Có nhiều giả thiết giải thích nguồn gốc của hệ Mặt trời nói chung và Trái đất nói riêng, song tất cả các giả thiết ấy đều chỉ dựa trên các hiểu biết rất ít ỏi hiện nay về hệ Mặt trời, do đó còn gây nhiều tranh cãi. Những bằng chứng hiện có cho thấy rằng, Trái đất là một hành tinh có lớp vỏ cứng xuất hiện cách đây khoảng 4,5 tỷ năm, nằm cách Mặt trời 150 triệu km.
Cấu trúc chính của Trái đất (Hình 1.1) rất ít thay đổi trong 4 tỷ năm gần đây.
Hình 1.1. Cấu trúc của Trái đất [16]
Phần vỏ mỏng bên ngoài của Trái đất, chỉ chiếm 1% khối lượng của Trái đất, nhưng lại đóng vai trò rất quan trọng đối với sự sống và phát triển của loài người.
Bề mặt Trái đất không đều, khoảng 70% bị bao phủ bởi nước với độ sâu trung bình khoảng 4 km (0 − 11 km). Phần còn lại là khối đất với độ cao trung bình 0,84 km (0 − 8,8 km) trên mặt nước biển. Hai phần ba của khối đất này thuộc phần Bắc bán cầu.
Lớp phủ Trong
Nhân
0 − 40 1000 2900
5100 6370 Vỏ
Vỏ lục địa Đại dương
Vỏ đại dương
Lớp phủ trên
Vùng chuyển tiếp
Lớp phủ dưới 0
4 10
60
400
1000 Bề dày (Km)
Ngoài
Lớp phủ Trong
Nhân
0 − 40 1000 2900
5100 6370 Vỏ
Vỏ lục địa Đại dương
Vỏ đại dương
Lớp phủ trên
Vùng chuyển tiếp
Lớp phủ dưới 0
4 10
60
400
1000 Bề dày (Km)
Ngoài
Khối đất chính là lục địa được xác định giới hạn không phải bằng bờ biển, mà bằng mép phần phẳng của đáy đại dương (có thể ở xa bờ), vì vậy lục địa bao gồm cả phần thềm lục địa. Theo cách xác định này thì trong nhiều trường hợp, các đảo ngoài khơi vẫn có thể là một bộ phận của khối đất lục địa gần chúng. Cách xác định phần lục địa này hoàn toàn phù hợp với thực tế về sự khác nhau của thành phần đá lớp vỏ lục địa và đá lớp vỏ đáy đại dương.
Bảng 1.1. Các nguyên tố chính trong các phần cấu trúc của Trái đất [16]
Phần cấu trúc của Trái đất Các nguyên tố chính (theo thứ tự nồng độ giảm dần)
Khí quyển N, O
Đại dương O, H (Cl, Na, Mg, S) Đá trầm tích O, Si, Al, Fe, Ca, K, Mg, C, Na Đá granit từ nham thạch O, Si, Al, K, Na, Ca, Fe, Mg Đá bazan từ nham thạch O, Si, Al, Fe, Ca, Mg
Lớp phủ O, Si, Mg, Fe
Hình 1.2. Mặt cắt ngang của bề mặt Trái đất [16]
Phần đọc thêm: Sự chuyển dịch của các mảng lục địa
Giả thuyết về hoạt động kiến tạo cho rằng lớp vỏ cứng của Trái đất được tạo nên bởi 15 mảng lục địa có kích thước khác nhau lắp ghép lại, trong đó có 9 mảng chính.
Có mảng chỉ chứa toàn đại dương hoặc chỉ chứa phần lục địa, nhưng đa số các mảng lục địa vừa chứa phần đại duơng, vừa chứa phần lục địa.
Dưới tác động của các dòng chuyển dịch bên trong lòng Trái đất, các mảng lục địa luôn trôi dạt trên lớp quyển mềm (asthenosphere). Có 3 kiểu chuyển dịch tương
40 60 80 100
20 0
Núi (8,8 km)
Đất thấp (trung bình 0,84 km) Thềm lục địa
Đại dương (sâu trung bình 4 km) Vực (11 km) Đá trầm tích
Khí quyển
Đá granit từ nham thạch
Đá bazan từ nham thạch Lớp phủ
% bề mặt Trái đất bị chiếm Tầng bình lưu (35 km)
bao gồm tầng ozon (15 km) Tầng đối lưu (15 km)
40 60 80 100
20
0 20 40 60 80 100
0
Núi (8,8 km)
Đất thấp (trung bình 0,84 km) Thềm lục địa
Đại dương (sâu trung bình 4 km) Vực (11 km) Đá trầm tích
Khí quyển
Đá granit từ nham thạch
Đá bazan từ nham thạch Lớp phủ
% bề mặt Trái đất bị chiếm Tầng bình lưu (35 km)
bao gồm tầng ozon (15 km) Tầng đối lưu (15 km)
đối giữa các mảng lục địa liền nhau.
Kiểu chuyển dịch phân kỳ làm cho các mảng lục địa tách xa nhau tạo nên các khe hở để dung nham từ lòng đất trào ra ngoài, khô đặc lại tạo thành các ngọn núi lửa trên đất liền hay các dãy núi ngầm dưới đáy đại dương. Chuyển dịch phân kỳ thường xảy ra ở phần đại dương hơn trên lục địa.
Hình 1.3. Các mảng lục địa chính [7]
Hình 1.4. Sự dịch chuyển của các mảng lục địa [16]
Kiểu chuyển dịch hội tụ làm các mảng lục địa xô đập hay trườn, trượt, đè chồng lên nhau. Khi một mảng lục địa là lục địa còn mảng kia là đại dương thì mảng đại
Tái nóng chảy Vùng lún
xuống
Hoạt động núi lửa Phần vỏ ở đại dương
Phần vỏ ở đại dương Phần vỏ ở lục địa
LỚP PHỦ
Dãy núi ngầm ở đại dương
Mảng lục địa 1 Mảng lục địa 2 Mảng lục địa 3
Đường biên có sự dịch chuyển hội tụ
Đường biên có sự dịch chuyển phân kỳ Tạo núi
Tái nóng chảy Vùng lún
xuống
Hoạt động núi lửa Phần vỏ ở đại dương
Phần vỏ ở đại dương Phần vỏ ở lục địa
LỚP PHỦ
Dãy núi ngầm ở đại dương
Mảng lục địa 1 Mảng lục địa 2 Mảng lục địa 3
Đường biên có sự dịch chuyển hội tụ
Đường biên có sự dịch chuyển phân kỳ Tạo núi
dương sẽ trượt và lún xuống bên dưới mảng lục địa. Phần lún xuống bị nóng chảy, các thành phần vật liệu nóng chảy có khối lượng riêng nhỏ sẽ di chuyển đi lên tạo ra núi, các vật liệu nặng hơn sẽ chìm xuống vào lớp phủ. Khi hai mảng lục địa dịch chuyển hội tụ đều là lục địa sẽ dẫn đến hiện tượng dồn ép các lớp đất đá lên thành các dãy núi cao (dãy Himalayas, Anpes). Khi một phần của mảng lục địa đại dương trượt và lún sâu xuống bên dưới mảng lục địa, thì một phần mảng lục địa mới được hình thành từ đại dương thay thế các phần mảng lục địa đã bị mất đi.
Kiểu chuyển dịch trượt của hai mảng lục địa có thể tạo ra các vết nứt gãy trên mặt đất hay đại dương (ví dụ: vết nứt San Andreas chạy từ thành phố San Francisco cắt ngang bang California (Mỹ) đến tận biên giới Mexico).
1.2.2. Thành phần môi trường của Trái đất
Khi nghiên cứu, người ta thường chia môi trường của Trái đất thành 4 thành phần chính:
khí quyển, thủy quyển, địa quyển và sinh quyển. Ngoài 4 thành phần chính này, các nhà khoa học còn đưa ra khái niệm mới về trí quyển – một thành phần của môi trường Trái đất.
− Khí quyển: là lớp khí bao phủ xung quanh bề mặt Trái đất, nuôi dưỡng sự sống trên mặt đất và bảo vệ chúng trước các tác động có hại từ khoảng không vũ trụ.
Khí quyển hấp thụ hầu hết các tia vũ trụ và một phần đáng kể bức xạ điện từ của Mặt trời chiếu xuống Trái đất.
Khí quyển chỉ cho các bức xạ có bước sóng trong khoảng 320 đến 2500 nm đi qua và ngăn chặn phần bức xạ tử ngoại có bước sóng nhỏ hơn 320 nm, là phần bức xạ gây hủy hoại da.
Khí quyển đóng một vai trò quan trọng trong quá trình cân bằng nhiệt của Trái đất, thông qua khả năng hấp thụ bức xạ hồng ngoại của ánh sáng Mặt trời và phần tái bức xạ từ Trái đất.
Thành phần chính của khí quyển là nitơ và oxy, ngoài ra còn có argon, cacbonic và nhiều chất khí khác có nồng độ nhỏ hơn rất nhiều.
Bảng 1.2. 10 nguyên tố hóa học trong vũ trụ, Trái đất, vỏ Trái đất, đại dương, khí quyển (không khí khô) và sinh quyển (% khối lượng) [16]
Vũ trụ Trái đất Vỏ Trái đất Đại dương Khí quyển Sinh quyển
H : 77 Fe : 35 O : 46,6 O : 85,8 N : 75,5 O : 53
He : 21 O : 29 Si : 29,5 H : 11 O : 23,2 C : 39
O : 0,8 Si : 14 Al : 8,2 Cl : 1,94 Ar : 1,3 H : 6,6
C : 0,3 Mg : 14 Fe : 5,0 Na : 1,05 C : 9,3 × 10−3 N : 0,5 Ne : 0,2 S : 2,9 Ca : 3,6 Mg : 0,13 Ne : 1,3 × 10−3 Ca : 0,4 Fe : 0,1 Ni : 2,4 Na : 2,8 S : 0,09 Kr : 0,45 × 10−3 K : 0,2 Si : 0,07 Ca : 2,1 K : 2,6 Ca : 0,048 He : 72 × 10−6 Si : 0,1 N : 0,06 Al : 1,8 Mg : 2,1 K : 0,039 Xe : 40 × 10−6 P : 0,1 Mg : 0,06 Na : 0,3 Ti : 0,57 Br : 0,007 H : 23 × 10−6 Mg : 0,1
S : 0,04 P : 0,2 H : 0,22 C : 0,003 S : 70 × 10−9 S : 0,07
− Thủy quyển: bao gồm tất cả các nguồn nước: đại dương, biển, sông, suối, hồ, băng ở các cực, nước ngầm,...
Khoảng 97% lượng nước của thủy quyển là nước ở các đại dương. Lượng nước ngọt
con người có thể sử dụng được (nước sông, hồ, suối và nước ngầm) chỉ chiếm chưa đến 1%
lượng nước của thủy quyển.
Nước được con người sử dụng vào các mục đích chính sau: nông nghiệp (30%), nhà máy nhiệt điện (50%), công nghiệp (12%), sinh hoạt (7%).
Nước (bề) mặt ngày càng bị ô nhiễm do thuốc trừ sâu, phân bón trong nước chảy tràn từ đồng ruộng, do các chất thải khác của con người, động vật và sản xuất công nghiệp. Các bệnh lây qua đường nước từ nước thải đô thị đã làm chết hàng triệu người ở các nước đang phát triển.
− Địa quyển (thạch quyển): là phần vỏ Trái đất từ mặt đất đến độ sâu khoảng 100 km, bao gồm các khoáng chất trong lớp phong hóa và đất (đất là hỗn hợp phức tạp bao gồm các chất khoáng, chất hữu cơ, không khí và nước).
− Sinh quyển: là một phần của Trái đất và khí quyển có tồn tại sự sống. Giữa sinh quyển và môi trường có sự tác động qua lại lẫn nhau. Sinh quyển cũng có mối quan hệ chặt chẽ với dòng năng lượng trong môi trường và hóa học môi trường nước.
− Trí quyển (noosphere): là khái niệm để chỉ các dạng thông tin biểu hiện rất phức tạp trong sinh quyển mà trong đó phát triển cao nhất là trí tuệ con người. Trí quyển đang thay đổi nhanh chóng và phạm vi tác động của nó ngày càng mở rộng kể cả ở ngoài phạm vi Trái đất.