2000 questi eventi sono stati responsabili di una media di 11.800 vittime umane all’anno. Numerose aree geografiche sono suscettibili a rischi geologici e meteorologici come terremoti, frane, tsunami, eruzioni vulcaniche, tornado, bufere di neve, inondazioni, siccità e incendi. Gli impatti antropogenici sono evidenti in vari ambiti, derivanti dall’inquinamento atmosferico e acquatico, dalle precipitazioni acide, dalla perdita di vegetazione (attribuibile al pascolo eccessivo, dalla deforestazione e dalla desertificazione), dall’impoverimento della fauna selvatica, dall’estinzione delle specie e dai processi di degrado, impoverimento ed erosione del suolo. Inoltre, le attività umane contribuiscono al riscaldamento globale attraverso l’emissione di gas serra nell’atmosfera. Questo fenomeno sta provocando cambiamenti consequenziali, tra cui lo scioglimento dei ghiacciai e delle calotte glaciali, un innalzamento globale del livello medio del mare, un rischio amplificato di siccità e incendi e la migrazione delle specie verso i poli.
Interazione dell'umanità con la Terra
Geografia umana
Originate da primati ancestrali nell'Africa orientale circa 300.000 anni fa, le popolazioni umane si sono successivamente disperse in tutto il mondo, insediandosi progressivamente negli ambienti terrestri in seguito all'avvento dell'agricoltura nel X millennio a.C. Durante il 20esimo secolo, l'Antartide ha rappresentato l'ultimo continente a subire l'esplorazione umana e l'insediamento limitato. A partire dal 19° secolo, la popolazione umana globale ha registrato una crescita esponenziale, raggiungendo gli otto miliardi entro il 2020, con proiezioni che indicano un picco di circa dieci miliardi durante la seconda metà del 21° secolo. Si prevede che una parte significativa di questa espansione demografica avverrà nell'Africa sub-sahariana.
La distribuzione globale e la densità della popolazione umana mostrano notevoli variazioni, con la maggioranza che risiede nell'Asia meridionale e orientale e circa il 90% nell'emisfero settentrionale della Terra. Questa concentrazione emisferica è in parte attribuibile alla maggiore percentuale di territorio situato nell'emisfero settentrionale, che rappresenta il 68% del territorio totale del mondo. Inoltre, a partire dal 19° secolo, si è verificata una tendenza all'accelerazione della migrazione umana verso i centri urbani, con il risultato che la maggior parte della popolazione mondiale risiederà nelle aree urbane nel 21° secolo.
Oltre la superficie terrestre, l'abitazione umana è stata limitata a un numero limitato di installazioni sotterranee e sottomarine specializzate, nonché a diverse stazioni spaziali orbitali. La stragrande maggioranza della popolazione umana rimane esclusivamente sulla superficie terrestre, interamente dipendente dal pianeta e dalle condizioni ambientali che offre. Dalla seconda metà del XX secolo, diverse centinaia di individui hanno soggiornato temporaneamente oltre la Terra, e una piccola percentuale di questi ha raggiunto un altro corpo celeste, in particolare la Luna.
La Terra è stata teatro di estesi insediamenti umani, che hanno portato allo sviluppo di società e culture diverse. Dal 19° secolo, la maggior parte del territorio terrestre è stato rivendicato territorialmente da stati sovrani, delimitati da confini politici. Attualmente esistono 205 stati di questo tipo, con solo porzioni dell’Antartide e alcune regioni minori che rimangono non rivendicate. Collettivamente, la maggior parte di questi stati costituisce le Nazioni Unite, la principale organizzazione intergovernativa globale, che esercita il governo umano sui territori oceanici e sull'Antartide, abbracciando così l'intera Terra.
Risorse naturali e uso del territorio
La Terra possiede risorse che sono state sfruttate dalle popolazioni umane. Le risorse non rinnovabili, compresi i combustibili fossili, si rigenerano esclusivamente nel corso di tempi geologici. Dalla crosta terrestre vengono estratte riserve significative di combustibili fossili, tra cui carbone, petrolio e gas naturale. Queste riserve servono come fonti primarie sia per la generazione di energia che per le materie prime chimiche nelle industrie umane. Inoltre, i corpi minerali si sono sviluppati all’interno della crosta attraverso la genesi del minerale, un processo guidato dal magmatismo, dall’erosione e dalla tettonica a placche. L'estrazione di questi metalli e di altri elementi attraverso l'attività mineraria comporta spesso conseguenze negative per l'ambiente e la salute.
La biosfera della Terra produce numerosi prodotti biologici preziosi per uso umano, come cibo, legname, prodotti farmaceutici, ossigeno e la decomposizione dei rifiuti organici. Gli ecosistemi terrestri si basano sul terriccio e sull’acqua dolce, mentre gli ecosistemi marini sono sostenuti dai nutrienti disciolti trasportati dalla terra. Nel 2019, foreste e boschi costituivano 39 milioni di km2 (15 milioni di miglia quadrate) della superficie terrestre, con arbusti e praterie che coprivano 12 milioni di km2 (4,6 milioni di miglia quadrate). Altri 40 milioni di km²§45§ (15 milioni di miglia quadrate) furono assegnati alla produzione di mangimi per animali e al pascolo, e 11 milioni di km²§67§ (4,2 milioni di miglia quadrate) furono coltivati come terreni coltivati. Nel 2015, l’irrigazione è stata applicata a due punti percentuali del 12-14% dei terreni liberi dai ghiacci destinati a terreni coltivati. Le società umane utilizzano materiali da costruzione sia naturali che artificiali per la costruzione di abitazioni e infrastrutture.
Impatto ambientale
Le attività antropiche hanno influenzato in modo significativo gli ambienti terrestri. La combustione di combustibili fossili, tra le altre attività, ha portato ad un aumento delle concentrazioni di gas serra nell'atmosfera, modificando così l'equilibrio energetico e il clima della Terra. Le stime indicano che le temperature globali nel 2020 hanno superato la linea di base preindustriale di 1,2 °C (2,2 °F). Questo aumento della temperatura, comunemente indicato come riscaldamento globale, è stato implicato nel ritiro dei ghiacciai, nell'innalzamento del livello del mare, in un rischio amplificato di siccità e incendi e nella migrazione delle specie verso i poli.
Il quadro dei confini planetari è stato stabilito per valutare quantitativamente l'entità dell'influenza umana sulla Terra. Tra i nove confini delineati, cinque sono considerati superati: si ritiene che l’integrità della biosfera, il cambiamento climatico, l’inquinamento chimico, il degrado degli habitat selvatici e il ciclo dell’azoto abbiano superato i limiti operativi di sicurezza. Nel 2018, nessuna nazione è riuscita a soddisfare i requisiti fondamentali della propria popolazione senza oltrepassare i confini planetari. Tuttavia, si ipotizza che tutti i bisogni fisici essenziali potrebbero essere soddisfatti a livello globale entro parametri di consumo sostenibile delle risorse.
Prospettive culturali e storiche
Nelle culture umane sono emerse diverse concettualizzazioni del pianeta. I simboli astronomici convenzionali per la Terra includono un cerchio quarto, che simboleggia le quattro direzioni cardinali del mondo, e un globus cruciger,. La Terra è occasionalmente antropomorfizzata come entità divina. In numerose culture è venerata come dea madre, spesso fungendo da principale divinità della fertilità. I racconti della creazione in molte tradizioni religiose descrivono la formazione della Terra da parte di una divinità soprannaturale o pantheon. L'ipotesi Gaia, formulata a metà del XX secolo, postulava che gli ambienti della Terra e il suo biota funzionino come un unico organismo autoregolamentato, favorendo così un'ampia stabilizzazione delle condizioni favorevoli all'abitabilità.
Le immagini orbitali della Terra, in particolare quelle acquisite durante il programma Apollo, sono note per aver trasformato profondamente la percezione umana del loro pianeta natale, un fenomeno chiamato "effetto panoramica", che ne ha sottolineato il fascino estetico, la particolarità e la vulnerabilità percepita. Nello specifico, questa prospettiva ha favorito la consapevolezza delle vaste ramificazioni degli sforzi umani sugli ecosistemi della Terra. Facilitata dai progressi scientifici, in particolare dalle tecnologie di osservazione della Terra, l'umanità ha iniziato ad affrontare le sfide ambientali globali, riconoscendo sia gli impatti antropici che l'interconnessione intrinseca dei diversi ambienti della Terra.
L'indagine scientifica ha accelerato molteplici cambiamenti di paradigma culturalmente significativi nella comprensione umana del pianeta. La convinzione iniziale di una Terra piatta cedette progressivamente al concetto di una Terra sferica nell'antica Grecia, nozione attribuita a filosofi come Pitagora e Parmenide. Per secoli, la Terra è stata ampiamente considerata il centro geocentrico dell'universo fino al XVI secolo, quando il consenso scientifico stabilì per la prima volta il suo status di corpo celeste in movimento, in particolare uno dei pianeti del Sistema Solare.
La comprensione dell'antichità della Terra si è evoluta in modo significativo nel XIX secolo, quando i geologi per primi riconobbero che la sua età era dell'ordine di molti milioni di anni. Lord Kelvin, nel 1864, applicò i principi della termodinamica per stimare l'età della Terra tra 20 e 400 milioni di anni, dando inizio a un considerevole discorso scientifico. Un metodo definitivo per accertare l'età della Terra, tuttavia, è emerso con la scoperta della radioattività e della datazione radioattiva tra la fine del XIX e l'inizio del XX secolo, stabilendo infine l'età del pianeta in miliardi di anni.
Note
- Profilo della Terra dall'esplorazione del sistema solare della NASA
- Osservatorio della Terra della NASA
- Video della Terra dalla Stazione Spaziale Internazionale:
- Video (01:02) – Terra (time-lapse)
- Video (00:27) – Terra e aurore (time-lapse)
- Google Earth: una mappa 3D interattiva
- Visualizzazione 3D interattiva del sistema Sole, Terra e Luna
- Portale GPlates, Università di Sydney