Trái đất là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan

Định nghĩa và vị trí trong Hệ Mặt Trời

Trái Đất là hành tinh thứ ba tính từ Mặt Trời, thuộc nhóm hành tinh đá (terrestrial planets). Đường kính trung bình của Trái Đất vào khoảng 12 742 km, khối lượng xấp xỉ 5,97 × 1024 kg, chiếm khoảng 0,0003% tổng khối lượng Hệ Mặt Trời (NASA).

Khoảng cách trung bình giữa Trái Đất và Mặt Trời là 1 đơn vị thiên văn (1 AU ≈ 1,496 × 108 km), quỹ đạo hình elip với độ lệch tâm nhỏ (e ≈ 0,0167) cho phép nhận bức xạ Mặt Trời ổn định, duy trì điều kiện hỗ trợ sự sống.

Chu kỳ quỹ đạo quanh Mặt Trời là 365,25 ngày, tạo nên năm dương lịch có năm nhuận. Vận tốc quỹ đạo trung bình khoảng 29,78 km/s, trọng lực Mặt Trời giữ Trái Đất ổn định trên quỹ đạo, tránh nguy cơ bị quăng ra khoảng không hoặc rơi vào bên trong.

Cấu trúc nội tại

Trái Đất cấu tạo theo mô hình lớp vỏ – manti – lõi. Dưới vỏ (crust) mỏng 5–70 km là manti (mantle) dày khoảng 2 900 km, chiếm khoảng 84% thể tích hành tinh. Manti chủ yếu gồm silicat giàu magiê và sắt, có tính dẻo lưu động chậm, điều khiển kiến tạo mảng.

Lõi ngoài (outer core) dạng lỏng, thành phần chính là hợp kim sắt–niken, dày gần 2 200 km. Dưới lớp này là lõi trong (inner core) đặc, bán kính khoảng 1 220 km, nhiệt độ có thể vượt 5 700 °C. Sự đối lưu trong lõi ngoài tạo ra từ trường địa cầu.

Mối liên hệ nhiệt động lực giữa các lớp cấu thành cho phép chuyển hóa năng lượng từ lõi vào manti, nuôi dưỡng kiến tạo mảng và hoạt động núi lửa. Độ chênh áp suất và nhiệt độ tăng dần từ vỏ vào tâm tạo nên các pha vật liệu khác nhau.

Quỹ đạo và chuyển động quay

Trái Đất quay quanh trục của chính nó với chu kỳ gần đúng 23 giờ 56 phút (ngày sao), tạo ra hiện tượng ngày đêm. Tốc độ góc tại xích đạo xấp xỉ 15°/giờ, tương đương vận tốc tuyến tính ~1 674 km/h.

Trục quay nghiêng khoảng 23,4° so với mặt phẳng hoàng đạo, gây ra sự thay đổi chiếu sáng theo mùa. Khi bán cầu Bắc nghiêng về phía Mặt Trời, bán cầu Nam ngược chiều nhận bức xạ yếu hơn, và ngược lại.

• Chu kỳ ngày đêm: 24 giờ (giá trị trung bình).
• Chu kỳ mùa: 1 năm (365,25 ngày).
• Tốc độ quay: ~1 674 km/h tại xích đạo.

Hiện tượng tiến động trục (precession) với chu kỳ ~26 000 năm và loạng choạng trục nhỏ (nutation) ảnh hưởng tới độ nghiêng trục theo thời gian dài hạn, điều chỉnh khí hậu theo chu trình Milankovitch.

Thạch quyển và kiến tạo mảng

Thạch quyển (lithosphere) bao gồm vỏ và phần manti trên cùng, tách thành khoảng 15 mảng kiến tạo lớn–nhỏ. Các ranh giới mảng có thể là phân kỳ (giãn), hội tụ (va chạm) hoặc trượt ngang, tạo ra động đất và núi lửa.

Động lực chính là dòng đối lưu trong manti, kéo dãn mảng ở trung mảng đại dương và đẩy mảng chìm xuống kênh hút mảng. Vùng va chạm tạo dựng hệ thống dãy núi như Himalaya, vành đai lửa Thái Bình Dương.

• Trung mảng đại dương: mảng giãn, magma trào lên hình thành vỏ mới.
• Đới hút chìm: mảng đại dương đè lên mảng lục địa, sinh động đất sâu và núi lửa đảo.
• Ranh giới trượt ngang (transform): trượt lệch bờ tạo ra động đất nông.

Tương tác liên tục giữa các mảng duy trì sự tái tạo và hủy hoại bề mặt Trái Đất theo thời gian địa chất, dẫn đến sự biến đổi địa hình, hình thành đại dương và lục địa, đồng thời thiết lập khí hậu và sinh quyển.

Bầu khí quyển

Bầu khí quyển của Trái Đất bao gồm hỗn hợp các khí giữ lại năng lượng bức xạ Mặt Trời và điều hoà nhiệt độ bề mặt. Thành phần trung bình tính theo thể tích gồm N₂ 78,08 %, O₂ 20,95 %, còn lại Ar, CO₂, Ne, He, CH₄ và hơi nước (NASA).

Cấu trúc bầu khí quyển phân thành năm tầng chính theo độ cao và đặc tính nhiệt độ:

Vai trò của bầu khí quyển bao gồm: bảo vệ sinh vật khỏi tia UV độc hại, duy trì áp suất khí quyển và tham gia chu trình nước—các quá trình ngưng tụ, mưa, và tuần hoàn khí.

Thủy quyển

Thủy quyển chiếm xấp xỉ 71 % diện tích bề mặt Trái Đất, với tổng dung tích ~1,386 × 109 km3 nước (NOAA). Phân bố gồm đại dương (97,5 %), các khối nước ngọt bề mặt (0,3 %), tuyết và băng (1,8 %), và tầng chứa nước ngầm.

Chu trình thủy văn điều khiển bởi quá trình bốc hơi, ngưng tụ, mưa, thấm vào đất và chảy tràn bề mặt. Nước từ đại dương bốc hơi, tạo thành mây, sau đó rơi xuống đất, chảy vào sông ngòi và trở về đại dương, đóng vai trò quan trọng trong điều hoà khí hậu và duy trì sự sống.

• Đại dương: điều tiết nhiệt độ toàn cầu qua dòng biển.
• Sông ngòi và hồ: cung cấp nước ngọt cho sinh vật và con người.
• Tầng ngầm: chứa khoảng 30 % lượng nước ngọt không băng giá.

Sinh quyển

Sinh quyển là tầng không gian sinh vật tồn tại, từ đáy đại dương sâu nhất (~11 km) đến tầng bình lưu thấp (~12 km). Ước tính trên 8,7 triệu loài sinh vật đang tồn tại, trong đó chỉ ~1,2 triệu loài đã được mô tả khoa học (Nature).

Chu trình sinh địa hoá (carbon, nitơ, phosphorus) do quần xã thực vật và vi sinh vật điều tiết. Phương trình cân bằng carbon toàn cầu: $CO₂_{\text{atm}} + H₂O \rightleftharpoons HCO₃⁻ + H⁺$ Điều này liên kết trao đổi khí CO₂ giữa khí quyển, sinh quyển và đại dương.

Sinh quyển đóng vai trò then chốt trong duy trì chuỗi thức ăn và ổn định khí hậu thông qua quang hợp, hô hấp và phân hủy hữu cơ.

Từ quyển và từ trường

Từ trường Trái Đất phát sinh từ động cơ điện (geodynamo) trong lõi ngoài lỏng, với moment từ ~7,94 × 1022 A·m². Từ quyển (magnetosphere) ngăn chặn gió Mặt Trời, tạo vành đai Van Allen chứa hạt năng lượng cao (NASA Magnetosphere).

Cấu trúc từ quyển biến đổi theo cường độ gió Mặt Trời và chu kỳ Mặt Trời 11 năm. Hạt plasma bị mắc kẹt tạo cực quang (aurora) ở vùng cực, phản ánh tương tác giữa từ trường và gió Mặt Trời.

Khám phá và nghiên cứu

Khám phá Trái Đất được thúc đẩy bởi các vệ tinh quan sát từ xa như Terra, Aqua, GOES (NASA), theo dõi biến đổi khí hậu, địa chất và sinh thái (NASA Earthdata). Địa chấn học, khoan sâu (Kola Superdeep Borehole), và mẫu đá Mặt Trăng cung cấp dữ liệu về thành phần và lịch sử hành tinh.

Mô hình hoá khí hậu (GCMs) và mô phỏng địa chất sử dụng siêu máy tính giúp dự báo biến đổi khí hậu, động đất và hoạt động núi lửa. Dữ liệu vệ tinh GRACE đo biến thiên trọng lực để theo dõi mức độ nước ngầm và băng trên bề mặt.

Danh mục tài liệu tham khảo

1. NASA. “Earth Overview”. NASA Solar System Exploration, 2025. Retrieved from https://solarsystem.nasa.gov/planets/earth/overview/
2. NOAA. “State of the Climate: Global Oceans”. NOAA, 2024. Retrieved from https://www.noaa.gov/
3. Nature. Mora, C., et al. (2011). “How many species are there on Earth and in the ocean?” PLoS Biology, 9(8): e1001127.
4. NASA Earthdata. “Earth Science Data”. 2025. Retrieved from https://earthdata.nasa.gov/
5. NASA Magnetosphere Science. 2023. Retrieved from https://www.nasa.gov/mission_pages/sunearth/science/magnetosphere.html
6. Turcotte, D. L., & Schubert, G. (2014). Geodynamics (3rd ed.). Cambridge University Press.
7. Wallace, J. M., & Hobbs, P. V. (2006). Atmospheric Science: An Introductory Survey (2nd ed.). Academic Press.