L’excentricitat de la seva òrbita val 0,017, i el seu semieix major té una longitud de 149,6 milions de quilòmetres; aquesta distància, per definició, rep el nom d’unitat astronòmica (UA). La velocitat orbital mitjana de la Terra és de 29,8 km/s. El seu període de translació al voltant del Sol és de 1,00039 anys tròpics, o sia 365,26 dies. La Terra gira entorn d’ella mateixa en sentit directe, és a dir, de l’W cap a l’E, i el seu període de revolució sidèria és de 23 h 56 min, mesurat en temps solar. Aquest període rep el nom de dia, i és una de les unitats de temps que hom empra en la pràctica.
L’eix al voltant del qual gira la Terra rep el nom d’eix del món, i el cercle màxim de l’esfera terrestre perpendicular a ell és l’equador de la Terra. La intersecció del pla que conté aquest cercle amb l’esfera celeste és un altre cercle màxim, denominat equador celeste. D’altra banda, el cercle intersecció del pla de l’òrbita terrestre amb l’esfera celeste rep el nom d’eclíptica. L’equador celeste i l’eclíptica determinen un angle de 23° 27’ i es tallen en dos punts, denominats equinoccis. Quan la Terra es troba als equinoccis, el Sol en el curs del seu moviment aparent al firmament travessa l’equador celeste del N cap al S (equinocci de primavera) o del S cap al N (equinocci de tardor). L’eix de l’òrbita terrestre que uneix aquests dos punts és denominat línia dels equinoccis, i l’eix perpendicular a ell, línia dels solsticis. Aquest eix talla l’òrbita terrestre en dos punts, els solsticis, tals que, quan la Terra és en aquests punts, la posició del Sol al firmament arriba a la seva màxima declinació boreal o austral.
Juntament amb el moviment de translació al voltant del Sol i de rotació entorn d’ella mateixa, la Terra presenta una sèrie de moviments menys importants, que se li sobreposen com a pertorbacions. Entre aquests moviments cal destacar la precessió, la nutació i el moviment del centre de la Terra entorn del baricentre del sistema Terra-Lluna. El primer consisteix en una lleugera variació periòdica en l’orientació en l’espai de l’eix del món deguda a l’atracció gravitatòria de la Lluna i del Sol sobre l’eixamplament equatorial de la Terra. El segon consisteix en un moviment periòdic de curt període de l’eix del món, que se sobreposa a l’anterior, i que és degut al fet que l’òrbita de la Lluna no és situada en el pla de l’eclíptica, i, a més, la seva orientació varia amb el temps. Finalment, el tercer moviment és degut al fet que la Lluna és un astre bastant gran, i, per tant, el baricentre del sistema Terra-Lluna, que gira realment al voltant del Sol seguint una òrbita el·líptica, roman relativament lluny del centre de la Terra. Així, aquest sistema té un moviment de rotació al voltant del seu baricentre amb un període de rotació de l’ordre d’un mes.
D’altra banda, la Terra segueix el Sol en els seus moviments en l’espai: un desplaçament respecte als estels veïns que el dirigeix cap a les proximitats de l’estel Vega de la constel·lació de la Lira amb una velocitat relativa de 20 km/s, i un moviment al voltant del centre galàctic, juntament amb tots els altres astres de la galàxia, que té una velocitat de 250 km/s.
El globus de la Terra no és perfectament esfèric, sinó que és aplatat als pols. El seu radi polar és de 6.356 km, mentre que el radi equatorial és de 6.378 km; l’aplatament val 1/297. La massa de la Terra és de 5,976 T 10241 tones, i la seva densitat mitjana, 5,517 g/cm3. El valor de la gravetat mitjana a la seva superfície és de 9,81 m/s2, i la velocitat de fuita és d’11,2 km/s. La pressió al centre de la Terra sembla que pot arribar fins a alguns centenars de milers d’atmosferes.
L’edat estimada de la Terra és de 4.587 milions d’anys (segons càlculs que utilitzen mètodes radiocronològics), tot i que les roques més antigues descobertes se situen al voltant dels 3.800 milions d’anys. La Terra té un únic satèl·lit natural, la Lluna, que constitueix l’únic cas del sistema solar en el qual les dimensions del satèl·lit són comparables a les del planeta principal; efectivament, el diàmetre de la Lluna és 1/3,67 del terrestre i la seva massa 1/81,4 de la Terra. Per això, fins a un cert punt, els astrònoms creuen que cal considerar el conjunt Terra-Lluna com un planeta doble, més que no pas com un planeta acompanyat pel seu satèl·lit.
L’extensió de l’atmosfera és de l’ordre de 1.000 km, valor que no pot ésser precisat perquè l’atmosfera no acaba d’una manera brusca, sinó que hi ha una transició més o menys gradual entre el medi atmosfèric i el medi interplanetari. L’atmosfera és formada per una mescla de gasos, dels quals el nitrogen constitueix el 78% en volum del total, l’oxigen el 21%, l’argó el 0,93%, el diòxid de carboni el 0,001%. També en els 15 primers quilòmetres de l’atmosfera hi ha vapor d’aigua en quantitats variables. Aquest embolcall gasós no és el mateix que voltava la Terra primitivament. L’atmosfera originària es perdé en part cap a l’espai exterior, i en part es combinà amb els materials sòlids de la superfície terrestre. L’embolcall gasós actual és constituït per gasos alliberats de l’interior del planeta pel vulcanisme i per altres formes de fuita menys violentes. Nogensmenys, no tots els gasos que s’han anat alliberant han passat a formar part de l’atmosfera, sinó que una bona part s’han dissolt en els oceans o s’han combinat amb les roques. A més, l’oxigen que existeix actualment no ha sortit de l’interior de la Terra, sinó que ha estat produït per la respiració de les plantes.
Cal assenyalar també que la Terra té a la seva superfície una gran quantitat d’aigua en estat líquid (oceans, mars, llacs i rius), gasós (vapor d’aigua de l’atmosfera) i també sòlid (glaceres). El conjunt de tota l’aigua superficial rep el nom d’hidrosfera; la part més important correspon als oceans (65% de la superfície terrestre), mentre que les glaceres tenen una superfície total de 15 milions de km2. L’aigua de la hidrosfera és sotmesa a una sèrie de moviments i canvis d’estat que reben el nom de cicle hidrològic. Aquest cicle és d’una gran importància per als bescanvis energètics de l’atmosfera terrestre i en particular serveix com a regulador tèrmic.
Camp magnètic
A dalt, tall meridià de la cavitat magnetosfèrica de la Terra; al centre, les anomalies del camp magnètic terrestre, arran del nucli extern, fan veure la manera com aquest magnetisme varia amb el temps; a baix, els moviments de material fos dins el nucli exterior generen el magnetisme terrestre
© Fototeca.cat
La Terra té un camp magnètic dipolar les línies de força del qual entren per l’hemisferi nord i surten per l’hemisferi sud. L’eix del dipol rep el nom d’eix geomagnètic, i els punts als quals les seves prolongacions tallen la superfície terrestre són anomenats pols magnètics. L’eix geomagnètic no coincideix amb l’eix del món, sinó que determina un angle que varia amb el temps i que actualment és de l’ordre d’11,5°. Els estudis d’algunes roques de les èpoques geològiques passades han fet possible de conèixer certes característiques del camp magnètic en aquestes mateixes èpoques. Així, hom ha constatat que el magnetisme terrestre ha sofert molts canvis al llarg de la història de la Terra: els més importants són els desplaçaments dels pols magnètics i les inversions de la polaritat. Hom suposa que el camp magnètic terrestre és degut al fet que la Terra es comporta globalment com una immensa dinamo. L’imant d’aquesta dinamo és el nucli terrestre, que es comporta com a tal per inducció dels nombrosos corrents elèctrics que hi ha a la seva perifèria.
El valor del camp magnètic a l’equador val 0,31 gauss, i aquest valor decreix aproximadament com el cub de la distància geocèntrica, fins a distàncies de l’ordre de 6 radis terrestres. A partir d’aquí l’estructura dipolar i el comportament del camp magnètic canvien, perquè es produeix una interacció amb el vent solar que fa que les línies de força es comprimeixin pel costat del Sol i s’allarguin pel costat oposat, amb la qual cosa l’estructura dipolar del camp es deforma. D’aquesta manera s’originen dues regions: l’una en la qual domina el vent solar i on no hi ha gairebé línies de força magnètica, i una altra, que rep el nom de magnetosfera, en la qual les partícules carregades es mouen per l’acció del camp magnètic terrestre. A l’interior de la magnetosfera hi ha unes bandes o cinturons de partícules d’alta energia, que són anomenades cinyells o cinyell de Van Allen.
Atmosfera i hidrosfera
El globus terrestre és voltat per un embolcall gasós, l’atmosfera, que té una massa de 5,6 x 1018 tones, i la qual exerceix sobre la superfície de la Terra una pressió uniforme de 1.033 g/cm2.
L’extensió de l’atmosfera és de l’ordre de 1.000 km, valor que no pot ésser precisat perquè l’atmosfera no acaba d’una manera brusca, sinó que hi ha una transició més o menys gradual entre el medi atmosfèric i el medi interplanetari. L’atmosfera és formada per una mescla de gasos, dels quals el nitrogen constitueix el 78% en volum del total, l’oxigen el 21%, l’argó el 0,93%, el diòxid de carboni el 0,001%. També en els 15 primers quilòmetres de l’atmosfera hi ha vapor d’aigua en quantitats variables.
Aquest embolcall gasós no és el mateix que voltava la Terra primitivament. L’atmosfera originària es perdé en part cap a l’espai exterior, i en part es combinà amb els materials sòlids de la superfície terrestre. L’embolcall gasós actual és constituït per gasos alliberats de l’interior del planeta pel vulcanisme i per altres formes de fuita menys violentes. Nogensmenys, no tots els gasos que s’han anat alliberant han passat a formar part de l’atmosfera, sinó que una bona part s’han dissolt en els oceans o s’han combinat amb les roques. A més, l’oxigen que existeix actualment no ha sortit de l’interior de la Terra, sinó que ha estat produït per la respiració de les plantes.
Cal assenyalar també que la Terra té a la seva superfície una gran quantitat d’aigua en estat líquid (oceans, mars, llacs i rius), gasós (vapor d’aigua de l’atmosfera) i també sòlid (glaceres). El conjunt de tota l’aigua superficial rep el nom d’hidrosfera; la part més important correspon als oceans (65% de la superfície terrestre), mentre que les glaceres tenen una superfície total de 15 milions de km2. L’aigua de la hidrosfera és sotmesa a una sèrie de moviments i canvis d’estat que reben el nom de cicle hidrològic. Aquest cicle és d’una gran importància per als bescanvis energètics de l’atmosfera terrestre i en particular serveix com a regulador tèrmic.
Estructura interna
Estructura de la Terra
© Fototeca.cat
L’estudi de la composició, estructura, estat i característiques físiques de la Terra és fet mitjançant mètodes d’observació directes i indirectes. Malauradament, les “observacions directes” romanen limitades a les mines i als sondatges, que no atenyen els 20 km de profunditat (comparats amb els 6.367 km del radi terrestre). Alguns processos geològics han dut a la superfície roques generades a algunes desenes de quilòmetres, i molts de volcans expel·leixen materials que s’han format en el mantell superior. Les “observacions indirectes” es basen essencialment en mètodes geofísics sobre la densitat, temperatura, magnetisme, electricitat i, particularment, en la sismologia, o estudi de la propagació de les ones sísmiques, que permet de conèixer alguns paràmetres físics, com la densitat, elasticitat, rigidesa i compressibilitat de les diferents capes envoltants de l’esfera terrestre i les discontinuïtats que les separen. A més, pel que fa a la composició de cadascuna d’aquestes capes, hom té esment de la composició dels meteorits i de l’abundància i distribució dels elements químics en el cosmos (i especialment en el sistema solar) i de llurs afinitats geoquímiques. De tot plegat ha estat possible de fer-ne diverses hipòtesis alternatives i proposar-ne uns models raonables. Hom sap que la densitat de la Terra és de 5,517gr/cm3. Com que la densitat mitjana de les roques superficials és aproximadament de 2,8gr/cm3, hom dedueix que una part interna de la Terra ha de tenir una densitat superior a la mitjana per a compensar aquest defecte de massa.
Modernament, la sismologia ha fornit dades que permeten de calcular la distribució de densitats dels distints envoltants. La sismologia ha establert dues grans discontinuïtats dins el globus terrestre: la de Mohorovičić, a una profunditat de 5 a 8 km sota els oceans i d’uns 65 km sota les grans serralades (profunditat mitjana, 30-40 km) que separen l’envoltant extern o escorça terrestre del mantell. L’altra discontinuïtat, situada a 2.900 km, anomenada de Gutenberg, separa el mantell del nucli que ateny el centre de la Terra. El nucli, limitat per la discontinuïtat esmentada, es caracteritza perquè les ones sísmiques primàries P (o longitudinals) sofreixen, en penetrar-hi, un descens brusc de llur velocitat, mentre que les ones secundàries S (o transversals) no el travessen, la qual cosa implica una manca total d’elasticitat i un estat essencialment fluid. El salt de densitats entre mantell i nucli és de 5,5 gr/cm3 a 10 gr/cm3. Hom hi admet un nucli intern, més dens (13,3-13,6 gr/cm3) sota una discontinuïtat feble, situada a uns 5.000 km. La presència del nucli provoca, a la superfície del globus, i a causa de les refraccions, un anell o zona d’ombra sísmica entre 103° i 143° (comptats a partir de l’epicentre), que no rep ni les ones P ni les S, i un casquet, entre 143° i 180°, que registra solament l’arribada de les ones P.
Zonació ideal, en profunditat, de la Terra, des del centre fins a la superfície
© fototeca.cat
La composició del nucli terrestre, per similitud amb els sideròlits, sembla formada de ferro, amb un 6% de níquel (d’ací ve el nom de nife), acompanyats d’altres elements sideròfils. Hi ha autors que hi admeten alguns òxids, sulfurs i carburs, a altes pressions. Tot fa pensar que el nucli deu ésser la seu del magnetisme intern de la Terra. Entre les discontinuïtats de Mohorovičić i de Gutenberg s’estén, per definició, el mantell, el qual engloba el 83% del volum i el 68% de la massa terrestre. La velocitat de les ones P augmenta gradualment de 8,1 a quasi 14 km/s, i la densitat ho fa de 3,5 a 5,6 gr/cm3. Dins el mantell hi ha dues discontinuïtats sísmiques secundàries, situades a 200 i a 700 km. Aquesta darrera separa un mantell inferior d’un mantell superior. Ambdues són probablement causades per adaptacions polimòrfiques dels minerals components de les roques ultramàfiques sotmeses a pressions creixents terra endins. Hom ha suggerit que el mantell inferior és format per varietats polimòrfiques de silicats i òxids, mentre que el mantell superior és format per una associació d’olivina (60-70%) amb enstatita (15-20%) i diòpsid (15-20%).
L’escorça terrestre és el conjunt de terrenys situat per damunt de la discontinuïtat de Mohorovičić, amb un gruix de 10 a 70 km. A l’escala terrestre constitueix una pel·lícula força prima íntimament relacionada amb el mantell, ja que les deformacions que s’hi registren semblen ésser conseqüència dels fenòmens esdevinguts en el mantell. Els geofísics, però, han introduït altres subdivisions dins el conjunt rocallós més pròxim a la superfície. Hi ha una litosfera, rígida, que comprèn tota l’escorça i una part del mantell superior, de 70 a 150 km de gruixària, i que pot introduir-se profundament dins el mantell (a les zones de subducció). Per davall hi ha l’astenosfera, d’igual composició que el mantell superior rígid, però susceptible de deformar-se plàsticament i que constitueix la “capa de baixa velocitat” dels sismòlegs. És compresa normalment entre els 70 i 150 km, però és més soma a certes zones de grans fractures, i sobretot a les dorsals oceàniques. L’astenosfera és formada per peridotita, derivant a basalt, parcialment fosa. La mesosfera, novament rígida i sòlida, es col·loca per sota de l’astenosfera.
L’escorça és molt heterogènia. Hom distingeix una escorça continental i una escorça oceànica. La primera és molt gruixuda (ateny 80 km a l’Himàlaia) i conté, de dalt a baix: una capa, que pot mancar, de roques sedimentàries (densitat, 2,5 gr/cm3; velocitat, de 2 a 5 km/s); una capa de roques cristal·lines i cristal·lofíliques (densitat, 2,7-2,8 gr/cm3; velocitat, 5,9-6,3 km/s), que és l’anomenada capa granítica (o sial dels autors antics). Per sota de la discontinuïtat de Mohorovičić, la part alta del mantell superior (densitat, 3,3 gr/cm3; velocitat, 7,9-8,4 km/s) és constituïda per peridotites i eclogites. L’escorça oceànica és molt més prima (7 km com a mitjana) i es caracteritza per la capa sedimentària superficial, disposada directament sobre la capa basàltica (o sima).
La deriva dels continents
Recreació sobre l’estructura de la Terra i la hipòtesi de la tectònica de plaques
Aquestes capes superficials de la Terra tenen un dinamisme molt fort, que ha estat el causant de la configuració actual dels continents i dels oceans. L’astenosfera, plàstica i mòbil (segons uns moviments suposadament convectius), ha fragmentat la litosfera en un conjunt d’unes 8 o 10 plaques litosfèriques rígides, que es desplacen a velocitats que no superen els 10 cm per any (100 km per milió d’anys). Els contactes entre una placa i l’altra poden ésser de tres tipus. En el primer la litosfera del fons oceànic creix contínuament a partir de les anomenades dorsals oceàniques. A banda i banda de cada dorsal es genera, mercès a les aportacions magmàtiques de l’interior, la “capa basàltica” (o nova escorça), segons moviments divergents. En el segon les línies de convergència de plaques, constitueixen cintures orogèniques (la cintura de les cadenes circumpacífiques, les serralades alpines, etc.), amb enfonsament d’una placa sota l’altra. La que s’enfonsa és absorbida dins el mantell (subducció). Per aquesta raó hom no coneix zones dels fons oceànics més antigues de 200 milions d’anys. En el tercer hi ha línies de contacte entre plaques amb desplaçament horitzontal, que són les anomenades falles transformants, en les quals hi ha conservació de llur extensió. Aquest conjunt de fenòmens constitueix la base de la teoria de tectònica de plaques (o de la tectònica global), la qual és avalada especialment per les dades fornides pel paleomagnetisme. Hi ha, d’altra banda, els blocs de les plaques litosfèriques que formen els continents i que han romàs inactius des de l’era primària, tot i que han estat desplaçats conjuntament amb la resta de cada placa mitjançant els mecanismes ja citats. Així, els contorns dels blocs continentals podrien encaixar com les peces d’un trencaclosques per a formar un continent comú (la Pangea), com ja ho feu remarcar Wegener en la seva teoria de la deriva dels continents.
Mirant un mapa de distribució de la sismicitat terrestre i dels volcans, hom pot veure que hi ha una forta coincidència amb els tres tipus de contacte entre plaques: dorsals, zones de subducció i falles transformants. Les àrees orogèniques, les zones de metamorfisme, el vulcanisme, les zones de forta subsidència i sedimentació vénen lligades a les cintures d’apropament de plaques i, per tant, de compressió. Les grans transgressions marines a escala mundial semblen haver estat causades per una reducció del vas oceànic per elevacions de les dorsals oceàniques durant les èpoques de major activitat.
Composició i activitat interna
Des del punt de vista geoquímic, el fet més remarcable de la composició de la Terra és la desigual distribució dels elements als diferents envoltants de la Terra. Els elements sideròfils s’han concentrat en el nucli, i els litòfils, al mantell i a l’escorça; però en el primer abunden més els de radi iònic més petit i capaços de donar silicats i òxids de xarxes cristal·lines més denses. El ferro, bé que sideròfil, encara és relativament important al mantell. A l’escorça es concentren més els elements litòfils, i sobretot ho fan a la capa granítica els elements litòfils de radi iònic gran i que tendeixen a donar xarxes cristal·lines menys denses. Per fora, a l’atmosfera, s’han concentrat els gasos nobles i el nitrogen, element de poca activitat química. L’enriquiment d’oxigen de les capes inferiors de l’atmosfera sembla ésser una característica adquirida tardanament, amb intervenció dels processos biològics. L’aigua de la hidrosfera és també un caràcter adquirit, i és essencialment el resultat de processos de desvaporització de l’esfera terrestre sòlida.
A l’interior del globus terrestre hi ha elevades temperatures, com ho demostren els fenòmens volcànics, les aigües termals, els guèisers, etc. Els pous i les mines, un cop passada la capa neutra, d’uns 50 m de profunditat, registren un augment de temperatura de l’ordre de 30°C per quilòmetre de profunditat. És el gradient geotèrmic. Extrapolant-lo fins al centre de la Terra, la temperatura seria exagerada; per això hom accepta que, vers l’interior, a partir dels 100 km, el gradient se suavitza, de manera que a la superfície del nucli la temperatura deu ésser d’uns 3700° i al centre deu assolir els 4.300°C. La calor terrestre podria ésser original, segons la teoria de Laplace; o bé, partint d’una massa freda, la calor podria haver-se generat primitivament durant la diferenciació geoquímica dels envoltants del globus. Però tothom admet que una part molt important de la calor té un origen radioactiu. Els elements radioactius, litòfils, van associats a l’escorça i al mantell superior. Per aquesta raó el gradient geotèrmic hi és molt fort i pot succeir que la corba de temperatura creui la de la temperatura de fusió de les roques (aquesta darrera és funció de la pressió) cosa que s’esdevé a l’astenosfera i al nucli extern. El flux calorífic dins el mantell i l’escorça és el causant del dinamisme intern que ha anat transformant la fesomia de la Terra. És evident que, a pocs quilòmetres de profunditat, hom disposa d’una font d’energia tèrmica, no contaminant i inesgotable, que tot just s’ha començat a explotar: Itàlia, Islàndia, els EUA i algun altre país ja tenen centrals elèctriques geotèrmiques instal·lades en àrees de fort gradient i amb estructures molt adequades per a l’obtenció de vapor a alta temperatura. A Catalunya hom efectua prospeccions a l’àrea volcànica d’Olot i del Gironès-Selva i al Vallès.
La vida a la Terra
Mapamundi polític, 2008
© Fototeca.cat
El fet més remarcable de la Terra és que és l’únic lloc de l’Univers a on hom ha detectat vida. Es creu que aquesta sorgí fa uns 3.500 milions d’anys i que des de llavors ha anat evolucionant fins donar lloc a les formes de vida conegudes a l’actualitat. Com a planeta, la Terra es troba dins de la zona d’habitabilitat del Sol, es a dir, la seva òrbita es troba a una distància del Sol tal que les temperatures permeten la presència d’aigua líquida, essencial pel desenvolupament de la vida tal i com la coneixem. La presència de l’atmosfera, i en particular del diòxid de carboni, ajuda a que la Terra tingui fins i tot una temperatura lleugerament més elevada del que li correspondria per la seva distància al Sol si no tingués atmosfera. Això fa de la Terra un planeta habitable (que pot sostenir la vida). Actualment es tenen indicis d’altres planetes habitables a sistemes planetaris diferents al Sistema Solar, però es continua ignorant si aquests planetes alberguen vida.