Поверхность Земли. 
Астрономия. 
Солнечная система

Внешняя поверхность земной коры чрезвычайно разнообразна. Тектонические процессы в коре, вулканизм, а также эрозия, вызванная действием воды и ветра, приводят к гигантскому разнообразию форм рельефа. Максимальные перепады высот относительно некоего среднего уровня (уровня моря) составляют от +8850,67 м (вершина Джомолунгма в Гималаях, данные GPSизмерений 2000 г.), до -11 033 м (Марианская впадина в Тихом океане). Средняя глубина океана на Земле оценивается в 3800 м, средняя высота континентов над уровнем моря 840 м.

Общая поверхность Мирового океана составляет примерно 71,3% от общей площади поверхности планеты. В нем содержится 97% всей воды на Земле. Водная оболочка (гидросфера) представляет собой уникальное явление, которому нет аналогов на других планетах Солнечной системы. 11% суши составляют ледники, около 3% — зона вечной мерзлоты. Пресная вода составляет около 1% всех водных ресурсов Земли. Поверхность Земли подвергается постоянным изменениям под влиянием множества факторов — тектонических процессов, вулканизма, выветривания, действия воды, изменений температуры, влияния биосферы и т. д. В современную эпоху наряду с этими факторами появился новый специфический антропогенный фактор — деятельность человека.

Атмосфера Земли.

Многие свойства поверхности Земли связаны с наличием атмосферы. Ее масса составляет 5,16 • 10¹⁸ кг. Состав атмосферы уникален: 78,084% объемного содержания сухого воздуха занимает азот (75,523% по массе), 20,948% — кислород (23,142% по массе), 0,934% — аргон (1,28% по массе). Переменная часть состава атмосферы — вода в разных состояниях: водяной пар, жидкая вода и кристаллики льда — от 0,05% до 4%, в среднем 0,3%. Таковы основные компоненты земной атмосферы. Незначительные примеси в количествах порядка 10^_3—10″ ⁶ % представлены углекислым газом, неоном, гелием, метаном, угарным газом, криптоном, водородом, ксеноном, озоном, следами окислов азота, соединениями хлора и фтора. В частности, на углекислый газ приходится около 0,0320% (0,045% по массе). Средняя молекулярная масса атмосферного воздуха (смеси указанных газов в указанной пропорции) составляет 28,8. Восходящие потоки воздуха интенсивно перемешивают его, в результате состав атмосферы (соотношение компонентов) практически не меняется до высот 100 — 150 км.

Высокое содержание свободного кислорода связано с наличием биосферы: кислород непрерывно поступает в атмосферу благодаря процессу фотосинтеза в зеленых растениях и фитопланктоне. При исчезновении жизни на Земле кислород, как мощный окислитель, сможет быстро образовать оксиды и исчезнуть из атмосферы. Таким образом, наличие жизни на Земле привело к глобальным изменениям (в частности, радикальному изменению состава атмосферы). Давление атмосферы у поверхности на уровне моря составляет 1 бар, или 760 мм ртутного столба. Это примерно в 90 раз меньше атмосферного давления на поверхности Венеры.

В атмосфере Земли традиционно выделяют четыре основных слоя. Приземный слой называется тропосфера. Верхняя граница тропосферы в средних широтах зимой лежит на высоте 9—10 км, летом — 10—12 км, вблизи экватора она выше (17 км). Здесь содержится около 80% массы всей атмосферы планеты и основная доля воды во всех состояниях. В тропосфере температура падает с высотой (около 6 °C на 1 км высоты). Тепло в тропосфере переносится инфракрасным излучением от нагретой поверхности Земли и конвективными движениями воздуха.

Рис. 6.1. Атмосфера Земли

(Международная космическая станция, 23 экипаж)

В диапазоне высот от 15 км до 55 км лежит стратосфера. До высоты примерно 25—30 км температура в стратосфере почти не меняется: она близка к -55 °С. Выше, вплоть до верхней границы стратосферы, она постепенно поднимается до 0 °C. Из стратосферы и более высоких слоев атмосферы тепловая энергия в виде инфракрасного излучения свободно уходит в космическое пространство, поскольку эти слои прозрачны для данного излучения.

Тонкие промежуточные граничные слои, отделяющие стратосферу от соседних с ней слоев называются тропопауза (внизу) и стратопауза (вверху). Выше стратопаузы находится мезосфера (высота — 55—80 км). В мезосфере температура сначала поднимается до +8 °С (температурный максимум), затем падает до -68 °С (минимальная температура) на высоте 80 км, где находится мезопауза. Начиная с мезопаузы, температура начинает снова быстро возрастать с высотой.

Захватывая часть мезосферы, начиная с высоты 60 км, простирается существенно неоднородная многослойная ионосфера. В ней преобладают заряженные частицы — ионизованные атомы, потерявшие электроны, и свободные электроны. Ионизация нейтральных атомов осуществляется коротковолновым излучением Солнца и потоком заряженных частиц, летящих от Солнца. Поскольку эти факторы существенно меняются в зависимости от времени суток, времени года и уровня солнечной активности, ионосфера сильно меняет свои свойства в пространстве и во времени. Ионосфера простирается на огромную высоту — до 25 000 км (в годы повышенной солнечной активности — до 100 000 км, что составляет примерно четверть расстояния до Луны). Ионосфера — наиболее динамичный слой земной атмосферы, хотя плотность ее чрезвычайна мала. Температура этого разреженного слоя ионизованного воздуха быстро нарастает с высотой вплоть до 700 °C в эпоху минимума солнечной активности и даже 1500 °C в эпоху максимума солнечной активности. С ростом высоты становится все меньше тяжелых компонентов, остается все больше легких газов — гелия и водорода. Водород преобладает с высоты 1600 км. Внешняя водородная «корона» Земли, которую иногда называют экзосферой, протягивается на многие тысячи километров от планеты. Высокая температура водорода означает высокую скорость движения молекулярного и атомарного водорода. В случае превышения второй космической скорости, частицы верхней атмосферы (прежде всего самые легкие) навсегда покидают окрестности Земли. Это процесс называется диссипацией атмосферы. По этой причине наша планета ежесуточно теряет несколько сотен тонн водорода, который улетучивается в космос.