地球

地球的英文名Earth源自中古英語，其歷史可追溯到古英語（時常作“eorðe”），在日耳曼語族諸語中都有同源詞，其原始日耳曼語詞根構擬為“*erþō”。拉丁文稱之為“Terra”，為古羅馬神話中大地女神忒亞之名。希臘文中則稱之為“Γαῖα”（Gaia），這個名稱是希臘神話中大地女神蓋亞的名字。 ^[1] 

中文“地球”一詞最早出現於明朝的西學東漸時期，最早引入該詞的是意大利傳教士利瑪竇（Matteo Ricci，1552－1610），他於《坤輿萬國全圖》中使用了該詞。清朝後期，西方近代科學引入中國，地圓説逐漸為中國人所接受，“地球”一詞（亦作“地毬”）被廣泛使用，申報在創刊首月即登載《地球説》一文。

地球繞太陽公轉的軌道與太陽的平均距離大約是1.5億千米（9300萬英里），每365.2564平太陽日(365日6時9分10秒)轉一圈，稱為一恆星年。1990年，旅行者1號從64億千米（40億英里）拍攝到了地球的圖像（暗淡藍點）。公轉使得太陽相對於恆星每日向東有約1°的視運動，每12小時的移動相當於太陽或月球的視直徑。由於這種運動，地球平均要24小時，也就是一個太陽日，才能繞軸自轉完一圈，讓太陽再度通過中天。地球公轉的平均速度大約是29.8 km/s（107000 km/h），7分鐘內就可行進12742 km（7,918 mi），等同於地球的直徑的距離；約3.5小時就能行進約384000千米的地月距離。 ^[2] 

在現代，地球的近日點和遠日點出現的時間分別出現於每年的1月3日和7月4日左右。 由於進動和軌道參數變化帶來的影響，這兩個日期會隨時間變化。這種變化具有周期性的特徵，即米蘭科維奇假説。地球和太陽距離的變化，造成地球從遠日點運行到近日點時，獲得的太陽能量增加了6.9%。因為南半球總在每年相同的時間接近近日點時朝向太陽，因此在一年之中，南半球接受的太陽能量比北半球稍多一些。但這種影響遠小於轉軸傾角對總能量變化的影響，多接收的能量大部分都被南半球表面佔很高比例的海水吸收掉。

相對於背景恆星，月球和地球每27.32天繞行彼此的質心公轉一圈。由於地月系統共同繞太陽公轉，相鄰兩次朔的間隔，即朔望月的週期，平均是29.53天。從天球北極看，月球環繞地球的公轉以及它們的自轉都是逆時針方向。從超越地球和太陽北極的制高點看，地球也是以逆時針方向環繞着太陽公轉，但公轉軌道面（即黃道）和地球赤道並不重合——黃道面和赤道面呈現23.439281°（約23°26'）的夾角，該角也是自轉軸和公轉軸的夾角，被稱為軌道傾角、轉軸傾角或黃赤交角。而月球繞地球公轉的軌道平面（白道）與黃道夾角5.1°。如果沒有這些傾斜，每個月都會有一次日食和一次月食交替發生。 ^[2] 

地球的引力影響範圍（希爾球）半徑大約是1.5 × 10⁶千米（930,000英里）。天體必需進入這個範圍內才能被視為環繞着地球運動，否則其軌道會因太陽引力攝動而變得不穩定，並有可能脱離地球束縛。包括地球在內的整個太陽系，在位於銀河系平面（銀道）上方約20 光年的獵户臂內，以28000ly的距離環繞着銀河系的中心公轉。

地球相對於太陽的平均自轉週期稱為一個平太陽日，定義為平太陽時86,400 秒（等於SI86,400.0025 秒）。因為潮汐減速的緣故，當前地球的太陽日已經比19世紀略長一些，每天要長0至2 SI ms。國際地球自轉服務（IERS），以國際單位制的秒為單位，測量了1623年至2005年和1962年至2005年的時長，確定了平均太陽日的長度。 ^[3] 

地球相對於太陽的自轉週期，稱為一個恆星日，依據IERS的測量，1恆星日等於平太陽時（UT1）86,164.098903691 秒，即23小時56分4.098903691秒。天文學上常以地球相對於平春分點的自轉週期作為一個恆星日，在1982年是平太陽時（UT1）86164.09053083288 秒，即23小時56分4.09053083288。由於春分點會因為歲差等原因而發生移動，這個恆星日比真正的恆星日短約8.4毫秒。

從地球上看，空中的天體都以每小時15°，也就是每分鐘15'的角速度向西移動（低軌道的人造衞星和大氣層內的流星除外）。靠近天球赤道的天體，每兩分鐘的移動距離相當於地球表面所見的月球或太陽的視直徑（兩者幾乎相同）。

軌道傾角的存在使得地球繞太陽公轉時，太陽直射點在南迴歸線和北迴歸線之間週期性變化，這為一個迴歸年，時長為365.24219個平太陽日（即：365天5小時48分46秒）。地球上不同緯度地區晝夜長短和太陽高度角隨之變化，進而使得這些地區一日之內接受到的太陽輻射總量發生變化，導致季節變化。當北極點相對於南極點離太陽更近時，太陽直射點位於北半球，此時北半球晝長夜短，太陽高度角較大，為夏半年；南半球晝短夜長，太陽高度角較小，為冬半年；反之亦然。在北迴歸線以北的北温帶，太陽總是從東南方向升起，向西南方向落下；在南温帶，太陽則是從東北方向升起，向西北方向落下。

在南、北半球各自的夏半年中，緯度越高，晝越長，夜越短，在極圈內可能出現全天都是白晝的情形，稱為極晝。在極點附近，夏半年的6個月都是極晝；冬半年緯度越高，晝越短，夜越長，極圈內可能出現全天都是黑夜的情形，稱為極夜。極點附近冬半年均為極夜。 ^[2]  在一個迴歸年內，太陽直射點在南北迴歸線之間移動。直射點落在北迴歸線、南迴歸線上的那一天合稱至日。直射點會兩次越過赤道，稱為分點。在北半球，冬至出現於每年的12月21日前後，夏至出現於6月21日左右，春分通常出現於3月20日，秋分通常出現於9月22日或9月23日。在南半球，春分、秋分；夏至、冬至的日期正好與北半球相反。

由於地球不是理想的球體，而黃道面、白道面和赤道面都存在交角，太陽和月球對地球施加的力矩有垂直於自轉角動量的分量，使得地球在自轉的同時會發生進動，其週期為2.58萬年，從而導致了恆星年和迴歸年的差異，即歲差。地球的傾斜角幾乎不隨時間變化而改變，但由於日月相對地球的位置不斷變化導致地球受到的外力發生變化，地球在自轉、進動時傾斜角仍然會有輕微、無規則的章動，其最大週期分量為18.6年，與月球交點的進動週期一致。地球也不是理想的剛體，受到地質變化、大氣運動等作用的影響，地球的質量分佈會發生變化，自轉極點相對於地球表面同樣也會有輕微的漂移，每年極點的位置會變化數米，自1900年以來，極點大約漂移了二十米。這種漂移被稱為極移。極移是一種準週期運動，主要的週期分量包括一個週期為一年的運動和一個週期為14個月的運動。前者通常被認為與大氣運動有關，後者被稱為錢德勒擺動。由於地球的自轉角速度比月球和地球的公轉角速度都大，受到潮汐摩擦的影響，地球的自轉角速度隨着時間變化緩慢減小，換言之，一天的時間逐漸變長。

月球是地球的天然衞星，因古代在夜晚能提供一定的照明功能，也常被稱作“月亮”，月球的直徑約為地球直徑的四分之一，結構與類地行星相似。月球是太陽系中衞星－行星體積比最大的衞星。雖然冥王星和冥衞一之間的比值更大，但冥王星屬於矮行星。月球和地球間的引力作用是引起地球潮汐現象的主要原因，而月球被地球潮汐鎖定，因此月球的自轉週期等於繞地球的公轉週期，使月球始終以同一面朝向地球。月球被太陽照亮並朝向地球這一面的變化，導致月相的改變，黑暗部分和明亮部分被明暗界線分隔開來。由於地月間的潮汐相互作用，月球會以每年大約38毫米的距離逐漸遠離地球，地球自轉的時間長度每年大約增加23微秒。數百萬年來，這些微小的變更累積成重大的變化。例如，在泥盆紀的時期（大約4.19億年前），一年有400天，而一天只有21.8小時。 ^[4] 

月球對地球氣候的調節可能戲劇性地影響到地球上生物的發展。古生物學的證據和電腦模擬顯示地球的轉軸傾角因為與月球的潮汐相互作用才得以穩定。一些理論學家認為，沒有這個穩定的力量對抗太陽和其他行星對地球的赤道隆起產生的扭矩，地球的自轉軸指向將混沌無常；火星就是一個現成的例子。太陽的直徑大約是月球的400倍，但太陽與地球的距離也是400倍遠，因此地球看到的月球和太陽大小几乎相同。這一原因正好使得兩天體的角直徑（或是立體角）吻合，因此地球能觀測到日全食和日環食。關於月球的起源，大碰撞假説是最受支持的科學假説，但這一假設仍有一些無法解釋的問題。該假説認為，45億年前，一顆火星大小的天體忒伊亞與早期的地球撞擊，殘留的碎片形成了月球。這一假説解釋了月球相對於地球缺乏鐵和揮發性元素、以及其組成和地球的地殼幾乎相同等現象的原因。 ^[5] 

人造地球衞星是由人類建造，環繞地球運行的太空飛行器。截至2020年8月初，地球的在軌人造衞星共有6613顆，包括已經失效，地球軌道上現存最老的美國衞星先鋒1號，此外尚有逾30萬件太空垃圾也在軌道上環繞地球。全世界最大的人造衞星是國際空間站（International Space Station）。 ^[6]  1961年4月12日，尤里·阿列克謝耶維奇·加加林（Yuri Alekseyevich Gagarin）成為了第一個抵達地球軌道的人類。截至2010年7月30日，共有487人曾去過太空並進入軌道繞行地球，其中有12人還參與了阿波羅計劃並在月球行走。正常情況下，國際空間站成員由6人組成，成員一般每六個月替換一次。阿波羅13號於1970年執行任務期間離地球400171千米，為人類到達過的最遠距離。

除了月球和人造衞星之外，地球還有至少5顆共軌小行星（準衞星），其中四顆是在地球軌道上環繞着太陽運行的小行星——克魯特尼（3753 Crutithne）、2002 AA29、2016 HO₃和在地球前導拉格朗日點L₄的特洛伊小行星2010 TK₇。僅有5米大小的近地小行星2006 RH120，大約每隔20年就會靠近地月系統一次，當它靠近時，會短暫進入繞行地球的軌道。 ^[7] 

地球歷史非常久遠。根據放射性碳定年法的測量結果，太陽系大約在45.6±0.08億年前形成， ^[8]  而原生地球大約形成於45.4±0.04億年前。從理論上講，太陽的形成始於45.6億年前一片巨大氫分子云的引力坍縮，坍縮的質量大多集中在中心，形成了太陽；其餘部分一邊旋轉一邊攤平，形成了一個原行星盤，繼而形成了行星、衞星、小行星、彗星、流星體和其他太陽系小天體。星雲假説主張，形成地球的微行星起源於吸積坍縮後剩下的由氣體、冰粒、塵埃形成的直徑為一至十千米的塊狀物。這些物質經過1000至2000萬年的生長，最終形成原生地球。 ^[9]  初生的地球表面是由岩漿組成的“海洋”。

月球大約形成於45.3億年前， ^[10]  關於月球起源的研究還沒有定論，最受歡迎的是大碰撞假説。 ^[11]  該假説認為，有一顆叫做忒伊亞的天體與地球發生了碰撞，這顆天體的尺寸和火星差不多，其質量為地球的10%，碰撞引發了巨大的爆炸，爆裂出的物質飛到了太空中，經吸積作用形成了月球，而忒伊亞的一部分質量也熔入了地球。在大約41億至38億年前這段時間，地月系統進入了後期重轟炸期，無數小行星撞擊了月球的表面，使月球表面發生了巨大的改變，可以推測出，當時的地球也遭遇了很多的撞擊。

從太古宙起地球表面開始冷卻凝固，形成堅硬的岩石，火山爆發所釋放的氣體形成了次生大氣。最初的大氣可能由水汽、二氧化碳、氮氣組成，水汽的蒸發加速了地表的冷卻，待到充分冷卻後，暴雨連續下了成千上萬年，雨水灌滿了盆地，形成了海洋。暴雨在減少空氣中水汽含量的同時，也洗去了大氣中的很多二氧化碳。此外，小行星、原行星和彗星上的水和冰也對是水的來源之一。黯淡太陽悖論指出，雖然早期太陽光照強度大約只有當前的70%，但大氣中的温室氣體足以使海洋裏的液態水免於結冰。約35億年前，地球磁場出現，有助於阻止大氣被太陽風剝離。其外層冷卻凝固，並在大氣層水汽的作用下形成地殼。陸地的形成有兩種模型解釋，一種認為陸地持續增長，另一種更可能的模型認為地球歷史早期陸地即迅速生成，然後保持到當今。內部的熱量不斷散失，驅動板塊構造運動形成大陸。根據大陸漂移假説，經過數億年，超大陸經歷三次分分合合。大約7.5億年前，最早可考的超大陸羅迪尼亞大陸開始分裂，又在6至4.5億年前合併成潘諾西亞大陸，然後合併成盤古大陸，最後於約1.8億年前分裂。地球處於258萬年前開始的更新世大冰期中，高緯度地區經歷了數輪冰封與解凍，每40到100萬年循環一次。最後一次大陸冰封在約10000年前。 ^[12] 

地球提供了僅有的能夠維持已知生命進化的環境。人們認為約40億年前的高能化學反應產生了能夠自我複製的分子，又過了5億年則出現了所有生命的共同祖先，而後分化出細菌與古菌。早期生命形態發展出光合作用的能力，可直接利用太陽能，並向大氣中釋放氧氣。大氣中積累的氧氣受到太陽發出的紫外線作用，在上層大氣形成臭氧（O₃），進而出現了臭氧層。早期的生命以原核生物的形態存在。根據內共生學説，在生命進化過程中，部分小細胞被吞進大細胞，並內共生於大細胞之中，成為大細胞的細胞器，從而形成結構相對複雜的真核細胞。此後，細胞羣落內部各部分的細胞逐漸分化出不同的功能，形成了真正的多細胞生物。由於臭氧層吸收了太陽發出的有害紫外線，陸地變得適合生命生存，生命開始在陸地上繁衍。已知生命留下的最早化石證據有西澳大利亞州砂岩裏34.8億年前的微生物墊化石，西格林蘭島變質碎屑岩裏37億年前的生源石墨。 ^[13] 

約瑟夫·可西文克博士1992年首先提出猜測7.5億年到5.8億年前的新元古代成冰紀大冰期時，強烈的冰川活動使地球表面大部分處於冰封之下，是為雪球地球（Snowball Earth）假説。5.42億年前發生了埃迪卡拉紀末期滅絕事件，緊接着就出現了寒武紀生命大爆發，地球上的多細胞生物種類猛增（如三葉蟲、奇蝦等）。寒武紀大爆發之後，地球又經歷了5次生物集羣滅絕事件。其中，發生在2.51億年前的二疊紀－三疊紀滅絕事件是已知地質歷史上最大規模的物種滅絕事件；而距今最近的大滅絕事件是發生於6600萬年前的白堊紀－古近紀滅絕事件，小行星的撞擊使非鳥恐龍和其他大型爬行動物滅絕，但一些小型動物逃過一劫，例如那時還像鼩鼱一樣大的哺乳動物。在過去的6600萬年中，哺乳動物持續分化。數百萬年前非洲的類猿動物（如圖根原人）學會了直立。由此它們得以更好地使用工具、互相交流，從而獲得更多營養與刺激，大腦也越來越發達，最後進化成人類。人類藉助農業和文明的發展享受到了地球上任何其他物種都未曾達到的生活品質，也反過來影響了地球和自然環境。 ^[14] 

在15至45億年後，地球的轉軸傾角最多可能出現90度的變化。據推測，地球表面的複雜生命發展還算年輕，活動能夠繼續達到極盛並維持約7-8億年。不過如果大氣中氧氣完全消失，這個時間將會延長到23億年。地球在遙遠未來的命運與太陽的進化緊密相連，隨着太陽核心的氫持續核聚變生成氦，太陽光度將持續會緩慢增加，預測在11億年後增加10%，35億年後則增加40%之多，太陽光熱輻射烈度也將會持續增長。根據氣候模型，地球表面最終將會因為太陽輻射上升，產生嚴重後果，最初只是發生於熱帶地區，然後到兩極，長久下去，海洋將會蒸發並消失。

地球表面温度上升會加快無機碳循環，降低大氣二氧化碳含量：大約6億年後，C3植物將會退出地球的生命舞台；大約8億年後，大氣中二氧化碳含量逐漸會降為10ppm，若不能進化出光合的方法，C4植物的生存的權利將會剝奪。植被的缺失會使地球大氣含氧量下降，地球上的動植物會在數百萬年內滅絕。此後預計再過20餘億年，地表水完全蒸發，地球平均氣温也將超過100°C。即使太陽永遠保持穩定，因為大洋中脊冒出的水蒸氣減少，約10億年後，27%的海水會進入地幔，海水的減少使得温度劇烈變化而不適合複雜生命。

70億年後，太陽進化成為紅巨星，地球表面此時已經不能形成複雜分子了。模型預測太陽將膨脹至約當前半徑的234倍，也就是大約1天文單位（1.5億千米），地球的命運仍尚不明確。成為紅巨星時，太陽會失去30%的質量。因此若不考慮潮汐力的影響，當太陽體積最大時，地球會移動到約距太陽1.7天文單位（2.5億千米）遠處，擺脱了落入膨脹太陽外層大氣的命運；然而即使真是如此，太陽亮度峯值將是當前的5000倍，地球上剩餘的生物也難逃被陽光摧毀的命運。2008年進行的一個模擬顯示，地球的軌道會因為潮汐效應的拖曳而衰減，使其落入已成為紅巨星的太陽大氣層而最終被蒸發掉。 ^[15] 

地球形狀大致呈橢球形。地球自轉的效應使得沿貫穿兩極的地軸方向稍扁，赤道附近略有隆起。 ^[16]  從地心出發，地球赤道半徑比極半徑高了43千米（27英里）。因此，地球表面離地球質心最遠之處並非海拔最高的珠穆朗瑪峯，而是位於赤道上的厄瓜多爾欽博拉索山的山頂。地球的參考橢球體平均直徑約為12,742千米（7,918英里），約等於(40,000 km)/π，這個整數並非巧合，而是因為長度單位米的最初定義是經過法國巴黎的經線上赤道與北極點距離的一千萬分之一。在赤道某海平面處重力加速度的值ga=9.780m/s^2，在北極某海平面處的重力加速度的值gb=9.832m/s^2，全球通用的重力加速度標準值g=9.807m/s^2，地球自轉週期為23小時56分4秒（恆星日），即T=8.616×10^4s。

由於局部地勢有所起伏，地球與理想橢球體略有偏離，不過從行星尺度看，這些起伏和地球半徑相比很小，最大偏離也只有0.17%，位於海平面以下10,911米（35,797英尺）的馬裏亞納海溝與海拔8,844米（29,016英尺）的珠穆朗瑪峯只產生0.14%的偏離。若把地球縮到枱球大小，地球上像大型山脈和海溝那樣的地方摸上去就像微小瑕疵一樣，而其他大部分地區，包括北美大平原和深海平原摸上去則更加光滑。地球總面積約為5.101億平方千米，其中約29.2%（1.4894億平方千米）是陸地，其餘70.8%（3.61132億平方千米）是水。陸地主要在北半球，有五個大陸：歐亞大陸、非洲大陸、美洲大陸、澳大利亞大陸和南極大陸，另外還有很多島嶼。大洋則包括太平洋、大西洋、印度洋、北冰洋和南冰洋五個大洋及其附屬海域。海岸線共35.6萬千米。陸地上最低點：死海（-418米），全球最低點：馬裏亞納海溝（-11034米），全球最高點：珠穆朗瑪峯（8848.86米）

地球的總質量約為5.97×10²⁴ Kg，約60萬億億噸。構成地球的主要化學元素有鐵（32.1%）、氧（30.1%）、硅 （15.1%）、鎂（13.9%）、硫（2.9%）、鎳（1.8%）、鈣（1.5%）、鋁（1.4%）；剩下的1.2%是其他微量元素，例如鎢、金、汞、氟、硼、氙等。由於質量層化（質量較高者向中心集中）的緣故，據估算，構成地核的主要化學元素是鐵（88.8%），其他構成地核的元素包括鎳（5.8%）和硫（4.5%），以及質量合共少於1%的微量元素。構成地幔的主要礦物質則包括輝石（化學式為(Mg,Fe,Ca,Na)(Mg,Fe,Al)(Si,Al)₂O₆）、橄欖石（化學式為(Mg,Fe)₂SiO₄）等。 ^[17] 

至於地殼的化學構成，氧是地殼內丰度最高的元素，佔了46%。地殼中的含氧化合物包括水、二氧化硅、硫酸鈣、碳酸鈣、氧化鋁等，而地殼內含量最高的10種化合物、絕大部分構成地殼常見岩石的化合物均是含氧化合物。有些岩石則是氟化物、硫化物和氯化物，但氟、硫和氯在任何地方岩層中的總含量通常遠少於1%。佔地殼淺表90%以上體積的火成岩主要由二氧化硅及硅酸鹽構成。地球化學家法蘭克·維格氏維爾·克拉克基於1,672個對各種岩石的分析進行計算，推論出99.22%的岩石是以下表列出的氧化物構成，亦有其他含量較少的成分。

地球內部如同其他類地行星一樣，可根據化學性質或物理（流變學）性質分為若干層。然而，地球的內核、外核具有明顯的區別，這是其他類地行星所沒有的特徵。地球外層是由硅酸鹽礦物組成的地殼，下面又有一層黏稠固體組成的地幔。地幔和地殼之間的分界是莫霍不連續面。地殼的厚度隨位置的不同而不同，從海底的6千米到陸地的30至50千米不等。地殼以及地幔較冷、較堅硬的上層合稱為岩石圈，板塊也是在這個區域形成的。岩石圈以下是黏度較低的軟流圈，岩石圈就在軟流圈上方滑動。地幔晶體結構的重大變化出現於地表以下410至660千米之間的位置，是分隔上地幔及下地幔的過渡區。在地幔以下，是分隔地幔和地核的核幔邊界（古登堡不連續面），再往下是黏度非常低的液態外地核，最裏面是固態的內地核。內地核旋轉的角速度可能較地球其他部分要快一些，每年約領先0.1–0.5°。內地核半徑1220千米，約為地球半徑的1/5。 ^[18] 

地球內部及周圍空間中存在着靜磁場。根據靜磁場的多極展開，如果把地球近似看作一個磁偶極子，它的磁矩大小為7.91 × 10¹⁵ T m³，地磁軸方向與自轉軸近似重合但有少許偏離，兩者的夾角被稱為地磁偏角。在垂直平分地磁軸的平面和地球表面相交形成的地磁赤道圈上，磁感應強度約為3× 10⁻⁵ T，在地磁軸與地球表面相交形成的地磁極處，磁感應強度約為地磁赤道處的兩倍。根據發電機假説，地磁主要來自於地核中鐵、鎳構成的導電流體的運動。在地核的外核中，熾熱的導電流體在從中心向外對流的過程中受到地轉偏向力的作用形成渦流，產生磁場。而渦流產生的磁場又會對流體的流動產生反作用，使流體的運動乃至其產生的磁場近似保持穩定。但由於對流運動本身是不穩定的，地磁軸的方向會緩慢、無規律地發生變化，導致地磁倒轉。地磁倒轉的週期不固定，每一百萬年可能會發生數次逆轉，最近的一次則發生在78萬年前，被稱為布容尼斯－松山反轉。 ^[19] 

地磁在太空的影響範圍稱為磁層。太陽風的離子與電子被磁層偏轉，因此無法直接襲擊地球。太陽風的壓強會把磁層靠近太陽的區域壓縮至10個地球半徑，而遠離太陽的區域會延伸成長尾狀。太陽風以超音速吹入磁層向陽面，形成弓形震波，太陽風速度因此減慢，一部分動能轉換為熱能，使得附近區域温度升高。在電離層上方，磁層中的低能量帶電粒子形成等離子層，其運動受地磁場主導。由於地球的自轉會影響等離子的運動，因此等離子層會與地球共轉。磁層中能量居中的粒子繞地軸旋轉流動，形成環狀電流。帶電粒子除了沿着磁場線作螺旋運動外，還會在地磁場的梯度與曲率作用下產生定向漂移，電子向東漂移，正離子向西漂移，因此形成環狀電流。範艾倫輻射帶是兩層狀似甜甜圈的輻射區域，內層主要是由高能量質子與電子所形成，而外層還含有氦等較重的離子。這些高能量粒子都被磁場俘獲於並且以螺旋形式沿着磁場線移動。當發生磁暴時，帶電粒子會從外磁層沿着磁場線方向偏轉進入電離層，並在這裏與大氣層原子發生碰撞，將它們激發與離子化，高緯度的確這時就產生了極光。 ^[20] 

地球內部產生的熱量中，吸積殘餘熱約佔20%，放射性衰變熱則佔80%。地球內的產熱同位素主要有鉀-40、鈾238、鈾235及釷-232。地心的温度最高可達6000 °C（10,830 °F），壓強可達360 GPa。因為許多地熱是由放射性衰變而來，科學家推測在地球歷史早期、在半衰期短的同位素尚未用盡之前，地球的內熱可能產生得更多，30億年前可能是當前的2倍。因此當時延着地球半徑的温度梯度會更大，地幔對流及板塊構造的速率也更快，可能生成一些像科馬提巖之類，以當前的地質條件難以生成的岩石。 ^[21] 

地球表面平均散熱功率密度為87 mWm⁻²，整個地球內部散熱總功率為4.42×10¹³W。地核的部分熱量通過高温熔岩向上湧升傳到地殼，這種熱對流叫做地幔熱柱。因此地幔會出現熱點及溢流玄武岩。地球的熱能還會在板塊構造中通過地幔逐步上升到大洋中脊而流失。另一種熱能流失的主要方式是藉由岩石圈的熱傳導，主要發生在海底，因為海底的洋殼比陸地的薄。 ^[22] 

位於地球外層的剛性岩石圈分成若干板塊。這些板塊是剛性的，板塊之間的相對運動發生在以下三種邊緣：其一是聚合板塊邊緣，在此二個板塊互相靠近；其二是分離板塊邊緣，在此二個板塊互相分離；其三是轉形板塊邊緣，在此二個板塊互相橫向錯動。在這些板塊邊緣上，會出現地震、火山活動、造山運動以及形成海溝。這些板塊漂浮在軟流圈之上。 ^[23] 

隨着板塊飄移，海洋板塊俯衝到聚合板塊邊緣的前緣下方。同時，地幔物質於分離板塊邊緣上升至地殼，產生了大洋中脊。這些過程使得海洋地殼一邊從地幔中不斷產生，一邊不斷地回收到地幔中，因此海洋地殼的歷史大多低於1億年。現今最古老的海洋地殼位於西太平洋地區，其歷史估計約為2億年。相較之下，最古老的大陸地殼歷史約為40.3億年。 ^[24] 

地球的主要板塊為太平洋板塊、美洲板塊、歐亞板塊、非洲板塊、南極洲板塊、印度洋板塊；另外還有阿拉伯板塊、加勒比板塊、菲律賓海板塊、北美洲西海岸外的科科斯板塊、南美洲西海岸外的納斯卡板塊以及南大西洋的斯科舍板塊等板塊比較有名。印澳板塊是澳大利亞板塊與印度板塊在5000萬至5500萬年前融合形成的。在這些板塊中，大洋板塊位移速率快，大陸板塊移動速率慢：屬於大洋板塊的科科斯板塊位移速率為每年75毫米，太平洋板塊則以每年52至69毫米的速率位移；而屬於大陸板塊的歐亞大陸板塊，平均以約每年21毫米的速率行進。

地球表面積總計約5.1億平方千米，約70.8%的表面積由水覆蓋，大部分地殼表面（3.6113億平方千米）在海平面以下。海底的地殼表面具有多山的特徵，包括一個全球性的中洋脊系統，以及海底火山、海溝、海底峽谷、海底高原和深海平原。其餘的29.2%（1億4894萬平方千米，或5751萬平方英里）為不被水覆蓋的地方，包括山地、盆地、平原、高原等地形。地表受到構造和侵蝕作用，經歷了長時間的重塑。板塊構造運動會改變地貌，大風、降水、熱循環和化學作用對地表的侵蝕也會改變地貌。冰川作用、海岸侵蝕、珊瑚礁的形成，以及大型隕石的撞擊都會對地貌的重塑產生影響。 ^[25] 

地球表面的岩石按照成因大致可分為三類：火成岩、沉積岩和變質岩。火成岩是由上升至地表的岩漿或熔岩冷卻凝固而形成的一種岩石，又稱岩漿岩，是構成地殼主要岩石。火成岩按照成因又可分大致分為兩類：一是岩漿侵入地表形成的侵入岩，按照形成位置的不同可分為深成岩和淺成巖，常見的花崗岩就是一種侵入岩。二是岩漿噴出地表形成的噴出巖，又名火山岩，例如安山岩、玄武岩。大陸地殼主要由密度較低的花崗岩，安山岩構成，海洋地殼主要由緻密的玄武岩構成。沉積岩是由堆積、埋藏並緊密結合在一起的沉積物形成的。近75%的大陸表面被沉積岩覆蓋，雖然他們只形成了約5%的地殼，變質岩是從原有的岩石通過高壓高温的環境變質而形成的一種岩石，如大理石。地球表面最豐富的硅酸鹽礦物有石英、長石、角閃石、雲母、輝石和橄欖石等。常見的碳酸鹽礦物有方解石（發現於石灰石和白雲石）等。

地表最低處位於西亞的死海，海拔約為-420米，海拔最高點位於中國和尼泊爾邊境的喜馬拉雅山脈的珠穆朗瑪峯，海拔超過8848米。海平面以上的平均海拔為840米。傳統上，地球表面被分為七大洲、四大洋和不同的海域。也會以極點為中心將地球分為南半球和北半球兩個半球，以經度分為東半球和西半球，或大致按照海陸分佈分為水半球和陸半球。土壤圈是地球陸地表面的最外層，由土壤所組成，併為土壤形成過程所影響。耕地佔地表總面積的10.9%，其中1.3%是永久耕地。接近40%的地表用於農田和牧場，包括1.3×107平方千米的農田和3.4×107平方千米的牧場。

在太陽系中，表面為大面積的水域所覆蓋是地球有別於其他行星的顯著特徵之一，地球的別稱“藍色星球”便是由此而來的。地球上的水圈主要由海洋組成，而陸海、湖泊、河川以及可低至2,000米深的地下水也佔了一定的比例。位於太平洋馬裏亞納海溝的挑戰者深淵深達10911.4米，是海洋最深處。

地球上海洋的總質量約為1.35×10¹⁸噸，相當於地球總質量的1/4400；海洋覆蓋面積為3.618×10⁸平方千米，平均深度為3682米，總體積約為1.332×10⁹立方千米。如果地球上的所有地表海拔高度相同，而且是個平滑的球面，那麼地球上的海洋平均深度會是2.7~2.8千米。

地球上的水約97.5%為海水，2.5%為淡水。而這2.5%中，又有68.7%的淡水以冰帽或冰川等形式存在。地球上海洋的平均鹽度約為3.5%，即每千克的海水約有35克的鹽。這大部分鹽在火山的作用和冷卻的火成岩中產生。海洋也是溶解大氣氣體的貯存器，這對於許多水生生命體的生存是不可或缺的。海洋是一個大型儲熱庫，其海水對全球氣候造成了顯著的影響。海洋温度分佈的變化可能會對天氣變化造成很大的影響，例如厄爾尼諾-南方濤動現象。受到地球行星風系等因素的影響，地球上的海洋有相對穩定的洋流，洋流主要分為暖流和寒流，暖流主要對流經的附近地區的氣候起到“增温增濕”的效果，寒流的反之。

由於存在地球大氣圈、地球水圈和地表的礦物，在地球上這個合適的温度條件下，形成了適合於生物生存的自然環境。人們通常所説的生物，是指有生命的物體，包括植物、動物和微生物。據估計，現有生存的植物約有40萬種，動物約有110多萬種，微生物至少有10多萬種。據統計，在地質歷史上曾生存過的生物約有5億～10億種之多，然而，在地球漫長的演化過程中，絕大部分都已經滅絕了。現存的生物生活在岩石圈的上層部分、大氣圈的下層部分和水圈的全部，構成了地球上一個獨特的圈層，稱為生物圈。生物圈是太陽系所有行星中僅在地球上存在的一個獨特圈層。 ^[26] 

地球表面的平均氣壓為101.325千帕，大氣標高約8.5千米。地球的大氣層為由78%的氮氣、21%的氧氣、混合微量的水蒸氣、二氧化碳以及其他的氣態分子所構成。對流層的高度隨着緯度的變化而異，位於赤道附近的對流層高度則高達17千米，而位於兩極附近的對流層高度僅8千米，對流層的高度也會隨着天氣及季節因素而變化。

地球的生物圈對地球大氣層影響顯著。在27億年前光合作用開始產生氧氣，最終形成主要由氮、氧組成的大氣。這一變化使好氧生物能夠繁殖，隨後大氣中的氧氣轉化為臭氧，形成臭氧層。臭氧層阻擋了太陽輻射中的紫外線，地球上的生命才得以存續。對生命而言，大氣層的重要作用還包括運送水汽，提供生命所需的氣體，讓流星體在落到地面之前燒燬，以及調節温度等。大氣中某些微量氣體分子能夠吸收從地表散發的長波輻射，從而升高地球平均温度，是為温室效應。大氣中的温室氣體主要有水蒸氣、二氧化碳、甲烷和臭氧。如果地球沒有温室效應，則地表平均温度將只有−18°C（當前為14°C），生命就很可能不存在。 ^[27] 

在對流層的上方，相對高層的大氣層通常分為平流層、中間層、熱層和散逸層，每一層温度隨高度的變化規律都不同。平流層上部是臭氧層，能部分吸收太陽射向地表的紫外線，這對地球上的生命很重要。這也使得平流層中温度隨高度的增加而增加。中間層中温度則隨高度增加而下降。在熱層中，由於氣體原子對太陽輻射中短波成分有強烈吸收，温度隨高度的增加急劇上升。在熱層上部由於空氣稀薄，温度較高，氣體分子會發生電離，形成等離子體，構成電離層。散逸層向外延伸，愈發稀薄，直到磁層，那裏是地磁場和太陽風相互作用的地方。距地表100 km的高空是卡門線，實踐中認為它是大氣層和外層空間的分界。

由於熱運動，大氣層外緣的部分分子速度可以大到能夠擺脱地球引力。這會使大氣氣體緩慢但持續地散失到太空中。因為遊離的氫分子量小，它更容易達到宇宙速度，散逸到外太空的速率也更快。其中在氫氣散失方面，是地球大氣以及表面從早期的還原性變為氧化性的原因之一。雖然光合作用也提供了一部分氧氣，但是人們認為氫氣之類的還原劑消失是大氣中能夠廣泛積累氧氣的必要前提，因此也影響了地球上出現的生命形式。雖然大氣中的氧氣和氫氣可轉化為水，但其損失大部分皆來自甲烷在高層大氣的破壞。 ^[28] 

地球的大氣層並無明確邊界。離地表越遠，空氣越稀薄，最後停止在外太空。大氣層四分之三的質量集中在離地表11千米的對流層。來自太陽的能量將地表和上面對流層中的氣體加熱，空氣受熱膨脹，密度減小導致上升，周圍較冷、密度較高的氣體填補過來，形成了大氣環流。這使得熱量重新分佈，併產生各種天氣現象和氣候條件。

主要的大氣環流帶有緯度30°以下赤道地區的信風和緯度30°到60°之間的中緯度西風帶。決定氣候的重要因素還有洋流，尤其是將熱量從赤道海域帶往極地地區的温鹽環流。

地表蒸發的水蒸氣也通過大氣環流來運送。如果大氣環境適合，温暖濕潤的空氣上升，然後其中的水汽凝結，形成降水落回地面。降水中的大部分通過河流系統流向低海拔地區，通常會回到海洋中或者聚集在湖泊裏。這種水循環是地球能維持生命的重要原因，也是地表構造在漫長地質時期受到侵蝕的主要因素。各地降水量大相徑庭，從一年數千毫米到不到一毫米都有。一個地區的平均降水量由大氣環流、地貌特徵和氣温差異共同決定。

地球表面獲得的太陽能量隨緯度增高而遞減。高緯度地區太陽照射地面的角度較小，陽光必須通過的大氣層較厚，因此年平均氣温較低。緯度每增高1度，海平面處的年平均氣温就降低大約0.4 °C變化（0.7 °F變化）。地球表面可分為氣候大致相似的若干緯度帶，從赤道到兩極依次是熱帶、亞熱帶、温帶和極地氣候。根據各地氣温和降水量的異同可以劃定不同的氣候類型。常用的柯本氣候分類法將全球氣候分為五大類：A類熱帶氣候，B類乾旱氣候，C類温帶氣候，D類冷温帶氣候，E類極地氣候和高山氣候，每個大類被進一步分為若干小類。

緯度並非氣候的決定因素。由於水的比熱比岩土的比熱大，海洋性氣候往往比大陸性氣候更為温和。事實上，南半球處於夏季時地球離太陽更近，導致南半球全年接受到的輻射總量比北半球多。若不是南半球的水域面積比北半球更大，多出的水域吸收了多餘的輻射，南半球的平均氣温將比北半球高2.3 °C。大氣環流和洋流的影響同樣重要。在高緯度地區，受到暖流和西風的作用，大陸西岸的氣候往往比同緯度內陸及大陸東岸的氣候更為温和。北歐北部處於北極圈內，氣候卻比較適宜。緯度較低的加拿大北部及俄羅斯遠東地區反而呈現寒冷的極地氣候。在南美洲低緯度地區的西岸，受到秘魯寒流的影響，夏季沒有酷暑。此外，氣候還與高度有關，海拔越高，氣候越寒冷。 ^[29] 

地球表面的氣温受到太陽輻射的影響，全球地表平均氣温約15℃左右。而在不見陽光的地下深處，温度則主要受地熱的影響，隨深度的增加而增加。在地球中心處的地核温度更高達6000℃以上，比太陽光球表面温度（5778K，5500℃）更高。地球表面最熱的地方是巴士拉，最高氣温為58.8℃。地球北半球的“冷極”在東西伯利亞山地的奧伊米亞康，1961年1月的最低温度是-71℃。世界的“冷極”在南極大陸，1967年初，俄羅斯人在東方站曾經記錄到-89.2℃的最低温度。1913年於美國加利福尼亞州死亡谷國家公園內的爐溪谷地所測得的56.7 °C（134.1 °F）為測得的最高氣温；而1983年於南極洲沃斯托克站所測得的−89.2 °C（−128.6 °F）為測得的最低氣温，但遙感衞星曾在東部南極洲測到低至−94.7 °C（−138.5 °F）的温度。這些氣温僅僅是自20世紀以來使用現代儀器測量到的，可能尚未完整體現地球氣温的範圍。 ^[29] 

地球藴藏着各種自然資源供人類開採利用。其中很多是如化石燃料一類的不可再生能源，這些資源的再生速度非常緩慢。化石燃料大多從從地殼中獲得，例如煤、石油和天然氣。人類主要用這些化石燃料來獲得能源和化工生產的原料。礦石形成於地殼的成礦過程，成礦過程由岩漿活動、侵蝕和板塊構造導致。 ^[30] 

地球生物圈可產生許多對人類有益的生物製品，包括食物、木材、藥品等，並可使眾多有機廢棄物回收再利用。陸上生態系統依靠表土和淡水維持，而海洋生態系統則依靠陸地衝刷而來的溶解養料維持。1980年，全球有50.53億公頃（5053萬平方千米）林地，67.88億公頃（6788萬平方千米）草地和牧場，還有15.01億公頃（1501萬平方千米）用作耕地。1993年，全球有2,481,250平方千米（958,020平方英里）的土地受到灌溉。人類在陸地上用各種建築材料建造自己的住所。 ^[31] 

地球表面的大片區域均受熱帶氣旋、颱風等極端天氣影響，這些災害影響了受災地區生物的存亡。1980年到2000年之間，每年平均有11,800人因天災而死亡。其中在1900年至1999年之間，旱災促成的饑荒是造成最多死亡的災害。另外，地幔對流帶動板塊移動，並引起地震和火山活動等環境危害。地球的天然和環境危害還包括山火、水災、山崩、雪崩等，均會造成死亡。人類的活動給很多地區都帶來了環境問題：水污染、空氣污染、酸雨、有毒物質、植被破壞（過度放牧、濫砍濫伐和沙漠化）、野生動物的死亡、物種滅絕、土壤的退化和侵蝕以及水土流失。根據聯合國的資料，工業活動排放二氧化碳與全球變暖有密切關聯。預測顯示全球變暖將會給地球的環境帶來冰川和冰蓋融化、温度範圍更極端、重大天氣轉變、海平面上升等變化。 ^[32] 

世界人口總數是人類在一個特定的時間內在地球上生活的數目。根據美國人口調查局的估計，世界人口在18世紀工業革命後不斷增長，最快的世界人口增長率（高於1.8%）出現於20世紀50年代。截至2023年，全世界約有80億人。預測世界人口將繼續增長，到2050年將達92億人，其中在發展中國家將可能發生人口快速增長的情形。世界各處人口密度差異巨大，大部分人口居住在亞洲。預計在2020年全世界將有60%人口居住於都市中，而非農村地區。

截至2015年，全球共有193個主權國家是聯合國會員國，此外還有2個觀察員國，以及72個屬地與有限承認國家。亞洲（48個國家），歐洲（44個國家/2個地區），非洲（53個國家/3個地區），大洋洲（14個國家/10個地區），北美洲（23個國家/13個地區），南美洲（12個國家/1個地區）。地球的陸地表面，除了南極洲部分地區、沿着多瑙河西岸的一些土地以及位於埃及與蘇丹之間的無主地比爾泰維勒之外，均為主權獨立國家所擁有。雖然有一些民族國家有統治世界的企圖，但從未有一個主權政府統治過整個地球。 ^[33] 

據估計，地球上只有八分之一的地方適合人類居住。其中有四分之三覆蓋着海水，四分之一則是陸地。沙漠（14%）、高山（27%）以及其他不適合人類居住的地形佔陸地總面積的二分之一。位於加拿大努納武特地區埃爾斯米爾島的阿勒特（82°28′N）為全球最北端的永久居住地；而位於南極洲的阿蒙森-史考特南極站（90°S）則是全球最南端的永久居住地，此地幾乎完全接近南極點。

世界地球日（The World Earth Day） 即每年的4月22日，是一個專為世界環境保護而設立的節日，旨在提高民眾對於現有環境問題的意識，並動員民眾參與到環保運動中，通過綠色低碳生活，改善地球的整體環境。地球日由蓋洛德·尼爾森和丹尼斯·海斯於1970年發起。現今，地球日的慶祝活動已發展至全球192個國家，每年有超過10億人蔘與其中，使其成為世界上最大的民間環保節日。中國生物多樣性保護與綠色發展基金會（簡稱中國綠髮會、綠會）是“世界地球日”的合作伙伴機構。 ^[36]  中國生物多樣性保護與綠色發展基金會副理事長兼秘書長周晉峯表示：“這次活動可以説是現代環保活動的開端，它推動了西方國家重視環境污染和破壞問題，具有里程碑式的意義。與此同時，該活動對1972年聯合國第一次人類環境會議的召開也起到了積極推動作用，讓人類充分認識到‘只有一個地球’的重要內涵。” ^[41] 

2022年6月27日，在第二十四屆中國科協年會閉幕式上，中國科協隆重發布10個對工程技術創新具有關鍵作用的工程技術難題，其中包括“ 如何利用遙感科技對地球健康開展有效診斷、識別與評估”。 ^[37] 

2022年《自然-地球科學》最新發表一篇研究論文稱，研究人員通過分析地表之下660公里處的罕見鑽石內含物，發現一個延伸至下地幔的廣泛水飽和環境，這項研究或可增進人們對地球深處水循環的瞭解。 ^[38] 

2022年11月，美國哈佛大學天文學家在最新一期《天體物理學雜誌》發表論文稱，他們已經證實，2014年闖入地球大氣層的流星CNEOS 2014-01-08來自另一個恆星系統，是迄今已知的地球首個星際訪客 ^[39]  。

地球的平均密度為5513千克/立方米（行星密度最大吉尼斯世界紀錄）。 ^[40]