地球・・・多様な生命が生存する惑星
地球 ： 地球の構造、地球システム、地球の運動、地球の衛星
地球は、人類を含む、多様な生命が生存することを特徴とする星です。
では、なぜ、地球では、生命が生存可能なのでしょうか？
生命が生存可能であるためには、まず、エネルギーが必要です。
これは、地球システムを動かす動力源と同じく、地球内部の熱エネルギーと、太陽から注ぐ光エネルギー、です。
地球内部の熱エネルギーは、コアやマントルから発生しているようです。
そして、マントルがゆっくり対流して、熱を地殻に運んでいます。
地殻に近い位置では、プレートテクトニクスという水平運動を起こします。
これにより、大陸が移動しています・・・大陸の配置も、地球環境に影響を及ぼしています。
深海や地下には、太陽光が届かないので、
深海熱水孔や地下で、生存している生命は、地球内部の熱エネルギーを利用しています・・・
海洋底の寿命は、高々2億年なので、移動できない集落は絶滅するはずですが・・・
海洋底で誕生した？原始生命は、クラトン等に移動したのでしょうか？
太陽光は、緯度によって異なり、また地軸の傾きから季節でも変化します。
これに地球の自転効果（コリオリの力）も影響し、大気循環や、海洋循環を起こします。
太陽光は、地上で生活する生命のエネルギー源である、光合成に必要ですね。
生命の体を構成する物質も必要ですが、地球には様々な物質の循環がみられます。
二酸化炭素は、炭素循環システムで循環しています。
尚、炭素循環は、大陸が必要になります。
生命では、二酸化炭素は、酸素呼吸により放出され、光合成により消費されます。
宇宙線等、宇宙からくる有害なものから保護したり、地球上の水素や水等の物質が、宇宙に失われたりしない仕組みも必要です。
これには、地球磁場や、大気があります。
地球磁場は、太陽風を防ぎます。
更に、水素等、軽い元素が宇宙空間に逃れることも防いでいます。
大気には、成層圏があり、ここには、オゾン層があります。
オゾン層は、紫外線を吸収し、地表の生命を護る役目と、成層圏を暖める機能を持ちます。
また、成層圏は水を拡散させないため、地表の水が宇宙空間に失われることを防ぐ機能を持ちます。
後、惑星環境を穏やかにする機能も重要です。
地球の月は、地球に対して大きな衛星です。
そのため、大きな潮汐作用が働いて、地球の自転軸を安定させ、
地球の環境を穏やかにする働きがあります。
尚、潮汐作用で動く海水は、地球の自転運動よりも遅く、摩擦抵抗として作用するため、
地球の自転速度は、徐々に遅くなっています。
地球誕生直後の地球の自転速度は、1日に5 - 8時間で、1年は2000日に相当したと考えられます。
地球は、表面に液体の水が大量に存在し、人類を含む、多様な生物が生存することを特徴とする星です。
太陽系にあり、太陽からの平均距離は、1億4960万kmで、太陽から3番目に近い惑星です。
太陽の周囲を365日強で、公転し、
24時間で1回、自転しています。
岩石質外層と鉄を主成分とする中心核を持つ、地球型惑星に分類され、
太陽系の地球型惑星の中で、大きさ、質量ともに最大です。
形は、ほぼ回転楕円体で、赤道の半径は約6378km、極半径は6357kmです。
楕円体構造により、地球の中心点からの距離が最も大きいのは、
エベレスト山頂（北緯28°、標高8,848 m）ではなく
南米のチンボラソ山頂（南緯01°、標高6,267 m）です。
尚、地球表面は、天体間の引力、特に月による潮汐力による弾性変形によって、常に数cmから数十cmの伸縮があります。
地球の質量は、5.972 ×1024 kgです。
平均密度は、5514 kg / m3 ( 5.514 g / cm3 ) で、
これは水の5.5倍、花こう岩の2倍、鉄の0.7倍に相当します。
1気圧下の密度に補正後の平均密度は、約4100 kg / m3になります。
地球は、太陽系で最も密度の高い惑星です。
逆に、一番密度が低いのは土星です。
地球の内部は、地殻、マントル、核（コア）からできています。
地表から上空約100kmまでの範囲には、窒素・酸素を主成分とする大気があります。
大気の組成は、高度によって変化します。
地球の総面積は、510.066×106 km2で、そのうち、
海が、362.822×106 km2（地球表面の71.1%）、
陸地が、147.244×106 km2（同28.9%）です。
海洋も、深度の分布に偏りがあり、
深度4000 - 5000mに、全海洋の31.7%の面積を占める、海洋底という構造があります。
深度3000mから6000mの部分が、全海洋面積の73.8%を占めます。 深海
陸地は、北半球に偏って分布しており、
陸地の多い側を陸半球（りくはんきゅう）、
海の多い側を水半球（すいはんきゅう）といいます。
陸地には、面積の大きい大陸と、小さい島があります。
中心核（コア）
80・90 km - 10地球半径： 外圏。概ね500km以下が、地球大気圏です。
80・90 - 1,000 km ： 上層大気。熱圏。
10 - 80・90 km ： 中層大気。
50 - 80・90 km ： 中間圏
17 - 50 km ： 成層圏。オゾン層があります。
0 - 17 km ： 下層大気。対流圏。
0 km ： 地表
0 - 150 km ： 岩石圏（地殻 + 上部マントル）
0 - 30・35 km ： 地殻
6・35 - 2,891 km ： マントル
6・35 - 670 km ： 上部マントル
670 - 2,891 km ： 下部マントル
2,891 - 6,371 km ： 中心核
2,891 - 5,151 km ： 外核
5,151 - 6,371 km ： 内核
境界の高度（深度）に幅があるのは、位置又は時間によって境界が変化するためです。
地球内部の構造は、地震波解析によると、地球は外側から、
岩石質の地殻、
岩石質の粘弾性体であるマントル、
金属質流体の外核、
金属質固体の内核、という大構造に分けられます。
上部マントルには、地表面からの深さ100km付近に、地震波が低速になる層（低速度層、アセノスフェア）があります。
この層は部分的に溶融していると考えられ、上部の相対的に冷たく硬い層とは物理的に区別されます。
アセノスフェアの上にあり、上部マントルの一部と地殻とからなる層を、岩石圏（リソスフェア）といいます。
岩石圏は、10数枚のプレートという板に分かれています。
プレートには、
大陸を含む大陸プレートと、
海洋地域のみを含む海洋プレート、があります。
海洋プレートは、中央海嶺で生産され、マントル対流に運ばれて中央海嶺から離れます。
中央海嶺では、次々にプレートが生産されるので、海洋底が拡大します。
大陸プレートは、海洋プレートより相対的に軽いため、海洋プレートが大陸プレートとぶつかると、
その境界で海洋プレートがマントル中に沈み込み、日本海溝のような沈み込み帯を造ります。
海洋プレートには、海溝を伴うものと、伴わないものとがあります。
これは海洋底拡大の期間の違いによるとされ、海溝があるものは、海洋底拡大が始まってから年月が経っています。
海溝があるものは、そうでないものより拡大速度が速いです。
これは、マントル対流の他に、沈み込んだプレートに引っ張られる効果が加わるためとされています。
海洋底の年代は、放射性元素による年代測定によると、2億年以内です。
これは、海洋プレートがこの程度の期間を経た後、地球内部に潜り込んでしまうためです。
大陸プレートは、大部分が現代から30億年前までの間に形成されており、
地球の歴史を通じて形成・成長してきたものと考えられています。
特に古いものは、クラトン（安定陸塊）とも呼ばれ、最も古い部分は、約44億年前に形成されました。
外核と内核に分かれ、
液相の外核の半径は、3480km、
固相の内核の半径は、1220kmです。
水素や炭素等の軽元素を10%以上含むとしなければ、地震波速度と密度の説明ができないようです。
内核は、地球内部の冷却に伴い、外核の鉄とニッケルが析出・沈降してできたとされており、
現在でも成長が続いていると考えられています。
ただし、内核の環境である320万気圧では、金属鉄はその性質上、固相を取るためともされます。
地球中心部の圧力は、約400万気圧、
温度は、約5000K - 8000Kと推定されています。
対流や地球自転等に起因する、外核の金属流体の動きによって電流が生じ、
この電流により、磁場が生じると考えられています（地球磁場）。
このように、地球の力学的な運動と結びついた磁場発生・維持機構を、ダイナモ機構といいます。
珪酸塩鉱物のマントルは、深さ約2900kmまで存在し、地球の体積の83%を占めています。
マントル全体の化学組成は、詳細不明です。
上部マントルは、かんらん岩または、仮想的な岩石であるパイロライトからなるとする説が主流ですが、
下部マントルは、輝石に近い組成とする説もあります。
マントルは、核によって暖められ、また自らの内部にも熱源を持ちます。
そのため、固相のマントルは、ゆっくりと対流（プルームテクトニクス）をしながら、熱を地殻に運んでいます。
地殻に近い位置では、このマントル対流は起こらず、地殻と一体化するようなふるまいをしており、
プレートテクトニクスという、水平運動を起こします。
マントルの動きは、不明瞭な点が多いです。
深発地震が、700kmより深い所では起こらない点から、対流運動が二層で独立している説も提唱されていますが、
一方で、岩石圏の沈み込みが、核付近まで起こっているとの報告もあります。
地殻との境には、地震波速度が不連続に変化する層があり、モホロビチッチ不連続面（モホ面）といいます。
地球の固体表面です。
地殻に存在する元素は、酸素（質量比49.5%）とケイ素（同25.8%）が主体で、
以下、アルミニウム・鉄・カルシウム・ナトリウム・カリウム・マグネシウム等の金属元素が含まれます。
元素別質量百分率は、クラーク数としてまとめられています。
ほとんどは、ケイ酸塩等金属酸化物の形で存在します。
地殻は、熱伝導でしか地球内部の熱を伝えないため、
マントルの対流と比べると効率が悪く、核やマントルの冷却を遅延させています。
地殻は、組成差や構造から、大陸地殻と海洋地殻に分類されます。
海洋地殻は、
表面の55%を占め、玄武岩質で、厚さは平均6km、平均密度は3.0 g / cm3です。
海底火山のマグマに由来する、玄武岩質や斑れい岩質の貫入岩体から構成されます。
大陸地殻と比べ、FeO、MgO を多く含み、SiO2が低く、苦鉄質、塩基性です。
大陸地殻は、
花こう岩質で、厚さ20 - 70km（ 平均35km ）、平均密度2.8g / cm3以下と、厚く、軽いです。
SiO2を多く含みます。
地殻表面の構造は、
プレート運動による造山運動や火山活動、
大気と水による風化や浸食、堆積、等によって決まります。
地球の地殻上に存在する水は、川や湖、氷河や極氷、海等多様な形態を取っており、
総量は13億8900万km3に相当します。
ほとんどは塩水である海で、13億5000万km3に当たります。
海水の平均温度は、3.9℃ですが、
緯度による差が大きい上に、季節や層によっても、変化を持ちながら大規模な流動を起こします。
これは蒸発や降水等とともに、水循環をもたらします。
地球を取り囲む大気は、酸素を20.9%含み、これは他の太陽系惑星には見られない特徴です。
大気圧は、海面上を1気圧と定義され、上空に行くほど低くなります。
対流圏は、水循環を担い、ほとんどの気象現象が生じる領域で、上空になるにつれ、温度と大気密度は低下します。
しかし、約17kmを境に、水蒸気が凝結を起こす領域（コールドトラップ）に入ります。
対流圏上空には、成層圏という、非常に乾燥している領域があります。
成層圏では、上空に行くにつれて気温は‐60℃から上昇に転じます。
また、水がない環境のため、紫外線によって酸素からオゾンが作られる領域（オゾン層）が20-50km付近に広がります。
オゾン層が、太陽紫外線の短波長を吸収し、地表の生命を護る役目と、成層圏を暖める機能を持ちます。
また、成層圏は水を拡散させないため、地表の水が宇宙空間に失われることを防ぐ機能を持ちます。
上空80-90kmの成層圏上域からは、高度につれて温度が下がる中間圏に入り、ここからは電離層に当たります。
中間圏の上空では、気温は再び上昇を始め、この領域は熱圏といいます。
地球磁場は、平均3 - 7 / 105 kTであり、地球の外側まで展開しています。
この磁場は、太陽から吹き付けるプラズマの風（太陽風）とぶつかり、
干渉する面（衝撃波面・磁気圏境界面）を形成しながら、
太陽方向では押しつぶされて、地球半径の約10倍、
夜側では1000倍程度の閉じた領域を持ちます。
地殻上空約100kmに、電波を反射する層（電離層）があり、これが長距離通信を可能にしています。
電離層は、大気がイオンと電子に分離している層で、90 - 300kmの領域では、オーロラが発生します。
複数の物質圏に分化した地球は、相互作用を及ぼしながら安定しています。
地球のシステムを動かす動力源は、主に、
地球内部の熱エネルギー（惑星形成時の重力エネルギーと、放射性元素の崩壊による原子力エネルギー）と、
太陽から注ぐ光エネルギーです。
これに、地球の自転や公転、及び周辺の天体からも影響を受けます。
地球は、内部に地熱を持ち、約44.2兆ワットの熱を宇宙空間に放出しています。
熱源は、内部に存在する放射性元素（主にウラン・トリウム・カリウム）が放つ崩壊熱と、
溶けた地球内部で重いものが沈んでゆく際に生じる、位置エネルギーです。
地球の内部熱は、外核の対流を起こし、ダイナモ運動から磁場が生じます。
これは地表を突きぬけて宇宙空間に広がり、太陽風を防ぎます。
このため、地球大気は、水素等、軽い元素が宇宙空間に逃れることを防いでいます。
一方で、この熱はマントル対流を起こし、これが地殻のプレート運動や造山活動につながり、海と陸を形成しています。
陸では、雨に溶け込んだ二酸化炭素と、珪素酸化物と結びつき、
炭酸塩となって、流れ込んだ海底に沈殿して石灰岩となります。
これはプレート運動で移動し、一部はマントル内に回収されてゆき、
火山活動で再び地上に供給されるという、炭素循環システムを司ります。
炭酸循環は、ある程度の広さを持った陸地である、大陸が必要になります。
光エネルギーが直接及ぼす影響には、
地表の様々な気候や気象現象や、生態系の基礎になる光合成生物の生育に関わります。
地球に降り注ぐ太陽放射のうち、
反射される割合（アルベド）は、31%になり、
吸収される69%のうち、大気が20%、地表が49%の割合となります。
地表の熱は、赤外線放射や、水の潜熱や顕熱の形で大気に渡りますが、
一方の大気や雲も、赤外線で地表を暖めます。
このような熱交換が地表で行われる一方、
ほとんどが大気から、一部は雲・地表から赤外線放射によって、熱が宇宙空間に逃れ、全体として熱収支はバランスします。
太陽光は緯度によって異なり、また地軸の傾きから季節でも変化します。
これに地球の自転効果（コリオリの力）も影響し、偏西風や貿易風等の大気循環や、海洋循環を起こします。
地球は、円に近い楕円形の軌道を描いて、太陽の周りを1.0000太陽年に1回、公転し、
0.9973平均太陽日に1回、自転しています。
1太陽年とは、太陽が春分点から春分点まで一巡りする時間で、約365.24日です。
地球の歳差により、春分点が移動するため、1太陽年は、1恒星年より短いです。
尚、1恒星年は、恒星が動かないものとして見た時に、地球が太陽の周りを一周する時間として定義される1年で、約365.26日です。
1平均太陽日とは、天の赤道上を等速運動するとした仮想太陽（平均太陽）が、南中してから次に南中するまでの時間をいいます。
自転、公転ともに、天の北極からみて反時計回りです。
太陽に最も接近するのは、1月4日前後、
最も離れるのは、7月5日前後です。
公転の楕円軌道の形は、10万年ほどの周期で変化します。
楕円の軌道離心率は、0.0167です。
地球の赤道面は、公転面に対して、約23度26分傾いています。
この傾きは、自転軸の傾きでもあります。
季節変化の主な要因として、軌道離心率と、自転軸の傾きが考えられますが、
地球の場合、自転軸の傾きによる、太陽高度と日照時間の変化が大きいです。
尚、軌道離心率が0.0167ということは、
太陽に最も接近した時（近日点通過）と、
太陽から最も遠ざかった時（遠日点通過）で、
太陽約3個分、距離が違います（0.01天文単位が、太陽直径程度）。
光量に直すと、約7%の変動ということになります。
離心率や自転軸の傾斜は、
木星等の引力の影響により、数万年周期で変動しています（ミランコビッチ・サイクル）。
公転軌道に対する地球の赤道の傾きは、22度〜24度の範囲を、約4.1万年の周期で変化しています。
地球の自転に要する時間は、6億年前には約22時間であり、1年は約400日でした。
地球誕生直後の1年は、2000日に相当と考えられます。
このように、かつて早かった自転速度は徐々に遅くなっています。
これは、月や太陽の引力によって起こる潮汐作用で動く海水が、自転運動よりも遅く、摩擦抵抗として作用するためです。
10億年後には、地球自転は31時間になると試算されています。
ただし、短期的には必ずしも長くなっているわけではありません。
地球の月は、惑星に対する直径の比率が4分の1強、質量比では81分の1です。
惑星に限れば、これに次ぐものは海王星-トリトン体系の800分の1であり、
これを超えるものは、準惑星である冥王星-カロン体系の7分の1だけです。
月の公転軌道は、地球半径の約60倍で、毎年約3cmずつ遠ざかっています。
地球と月は、互いに重力の影響を与え合う潮汐作用が働いて変形し、長軸方向を向けます。
このため誕生から長い期間をかけ、月は常に長軸方向の面を地球に向けるようになりました。
しかし地球は相対的に大きいため、変形に時間がかかり、自転によって長軸方向が月の公転方向よりも先を向くようになります。
すると地球自転の角運動量が月の公転へ輸送され、加速された月は遠心力で遠ざかり、対して地球の自転は遅くなります。
これは、地球自転と月の公転が一致するまで続き、
約100億年後には、月軌道が地球半径の約85倍になった所で止まると考えられ、地球と月は常に同じ面を向け合うようになるようです。
惑星に対して大きな衛星が存在する事は、地球の自転軸を安定させます。
潮汐力で結びついた地球と月は、一つの角運動系と扱えるため、回転軸は非常に安定したものになります。
自転軸の変動は、地球では3度程のゆれに収まりますが、金星や火星では数十度の変動が起こると考えられます。
自転軸変動の大きさにつれて、惑星気候への影響も大きくなるため、
地球のように大きな衛星を持つ事が、惑星環境を穏やかにする働きを持ち、生命進化を可能とする必要条件の一つとする説もあります。
地球の恒常的な自然衛星は、月のみです。
しかし、地球は近くに接近した地球近傍小惑星を捕獲し、一時的な衛星とする場合があり、
そのような小惑星は常時50個ほどあるとする、シミュレーション結果もあります。
2006 RH120は、直径3mから6mで、2006年9月から2007年6月までの間、地球を3回周回しました。