ZEM

Zem je naša materská planéta, v poradí tretia planéta slnečnej sústavy. Je to zároveň jediná planéta, na ktorej je podľa súčasných vedeckých poznatkov voda v kvapalnom skupenstve a život. Zem je predmetom skúmania napríklad kozmogónie, geológie,paleontológie či geografie.

V strede Zeme sa nachádza horúce husté jadro, ktoré obklopuje chladnejší plášť z roztavených hornín. Na povrchu je kôra, ktorá dosahuje rôznu hrúbku v závislosti od miesta (pod oceánmi je všeobecne tenšia ako pod kontinentmi). Vďaka pevnému povrchu a vnútornému zloženiu Zem zaraďujeme medzi terestriálne planéty. Zem je najväčšia spomedzi terestriálnych planét slnečnej sústavy a tiež jediná známa planéta, na ktorej sa nachádza voda vo všetkých troch skupenstvách. Väčšina jej povrchu je pokrytá kvapalným oceánom, čo jej pri pohľade zo vzdialeného vesmíru dáva charakteristickú modrú farbu. V blízkosti rotačných pólov je oceán, resp. pevný povrch trvale zamrznutý a vytvára biele polárne čiapočky. Zem je obklopená atmosférou, ktorá vo veľkých vzdialenostiach od povrchu pozvoľna prechádza do medziplanetárneho prostredia. Po prvýkrát Zem ako celok na vlastné oči videla posádka kozmickej lodeApollo 8, ktorá ako prvá opustila obežnú dráhu Zeme a vzdialila sa od nej natoľko, že sa zmestila do zorného poľa ľudského oka.

Astronomický symbol Zeme je kríž vo vnútri kruhu . Jej grécke meno Gaia znamenámatka. Gaia bola v staroveku veľmi uctievanou bohyňou Zeme, ktorej zasväcovali množstvo chrámov a oltárov. Gaia dávala život všetkým tvorom, ale neľútostne ho potom brala späť do svojho lona. Bola teda zároveň bohyňou života a smrti.

Zem vznikla približne pred 4,57 miliardami rokov pravdepodobne sformovaním sa zprotoplanetárneho disku. Povrch Zeme neustále pretvárajú geologické procesy, napríklad platňová tektonika, ktorá pomaly mení polohy a tvar kontinentov. Veľkú zásluhu na dnešnej podobe Zeme majú aj živé organizmy, ktoré utvárajú biosféru. Počas dlhých miliárd rokov na Zemi vytvorili dýchateľnú atmosféru a pôdu.

Zem je prvá planéta od Slnka, ktorú sprevádza prirodzená družica (Mesiac) a zároveň jediná planéta slnečnej sústavy, ktorá má mesiac len jeden. Jeho priemer dosahuje približne štvrtinu priemeru Zeme, ale považuje sa za neprimerane veľký vzhľadom k materskému telesu. Mesiac sa len v máločom podobá na planétu, ktorú obieha. Jeho povrch je pustý, bez atmosféry, kvapalnej vody a sopečnej aktivity.

Vznik a Vyvoj

Zem sa pravdepodobne sformovala podobne ako ostatné terestrické planéty z protoplanetárneho disku, ktorý obklopoval vznikajúce Slnko (praslnko). Slnečný vietor, ktorý vyžarovalo praslnko, sa postaral o odstránenie najľahších prvkov - vodíka a hélia - z vnútorných častí disku. Až do vzdialenosti asi 700 miliónov kilometrov od praslnka zostal len prach tvorený ťažšími prvkami, preto sa z neho utvorili planéty s pevným povrchom. Postupným zhlukovaním vznikli v disku väčšie nepravidelné telesá - planetezimály, z ktorých sa vzájomnými zrážkami sformovali väčšie guľaté telesá - protoplanéty. M. Bizzarro a kol. ukázali, že akrécia Zeme z planetesimál trvala približne 30 miliónov rokov. Vyplýva to zo zastúpenia izotopov ¹⁷⁶Lu a ¹⁷⁸Hf v chondritoch.^[6]

V roztavenom vnútri Zeme dochádzalo ku gravitačnej diferenciácii, čo znamená, že ťažšie chemické prvky klesali pod vplyvom gravitácie do hlbších vrstiev zemského telesa a ľahké stúpali na povrch. Tento proces prebiehal približne prvú stovku miliónov rokov po vzniku slnečnej sústavy.^[6] Výsledkom tohto procesu bolo, že najťažšie prvy sa dostali do stredu telesa, kde utvorili jadro, ľahší materiál plášť okolo jadra a najľahšie, prchavé prvky utvorili prvotnú atmosféru Zeme. Tá sa však len málo podobala na súčasnú: tvorili ju porevažne vodík a hélium, v menšej miere amoniak, metán, vodné pary a oxid uhličitý.^[7] Plášť postupne chladol a stával sa čoraz menej tekutým, zemské jadro však zostáva doteraz horúce, zahrievané teplom z rozpadu rádioaktívnych látok. Najstaršie známe horniny pochádzajú z oblasti Isua v západnomGrónsku a ich vek sa odhaduje na 3,8 miliárd rokov.^[6]

Nejasný zostáva pôvod vody na Zemi, ktorej bolo v prvotnej atmosfére Zeme príliš málo na vznik oceánov. Väčšina vedcov sa prikláňa k teórii, že hlavná časť vody sa dostala na Zem až po skončení jej formovania v podobe komét, ktoré dopadali na jej povrch.

Vnútorná stavby Zeme

Človek zatiaľ priamo skúmal len povrch Zeme, oblasti zemskej kôry do hĺbky 12 km, atmosféru a hydrosféru. Jeho prienik do hlbších vrstiev planéty bol minimálny. Poznatky o vnútornom zložení Zeme sa zakladajú na nepriamych pozorovaniach, napríklad na meraní hustoty hornín, meraní zemetrasných vĺn prechádzajúcich Zemou, štúdiu vonkajších prejavov vnútorných procesov, napr. sopečnej aktivity, štúdiu zemskéhomagnetického poľa a na laboratórnych pokusoch.

Vrstvy Zeme

Prierez Zemou a jej atmosférou

Na základe rozdielnych fyzikálnych a chemických vlastností možno rozoznať v stavbe Zeme niekoľko odlišných vrstiev - geosfér. Ich hustota smerom do stredu Zeme rastie od 5,52 kg/dm³ v jadre po 2,7-2,8 kg/dm³ vo vrchnej časti zemskej kôry. Podľa hĺbky pod povrchom rozoznávame tieto vrstvy Zeme:

• litosféra - je vrchná vrstva Zeme, hrubá 0 až 60 km, tvorí samostatný celok zložený z ďalších vrstiev:
  • 0 až 35 km - zemská kôra je najvrchnejšia, krehká časť litosféry, ktorej hrúbka kolíše od 5 km (na dne oceánov) po 70 km (pohoria)
  • 35 až 60 km - vrchný plášť je spodná časť litosféry v kontakte s kôrou, s ktorou si vymieňa teplo i chemické látky
• 60 až 2890 km - spodný plášť postupne mení skupenstvo z plastického na vo vonkajšej časti na pomerne pevné v hĺbke
• 2890 až 5100 km - vonkajšie jadro, tvorené zmesou železa a niklu je zrejme tekuté
• 5100 až 6378 km - vnútorné jadro, najhustejšia časť Zemského telesa, ktorá je pevná

Nad povrchom Zeme sa nachádza atmosféra, ktorú delíme na tieto časti:

• 0 až 10 km - troposféra
• 10 až 50 km - stratosféra
• 50 až 90 km - mezosféra
• 90 až 550 km - termosféra
• nad 550 km - exosféra

Litosféra

Litosféra je súhrnné označenie pre zemskú kôru a vrchný plášť. Nie je súvislá, ale je rozlámaná na jednotlivé tektonické platne, ktoré sa pomaly pohybujú po povrchu podložnej vrstvy - astenosféry. Poznáme 7 hlavných tektonických platní a množstvo menších. Ich vzájomné pohyby spôsobujú pomalú zmenu tvaru a polohy kontinentov, ale tiež zemetrasenia, sopečnú činnosť, vznik pohorí, vznik riftových zón amorských priekop.

Zemská kôra

Zemská kôra je najvrchnejšia a najtenšia vrstva Zeme. Má hrúbku na kontinentoch 30 až 70 km, pod oceánmi 4 až 8&ndsp;km. Leží na tuhšom zemskom plášti a hranica medzi kôrou a plášťom sa nazýva Mohorovičova diskontinuita. Skladá sa prevažne zo žuly (granitu) ačadiču (bazaltu). Jej stredná hustota je 2,8 g/cm³. S geologickou stavbou zemskej kôry úzko súvisia anomálie gravitačného poľa Zeme. Kôra sa delí na kontinentálnu a oceánsku. Kontinentálna kôra tvorí okrem kontinentov aj dná plytkých morí, ktoré kontinenty obklopujú. Je všeobecne hrubšia ale ľahšia ako oceánska. Korene mladých horských pásiem siahajú miestami až do hĺbky 70 km. Pevninská kôra sa skladá z hornín bohatých na kremík, sodík, draslík a hliník. Oceánska kôra tvorí prevažnú časť zemského povrchu. Jej hrúbka kolíše od 6 do 11 km a má vyššiu hustotu ako kôra kontinentov. Z tohto dôvodu nie je vyzdvihnutá až do takých výšok a je zaplavená vodou. Najstaršie časti oceánskej kôry nemajú viac ako 200 miliónov rokov a nepretržite sa vytvára z materiálu plášťa v dlhých stredooceánsky chrbtoch na miestach divergentného stretu dvoch litosférických platní.

Platňová tektonika

Kontinentálne platne boli zmapované v druhej polovici 20. storočia. Na tomto obrázku je znázornený aj pohyb jednotlivých platní voči sebe.

Teória platňovej tektoniky hovorí o tom, že pod litosférou sa nachádzaastenosféra, ktorá je vo svojej vyššej časti plastická, vo väčších hĺbkach však v dôsledku nárastu tlaku mení svoje vlastnosti a je pevná.^[12] Litosféra „pláva“ na astenosfére a je rozlámaná na viacero veľkých a niekoľko menších platní, nazývaných aj tektonické platne. Tieto platne sa voči ostatným pohybujú, pričom môže dochádzať k ich stretom: konvergentné (dve platne do seba narážajú), divergentné (dve platne sa od seba vzďaľujú), alebo transformačné (platne sa pohybujú vedľa seba opačnými smermi). Pri stretoch nastávajú rôzne geologické fenomény vrátane zemetrasenia, sopečnej činnosti, a pod.

Tektonické platne sú rozsiahle ploché telesá, ich hrúbka je v porovnaní s plošným rozsahom pomerne malá. Tvorí ich buď samotná oceánska kôra, alebo čiastočne oceánska a čiastočne kontinentálna. Platne sa vyznačujú schopnosťou prenášať horizontálne pôsobiace sily na značné vzdialenosti, bez toho že by sa sami výrazne týmito silami deformovali. Vedci sa preto domnievajú, že najvýznamnejšie pôsobenie síl, pohyby a deformácie sa koncentrujú na okrajoch platní.^[13] Za jeden zo všeobecne uznávaných zdrojov energie pohybujúcej platňami sa považuje tepelný pohyb z plášťa smerom k povrchu, tzv konvekcia. Ďalším zdrojom pohybov platní je pôsobenie ťahu oceánskej kôry, ktorá sa neustále pohybuje smerom od oceánskych chrbtov. Ťahové pôsobenie subdukujúcej oceánskej kôry podľa dnešných predstáv dodáva asi 95 % energie potrebnej pre pohyb platní a je jednoznačne dominantným faktorom ovplyvňujúcim ich pohyb.^[14]

Zemský plášť

Zemský plášť zasahuje do hĺbky 2 890 km. Tlak v spodnej časti plášťa je ~140 GPa (1,4×10⁶ atmosfér). Z väčšej časti je zložený z materiálov bohatých na železo a horčík. Ich bod topenia závisí od tlaku, ktorému sú vystavené. Napriek tomu, že je tu vysoká teplota, kvôli vzrastajúcemu tlaku sú spodné časti tejto oblasti považované za pevné, a iba vrchné časti sú tvárne (polotekuté). Zloženie vrchného plášťa môžeme spoznať vďaka sopečnej činnosti, ktorá vynáša minerály tvoriace vrchný plášť na povrch. Zemský plášť je vybudovaný prevažne zkremičitanových minerálov s veľkou hustotou. Plášť sa delí na vrchný a spodný.

Zemské jadro

Sopky predstavujú jediný spôsob, ako sa dostať k horninám tvoriacim zemský plášť. Na zábere je sopka Stromboli.

Zemské jadro má veľmi veľkú hustotu v porovnaní s plášťom. Jadro je tvorené ťažkými prvkami, pričom prevažuje železo (80%). Za ním nasleduje nikel a nejaké ľahké prvky, predpokladá sa, že sa v jadre nachádza napríklad síra. Ťažké prvky sa do jadra dostali v raných štádiách vzniku Zeme. Vplyvom rádioaktívneho rozpadu sa kovové prvky postupne roztavili, oddelili sa od nekovovýchkremičitých látok a klesli smerom do stredu Zeme, zatiaľ čo kremičitany stúpali k povrchu. Tento proces sa nazýva gravitačná diferenciácia. Táto roztavená kovová hmota, prevažne železo s malou prímesou niklu tvorí zemské jadro s priemerom asi 7 000 kilometrov. Teplo vystupujúce z jadra spôsobuje pomalú cirkuláciu hmôt plášťa.

Jadro delíme na vonkajšie a vnútorné. Polomer vonkajšieho jadra je približne 3 500 km. Predpokladá sa, že tekuté vonkajšie jadro generuje magnetické pole Zeme. Teplota vonkajšieho jadra na hranici s plášťom je 3 500°, vnútorného asi 4 500 °C - 6 000 ˚C. Pevné vnútorné jadro má polomer zhruba 1 250 km a pravdepodobne prispieva k vzniku zemského magnetického poľa, hoci samo je príliš horúce na to, aby mohlo byť nositeľom stáleho magnetického poľa.