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.

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 γηίνου φλοιού δεν είναι γηραιότερο από 100 εκατομύρια (1×108) έτη· τα αρχαιότερη τμήματα του φλοιού είναι περί τα 4.4 δισεκατομμύρια (4.4×109) έτη [1].

Συνολικά, η Σύσταση της Γης κατά μάζα είναι:

33.1% Σίδηρος

27.2% Οξυγόνο

17.2% Πυρίτιο

15.9% Μαγνήσιο

1.6% Νικέλιο

1.6% Ασβέστιο

1.5% Αργίλιο

0.7% Θείο

0.25% Νάτριο

0.071% Τιτάνιο

0.019% Κάλιο

0.86% Άλλα στοιχεία

Εσωτερικό

Οι θερμοκρασίες στο εσωτερικό της Γης φθάνουν ως τους 5650 ± 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 καλίου. Η ροή θερμότητας από το εσωτερικό του πλανήτη προς την επιφάνεια είναι μόνο το 1/20000 (0.005%) της ενέργειας που λαμβάνεται από τον Ήλιο.

Δομή

Η δομή του πλανήτη στο εσωτερικό κατά βάθος είναι:

0-60 km - Λιθόσφαιρα (τοπικά κυμάινεται από 5 έως 200 km)

0-30/35 km - Φλοιός (τοπικά κυμάινεται από 5 έως 70 km)

35-60 km - Άνω τμήμα του μανδύα

35-2890 km - Μανδύας

100-700 km - Ασθενόσφαιρα

2890-5100 km - Εξωτερικός πυρήνας

5100-6378 km - Εσωτερικός πυρήνας

Ο πυρήνας

Η μέση πυκνότητα της Γης είναι 5515 kg/m3, κατατάσσοντας την ως τον πυκνότερο πλανήτη του ηλιακού συστήματος. Αφού η μέση πυκνότητα των επιφανειακών υλικών είναι περί τα 3000 kg/m3, συμπεραίνουμε πως η πυκνότητα πρέπει να είναι ιδιαίτερα αυξημένη στον πυρήνα. Στα πρώτα στάδια της δημιουργίας του πλανήτη, πρίν περίπου 4.5 δισεκατομμύρια (4.5×109) χρόνια, η Γη ήταν ολοσχερώς τηγμένη (ρευστή), λόγω δε της βαρύτητας, πυκνότερα υλικά έρρευσαν προς το κέντρο κατά τη διάρκεια μίας διαδικασίας που καλείται πλανητική διαφοροποίηση, ενώ 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 προσκολούνται σε ελαφρύτερα υλικά και γι΄αυτό απαντώνται κυρίως στον φλοιό.

Ο πυρήνας χωρίζεται σε δύο μέρη, έναν στερεό εσωτερικό πυρήνα με μία ακτίνα, περίπου 1250 km και έναν ρευστό εξωτερικό πυρήνα με μία ακτινα περίπου 3500 km. 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 μονοκρυσταλικού σίδηρου. 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 διατηρεί ένα μόνιμο μαγνητικό πεδίο, πιθανό είναι όμως να δρα ως σταθεροποιητής προς το μαγνητικό πεδίο που γεννάται από τον εξωτερικό πυρήνα.

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

Μανδύας

Ο μανδύας της Γης εκτείνεται σε ένα βάθος 2890 km. Η πίεση, στην βάση του μανδύα είναι περίπου 1.4 εκατομύρια 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 μανδύο, το χαμηλότερο τμήμα είναι σχεδόν στερεό ενώ το ανώτερο τμήμα είναι πλαστικό (ημι-τηγμένο). Το ιξώδες του ανώτερου μανδύα κυμαίνεται μεταξύ 1021 και 1024 Pa·s, ανάλογα με το βάθος [2]. 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 από τον σχεδόν καθαρό σίδηρο του πυρήνα. Ο δε εσωτερικός πυρήνας είναι στερεός λόγω της εξαιρετικά μεγάλης πίεσης κοντά στο κέντρο του πλανήτη.

Φλοιός

Ο φλοιός κυμαίνεται μεταξύ 5 και 70 km 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.

Βιόσφαιρα

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, η περισσότερη γνωστή ζωή βρίσκεται στον Ισημερινό.

Ατμόσφαιρα

Η Γη έχει μία σχετικά παχιά ατμόσφαιρα η οποία αποτελείται από 78% άζωτο, 21% οξυγόνο και 1% αργό, με ίχνη από άλλα αέρια, περιλαμβανομένων 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, η τροπόσφαιρα, στρατόσφαιρα, μεσόσφαιρα, θερμόσφαιρα και εξώσφαιρα, μεταβάλλονται από τόπο σε τόπο και εξαρτώνται και από τις εποχιακές μεταβολές.

Υδρόσφαιρα

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 και την χωρίζει σε πέντε ωκεανούς και επτά ηπείρους. Η τροχιά της Γης σε συνδυασμό με την ηφαιστειογένεια, την βαρύτητα, το φαινόμενο του θερμοκηπίου, το μαγνητικό πεδίο και την ατμόσφαιρα πλούσια σε οξυγόνο είναι οι βασικές αιτίες που κάνουν την 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. Παλαιοντολογικές ενδείξεις δείχνουν πως κάποια στιγμή μετά την αποίκηση των ωκεανών από τα μπλε-πράσινα βακτήρια, το φαινόμενο του θερμοκηπίου κατάρρευσε με αποτέλεσμα την πιθανή πήξη όλων των ωκεανών για μία περίοδο από 10 σε 100 εκατομύρια χρόνια σε ένα γεγονός που καλείται «Γη - Χιονόμπαλα».

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 ορυκτά 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.