Những điều cơ bản về Trái Đất

[ButNghien]

NHỮNG ĐIỀU CƠ BẢN VỀ TRÁI ĐẤT
​

Trái Đất, cũng còn được gọi là Địa Cầu hay Quả Đất, là hành tinh thứ ba trong Thái Dương Hệ tính từ Mặt Trời trở ra. Địa Cầu là hành tinh lớn nhất trong các hành tinh có đất và đá của Thái Dương Hệ. Cho đến nay đây là nơi duy nhất trong toàn vũ trụ được biết là có sự sống. Tuổi của Địa Cầu được ước lượng vào khoảng 4,6 tỷ năm; trẻ hơn một ít là Mặt Trăng, vệ tinh tự nhiên của nó.

Loài sinh vật có tri giác chính của Trái Đất là loài người (Homo sapiens sapiens).

Ký hiệu của Trái Đất là hình chữ thập viền tròn, đại diện cho đường kinh tuyến và xích đạo; một biến thể khác là hình chữ thập ở trên hình tròn Unicode: ⊕ hay ♁.

Chuyển động của Trái Đất
Chuyển động của Trái Đất là tổng hợp của các chuyển động:

- Chuyển động tự quay quanh trục
- Chuyển động quay quanh hệ kép Trái Đất - Mặt Trăng
- Chuyển động quay quanh Mặt Trời
- Chuyển động quay quanh Ngân Hà cùng với cả hệ Mặt Trời
- Chuyển động cùng với sự giãn nở của vũ trụ

Chuyển động tự quay quanh trục
Trái Đất tự quay quanh trục (nối Bắc Cực với Nam Cực) của nó, nếu xét so với nền sao, hết 23 giờ 56 phút và 4,09 giây (1 ngày thiên văn). Vì thế từ Trái Đất các chuyển động biểu kiến của các thiên thể trên bầu trời (ngoại trừ hiện tượng sao băng là diễn ra trong bầu khí quyển cũng như các vệ tinh quỹ đạo thấp) là chuyển động về phía Đông với tốc độ 15°/h = 15'/phút, tương đương đường kính góc của Mặt Trời hay Mặt Trăng cứ mỗi hai phút.

Chuyển động quay quanh Mặt Trời
Trái Đất quay một vòng quanh Mặt Trời hết 365,2564 ngày Mặt Trời trung bình (1 năm thiên văn, số liệu đo được đến năm 2006). Vì thế từ Trái Đất nó tạo ra chuyển động biểu kiến của Mặt Trời tương đối với các ngôi sao với vận tốc góc khoảng 1 °/ngày, hay đường kính góc của Mặt Trăng hay Mặt Trời cứ sau mỗi 12 giờ về phía đông.

Vận tốc quỹ đạo của Trái Đất khoảng 30 km/s, đủ để đi hết quãng đường bằng đường kính Trái Đất (~12.700 km) trong 7 phút, hay khoảng cách đến Mặt Trăng (384.000 km) trong 4 giờ.

Trái Đất có một vệ tinh tự nhiên: Mặt Trăng. Mặt Trăng quay một vòng quanh Trái Đất hết 27,3333 ngày. Vì thế từ Trái Đất tạo ra chuyển động biểu kiến của Mặt Trăng tương đối với Mặt Trời và các ngôi sao với vận tốc góc khoảng 12°/ngày, tức đường kính góc Mặt Trăng sau mỗi giờ về phía đông.

Quan sát từ cực bắc Trái Đất, chuyển động của Trái Đất, Mặt Trăng và sự tự quay quanh trục Trái Đất là ngược chiều kim đồng hồ.

Mặt phẳng quỹ đạo và trục quay Trái Đất là không vuông góc: trục Trái Đất nghiêng một góc khoảng 66,5° so với mặt phẳng quỹ đạo của nó. Điều này sinh ra các mùa và thời gian ban ngày mùa hè dài, thời gian ban ngày mùa đông ngắn; vùng cận cực có 6 tháng sáng, 6 tháng tối. Mặt phẳng quỹ đạo của Mặt Trăng nghiêng khoảng 5 độ so với mặt phẳng quỹ đạo Trái Đất xung quanh Mặt Trời (nếu không như vậy thì hàng tháng đều có hiện tượng nhật thực hay nguyệt thực).

Quyển Hill, tầm ảnh hưởng của lực hấp dẫn, của Trái Đất khoảng 1,5 Gm (930 nghìn dặm) theo bán kính, trong đó một vệ tinh tự nhiên (ví dụ như Mặt Trăng) sẽ quay ổn định quanh nó.

So với nền sao, trục Trái Đất chuyển động với tuế sai có chu kỳ khoảng 25.800 năm, cũng như chương động với chu kỳ chính khoảng 18,6 năm. Các chuyển động này sinh ra bởi lực hấp dẫn khác nhau của Mặt Trời và Mặt Trăng lên hình dạng không thuần túy là hình cầu của Trái Đất. Trong hệ quy chiếu gắn với một vật thể rắn trên Trái Đất, chuyển động của nó là không đều vì các chuyển động cực. Các chuyển động cực là gần như có chu kỳ, bao gồm hai thành phần: một có chu kỳ một năm và một có chu kỳ 14 tháng gọi là "sự dao động Chandler". Vì vận tốc tự quay là dao động nên các yếu tố như độ dài ngày cũng dao động theo.


Chuyển động quay quanh Ngân Hà
Toàn bộ hệ Mặt Trời trong đó có Trái Đất chuyển động theo một quỹ đạo gần như là tròn cùng với nhánh Orion trên mặt phẳng quay quanh tâm của Ngân Hà, vận tốc 220 km/s, chu kỳ 226 triệu năm.

Hình dạng
Trái Đất có dạng gần giống như hình cầu dẹt, với đường kính khoảng 12.742 km. Độ lệch lớn nhất là các điểm cao nhất (đỉnh núi Everest, cao 8.850 m) và điểm thấp nhất (đáy vũng Mariana, ở độ sâu 10.911 m dưới mực nước biển). Do đó độ dẹt của Trái Đất là khoảng 1/584, hay 0,17 %. Khối lượng của Trái Đất khoảng 6,000 yottagam (6 x 1024 kg).

Cấu trúc
Wikimedia Commons có thêm hình ảnh và tài liệu về:
Cấu trúc Trái Đất
Cấu trúc Trái Đất. 1: Lõi rắn trong cùng; 2: Lõi lỏng; 3: Lớp phủ nhớt; 4: Lớp vỏ; 5: Lớp đất đá trên cùng; 6: Khí quyển Trái ĐấtTrái Đất gồm 3 lớp: Vỏ Trái Đất, lớp Manti, nhân.

Phần bên trong của Trái Đất, giống như của các hành tinh có đất đá khác, về mặt hóa học được chia thành lớp vỏ ngoài rắn là các loại hợp chất silic, lớp phủ có độ nhớt cao, lớp lõi ngoài lỏng có độ nhớt thấp hơn lớp phủ, lớp lõi trong rắn. Lớp lõi ngoài lỏng tạo ra từ trường yếu vì sự đối lưu của các vật chất dẫn điện của lớp này.

Các vật chất mới thường xuyên tìm kiếm đường ra bề mặt thông qua các núi lửa và các vết đứt gẫy ở đáy đại dương (xem thuyết trôi dạt lục địa). Phần lớn lớp vỏ ngoài nhỏ hơn 100 triệu (1×108) năm tuổi; những phần già nhất của lớp vỏ ngoài vào khoảng 4,4 tỷ (4,4×109) năm tuổi [1].

Xét tổng thể, các thành phần của Trái Đất theo khối lượng [2] là:

Nguyên tố Phần trăm

Oxy 32,4
Sắt 28,2
Silic 17,2
Magiê 15,9
Niken 1,6
Canxi 1,6
Nhôm 1,5
Lưu huỳnh 0,70
Natri 0,25
Titan 0,071
Kali 0,019
Khác 0,53

Phần bên trong
Phần bên trong của Trái Đất có nhiệt độ đạt tới 5.270 K. Nguồn nhiệt bên trong của hành tinh là được sinh ra trong quá trình lớn dần lên của nó (xem năng lượng liên kết trọng trường), và được bổ sung bởi năng lượng sinh ra của các phản ứng phân rã các nguyên tố phóng xạ như urani, thori, và kali. Nhiệt truyền từ phần bên trong ra bề mặt chỉ bằng khoảng 1/20.000 năng lượng nhận được từ Mặt Trời.

0 đến 60 km - quyển đá (tùy nơi, dao động từ 5-200 km).
0 đến 35 km - lớp vỏ (tùy nơi, dao động từ 5-70 km).
35 đến 2890 km - lớp phủ.
100 đến 700 km - quyển suy nhược??.
2890 đến 5100 km - Lớp lõi ngoài.
5100 đến 6378 km - Lớp lõi trong (nhân).

Lớp vỏ trái đất
Gồm hai thành phần là vỏ đại dương và vỏ lục địa. Vỏ đại dương từ 15 km, vỏ lục địa từ 70 km.

Tầng trên cùng là tầng trầm tích, gồm những vật liệu nhẹ phân bố không đều, có nơi không có có nơi lại dày trên 15 km. Dưới tầng lục địa là tầng đá Granit, gồm đá Granit và nhưng loại đá nhẹ tương tự đá Granit. Phần vỏ đại dương không có tầng đá Granit.

Lớp Manti
Tầng Manti trên, từ 15 km đến 700 km, là một lớp vật chất quánh dẻo. Tầng Manti dưới, từ 700km đến 2900 km.

Thạch quyển
Bao gồm vỏ địa lý và tầng trên của lớp Manti, dày khoảng 100 km. Chúng được cấu tạo từ các mảng kiến tạo. Các mảng này không đứng yên mà luôn dịch chuyển do hoạt động dòng đối lưu vật chất quánh dẻo và nhệt độ cao của chúng ở lớp Manti. Nơi tiếp xúc giửa các mảng kiến tạo không ổn định thường xảy ra các hoạt động kiến tạo như động đất, núi lửa.

Lõi
Lõi, hay còn gọi là nhân, Trái Đất chia làm 2 phần: nhân ngoài và nhân trong.

Nhân ngoài từ độ sâu 2900 km đến 5100 km, nhiệt độ 5000°C, áp suất từ 1.3 triệu atm đến 3.1 triệu atm, vật chất tồn tại ở thể lỏng.

Nhân trong từ độ sâu 5100 km đến 6370 km, áp suất từ 3 triệu atm đến 3.5 triệu atm, chủ yếu là kim loại nặng (Fe, Ni) nên còn gọi là nhân Nife.

Mật độ trung bình của Trái Đất là 5.515 kg/m³, làm nó trở thành hành tinh có mật độ đặc nhất trong Hệ Mặt Trời. Do mật độ trung bình của bề mặt chỉ khoảng 3.000 kg/m³, ta có thể cho rằng các vật chất nặng hơn tồn tại trong nhân Trái Đất. Trong thời kỳ ban đầu, khoảng 4,5 tỷ (4,5×109) năm trước, tình trạng nóng chảy làm cho các chất nặng hơn chìm xuống vào phía tâm theo một quy trình gọi là sai phân hành tinh, trong khi các chất nhẹ hơn bị đẩy ra phía vỏ ngoài. Kết quả, lõi chủ yếu là chứa sắt (80%), cùng với niken và silic; trong khi các nguyên tố nặng khác, như chì và urani, hoặc là quá ít để có thể nhận thấy hoặc có xu hướng liên kết với các nguyên tố nhẹ hơn khác và vì thế vẫn ở phần vỏ (xem các vật chất felsic).

Phần lõi được chia thành hai phần, phần lõi trong rắn (nhân) với bán kính ~1250 km và phần lõi ngoài lỏng bao phủ bên ngoài với bán kính ~3500 km. Phần lõi trong nói chung được coi là rắn và chủ yếu là sắt và một chút niken. Một số khác thì cho rằng phần nhân có thể nằm trong dạng của một tinh thể sắt duy nhất. Lớp lõi ngoài bao phủ lớp nhân và người ta cho rằng nó bao gồm sắt lỏng hỗn hợp với niken lỏng và một chút các nguyên tố nhẹ khác. Nói chung người ta tin rằng sự đối lưu trong lớp lõi ngoài, cùng với sự tự quay của Trái Đất (xem lực Coriolis), đã tạo ra từ trường của Trái Đất thông qua một quy trình được biết đến như là học thuyết đinamô. Phần nhân là quá nóng để có thể duy trì từ trường vĩnh cửu (xem nhiệt độ Curie) nhưng có lẽ có tác dụng để ổn định từ trường sinh ra bởi lớp lõi ngoài lỏng.

Các chứng cứ gần đây đã cho thấy phần nhân của Trái Đất có thể tự quay nhanh hơn một chút so với toàn bộ các phần còn lại, khoảng ~2° mỗi năm (Comins DEU-trang 82).

Lớp phủ
Lớp phủ của Trái Đất mở rộng tới độ sâu 2.890 km. Áp suất, ở đáy của lớp phủ là ~140 GPa (1,4 Matm). Nó chủ yếu là các hợp chất giàu sắt và magiê. Điểm nóng chảy của các chất phụ thuộc vào áp suất lên chúng. Vì áp suất cao và tăng dần lên theo độ sâu của lớp phủ, nên phần thấp nhất của khu vực này được cho là chất rắn trong khi phần bên trên là chất dẻo (bán-nóng chảy). Độ nhớt của lớp phủ trên cùng dao động trong khoảng 1.021 tới 1.024 Pa·s, phụ thuộc vào độ sâu[3]. Vì thế, phần trên của lớp phủ có thể chuyển động rất chậm.

Tại sao phần nhân được coi là rắn, phần lõi ngoài là lỏng và lớp phủ là rắn/dẻo?
Điểm nóng chảy của các chất giàu sắt là cao hơn của sắt nguyên chất (ở cùng một điều kiện). Phần lõi chủ yếu là sắt nguyên chất, trong khi các chất chứa sắt là phổ biến ngoài lớp lõi. Vì thế, các chất chứa sắt ở bề mặt là chất rắn, ở phần trên của lớp phủ là bán nóng chảy (do nó nóng và dưới áp suất tương đối nhỏ), phần dưới của lớp phủ là rắn (do chúng chịu một áp suất rất lớn), lớp lõi ngoài là sắt nguyên chất lại là lỏng do nó có điểm nóng chảy thấp (mặc dù áp suất rất lớn), và phần nhân là rắn vì áp suất cực kỳ lớn tại tâm của hành tinh.

Lớp vỏ
Lớp vỏ nằm trong khoảng 5 đến 70 km tính theo độ sâu. Phần mỏng nhất là lớp vỏ đại dương đặc hơn chứa chủ yếu là các loại đá silicat magiê sắt (mafic) và nằm dưới các các lòng chảo đại dương. Phần dày nhất là lớp vỏ của các lục địa ít đặc hơn và chủ yếu là các loại đá silicat nhôm kali hay natri (felsic). Ranh giới lớp vỏ - lớp phủ tồn tại (theo các nhà khoa học) bởi người ta đã nhận thấy hai sự kiện vật lý khác nhau. Thứ nhất, có sự gián đoạn trong vận tốc địa chấn được biết đến như gián đoạn Mohorovičić, hay Moho. Nguyên nhân của Moho được cho là sự thay đổi thành phần của đá từ các loại chứa fenspat plagioclas (trên) thành đá không chứa fenspat (dưới). Sự kiện thứ hai là sự gián đoạn hóa học giữa các tích lũy siêu mafic và các harzburgit kiến tạo được quan sát từ các phần sâu nhất của lớp vỏ đại dương, nằm dưới ở trong lớp vỏ các lục địa và như là chuỗi ophiolit.

Sinh quyển
Trái Đất là nơi duy nhất đã biết có sự sống tồn tại. Các dạng sự sống trên hành tinh đôi khi được nói đến như là "sinh quyển". Sinh quyển Trái Đất nói chung được cho là bắt đầu tiến hóa cách đây khoảng 3,5 tỷ (3,5×109) năm. Sinh quyển được phân chia thành một số biom, bao gồm các hệ thực vật và hệ động vật tương đối giống nhau sinh sống. Trên đất liền, các biom phân chia chủ yếu theo vĩ độ. Các biom nằm trong các vòng Bắc Cực và vòng Nam Cực là tương đối hiếm về thực và động vật, trong khi phần lớn các biom phong phú chủng loại nhất nằm gần đường xích đạo.

Khí quyển
Trái Đất có lớp khí quyển tương đối dầy, chứa 78% nitơ, 21% ôxy, 1% agon, cộng với một ít các khí khác như điôxít cacbon và hơi nước. Khí quyển là lớp đệm giữa Trái Đất và Mặt Trời. Thành phần khí quyển Trái Đất không ổn định và được duy trì bởi sinh quyển. Một lượng lớn ôxy phân tử tự do được tạo ra bởi năng lượng Mặt Trời và thực vật trên Trái Đất. Ôxy tự do trong khí quyển là một dấu hiệu của sự sống.

Các lớp như tầng đối lưu, tầng bình lưu, tầng mêzô, tầng técmô và tầng exô, dao động theo từng khu vực và có tác động tới các thay đổi theo mùa.

Khối lượng tổng cộng của khí quyển khoảng 5,1 × 1018 kg, khoảng 0,9 ppm của tổng khối lượng Trái Đất.

Thủy quyển
Trái Đất là hành tinh duy nhất trong Hệ Mặt Trời mà bề mặt có nước ở dạng lỏng. Nước bao phủ 71% bề mặt Trái Đất (97% là nước biển và 3% nước ngọt [4]) và chia thành 5 đại dương với 7 lục địa. Các hiện tượng quỹ đạo quanh Mặt Trời của Trái Đất, núi lửa, trường hấp dẫn, hiệu ứng nhà kính, từ trường và khí quyển giàu ôxy có lẽ đã hợp thành để tạo ra Trái Đất như là một hành tinh chứa nước.

Trái Đất thực sự là hành tinh nằm trên rìa ngoài của ranh giới quỹ đạo có đủ độ ấm để tạo ra nước ở dạng lỏng. Không có hiện tượng nhà kính, nước của Trái Đất có lẽ đã bị đóng băng hết. Các chứng cứ hóa thạch chỉ ra rằng tại thời điểm sau khi các vi khuẩn lục-lam (Xyanobacteria) đã chiếm hết các đại dương, hiệu ứng nhà kính đã bị mất, và các đại dương của Trái Đất có thể bị đóng băng hoàn toàn trong 10 đến 100 triệu năm trong cái gọi là sự kiện quả cầu tuyết Trái Đất.

Trên các hành tinh khác, như Kim Tinh, nước ở dạng hơi bị phân hủy bởi bức xạ tia cực tím của Mặt Trời, và hiđrô bị ion hóa và bay đi mất theo gió Mặt Trời. Hiệu ứng này tuy chậm nhưng không thể thay đổi được. Đây là một giả thuyết giải thích tại sao Kim Tinh không có nước. Không có hiđrô, ôxy tương tác với bề mặt và liên kết trong các khoáng chất rắn.

Trong khí quyển Trái Đất, một lớp mỏng ôzôn trong tầng bình lưu hấp thụ phần lớn năng lượng bức xạ cực tím, làm giảm hiệu ứng phân hủy. Ôzôn, chỉ có thể tạo ra trong khí quyển chứa một lượng lớn ôxy phân tử tự do và phụ thuộc vào sinh quyển (thực vật). Từ trường của Trái Đất cũng là lớp lá chắn bảo vệ cho tầng ion khỏi bị cuốn đi bởi gió Mặt Trời.

Cuối cùng, hiện tượng núi lửa liên tục tỏa ra hơi nước từ bên trong. Kiến tạo địa hình trên Trái Đất chu chuyển cacbon và nước như là đá vôi thành các chất trong lớp phủ và giải phóng theo núi lửa trong dạng như điôxít cacbon dạng khí và hơi nước nóng. Ước tính rằng các khoáng chất trong lớp phủ có thể chứa ít nhất là gấp 10 lần lượng nước của các đại dương hiện nay, mặc dù phần lớn nước bị chiếm giữ này sẽ không bao giờ được giải phóng.

Tổng khối lượng của thủy quyển khoảng 1,4 × 1021 kg, khoảng 0,023 % tổng khối lượng Trái Đất.

Nguồn: Sưu tầm*