Σελήνη (2)

Αρκετοί μηχανισμοί έχουν προταθεί για το σχηματισμό της Σελήνης 4,527 ± 0,010 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, περίπου 30-50 εκατομμύρια χρόνια μετά τον σχηματισμό του ηλιακού συστήματος. Σε αυτούς τους μηχανισμούς περιλαμβάνονται: η αποκοπή της Σελήνης από τον φλοιό της Γης από φυγόκεντρες δυνάμεις, η οποία θα απαιτούσε υπερβολικά μεγάλη αρχική ταχύτητα περιστροφής της Γης, η βαρυτική σύλληψη μίας προσχηματισμένης Σελήνης, η οποία θα απαιτούσε ανέφικτα εκτεταμένη ατμόσφαιρα της Γης να διαχέει την ενέργεια της στο σημείο που διέρχεται η Σελήνη, και τη συν-δημιουργία της Γης και της Σελήνης από κοινού στον αρχέγονο δίσκο προσαύξησης, το οποίο δεν εξηγεί την έλλειψη του μεταλλικού σιδήρου στο φεγγάρι. Αυτές οι υποθέσεις, επίσης, δεν μπορούν να εξηγήσουν την υψηλή στροφορμή στο σύστημα Γης-Σελήνης.

Ο πιο πιθανός μηχανισμός είναι η σύγκρουση ενός πλανήτη με τη νεαρή Γη. Μετά τη σύγκρουση τα συντρίμμια που εκτινάχθηκαν στο διάστημα τέθηκαν σε τροχιά γύρω από τη Γη και στο τέλος σχημάτισαν τη Σελήνη. Οι γιγάντιες συγκρούσεις πιστεύεται ότι ήταν κοινές στις αρχές του Ηλιακού Συστήματος. Προσομοιώσεις σε ηλεκτρονικό υπολογιστή που αναπαράγουν μία τεράστια σύγκρουση, είναι συνεπείς με τις μετρήσεις της στροφορμής του συστήματος Γης-Σελήνης, και το μικρό μέγεθος του πυρήνα της Σελήνης. Δείχνουν επίσης ότι η περισσότερη από τη Σελήνη προήλθε από σύγκρουση, όχι από την πρωτο-Γη. Ωστόσο, οι μετεωρίτες δείχνουν ότι και άλλα εσωτερικά σώματα του ηλιακού συστήματος, όπως ο Άρης και η Εστία έχουν πολύ διαφορετικές συγκεντρώσεις όσον αφορά τα ισότοπα του οξυγόνου και του βολφραμίου από ότι με τη Γη, ενώ η Γη και η Σελήνη έχουν σχεδόν ταυτόσημες ισοτοπικές συνθέσεις. Μετά την ανάμειξη του εξατμιθέντος υλικού κατά τη διαμόρφωσης της Γης και της Σελήνης θα μπορούσε να εξισωθούν οι ισοτοπικές συνθέσεις τους, αν και αυτό συζητείται.

Ενώ υπάρχει η θεωρία ότι η νεαρή Σελήνη μεγάλωσε γρήγορα προσροφώντας τα κομμάτια που τέθηκαν σε τροχιά, μια δεύτερη θεωρία υποστηρίζει ότι αρχικά δημιουργήθηκαν δύο φεγγάρια τα οποία στη συνέχεια συγχωνεύτηκαν σε μια αργή σύγκρουση, σχηματίζοντας την σημερινή Σελήνη. Η θεωρία αυτή εξηγεί γιατί ο φλοιός της Σελήνης είναι κατά 50 χιλιόμετρα πιο παχύς στην αθέατη πλευρά της από ότι σε αυτή που φαίνεται από τη Γη. Υπολογιστικά μοντέλα δείχνουν ότι το μικρότερο φεγγάρι είχε μόλις το ένα τριακοστό της μάζας της Σελήνης και διάμετρο γύρω στα 1.000 χιλιόμετρα. Καθώς οι παλιρροϊκές δυνάμεις της Γης θα αύξαναν την ακτίνα της τροχιάς των δύο φεγγαριών, οι ισορροπίες μεταξύ τους άλλαξαν, με αποτέλεσμα να συγκρουστούν με μικρή ταχύτητα και ουσιαστικά το μικρό φεγγάρι να «απλωθεί» γύρω από το μεγαλύτερο. Άλλες θεωρίες για να εξηγήσουν το φαινόμενο είναι μια ασύμμετρη σύγκρουση που δημιούργησε το μεγάλο κρατήρα στο νότιο πόλο της Σελήνης και η δράση των παλιρροϊκών δυνάμεων.^[2]

Σελήνη (1)

Σελήνη

Η Σελήνη όπως φαίνεται από τη Γη
Τροχιακά χαρακτηριστικά
Μεγάλος ημιάξονας	384.400 km
Εκκεντρότητα της τροχιάς	0,0554
Περίγειο	356.410 km
Απόγειο	406.740 km
Αστρονομική τροχιακή περίοδος	27,321 66155 d (27 d 7 h 43.2 min)
Συνοδική Περίοδος	29,530 588 d (29 d 12 h 44.0 min)
Μέση Ταχύτητα Τροχιάς	1,022 km/s
Μέγιστη Ταχύτητα Τροχιάς	1,082 km/s
Ελάχιστη Ταχύτητα Τροχιάς	0,968 km/s
Κλίση ως προς την Εκλειπτική	5,1454°
Μήκος του αναβιβάζοντα συνδέσμου	???°
Όρισμα του περιηλίου	???°
Δορυφόρος της	Γης
Φυσικά Χαρακτηριστικά
Διάμετρος στον Ισημερινό	3.476,2 km (0,273 της Γης)
Πολική διάμετρος	3.472,0 km (0,273 της Γης)
Μέση διάμετρος	3.474,1 km
Πεπλάτυνση	0,001 2
Ισημερινή περιφέρεια	6.952,4 km(0,273 της Γης)
Πολική περιφέρεια	6.944,0 km(0,273 της Γης)
Μέση περιφέρεια	6.948,2 km
Επιφάνεια	3.793×107 km² (0.074 της Γης)
Όγκος	2,1958×1010 km³(0,020 της Γης)
Μάζα	7.347 673×1022 kg(0,0123 της Γης)
Πυκνότητα	3.346 2 kg/cm³
Επιφανειακή Βαρύτητα στον Ισημερινό	1.622 m/s²(0.1654 g)
Ταχύτητα Διαφυγής	2.38 km/s
Αστρονομική περίοδος περιστροφής	27.321 661 d (συγχρόνως)
Ταχύτητα περιστροφής	16.655 km/h (στον ισημερινό)
Κλίση του Άξονα	1.5424° με την εκλειπτική
Λευκαύγεια	0.12
Επιφανειακή θερμοκρασία - ελάχιστη - μέση - μέγιστη	40 K 250 K 396 K
Ατμοσφαιρική σύσταση
Επιφανειακή ατμοσφαιρική πίεση	3×10−13kPa
Ήλιο	25 %
Νέον	25 %
Υδρογόνο	23 %
Αργό	20 %
Μεθάνιο Αμμωνία Διοξείδιο του Άνθρακα	ίχνη
+/−

Η Σελήνη είναι ο μοναδικός φυσικός δορυφόρος της Γης και ο πέμπτος μεγαλύτερος φυσικός δορυφόρος του ηλιακού συστήματος. Πήρε το όνομά του από την Σελήνη, αρχαιοελληνική θεά του δορυφόρου αυτού. Λέγεται επίσης και «Φεγγάρι» στη δημοτική γλώσσα. Είναι το φωτεινότερο σώμα στην ουράνια σφαίρα μετά τον Ήλιο, επειδή είναι και το κοντινότερο στη Γη ουράνιο σώμα. Εξαιτίας αυτής της εγγύτητας, η Σελήνη ασκεί ισχυρή βαρυτική επίδραση στη Γη (παλιρροϊκή αλληλεπίδραση), προκαλώντας φαινόμενα όπως οι παλίρροιες, αλλά και επηρεάζοντας τον άξονα περιστροφής της.

Η μέση απόσταση Γης - Σελήνης είναι 384.403 χιλιόμετρα (παρατηρείται ότι αυτή η απόσταση αυξάνεται κατά περίπου 0,32^[1] εκατοστά το μήνα και αυτό συμβαίνει λόγω των παλιρροϊκών δυνάμεων). Η διάμετρος της σελήνης είναι 3.476 χιλιόμετρα (περίπου το 1/4 της γήινης). Η βαρύτητα στην επιφάνεια της Σελήνης είναι σε ένταση το 1/6 περίπου αυτής της Γης. Περιστρέφεται στον ελαφρώς κεκλιμένο άξονά της σε 27 ημέρες 7 ώρες και 43 λεπτά, ακριβώς στον ίδιο χρόνο που διαρκεί η τροχιακή περιφορά της γύρω από τη Γη. Αυτός ο συντονισμός είναι και ο λόγος που από τη Γη είναι ορατή μόνο η μια πλευρά της Σελήνης, η οποία χαρακτηρίζεται από σκοτεινές ηφαιστειακές θάλασσες οι οποίες βρίσκονται ανάμεσα στα λαμπρά υψίπεδα και τους κρατήρες. Αν και φαίνεται λαμπρή, στην πραγματικότητα, η επιφάνεια της Σελήνης είναι αρκετά σκοτεινή, με ανακλαστικότητα παρόμοια με αυτή της ασφάλτου.

Ανάλογα με τη θέση του Ήλιου, της Γης και της Σελήνης, διαφορετικό τμήμα της Σελήνης φαίνεται να φωτίζεται, δημιουργώντας τις φάσεις της Σελήνης. Οι εκλείψεις Ηλίου προκαλούνται από τη Σελήνη, όταν αυτή περνά φαινομενικά μπροστά από το Ήλιο, σκιάζοντας μέρος της Γης, αντίθετα με τις εκλείψεις Σελήνης που προκαλούνται ομοίως από τον πλανήτη Γη. Λόγω της λαμπρότητας και των τακτικών της φάσεων, η Σελήνη έχει σημαντικό πολιτιστικό ρόλο από την αρχαιότητα.

Το πρόγραμμα Λούνα της Σοβιετικής Ένωσης ήταν το πρώτο το οποίο έφτασε στη Σελήνη με μη επανδρωμένη διαστημοσυσκευή το 1959. Το αμερικανικό πρόγραμμα Απόλλο, της ΝΑΣΑ, είναι μέχρι σήμερα το μόνο το οποίο έχει στείλει επανδρωμένες αποστολές στη Σελήνη, αρχίζοντας με το Απόλλο 8 το 1968, το οποίο τέθηκε σε τροχιά γύρω από το φεγγάρι, ενώ έξι αποστολές προσεληνώθηκαν την περίοδο 1969 - 1972, αρχίζοντας με τον Απόλλων 11. Μετά το Απόλλων 17 το φεγγάρι έχουν επισκεφτεί μόνο μη επανδρωμένες αποστολές.

Ζωή στην Γη

Ζωή

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια

Μετάβαση στην πλοήγηση Πήδηση στην αναζήτηση

Η ζωή είναι το χαρακτηριστικό που διακρίνει τα φυσικά σώματα που διαθέτουν βιολογικές διεργασίες, όπως κυτταρική επικοινωνία και μηχανισμούς αυτοσυντήρησης, από αυτά που δεν έχουν, είτε επειδή οι λειτουργίες αυτές έχουν διακοπεί (έχουν πεθάνει), είτε επειδή δεν τις είχαν ποτέ και θεωρούνται άψυχα. Υπάρχει ποικιλία μορφών ζωής, όπως φυτά, ζώα, μύκητες, πρώτιστα, αρχαία, και βακτήρια. Τα κριτήρια ταξινόμησης δεν είναι πάντα ευδιάκριτα και ίσως αναφέρονται σε ιούς, ιοειδή, ή ενδεχόμενη συνθετική ζωή ως "ζωντανά". Η βιολογία είναι η επιστήμη που ασχολείται με τη μελέτη της ζωής.

Ο ορισμός της ζωής είναι αμφιλεγόμενος. Ο σημερινός ορισμός είναι ότι οι οργανισμοί είναι ανοικτά συστήματα που διατηρούν ομοιόσταση, αποτελούνται από κύτταρα, έχουν ένα κύκλο ζωής, μεταβολίζουν, αναπτύσσονται,  προσαρμόζονται στο περιβάλλον τους, αποκρίνονται σε ερεθίσματα, αναπαράγονται και εξελίσσονται. Επιπλέον, προτείνονται αρκετοί βιολογικοί ορισμοί για οριακές περιπτώσεις της ζωής, όπως είναι οι ιοί και τα ιοειδή. Ιστορικά, υπήρξαν πολλές προσπάθειες ορισμού της "ζωής" μέσω πεπαλαιωμένων εννοιών όπως η οδική δύναμη, ο υλομορφισμός, η αυτόματη γένεση και ο βιταλισμός, που διαψεύστηκαν από τις βιολογικές ανακαλύψεις. Η Αβιογένεση περιγράφει τη φυσική διαδικασία με την οποία προκύπτει ζωή από άβια ύλη, όπως απλές οργανικές ενώσεις. Κοινές ιδιότητες όλων των οργανισμών είναι η ανάγκη για ορισμένα βασικά χημικά στοιχεία που είναι απαραίτητα για τις βιοχημικές λειτουργίες.

Το άρθρο είναι μέρος της σειράς για:
Ζωή στο Σύμπαν
Αστροβιολογία
Κατοικησιμότητα στο Ηλιακό Σύστημα
Ζωή στη Γη Κατοικησιμότητα: Στον Άρη Στην Αφροδίτη Στον Εγκέλαδο Στην Ευρώπη Στον Τιτάνα
Ζωή εκτός του Ηλιακού Συστήματος
Περιαστρική κατοικήσιμη ζώνη Εξωπλανητολογία Πλανητική κατοικησιμότητα SETI
π • σ • ε

Η ζωή στη Γη πρωτομφανίστηκε πριν από 4,28 δισεκατομμύρια χρόνια, λίγο μετά τον σχηματισμό των ωκεανών πριν από 4,41 δισεκατομμύρια χρόνια και μετά το σχηματισμό της Γης πρίν από 4,54 δισ. χρόνια. Η σημερινή ζωή στη Γη ίσως προήλθε από έναν κόσμο βασισμένο στο RNA, αλλά ούτε αυτός ήταν ο πρώτος. Ο μηχανισμός με τον οποίο ξεκίνησε η ζωή στη Γη είναι άγνωστος, αν και έχει διατυπωθεί πληθώρα υποθέσεων και έχουν διενεργηθεί πειράματα όπως το Πείραμα Miller–Urey. Οι αρχαιότερες γνωστές μορφές ζωής είναι μικροαπολιθώματα βακτηρίων. Σε Αυστραλικούς βράχους 3,45 δισ. ετών βρέθηκαν μικροοργανισμοί.^[1][2] Το 2016 οι επιστήμονες ανακοίνωσαν συνολικά 355 γονίδια που πιστεύεται ότι προήλθαν από τον τελευταίο καθολικό κοινό πρόγονο (LUCA) όλων των ζωντανών οργανισμών, και ήταν ήδη πολύπλοκος οργανισμός και όχι το πρώτο ζωντανό πλάσμα.^[3]

Από τις αρχέγονες αρχές, η ζωή στη Γη έχει αλλάξει περιβάλλον σε γεωλογική κλίμακα του χρόνου. Για να επιβιώσει στα περισσότερα οικοσυστήματα, η ζωή πρέπει να προσαρμοστεί σε ένα εύρος συνθηκών. Ορισμένοι μικροοργανισμοί, που ονομάζονται ακραιόφιλοι, ευδοκιμούν σε φυσικά ή γεωχημικά ακραία περιβάλλοντα που είναι επιβλαβή για τις άλλες ζωές στη Γη. Ο Αριστοτέλης ήταν ο πρώτος που ταξινόμησε οργανισμούς. Αργότερα, ο Κάρολος Λινναίος εισήγαγε το σύστημα της διωνυμικής ονοματολογίας για την ταξινόμηση των ειδών. Στη συνέχεια ανακαλύφθηκαν νέες ομάδες και κατηγορίες ζωής, όπως τα κύτταρα και οι μικροοργανισμοί, και αναθεωρήθηκε η δομή των σχέσεων μεταξύ των ζωντανών οργανισμών. Το κύτταρο θεωρείται η δομική και λειτουργική μονάδα της ζωής.^[4] Υπάρχουν δύο είδη κυττάρων, τα προκαρυωτικά και τα ευκαρυωτικά, εκ των οποίων και τα δύο αποτελούνται από κυτταρόπλασμα περικλεισμένο μέσα σε μεμβράνη και περιέχουν πολλά βιομόρια όπως πρωτεΐνες και νουκλεϊκά οξέα. Τα κύτταρα αναπαράγονται με διαδικασία κυτταρικής διαίρεσης, με την οποία το αρχικό κύτταρο διαιρείται σε δύο ή περισσότερα θυγατρικά κύτταρα.

Επί του παρόντος υπάρχουν γνώσεις για τη ζωή στη Γη, αλλά η ζωή δεν περιορίζεται εδώ και πολλοί επιστήμονες πιθανολογούν την ύπαρξη εξωγήινης ζωής. Η τεχνητή ζωή είναι μια προσομοίωση σε υπολογιστή ή ανθρωπογενής ανακατασκευή μίας ζωντανής κατάστασης, που χρησιμοποιείται για να εξεταστούν τα συστήματα που διέπουν τη φυσική ζωή. Ο θάνατος είναι η οριστική παύση όλων των βιολογικών λειτουργιών που συντηρούν έναν οργανισμό, και επομένως, πρόκειται για το τέλος της ζωής του. Η Εξαφάνιση είναι η διαδικασία με την οποία μια ολόκληρη ταξινομική ομάδα ή υποομάδα είδών σταδιακά παύει να υπάρχει. Τα απολιθώματα είναι τα διατηρημένα λείψανα ή ίχνη οργανισμών.

Ορισμοί

Ο ορισμός της ζωής πάντα ήταν μια πρόκληση για τους επιστήμονες και φιλόσοφους που πρότειναν πληθώρα διατυπώσεων.^[5][6][7] Εν μέρει επειδή η ζωή είναι μια διαδικασία και όχι μια ουσία.^[8][9][10] Περιπλέκεται από την έλλειψη γνώσεων για τα χαρακτηριστικά των ζωντανών οντοτήτων που αν υπάρχουν αναπτύχθηκαν εκτός της Γης.^[11][12] Οι φιλοσοφικοί ορισμοί της ζωής, δυσκολεύονται εξίσου στη διάκριση των ζωντανών πλασμάτων από τα άβια.^[13] Οι νομικοί ορισμοί της ζωής περιλαμβάνουν περιγραφές και συζητήσεις, και εστιάζονται στις προϋποθέσεις που πρέπει να πληρούνται για να ανακηρυχτεί ένας άνθρωπος νεκρός, και οι νομικές επιπτώσεις αυτής της απόφασης.^[14]

Βιολογία

Κύριο λήμμα: Βιολογία

Εφόσον δεν υπάρχει αδιαμφισβήτητος ορισμός της ζωής, οι περισσότεροι σημερινοί βιολογικοί ορισμοί είναι περιγραφικοί. Η ζωή θεωρείται ως χαρακτηριστικό κάποιου που συντηρείται, συνεχίζει ή ενισχύει την ύπαρξή του στο δεδομένο περιβάλλον. Γενικά διαθέτει και παρουσιάζει τις εξής ιδιότητες:^{[15][16][17][18][19][20]}

1. Ομοιόσταση: ρύθμιση του εσωτερικού περιβάλλοντος ώστε να διατηρείται μια σταθερή κατάσταση, όπως εφίδρωση για ελάττωση της θερμοκρασίας
2. Οργάνωση: δομικά αποτελείται από ένα ή περισσότερα κύτταρα – τις βασικές μονάδες της ζωής
3. Μεταβολισμός: οι μετασχηματισμοί της ενέργειας κατά τη μετατροπή χημικών συστατικών και ενέργειας σε κυτταρικά συστατικά (αναβολισμός) και την αποσύνθεση της οργανικής ύλης (καταβολισμός). Τα ζωντανά πλάσματα χρειάζονται ενέργεια για να διατηρήσουν την εσωτερική τους οργάνωση (ομοιόσταση) και να παράγουν τα άλλα φαινόμενα που σχετίζονται με τη ζωή.
4. Ανάπτυξη: συντήρηση μεγαλύτερου ρυθμού στον αναβολισμό από ότι στον καταβολισμό. Ένας αναπτυσσόμενος οργανισμός αυξάνεται ολόκληρος σε μέγεθος, και δεν περιορίζεται σε συσσώρευση ύλης.
5. Προσαρμογή: η σταδιακή μεταβλητότητα ως απόκριση στις αλλαγές του περιβάλλοντος. Πρόκειται για θεμελιώδη διεργασία εξέλιξης και ρυθμίζεται από την κληρονομικότητα του οργανισμού, τη διατροφή και εξωτερικούς παράγοντες.
6. Απόκριση σε ερεθίσματα: μια απόκριση μπορεί να είναι, η συρρίκνωση ενός μονοκύτταρου οργανισμού λόγω χημικών ουσιών εξωτερικά, οι περίπλοκες αντιδράσεις που εμπλέκονται στην αισθαντικότητα των πολυκύτταρων οργανισμών. Η απόκριση συχνά εκδηλώνεται με κίνηση, όπως τα φύλλα ενός φυτού που στρέφεται προς τον ήλιο (φωτοτροπισμός) και ο χημειοτακτισμός.
7. Αναπαραγωγή: η ικανότητα παραγωγής νέων αυτόνομων οργανισμών, είτε αγενώς από έναν μοναδικό αρχικό οργανισμό ή φυλετικά από δύο αρχικούς οργανισμούς.

Όλες οι φυσιολογικές λειτουργίες έχουν υποκείμενες φυσικές και χημικές βάσεις, μηχανισμούς ρύθμισης και ελέγχου που είναι απαραίτητοι για τη διατήρηση της ζωής.

Εναλλακτικοί ορισμοί

Κύριο λήμμα: Θερμοδυναμικό σύστημα

Από φυσική άποψη, τα ζωντανά όντα είναι θερμοδυναμικά συστήματα με οργανωμένη μοριακή δομή που μπορεί να αναπαράγεται και να εξελίσσεται όπως απαιτείται για επιβίωση.^[21][22] Θερμοδυναμικά, η ζωή έχει περιγραφεί ως ένα ανοιχτό σύστημα που χρησιμοποιεί διαβαθμίσεις του περιβάλλοντός ενώ δημιουργεί ατελή αντίγραφά της.^[23] Συνεπώς η ζωή είναι ένα αυτόνομο χημικό σύστημα ικανό να διέλθει Δαρβινική εξέλιξη.^[24][25] Ένα μεγάλο πλεονέκτημα αυτού του ορισμού είναι ότι διακρίνει τη ζωή περισσότερο βάσει της εξελικτικής διαδικασίας παρά από τη χημική σύνθεση.^[26]

Η συστηματική άποψη δεν εξαρτάται απαραίτητα από τη μοριακή χημεία. Προσδιορίζει ότι η ζωή για τα ζωντανά πλάσματα είναι αυτο-οργάνωση και αυτοποίηση (αυτο-παραγωγή). Εναλλακτικά, ο Στιούαρτ Κάουφμαν αναφέρεται σε έναν αυτόνομο παράγοντα ή ένα πολύπαραγοντικό σύστημα ικανό να αναπαράγει τον εαυτό του, και να ολοκληρώνει τουλάχιστον ένα θερμοδυναμικό κύκλο εργασίας.^[27] Ο ορισμός επεκτάθηκε σταδιακά κατόπιν νέων εξελίξεων.^[28]

Ιοί

Κύριο λήμμα: Ιός

Το αν ένας ιός πρέπει να θεωρείται ζωντανός ή όχι είναι θέμα συζητήσεων . Θεωρούνται μάλλον απλά αντιγραφείς παρά ως μορφές ζωής.^[29] Έχουν περιγραφεί ως "ζωικά οριακοί οργανισμοί "^[30] , επειδή διαθέτουν γονίδια, εξελίσσονται μέσω της φυσικής επιλογής,^[31][32] και αναπαράγονται δημιουργόντας πολλά αντίγραφα του εαυτού τους με αυτο-συγκρότηση. Ωστόσο, οι ιοί δεν μεταβολίζουν και απαιτούν ένα κύτταρο ξενιστή για την παραγωγή μορίων. Η αυτοσυγκρότηση των ιών μέσα σε κύτταρα ξενιστές περιπλέκει τη μελέτη για την προέλευση της ζωής, εφόσον στηρίζει την υπόθεση ότι η ζωή ίσως ξεκίνησε ως αυτο-συγκροτούμενα οργανικά μόρια.^[33][34][35]

Βιοφυσική

Κύριο λήμμα: Βιοφυσική

Ο ορισμός της ζωής μπορεί να βασίζεται σε χημικά συστήματα και επιδιώκεται να περιλαμβάνει τον ελάχιστο απαιτούμενο αριθμό φαινομένων.^[36] Για τους Βιοφυσικούς τα ζωντανά πλάσματα λειτουργούν ως αρνητική εντροπία.^[37][38] Συνοπτικά οι ζωϊκές διεργασίες μπορούν να θεωρηθούν ως μια καθυστέρηση στην αυθόρμητη διάχυση ή διασπορά της εσωτερικής ενέργειας των βιολογικών μορίων προς πιο δυναμικά μικροκράτη. Αναλυτικά, σύμφωνα με φυσικούς όπως οι Τζον Μπέρναλ, Έρβιν Σρέντιγκερ, Γιουτζίν Γουίγκνερ και Τζον Άβερυ, η ζωή περιλαμβάνεται σε μία κατηγορία φαινομένων που αποτελούν ανοιχτά ή συνεχή συστήματα και μπορούν να ελαττώσουν την εσωτερική εντροπία καταναλώνοντας ουσίες ή ελεύθερη ενέργεια που προσλαμβάνεται από το περιβάλλον και στη συνέχεια απορρίπτεται σε υποβαθμισμένη μορφή.^[39][40]

Θεωρίες των έμβιων συστημάτων

Τα έμβια συστήματα είναι ανοικτά αυτο-οργανωμένα ζωντανά πλάσματα που αλληλεπιδρούν με το περιβάλλον τους. Τα συστήματα συντηρούνται με ροές πληροφοριών, ενέργειας και ύλης.

Για αρκετούς επιστήμονες η θεωρία των έμβιων συστημάτων χρειάζεται για να εξηγηθεί η φύση της ζωής.^[41] Τόσο γενική θεωρία θα προκύψει από τις οικολογικές και βιολογικές επιστήμες και θα επιδιώκει να χαρτογραφήσει τις γενικές αρχές που διέπουν τις λειτουργίες των έμβιων συστημάτων. Αντί να εξετάζει τα φαινόμενα κατόπιν ανάλυσης στα συστατικά τους, διερευνά τα φαινόμενα από την άποψη των δυναμικών πρότυπων σχέσεων που έχουν οι οργανισμοί με τα περιβάλλοντά τους.^[42]

Η υπόθεση της Γαίας

Κύριο λήμμα: Θεωρία της Γαίας

Η ιδέα ότι η Γη είναι ζωντανή συναντάται στη φιλοσοφία και τη θρησκεία, αλλά η πρώτη επιστημονική συζήτηση περί του θέματος ήταν του Σκοτσέζου επιστήμονα Τζέιμς Χάτον. Το 1785 υποστήριξε ότι η Γη ήταν ένας υπερ-οργανισμός και πρέπει να εξετάζεται από τη φυσιολογία. Ο Χάτον θεωρείται ο πατέρας της γεωλογίας, αλλά η ιδέα της ζωντανής Γης ξεχάστηκε κατόπιν αναγωγισμού τον 19ο αιώνα.^[43]:10 Περί το 1960, η υπόθεση της Γαίας του επιστήμονα Τζέιμς Λάβλοκ,^[44][45] θεωρεί ότι η ζωή στη Γη λειτουργεί ως ένας ενιαίος οργανισμός που επιλέγει και συντηρεί τις περιβαλλοντικές συνθήκες όπως απαιτείται για την επιβίωσή του. Η υπόθεση θεμελίωσε τις σύγχρονες επιστήμες Γήινων συστημάτων.

Αδυναμία κλασματοποίησης

To 1978 ο Αμερικάνος βιολόγος Τζέημς Γκριερ Μιλερ παρουσίασε μία γενική θεωρία ζωντανών συστημάτων που εξηγούσε τη φύση της ζωής.^[46] Ο Ρόμπερτ Ρόσεν (1991) επί αυτής βασισμένος όρισε ένα στοιχείο του συστήματος ως "οργανωτική μονάδα: ένα λειτουργικό μέρος, με ορισμένη σχέση μεταξύ του όλου και μέρους." Με συνδυασμό από αρχικές έννοιες, ανέπτυξε τη "σχετική θεωρία των συστημάτων" που επιδιώκει να εξηγήσει τις ιδιαίτερες ιδιότητες της ζωής. Συγκεκριμένα, αναγνώρισε την "αδυναμία κλασματοποίησης των στοιχείων ενός οργανισμού", ως βασική διαφορά μεταξύ των ζωντανών συστημάτων και των "βιολογικών μηχανών."^[47]

Η ζωή ως ιδιότητα των οικοσυστημάτων

Η συστηματική άποψη της ζωής θεωρεί τις περιβαλλοντικές και βιολογικές ροές ως "αμοιβαία επηρεαζόμενες"^[48] και η αλληλεπίδραση με το περιβάλλον είναι εξίσου σημαντική για την κατανόηση της ζωής και των οικοσυστημάτων. Όπως εξηγεί ο Χάρολντ Τζ. Μόροβιτζ (1992), η ζωή είναι ιδιότητα ενός οικολογικού σύστηματος και όχι απλά ένας μόνος οργανισμός ή είδος.^[49] Υποστηρίζει ότι ο οικοσυστηματικός ορισμός της ζωής είναι προτιμότερος από έναν αυστηρά βιοχημικό ή φυσικό. Ο Ρόμπερτ Ουλάνοβιτζ (2009) τόνισε την αμοιβαιότητα ως το κλειδί για την κατανόηση της συστηματικής, τακτικής συμπεριφοράς της ζωής και των οικοσυστημάτων.^[50]

Βιολογία περίπλοκων συστημάτων

Κύριο λήμμα: Πολύπλοκα βιολογικά δίκτυα

Η βιολογία περίπλοκων συστημάτων είναι ένα πεδίο της επιστήμης που μελετά την εμφάνιση περιπλοκότητας στους λειτουργικούς οργανισμούς από την άποψη της θεωρίας δυναμικών συστημάτων,^[51] που ονομάζεται και βιολογία συστημάτων και επιδιώκει να κατανοήσει τις θεμελιώδεις πτυχές της ζωής. Ο συγγενής κλάδος που ονομάζεται σχετική βιολογία ασχολείται κύρια με την κατανόηση των ζωικών διεργασιών με όρους σημαντικότητας, και την κατηγοριοποίηση των σχέσεων για τους πολυκύτταρους οργανισμούς ορίζεται ως "κατηγορηματική βιολογία", ή ένα μοντέλο που απεικονίζει τους οργανισμούς ως θεωρία κατηγοριών των βιολογικών σχέσεων, καθώς και μια αλγεβραική τοπολογία της λειτουργικής οργάνωσης των ζωντανών οργανισμών από άποψη δυναμικής, περιπλοκότητας δίκτυων μεταβολικών, γενετικών και επιγενετικών διεργασιών και σηματοδοτικών μονοπατιών.^[52][53] Εναλλακτικές αλλά συγγενικές προσεγγίσεις εστιάζουν στους περιορισμούς της αμοιβαίας εξάρτησης, όπου οι περιορισμοί είναι είτε μοριακοί, όπως ένζυμα, ή μακροσκοπικο, όπως η γεωμετρία του οστού ή το αγγειακό σύστημα.^[54]

Δαρβίνεια δυναμική

Έχει υποστηριχθεί ότι η εξέλιξη της τάξης των ζωντανών και ορισμένων φυσικών συστημάτων ακολουθεί μία κοινή βασική αρχή που ονομάστηκε Δαρβίνεια δυναμική.^[55][56] Διατυπώθηκε έχοντας υπόψη του τρόπου διαμόρφωσης της μακροσκοπικής τάξης ενός απλού μη-βιολογικού συστήματος όταν απομακρύνεται από τη θερμοδυναμική ισορροπία του, και στη συνέχεια επέκτεινε τη θεωρία στο σύντομο τρόπο αντιγραφής των RNA μορίων. Οι βασικές αρχές για τις διεργασίες ήταν παρόμοιες για τους δύο τύπους συστημάτων.

Λειτουργική Θεωρία

Η συστηματική λειτουργική θεωρία προτείνει ότι "η ζωή είναι ένας γενικός όρος για την παρουσία των διαμερισμάτων που βρίσκονται στους οργανισμούς το τυπικό διαμέρισμα είναι μια μεμβράνη και ένα αυτοκαταλυτικό σύνολο που βρίσκεται στο κύτταρο"^[57] και ότι οργανισμός είναι οποιοδήποτε σύστημα με οργάνωση που τυπικά λειτουργεί όπως το πρότυπο της θεωρίας.^{[58][59][60][61]} Η ζωή μπορεί να παρουσιαστεί ως ένα δίκτυο κατώτερων αρνητικών ανατροφοδοτήσεων των ρυθμιστικών μηχανισμών που υπακούν σε μια ανώτερη θετική ανατροφοδότηση όπως διαμορφώθηκε από της δυνατότητες επέκτασης και αναπαραγωγής.^[62]

Γη (Ατμόσφαιρα)

Με τον όρο ατμόσφαιρα της Γης εννοούμε το αέριο σώμα που περιβάλλει τη Γη και συγκρατείται λόγω της βαρύτητάς της, φτάνοντας πρακτικά σε ύψος 3.500 χιλιόμετρα. Το όριο ανάμεσα στην ατμόσφαιρα και το διάστημα δεν είναι αυστηρά καθορισμένο. Καθώς μεγαλώνει η απόσταση της από τη Γη η ατμόσφαιρα σταδιακά εξασθενεί και εξαφανίζεται σιγά σιγά στο διάστημα. Το υψόμετρο των 122 χλμ. ορίζει το σημείο που τα ατμοσφαιρικά φαινόμενα γίνονται αισθητά κατά τη διάρκεια της επανεισόδου στην ατμόσφαιρα. Η γραμμή Κάρμαν στα 100 χλμ. λαμβάνεται επίσης συχνά σαν το σύνορο ανάμεσα στην ατμόσφαιρα και το διάστημα.

Η ατμόσφαιρα προστατεύει τη ζωή στη Γη με το να απορροφά την υπεριώδη ηλιακή ακτινοβολία, να θερμαίνει την επιφάνεια της με την παρακράτηση της θερμότητας (φαινόμενο του θερμοκηπίου) και να μειώνει τις αυξομειώσεις της θερμοκρασίας ανάμεσα στη μέρα και τη νύχτα.

Στην ατμόσφαιρα της Γης οφείλεται η ύπαρξη ζωής, εφόσον σε αυτήν οφείλονται η απορρόφηση μεγάλου τμήματος της υπεριώδους ακτινοβολίας και η μείωση της διαφοράς των ακραίων θερμοκρασιών που θα υπήρχαν μεταξύ ημέρας και νύχτας χωρίς αυτήν χάρη στην παρακράτηση της θερμότητας (Φαινόμενο του θερμοκηπίου). Ο ξηρός αέρας αποτελείται κατά 78,08 % από άζωτο, 20,95% από οξυγόνο, 0,93% από αργό, 0,0395% από διοξείδιο του άνθρακα και από ίχνη άλλων αερίων. Η σύνθεσή της από την επιφάνεια της θάλασσας και μέχρι τα 80-100 χιλιόμετρα ύψος, παραμένει σχεδόν αμετάβλητη. Αντίθετα η πυκνότητά της ατμόσφαιρας ελαττώνεται πολύ γρήγορα, έτσι ώστε η αναπνοή στη κορυφή του Έβερεστ (8.848 μ.) να είναι πολύ δύσκολη μέχρι αδύνατη, αφού η πυκνότητά της εκεί, φθάνει μόλις τα 1/3 της πυκνότητας που παρατηρείται στην επιφάνεια της θάλασσας.

Γενικά

Ο ατμοσφαιρικός αέρας αποτελεί μείγμα πολλών αερίων, με το μεγαλύτερο ποσοστό σε όγκο να κατέχει το άζωτο (78%) και το οξυγόνο (21%). Εκτός αυτών, υπάρχει το διοξείδιο του άνθρακα, ευγενή αέρια, ίχνη υδρογόνου, όζοντος κλπ.
Στην ατμόσφαιρα επίσης αιωρούνται σχεδόν πάντα και μόρια κονιορτού, καπνού, άλατος (από τα σταγονίδια των κυμάτων) κλπ., καθώς και μεγάλη επίσης ποσότητα υδρατμών που προέρχεται από την εξάτμιση θαλασσών, λιμνών κλπ.

Το ποσό των υδρατμών αυτών μεταβάλλεται συνεχώς, αφού αυξάνει με την εξάτμιση και ελαττώνεται με τη πτώση ή εναπόθεση ως βροχή ή άλλων μορφών υετού στην επιφάνεια της Γης.

Η μεταβολή αυτή είναι και η κύρια αιτία, ως ένα βαθμό, για τις ευρείες μεταβολές των καιρικών φαινομένων σε έναν τόπο. Βέβαια, σε σύγκριση προς τη συνολική μάζα του αέρος, η εκάστοτε ποσότητα των υδρατμών στην ατμόσφαιρα είναι πολύ μικρή. Η σπουδαιότητα της ύπαρξης όμως αυτών των υδρατμών διαφαίνεται από το γεγονός ότι απορροφούν το 11% της ηλιακής ακτινοβολίας, ενώ εκλύουν μεγάλη ποσότητα θερμοκρασίας κατά τη συμπύκνωσή τους, που αν δεν υπήρχαν, ίσως η ζωή στη Γη να ήταν αδύνατη.

Γενικά, για να δημιουργηθούν οι περισσότερες ατμοσφαιρικές διαταράξεις, πηγές των καιρικών φαινομένων, δύο είναι οι κύριοι παράγοντες η θερμότητα και ο υδρατμός. Για τούτο και ο υδρατμός από μετεωρολογικής άποψης, αποτελεί το σπουδαιότερο συστατικό της γήινης ατμόσφαιρας.

Η ατμόσφαιρα είναι εκείνη, που συγκρατεί την υπεριώδη ακτινοβολία μικρού μήκους κύματος, μέρος από τη κοσμική ακτινοβολία, είναι εκείνη που προκαλεί τους χρωματισμούς του ουρανού και των νεφών, ενώ συγχρόνως αποτελεί το μέσον στη διάδοση του ήχου, αλλά και στη διάχυση του φωτός.

Χωρίς αυτή, ο Ουρανός θα ήταν σκοτεινός, ενώ στη σκιά θα επικρατούσε πλήρες σκότος και οι αστέρες θα έλαμπαν με σταθερό φως συνέχεια, νύκτα και μέρα. Επίσης, η διάθλαση που συντελεί στο φαινόμενο τα ουράνια σώματα να φαίνονται υπερυψωμένα δεν θα υπήρχε, αλλά και ούτε αντικατοπτρισμός θα δημιουργούνταν.

Το όριο ανάμεσα στη γήινη και την ηλιακή ατμόσφαιρα δεν είναι ορισμένο με ακρίβεια: Το εξωτερικό σύνορο της ατμόσφαιρας αντιστοιχεί στην απόσταση στην οποία τα μόρια των ατμοσφαιρικών αερίων δεν υπόκεινται πλέον στην έλξη της γης και την επίδραση του μαγνητικού της πεδίου. Οι συνθήκες αυτές ισχύουν σε ένα υψόμετρο που ποικίλει ανάλογα με το γεωγραφικό μήκος και συνήθως είναι στα 60 χλμ. πάνω από τους πόλους και στα 30 χλμ. πάνω από τον ισημερινό. Αυτά τα νούμερα είναι απλά ενδεικτικά: το γήινο μαγνητικό πεδίο παραμορφώνεται διαρκώς από τον ηλιακό άνεμο. Η πυκνότητα της ατμόσφαιρας, επίσης, παρουσιάζει σημαντικές αυξομειώσεις. Εξάλλου η ατμόσφαιρα, όπως και το νερό των θαλασσών, υπόκειται στην επίδραση της τροχιάς του συστήματος Γη-Σελήνη και τις παρεμβολές της βαρύτητας της Σελήνης και του ήλιου. Για τον ίδιο λόγο που τα μόρια των αερίων, όντας ελαφρύτερα και λιγότερο στενά συνδεδεμένα μεταξύ τους από τα μόρια του νερού, έχουν μεγαλύτερη ελευθερία κινήσεων από τα τελευταία, έτσι και οι ατμοσφαιρικές παλίρροιες είναι πολύ πιο έντονα φαινόμενα από τις θαλάσσιες.^[1][2]

Το ατμοσφαιρικό στρώμα μέχρι τα 80-100 χιλιόμετρα ύψος ονομάζεται ομοιόσφαιρα, καθώς επικρατούν συνθήκες πλήρους μίξης και ο αέρας έχει σταθερό μοριακό βάρος. Πάνω από αυτό το όριο (τυρβόπαυση) υπάρχει η ετερόσφαιρα. Η πυκνότητα εκεί είναι τόσο μικρή που τα μόρια και τα άτομα συγκρούονται λιγότερο συχνά με αποτέλεσμα τα αέρια να διαστρωματώνονται ανάλογα με το μοριακό τους βάρος. Επίσης, ουσίες που φυσιολογικά είναι αντιδραστικές (π.χ. τα ελεύθερα ριζικά) παρουσιάζουν μεγάλους χρόνους παραμονής στην ετερόσφαιρα, λόγω της ελάχιστης πυκνότητας των μορίων της ύλης.^[2] Μολονότι οι τελευταίες αραιότερες παρυφές της ατμόσφαιρας φτάνουν σε ύψος χιλιάδων χιλιομέτρων, το 99% της συνολικής της μάζας περιέχεται σε μία ζώνη από την επιφάνεια (ύψος 0) μέχρι του ύψους των 30 χιλιομέτρων.^[2]

Νέες μελέτες

Μια νέα μελέτη μαρτυρά πως το μέγεθος της ατμόσφαιρας του πλανήτη Γη απλώνεται και πέρα από τη Σελήνη, καθώς αυτή είναι σχεδόν διπλάσιας απόστασης Γης και Σελήνης. Μια νεότερη εκτίμηση παλιών αρχείων παρατηρήσεων δείχνει ότι η ατμόσφαιρα φτάνει έως 630.000 χιλιόμετρα ή αλλιώς σχεδόν 50 φορές όσο η γήινη διάμετρος. Αυτό προκύπτει από παρατηρήσεις του αμερικανικού ηλιακού παρατηρητηρίου SOHO που χρονολογούνται γύρω στο 2017 και η νέα έρευνα φέρεται να έγινε το 2019 όπως επισήμανε ο Ίγκορ Μπαλιούκιν από το Ινστιτούτο Διαστημικών Ερευνών της Ρωσίας.

Οδηγούμαστε έτσι στο συμπέρασμα ότι η Σελήνη κινείται χάρη σε αυτή την ατμόσφαιρα.

Στην εξώσφαιρα, δηλαδή στο σημείο όπου παρατηρείται ανάμειξη της ατμόσφαιρας με το διάστημα, υπάρχει ένα νέφος που ανακαλύφθηκε με το SWAN του SOHO, αποτελείται από άτομα υδρογόνου και λέγεται γεωκορώνα. Αυτή μαρτυρά την ύπαρξη αραιής ατμόσφαιρας πέρα από το φεγγάρι.

Στην πρώτη κιόλας φωτογραφία από το τηλεσκόπιο στη Σελήνη το 1972 που τοποθέτησαν οι αστροναύτες από το Απόλλων 16, εμφανίζεται η εικόνα μιας γεωκορώνας που λάμπει στο υπεριώδες φως. Όμως δεν έγινε αντιληπτό ότι αυτή συμπεριλαμβάνει την Σελήνη μέσα της. Τα άτομα υδρογόνου γίνονται αντιληπτά μέσω ενός συγκεκριμένου μήκους κύματος, του Lyman-alpha, από το υπεριώδες φως. Αυτά τα άτομα απορροφούν και εκπέμπουν.

Αυτό το φως μπορεί να είναι ορατό μόνο από το διάστημα λόγω του ότι εκπέμπεται από τη γήινη ατμόσφαιρα. Άρα το SOHO μπορεί να καταγράψει το υπεριώδες φως Lynam-alpha από τη γεωκορώνα. Μπορούμε να πούμε ότι μια πυκνότητα 70 ατόμων υδρογόνου/κυβικό εκατοστό, παρατηρήθηκε ότι σε απόσταση 60.000 χιλιομέτρων από τη Γη, Κάτι που στη Σελήνη δε συμβαίνει γιατί η πυκνότητα φτάνει μόλις τα 0.02 άτομα/κυβικό εκατοστό.

Τα άτομα υδρογόνου δε συνιστούν κίνδυνο για περαιτέρω μελέτες αλλά η γεωκορώνα είναι δυνατό να κάνει παρεμβόλες σε τηλεσκόπια κοντά της ή σε παρατηρήσεις από το έδαφος της Σελήνης.^[3]

Ιστορία

Φιλόσοφοι όπως ο Αριστοτέλης και ο Εμπεδοκλής, εμπνευσμένοι από τη διαφάνεια, την ομοιογένεια και την αφθονία του αέρα οδηγήθηκαν σε πρώιμα συμπεράσματα σχετικά με τη φύση του. Τον κατέταξαν μαζί με το νερό, τη φωτιά και τη γη, στα τέσσερα πρωταρχικά στοιχεία του Σύμπαντος, σκέψη που διατηρήθηκε στο πέρασμα των αιώνων έως τον Μεσαίωνα.

Σήμερα γνωρίζουμε βεβαίως ότι ο ατμοσφαιρικός αέρας δεν είναι ένα ομοιογενές αέριο, αλλά μείγμα διαφόρων αερίων. Το θεμέλιο για αυτό έθεσε ο σπουδαίος Λεονάρντο Ντα Βίντσι (Leonardo Da Vinci, 1452-1519) ο οποίος παρατήρησε ότι αέρας που έχει ήδη χρησιμοποιηθεί για την αναπνοή ή την τροφοδότηση της φωτιάς παύει να συντελεί στην καύση. Έναν αιώνα μετά, το έτος 1624, ο Φλαμανδός γιατρός Γιαν φαν Χέλμοντ (Jan van Helmont, 1579-1644) διαπίστωσε ότι ο αέρας δεν είναι στοιχείο εφόσον αποτελείται από ένα ή περισσότερα αέρια με διαφορές στη συμπεριφορά τους (εκείνος τα ονόμαζε ατμούς). Στην αντίληψη του αυτή συνέτεινε η παρατήρηση ότι ο αέρας περιέχει επίσης υγρή και στερεή φάση. Δυστυχώς, η επιστημονική κοινότητα της εποχής απέρριψε τις απόψεις του φαν Χέλμοντ.

Τα επόμενα χρόνια επιφανείς επιστήμονες προσπάθησαν να τεκμηριώσουν την πραγματική φύση του αέρα, όμως αυτό στάθηκε αδύνατο εξαιτίας του πλήθους των ασύνδετων μεταξύ τους γνώσεων και της πολυπλοκότητας της κατάστασης έως την ανακάλυψη του αζώτου το 1772 και του οξυγόνου το 1774. Η τιμή ανήκει στον πατέρα της θεωρίας της καύσης και της σύγχρονης χημείας τον Γάλλο Αντουάν Λωράν Λαβουαζιέ (Αntoine Laurent Lavoisier, 1743-1794) που παραβλέποντας τα περιττά και συνδυάζοντας τις τεκμηριωμένες εμπειρίες που είχαν συσσωρευτεί εν τω μεταξύ, υποστήριξε ότι ο αέρας είναι μείγμα οξυγόνου και αζώτου και συγκεκριμένα, το 1/5 ήταν το αέριο του Πρίστλεϊ που ο Λαβουαζιέ ονόμασε οξυγόνο, τα δε 4/5 ήταν το αέριο του Ράδερφορντ, το άζωτο. Η ακριβής αναλογία των δυο αυτών στοιχείων στον αέρα βρέθηκε το 1784 από τον Κάβεντις, που υποστήριξε πως η σύστασή τους είναι σταθερή παντού.

Κατακόρυφη δομή

Η χημική σύνθεση της ατμόσφαιρας μέχρι το ύψος των 80-100 χλμ. είναι σχεδόν αμετάβλητη. Ανάλογα όμως της μεταβολής της θερμοκρασίας διακρίνονται σε αυτή τα ακόλουθα στρώματα:

• Τροπόσφαιρα, από ύψος 0 μέχρι 9-18 χλμ. (ανάλογα με το γεωγραφικό πλάτος) όπου και η τροπόπαυση.
• Στρατόσφαιρα, από την τροπόπαυση μέχρι τα 50 χλμ. όπου και η στρατόπαυση.
• Μεσόσφαιρα, από την στρατόπαυση μέχρι τα 80 χλμ. όπου και η μεσόπαυση.
• Θερμόσφαιρα ή Ιονόσφαιρα, από την μεσόπαυση μέχρι 800 χλμ. όπου η θερμόπαυση. Σε αυτό το κομμάτι της ατμόσφαιρας βρίσκεται ο Διεθνής Διαστημικός Σταθμός ISS. Και τέλος
• Εξώσφαιρα, από θερμόπαυση μέχρι 3.500 χλμ.

Σημαντικότερο στρώμα, τόσο για την Μετεωρολογία, όσο ιδιαίτερα για τους ναυτιλλομένους, είναι η Τροπόσφαιρα, αφού εντός αυτής λαμβάνουν χώρα όλες οι μεταβολές του καιρού και όλα τα μετεωρολογικά φαινόμενα.

• 1η Σημείωση: Η εν λόγω κατακόρυφη δομή ορίσθηκε κατά την Μετεωρολογία και μόνο, και ουδεμία σχέση έχει με τη διαστρωμάτωση που κάνει η Αστρονομία για τον πλανήτη Γη.
• 2η Σημείωση: Η παραπάνω κατακόρυφη δομή της ατμόσφαιρας σε στρώματα και καθορισμού ύψους εκάστου ορίσθηκε το 1962 από τον Παγκόσμιο Μετεωρολογικό Οργανισμό (W.M.O.).

Φαινόμενα ατμόσφαιρας

Ο συνδυασμός των φωτεινών και λοιπών ακτινοβολιών του Ήλιου, η διαφορετική πυκνότητα των στρωμάτων της ατμόσφαιρας και τα διαφορετικά φυσικά χαρακτηριστικά^[4] (όπως η θερμοκρασία, η πίεση και η υγρασία), η εκάστοτε μορφή των υδρατμών (αέρια, υγρά και στερεά) στην ατμόσφαιρα όπως και άλλοι παράγοντες π.χ. ιονισμένα άτομα και μόρια των αερίων (ιόντα), προκαλούν σειρά από διάφορα οπτικά, ακουστικά και ηλεκτρικά φαινόμενα.

Τα φαινόμενα αυτά συμπληρώνουν το περιβάλλον που θεάται ο παρατηρητής. Και τέτοια φαινόμενα είναι το χρώμα του Ουρανού, τα χρώματα της ανατολής και της δύσης του Ηλίου, η Ηλιακή και η Σεληνιακή άλως, το ουράνιο τόξο, το πολικό Σέλας, η διάθλαση, ο αντικατοπτρισμός κλπ.

Ατμόσφαιρα και θάλασσα

Η αλληλεπίδραση ατμόσφαιρας και θάλασσας είναι όχι μόνο έντονη αλλά και σπουδαία, η ακριβής έκταση της οποίας όμως ακόμη δεν έχει πλήρως εξακριβωθεί.

Μερικές από τις αμοιβαίες αλληλεπιδράσεις είναι: η δημιουργία των κυμάτων, των ανέμων, των ρευμάτων, κλπ.

Γη (8)

Χρήσεις Γης

• Καλλιεργήσιμη γη: 10%
• Μόνιμες σοδειές: 1%
• Μόνιμα βοσκοτόπια: 26%
• Δάσικές περιοχές: 32%
• Αστικές περιοχές: 1,5%
• Άλλα: 30% (1993 est.)

Αρδευόμενη γη: 2.481.250 τ.χλμ. (εκτ. 1993)

Φυσικοί κίνδυνοι

Μείζονες περιοχές του πλανήτη είναι έκθετες σε ακραία καιρικά φαινόμενα, όπως οι τροπικοί κυκλώνες και τυφώνες, οι πλημμύρες, οι χιονοθύελλες και οι σίφωνες. Επιπρόσθετα, σεισμοί, ηφαιστειακές εκρήξεις, τσουνάμι, κατολισθήσεις πλήττουν συχνά πολλές περιοχές της Γης, ειδικά κοντά στα όρια των τεκτονικών πλακών

Περιβάλλον

Κύριο λήμμα: Περιβαλλοντικά προβλήματα

Μεγάλες περιοχές του πλανήτη υποφέρουν από υπερπληθυσμό, περιβαλλοντική ρύπανση, όξινη βροχή και τοξικά απόβλητα, αποδάσωση, ερημοποίηση, εξαφάνιση βιολογικών ειδών, ξέπλυμα του εδάφους και επικράτηση παρασιτικών ειδών ή και γενετικά τροποποιημένων ειδών.

Βιόσφαιρα

Κύριο λήμμα: Ζωή

Η Γη είναι το μόνο μέρος που γνωρίζουμε όπου υπάρχει ζωή. Συχνά λέμε πως η ζωή του πλανήτη, σχηματίζει την «Βιόσφαιρα». Η βιόσφαιρα εκτιμάται πως άρχισε να εξελίσσεται πριν 3,5 δισεκατομμύρια (3,5•10⁹) χρόνια. Η βιόσφαιρα μπορεί να ταξινομηθεί σύμφωνα με ζώνες γεωγραφικού πλάτους που περιέχουν σχετιζόμενη χλωρίδα και πανίδα. Οι πολικές ζώνες είναι αραιές σε ζωή, ενώ αντίθετα, τα περισσότερα γνωστά είδη ζωής βρίσκονται στον Ισημερινό και σε μια στενή ζώνη γύρω από αυτόν.

Ανθρώπινος πληθυσμός

Ο συνολικός ανθρώπινος πληθυσμός της Γης επί του παρόντος εκτιμάται σε: 7.046.000.000^[34] κάτοικοι (εκτίμηση 27 Ιουλίου 2012).

Τρεις άνθρωποι είναι μόνιμα σε τροχιά γύρω από την Γη, στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό· η παραμονή τους είναι συνήθως 6-μηνη, οπότε και αλλάζει το πλήρωμα. Μεταξύ των αλλαγών τους, υπάρχει ένας σημαντικός αριθμός ανθρώπων που κάνουν μικρότερα ταξίδια πάνω από την ατμόσφαιρα. Συνολικά, 400 άνθρωποι (αστροναύτες, κοσμοναύτες και ταϊκοναύτες) ταξίδεψαν στο διάστημα μέχρι το 2004.

Η βορειότερη εγκατάσταση στον κόσμο είναι το Alert, στο νησί Έλσμιρ στον Καναδά. Η νοτιότερη εγκατάσταση βρίσκεται στον Σταθμό του Νότιου Πόλου Amundsen-Scott, στην Ανταρκτική, σχεδόν στην θέση του Νότιου Πόλου.

Κατανομή ηλικιών:

• 0-14 έτη: 1.818.803.078 (29,92%)
  • άνδρες: 932.832.913 (15,35%)
  • γυναίκες: 885.970.165 (14,57%)
• 15-64 έτη: 3.840.881.326 (63,19%)
  • άνδρες: 1.942.402.264 (31,95%)
  • γυναίκες: 1.898.479.062 (31,23%)
• 65 έτη και πάνω: 419.090.130 (6,89%)
  • άνδρες: 184.072.470 (3,03%)
  • γυναίκες: 235.017.660 (3,87%) (εκτ. 2000)

Ρυθμός Αύξησης του Πληθυσμού: 1,3% (εκτ. 2000)

Ρυθμός Γεννήσεων: 22 γεννήσεις/1000 κατοίκους (εκτ. 2000)

Ρυθμός Θανάτων: 9 θάνατοι/1000 κατοίκους (εκτ. 2000)

Αναλογία Φύλων:

• Κατά την γέννηση: 1,05 αρσενικά/θηλυκό
• Κάτω από 15 έτη: 1,05 αρσενικά/θηλυκό
• 15-64 έτη: 1,02 αρσενικά/θηλυκό
• 65 έτη και πάνω: 0,78 αρσενικά/θηλυκό
• Σύνολο πληθυσμού: 1,01 αρσενικά/θηλυκό (εκτ. 2000)

Παιδική θνησιμότητα: 54 θάνατοι/1.000 επιτυχείς γεννήσεις (εκτ. 2000)

Προσδοκώμενη Διάρκεια Ζωής κατά τη γέννηση:

• Σύνολο πληθυσμού: 64 έτη

• άνδρες: 62 έτη
• γυναίκες: 65 έτη (εκτ. 2000)

Συνολική Γονιμότητα: 2,8 γεννήσεις παιδιών/γυναίκα (εκτ. 2000)

Διοίκηση

Ο παγκόσμιος γενικός Διεθνής Οργανισμός είναι ο Οργανισμός Ηνωμένων Εθνών (ΟΗΕ) ή «Ηνωμένα Έθνη». Ο ΟΗΕ είναι βασικά ένα παγκόσμιο βήμα συζήτησης μεταξύ των κρατών του κόσμου, με μικρές όμως αρμοδιότητες και δυνατότητα νομοθεσίας.

Διοικητικές υποδιαιρέσεις: 267 κράτη, ανεξαρτήτως περιοχής κλπ. Τα ανεξάρτητα κράτη στον κόσμο είναι σήμερα 194.

Περιγραφές της Γης σε διάφορες μυθολογίες και στη λογοτεχνία

Η Γη έχει συχνά προσωποποιηθεί ως θεότητα, ιδιαιτέρως ως θεά: σε πολλές μυθολογίες εμφανίζεται ως Μητέρα Γη.

Στην αρχαία ελληνική μυθολογία εμφανίζεται ως Γαία, στη Σκανδιναβική μυθολογία ήταν η Γιορντ Jord, η μητέρα του Θωρ και κόρη του Άνναρ (Annar).

Η Γη έχει επίσης χαρακτηριστεί ως ένα τεράστιο διαστημόπλοιο με δικό του Σύστημα υποστήριξης ζωής.

Εφόσον η Γη είναι αρκετά μεγάλη, δεν είναι άμεσα εμφανές στο γυμνό μάτι κοιτώντας από την επιφάνεια ότι έχει ένα σφαιροειδές σχήμα, αν και για την ακρίβεια δεν είναι τέλεια σφαιρικό, αλλά είναι οβάλ, διογκωμένο στο ύψος του ισημερινού και ελαφρώς πεπλατυσμένο στους πόλους. Στο παρελθόν επικρατούσαν διάφορες θεωρίες, μερικές εκ των οποίων ήθελαν τη Γη επίπεδη εξαιτίας των παραπάνω. Πριν από την πραγματοποίηση των πρώτων διαστημικών πτήσεων, οι θεωρίες αυτές στηρίζονταν σε συμπεράσματα από παρατηρήσεις δευτερευόντων φαινομένων, που σχετίζονταν με το σχήμα της Γης και από παράλληλους που σχεδιάζονταν ως προς το σχήμα των άλλων πλανητών.

Γη (7)

Γεωγραφία

Κύριο λήμμα: Γεωγραφία

Χαρτογραφικές αναφορές:

Χρονικές Ζώνες, Συντεταγμένες.

Οι μεγαλύτερες γεωγραφικές κατατμήσεις

• Ηπειροι: Ανταρκτική, Ασία, Αφρική, Βόρεια Αμερική, Ευρώπη, Νότια Αμερική, Ωκεανία,
• Ωκεανοί: Αρκτικός, Ανταρκτικός, Ατλαντικός, Ειρηνικός, Ινδικός.

Επιφάνεια:

• Συνολική: 510,073 εκατομμύρια τ.χλμ.
• στεριά: 148,94 εκατομμύρια τ.χλμ.
• νερό: 361,132 εκατομμύρια τ.χλμ.
• σημείωση: Το 70,8% της επιφάνειας του πλανήτη καλύπτεται από νερό, ενώ το 29,2% είναι εκτιθέμενη στεριά.

Ακτογραμμές: Το σύνολο των ακτογραμμών είναι 356.000 χλμ.

Ακρότατα υψόμετρα: (ως προς την Μέση Στάθμη της Θάλασσας)

• Κατώτερο επίπεδο ξηράς: Νεκρά Θάλασσα − 408 μ.
• Μέγιστο θαλάσσιο βάθος: Τάφρος των Μαριανών στον Ειρηνικό Ωκεανό 10.924 μ.
• Μέγιστο υψόμετρο: Όρος Έβερεστ 8.882 μ. (εκτ. 1999)

Θαλάσσιες διεκδικήσεις: Σύμβαση του Montego Bay - 1982 (Σύμβαση των Ηνωμένων Εθνών για το Δίκαιο της Θάλασσας/United Nations Convention on the Law Of the Sea - UNCLOS).

• συνορεύουσα ζώνη: 24 ναυτικά μίλια (NM) το οποίο είναι ευρύτερα αποδεκτό, όμως μπορεί να μεταβάλλεται.
• ηπειρωτική υφαλοκρηπίδα: 200 μέτρα βάθος, αποδεκτό από τα περισσότερα κράτη ή μέχρι το βάθος εκμετάλλευσης· διαφορετικός ορισμός μέσω των 200 NM από την ηπερωτική ακτή (νέος ορισμός βάσει της Σύμβασης του Montego Bay).
• αποκλειστική ζώνη αλιείας: 200 NM αποδεκτό από τους περισσότερους.
• αποκλειστική οικονομική ζώνη: 200 NM αποδεκτό από τους περισσότερους.
• χωρικά ύδατα: 12 NM αποδεκτά από τους περισσότερους.
• Σημείωση: οι συνοριακές συνθήκες μεταξύ διάφορων χωρών αναγκάζουν τον περιορισμό των ζωνών αλιείας και οικονομικής εκμετάλλευσης σε λιγότερο από 200 NM. Επίσης, 45 κράτη και περιοχές δεν έχουν πρόσβαση στην θάλασσα μεταξύ των οποίων: Αφγανιστάν, Ανδόρρα, Αρμενία, Αυστρία, Αζερμπαϊτζάν, Λευκορωσία, Μπουτάν, Βολιβία, Μποτσουάνα, Μπουρκίνα Φάσο, Μπουρούντι, Δημοκρατία Κεντρικής Αφρικής, Τσαντ, Τσεχία, Αιθιοπία, Αγία Έδρα (Πόλη του Βατικανού), Ουγγαρία, Καζακστάν, Κιργιζία, Λάος, Λεσότο, Λίχτενσταϊν, Λουξεμβούργο, Μαλάουι, Μαλί, Μολδαβία, Μογγολία, Νεπάλ, Νίγηρας, Παραγουάη, Ρουάντα, Άγιος Μαρίνος, Σλοβακία, Εσουατίνι, Ελβετία, Τατζικιστάν, Βόρεια Μακεδονία, Τουρκμενιστάν, Ουγκάντα, Ουζμπεκιστάν, Δυτική Όχθη, Ζάμπια, Ζιμπάμπουε, Σερβία, Κόσοβο.

Σύνορα: Τα σύνορα στην στεριά είναι συνολικά 251.480,24 χλμ. (χωρίς να μετράμε δύο φορές τα κοινά σύνορα)

Γη (6)

Η Γη στο Ηλιακό Σύστημα

Η περίοδος περιστροφής της γης περί τον άξονα της είναι 23 ώρες, 56 λεπτά και 4.09 δευτερόλεπτα (μία αστρική ημέρα). Έτσι παρατηρώντας από την γη τα ουράνια σώματα, η κύρια φαινόμενη κίνησή τους είναι από τα ανατολικά προς τα δυτικά με μία ταχύτητα 15°/ώρα = 15'/λεπτό, λ.χ. μία ηλιακή ή σεληνιακή διάμετρο ανά δύο λεπτά.

Η περιφορά της Γης γύρω από τον Ήλιο διαρκεί 365,2564 μέσες ηλιακές ημέρες (ή ένα αστρικό έτος). Παρατηρώντας από τη Γη, είναι μία φαινόμενη κίνηση του Ήλιου ως προς τα αστέρια ~ 1°/ημέρα ή μία ηλιακή ή σεληνιακή διάμετρο κάθε 12 ώρες, σε αντίθετη διεύθυνση από την κύρια φαινόμενη κίνηση (λόγω περιστροφής).

Η Γη έχει έναν φυσικό δορυφόρο, την Σελήνη, η οποία περιφέρεται γύρω από την Γη κάθε 27,3 ημέρες, και η περίοδος αυτή ονομάζεται αστρικός μήνας. Παρατηρώντας από τη Γη την κίνηση, φαίνεται να κινείται με 12 °/ημέρα (μία σεληνιακή διάμετρο την ώρα), σε αντίθετη διεύθυνση από την κύρια φαινόμενη κίνηση. Λόγω της συνδυασμένης περιφοράς γύρω από τον ήλιο, ο χρόνος που μεσολαβεί μεταξύ δύο ίδιων φάσεων της σελήνης (π.χ. από πανσέληνο σε πανσέληνο) διαρκεί λίγο περισσότερο, για την ακρίβεια 29,54 ημέρες - η περίοδος αυτή ονομάζεται συνοδικός μήνας (χονδρικά 30 ημέρες ή έναν ημερολογιακό μήνα).

Με σημείο αναφοράς τον Βόρειο Πόλο της Γης, η κίνηση της Γης, της Σελήνης και της αξονικής περιστροφής, είναι όλες αντίθετα στην φορά των δεικτών του ρολογιού.

Τα τροχιακά και αξονικά επίπεδα δεν είναι ακριβώς ευθυγραμμισμένα: Το τροχιακό επίπεδο Γης-Ηλίου ή αλλιώς Εκλειπτική (σχεδόν 23,5° και η κλίση αυτή είναι η αιτία των εποχών του έτους) και το τροχιακό επίπεδο Γης-Σελήνης, σχηματίζουν γωνία ~ 5° (αν ήταν απόλυτα ευθυγραμμισμένα, θα είχαμε μία έκλειψη Ηλίου ή Σελήνης κάθε μήνα).

Η Σφαίρα του Hill της γης έχει μία ακτίνα 1,5 Gm, μέσα στην οποία ο μόνος φυσικός δορυφόρος μπορεί και περιφέρεται.

Η Σελήνη

Κύριο λήμμα: Σελήνη

Η Σελήνη, ή στην καθομιλουμένη «το Φεγγάρι», είναι ένας σχετικά μεγάλος δορυφόρος με στερεό φλοιό και διάμετρο λίγο μεγαλύτερη από το 1/4 της Γης. Οι φυσικοί δορυφόροι των υπόλοιπων πλανητών του Ηλιακού Συστήματος ονομάζονται και Φεγγάρια.

Η βαρυτική έλξη μεταξύ Γης και Σελήνης είναι ο κύριος παράγοντας για τις παλίρροιες στην Γη. Η επίδραση των παλιρροϊκών δυνάμεων στη Σελήνη έχει προκαλέσει το λεγόμενο «παλιρροϊκό κλείδωμα»: η περίοδος περιστροφής της είναι τέτοια (ίδια με την περίοδο περιφοράς - γνωστή έτσι και ως σύγχρονη περιστροφή) ώστε παρουσιάζει πάντα την ίδια όψη στην Γη.

Κατά την περιφορά γύρω από την Γη διαφορετικές όψεις φωτίζονται από τον Ήλιο προκαλώντας τις Φάσεις της Σελήνης.

Εκτιμάται πως η Σελήνη συνέβαλε στην διατήρηση της ζωής μέσω της επίδρασής της στις κλιματολογικές συνθήκες. Παλαιοντολογικά στοιχεία καθώς και υπολογιστικές προσομοιώσεις δείχνουν πως η κλίση του άξονα περιστροφής της Γης σταθεροποιήθηκε από τις παλιρροϊκές αλληλεπιδράσεις με την Σελήνη. Χωρίς αυτή τη σταθεροποιητική δύναμη ως προς τη ροπή που ασκούν ο Ήλιος και οι υπόλοιποι πλανήτες στην πεπλατυσμένη μορφή της Γης κάποιοι πιστεύουν πως η κλίση του άξονα περιστροφής θα μεταβαλλόταν χαοτικά όπως συμβαίνει στον Άρη. Εάν ο άξονας περιστροφής πλησίαζε το επίπεδο της εκλειπτικής ακραίες κλιματικές συνθήκες θα επικρατούσαν οι οποίες θα εξαφάνιζαν τις περισσότερες μορφές ζωής από τον πλανήτη.

Η Σελήνη απέχει τόσο από τη Γη, ώστε να έχει την ίδια φαινόμενη διάμετρο με τον Ήλιο, καθώς ο Ήλιος είναι 400 φορές μεγαλύτερος, ωστόσο, κατά μία απίστευτη αστρονομική σύμπτωση, είναι και 400 φορές μακρύτερα από τη Σελήνη. Το γεγονός αυτό επιτρέπει να λαμβάνουν χώρα ολικές εκλείψεις Ηλίου.

Η προέλευση της Σελήνης είναι άγνωστη, αν και η δημοφιλέστερη θεωρία υποστηρίζει τον σχηματισμό της από τη σύγκρουση της Γης με κάποιον πρωτοπλανήτη στο μέγεθος του Άρη. Αυτή η υπόθεση εξηγεί μεταξύ των άλλων και την παρόμοια σύσταση Γης και Σελήνης.

Η Γη βρίσκεται επιπλέον σε κοινή τροχιά με έναν αστεροειδή, τον 3753 Cruithne. Επίσης, αποτέλεσμα από το space.com, το οποίο ανέλυσε τροχιές 10 εκατομμυρίων σωμάτων που πλησιάζουν σε μικρή απόσταση από τη Γη, έδειξαν ότι περίπου 18.000 εντοπίζονται μέχρι στιγμής σε ασταθείς τροχιές γύρω από τη Γη. Σύμφωνα με τις μετρήσεις η Γη έχει κάθε στιγμή ένα μικρό αστεροειδή διαμέτρου 1 μέτρου ή μεγαλύτερο να περιφέρεται γύρω της. Οι αστεροειδείς αυτοί παραμένουν σε τροχιά γύρω από τη Γη κατά μέσο για 9 μήνες, αν και κάποιοι μπορεί περιφέρονται γύρω από τη Γη για δεκαετίες.^[3

Γη (5)

Κινήσεις της Γης

Ο Πλανήτης Γη πραγματοποιεί τέσσερις κινήσεις:

1. Την Περιστροφή, γύρω από τον άξονά της.
2. Την Περιφορά, γύρω από τον Ήλιο,
3. Την Ηλιακή μεταβατική περιφορά, που πραγματοποιεί ακολουθώντας την περιστροφή του Ηλιακού συστήματος και
4. Την Γαλαξιακή μεταβατική περιφορά, που πραγματοποιεί ακολουθώντας την περιστροφή του Γαλαξία.

Οι δύο πρώτες είναι και οι σημαντικότερες. Οι δύο τελευταίες, μειωμένου ενδιαφέροντος, παρουσιάζουν επιπρόσθετα εκτός των περιστροφών και τροχιακές περιφορές στον αστρικό χώρο που θα μπορούσαν έτσι να συναθροιστούν σε έξι (6).

• 

  Αναπαράσταση της «ελλειπτικής» τροχιάς της Γης περί τον Ήλιο

• 

  Απεικόνιση της περιστροφής της Γης

Γη (4)

Το μέλλον της Γης

Το βιολογικό και γεωλογικό μέλλον της Γης μπορεί να προβλεφθεί με βάση τις εκτιμώμενες επιπτώσεις από διάφορες μακροπρόθεσμες επιδράσεις. Αυτές περιλαμβάνουν τη χημεία στην επιφάνεια της Γης, το ρυθμό της ψύξης του εσωτερικού του πλανήτη, τις βαρυτικές αλληλεπιδράσεις με άλλα αντικείμενα του Ηλιακού Συστήματος και μια σταθερή αύξηση στην φωτεινότητα του Ήλιου. Ένα αβέβαιο στοιχείο σε αυτή την πρόβλεψη είναι η συνεχιζόμενη επιρροή της τεχνολογίας που έχει εισαχθεί από τον άνθρωπο, όπως η γεωμηχανική,^[25] η οποία θα μπορούσε να προκαλέσει σημαντικές αλλαγές στον πλανήτη.^[26][27] Η τρέχουσα βιοτική κρίση, που προκαλείται από την τεχνολογία και τα αποτελέσματα μπορεί να διαρκέσει έως και πέντε εκατομμύρια χρόνια. Με τη σειρά της, η τεχνολογία μπορεί να οδηγήσει στην εξαφάνιση της ανθρωπότητας, αφήνοντας τον πλανήτη να επανέλθει σταδιακά σε έναν αργό ρυθμό εξέλιξης που εξαρτάται μόνο από μακροπρόθεσμες φυσικές διεργασίες.^[28][29]

Κατά διαστήματα εκατοντάδων εκατομμυρίων ετών, τυχαία ουράνια γεγονότα θέτουν ένα παγκόσμιο κίνδυνο για τη βιόσφαιρα, η οποία μπορεί να οδηγήσει σε μαζικές εξαφανίσεις. Αυτά περιλαμβάνουν τις προσκρούσεις κομητών ή αστεροειδών με διάμετρο 5-10 χιλιόμετρα ή μεγαλύτερη, και τη δυνατότητα μιας μεγάλης αστρικής έκρηξης, που ονομάζεται υπερκαινοφανής (σουπερνόβα), μέσα σε μια ακτίνα 100 ετών φωτός. Άλλα μεγάλης κλίμακας γεωλογικά γεγονότα είναι πιο προβλέψιμα. Αν δεν ληφθούν υπόψη οι μακροπρόθεσμες επιπτώσεις της υπερθέρμανσης του πλανήτη, η θεωρία Μιλάνκοβιτς προβλέπει ότι ο πλανήτης θα συνεχίσει να παρουσιάζει περιόδους παγετώνων, τουλάχιστον μέχρι η περίοδος των τεταρτογενών παγετώνων να φτάσει στο τέλος της. Αυτές οι περίοδοι που προκαλούνται από την εκκεντρότητα, την κλίση του άξονα περιστροφής και τη μετάπτωση της τροχιάς της Γης.^[30] Στα πλαίσια των κύκλων σχηματισμών υπερηπείρων, οι τεκτονικές πλάκες πιθανότατα θα οδηγήσουν σε μια υπερήπειρο σε 250 έως 350 εκατομμύρια χρόνια. Κάποια στιγμή στα επόμενα χρόνια 1,5 με 4,5 δις χρόνια, η ​​αξονική κλίση της Γης μπορεί να υποστεί χαοτικές παραλλαγές, με αλλαγές στην κλίση του άξονα περιστροφής έως και 90°.

Κατά τη διάρκεια των επόμενων τεσσάρων δισεκατομμυρίων χρόνων, η φωτεινότητα του Ήλιου θα αυξηθεί σταθερά, με αποτέλεσμα την αύξηση της ηλιακής ακτινοβολίας που φτάνει στη Γη. Αυτό θα προκαλούν υψηλότερο ποσοστό της διάβρωσης των πυριτικών ορυκτών, η οποία θα προκαλέσει μία μείωση στα επίπεδα του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα. Σε περίπου 600 εκατομμύρια χρόνια, το επίπεδο των εκπομπών CO2 θα πέσει κάτω από το επίπεδο που απαιτείται για τη διατήρηση της φωτοσύνθεσης C3 που χρησιμοποιείται από τα δέντρα. Μερικά φυτά χρησιμοποιούν την μέθοδο C4 σταθεροποίησης του άνθρακα, που τους επιτρέπει να επιζούν σε συγκεντρώσεις CO2 τόσο χαμηλό όπως 10 μέρη ανά εκατομμύριο. Ωστόσο, η μακροπρόθεσμη τάση για την ύπαρξη των φυτών είναι να εξαφανιστούν εντελώς. Η επακόλουθη απώλεια του μηχανισμού αναπλήρωσης του οξυγόνου θα προκαλέσει την εξαφάνιση της πανίδας μερικά εκατομμύρια χρόνια αργότερα.

Ήδη σε 1,1 δισεκατομμύρια χρόνια, η ηλιακή φωτεινότητα θα είναι 10% υψηλότερη από ό,τι σήμερα. Αυτό θα προκαλέσει την ατμόσφαιρα να γίνει ένα «υγρό θερμοκήπιο», με αποτέλεσμα την εξάτμιση των ωκεανών. Ως πιθανή συνέπεια, η τεκτονική των πλακών θα σταματήσει.^[31] Μετά από αυτό το γεγονός, το μαγνητικό δυναμό του πλανήτη θα εξαφανιστεί, με αποτέλεσμα η φθορά της μαγνητόσφαιρας να οδηγήσει σε μια ταχεία απώλεια των πτητικών ουσιών από την εξωτερική ατμόσφαιρα. Σε τέσσερα δισεκατομμύρια χρόνια από τώρα, η αύξηση της θερμοκρασίας στην επιφάνεια της Γης θα προκαλέσει ένα ανεξέλεγκτο φαινόμενο του θερμοκηπίου. Από εκείνο το σημείο, οι περισσότεροι, αν όχι όλοι οι οργανισμοί στην επιφάνεια θα έχουν εξαφανιστεί.^[32] Η πιθανότερη τελική κατάληξη του πλανήτη είναι η απορρόφηση από τον Ήλιο σε 7,5 δισεκατομμύρια χρόνια, όταν το αστέρι έχει εισέλθει στη φάση του ερυθρού γίγαντα και επεκταθεί τόσο ώστε να «καταπιεί» την τροχιά του πλανήτη, μαζί τον πλανήτη, με αποτέλεσμα την καταστροφή του.

Γη (3)

Δομή

Το εσωτερικό της Γης είναι διαχωρισμένο σε ένα πυριτικό εξωτερικό φλοιό, ο οποίος είναι συμπαγής, έναν ημίρρευστο μανδύα, έναν ρευστό εξωτερικό πυρήνα ο οποίος είναι αρκετά πιο ιξώδης από τον μανδύα, καθώς και έναν στερεό εσωτερικό πυρήνα. Ο ρευστός εξωτερικός πυρήνας δημιουργεί ένα ασθενές μαγνητικό πεδίο λόγω της θερμικής μεταφοράς του ηλεκτρικά αγώγιμου υλικού του. Οι θερμοκρασίες στο εσωτερικό της Γης φθάνουν ως τους 5.650 ± 600 βαθμούς K. Η εσωτερική θέρμανση του πλανήτη είχε ως έναρξη την διαδικασία της συσσωμάτωσής του, έπειτα συνεχίστηκε μέσω της διάσπασης των ραδιενεργών στοιχείων όπως του ουρανίου, θορίου και κάλιου. Η ροή θερμότητας από το εσωτερικό του πλανήτη προς την επιφάνεια είναι μόνο το 1/20.000 (0,005%) της ενέργειας που λαμβάνεται από τον Ήλιο. Παρόλ' αυτά αυτή η εσωτερική θερμότητα είναι αρκετή ώστε να λιώσει το υλικό το οποίο αναβλύζει συνεχώς στην επιφάνεια της Γης από το εσωτερικό, με την βοήθεια των ηφαιστείων και των ρωγμών στις μεσοωκεάνειες ράχες με τη μορφή μάγματος. Το μεγαλύτερο μέρος του γήινου φλοιού δεν είναι γηραιότερο από 100 εκατομμύρια (1•10⁸) έτη· τα αρχαιότερα τμήματα του φλοιού είναι περί τα 4,4 δισεκατομμύρια (4,4•10⁹) έτη.^[19]

Η δομή του πλανήτη στο εσωτερικό κατά βάθος είναι:

• 0–60 χλμ. - Λιθόσφαιρα (τοπικά κυμάινεται από 5 έως 200 χλμ.)
• 0-30/35 χλμ. - Φλοιός (τοπικά κυμάινεται από 5 έως 70 χλμ.)
• 35–60 χλμ. - Άνω τμήμα του μανδύα
• 35-2.890 χλμ. - Μανδύας
• 100–700 χλμ. - Ασθενόσφαιρα
• 2.890-5.100 χλμ. - Εξωτερικός πυρήνας
• 5.100-6.378 χλμ. - Εσωτερικός πυρήνας

Πυρήνας

Κύριο λήμμα: Πυρήνας της Γης

Η μέση πυκνότητα της Γης είναι 5.515 kg/m³, κατατάσσοντάς την ως τον πυκνότερο πλανήτη του ηλιακού συστήματος. Αφού η μέση πυκνότητα των επιφανειακών υλικών είναι περί τα 3.000 kg/m³, συμπεραίνεται πως η πυκνότητα πρέπει να είναι ιδιαίτερα αυξημένη στον πυρήνα. Στα πρώτα στάδια της δημιουργίας του πλανήτη, πριν 4,5 δισεκατομμύρια (4,5•10⁹) χρόνια, η Γη ήταν ολοσχερώς σε ρευστή κατάσταση, λόγω δε της βαρύτητας, πυκνότερα υλικά έρρευσαν προς το κέντρο κατά τη διάρκεια μίας διαδικασίας που καλείται πλανητική διαφοροποίηση, ενώ τα λιγότερο πυκνά υλικά έμειναν στην επιφάνεια. Ως αποτέλεσμα, ο πυρήνας αποτελείται κυρίως από σίδηρο (80%) καθώς και νικέλιο και πυρίτιο· ωστόσο άλλα πυκνά (πυκνότερα μάλιστα) υλικά όπως το ουράνιο και ο μόλυβδος, είναι είτε σπάνια για να αποτελούν σημαντικό ποσοστό του πυρήνα, είτε έχουν την ιδιότητα να προσκολλώνται σε ελαφρύτερα υλικά και γι' αυτό απαντώνται κυρίως στον φλοιό.

Ο πυρήνας χωρίζεται σε δύο μέρη, έναν στερεό εσωτερικό πυρήνα με μία ακτίνα γύρω στα 1.220 χλμ.^[20] και έναν ρευστό εξωτερικό πυρήνα με μία ακτίνα γύρω στα 3.500 χλμ. Ο εσωτερικός πυρήνας πιστεύεται πως είναι στερεός και πως αποτελείται κυρίως από σίδηρο και νικέλιο. Ορισμένοι συμφωνούν πως ο εσωτερικός πυρήνας είναι στην μορφή του μονοκρυσταλλικού σιδήρου.^[21][22] Ο εξωτερικός πυρήνας που περιβάλλει τον εσωτερικό και εκτιμάται πως αποτελείται από ρευστό σίδηρο αναμεμειγμένο με ρευστό νικέλιο και ίχνη ελαφρύτερων στοιχείων. Είναι γενικά παραδεκτό πως η θερμική μεταφορά στον εξωτερικό πυρήνα σε συνδυασμό με την διέγερση από την περιστροφή της Γης (βλ. Δύναμη Coriolis), προκαλεί το γήινο μαγνητικό πεδίο μέσω μίας διεργασίας γνωστή ως Θεωρία του Δυναμό. Ο στερεός εσωτερικός πυρήνας είναι αρκετά θερμός ώστε να μη διατηρεί μόνιμο μαγνητικό πεδίο (βλ. Θερμοκρασία Curie), πιθανό είναι όμως να δρα ως σταθεροποιητής προς το μαγνητικό πεδίο που γεννάται από τον εξωτερικό πυρήνα.

Κατά μία άλλη θεωρία, ο γήινος πυρήνας αποτελείται από υδρογόνο και ήλιο, τα οποία βρίσκονται στην ίδια κατάσταση με αυτήν του Ηλίου. Στον πυρήνα συμβαίνουν παρόμοιες πυρηνικές αντιδράσεις, όπως στον Ήλιο, γι' αυτό και παραμένει σε ρευστή κατάσταση, χωρίς να έχει ψυχθεί.

Σύμφωνα με πρόσφατες ενδείξεις εικάζεται πως ο εσωτερικός πυρήνας της Γης, ίσως περιστρέφεται ελαφρώς ταχύτερα από τον υπόλοιπο πλανήτη, πιθανώς κατά 2° ανά έτος.

Είναι εμφανές ότι και οι δύο πιο πάνω θεωρίες προσπαθούν να εξηγήσουν τα φαινόμενα που παρατηρούνται στην γήινη επιφάνεια, ωστόσο παραμένουν στο επίπεδο της θεωρίας, χωρίς να έχει υπάρξει απτή απόδειξη για καμία από αυτές.

Μανδύας

Κύριο λήμμα: Μανδύας (γεωλογία)

Ο μανδύας της Γης εκτείνεται σε ένα βάθος 2.890 χλμ.. Η πίεση στην βάση του μανδύα είναι ~ 1,4 εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη της ατμοσφαιρικής πίεσης (~140 GPa). Αποτελείται κατά μεγάλο μέρος από υλικά πλούσια σε σίδηρο και μαγνήσιο. Το σημείο τήξεως ενός υλικού εξαρτάται από την πίεση. Εφόσον η πίεση αυξάνει αρκετά κατά βάθος του μανδύα, το χαμηλότερο τμήμα είναι σχεδόν στερεό ενώ το ανώτερο τμήμα είναι πλαστικό (ημιτηγμένο). Το ιξώδες του ανώτερου μανδύα κυμαίνεται μεταξύ 10²¹ και 10²⁴ Pa·s, ανάλογα με το βάθος [1]. Έτσι ο ανώτερος μανδύας μπορεί να ρεύσει αρκετά αργά.

Η εξήγηση του γεγονότος πως ενώ ο εξωτερικός πυρήνας είναι ρευστός, ο κατώτερος μανδύας είναι στερεός/πλαστικός, βρίσκεται στο ανώτερο σημείο τήξεως των πλούσιων σε σίδηρο κραμάτων του μανδύα από τον σχεδόν καθαρό σίδηρο του πυρήνα. Ο δε εσωτερικός πυρήνας είναι στερεός λόγω της εξαιρετικά μεγάλης πίεσης κοντά στο κέντρο του πλανήτη. Ο μανδύας αντιπροσωπεύει το μεγαλύτερο μέρος του όγκου της Γης {83%} Αποτελείται από πολύ θερμά πυκνόρευστα υλικά.

Φλοιός

Κύριο λήμμα: Γήινος φλοιός

Ο φλοιός κυμαίνεται μεταξύ 5 και 70 χλμ. σε βάθος. Τα λεπτά τμήματα του φλοιού είναι κάτω από τους ωκεανούς (ωκεάνιος φλοιός) και αποτελούνται από πυκνά πετρώματα μαγνησίου, σιδήρου και πυριτίου. Τα παχύτερα τμήματα του φλοιού είναι τα ηπειρωτικά τα οποία είναι λιγότερο πυκνά από τα ωκεάνια και αποτελούνται από πετρώματα πλούσια σε νάτριο, αλουμίνιο και πυρίτιο. Το όριο μεταξύ του φλοιού και του μανδύα παρουσιάζεται σε δύο διαφορετικές φάσεις: Αρχικά, μέσω μίας ασυνέχειας στην ταχύτητα των σεισμικών κυμάτων γνωστή ως ασυνέχεια του Mohorovicic ή απλά Moho. Η αιτία του Moho φαίνεται να οφείλεται στην αλλαγή της σύστασης των πετρωμάτων. Η δεύτερη φάση είναι μία χημική ασυνέχεια η οποία έχει παρατηρηθεί σε βαθιά τμήματα του ωκεάνιου φλοιού τα οποία έχουν εισχωρήσει στον ηπειρωτικό φλοιό και παρατηρούνται ως οφιολιθικές ακολουθίες.

Ο φλοιός της Γης είναι πλούσιος σε φυσικούς πόρους. Περιέχει μεγάλες ποσότητες καυσίμων (κοιτάσματα): (Άνθρακας, Πετρέλαιο, Φυσικό αέριο, Μεθάνιο). Αυτά τα κοιτάσματα χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ενέργειας καθώς και για την δημιουργία συνθετικών υλικών. Κατά τις τεκτονικές διαδικασίες στον γήινο φλοιό, σχηματίστηκαν μεταλλευτικά κοιτάσματα. Τα κοιτάσματα αυτά μας παρέχουν μέταλλα καθώς και άλλα χρήσιμα χημικά στοιχεία (όπως το ορυκτό αλάτι). Σε αυτά μπορεί να συνυπολογιστεί και η βιομάζα η οποία παρέχει ξυλεία και τροφή.

Για κάποιους από τους παραπάνω πόρους, όπως τα καύσιμα, η διαδικασία αποδέσμευσής τους σε μικρή χρονική κλίμακα είναι δύσκολη, ονομάζονται δε μη ανανεώσιμοι πόροι. Η χρήση των μη ανανεώσιμων πόρων εν γένει (όπως οι μη ανανεώσιμες πηγές ενέργειας) αποτελεί ένα από τα μείζονα περιβαλλοντικά θέματα στο οποίο αναφέρονται όλες οι οικολογικές οργανώσεις.

Υδρόσφαιρα

Κύριο λήμμα: Ωκεανός

Η Γη είναι ο μόνος πλανήτης του Ηλιακού μας Συστήματος όπου στην επιφάνειά της κυριαρχεί το υγρό στοιχείο. Το νερό καλύπτει το 71% της γήινης επιφάνειας (από το οποίο 97% είναι θαλάσσιο νερό και 3% γλυκό νερό [2] (πιθανολογείται το 1,8%) και την χωρίζει σε πέντε ωκεανούς και επτά ηπείρους. Η τροχιά της Γης σε συνδυασμό με την ηφαιστειακή δραστηριότητα, τη βαρύτητα, το φαινόμενο του θερμοκηπίου, το μαγνητικό πεδίο και την ατμόσφαιρα πλούσια σε οξυγόνο είναι οι βασικές αιτίες που κάνουν τη Γη τον πλανήτη του νερού.

Αν και η τροχιά της Γης είναι αρκετά απομακρυσμένη ώστε να διατηρεί υγρό νερό, το φαινόμενο του θερμοκηπίου αποτρέπει το νερό από το να παγώσει, διατηρώντας την μέση θερμοκρασία της Γης στους 15 βαθμούς Κελσίου πάνω από το σημείο πήξης. Παλαιοντολογικές ενδείξεις δείχνουν πως κάποια στιγμή μετά την αποίκηση των ωκεανών από τα μπλε-πράσινα βακτήρια, πριν 600 εκατομμύρια χρόνια, το φαινόμενο του θερμοκηπίου κατέρρευσε, με αποτέλεσμα την ολική ψύξη της Γης και την πήξη όλων των ωκεανών για μία περίοδο από 10 - 100 εκατομμύρια χρόνια, σε ένα γεγονός που καλείται «Χιονόμπαλα Γη» («Snowball Earth»).

Σε άλλους πλανήτες, όπως στην Αφροδίτη, ο ατμός καταστρέφεται από την ηλιακή υπεριώδη ακτινοβολία και το υδρογόνο ιονίζεται και απομακρύνεται από τον πλανήτη μέσω του ηλιακού ανέμου. Αυτή είναι μία υπόθεση για την έλλειψη νερού στην Αφροδίτη, χωρίς υδρογόνο, το νερό αντιδρά με τα στερεά της επιφάνειας δημιουργώντας οξείδια.

Στην ατμόσφαιρα της Γης, ένα στρώμα όζοντος στην στρατόσφαιρα, απορροφά το μεγαλύτερο μέρος της ηλιακής υπεριώδους ακτινοβολίας, αποτρέποντας την αποσύνθεση του νερού. Επιπλέον, η μαγνητόσφαιρα, αποτρέπει την αλληλεπίδραση μεταξύ των στοιχείων της ατμόσφαιρας και του ηλιακού ανέμου.

Τέλος, τα ηφαίστεια εκπέμπουν συνεχώς ατμούς από το εσωτερικό. Η τεκτονική των πλακών της Γης ανακυκλώνουν τον άνθρακα και το νερό, καθώς οι ασβεστόλιθοι εισέρχονται στον μανδύα και εξέρχονται μέσω των ηφαιστείων ως ατμός και διοξείδιο του άνθρακα. Εκτιμάται πως τα συστατικά του μανδύα περιέχουν τουλάχιστον 10 φορές την ποσότητα του νερού των ωκεανών, αν και το μεγαλύτερο μέρος είναι παγιδευμένο και ποτέ δεν απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα.

Ατμόσφαιρα

Κύριο λήμμα: Ατμόσφαιρα της Γης

Η Γη έχει μία σχετικά πυκνή ατμόσφαιρα η οποία αποτελείται από 78% άζωτο, 21% οξυγόνο και 1% αργό, με ίχνη από άλλα αέρια, συμπεριλαμβανομένων διοξείδιο του άνθρακα και υδρατμούς. Η ατμόσφαιρα δρα ως ένα παρέμβλημα μεταξύ της Γης και του Ηλίου. Η σύσταση της ατμόσφαιρας της γης είναι ασταθής, η δε ισορροπία διατηρείται από την βιόσφαιρα. Τα στρώματα της ατμόσφαιρας, δηλαδή η τροπόσφαιρα, η στρατόσφαιρα, η μεσόσφαιρα, η θερμόσφαιρα και η εξώσφαιρα, μεταβάλλονται από τόπο σε τόπο και εξαρτώνται και από τις εποχιακές μεταβολές.

Θεωρείται ότι η παρούσα σύσταση της ατμόσφαιρας είναι αποτέλεσμα της δράσης ζώντων οργανισμών. Ο εμπλουτισμός της ατμόσφαιρας της Γης με οξυγόνο άρχισε πριν 2,45 δις χρόνια. Μια μελέτη πετρωμάτων από τη Νότια Αφρική, ηλικίας 2,5 με 2,65 δις χρόνων έδειξε ότι ένα υπόστρωμα μικροοργανισμών παρήγαγε οξυγόνο. Τότε η σύσταση της ατμόσφαιρας δεν ήταν σταθερή και ανά περιόδους γινόταν πλούσια σε υδρογονάνθρακες, οι οποίοι έκαναν την ατμόσφαιρα ομιχλώδη, όπως είναι η σημερινή ατμόσφαιρα του Τιτάνα. Η αιτία αυτών των αυξομειώσεων ήταν η βιοσύνθεση μεθανίου.^[23]

Κλίμα

Κύριο λήμμα: Κλιματικό μοντέλο

Οι δύο μεγάλες περιοχές πολικών κλιμάτων, διαχωρίζονται με δύο, συχνά, στενές εύκρατες ζώνες από μία πλατιά ισημερινή ζώνη τροπικών προς υποτροπικών κλιμάτων. Ανάλογα την περιοχή, έντονες διακυμάνσεις παρατηρούνται στα μετεωρολογικά δεδομένα, όπως στην ετήσια βροχόπτωση η οποία μπορεί να κυμαίνεται από αρκετά μέτρα βροχής έως σχεδόν μηδενικές τιμές.^[24] Η μέση θερμοκρασία της Γης είναι 14.0 °C (μέση τιμή 1961-1990). Οι πλέον ακραίες θερμοκρασίες που έχουν καταγραφεί στον Πλανήτη είναι +58,0 °C (υπό σκιά) στην Λιβύη και -89,2 °C στον Ρωσικό σταθμό Βοστόκ στην Ανταρκτική.

Σύσταση

Το εσωτερικό της Γης είναι διαχωρισμένο σε ένα πυριτικό εξωτερικό φλοιό, ο οποίος είναι συμπαγής, έναν ημίρρευστο μανδύα, έναν ρευστό εξωτερικό πυρήνα ο οποίος είναι αρκετά πιο ιξώδης από τον μανδύα, καθώς και έναν στερεό εσωτερικό πυρήνα. Ο ρευστός εξωτερικός πυρήνας δημιουργεί ένα ασθενές μαγνητικό πεδίο λόγω της θερμικής μεταφοράς του ηλεκτρικά αγώγιμου υλικού του.

Νέο υλικό αναβλύζει συνεχώς στην επιφάνεια της Γης από το εσωτερικό, με την βοήθεια των ηφαιστείων και των ρωγμών στις μεσοωκεάνειες ράχες. Το μεγαλύτερο μέρος του γήινου φλοιού δεν είναι γηραιότερο από 100 εκατομμύρια (1•10⁸) έτη· τα αρχαιότερα τμήματα του φλοιού είναι περί τα 4,4 δισεκατομμύρια (4,4•10⁹) έτη [3].

Συνολικά, η σύσταση της Γης κατά μάζα είναι:

1. 33,1% Σίδηρος
2. 27,2% Οξυγόνο
3. 17,2% Πυρίτιο
4. 15,9% Μαγνήσιο
5. 1,6% Νικέλιο
6. 1,6% Ασβέστιο
7. 1,5% Αργίλιο
8. 0,7% Θείο
9. 0,25% Νάτριο
10. 0,071% Τιτάνιο
11. 0,019% Κάλιο
12. 0,86% Άλλα στοιχεία