Země je zploštělá koule, s polárním poloměrem (6 357 km) menším o 21 km než rovníkovým (6 378 km), proto je obvod rovníku delší. Zemský tvar není přesně kulový, nýbrž vzhledem k popsanému zploštění v oblastech pólu má tvar rotačního elipsoidu. Tím rozumíme těleso vzniklé rotací elipsy kolem její osy. Zploštění není výrazné, představíme-li si Zemi jako kouli o průměru 1 m, zploštění dosahuje jen 3 mm. Přesněji Země nemá matematicky jednoduše vyjádřitelný povrch. Hovoříme o tzv. geoidu, což je název pro těleso s povrchem vymezeným střední hladinou světového oceánu, probíhající virtuálně i pod kontinenty.

Zakřivení Země je dobře pozorovatelé např. na moři, kdy odplouvající lodě postupně mizí za obzorem nebo při pozorování stínu, který vrhá Země na povrch Měsíce při jeho zatmění.

Země rotuje kolem své osy, avšak zemská osa není přesně kolmá k rovině Slunce, ale mírně nakloněná. Důvodem je s velkou pravděpodobností tečný střet s jiným vesmírným tělesem. (srážka při dopadu pod malým úhlem, kdy se těleso o hmotnosti přibližně jedné desetiny hmotnosti Země střetlo se Zemí před zhruba 4,5 miliardami roků a způsobilo vychýlení zemské rotační osy. Tuto teorii potvrzuje shodné chemické složení Měsíce a povrchových vrstev Země. Uvolněná hmota horních vrstev Země vytvořila kolem ní prstenec, který se posléze stmelil v Měsíc.

Zemské těleso se chová jako velký setrvačník. Existuje mírné stáčení zemské osy, tzv. precese, s periodou 26 000 roků. Při rotaci Země se uplatňuje fyzikální zákon zachování momentu hybnosti. Na druhém snímku můžete pozorovat ještě jeden pohyb zemské osy, kmitavý vlnkovitý pohyb zvaný nutace.

Polární hvězda = Polárka, Polaris, Severka, Alrucaba, αUMi Gravitační působení Slunce a Měsíce na zploštělou Zemi způsobuje precesní pohyb zemské osy. Ta je skloněna k rovině oběžné dráhy Země kolem Slunce (rovina ekliptiky) o úhel asi 66,5o. Slunce a Měsíc působí na nadbytečnou hmotu okolo zemského rovníku (díky zploštělé Zemi) a vzniká tak dvojice sil, která se snaží napřímit zemskou osu do původního směru kolmého k rovině ekliptiky. Vzhledem k otáčivému pohybu Země je důsledkem skutečnost, že zemská osa opisuje okolo kolmice k ekliptice kuželovou plochu.

 

Složení Země, především všech částí hlubuko pod povrchem nelze zkoumat přímými cestami, ale můžeme jej odvodit na základě hustoty.

• povrchové horniny mají hustoty přibližně 3,5.103 kg.m−3
• průměrná hustota Země činí 5,5.103 kg.m-3
• hustota jádra Země, blížící se k hodnotě 9. 103 kg.m-3, musí převyšovat průměrnou hustotu celé Země.

Největší hmotnost při shodném objemu mají prvky jako je železo a nikl. Tyto prvky tvoří jádro Země.

Železo a nikl se dostaly do jádra při svém roztavení a následném diferencování prvků. Bod tání sloučenin železa a niklu je vyšší než železa a niklu samotného. Měď (prvek s rovněž vysokou hustotou) nepatří mezi 15 nejrozšířenějších prvků na Zemi, proto není zastoupena v jejím jádru. V zemské kůře zůstaly vázány velmi vzácné prvky s hustotu převyšující dvojnásobek hustoty železa, např. uran.

Povrch Země je tvořen přibližně ze 70% oceány, které způsobují modrou barvu díky rozptylu světla na částicích nečistot ve vodě. Pevniny s porostem jsou žlutohnědé a zelené. Z menší vzdálenosti (např. z Měsíce) můžeme rozlišit různé barvy oceánů a pevniny, neboť atmosféra tyto barvy nedeformuje. Z větší dálky (např. z Marsu) je Země modrozelená, protože s ohledem na vzdálenost nelze rozlišit oceány a pevninu.

Bezprostředně nad zemským povrchem se nachází atmosféra, jejíž hustota s rostoucí nadmořskou výškou rychle klesá. Porovnání chemického složení současných atmosfér planet podle objemu: Venuše (96,5 %, CO2, 3,5 % N2), Země (78 % N2, 21% O2, 0,03 % CO2,) a Marsu ( 95 % CO2, 2,5 % N2 ) vede ke zjištění, že v atmosféře Země téměř chybí oxid uhličitý. V prvotní atmosféře Země oxid uhličitý zřejmě byl, uvolňoval se při vulkanických erupcích. Rozsáhlé vodní plochy oceánu umožnily jeho rozpuštění ve vodě, reagoval s vápenatými a hořečnatými ionty, vytvořil nerozpustné vápence (dolomity), které se usadily na mořském dně. V důsledku neexistence vody na obou zbývajících planetách tento proces u nich možný nebyl. Kyslík v druhotné atmosféře Země vznikal fotosyntézou v zelených rostlinách a ve fytoplanktonu (společenství jednobuněčných mikroorganismů, např. zelených řas) v oceánech. Vodík z vnitřní části Sluneční soustavy, kde se nachází Země, vyprchal při zapálení prvních termonukleárních reakcí v Slunci. Sluneční vítr a záření vytlačily lehký vodík do vnějších částí sluneční soustavy, kde jsou velké plynné planety.

Země je ovlivňována slunečním zářením ze Slunce. Zhruba 50% přicházejícího záření od Slunce proniká až k povrchu Země. Je pohlcováno zemským povrchem, následně znovu vyzářeno s větší vlnovou délkou v infračerveném oboru (jako tepelné záření). Toto druhotné záření již nevychází z atmosféry, je v ní pohlcováno tzv. skleníkovými plyny, především CO2 a CH4. I jen velmi malé zastoupení oxidu uhličitého (objemově 0,03 %) vede k výše popsanému jevu, postačuje k postupnému růstu teploty, neboť vyzářená energie zůstává v atmosféře. To vede k nárůstu teplot, např. maximální teplota u povrchu Venuše je 750 kelvinů, Země 310 kelvinů, Marsu 270 kelvinů.

Ozónová vrstva je tvořena molekulami kyslíku (molekuly tvoří vždy 3 atomy kyslíku) a chrání nás před účinky kosmického i UV (ultrafialového) záření. Lidská civilizace ho však ničí především používáním a vypouštěním freonových plynů. Tyto plyny reagují s ozónem, který tak mizí v části stratosféry ve výškách přibližně (15 – 50) km.

O skleníkovém efektu a ozonu se dozvíte více v přednáškovém bloku č.V.

 

Ve dne vidíme sluneční světelné záření, které je bílé, protože se skládá z barev celého spektra, od modré po červenou. Je-li jasno a čistý vzduch, obloha je modrá, protože je nejvíce rozptylována, to znamená odrážena do všech směrů, tedy i do našeho oka krátkovlnná část optického spektra.

Sluneční záření je v atmosféře Země zeslabováno rozptylem a absorpcí (pohlcováním). Rozptyl nastává jednak na molekulách vzduchu (molekulární rozptyl), jednak na větších částicích přítomných v atmosféře (vodní kapky,ledové krystaly, prachové částice), které jsou svojí velikostí o několik řádů větší než molekuly.

V případě výraznějšího znečištění atmosféry prachem a drobnými kapkami vody je modrá barva oblohy utlumena, to znamená, že světlo nerozptylují, ale spíš pohlcují. Proto je obloha šedá, když je vzduch plný vodních kapek a nečistot.

Mraky jsou bílé respektive šedé, protože bílé světlo se na prachových částicích atmosféry rozptyluje ve všech vlnových délkách stejně. Zatažená obloha má rovněž šedý odstín. Přesněji barva mraků je ovlivňována hustotou částic a jejich velikostí.

Množství oblačnosti na Zemi ovlivňuje její albedo (odrazivou schopnost). Průměrné albedo činí 0,3, tedy Země odráží asi 30 % dopadajícího slunečního záření. Při zvýšení aktivity Slunce dochází k snížení albeda přibližně o 2,5 %, neboť Země je pokryta o (3-4) % větší oblačností.

Červánky vznikají lomem slunečních paprsků v atmosféře, jejich rozptýlením na molekulách vzduchu, částicích prachu a příměsích. Červená část spektra prochází atmosférou s menším zeslabením. Proto jsou červánky červené.

Při vysvětlení temné oblohy můžeme zjednodušeně říci, že Slunce v noci osvětluje jinou část Země, sluneční světelné záření zde není. Světlo hvězd je mnohem slabší než sluneční, proto je obloha tmavá.

Podrobnější rozbor je však mnohem složitější, problematikou temné oblohy se zabývalo v historii mnoho astronomů, např. Kepler, Halley, Herschel, Shapley. Objekty ve vesmíru - hvězdy, galaxie nemají dostatek zářivé energie, aby v noci mohla obloha zářit. Jinak řečeno záření těchto objektů je příliš slabé, proto je vesmír temný.