La Terre

La Terre est la 3e planète par ordre d'éloignement au Soleil et la 5e plus grande du Système solaire aussi bien par la masse que le diamètre. Par ailleurs, elle est le seul objet céleste connu pour abriter la vie. Elle orbite autour du Soleil en 365,256 j solaires : une année sidérale et réalise une rotation sur elle-même relativement au Soleil en 23 h 56' 04" : un jour sidéral, soit un peu moins que son jour solaire de 24 h du fait de ce déplacement autour du Soleil. L'axe de rotation de la Terre possède une inclinaison de 23°, ce qui cause l'apparition des saisons.

D'après la datation radiométrique, la Terre s'est formée il y a 4,54 milliards d'années. Elle possède un unique satellite naturel, la Lune, qui s'est formée peu après. L'interaction gravitationnelle avec son satellite crée les marées, stabilise son axe de rotation et réduit graduellement sa vitesse de rotation. La vie serait apparue dans les océans il y a au moins 3,5 milliards d'années, ce qui a affecté l'atmosphère et la surface terrestre par la prolifération d'organismes d'abord anaérobies puis, à la suite de l'explosion cambrienne, aérobies. Une combinaison de facteurs tels que la distance de la Terre au Soleil, environ 150 millions de kilomètres, son atmosphère, sa couche d'ozone, son champ magnétique et son évolution géologique ont permis à la vie d'évoluer et de se développer. Durant l'histoire évolutive du vivant, la biodiversité a connu de longues périodes d'expansion occasionnellement ponctuées par des extinctions massives ; environ 99 % des espèces qui ont un jour vécu sur Terre sont maintenant éteintes.

En 2020, plus de 7,7 milliards d'êtres humains vivent sur Terre et dépendent de sa biosphère et de ses ressources naturelles pour leur survie.

La Terre est la planète la plus dense du Système solaire ainsi que la plus grande et massive des quatre planètes telluriques. Son enveloppe rigide appelée la lithosphère est divisée en différentes plaques tectoniques qui migrent de quelques centimètres par an. Environ 71 % de la surface de la planète est couverte d'eau, notamment des océans, mais aussi des lacs et rivières, constituant l'hydrosphère et les 29 % restants sont des continents et des îles. La majeure partie des régions polaires est couverte de glace, notamment avec l'inlandsis de l'Antarctique et la banquise de l'océan Arctique. La structure interne de la Terre est géologiquement active, le noyau interne solide et le noyau externe liquide, composés tous deux essentiellement de fer, permettant notamment de générer le champ magnétique terrestre par effet dynamo et la convection du manteau terrestre, composé de roches silicatées étant la cause de la tectonique des plaques.

Chronologie

L'âge de la Terre est aujourd'hui estimé à 4,54 milliards d'années. L'histoire de la Terre est divisée en 4 grands intervalles de temps, dits éons, dont la frise est donnée ci-dessous en millions d'années :

Vue d'artiste de l'impact géant entre Théia et la Terre

Théia ou Orphée est une protoplanète d’une taille semblable à celle de Mars, qui aurait percuté la Terre il y a environ 4 milliards d’années. Cet événement aurait expulsé dans l'espace de grandes quantités de matière, qui se seraient ensuite agglomérées sous l'effet de la gravitation, donnant naissance à la Lune.

Théia est un nom tiré de la mythologie grecque : Théia était une titanide qui donna naissance à Séléné, (Déesse de la Lune) et sœur d'Hélios (le Soleil) et d'Éos (l'Aurore).

Impact de 2 planétésimaux

La principale raison qui pousse une majorité de scientifiques et de spécialistes à retenir cette hypothèse est que, comparativement aux lunes des différentes planètes du Système solaire, celle de la Terre est beaucoup plus grande que la moyenne et sa distance avec la Terre est inférieure à celle entre les autres planètes et leurs lunes. Il est donc très peu probable qu'il s'agisse d'un corps céleste capturé gravitationnellement, comme pour plusieurs lunes des autres planètes.

L'hypothèse propose donc, que Théia se soit formée à un point de Lagrange du système Terre / Soleil, probablement L4 ou L5, les plus stables ; à la même distance du Soleil que la Terre, mais formant avec eux un triangle équilatéral. Après que Théia a atteint la taille actuelle de Mars, les autres planètes auraient pu la déstabiliser par leur influence gravitationnelle, pour finir par aboutir à sa collision avec la Terre.

Toutefois, d'autres origines dans le Système solaire sont également plausibles : Théia pourrait être un gros astéroïde de la ceinture principale, un parent de la planète naine Cérès ou un corps céleste formé au-delà de l'orbite de Neptune.

Statut astronomique

Animation à échelles non respectées de Théia se formant à un point de Lagrange du système Terre / Soleil
Perturbée par la gravité entre en collision et aide à la formation de la Lune
L'animation progresse au rythme d'une année par image et donne l'impression que
la Terre ne bouge pas
La vue est prise du pôle sud

Au sens strict de la définition actuelle de l'Union astronomique internationale, Théia n'était pas une planète : une planète doit avoir éliminé tous les corps célestes sur une orbite proche. Théia ne l'a pas fait, puisque la proto-Terre se situait sur une orbite proche, et la Terre est justement une planète parce qu'elle a éliminé Théia. La définition ne permet pas à plusieurs planètes d'exister sur la même orbite.

Néanmoins, le système Terre / Théia peut aussi être considéré comme ayant initialement formé un système de 2 planètes co-orbitales, auquel cas le terme de planète pourrait être utilisé pour les deux corps en l'absence de précision pour ce cas spécifique ou en considérant comme précise mais absurdement tranchante la définition actuelle. En ce sens, Théia serait aujourd'hui considérée comme une planète naine. Le terme de planète troyenne plus approprié que satellite troyen dans le cas présent est également à considérer.

Cependant, on peut légitimement objecter que la définition actuelle de l'UAI doit être comprise pour un système à l'équilibre ou presque, des rencontres résiduelles existant toujours, bien que ce ne soit pas explicitement mentionné dans la définition donnée par l'institution. Le Système solaire actuel est bien dans ce cas, mais pas celui de l'époque où cet événement est supposé s'être produit. Selon cette dernière considération, la définition actuelle de planète pourrait donc ne pas être vraiment utilisable. Tant pour la proto-Terre que pour Théia, le terme de proto-planète ; étape entre planétésimal et planète, dont on peut noter qu'il n'a pas de définition officielle semble donc plus approprié.

Éon Hadéen

De l'Hadès (enfer) en grec : période de la formation de la Terre, ainsi nommée en raison des conditions extrêmement variables qui y régnèrent, dépassant largement la fourchette de températures compatible avec la chimie de la vie, sans compter des chocs majeurs comme celui entre Gaïa et Théia, à l'origine de la Lune.

L'Hadéen débute il y a 4,54 milliards d'années, lorsque la Terre se forme en même temps que les autres planètes à partir d'une nébuleuse solaire, une masse de poussières et de gaz en forme de disque, détachée du Soleil en formation.

La formation de la Terre par accrétion se termine en moins de 20 millions d'années. Initialement en fusion, la couche externe de la Terre se refroidit pour former une croûte solide lorsque l'eau commence à s'accumuler dans l'atmosphère, aboutissant aux premières pluies et aux premiers océans. La Lune se forme peu de temps après, il y a 4,53 milliards d'années. Le consensus concernant la formation de la Lune est l'hypothèse de l'impact géant, selon laquelle un impacteur communément appelé Théia, de la taille de Mars et de masse environ égale au dixième de la masse terrestre, serait entré en collision avec la Terre. Dans ce modèle, une partie de cet objet se serait agglomérée avec la Terre tandis qu'une autre partie, mêlée avec environ 10 % de la masse totale de la Terre, aurait été éjectée dans l'espace puis se serait agglomérée pour former la Lune.

L'activité volcanique qui suit l'impact, associée aux très importantes températures jusqu'à 10 000°, produit une atmosphère primitive par dégazage. De la vapeur d'eau condensée ayant plusieurs origines possibles, mêlée à de la glace apportée par des comètes, produit les océans lorsque les températures baissent. Les gaz à effet de serre de cette atmosphère permettent de maintenir une température compatible avec la présence d'eau liquide à la surface de la Terre et empêchent les océans de geler alors que la planète ne recevait qu'environ 70 % de la luminosité solaire actuelle.

Deux principaux modèles sont proposés pour expliquer la vitesse de croissance continentale :

Une croissance constante jusqu'à nos jours ;
Une croissance rapide au début de l'histoire de la Terre ;

Le consensus est que la deuxième hypothèse est la plus probable avec une formation rapide de la croûte continentale suivie par de faibles variations de la surface globale des continents. Sur une échelle de temps de plusieurs centaines de millions d'années, les continents ou supercontinents se forment ainsi puis se divisent.

Avec l'Archéen et le Protérozoïque, ils forment un superéon nommé le Précambrien.

Éon Archéen

Très ancien en grec :

Éoarchéen - aube du très-ancien en grec ;
Paléoarchéen - ancien très-ancien en grec ;
Mésoarchéen - moyen très-ancien en grec ;
Néoarchéen - nouveau très-ancien en grec ;

Archéen

L'Archéen débute il y a environ 4 milliards d'années et est l'éon marqué par les premières traces de vie. En effet, il est supposé qu'une activité chimique intense dans un milieu hautement énergétique a alors permis de produire une molécule capable de se reproduire. La vie elle-même serait apparue entre 200 millions et 500 millions d'années plus tard, avant environ − 3,5 Ga, point de départ de l'évolution de la biosphère. Par ailleurs, la date d'apparition du dernier ancêtre commun universel est estimée entre − 3,5 et − 3,8 Ga.

Parmi les premiers signes de vie, on trouve notamment des biomolécules dans du granite âgé de 3,7 Ga au Groenland ou des traces de carbone potentiellement biogène dans un zircon âgé de 4,1 Ga en Australie. Cependant, la plus ancienne preuve fossilisée de micro-organismes date d'il y a 3,5 Ga et a également été trouvée en Australie.

Par ailleurs, vers − 3,5 milliards d'années, le champ magnétique terrestre se forme et permet d'éviter à l'atmosphère d'être emportée par le vent solaire.

Éon Protérozoïque

Vie première en grec

Paléoprotérozoïque - ancienne vie première en grec ;
Sidérien - ferreux (épais dépôts de fer rubané) ;
Rhyacien - torrent de lave en grec (le nom parle de lui-même) ;
Orosirien - chaîne de montagnes en grec (surrection de chaînes) ;
Stathérien - stabilisé en grec (il s'agit des socles continentaux) ;
Mésoprotérozoïque - moyenne vie première en grec ;
Calymmien - couvert en grec (sédimentation par-dessus les socles) ;
Ectasien - étendu en grec (extension des sédiments) ;
Sténien - étroit en grec (étroites ceintures métamorphiques) ;
Néoprotérozoïque - nouvelle vie première en grec ;
Tonien - étiré en grec (fragmentation du continent Rodinien) ;
Cryogénien - engendrant du froid en grec (terre boule de neige) ;
Édiacarien - d'Ediacara (site australien) ;

Le Protérozoïque débute il y a 2,5 Ga et marque l'apparition de la photosynthèse chez les cyanobactéries, produisant de l’oxygène libre O₂ et formant des stromatolithes. Cela conduit à un bouleversement écologique majeur vers − 2,4 Ga, appelé la Grande Oxydation, en formant la couche d'ozone et en faisant graduellement évoluer l'atmosphère alors riche en méthane en celle actuelle, composée essentiellement de diazote et de dioxygène. C'est toujours la photosynthèse qui permet de maintenir le taux d'oxygène dans l'atmosphère terrestre et qui est à l'origine de la matière organique, essentielle à la vie sur Terre.

Du fait de l'augmentation de la concentration en oxygène dans l’atmosphère, des organismes multicellulaires appelés eucaryotes bien que certains d'entre eux sont unicellulaires, plus complexes, voient le jour par un mécanisme supposé être l'endosymbiose. Les plus anciens retrouvés datent de − 2,1 Ga et ont été appelés Gabonionta, car découverts au Gabon. Les eucaryotes forment par la suite des colonies et, protégés des rayons ultraviolets par la couche d'ozone, ces formes de vie pourraient avoir dès lors colonisé la surface de la Terre.

De − 750 millions à − 580 millions d'années, pendant le Néoprotérozoïque, la Terre aurait connu une ou plusieurs séries de glaciations globales qui auraient couvert la planète d'une couche de glace. Cette hypothèse est nommée Snowball Earth (Terre boule de neige), et est d'un intérêt particulier parce qu'elle précède directement l'explosion cambrienne et pourrait avoir déclenché l'évolution de la vie multicellulaire.

Par ailleurs, le plus vieux des supercontinents connus, Rodinia, commence à se disloquer il y a environ 750 millions d'années. Les continents entre lesquels il s'est divisé se recombinent plus tard pour former Pannotia, il y a 650 millions à 540 millions d'années.

Éon Phanérozoïque

Vie visible en grec (fossiles visibles à l'œil nu) :

Ère Paléozoïque

Vie ancienne en grec

Jadis appelé Primaire

On pensait initialement que l'histoire de la Terre commençait par cette ère, il y a ~ 541 Ma.

Cambrien - de Cambrie (ancien nom du Pays de Galles) ;
Ordovicien - des Ordovices (ancienne tribu galloise) ;
Silurien - des Silures (ancienne tribu galloise) ;
Dévonien - du Devon (comté anglais des Cornouailles) ;
Carbonifère - porteur de charbon (présence de nombreux dépôts de charbon) ;
Permien - de Perm (ville russe) ;

Ère Mésozoïque

Vie moyenne en grec

Jadis appelé Secondaire

Trias - triple (en référence à ses 3 époques) ;
Jurassique - du Jura (Jura souabe) ;
Crétacé - crayeux (aux épais dépôts de craie) ;

Ère Cénézoïque

Vie récente en grec

Regroupe les anciennes ères Tertiaire et Quaternaire

Paléogène - anciennement engendrée en grec ;

Paléocène - anciennement récente en grec ;
Éocène - aube du récent en grec ;
Oligocène - peu de nouveau en grec ;
Néogène - nouvellement engendrée en grec ;
Miocène - moins récente en grec ;
Pliocène - suite du récent en grec ;

Quaternaire - le statut du Quaternaire a changé en 2009
Considéré auparavant comme une ère (a été rétrogradé à celui de période)
Malgré son étymologie qui le rattache aux anciennes appellations des ères du Phanérozoïque (le terme a été conservé pour des raisons de notoriété)

Pléistocène - en grande partie récente en grec ;
Holocène - entièrement récente en grec ;

Le Phanérozoïque est marqué par l'apparition des premiers animaux à coquille. Il débute il y a 541 ± 0,1 millions d'années et s'étend jusqu'à nos jours. Son commencement coïncide avec l'explosion cambrienne, l'apparition rapide de la plupart des grands embranchements actuels de métazoaires (animaux pluricellulaires).

Le dernier supercontinent, la Pangée, se forme il y a approximativement 335 millions d'années puis commence à se disloquer il y a 175 millions d'années.

Pendant cet éon, la biosphère a connu 5 extinctions massives. La dernière d'entre elles se produit il y a 66 millions d'années, sa cause généralement admise étant une météorite entrée en collision avec la Terre qui aurait créé l'impact de Chicxulub. La conséquence est l'extermination des dinosaures (exceptés les aviens) et d'autres grands reptiles, affectant sans les éteindre de plus petits animaux comme les mammifères, les oiseaux, ou encore les lézards.

Au cours des 66 Ma suivants, les mammifères se sont diversifiés et, il y a environ 6 Ma, des hominiens comme le Orrorin tugenensis développent la capacité de se tenir debout. S'en est suivi un développement simultané de l'utilisation d'outils et du développement du cerveau au cours de l'histoire évolutive de la lignée humaine. Le développement de l'agriculture puis des civilisations a permis aux humains d'avoir une influence sur la Terre, la nature et les autres formes de vie.

Le schéma actuel de périodes glaciaire s'établit au cours du Pléistocène il y a environ 2,6 Ma. Depuis, les régions de latitudes hautes connaissent des cycles de glaciation d'environ 80 000 ans, la dernière s'étant achevée il y a environ 10 000 ans.

Futur

Ligne de temps illustrant le cycle évolutif du Soleil

Le futur de la Terre est très lié à celui du Soleil. Du fait de l'accumulation d'hélium dans le cœur de l'étoile, sa luminosité solaire augmente lentement à l'échelle des temps géologiques. Ainsi, la luminosité va croître de 10 % au cours des 1,1 milliard années à venir et de 40 % sur les prochaines 3,5 milliards d'années. Les modèles climatiques indiquent que l'accroissement des radiations atteignant la Terre aura probablement des conséquences dramatiques sur la pérennité de son climat terrestre, notamment la disparition des océans.

La Terre devrait cependant rester habitable pendant encore plus de 500 millions d'années, cette durée pouvant passer à 2,3 milliards d'années si la pression atmosphérique diminue en retirant une partie de l'azote de l'atmosphère.

L'augmentation de la température terrestre va accélérer le cycle du carbone inorganique, réduisant sa concentration à des niveaux qui pourraient devenir trop faibles pour les plantes dans environ 500 millions à 900 millions d'années. La réduction de la végétation entraînera la diminution de la quantité d'oxygène dans l'atmosphère, ce qui provoquera la disparition progressive de la plupart des formes de vie animales.

Ensuite, la température moyenne de la Terre augmentera plus vite en raison de l'emballement de l'effet de serre par la vapeur d'eau. Dans 1 Ga à 1,7 Ga, la température sera si élevée que les océans s'évaporeront, précipitant le climat de la Terre dans celui de type vénusien, et faisant disparaître toute forme simple de vie à la surface de la Terre.

Même si le Soleil était éternel et stable, le refroidissement interne de la Terre entraînerait la baisse du niveau de CO ₂/span> du fait d'une réduction du volcanisme et 35 % de l'eau des océans descendrait dans le manteau du fait de la baisse des échanges au niveau des dorsales océaniques.

Dans le cadre de son évolution, le Soleil deviendra une géante rouge dans plus de 5 milliards d'années. Les modèles prédisent qu'il gonflera jusqu'à atteindre environ 250 fois son rayon actuel.

Le destin de la Terre est moins clair.

En tant que géante rouge, le Soleil devrait perdre environ 30 % de sa masse. Ainsi, sans prendre en compte les effets de marée, la Terre se déplacerait sur une orbite à 1,7 AU (AU = voir le Lexique) (environ 250 millions de km) du Soleil lorsque celui-ci atteindra son rayon maximal de 1,2 AU (environ 180 millions de km). Dans ce modèle, la planète ne devrait donc pas être engloutie par les couches externes du Soleil même si l'atmosphère restante finira par être soufflée dans l'espace, et la croûte terrestre finira par fondre pour se transformer en un océan de lave, lorsque la luminosité solaire atteindra environ 5 000 fois son niveau actuel. Cependant, une simulation de 2008 indique que l'orbite terrestre va se modifier du fait des effets de marées et poussera en réalité la Terre à entrer dans l'atmosphère du Soleil où elle sera absorbée et vaporisée ; tout comme Mercure et Vénus mais pas Mars.

Forme et taille

Forme

Ellipsoïde de révolution oblate

Distances entre le relief de la surface et le centre de la Terre avec exagération verticale

La forme de la Terre est approchée par un ellipsoïde de révolution, une sphère aplatie aux pôles. Plus précisément, elle est dite oblate (ou aplatie), car son axe secondaire est aussi son axe de rotation. En effet, la rotation de la Terre entraîne un aplatissement aux pôles du fait de la force centrifuge, de sorte que le rayon terrestre à l’équateur est environ 21 kilomètres plus grand que celui aux pôles Nord et Sud, soit une variation de moins de 1 % du rayon. Le diamètre moyen du sphéroïde de référence (appelé géoïde), la surface équipotentielle du champ de pesanteur terrestre, c'est-à-dire la forme qu'adopteraient les océans terrestres en l'absence de continents et de perturbations comme le vent, est d'environ 12 742 km, ce qui est approximativement 40 075 km/^π car le mètre était initialement défini comme 1/10 000 000e (dix-millionième) de la distance de l'équateur au pôle Nord en passant par Paris donc un demi méridien terrestre.

Les plus grandes variations dans la surface rocheuse de la Terre sont l'Everest (8 849 m au-dessus du niveau de la mer), soit une variation de 0,14 % du rayon et la Fosse des Mariannes (10 984 ± 25 m sous le niveau de la mer) , soit une variation de 0,17 %. Du fait de l'aplatissement aux pôles et du plus grand diamètre à l'équateur, les lieux les plus éloignés du centre de la Terre sont les sommets du Chimborazo en Équateur quand bien même, il culmine à 6 263 km du niveau de la mer suivi du Huascarán au Pérou, et non l'Everest comme cela est parfois pensé. Pour la même raison, l'embouchure du Mississippi est plus éloignée du centre de la Terre que sa source.

Par ailleurs, du fait de sa forme, la circonférence de la Terre est de 40 075,017 km à l'équateur et de 39 940,653 km pour un méridien.

Rayon

Le rayon équatorial de la Terre est de 6 378,137 km alors que le rayon polaire est de 6 356,752 km. De plus, la distance entre son centre et la surface varie également selon les caractéristiques géographiques de 6 352,8 km au fond de l'océan Arctique à 6 384,4 km au sommet du Chimborazo. Du fait de ces variations, le rayon moyen d'une planète selon le modèle d'une ellipsoïde est défini par convention par l'Union géodésique et géophysique internationale comme étant égal à :

où a le rayon équatorial et b le rayon polaire.

Pour la Terre, cela donne donc R 1 = 6 371,008 8 km.

Masse

La masse de la Terre est déterminée en divisant le paramètre gravitationnel standard µ = GM (aussi appelé, dans le cas de la Terre, constante gravitationnelle géocentrique) , par la constante de gravitation G. De fait, la précision de sa mesure est donc limitée par celle de G, le produit GM pouvant être déduit pour un corps disposant de satellites avec grande précision grâce à des mesures d'accélération gravitationnelle GM / d² (où d la distance planète-satellite). Parmi les expériences célèbres pour la mesure de cette masse, on compte notamment l'expérience de Cavendish (à l'aide d'un pendule de torsion pour déterminer G) et des méthodes liées au calcul de la densité de la Terre.

L'UAI donne pour estimation 𝑀⊕ = (5.9722 ± 0.0006) × 10^{24 kg}

Composition et structure

La Terre est une planète tellurique, c'est-à-dire une planète essentiellement rocheuse à noyau métallique, contrairement aux géantes gazeuses telles que Jupiter, essentiellement constituées de gaz légers : hydrogène et hélium. Il s'agit de la plus grande des quatre planètes telluriques du Système solaire, que ce soit par la taille ou la masse. De ces quatre planètes, la Terre a aussi la masse volumique globale la plus élevée, la plus forte gravité de surface, le plus puissant champ magnétique global, la vitesse de rotation la plus élevée et est probablement la seule avec une tectonique des plaques active.

La surface externe de la Terre est divisée en plusieurs segments rigides appelés plaques tectoniques, qui migrent de quelques centimètres par an et connaissent ainsi des déplacements majeurs sur la surface de la planète à l'échelle géologique. Environ 71 % de la surface est couverte d'océans d'eau salée, les 29 % restants étant des continents et des îles. L'eau liquide, nécessaire à la vie telle que nous la connaissons, est très abondante sur Terre, et aucune autre planète n'a encore été découverte avec de telles étendues d'eau liquide : lacs, mers, océans à sa surface.

Composition chimique

Tableau N° 01

La Terre est principalement composée :

De fer (32,1 %)
D'oxygène (30,1 %)
De silicium (15,1 %)
De magnésium (13,9 %)
De soufre (2,9 %)
De nickel (1,8 %)
De calcium (1,5 %)
D'aluminium (1,4 %)

Le reste (1,2 %) consistant en des traces d'autres éléments.

Les éléments les plus denses ayant tendance à se concentrer au centre de la Terre : phénomène de différenciation planétaire, il est estimé que le cœur de la Terre est composé majoritairement :

De fer (88,8 %)
Une plus petite quantité de nickel (5,8 %)
De soufre (4,5 %)
Moins de 1 % d'autres éléments

Le géochimiste F. W. Clarke a calculé que 47 % en poids, soit 94 % en volume de la croûte terrestre était faite d'oxygène, présent principalement sous forme d'oxydes, dont les principaux sont :

Les oxydes de silicium sous forme de silicates
Les oxydes d'aluminium
Les oxydes de fer
Les oxydes de calcium
Les oxydes
Les oxydes de potassium
Les oxydes de sodium

La Silice est le constituant majeur de la croûte, sous forme de pyroxénoïdes, les minéraux les plus communs des roches magmatiques et métamorphiques. Après une synthèse basée sur l'analyse de nombreux types de roches, Clarke a obtenu les pourcentages présentés dans le tableau ci-dessus (Tableau N° 01).

Structure interne

L'intérieur de la Terre, comme celui des autres planètes telluriques, est stratifié, c'est-à-dire organisé en couches concentriques superposées, ayant des densités croissantes avec la profondeur. Ces diverses couches se distinguent par leur nature pétrologique et leurs propriétés physiques, changements d'état physique, propriétés rhéologiques.

La couche extérieure de la Terre solide, fine à très fine relativement au rayon terrestre, s'appelle la croûte

Elle est solide, et chimiquement distincte du manteau, solide, sur lequel elle repose

Sous l'effet combiné de la pression et de la température, avec la profondeur, le manteau passe d'un état solide fragile : cassant, sismogène, lithosphérique à un état solide ductile ; plastique, asthénosphérique, et donc caractérisé par une viscosité plus faible, quoique encore extrêmement élevée.

La surface de contact entre la croûte et le manteau est appelée le Moho ; il se visualise très bien par les méthodes sismiques du fait du fort contraste de vitesse des ondes sismiques, entre les 2 côtés.

L'épaisseur de la croûte varie de 6 km sous les océans jusqu'à plus de 50 km en moyenne sous les continents.

La croûte et la partie supérieure froide et rigide du manteau supérieur sont appelés lithosphère

Leur comportement horizontalement rigide à l'échelle du million à la dizaine de millions d'années est à l'origine de la tectonique des plaques. L'asthénosphère se trouve sous la lithosphère et est une couche convective, relativement moins visqueuse sur laquelle la lithosphère se déplace en plaques minces. Des changements importants dans la structure cristallographique des divers minéraux du manteau, qui sont des changements de phase au sens thermodynamique, vers respectivement les profondeurs de 410 km et de 670 km sous la surface, encadrent une zone dite de transition, définie initialement sur la base des premières images sismologiques.

On appelle manteau supérieur la couche qui va du Moho à la transition de phase vers 670 km de profondeur, la transition à 410 km de profondeur étant reconnue pour ne pas avoir une importance majeure sur le processus de convection mantellique, au contraire de l'autre. Par conséquent, on appelle manteau inférieur la zone comprise entre cette transition de phase à km de profondeur et la limite noyau-manteau.

Sous le manteau inférieur, le noyau terrestre, composé d'environ 88 % de fer, constitue une entité chimiquement originale de tout ce qui est au-dessus, à savoir la Terre silicatée. Ce noyau est lui-même stratifié en un noyau externe liquide et très peu visqueux, qui entoure un noyau interne solide, également appelé graine.

Cette graine résulte de la cristallisation du noyau du fait du refroidissement séculaire de la Terre. Cette cristallisation, par la chaleur latente qu'elle libère, est source d'une convection du noyau externe, laquelle est la source du champ magnétique terrestre. L'absence d'un tel champ magnétique sur les autres planètes telluriques laisse penser que leurs noyaux métalliques, dont les présences sont nécessaires pour expliquer les données astronomiques de densité et de moment d'inertie, sont totalement cristallisés. Selon une interprétation encore débattue de données sismologiques, le noyau interne terrestre semblerait tourner à une vitesse angulaire légèrement supérieure à celle du reste de la planète, avançant relativement de 0,1° à 0,5° par an.

Chaleur

La chaleur interne de la Terre est issue d'une combinaison de l'énergie résiduelle issue de l'accrétion planétaire environ 20 % et de la chaleur produite par les éléments radioactifs : 80 %. Les principaux isotopes producteurs de chaleur de la Terre sont :

Le potassium 40 ;
L'uranium 238 ;
L'uranium 235 ;
Le thorium 232 ;

Au centre de la planète, la température pourrait atteindre 6 726,85° et la pression serait de 360 GPa (GPa = voir le Lexique). Comme la plus grande partie de la chaleur est issue de la désintégration des éléments radioactifs, les scientifiques considèrent qu'au début de l'histoire de la Terre, avant que les isotopes à courte durée de vie ne se soient désintégrés, la production de chaleur de la Terre aurait été bien plus importante. Cette production supplémentaire, 2 fois plus importante il y a 3 milliards d'années qu'aujourd'hui, aurait accru les gradients de températures dans la Terre et donc le rythme de la convection mantellique et de la tectonique des plaques. Cela aurait permis la formation de roches ignées comme les komatiites, qui ne sont plus formées aujourd'hui.

La perte moyenne de chaleur par la Terre est de 87 mW / m² pour une perte globale de 4,42 × 10 ^{13 W} (44,2 TW). Une portion de l'énergie thermique du noyau est transportée vers la croûte par des panaches, une forme de convection où des roches semi-fondues remontent vers la croûte. Ces panaches peuvent produire des points chauds et des trapps. La plus grande partie de la chaleur de la Terre est perdue à travers la tectonique des plaques au niveau des dorsales océaniques. La dernière source importante de perte de chaleur est la conduction à travers la lithosphère, la plus grande partie ayant lieu dans les océans, car la croûte y est plus mince que celle des continents, surtout au niveau des dorsales.

Plaques tectoniques

Tableau N° 02

Les plaques tectoniques sont des segments rigides de lithosphère qui se déplacent les uns par rapport aux autres. Les relations cinématiques qui existent aux frontières des plaques peuvent être regroupées en 3 domaines :

Des domaines de convergence où 2 plaques se rencontrent ;
Des domaines de divergence où 2 plaques se séparent ;
Des domaines de transcurrence où les plaques se déplacent latéralement les unes par rapport aux autres

Les tremblements de terre, l'activité volcanique, la formation des montagnes et des fosses océaniques sont plus fréquents le long de ces frontières. Le mouvement des plaques tectoniques est lié aux mouvements de convection ayant lieu dans le manteau terrestre.

Lorsque la densité de la lithosphère dépasse celle de l'asthénosphère sous-jacente, la première plonge dans le manteau, formant une zone de subduction. Au même moment, la remontée adiabatique du manteau asthénosphérique amène à la fusion partielle des péridotites, ce qui forme du magma au niveau des frontières divergentes et crée des dorsales. La combinaison de ces processus permet un recyclage continuel de la lithosphère océanique qui retourne dans le manteau. Par conséquent, la plus grande partie du plancher océanique est âgée de moins de 100 millions d'années. La plus ancienne croûte océanique est localisée dans l'ouest du Pacifique et a un âge estimé de 200 millions d'années. Par comparaison, les éléments les plus anciens de la croûte continentale sont âgés de 4 030 millions d'années.

Il existe 7 principales plaques :

Pacifique ;
Nord-Américaine ;
Eurasienne ;
Africaine ;
Antarctique ;
Australienne ;
Sud-Américaine ;

Parmi les plaques importantes, on peut également citer les plaques Arabique, Caraïbe, Nazca à l'ouest de la côte occidentale de l'Amérique du Sud et la plaque Scotia dans le sud de l'océan Atlantique. La plaque indienne s'est enfoncée sous la plaque eurasienne par subduction, créant le plateau tibétain et l'Himalaya. Les plaques océaniques sont les plus rapides : la plaque de Cocos avance à un rythme de 75 mm / an et la plaque pacifique à 52 – 69 mm / an. À l'autre extrême, la plus lente est la plaque eurasienne progressant à une vitesse de 21 mm / an.

Surface

Le relief de la Terre diffère énormément suivant le lieu.

Environ 70,8 % de la surface du globe est recouverte par de l'eau et une grande partie du plateau continental se trouve sous le niveau de la mer. Les zones submergées ont un relief aussi varié que les autres dont une dorsale océanique faisant le tour de la Terre ainsi que :

Des volcans sous-marins ;
Des fosses océaniques ;
Des canyons sous-marins
Des plateaux et des plaines abyssales ;

Les 29,2 % non recouvertes d'eau sont composés :

De montagnes ;
De déserts ;
De plaines ;
De plateaux et d'autres géomorphologies ;

La surface planétaire subit de nombreuses modifications du fait de la tectonique des plaques et de l'érosion. Les éléments de surface construits ou déformés par la tectonique sont sujets à une météorisation constante du fait des précipitations, des cycles thermiques et des effets chimiques. Les glaciations, l'érosion du littoral, la construction des récifs coralliens et les impacts météoritiques contribuent également aux modifications du paysage.

Relevé altimétrique et bathymétrique de la Terre

La lithosphère continentale est composée de matériaux de faible densité comme les roches ignées (granite et andésite). Le basalte est moins fréquent et cette roche volcanique dense est le principal constituant du plancher océanique. Les roches sédimentaires se forment par l'accumulation de sédiments qui se compactent. Environ 75 % des surfaces continentales sont recouvertes de roches sédimentaires même si elles ne représentent que 5 % de la croûte. Le troisième type de roche rencontré sur Terre est la roche métamorphique, créée par la transformation d'autres types de roche en présence de hautes pressions, de hautes températures ou les 2. Parmi les silicates les plus abondants de la surface terrestre, on peut citer le quartz, le feldspath, l'amphibole, le mica, le pyroxène et l'olivine.

Les carbonates courants sont la calcite et la dolomite.

La pédosphère est la couche la plus externe de la Terre. Elle est composée de sol et est sujette au processus de formation du sol. Elle se trouve à la rencontre de la lithosphère, de l'atmosphère, de l'hydrosphère et de la biosphère.

L'altitude de la surface terrestre de la Terre varie de − 418 m au niveau des rives de la mer Morte à 8 849 m au sommet de l'Everest. L'altitude moyenne des terres émergées est de 840 m au-dessus du niveau de la mer.

Hydrosphère

Histogramme rétro-cumulé d'élévation de la Terre
Aussi appelé courbe hypsométrique terrestre

L'abondance de l'eau sur la surface de la Terre est une caractéristique unique qui distingue la planète bleue des autres planètes du Système solaire.

L'hydrosphère terrestre est principalement composée par les océans, mais techniquement, elle inclut également les mers, les lacs, les rivières et les eaux souterraines. La Challenger Deep de la fosse des Mariannes dans l'océan Pacifique est le lieu immergé le plus profond avec une profondeur de 10 911 m.

La masse des océans est d'environ 1,37 × [NNBSP] 10^{18 t}, soit environ 1/4 400e de la masse totale de la Terre.

Les océans couvrent une superficie de 3,618 × 108 km² avec une profondeur moyenne de 3 682 m, soit un volume estimé à 1,332 × 109 km³. Environ 97,5 % de l'eau terrestre est salée. Les 2,5 % restants sont composés d'eau douce, mais environ 68,7 % de celle-ci est immobilisée sous forme de glace.

La salinité moyenne des océans est d'environ 35 gr de sel par kilogramme d'eau de mer (35 ‰). La plupart de ce sel a été libéré par l'activité volcanique ou par l'érosion des roches ignées. Les océans sont également un important réservoir de gaz atmosphériques dissous qui sont essentiels à la survie de nombreuses formes de vie aquatiques.

L'eau de mer a une grande influence sur le climat mondial du fait de l'énorme réservoir de chaleur que constituent les océans. Par ailleurs, des changements dans les températures océaniques peuvent entraîner des phénomènes météorologiques très importants comme El Niño.

Atmosphère

La Terre est entourée d'une enveloppe gazeuse qu'elle retient par attraction gravitationnelle : l'atmosphère. L'atmosphère de la Terre est intermédiaire entre celle, très épaisse, de Vénus, et celle, très ténue, de Mars. La pression atmosphérique au niveau de la mer est en moyenne de 101 325 Pa, soit 1 atm par définition. L'atmosphère est constituée en volume :

De 78,08 % d'azote ;
De 20,95 % d'oxygène ;
De 0,9340 % d'argon ;
De 0,0415 % (ou 415 ppmv) soit 0,0630 % (ou 630 ppmm) de dioxyde de carbone ;
De divers autres gaz dont de la vapeur d'eau ;

La hauteur de la troposphère varie avec la latitude entre 8 km aux pôles et 17 km à l'équateur, avec quelques variations résultant de facteurs météorologiques et saisonniers.

La biosphère de la Terre a fortement altéré son atmosphère. La photosynthèse à base d'oxygène apparue il y a plus de 2,5 milliards d'années a contribué à former l'atmosphère actuelle, principalement composée de diazote et de dioxygène, pendant la Grande Oxydation. Ce changement a permis la prolifération d'organismes aérobies de même que la formation de la couche d'ozone bloquant les rayons ultraviolets émis par le Soleil.

L'atmosphère favorise également la vie en transportant la vapeur d'eau, en fournissant des gaz utiles, en faisant brûler les petites météorites avant qu'elles ne frappent la surface et en modérant les températures. Ce dernier phénomène est connu sous le nom d'effet de serre : des molécules présentes en faible quantité dans l'atmosphère bloquent la déperdition de chaleur dans l'espace et font ainsi augmenter la température globale. La vapeur d'eau, le dioxyde de carbone, le méthane et l'ozone sont les principaux gaz à effet de serre de l'atmosphère terrestre. Sans cette conservation de la chaleur, la température moyenne sur Terre serait de − 18° par rapport aux + 15° actuels.

Météorologie & climat

L'atmosphère terrestre n'a pas de limite clairement définie, elle disparaît lentement dans l'espace. Les 3/4 de la masse de l'air entourant la Terre sont concentrés dans les premiers 11 km de l'atmosphère. Cette couche la plus inférieure est appelée la troposphère. L'énergie du Soleil chauffe cette couche et la surface en dessous, ce qui entraîne une expansion du volume atmosphérique par dilatation de l'air, ce qui a pour effet de réduire sa densité et ce qui l’amène à s'élever et à être remplacé par de l'air plus dense, car plus froid. La circulation atmosphérique qui en résulte est un acteur déterminant dans le climat et la météorologie du fait de la redistribution de la chaleur entre les différentes couches d'air qu'elle implique.

Les principales bandes de circulations sont les alizés dans la région équatoriale à moins de 30° et les vents d'ouest dans les latitudes intermédiaires entre 30° et 60°. Les courants océaniques sont également importants dans la détermination du climat, en particulier la circulation thermohaline qui distribue l'énergie thermique des régions équatoriales vers les régions polaires.

Schéma du cycle de l'eau

La vapeur d'eau générée par l'évaporation de surface est transportée par les mouvements atmosphériques. Lorsque les conditions atmosphériques permettent une élévation de l'air chaud et humide, cette eau se condense et retombe sur la surface sous forme de précipitations. La plupart de l'eau est ensuite transportée vers les altitudes inférieures par les réseaux fluviaux et retourne dans les océans ou dans les lacs. Ce cycle de l'eau est un mécanisme vital au soutien de la vie sur Terre et joue un rôle primordial dans l'érosion des reliefs terrestres. La distribution des précipitations est très variée en fonction de la région considérée, de plusieurs mètres à moins d'un millimètre par an. La circulation atmosphérique, les caractéristiques topologiques et les gradients de températures déterminent les précipitations moyennes sur une région donnée.

La quantité d'énergie solaire atteignant la Terre diminue avec la hausse de la latitude. Aux latitudes les plus élevées, les rayons solaires atteignent la surface suivant un angle plus faible et doivent traverser une plus grande colonne d'atmosphère. Par conséquent, la température moyenne au niveau de la mer diminue d'environ 0,4° à chaque degré de latitude en s'éloignant de l'équateur. La Terre peut être divisée en ceintures latitudinaires de climat similaires selon la classification des climats. En partant de l'équateur, celles-ci sont les zones tropicales ou équatoriales, subtropicales, tempérées et polaires. Le climat peut également être basé sur les températures et les précipitations. La classification de Köppen est la plus utilisée et définit 5 grands groupes :

Tropical humide ;
Aride ;
Tempéré ;
Continental ;
Polaire ;

Ces groupes qui peuvent être divisés en sous-groupes plus précis.

Haute atmosphère

Au-dessus de la troposphère, l'atmosphère est habituellement divisée en 3 couches :

La stratosphère ;
La mésosphère ;
La thermosphère ;

Chaque couche possède un gradient thermique adiabatique différent définissant l'évolution de la température avec l'altitude. Au-delà, l'exosphère se transforme en magnétosphère, où le champ magnétique terrestre interagit avec le vent solaire.

La couche d'ozone se trouve dans la stratosphère et bloque une partie des rayons ultraviolets, ce qui est primordial à la vie sur Terre. La ligne de Kármán, définie comme se trouvant à 100 km au-dessus de la surface terrestre, est la limite habituelle entre l'atmosphère et l'espace.

L'énergie thermique peut accroître la vitesse de certaines particules de la zone supérieure de l'atmosphère qui peuvent ainsi échapper à la gravité terrestre. Cela entraîne une lente, mais constante fuite de l'atmosphère dans l'espace appelée échappement atmosphérique. Comme l'hydrogène non lié, a une faible masse moléculaire, il peut atteindre la vitesse de libération plus facilement et disparaît dans l'espace à un rythme plus élevé que celui des autres gaz. La fuite de l'hydrogène dans l'espace déplace la Terre d'un état initialement réducteur à un état oxydant.

La photosynthèse fournit une source d'oxygène non lié, mais la perte d'agents réducteurs comme l'hydrogène est considérée comme une condition nécessaire à l'accumulation massive d'oxygène dans l'atmosphère. Ainsi, la capacité de l'hydrogène à quitter l'atmosphère terrestre aurait pu influencer la nature de la vie qui s'est développée sur la planète.

Actuellement, la plus grande partie de l'hydrogène est convertie en eau avant qu'il ne s'échappe du fait de l'atmosphère riche en oxygène. Ainsi, l'hydrogène qui parvient à s'échapper provient en majorité de la destruction des molécules de méthane dans la haute atmosphère.

Champ magnétique

Schéma de la magnétosphère terrestre
Le vent solaire progresse de la gauche vers la droite

Les pôles magnétiques et géographiques de la Terre ne sont pas alignés

Le champ magnétique terrestre a pour l'essentiel la forme d'un dipôle magnétique avec ses pôles actuellement situés près des pôles géographiques de la planète, l'axe du dipôle magnétique faisant un angle de 11° avec l'axe de rotation de la Terre. Son intensité à la surface terrestre varie de 0,24 Gauss à 0,66 Gauss ; soit 0,24 × [NNBSP] 10 ^5T à 0,66 × 10 ^5T, les valeurs maximales se trouvant aux latitudes faibles. Son moment magnétique global est de 7,94 × [NNBSP] 10 ^{15T m3}.

Selon la théorie de l'effet dynamo, le champ magnétique est généré par les mouvements de convection de matériaux conducteurs au sein du noyau externe fondu. Bien que le plus souvent plus ou moins alignés, avec l'axe de rotation de la Terre, les pôles magnétiques se déplacent et changent irrégulièrement d'alignement du fait de perturbations de la stabilité du noyau. Cela entraîne des inversions du champ magnétique terrestre : le pôle Nord magnétique se déplace au pôle Sud géographique, et inversement : à intervalles très irréguliers, approximativement plusieurs fois par million d'années pour la période actuelle, le Cénozoïque. La dernière inversion s'est produite il y a environ 780 000 ans.

Le champ magnétique forme la magnétosphère qui dévie les particules du vent solaire et de 6 à 10 fois le rayon terrestre en direction du Soleil et jusqu'à 60 fois le rayon terrestre dans le sens inverse. La collision entre le champ magnétique et le vent solaire forme les ceintures de Van Allen, une paire de régions toroïdales contenant un grand nombre de particules énergétiques ionisées. Lorsque, à l'occasion d'arrivées de plasma solaire plus intenses que le vent solaire moyen, par exemple lors d'événements d'éjections de masse coronale vers la Terre, la déformation de la géométrie de la magnétosphère sous l'impact de ce flux solaire permet le processus de reconnexion magnétique. Une partie des électrons de ce plasma solaire entre dans l'atmosphère terrestre en une ceinture autour aux pôles magnétiques : il se forme alors des aurores boréales.

Orbite et rotation

Animation de la rotation de la Terre
On remarque qu'elle tourne de gauche à droite

Rotation

La période de rotation de la Terre relativement au Soleil, appelée jour solaire, est d'environ :

86 400 secondes (ou 24 heures) ;

La période de rotation de la Terre relativement aux étoiles fixes, appelée jour stellaire, est de :

86 164,098 903 691 secondes de temps solaire moyen UT1, (ou 23 h 56 min 4,098903691 s), d'après l'International Earth Rotation and Reference Systems Service ;

Du fait de la précession des équinoxes, la période de rotation de la Terre relativement au Soleil, appelée jour sidéral, est de :

23 h 56 min 4,09053083288" ;

Ainsi le jour sidéral est plus court que le jour stellaire d'environ 8,4 ms. Par ailleurs, le jour solaire moyen n'est pas constant au cours du temps et a notamment varié d'une dizaine de millisecondes depuis le début du XVIIe siècle du fait de fluctuations dans la vitesse de rotation de la planète.

Mis à part les météorites dans l'atmosphère et les satellites en orbite basse, le principal mouvement apparent des corps célestes dans le ciel terrestre est vers l'ouest à un rythme de 15° par heure soit 15' par minute. Pour les corps proches de l'équateur céleste, cela est équivalent à un diamètre apparent de la Lune ou du Soleil toutes les 2 minutes.

Orbite

Orbites des planètes internes

La Terre orbite autour du Soleil à une distance moyenne d'environ 150 millions de kilomètres, définissant ainsi l'unité astronomique avec une période de révolution de 365,256 4 j solaires appelée année sidérale.

De la Terre, c'est un mouvement apparent du Soleil vers l'est par rapport aux étoiles au rythme de 1° par jour, ce qui correspond à un diamètre solaire ou lunaire toutes les 12 heures. Du fait de ce mouvement et de ce déplacement de 1° par jour, il faut en moyenne 24 h (jour solaire) à la Terre pour réaliser une rotation complète autour de son axe et que le Soleil revienne au plan méridien, soit environ 4' de plus que son jour sidéral. La vitesse orbitale de la Terre est d'environ 29,8 km/s (107 000 km/h).

La Lune et la Terre tournent autour de leur barycentre commun en 27,32 j relativement aux étoiles fixes. En associant ce mouvement à celui du couple Terre / Lune autour du Soleil, on obtient que la période du mois synodique, soit d'une nouvelle lune à la nouvelle lune suivante, est de 29,53 j.

Vus depuis le pôle céleste nord, les mouvements de la Terre, de la Lune et de leurs rotations axiales sont tous dans le sens direct, le même que celui de la rotation du Soleil et que toutes les planètes hormis Vénus et Uranus. Les plans orbitaux et axiaux ne sont pas précisément alignés, l'axe de la Terre est incliné de 23,44° par rapport à la perpendiculaire au plan orbital Terre / Soleil et le plan orbital Terre / Lune est incliné de 5° par rapport au plan orbital Terre-Soleil. Sans cette inclinaison, il y aurait une éclipse toutes les 2 semaines environ, avec une alternance entre éclipses lunaires et solaires.

La sphère de Hill, sphère d'influence gravitationnelle de la Terre, a un rayon d'environ 1 500 000 km. Il s'agit de la distance maximale jusqu'à laquelle l'influence gravitationnelle de la Terre est supérieure à celle du Soleil et des autres planètes. En conséquence, les objets orbitant autour de la Terre doivent rester dans cette sphère afin de ne pas être sortis de leur orbite du fait des perturbations dues à l'attraction gravitationnelle du Soleil.

Cependant, il ne s'agit que d'une approximation et des simulations numériques ont montré que les orbites de satellites doivent être inférieures à environ la moitié, voire le tiers de la sphère de Hill pour rester stables.

Pour la Terre, cela correspondrait donc à 500 000 km, à titre de comparaison, le demi-grand axe Terre / Lune est d'environ 380 000 km.

La Terre, au sein du Système solaire, est située dans la Voie lactée et se trouve à 28 000 années-lumière (Années-Lumières : (AL) = voir le Lexique)du centre galactique. Plus précisément, elle est actuellement dans le bras d'Orion, à environ 20 années-lumière du plan équatorial de la galaxie.

Inclinaison de l'axe et saisons

L'inclinaison de l'axe terrestre (obliquité)
Sa relation avec l'équateur céleste
L'écliptique et l'axe de rotation

L'inclinaison axiale de la Terre par rapport à l'écliptique est d'exactement 23.439281° ou 23° 26' 21".4119 par convention. Du fait de l'inclinaison axiale de la Terre, la quantité de rayonnement solaire atteignant tout point de la surface varie au cours de l'année. Cela a pour conséquence des changements saisonniers dans le climat avec un été dans l'hémisphère nord lorsque le pôle Nord pointe vers le Soleil et l'hiver lorsque le même pôle pointe dans l'autre direction.

Durant l'été, les jours durent plus longtemps et le soleil monte plus haut dans le ciel. En hiver, le climat devient généralement plus froid et les jours raccourcissent. La périodicité des saisons est donnée par une année tropique valant 365,24 jours solaires.

Au-delà du cercle arctique, le soleil ne se lève plus durant une partie de l'année, ce qui est appelé nuit polaire et, à l'inverse, ne se couche plus pendant une autre période de l'année : les jours polaires. Ce phénomène apparaît également au-delà du cercle antarctique de façon réciproque.

Par convention astronomique, les quatre saisons sont déterminées par les solstices : moments où la position apparente du Soleil vu de la Terre atteint son extrême méridional ou septentrional par rapport au plan de l'équateur céleste, se traduisant par une durée de jour minimale ou maximale respectivement et les équinoxes moment où la position apparente du Soleil est située sur l'équateur céleste, se traduisant par un jour et une nuit de durée égale.

Dans l'hémisphère nord, le solstice d'hiver a lieu entre le 20 et le 23 décembre et celui d'été entre le 19 et le 22 juin, l'équinoxe de printemps a lieu entre le 19 et le 22 mars et l'équinoxe d'automne entre le 19 et le 22 septembre. Dans l'hémisphère sud, les dates des solstices d'hiver et d'été et celles des équinoxes de printemps et d'automne sont inversées.

Dans le calendrier grégorien, les dates de solstices varient suivant les années. Les faits suivants sont à prendre en compte :

L’orbite terrestre n’est pas tout à fait circulaire et sa vitesse dépend donc de sa position (deuxième loi de Kepler). En conséquence, les saisons ont une durée inégale :

Le printemps boréal / automne austral, de l’équinoxe de mars au solstice de juin : 92,7 jours ;
L'été boréal / hiver austral, du solstice de juin à l’équinoxe de septembre : 93,7 jours ;
L'automne boréal / printemps austral, de l’équinoxe de septembre au solstice de décembre : 89,9 jours ;
L'hiver boréal / été austral, du solstice de décembre à l’équinoxe de mars : 89,0 jours ;

L'année civile standard n'est que de 365 j.
L'année tropique est d'environ 365,2422 j.
Les solstices se produisent donc quasiment 6 h plus tard d'une année sur l'autre.
Les années bissextiles permettent de recaler les dates de solstices d'une journée tous les 4 ans.
Ce décalage bissextile d'un jour tous les 4 ans est la base de la définition du calendrier julien. L'année civile julienne moyenne (365,25 jours) est alors plus longue que l'année tropique (365,2422 jours).
Cet excès de 0,0078 j par an conduit, après environ 128 ans, les solstices à se produire une journée plus tôt.
Le calendrier grégorien compense ce décalage en supprimant le jour bissextile pour les années divisibles par 100, mais pas par 400.
Ainsi définie, l'année grégorienne moyenne a une durée de 365,2425 j.
Cet écart résiduel avec l'année tropique ne produit alors plus qu'un jour de décallage tous les 3 000 ans.

En heure UTC, le solstice de juin se produit en général le 21 juin.

Il est survenu le 20 juin en 2008 (ce qui n'était pas arrivé depuis 1896) et à nouveau en 2012 - 2016 - 2020, cela se reproduira en 2024 - 2028 - etc.

Il s'est produit le 22 juin en 1975 et tombera à nouveau à cette date au début du XXIIIe siècle en 2203 - 2207 - 2211 - 2215, puis au début du XXIVe siècle.

Il tombera exceptionnellement un 19 juin, vers la fin du XXVe siècle, et pour la première fois en 2488 depuis la création du calendrier grégorien.

Le solstice de décembre a généralement lieu le 21 ou le 22 décembre.

Il est tombé exceptionnellement un 23 décembre en 1903, ceci pour la première fois depuis la création du calendrier grégorien et il faudra attendre le début du XXIVe siècle pour le voir se produire de nouveau à cette date.

Il est tombé un 20 décembre 10 fois à la fin du XVIIe siècle et tombera de nouveau à cette date à la fin du XXIe siècle et à la fin du XXVe siècle.

Le Soleil est légèrement plus éloigné de la Terre
lors du solstice du 21 juin par rapport au solstice du 21 décembre
en raison de la nature elliptique de l'orbite de la Terre

Le solstice est l'un des moments où la déclinaison du Soleil sur la sphère céleste semble constante : à ces instants, sa trajectoire apparente atteint son point le plus haut ou le plus bas par rapport aux étoiles. Cependant, en raison de la nature elliptique de l'orbite de la Terre, qui engendre notamment une variation de vitesse de révolution de cette dernière, le jour du solstice ne correspond pas au jour où le Soleil se lève et se couche le plus tard ou le plus tôt.

Autrement dit, le créneau de la journée pendant lequel le soleil est visible se décale légèrement, entre mi-décembre et début janvier ainsi qu'entre mi-juin et début juillet, si bien que pendant ces périodes, le raccourcissement puis le rallongement (ou l'inverse) de la durée de visibilité du soleil ne se fait pas par des variations symétriques des heures de lever et de coucher de l'astre solaire.

L'axe de rotation de la Terre est incliné par rapport à la verticale du plan de son orbite d'environ 23° 26′ 13″ et son orientation reste constante au cours d'une révolution autour du Soleil. En conséquence, pendant une moitié de l'année, l'hémisphère nord est plus incliné vers le Soleil que l'hémisphère sud, avec un maximum vers le 21 juin. Pendant l'autre moitié l'hémisphère sud est plus incliné que l'hémisphère nord, avec un maximum vers le 22 décembre. Les moments où ces inclinaisons sont maximales sont les solstices.

Au solstice de juin, la déclinaison du Soleil atteint + 23° 26′ 13″, alors qu’au solstice de décembre, elle est de − 23° 26′ 13″. Le reste de l'année, elle évolue entre ces 2 extrêmes.

Les solstices ne sont pas liés à la distance entre la Terre et le Soleil, variable du fait de son excentricité orbitale : la Terre atteint son aphélie au début juillet et son périhélie au début janvier. Cependant, par suite des cycles de Milanković, l'inclinaison de l'axe terrestre et son excentricité orbitale évoluent au fil du temps : dans 10 000 ans, le passage au périhélie se produira au même moment que le solstice de juin, et le passage à l'aphélie lors du solstice de décembre.

Lors du solstice de juin, le point subsolaire atteint la latitude 23° 26′ 13″ Nord, c'est-à-dire celle du tropique du Cancer : l'un des points situés sur ce parallèle perçoit le centre du Soleil exactement au zénith. On reconnait le solstice d'été en raison de la durée minimale de la nuit et la durée maximale du jour. C'est également le jour où le Soleil se lève le plus au nord-est, passe au méridien avec une hauteur maximale et se couche le plus au nord-ouest. Lors du solstice de décembre, le point subsolaire atteint la latitude 23° 26′ 13″ Sud, c'est-à-dire celle du tropique du Capricorne.

Les points de la surface terrestre situés à la latitude 66° 33′ 47″ Nord (c'est-à-dire sur le cercle Arctique) perçoivent le centre du Soleil juste sur l'horizon à minuit lors du solstice de juin. La même chose se produit lors du solstice de décembre pour les points du cercle Antarctique, par 66° 33′ 47″ Sud.

0° Équateur
Le Soleil atteint sa culmination minimale, n'atteignant que 66,563° au nord ou au sud
Aux équinoxes, le soleil culminera à 90°
Il n'y a pas de saison et le jour dure toujours 12 heures

20°
Le Soleil culmine à 46,563° en hiver et 86,563° à l'opposé
(le jour du solstice de juin)
Mais il y a 2 jours par an où le Soleil culmine perpendiculairement à 90°
Les jours d'été sont de 2 à 3 heures plus longs que les jours d'hiver
Le crépuscule dure environ 1 heure toute l'année

50°
Le Soleil culmine à 16,563° en hiver et à 63,437° en été.
Le jour dure moins de 8 heures en hiver et plus de 16 heures en été.
Les directions et angles des levers et couchers de Soleil lors des 2 solstices sont très différents.
En été, le Soleil ne disparaît pas suffisamment sous l'horizon pour que prenne fin le crépuscule astronomique.
Au-dessus de 60° de latitude, le crépuscule civil dure toute la nuit.
Au-dessus de 66,563°, le Soleil ne se couche pas en été.

70°
En hiver, le Soleil culmine sous l'horizon à −3,437°
Il ne se lève pas et la zone est plongée dans la nuit polaire
(avec un crépuscule prononcé cependant)
En été, il culmine à 43,437° et ne se couche pas

90° Pôles
Aux solstices d'hiver et d'été, le Soleil est respectivement à 23,437° en dessous et au-dessus de l'horizon, quelle que soit l'heure.
Le solstice d'été marque la culmination maximale du Soleil au pôle
Après cette date, il descend progressivement sur la sphère céleste et atteint l'horizon lors de l'équinoxe d'automne.

L'angle d'inclinaison de la Terre est relativement stable au cours du temps. Ainsi, à l'époque moderne, le périhélie de la Terre a lieu début janvier et l'aphélie début juillet.

Cependant, ces dates évoluent au cours du temps du fait de la précession et d'autres facteurs orbitaux qui suivent un schéma cyclique connu sous le nom de paramètres de Milanković.

Ainsi, l'inclinaison entraîne la nutation, un balancement périodique ayant une période de 18,6 années et l'orientation et non l'angle de l'axe de la Terre évolue et réalise un cycle de nutation complet en environ 25 800 années.

Cette précession des équinoxes est la cause de la différence de durée entre une année sidérale et une année tropique.

Ces 2 mouvements sont causés par le couple qu'exercent les forces de marées de la Lune et du Soleil sur le bourrelet équatorial de la Terre. De plus, les pôles se déplacent périodiquement par rapport à la surface de la Terre selon un mouvement s'écoulant sur environ 14 mois connu sous le nom d'oscillation de Chandler.

Avant la formation de la Lune, l'axe de rotation de la Terre oscillait de façon chaotique, ce qui rendait difficile l'apparition de la vie à sa surface du fait des dérèglements climatiques causés. À la suite de la collision de l'impacteur Théia avec la proto-Terre ayant permis la formation de la Lune, l'axe de rotation de la Terre s'est retrouvé stabilisé du fait du verrouillage gravitationnel par effet de marée entre la Terre et son satellite naturel.

Satellites

La Lune

La Terre possède un unique satellite naturel permanent connu, la Lune, située à environ 380 000 km de la Terre. Relativement grand, son diamètre est environ le quart de celui de la Terre. Au sein du Système solaire, c'est l'un des plus grands satellites naturels après Ganymède, Titan, Callisto et Io et le plus grand d'une planète non gazeuse.

De plus, c'est la plus grande lune du Système solaire par rapport à la taille de sa planète. Il est toutefois à noter que Charon est relativement plus grand par rapport à la planète naine Pluton.

Elle est relativement proche de la taille de la planète Mercure, environ les 3/4 du diamètre de cette dernière. Les satellites naturels orbitant autour des autres planètes sont communément appelés lunes en référence à la Lune de la Terre.

L'attraction gravitationnelle entre la Terre et la Lune cause les marées sur Terre. Le même effet a lieu sur la Lune, de sorte que sa période de rotation est identique au temps qu'il lui faut pour orbiter autour de la Terre, ce qui implique qu'elle présente toujours la même face vers la Terre (on parle de verrouillage gravitationnel). En orbitant autour de la Terre, différentes parties du côté visible de la Lune sont illuminées par le Soleil, causant les phases lunaires.

À cause du couple des marées, la Lune s'éloigne de la Terre à un rythme d'environ 38 millimètres par an, produisant aussi l'allongement du jour terrestre de 23 microsecondes par an. Sur plusieurs millions d'années, l'effet cumulé de ces petites modifications produit d'importants changements.

Ainsi, durant la période du Dévonien, il y a approximativement 410 millions d'années, il y avait ainsi 400 j dans une année, chaque jour durant 21,8 h.

La Lune pourrait avoir eu une influence dans le développement de la vie en régulant le climat de la Terre. Les observations paléontologiques et les simulations informatiques en mécanique planétaire montrent que l'inclinaison de l'axe de la Terre est stabilisée par les effets de marées avec la Lune. Sans cette stabilisation contre les couples appliqués par le Soleil et les planètes sur le renflement équatorial, il est supposé que l'axe de rotation aurait pu être très instable. Cela aurait alors provoqué des changements chaotiques de son inclinaison au cours des temps géologiques et pour des échelles de durées supérieures à typiquement quelques dizaines de millions d'années, comme cela semble avoir été le cas pour Mars.

La Lune est aujourd'hui à une distance de la Terre telle que, vue depuis celle-ci, notre satellite a à peu près la même taille angulaire apparente que le Soleil. Le diamètre angulaire ou angle solide des 2 corps est quasiment identique, car même si le diamètre du Soleil est 400 fois plus important que celui de la Lune, celle-ci est 400 fois plus rapprochée de la Terre que notre étoile. C'est cela qui permet de voir sur Terre et à notre époque géologique des éclipses solaires totales ou annulaires en fonction des petites variations de distance Terre / Lune, liées à la très légère ellipticité de l'orbite sélène.

Le consensus actuel sur les origines de la Lune est en faveur de l'hypothèse de l'impact géant entre un planétoïde de la taille de Mars, appelé Théia, et la proto-Terre nouvellement formée. Cette hypothèse explique, entre autres, le fait qu'il y ait peu de fer sur la Lune et que la composition chimique de la croûte lunaire (notamment pour des éléments-trace ainsi qu'en isotopie pour l'oxygène soit très similaire à celle de la croûte terrestre).

Un second satellite naturel

Orbite de RH120 autour de la Terre en 2006

Les modèles informatiques des astrophysiciens Mikael Granvik, Jérémie Vaubaillon et Robert Jedicke suggèrent que des satellites temporaires devraient être tout à fait communs et que, à tout instant, il devrait y avoir au moins un satellite naturel, possédant un diamètre de 1 m, en orbite autour de la Terre. Ces objets resteraient en orbite durant en moyenne 10 mois avant de revenir dans une orbite solaire.

L'une des premières mentions dans la littérature scientifique d'un satellite temporaire est celle de Clarence Chant lors de la grande procession météorique de 1913 :

"Il semblerait que les corps ayant voyagé à travers l'espace, probablement selon une orbite autour du Soleil et passant près de la Terre, auraient pu être capturés par celle-ci et être amenés à se déplacer autour d'elle comme un satellite".

Des exemples de tels objets sont connus. Par exemple, entre 2006 et 2007, RH120 est effectivement temporairement en orbite autour de la Terre plutôt qu'autour du Soleil.

Satellites artificiels

En avril 2020, on compte 2 666 satellites artificiels en orbite autour de la Terre, contre 1 167 en 2014 et 931 en 2011.

Certains ne sont plus en opération comme Vanguard 1, le plus vieux d'entre eux encore en orbite. Ces satellites peuvent remplir différents objectifs comme être destinés à la recherche scientifique, par exemple le télescope spatial Hubble, aux télécommunications ou à l'observation, par exemple Météosat.

Par ailleurs, ces satellites artificiels engendrent des débris spatiaux : il s'en trouve en 2020 plus de 23 000 de plus de 10 cm de diamètre en orbite et environ un demi-million entre 1 et 10 cm de diamètre.

Depuis 1998, le plus grand satellite artificiel autour de la Terre est la Station spatiale internationale, faisant 110 m de longueur, 74 m de largeur et 30 m de hauteur et orbitant à environ 400 km d'altitude.

Autres objets du cortège

Orbites de la Terre et de Cruithne entre 2007 et 2008

Quasi-satellites

La Terre possède de multiples quasi-satellites et coorbiteurs. Parmi eux se trouvent notamment Cruithne, un astéroïde géocroiseur possédant une orbite en fer à cheval et parfois surnommé seconde lune de la Terre ainsi que Kamoʻoalewa, le plus stable quasi-satellite connu vers lequel des projets d'exploration spatiale ont été annoncés.

Troyens

Dans le système Soleil / Terre, la Terre possède un unique astéroïde troyen : 2010-TK7. Celui-ci oscille autour du point de Lagrange L4 du couple Terre / Soleil, 60° en avance par rapport à la Terre sur son orbite autour du Soleil.

En septembre 2018, l'existence des nuages de Kordylewski aux points L4 et L5 du système Terre / Lune est confirmée. Ces grandes concentrations de poussière n'ont été détectées que tardivement du fait de leur faible luminosité.

Habitabilité

Une planète qui peut abriter la vie est dite habitable même si la vie n'y est pas présente, ou n'en est pas originaire. La Terre fournit de l'eau liquide, des environnements où les molécules organiques complexes peuvent s'assembler et interagir, et suffisamment d'une énergie dite douce pour maintenir, pendant une durée suffisamment longue, le métabolisme des êtres vivants. La distance séparant la Terre du Soleil la plaçant dans une zone habitable, de même que son excentricité orbitale, sa vitesse de rotation, l'inclinaison de son axe, son histoire géologique, son atmosphère restée non-agressive pour les molécules organiques malgré une très grande évolution de composition chimique, et son champ magnétique protecteur sont autant de paramètres favorables à l'apparition de la vie terrestre et aux conditions d'habitabilité à sa surface.

Biosphère

Les formes de vie de la planète sont désignées comme formant une biosphère.

Cette dernière correspond à l'ensemble des organismes vivants et leurs milieux de vie et peut donc être décomposée en 3 zones où la vie est présente sur Terre :

La lithosphère ;
L'hydrosphère ;
L'atmosphère ;

Celles-ci interagissant également entre elles. L'apparition de la vie sur Terre est estimée à il y a au moins 3,5 milliards d'années, point de départ de l'évolution de la biosphère. Par ailleurs, la date d'apparition du dernier ancêtre commun universel est estimée à entre 3,5 milliards et 3,8 milliards d'années. Aussi, environ 99 % des espèces qui ont un jour vécu sur Terre sont maintenant éteintes.

La biosphère est divisée en une quinzaine de biomes, habités par des groupes similaires de plantes et d'animaux. Ceux-ci sont un ensemble d'écosystèmes caractéristique d'une aire biogéographique et nommé à partir de la végétation et des espèces animales qui y prédominent et y sont adaptées. Ils sont principalement séparés par des différences de latitude, d'altitude ou d'humidité. Certains biomes terrestres se trouvant au-delà des cercles Arctique et Antarctique (comme la toundra), en haute altitude ou dans les zones très arides sont relativement dépourvus de vie animale et végétale tandis que la biodiversité est maximale dans les forêts tropicales humides.

Ressources naturelles

La Terre fournit des ressources naturelles qui sont exploitables et exploitées par les humains pour diverses utilisations. Il peut s'agir, par exemple, de matières premières minérales (eau douce, minerai, etc.), de produits d'origine sauvage (bois, gibier, etc.) ou encore de matière organique fossile (pétrole, charbon, etc.).

Elles sont distinguées entre ressources renouvelables, qui peuvent se reconstituer sur une période courte à l'échelle humaine de temps ; et non renouvelables, où au contraire la vitesse de consommation dépasse grandement leur vitesse de création. Parmi les secondes sont notamment inclus les combustibles fossiles, qui prennent des millions d'années pour se constituer. D'importantes quantités de ces combustibles fossiles peuvent être obtenues de la croûte terrestre, comme le charbon, le pétrole, le gaz naturel ou les hydrates de méthane. Ces dépôts sont utilisés pour la production d'énergie et en tant que matière première pour l'industrie chimique. Ces sources d'énergie s'opposent alors aux sources d'énergie renouvelables, telles que l'énergie solaire et l'énergie éolienne qui ne sont pas épuisables. Les minerais, eux aussi, se forment dans la croûte terrestre et sont constitués de divers éléments chimiques utiles à la production humaine comme les métaux.

La biosphère terrestre produit de nombreuses ressources essentielles pour les humains comme de la nourriture, du combustible, des médicaments, du dioxygène et assure également le recyclage de nombreux déchets organiques. Les écosystèmes terrestres dépendent des terres arables et de l'eau douce, tandis que les écosystèmes marins sont basés sur les nutriments dissous dans l'eau.

En 2019, l'utilisation des terres émergées représentant 29 % de la surface de la planète, ou 149 millions de km².

Point de vue philosophique et culturel

Représentations passées

Le premier globe terrestre connu
Le globe de Cratès qui réparti en 5 zones
Date des environs -150

La croyance en une Terre plate a été réfutée par l'expérience dès l'Antiquité puis par la pratique grâce aux circumnavigations au début de la Renaissance. Le modèle d'une Terre sphérique s'est donc historiquement toujours imposée.

Au Ve siècle avant l'ère commune, Pythagore et Parménide commencent à se représenter la Terre sous la forme d’une sphère. Cela est une déduction logique de l'observation de la courbure de l'horizon à bord d'un navire. Du fait de ces travaux, la Terre est déjà considérée comme sphérique par Platon (Ve siècle AEC), par Aristote (IVe siècle AEC) et d'une façon générale par tous les savants grecs.

L'origine d'une croyance de sa rotation sur elle-même est attribuée à Hicétas par Cicéron. Selon Strabon, Cratès de Mallos construit au IIe siècle AEC une sphère pour représenter la Terre selon la théorie dite des 5 zones climatiques.

Ératosthène déduit la circonférence de la Terre (longueur du méridien) de façon géométrique vers - 230 ; il aurait obtenu une valeur d'environ 40 000 km, ce qui constitue une mesure très proche de la réalité qui est de 40 075 km à l'équateur et de 40 008 km sur un méridien passant par les pôles. L'astronome est également à l'origine des premières évaluations de l'inclinaison de l'axe. Dans sa Géographie, Ptolémée au IIe siècle reprend les calculs d’Ératosthène et affirme clairement que la Terre est ronde.

L’idée qu'au Moyen Âge les théologies imaginaient la Terre comme plate serait un mythe inventé au XIXe siècle pour noircir l’image de cette période et il est communément admis qu'aucun savant médiéval n'a soutenu l'idée d'une Terre plate. Ainsi, les textes médiévaux évoquent généralement la Terre comme le globe ou la sphère se rapportant notamment sur les écrits de Ptolémée, un des auteurs les plus lus et enseignés alors.

À la différence des autres planètes du Système solaire, l'humanité n'a pas considéré la Terre comme un objet mobile en rotation autour du Soleil avant le début du XVIIe siècle, celle-ci étant communément pensée comme le centre de l'univers avant le développement des modèles héliocentriques.

En raison des influences chrétiennes, et du travail de théologiens comme James Ussher uniquement fondé sur l'analyse des généalogies dans la Bible pour dater l'âge de la Terre, la plupart des scientifiques occidentaux pensaient encore au XIXe siècle que la Terre était âgée de quelques milliers d'années tout au plus. Ce n'est qu'à partir du développement de la géologie que l'âge de la Terre a été réévalué. Dans les années 1860, Lord Kelvin, à l'aide d'études thermodynamiques, estime d'abord l'âge de la Terre comme étant de l'ordre de 100 millions d'années, lançant un grand débat. La découverte de la radioactivité par Henri Becquerel à la fin du XIXe siècle fournit un moyen fiable de datation et permet de prouver que l'âge de la Terre se comptait en réalité en milliards d'années. Ceci explique en partie l'âge des religions monothéiste et surtout l'âge de la création du monde par le Dieu Unique ...

Mythes

Éon (Aiôn) dieu de l'éternité
La terre-mère Tellus (Gaia romaine)
Les 4 enfants personnifiant les saisons
Mosaïque à Sentinum datant du IIIe siècle

La Terre a souvent été personnifiée en tant que déité, en particulier sous la forme d'une déesse comme avec Gaïa dans la mythologie grecque. À ce titre, la Terre est alors représentée par la déesse mère, déesse de la fertilité. De plus, la déesse a donné son nom aux théories Gaïa, des hypothèses environnementalistes du XXe siècle comparant les environnements terrestres et la vie à un unique organisme s'autorégulant vers une stabilisation des conditions d'habitabilité.

Son équivalente dans la mythologie romaine est Tellus ou Terra mater, déesse de la fertilité. Le nom de la planète en français dérive indirectement du nom de cette déesse, découlant du latin terra signifiant le globe terrestre.

Aussi, les mythes de la création de nombreuses religions, par exemple le premier récit de la création de la Genèse dans la Bible, relatent la création de la Terre par une ou plusieurs divinités.

Quelques groupes religieux, souvent affiliés aux branches fondamentalistes du protestantisme et de l'islam, avancent que leur interprétation des mythes de la création dans les textes sacrés est la vérité et que celle-ci devrait être considérée comme l'égale des hypothèses scientifiques conventionnelles concernant la formation de la Terre et le développement de la vie, voire devrait les remplacer. De telles affirmations sont rejetées par la communauté scientifique et par d'autres groupes religieux.

Symbolisme

Différents symboles astronomiques sont et ont été utilisés pour définir la Terre. Le plus usuel de façon contemporaine est ⴲ, représentant un globe sectionné par l'équateur et un méridien et, en conséquence, les 4 coins du monde ou les points cardinaux. Plus anciennement, on retrouve également un globe sectionné uniquement par l'équateur ⊖ et un symbole ♁ rappelant une orbe crucigère ou le symbole inversé de Vénus.

Néanmoins, leur utilisation est déconseillée par l'Union astronomique internationale qui leur privilégie des abréviations.