지구

1. 개요

지구는 태양계의 세 번째 행성으로, 생명체가 존재하며 다양한 지질학적, 물리적 특징을 가지고 있다. 약 45억 4천만 년 전에 형성되었으며, 내부 구조는 지각, 맨틀, 외핵, 내핵으로 구성되어 있다. 지구는 자전과 공전을 하며, 달을 위성으로 가진다. 지구의 대기는 생명체에 필수적인 산소를 포함하며, 기후 변화, 지각 변동, 생명체의 진화 등 다양한 환경적 요인들이 상호 작용한다. 지구는 인간의 활동으로 인해 환경 변화를 겪고 있으며, 지구 자기장은 우주 방사선을 막아 생명체를 보호하는 역할을 한다.

2. 지구의 형성

지구는 약 45억 4000만 년(±4000만 년) 전에 태양계가 형성되던 시기와 거의 같은 때에 만들어졌다. 현재 가장 유력한 성운설에 따르면, 거대한 분자 구름의 일부가 중력 붕괴를 일으켜 중심에 태양이 형성되고, 주변의 원시행성계 원반에서 미행성들이 강착 과정을 통해 뭉쳐 원시행성으로 성장했으며, 이 원시행성들이 충돌하고 합쳐지는 과정을 거쳐 지구가 탄생했다. 이 과정은 약 7000만 년에서 1억 년 정도 소요된 것으로 추정된다. 초기 지구는 잦은 충돌과 방사성 동위원소 붕괴열 등으로 매우 뜨거워 표면 전체가 녹은 마그마 바다 상태였을 것으로 생각되며, 이 시기에 무거운 금속 성분은 중심으로 가라앉아 핵을 이루고, 가벼운 규산염 물질은 위로 떠올라 맨틀과 원시 지각을 형성하는 분화가 일어났다. 달은 화성 크기의 천체 테이아가 초기 지구와 충돌한 후 그 파편들이 뭉쳐 형성되었다는 거대 충돌 가설이 유력하다. 이후 화산 활동과 탈기를 통해 원시 대기가 형성되었고, 수증기가 응결하여 원시 해양이 만들어졌다.

지구의 용융된 외층이 식으면서 최초의 고체 지각이 형성되었는데, 이는 마피크 성분이었을 것으로 추정된다. 이후 부분 용융을 통해 상대적으로 가볍고 밝은 펠식 성분의 대륙 지각이 만들어지기 시작했다. 약 44억 년 전(하데스 시대)의 지르콘 광물 증거는 초기 대륙 지각의 존재를 시사한다. 대륙 지각은 지구 내부의 열 손실로 인해 발생하는 판구조론의 결과로 계속 형성되고 변화한다. 판의 움직임은 수억 년에 걸쳐 대륙들을 모아 초대륙을 형성하고 다시 분리시키는 과정을 반복했다. 약 7억 5천만 년 전(750 Ma)에는 로디니아가 분열하기 시작했고, 이후 대륙들은 다시 모여 6억 년 전(600 Ma)에서 5억 4천만 년 전(540 Ma) 경에 파노티아를 형성했다가 다시 분리되었으며, 가장 최근의 초대륙인 판게아는 약 1억 8천만 년 전(180 Ma)에 분열하기 시작했다.

가장 최근의 빙하기 패턴은 약 4천만 년 전(40 Ma)에 시작되었고, 약 3백만 년 전(3 Ma)에 플라이스토세 동안 강화되었다. 이후 고위도와 중위도 지역은 약 2만 1천 년, 4만 1천 년, 10만 년 주기로 빙하 확장과 후퇴를 반복했다. 마지막 주요 빙하기인 마지막 빙기는 약 1만 1700년 전에 끝났다.

형성된 지구는 태양계의 세 번째 행성으로, 거의 회전타원체 형태를 띤다. 적도 반지름은 약 6378km이고 극반지름은 약 6357km이다. 지구는 약 365.25일에 걸쳐 태양 주위를 공전하고, 약 24시간 주기로 자전한다. 태양과의 평균 거리는 약 1억 4960만 km이다. 내부는 크게 지각, 맨틀, 핵으로 나뉘며, 전체 평균 밀도는 5.51 g/cm³이다. 표면의 약 71.1%는 액체 상태의 물(바다)로 덮여 있고, 질소와 산소를 주성분으로 하는 대기가 표면을 감싸고 있다. 지각의 주요 구성 원소는 산소(질량비 49.5%)와 규소(25.8%)이며, 알루미늄, 철, 칼슘 등도 풍부하다. 반면, 중심 핵은 주로 철과 니켈로 이루어져 있다.

지구 시스템은 내부의 열에너지와 태양 에너지에 의해 움직인다. 내부 열은 외핵의 대류를 통해 지구 자기장을 생성하여 태양풍으로부터 대기를 보호하고, 맨틀 대류를 일으켜 판구조론을 구동하며 육지와 바다를 형성한다. 태양 에너지는 기후와 날씨를 결정하고 생태계의 기초인 광합성을 가능하게 한다. 이러한 여러 요소들의 상호작용은 탄소 순환과 같은 지구 전체의 물질 순환 시스템을 유지하며 안정적인 환경을 조성한다.

2.1. 초기 형성 과정

지구는 약 45억 4000만 년(±4000만 년) 전에 형성되었다. 이는 태양계가 형성되던 시기와 거의 일치한다. 현재 가장 유력한 이론인 성운설에 따르면, 태양 성운이라 불리는 거대한 분자 구름의 일부가 자체 중력으로 붕괴하면서 중심부에 태양이 만들어지고, 주변에는 회전하는 원시행성계 원반이 형성되었다. 이 원반에는 기체, 얼음 알갱이, 그리고 우주 먼지 등이 포함되어 있었다.

원반 안의 먼지와 암석 조각들은 서로 충돌하고 뭉치면서 점차 커져 미행성이라는 작은 천체들을 형성했다. 이 과정은 강착이라고 불린다. 미행성들은 주변의 작은 물질들을 끌어당기며 계속 성장했고, 서로 충돌하고 합쳐지면서 더 큰 원시행성으로 발전했다. 원시 지구의 형성에는 대략 7000만 년에서 1억 년 정도가 걸렸을 것으로 추정된다. 태양계에서 발견된 가장 오래된 물질의 연대는 약 45억 6820만 년 전으로 거슬러 올라간다.

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초기 지구는 수많은 미행성 및 소행성과의 충돌 에너지, 중력 수축에 따른 에너지, 그리고 당시 풍부했던 방사성 동위원소의 붕괴열 때문에 매우 뜨거웠다. 이 열로 인해 지구 표면 전체가 녹아 마그마가 바다처럼 넓게 펼쳐진 상태, 즉 '마그마 바다'를 이루었을 것으로 생각된다. 마그마 바다의 깊이는 수백 km에 달했을 것으로 추정된다. 이 시기에는 무거운 철이나 니켈 같은 금속 성분들이 중력에 의해 지구 중심으로 가라앉아 핵을 형성하고, 상대적으로 가벼운 규소 화합물들은 위로 떠올라 맨틀과 지각의 기초를 이루는 분화 과정이 일어났다.

달의 형성 시기에 대해서는 다양한 추정이 있지만, 가장 널리 받아들여지는 가설은 거대 충돌 가설이다. 이 가설에 따르면, 약 45억 년 전, 화성 크기의 원시 행성인 테이아(Theia)가 초기 지구와 비스듬히 충돌했다. 이 충돌로 인해 지구와 테이아의 파편들이 우주 공간으로 흩어졌고, 이 파편들이 서로 뭉쳐 달이 형성되었다고 본다. 또한, 약 40억 년 전에서 38억 년 전 사이에는 후기 대폭격이라 불리는 소행성 충돌이 빈번하게 발생하여 달과 지구 표면에 큰 영향을 미쳤다.

지구가 점차 식으면서 화산 활동과 탈기 현상을 통해 내부의 기체들이 방출되어 원시 대기를 형성했다. 이때 방출된 수증기는 응결하여 비가 되어 내렸고, 이것이 모여 원시 해양을 이루었다. 소행성이나 혜성 충돌을 통해 외부에서 물이 공급되었다는 이론도 있다. 일부 연구는 지구가 형성될 때부터 이미 상당량의 물을 포함하고 있었을 가능성을 제시한다. 초기 태양은 현재보다 약 30% 어두웠지만(어린 태양의 희미한 모순), 당시 대기 중의 온실 가스 농도가 높아 해양이 얼지 않고 액체 상태를 유지할 수 있었을 것으로 추정된다. 약 35억 년 전에는 지구 자기장이 형성되어 태양풍으로부터 대기를 보호하는 중요한 역할을 하기 시작했다.

마그마 바다가 식으면서 최초의 고체 지각이 형성되었는데, 이는 현무암과 같이 어두운 색을 띠는 마피크 성분이었을 것으로 추정된다. 이후 이 마피크 지각이 부분적으로 녹고 재분화되는 과정을 거쳐 화강암과 같이 밝은 색을 띠고 밀도가 낮은 펠식 성분의 대륙 지각이 형성되기 시작했다. 하데스 시대(약 44억 년 전)의 섬록석 광물 입자가 후대의 퇴적암에서 발견되는 것은, 지구 형성 후 약 1억 4000만 년 만에 이미 일부 펠식 지각이 존재했음을 시사한다.

2.2. 대기와 바다의 형성

지구 대기의 역사는 암석과 마그마가 방출한 기체들이 지구 주위에 중력으로 묶이면서 시작되었다. 이렇게 형성된 대기를 원시 대기라고 부른다. 원시 대기를 이루는 물질은 지구를 형성한 소행성과 혜성 등에 포함되어 있던 휘발성 물질에서 비롯되었다. 초기 원시 대기의 주요 성분은 수증기와 일산화탄소였다.

지구가 점차 식으면서 마그마 바다가 굳어 고체 지각을 형성하기 시작했고, 혜성 충돌로 인해 물이 축적되기 시작했다. 마그마가 식어 고체 지각이 형성된 후, 원시 대기의 수증기 성분이 응결하여 비가 내렸다. 이 비가 모여 원시 바다를 형성하였으며, 이때 땅과 대기에 있던 염분들이 비에 녹아들면서 바닷물이 짜게 되었다. 또한 화산 활동과 탈기 과정에서 나온 수증기도 응축되어 바다를 형성하는 데 기여했으며, 소행성, 원시행성, 혜성에 있던 물과 얼음도 보태졌다. 일부 연구는 해양을 채울 만큼 충분한 물이 지구가 형성될 때부터 존재했을 가능성도 제시한다. 초기 바다는 온도가 200°C를 넘기도 했으며, 대기압은 수십 기압에 달했고 질소, 일산화탄소, 이산화탄소 등이 대기를 채웠다.

초기 지구는 태양의 광도가 현재의 70% 수준으로 낮았지만(어린 태양의 희미한 모순), 대기 중 온실 가스 덕분에 바다가 얼어붙는 것을 막을 수 있었다. 약 35억 년 전에는 지구 자기장이 형성되어 태양풍에 의해 대기가 벗겨져 나가는 것을 방지하는 데 중요한 역할을 했다.

시간이 지나면서 대기의 구성 성분도 변화했다. 약 20억 년 전 광합성 생물이 대량으로 출현하면서 상황이 바뀌었다. 이들의 활동으로 대기 중에 산소가 축적되기 시작했고, 성층권에는 오존층이 형성되었다. 오존층은 자외선을 차단하여 생물이 얕은 바다나 육지로 진출할 수 있는 환경을 만들었다. 식물과 같은 생명체는 사후에 탄화되어 축적되면서 대기 중 이산화탄소를 감소시키고 산소 비율을 높이는 데 기여하여 지구 대기의 조성을 오늘날과 가깝게 변화시켰다.

3. 지구의 역사

지구의 역사는 약 46억 년 전 행성 형성 이후 끊임없는 변화의 과정이었다. 초기 지구는 매우 뜨겁고 불안정했지만, 점차 식으면서 지각, 맨틀, 핵으로 분화하고 바다와 대기가 형성되었다.

약 40억 년 전 원시 바다에서 생명의 기원이 되는 화학 반응이 시작되었고, 36억 년 전 무렵 최초의 생명체가 등장한 것으로 추정된다. 이후 광합성 생물의 출현은 지구 대기에 산소를 축적시키고 오존층을 형성하여 생명체가 육상으로 진출하는 기반을 마련했다. 생명은 단세포 생물에서 다세포 생물로 진화했으며, 약 5억 3천5백만 년 전 캄브리아기에는 생물의 다양성이 폭발적으로 증가하는 캄브리아기 대폭발이 일어났다.

지구 표면의 대륙들은 가만히 있지 않고 수억 년을 주기로 모였다 흩어지기를 반복하며 초대륙을 형성했다. 판게아와 같은 초대륙의 형성과 분리는 판 구조론에 의해 설명되며, 이는 지구의 기후와 생태계에 큰 영향을 미쳤다.

생명의 역사는 번성과 대량절멸의 반복이었다. 캄브리아기 이후 최소 다섯 차례의 대규모 멸종 사건이 있었으며, 특히 고생대 말과 중생대 말의 대량멸종은 생물 진화의 방향을 크게 바꾸어 놓았다. 약 6600만 년 전 공룡 등이 멸종한 이후에는 포유류가 번성하기 시작했다.

포유류 중에서 영장류의 한 갈래는 직립 보행을 하게 되었고, 이는 도구 사용과 뇌 발달을 촉진하여 약 200만 년 전 인류의 출현으로 이어졌다. 인류는 농업과 문명을 발전시키며 지구 환경에 큰 영향을 미치게 되었다.

3.1. 생명의 탄생과 진화

약 40억 년 전, 화학 반응을 통해 최초의 자기 복제 분자가 탄생했으며, 약 5억 년 후에는 현재 모든 생명체의 최종 공통 조상이 나타났다. 최초의 생명은 약 36억 년 전 원시 바다의 해저 열수분출공과 같은 고에너지 환경에서 화학 반응을 이용하는 특수한 유기물들이 생겨나 진화하면서 등장한 것으로 추정된다. 가장 오래된 생명체의 증거로는 서호주의 34억 8천만 년 된 사암에서 발견된 미생물 매트 화석, 서그린란드의 37억 년 된 변성퇴적암에서 발견된 생물 기원 흑연, 그리고 서호주의 41억 년 된 암석에서 발견된 생물 물질의 잔해 등이 있다. 가장 오래된 직접적인 증거는 34억 5천만 년 된 오스트레일리아 암석에서 발견된 미생물 화석이다.

광합성을 하는 생명체들이 생겨나면서 태양 에너지를 직접 에너지원으로 활용하게 되었다. 광합성의 결과로 생성된 분자 산소(O₂)는 처음에는 바다에 녹아 막대한 양의 산화철을 만들고 바다 밑바닥에 퇴적시켰다. 바다가 산소로 포화되는 데는 10억 년에서 20억 년이 걸렸을 것으로 추정된다. 이후 지속적인 광합성은 산소를 대기 중으로 방출했으며, 자외선과의 상호 작용을 통해 상층 대기에 보호막인 오존층(O₃)을 형성했다. 오존층은 유해한 자외선을 흡수하여 생명체가 지구 표면으로 서식지를 확장하는 데 중요한 역할을 했다.

초기 생물은 현재의 원핵생물과 유사한 단세포 생물이었을 것으로 보인다. 이들이 서로 합쳐지는 과정을 통해 더 복잡한 구조의 진핵생물로 진화했으며, 이 과정은 작은 세포가 큰 세포 안으로 들어가 공생하는 내공생설로 설명되기도 한다. 진핵생물이 서로 군집하면서 세포들이 점점 더 전문화되어 진정한 다세포 생물이 형성되었다.

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약 7억 5천만 년 전부터 5억 8천만 년 전 사이의 신원생대(10억 년 전 ~ 5억 3900만 년 전)에는 지구 전체가 얼음에 덮이는 극심한 빙하기가 있었을 가능성이 제기되었다. 이 가설은 "눈덩이 지구"라고 불리며, 이 시기 이후 다세포 생명체의 복잡성이 크게 증가한 캄브리아기 대폭발이 일어났다는 점에서 특히 주목받는다. 캄브리아기의 대폭발은 약 5억 3천5백만 년 전에 시작되었으며, 이 시기에 다세포 생물이 급격히 번성하면서 종의 다양성이 폭발적으로 증가했다.

캄브리아기 이후 다세포 진핵생물은 육상과 하늘로 진출하고 바다 생태계의 정점을 차지하는 등 큰 성공을 거두었다. 그러나 캄브리아기 이후 생물종의 대부분이 사라지는 대량멸종 사건이 적어도 다섯 차례 발생했다. 대량멸종은 기존에 번성하던 종들을 사라지게 하지만, 살아남은 종들이 다시 번성하여 빈 생태적 지위를 차지하게 함으로써 생물 진화에 결정적인 영향을 미쳤다. 예를 들어, 고생대 말의 대량멸종은 판게아 분열과 관련된 대규모 화산 활동 때문으로 여겨지며, 중생대 말(약 6600만 년 전)의 백악기-팔레오기 멸종 사건은 강력한 소행성 충돌로 인해 비조류 공룡과 다른 대형 파충류들이 멸종한 사건이다. 이 충돌에서 곤충, 포유류, 도마뱀, 조류와 같은 소형 동물들은 상당수 살아남았다.

중생대 말의 대량멸종 이후, 지난 6600만 년 동안 포유류가 다양하게 진화하며 번성했다. 수백만 년 전 아프리카의 영장류 중 일부가 직립 보행 능력을 얻었는데, 이는 도구 사용을 촉진하고 의사소통을 장려하여 더 큰 뇌 발달에 필요한 영양과 자극을 제공했으며, 결국 인류의 진화로 이어졌다. 약 200만 년 전 현재의 남아프리카 공화국 근처에서 초기 원시인이 등장했고, 이들이 진화하여 현대 인간이 되었다. 농업의 발전과 이후 문명의 등장은 인간이 지구 환경에 큰 영향을 미치고 다른 생명체의 종류와 수에 영향을 주는 결과를 낳았으며, 이러한 영향은 오늘날까지 이어지고 있다.

지구는 현재까지 알려진 유일하게 생물(생명체)이 존재하는 천체이다. 생명체는 지표뿐 아니라 지하 깊은 곳부터 상공 높은 곳까지 넓은 범위에 걸쳐 존재하며, 이 모든 생물이 사는 영역을 생물권이라고 부른다. 생물권 내 생명체들은 지구의 대기(특히 산소 농도)와 지표 환경을 장기간에 걸쳐 크게 변화시켜 왔다.

3.2. 지각 변동과 대륙 이동

대륙지각이 충분히 형성된 이후, 지구 표면의 대륙들은 수억 년을 주기로 모였다 흩어지기를 반복해왔다. 이러한 주기가 언제 시작되었는지는 명확하지 않다. 때때로 모든 대륙이 하나로 뭉쳐 거대한 땅덩어리를 형성하는데, 이를 초대륙이라고 부른다. 초대륙의 존재와 개수에 대해서는 여러 의견이 있으며, 네나나 케놀랜드 등이 그 예시다. 현재까지 존재 시기가 비교적 명확히 밝혀진 초대륙으로는 약 30억 년 전의 우르(일부 학자는 가장 큰 대륙으로 보기도 함), 18억 년 전의 컬럼비아, 10억 년에서 7억 5천만 년 전의 로디니아, 6억 년에서 5억 4천만 년 전의 판노시아, 그리고 약 2억 년 전의 판게아 등이 있다. 일부 학자들은 로라시아, 곤드와나대륙, 아메리카대륙, 현재의 아프로·유라시아 대륙 등도 초대륙으로 간주한다.

지각이 어떻게 움직이는지를 설명하려는 시도는 여러 이론의 발전을 거쳐왔다. 가장 먼저 등장한 이론은 르네 데카르트가 제안한 지구수축설이다. 이는 지구가 식으면서 부피가 줄어든다는 생각에 기반했지만, 산맥이나 골짜기의 폭, 특정 지역에만 나타나는 습곡 산맥 등을 충분히 설명하지 못했다. 1940년대에는 이를 일부 보완한 저온기원설이 잠시 주목받기도 했다.

1912년, 독일의 알프레드 베게너는 대륙이동설을 발표하며 대륙들이 과거에는 하나로 붙어 있다가 이동했다는 혁신적인 주장을 펼쳤다. 그러나 대륙을 움직이는 원동력을 명확히 설명하지 못해 당시 학계의 폭넓은 지지를 얻지는 못했다. 이후 1929년 홈스는 맨틀대류설을 통해 맨틀의 뜨거운 물질이 대류하면서 그 위의 지각판을 움직인다고 설명했다. 이 이론은 습곡산맥, 해령, 해구 등의 형성을 설명하는 데 중요한 단서를 제공했다.

1960년대에는 미국의 디에츠와 헤스가 해저확장설을 제시했다. 이는 해령에서 새로운 해양 지각이 끊임없이 생성되어 양쪽으로 확장된다는 이론으로, 대륙 이동의 증거를 보강했다. 이러한 연구들을 바탕으로 1960년대 중반에는 맨틀 대류와 지각의 다양한 움직임을 종합적으로 설명하는 판 구조론(Plate Tectonics) 개념이 탄생했으며, 1980년대 무렵에는 그 기본 틀이 완성되었다.

가장 최근에는 플룸 구조론(Plume Tectonics)이 주목받고 있다. 지진파 분석을 통해 지구 내부 온도가 일정하지 않다는 사실이 밝혀지면서, 맨틀 내부에 뜨겁거나 차가운 거대한 기둥(플룸)이 상승하거나 하강하며 지각 변동에 영향을 미친다는 가설이다. 이처럼 지각 변동을 설명하려는 노력은 계속되고 있으며, 지금도 새로운 가설들이 제시되고 있다.

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이러한 이론들의 발전에는 과학 기술의 발달이 큰 역할을 했다. 제2차 세계 대전 중 발전한 음파 탐지 기술은 전후 해저 지형 조사에 활용되어 대서양 중앙 해령을 발견하고 해저 확장의 증거를 찾는 데 기여했다. 또한 중력 측정과 지진파 분석 기술은 각각 대륙 지각과 해양 지각의 차이, 지구 내부의 핵과 맨틀 구조를 밝혀내는 데 결정적인 역할을 했다. 최근에는 GPS(위성항법시스템) 기술을 이용하여 판의 이동과 침강을 정밀하게 관측하고 있다. 더불어 심해 시추선 지큐와 같은 탐사선을 이용한 심해 탐사 및 시추 연구 등도 지구 내부 구조와 지각 변동 과정을 이해하는 데 중요한 정보를 제공하고 있다.

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3.3. 주요 멸종 사건

5억 3천5백만 년 전 캄브리아기의 대폭발 이후로 다세포 진핵생물은 육상을 점령하고, 하늘에 진출했으며, 바다에서는 생태계의 꼭짓점에 군림하는 등 엄청난 성공을 거두었다. 한편 캄브리아기 이후 생물종의 대부분을 멸종시킨 대량멸종사건이 다섯 차례 있었던 것으로 확인되었다. 대량멸종사건은 기존에 번성하던 생물종들을 대부분 지구상에서 사라지게 하지만, 거기에서 살아남은 종들은 다시 번성하여 기존의 생태적 지위를 차지하게 된다는 점에서 생물의 진화에 결정적인 영향을 미치는 사건이다. 고생대 말의 대량멸종은 판게아의 분열과 관련된 대규모 화산활동에 의한 것으로 생각되며, 중생대 말의 대량멸종은 전 세계에 있는 핵폭탄을 모두 한꺼번에 폭발시켰을 때보다 1만 배나 강한 위력의 운석 충돌로 인해 야기되었다. 중생대 말의 공룡 대량멸종 이후, 약 6,400만 년 전에 포유류가 등장하여 번성하게 되었다. 그 후, 약 200만 년 전에 현재의 남아프리카 공화국 근처에서 포유류 가운데 원시인이 처음 생기고, 이 원시인이 진화하여 현대의 인간이 되었다.

3.4. 인류의 출현과 진화

원시 바다의 해저는 지금의 열수분출공과 같은 곳이 다수 존재하였다. 최초의 생명은 36억 년 정도 전, 열수의 고에너지 환경에서 화학반응을 이용하는 특수한 유기물들이 생겨나 진화하면서 등장했다고 여겨진다.

광합성을 하는 생명체들이 생겨나면서 이들은 태양 에너지를 직접 에너지원으로 활용하기 시작했다. 광합성 결과로 생긴 산소는 처음에는 바다에 녹아들며 엄청난 양의 산화철을 만들어 바다 밑바닥에 퇴적시켰다. 바다가 산소로 포화되는 데에는 약 10억 년에서 20억 년이 걸렸을 것으로 추정된다. 이후 지속적인 광합성은 산소를 대기 중으로 방출했으며, 이는 성층권에 오존층을 형성하는 결과를 낳았다. 초기의 생물들은 단세포 생물로, 현재의 원핵생물과 비슷했을 것으로 보인다. 이 단세포 생물들이 서로 합쳐지는 과정을 통해 더 복잡한 구조의 진핵생물로 진화했고, 진핵생물이 서로 군집하면서 다세포 생물로 발전했다.

7억 5천만 년 전부터 5억 8천만 년 전 사이에는 지구가 통째로 얼음에 덮이는 극심한 빙하기를 겪었다는 가설이 1960년대부터 제기되었는데, 이를 눈덩이 지구 가설이라고 부른다. 이 혹독한 빙하기가 끝난 후 캄브리아기의 대폭발이 일어났다는 점에서 이 시기는 생명의 역사에서 매우 중요하다.

5억 3천5백만 년 전 캄브리아기의 대폭발이 시작되었다. 이는 캄브리아기에 다세포 생물이 급속도로 번성하면서 종의 다양성이 폭발적으로 늘어난 현상을 일컫는다. 이 시기 이후 다세포 진핵생물은 육상을 점령하고, 하늘로 진출했으며, 바다에서는 생태계의 최상위 포식자로 군림하는 등 큰 성공을 거두었다.

한편 캄브리아기 이후, 생물종의 대부분을 멸종시킨 대량멸종사건이 다섯 차례 있었다는 것이 확인되었다. 대량멸종사건은 기존에 번성하던 생물종들을 대부분 지구상에서 사라지게 하지만, 살아남은 종들이 다시 번성하여 기존의 생태적 지위를 차지하게 된다는 점에서 생물의 진화에 결정적인 영향을 미친다. 고생대 말의 대량멸종은 판게아의 분열과 관련된 대규모 화산활동에 의한 것으로 생각되며, 중생대 말의 공룡 등을 포함한 대량멸종은 전 세계 핵폭탄을 모두 합친 것보다 1만 배나 강한 위력의 운석 충돌로 야기되었다.

중생대 말 공룡의 대량멸종 이후, 약 6400만 년 전에 포유류가 등장하여 번성하게 되었다. 그리고 약 200만 년 전 현재의 남아프리카 공화국 근처에서 포유류 가운데 초기 인류가 처음 나타났으며, 이들이 진화하여 현대의 인간이 되었다.

4. 지구의 구조

지구는 수성, 금성, 화성, 달과 마찬가지로 대부분 암석과 금속으로 이루어져 있다. 이들 천체 중에서 지구는 가장 크고 무거우며, 밀도, 표면 중력, 자기장, 자전 속도 역시 가장 크다.

지구의 내부는 대체로 층상 구조를 이루고 있다. 지구의 가장 바깥 부분은 주로 유체로 되어 있는데, 구성 물질에 따라 대기권과 수권으로 구분한다. 생물권은 그 양이 매우 작아 대부분 지구의 물리적 층으로는 간주하지 않는다.

지구의 내부 고체 구조는 주로 지진파 분석을 통해 연구되며, 크게 두 가지 방식으로 구분할 수 있다.
* 화학적 구성 성분에 따른 구분: 전통적으로 지구 내부는 화학적 구성 성분의 차이를 기준으로 가장 바깥부터 지각, 맨틀, 핵으로 나뉜다. 핵은 다시 액체 상태의 외핵과 고체 상태의 내핵으로 구분된다. 각 층의 경계는 모호로비치치 불연속면, 구텐베르크면, 레만면과 같은 불연속면으로 나타난다.
* 물리적 성질에 따른 구분: 물질의 강성, 점성 등 물리적 성질에 따라 지구 내부는 암석권, 연약권, 중간권, 외핵, 내핵 등으로 구분된다. 이 구분은 판구조론과 같은 지표면의 활동을 설명하는 데 중요하다. 예를 들어, 단단한 암석권 판은 유동성이 있는 연약권 위를 움직인다.

지구 내부 각 층의 자세한 특징과 물리적 성질, 화학적 조성, 내부 열 등에 대한 내용은 하위 문단에서 더 자세히 다룬다.

4.1. 내부 구조

지구는 수성, 금성, 화성, 달과 마찬가지로 대부분 암석과 금속으로 이루어져 있다. 지구의 내부는 대체로 층상 구조를 이루고 있으며, 이는 주로 지진파 분석을 통해 밝혀졌다. 지구 내부는 크게 화학적 구성 성분에 따른 구분과 물리적 성질에 따른 구분으로 나눌 수 있다.

화학적 구성에 따른 구분
화학적 구성 성분의 차이를 기준으로 지구 내부는 가장 바깥쪽부터 지각, 맨틀, 핵으로 나뉜다. 핵은 다시 액체 상태의 외핵과 고체 상태의 내핵으로 구분된다.

* 지각: 지구의 가장 바깥 부분을 이루는 얇은 고체 암석층이다. 두께는 지역에 따라 다르며, 해양 아래에서는 평균 약 6km, 대륙에서는 평균 30km에서 50km 정도이다. 지각은 밀도와 구성 성분에 따라 대륙 지각과 해양 지각으로 나뉜다.
* 대륙 지각: 밀도는 약 2.7g/cm³이며, 주로 화강암질 암석과 같이 규소와 알루미늄이 풍부한 상대적으로 가벼운 물질로 이루어져 있다. 두께는 30km에서 70km에 달하며, 형성 과정이 복잡하여 다양한 종류의 암석으로 구성된다.
* 해양 지각: 밀도는 약 3.0g/cm³이며, 주로 현무암질 암석과 같이 철, 마그네슘이 풍부한 상대적으로 무거운 물질로 이루어져 있다. 두께는 10km 미만이며, 중앙 해령에서 생성되어 비교적 균질한 구성을 보인다.
* 모호로비치치 불연속면 (모호면): 지각과 맨틀의 경계면이다. 이 면을 경계로 지진파의 속도가 급격히 빨라져 구성 물질이 달라짐을 알 수 있다.
* 맨틀: 모호면 아래부터 깊이 약 2900km까지 분포하는 두꺼운 층이다. 지구 전체 부피의 약 84%를 차지하며, 주로 감람암과 같은 규산염 광물로 이루어져 있다. 깊이에 따라 온도와 압력이 증가하면서 광물의 구조와 밀도가 변한다.
* 상부 맨틀: 모호면부터 깊이 660km까지이다. 최상부는 주로 감람석으로 구성되어 있다. 깊이 410km와 660km 부근에서는 높은 압력으로 인해 광물 구조가 변하는 전이대가 존재한다.
* 하부 맨틀: 깊이 660km부터 2890km까지이다. 더 높은 압력으로 인해 상부 맨틀과는 다른 광물 구조(예: 페롭스카이트 구조)를 가진다. 맨틀은 전체적으로 고체 상태이지만, 지질학적으로 매우 긴 시간 동안에는 천천히 대류하며 움직인다.
* 구텐베르크면: 맨틀과 핵의 경계면이다. 구성 물질이 암석질에서 금속질로 급격히 변하는 뚜렷한 불연속면이다.
* 핵: 지구 중심부에 위치하며, 주로 철(약 88.8%)과 니켈(약 5.8%)로 이루어진 금속질이다. 지구 형성 초기에 무거운 원소들이 중력에 의해 중심으로 가라앉아 형성되었다.
* 외핵: 깊이 2890km부터 5100km까지이다. 지진파 중 횡파(S파)가 통과하지 못하는 것으로 보아 액체 상태로 추정된다. 온도는 3000°C에서 5500°C 정도로 추정된다. 외핵의 액체 금속이 대류하면서 전류를 만들고, 이 전류가 지구 자기장을 생성하는 것으로 생각된다(다이나모 이론).
* 내핵: 깊이 5100km부터 지구 중심(약 6371km)까지이다. 높은 압력으로 인해 고체 상태로 존재하며, 온도는 5500°C 이상, 압력은 최대 360GPa에 이를 수 있다. 내핵은 외핵이 식으면서 철과 니켈이 결정화되어 점차 커지고 있는 것으로 여겨진다.
* 레만면: 외핵과 내핵의 경계면이다.

물리적 성질에 따른 구분
지구 내부는 물질의 강성, 점성 등 물리적 성질에 따라 다음과 같이 구분하기도 한다. 이 구분은 판구조론과 같은 지표면의 활동을 설명하는 데 중요하다.

* 암석권: 지표면부터 약 100km 깊이(지역에 따라 다름)까지의 단단하고 깨지기 쉬운 부분이다. 지각 전체와 상부 맨틀의 최상부를 포함한다. 암석권은 여러 개의 판으로 나뉘어 움직인다.
* 연약권: 암석권 아래에 위치하며, 깊이 약 100km부터 700km 사이에 분포하는 부분이다. 부분적으로 용융되어 있어 점성이 낮고 유동성을 가지며, 암석권 판이 이 위에서 움직일 수 있게 한다. 지진파 속도가 느려지는 저속도층과 대체로 일치한다.
* 중간권: 연약권 아래부터 외핵 경계(깊이 2890km)까지의 맨틀 부분이다. 연약권보다 강성이 높다.
* 외핵: 액체 상태이다.
* 내핵: 고체 상태이다.

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📌 열 고정 해제

지구의 지질학적 층

깊이 (km)	구성 층 명칭	밀도 (g/cm3)
0–60	암석권	—
0–35	지각	2.2–2.9
35–660	상부 맨틀	3.4–4.4
660–2890	하부 맨틀	3.4–5.6
100–700	연약권	—
2890–5100	외핵	9.9–12.2
5100–6378	내핵	12.8–13.1

내부 열

지구 내부의 높은 온도는 주로 지구 형성 초기에 저장된 열과 내부 방사성 동위원소(칼륨-40, 우라늄-238, 토륨-232 등)의 붕괴열에 의해 유지된다. 지구 중심부의 온도는 최대 6000°C에 달할 수 있다. 이 내부 열은 맨틀 대류를 일으키는 주요 원동력이며, 이는 판구조론, 화산 활동, 조산 운동 등 지표면의 다양한 지질 현상을 일으킨다. 지구 내부의 열은 맨틀 플룸, 중앙 해령에서의 맨틀 상승, 암석권을 통한 전도 등의 방식으로 점차 우주 공간으로 방출된다. 지구 전체에서 방출되는 열의 총량은 4.42 × 10¹³ W이며, 평균 열 손실량은 87 mW/m²이다.

4.2. 지구의 물리적 특성

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지구는 수성, 금성, 화성과 같은 지구형 행성처럼 주로 암석과 금속으로 이루어져 있다. 태양계의 지구형 행성 중에서는 크기, 질량, 밀도가 모두 가장 크며, 표면 중력, 자기장, 자전 속도 역시 가장 높다.

형태와 크기

지구의 형태는 완벽한 구가 아니며, 지구 자전의 영향으로 적도 부근이 부풀어 오른 회전타원체에 가깝다. 이 때문에 적도 지름은 극 지름보다 약 43km 더 길다. 국제적으로 널리 사용되는 GRS80 준거타원체 정의에 따르면, 적도반지름은 정확히 6378137m이고 편평률은 1/298.257222101이다. 이로부터 계산된 극반지름은 약 6356752.314m이다. 실제 관측에 기반한 최적 추정치는 적도반지름 6378136.62m (±0.1 m), 극반지름 약 6356751.9m (±0.1 m) 이며, 편평률의 역수는 298.25642 ± 1 × 10⁻⁵이다. 지구 표면의 가장 큰 고저차는 마리아나 해구(해수면 아래 10925m) 와 에베레스트 산(해수면 위 8848m)으로, 평균 반지름의 약 0.17%와 0.14%에 해당한다. 지구 중심에서 가장 먼 지점은 적도 팽대부의 영향으로 에콰도르 침보라소 화산 정상(6384.4km)이다.

내부 구조

지구 내부는 화학적 성분에 따라 지각, 맨틀, 핵으로 나뉜다. 물리적 성질에 따라서는 암석권, 연약권, 중간권, 외핵, 내핵으로 구분된다.
* 지각: 지구의 가장 바깥 부분. 상대적으로 가벼운 규산염 광물로 이루어진 대륙 지각(두께 30km~70km, 밀도 약 2.7 g/cm³)과, 철과 마그네슘이 풍부한 무거운 규산염 광물로 이루어진 해양 지각(두께 10km 미만, 밀도 약 3.0 g/cm³)으로 나뉜다. 지각 아래에는 지진파 속도가 급격히 변하는 모호로비치치 불연속면(모호면)이 있다.
* 맨틀: 모호면 아래부터 깊이 2900km까지. 주로 규산염 광물로 구성되며, 깊이에 따라 상변이를 일으켜 밀도가 증가한다 (상부 약 3.3 g/cm³, 하부 약 5.5 g/cm³). 깊이 660km를 경계로 상부 맨틀과 하부 맨틀로 나뉜다. 맨틀은 고체지만 매우 긴 시간 규모에서는 유체처럼 대류한다.
* 핵: 맨틀 아래 구텐베르크면을 경계로 시작되며, 주로 철(88.8%)과 니켈(5.8%), 황(4.5%) 등 무거운 원소로 이루어져 있다. 액체 상태의 외핵(깊이 2900km~5100km)과 고체 상태의 내핵(깊이 5100km~중심)으로 나뉜다. 외핵과 내핵의 경계는 레만면이다. 외핵의 대류는 지구 자기장을 생성하는 원동력으로 여겨진다. 최근 연구에서는 외핵 내부에 반지름 약 650km의 고체 심핵 존재 가능성이 제기되었다.

물리적 성질에 따른 구분:
* 암석권: 지각과 맨틀 최상부를 포함하며, 상대적으로 단단하고 탄성체처럼 행동한다 (깊이 0 ~ 약 60km).
* 연약권: 암석권 아래에 있으며, 부분적으로 용융되어 점성을 가진 유체처럼 행동한다 (깊이 약 60km ~ 약 200km). 판 구조론에서 판의 이동과 관련된다.
* 중간권: 연약권 아래부터 외핵 경계까지 (깊이 약 200km ~ 2890km).
* 외핵: 액체 상태 (깊이 2890km ~ 5100km, 온도 3000°C~5500°C).
* 내핵: 고체 상태 (깊이 5100km ~ 6378km, 온도 5500°C 이상).

질량과 밀도
지구의 질량은 약 5.972 × 10²⁴ kg이다. 평균 밀도는 5.51 g/cm³으로, 태양계 행성 중 가장 높다. 이는 물의 5.5배, 화강암의 2배에 해당한다. 지구 내부의 높은 압력을 고려하여 1기압 하의 밀도로 환산하면 약 4.1 g/cm³이다.

화학적 조성
지구 전체는 질량비로 주로 철(32.1%), 산소(30.1%), 규소(15.1%), 마그네슘(13.9%), 황(2.9%), 니켈(1.8%), 칼슘(1.5%), 알루미늄(1.4%) 등으로 구성되며, 나머지 1.2%는 미량 원소이다. 중력 분화 과정을 통해 무거운 원소(주로 철과 니켈)는 핵으로 가라앉았고, 가벼운 원소는 맨틀과 지각을 형성했다. 지각은 주로 산화물 형태이며, 산소(49.5%)와 규소(25.8%)가 가장 많고, 그 외 알루미늄, 철, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 마그네슘 등이 뒤를 잇는다.

내부 열

지구 내부 열의 주요 원인은 방사성 동위 원소(칼륨-40, 우라늄-238, 토륨-232)의 붕괴열과 지구 형성 초기의 잔류열이다. 중심부 온도는 최대 6000°C, 압력은 360GPa에 달한다. 지구는 평균적으로 87 mW/m²의 열을 방출하며, 이는 전 지구적으로 4.42 × 10¹³ W에 해당한다. 열은 맨틀 플룸, 판 구조론(주로 중앙 해령에서의 맨틀 상승류), 암석권 전도를 통해 표면으로 전달되어 손실된다. 초기 지구는 반감기가 짧은 동위원소들이 많아 현재보다 훨씬 많은 열(약 30억 년 전에는 현재의 두 배)을 발생시켰을 것으로 추정되며, 이는 더 활발한 맨틀 대류와 판 운동을 유발했을 것이다.

중력
지구 표면 근처의 중력 가속도는 평균 약 9.8m/s2이다. 지구 내부의 불균일한 질량 분포, 지형, 지질 구조의 차이로 인해 지역적으로 중력값에 차이가 발생하는데, 이를 중력 이상이라고 한다.

4.3. 표면 지형

지구의 표면은 크게 대륙과 해양으로 나뉜다. 지구 전체 면적은 약 5억 1006만 6천 km²이며, 이 중 바다가 약 3억 6282만 2천 km² (표면의 71.1%), 육지가 약 1억 4724만 4천 km² (표면의 28.9%)를 차지한다. 육지는 북반구에 치우쳐 분포하며, 육지가 많은 쪽을 육반구, 바다가 많은 쪽을 수반구라고 부른다.

지구는 둥근 모양을 하고 있으며, 정역학적 평형을 이루어 평균 지름이 12742km에 달한다. 이는 태양계에서 5번째로 큰 행성 크기이며, 지구형 행성 중에서는 가장 크다. 지구 자전의 영향으로 완전한 구형이 아닌 회전타원체 모양을 띠는데, 적도 부근이 약간 부풀어 있어 적도 지름이 극 지름보다 43km 더 길다.

육지의 평균 높이는 840m이고, 해안평야, 구릉, 대지, 산맥 등 복잡한 기복을 가지고 있다. 특히 높은 산맥들은 대부분 대륙 내부보다는 바다와 가까운 조산대에 위치한다. 하천은 지표의 암석을 침식하고 암석 부스러기(암설)를 운반하여 하류나 해저에 퇴적시킨다. 지구 표면은 지각 내부 마그마의 활동 등으로 끊임없이 융기와 침강을 반복하며, 대기나 물의 작용으로 풍화와 침식을 받는다. 이러한 지각 운동과 외부 작용의 복합적인 영향으로 복잡한 지형이 만들어지고 끊임없이 변화한다.

지구 표면에는 국지적인 지형 변화도 나타난다. 가장 깊은 곳인 마리아나 해구는 평균 해수면 아래 10925m까지 내려가며, 가장 높은 곳인 에베레스트 산은 평균 해수면 위 8848m까지 솟아 있다. 지구 중심에서 가장 멀리 떨어진 지점은 적도 팽대부의 영향으로 에콰도르의 침보라소 화산 정상(6384.4km)이다.

해양 역시 다양한 지형을 가지고 있다. 해양저의 수심 분포를 보면, 수심 4000m~5000m 사이의 깊이가 전체 해양 면적의 31.7%를 차지하며, 수심 3000m~6000m 범위가 전체의 73.8%에 달한다.

측지학에서는 지구 지형의 국지적 변화를 정밀하게 측정하기 위해 지오이드라는 이상적인 지구 모형을 사용한다. 지오이드는 만약 해양이 지구 전체를 덮고 조석이나 바람 같은 교란이 없다고 가정했을 때의 해수면 모양으로, 지형 높이 측정의 기준이 되는 평균 해수면(MSL)을 제공한다.

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지구가 구형이라는 사실은 일상에서 쉽게 인지하기 어렵지만, 몇 가지 현상을 통해 확인할 수 있다. 예를 들어, 멀리 항해하는 배는 수평선 너머로 사라질 때 아래쪽부터 점차 가려진다. 또한 위도가 달라지면 밤하늘에 보이는 별자리가 달라지는 것도 지구가 둥글기 때문이다. 과거에는 이러한 증거를 알기 어려워 지구 평평설이 믿어지기도 했다.

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5. 지구의 자전과 공전

지구는 북극과 남극을 잇는 선을 축으로 하여 자전한다. 자전 방향은 지구의 북극에서 보았을 때 시계 반대방향이다. 항성에 대한 지구의 자전 주기(항성일)는 평균 태양시(UT1)로 86,164.0989초 (23시간 56분 4.0989초)이다. 반면, 태양에 대한 지구의 자전 주기, 즉 평균 태양일은 평균 태양시로 86,400초 (정확히 24시간)이지만, 조석 가속도 등의 영향으로 실제 하루 길이는 이보다 약간 (0~2ms) 길어지기도 한다. 이 자전 때문에 지구에서는 천체들이 하늘을 가로질러 동쪽에서 서쪽으로 이동하는 것처럼 보이는 일주운동이 나타나며, 그 속도는 시간당 약 15도이다.

지구는 태양 주위를 약 365.2564 평균 태양일, 즉 1항성년을 주기로 공전한다. 이 공전 때문에 지구에서 볼 때 태양이 다른 천체들을 배경으로 하여 하늘에서 하루에 약 1도씩 서쪽에서 동쪽으로 이동하는 것처럼 보인다. 지구의 평균 공전 속도는 약 29.78km/s이며, 이는 지구 지름(약 12742km)을 7분 만에, 달까지의 거리(약 384400km)를 약 3.5시간 만에 이동할 수 있는 속도이다.

지구의 공전 궤도는 약간 찌그러진 타원 형태로, 궤도 이심률은 0.0167이다. 이 때문에 태양과의 거리가 변하여, 태양에 가장 가까운 근일점은 매년 1월 3일경에, 가장 먼 원일점은 7월 4일경에 통과한다. 지구의 공전 궤도면(황도면)에 대해 자전축은 약 23.44도 기울어져 있다. 이 기울기는 계절 변화의 주된 요인이며, 태양과의 거리 변화(이심률)가 미치는 영향보다 크다.

지구는 하나의 위성인 달을 가지고 있다. 달과 지구는 서로의 중력에 의해 공통의 질량중심 주위를 약 27.32일 주기로 공전한다(항성월). 하지만 지구가 태양 주위를 공전하기 때문에, 태양-지구-달의 상대적 위치가 같은 상태로 돌아오는 데는 이보다 긴 약 29.53일이 걸리며, 이를 삭망월이라고 한다. 달의 공전 궤도면은 지구의 공전 궤도면(황도면)에 대해 최대 ±5.1도 기울어져 있다. 이 때문에 매번 삭과 망 때마다 일식이나 월식이 일어나지는 않는다.

지구의 자전축은 고정되어 있지 않고, 오랜 시간에 걸쳐 서서히 움직인다. 세차운동은 자전축이 약 25,800년 주기로 원뿔 모양을 그리며 회전하는 현상으로, 주로 태양과 달의 중력이 지구의 적도 팽대부에 영향을 미쳐 발생한다. 또한 달의 영향으로 인해 자전축이 약 18.6년 주기로 작게 흔들리는 장동 현상도 나타난다. 지구 자체의 자전도 완전히 안정적이지는 않아서, 극운동이라 불리는 준주기적인 자전축의 미세한 변동이 관측된다. 극운동은 약 14개월 주기의 챈들러 요동과 연주기 성분으로 구성된다.

지구의 자전 속도 역시 일정하지 않다. 달과의 조석 상호작용으로 인해 해수가 마찰을 일으키면서 지구의 자전 에너지를 빼앗아가기 때문에, 자전 속도는 점차 느려지고 있다. 이로 인해 하루의 길이는 매년 약 17μs (0.000017초)씩 길어지고 있으며, 달은 매년 약 4cm씩 지구에서 멀어지고 있다. 과거 6억 년 전에는 하루가 약 22시간이었고 1년은 약 400일이었을 것으로 추정된다. 자전 속도의 불규칙한 변화를 보정하기 위해 때때로 협정 세계시(UTC)에 윤초를 삽입한다. 그러나 지난 수십 년간은 오히려 자전 속도가 미세하게 빨라지는 경향도 관측되었다.

지구의 힐 구, 즉 지구의 중력이 태양이나 다른 행성의 중력보다 강하게 작용하는 범위는 반지름 약 1.5e6km이다. 지구와 태양계는 우리은하 중심에서 약 28,000 광년 떨어진 오리온 팔에 위치하며 은하 중심 주위를 공전하고 있다.

6. 지구의 위성

지구의 유일한 영구적 자연 위성은 달이다. 달 외에도 준위성이나 동주궤도 소행성과 같이 지구와 특수한 궤도 관계를 맺는 천체들이 존재한다.

2021년 9월 기준으로 지구 궤도를 돌고 있는 작동 중인 인공 위성은 4,550개이다. 현재 궤도상에는 작동하지 않는 위성들과 추적되는 우주쓰레기 16,000개 이상도 있으며, 이 중에는 가장 오래된 위성인 뱅가드 1호도 포함된다. 지구 궤도상에서 가장 큰 인공위성은 국제우주정거장(ISS)이다.

6.1. 달

달은 지구 지름의 약 4분의 1 크기를 가진 비교적 큰 자연 위성이자 행성급 위성이다. 태양계에서 모행성에 비해 가장 큰 위성이지만, 왜행성인 명왕성에 대한 카론의 비율보다는 작다. 다른 행성의 자연 위성들도 지구의 달을 따라 "달"이라고 불린다.

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📌 열 고정 해제

달

반지름	1737.4km
질량	7.346 × 1022 kg
궤도 장반축	384399km
공전 주기	27.321 662일 (27일 7시간 43분 11.6초)

달의 기원에 대한 가장 널리 받아들여지는 이론은 거대 충돌설이다. 이 설은 화성 크기의 원시 행성인 테이아(Theia)가 초기 지구와 충돌하여 달이 형성되었다고 설명한다. 이 가설은 달이 상대적으로 철과 휘발성 원소를 적게 포함하고 있으며, 그 구성이 지구 지각과 거의 동일하다는 점을 잘 설명해준다. 컴퓨터 시뮬레이션 결과, 충돌한 원시 행성 테이아의 잔해로 추정되는 두 개의 덩어리가 지구 내부에 존재할 가능성도 제기되었다.

지구와 달 사이의 중력적 인력은 지구 표면에 조석을 일으킨다. 달 역시 지구의 조석력 영향을 받아 조석 고정 상태가 되었는데, 이는 달의 자전 주기가 지구를 공전하는 주기와 같아져 항상 같은 면을 지구로 향하게 되었음을 의미한다. 달이 지구 주위를 공전하면서 태양 빛을 받는 표면의 부분이 달라져 달의 위상 변화가 나타난다.

지구와 달의 조석 상호작용으로 인해 달은 매년 약 38mm의 속도로 지구에서 멀어지고 있다. 동시에 지구의 자전 속도는 매년 약 23 마이크로초(μs)씩 느려지고 있다. 이러한 변화는 수백만 년에 걸쳐 상당한 영향을 미치는데, 예를 들어 에디아카라기(약 6억 2천만 년 전)에는 1년이 400±7일이었고 하루는 21.9±0.4시간이었다. 지구 자전의 각운동량이 달의 공전으로 전달되어 달이 가속되고 원심력에 의해 멀어지는 이 과정은, 약 100억 년 후 달의 궤도가 지구 반지름의 약 85배가 되는 지점에서 멈추고 지구와 달이 항상 같은 면을 마주 보게 될 때까지 계속될 것으로 예측된다.

달은 지구의 기후를 안정시키는 데 중요한 역할을 했을 수 있으며, 이는 생명체의 발달에 큰 영향을 미쳤을 가능성이 있다. 고생물학적 증거와 컴퓨터 시뮬레이션은 지구의 자전축 기울기가 달과의 조석 상호작용에 의해 안정화되었음을 보여준다. 일부 학자들은 이러한 안정화 효과가 없었다면, 태양과 다른 행성들이 지구의 적도 팽대부에 가하는 토크로 인해 지구의 자전축이 화성처럼 수백만 년에 걸쳐 수십 도씩 불안정하게 변동했을 것이라고 주장하지만, 이에 대해서는 여전히 논란이 있다. 자전축의 안정성은 행성 환경을 온화하게 유지하는 데 기여하므로, 지구처럼 큰 위성을 가지는 것이 생명 진화의 필요조건 중 하나일 수 있다는 의견도 있다.

지구에서 볼 때, 달은 태양과 거의 같은 크기의 겉보기 원반을 가지고 있다. 이는 태양의 지름이 달의 지름보다 약 400배 크지만, 태양까지의 거리 역시 달까지의 거리보다 약 400배 멀기 때문에 두 천체의 시지름(또는 입체각)이 우연히 일치하기 때문이다. 이러한 이유로 지구에서는 개기 일식과 금환 일식이 관측될 수 있다.

지구의 영구적인 자연 위성은 달뿐이다. 그러나 지구는 주변의 지구근접소행성을 일시적으로 포획하여 위성으로 삼는 경우가 있으며, 시뮬레이션에 따르면 이러한 일시적 위성은 항상 50개 정도 존재할 수 있다. 실제로 2006년 9월부터 2007년 6월까지 지구 주위를 3번 공전한 지름 3m에서 6m 크기의 소행성 2006 RH120이 관측된 사례가 있다.

6.2. 제2의 위성 논란

1986년에 발견된 소행성 크뤼트네는 지구와 궤도 공명을 하는 천체이다. 이 소행성은 지구와 달의 중력 영향을 받아 찌그러진 말굽형 궤도를 따라 움직이며, 최대 직경은 5km에 달한다. 크뤼트네가 천구 상에서 원래 위치로 돌아오는 데는 약 360년이 걸린다.

크뤼트네의 궤도 운동은 달과 구별된다. 달이 단순히 지구 주위를 도는 것과 달리, 크뤼트네는 지구와 같은 공전 주기를 가지고 태양 주위를 돌면서 지구의 궤도를 따라간다. 지구 중심의 좌표계에서 보면 마치 지구 주위를 도는 것처럼 보일 수 있지만, 엄밀히는 태양 주위를 지구와 함께 공전하는 것이다.

이러한 이유로 크뤼트네와 같이 지구와 특수한 궤도 관계를 맺고 있는 천체들을 진정한 위성(지구의 힐 권 내에서 공전하는 천체)과 구분하여 '준달' 또는 준위성이라고 부른다. 준위성 역시 케플러의 법칙을 따르기 때문에 타원궤도를 돌며, 면적속도는 일정하게 유지된다.

지구의 동주궤도 소행성 집단에는 여러 준위성, 말굽궤도를 가진 천체, 트로이 소행성 등이 포함된다. 469219 카모오알레와를 포함하여 최소 다섯 개의 준위성이 확인되었다. 지구 트로이 소행성의 예로는 2010 TK7이 있는데, 이 소행성은 태양-지구 계의 앞쪽 라그랑주점(L4) 주위에서 리브레이션 운동을 하고 있다. 또한, 매우 작은 지구근접소행성인 2006 RH120은 약 20년 주기로 지구-달계에 근접하며, 이때 짧은 기간 동안 일시적으로 지구 주위를 공전할 가능성이 있다.

7. 지구의 환경

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지구는 21세기 초 현재까지 알려진 바로는 유일하게 생물(생명체)이 존재하는 천체이다. 생명체는 지표면뿐만 아니라 지하 10km 정도 깊이에서부터 상공 100km에 이르는 넓은 범위에 걸쳐 존재한다. 지구 대기의 구성, 특히 산소 농도는 식물의 활동에 의해 유지되고 있다.

생명 유지에 필수적인 환경 조건(예: 물이 액체 상태로 존재)이 갖춰진 우주 공간의 영역을 거주가능 영역이라고 부르는데, 지구는 바로 이 영역 안에 위치한다.

동물이나 식물, 미생물 등 모든 생물이 살아가는 영역 전체를 생물권이라고 한다. 생물권 전체를 하나의 거대한 유기체로 보는 가이아 이론도 제기되었다. 인류의 활동이 지구 환경, 특히 생물권에 미치는 영향은 매우 크며, 이에 대한 우려의 목소리도 적지 않다.

지구를 지각, 해양, 대기 등 여러 시스템의 집합체로 보고, 이들 시스템 간의 물질 순환과 에너지 순환을 통해 지구라는 행성을 이해하려는 관점도 있다. 이 관점에 따르면, 인류가 수렵 채집 생활을 하며 자연의 일부로 존재했을 때는 생물권 시스템의 한 요소로 볼 수 있었다. 그러나 농업 등을 통해 인류가 자신을 위해 환경을 적극적으로 변화시키기 시작하면서, 인간계라는 새로운 시스템이 지구에 등장했다고 본다. 따라서 현재 지구 표면 환경은 기존의 자연 시스템과 새롭게 등장한 인간계 시스템 간의 상호작용에 의해 결정된다는 견해가 있다. 이러한 견해에 따르면, 현재 지구는 새로운 시스템의 등장으로 인해 시스템 간의 새로운 균형점을 찾아 변화해 나가는 과도기에 있다고 할 수 있다.

7.1. 대기

지구 대기는 화산 활동과 탈기 과정을 통해 형성되었으며, 여기에 소행성, 원시행성, 혜성에서 온 물과 얼음이 더해져 해양이 만들어졌다. 초기 대기의 온실 가스는 태양의 광도가 현재의 70%에 불과했던 시기에도 해양이 어는 것을 막았다. 약 35억 년 전(Ga) 형성된 지구 자기장은 태양풍에 의해 대기가 벗겨지는 것을 방지하는 데 중요한 역할을 했다.

지구의 해수면 평균 기압은 101.325kPa이며, 스케일 높이는 약 8.5km이다. 건조한 대기는 주로 질소 (78.084%), 산소 (20.946%), 아르곤 (0.934%)으로 구성되며, 이산화탄소와 기타 기체 분자들이 소량 포함되어 있다. 수증기 함량은 0.01%에서 4%까지 다양하지만 평균적으로 약 1% 수준이다. 구름은 지구 표면의 약 3분의 2를 덮고 있으며, 육지보다 바다 위에 더 많이 분포한다.

지구 대기는 명확한 경계 없이 우주 공간으로 점차 희박해지지만, 일반적으로 고도에 따른 온도 변화율(감률)을 기준으로 여러 층으로 구분된다.
* [[대류권]]: 지표면에서 시작하여 극지방에서는 약 8km, 적도에서는 약 17km 높이까지 분포한다. 대기 질량의 4분의 3이 이 층에 집중되어 있으며, 고도가 높아질수록 기온과 밀도가 감소한다. 대부분의 기상 현상이 이곳에서 발생하며, 물 순환을 담당한다. 태양 에너지로 가열된 공기가 팽창 및 상승하고, 차갑고 밀도 높은 공기가 하강하는 대기 순환이 일어나 날씨와 기후를 조절한다.
* [[성층권]]: 대류권 위 약 50km 고도까지 분포한다. 고도가 높아짐에 따라 기온이 약 -60°C에서 상승세로 전환된다. 이 층에는 오존층이 존재하는데, 약 20~50km 고도에 걸쳐 형성되어 태양의 해로운 자외선을 흡수하여 지표 생명체를 보호하고 성층권을 데우는 역할을 한다. 또한 성층권은 매우 건조하여 지표의 물이 우주로 확산되어 손실되는 것을 막는다.
* [[중간권]]: 성층권 위 약 80~90km 고도까지 분포하며, 고도가 높아짐에 따라 다시 기온이 하강한다.
* [[열권]]: 중간권 위 약 1,000km 고도까지 분포하며, 고도가 높아짐에 따라 기온이 다시 상승한다. 이 층부터는 전리층에 해당하며, 대기가 이온과 전자로 분리되어 있다. 90~300km 영역에서는 오로라가 발생한다.
* [[외기권]]: 열권 위쪽으로, 대기가 매우 희박해져 우주 공간으로 이어진다. 지구 자기권과 상호작용하는 영역이다.

카르만 선은 일반적으로 대기와 우주의 경계로 간주되며, 지표면으로부터 약 100km 높이에 해당한다.

지구의 생물권은 대기 조성에 큰 영향을 미쳤다. 약 27억 년 전(Gya) 진화한 산소 발생 광합성은 오늘날과 같이 질소와 산소가 주를 이루는 대기를 형성했다. 이는 호기성 생물의 번성을 가능하게 했고, 오존층 형성을 통해 육상 생물의 생존 기반을 마련했다. 대기는 이 외에도 수증기 수송, 유용한 기체 제공, 작은 유성체 연소, 온도 조절 등 생명 유지에 필수적인 기능을 수행한다. 특히 온실 효과는 지구 평균 온도를 유지하는 데 결정적이다. 수증기, 이산화탄소, 메탄, 아산화질소, 오존과 같은 온실 가스는 지표면에서 방출되는 열에너지를 흡수하여 평균 기온을 현재의 약 15°C로 유지시킨다. 만약 온실 효과가 없다면 평균 지표면 온도는 약 -18°C로 떨어져 현재와 같은 생명체는 존재하기 어려웠을 것이다.

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주요 대기 순환대는 위도 30° 이하 적도 지역의 무역풍과 위도 30°~60° 사이 중위도의 편서풍으로 구성된다. 해류, 특히 적도에서 극지방으로 열을 전달하는 열염순환 역시 기후를 결정하는 중요한 요소이다. 지구 표면에 도달하는 태양 에너지 양은 위도가 높아질수록 감소하며, 이로 인해 해수면 연평균 기온은 위도 1°당 약 0.4°C씩 낮아진다. 지구 표면은 기후 특성에 따라 열대, 아열대, 온대, 극지방 기후대로 나눌 수 있다. 특정 지역의 기후는 대륙성(해양과의 거리), 해류 및 대기 순환, 지형 등 다양한 요인의 영향을 받는다.

지표면 증발로 생성된 수증기는 대기 순환을 통해 이동하며, 특정 조건에서 응결하여 강수 형태로 지표면에 내린다. 이 물 순환은 육상 생명을 유지하고 지표를 침식하는 중요한 과정이다. 강수량은 지역에 따라 연간 수 미터에서 1밀리미터 미만까지 크게 다르다. 쾨펜 기후 구분은 관측된 온도와 강수량을 기준으로 전 세계 기후를 습윤 열대, 건조 기후, 습윤 중위도, 대륙성, 극지방의 5개 주요 그룹과 하위 유형으로 분류한다. 지구 표면 기온은 데스밸리와 같은 사막 지역에서 55°C까지 오르기도 하고, 남극과 같은 곳에서는 -89°C까지 떨어지기도 한다.

지구 자기장은 태양에서 오는 플라스마 흐름인 태양풍과 상호작용하여 자기권을 형성한다. 자기권은 태양 방향으로는 지구 반지름의 약 10배까지 압축되고, 반대 방향(밤쪽)으로는 약 1000배까지 길게 뻗어 있다. 이 자기장은 태양풍으로부터 지구 대기를 보호하여, 특히 수소와 같이 가벼운 기체가 우주 공간으로 쉽게 빠져나가는 것을 막는 역할을 한다.

하지만 열에너지에 의해 속도가 빨라진 일부 대기 분자는 지구 중력을 벗어나 우주 공간으로 탈출하는데, 이를 대기 탈출이라고 한다. 분자량이 작은 수소는 다른 기체보다 쉽게 탈출 속도에 도달하여 더 빠른 속도로 유출된다. 초기 지구 대기의 수소 손실은 대기와 지표면이 환원성 상태에서 현재의 산화 상태로 변화하는 데 기여했으며, 이는 광합성으로 생성된 산소가 대기 중에 축적될 수 있는 중요한 전제 조건이 되었다. 따라서 수소의 대기 탈출 능력은 지구 생명체 진화에 영향을 미쳤을 수 있다. 현재 산소가 풍부한 대기에서는 대부분의 수소가 물로 전환되어 탈출 기회가 적으며, 주로 상층 대기에서 메탄이 파괴되면서 수소가 손실된다.

7.2. 수권

지구의 수권은 지구에 존재하는 모든 물과 그 분포를 통틀어 일컫는다. 수권의 대부분은 세계 대양으로 이루어져 있으며, 이 외에도 대기 중의 물, 육지의 물(구름, 내륙해, 호수, 강, 지하수) 등을 포함한다. 해양의 총 질량은 약 1.35×10¹⁸ 톤으로, 이는 지구 전체 질량의 약 1/4400에 해당한다. 해양은 약 361.8e6km2의 면적을 차지하며, 평균 수심은 3682m이다. 이를 부피로 환산하면 약 1.332e9km3에 달한다. 만약 지구 지각 표면 전체가 매끄러운 구체처럼 같은 높이라면, 지구 전체를 덮는 바다의 깊이는 2.7km에서 2.8km 정도가 될 것이다.

지구상의 물 중 약 97.5%는 염수이며, 나머지 2.5%만이 담수이다. 담수의 대부분(약 68.7%)은 빙관과 빙하 형태의 얼음으로 존재한다. 나머지 담수 중 약 30%는 지하수이며, 약 1% 정도만이 호수나 강과 같은 지표수(지구 육지 면적의 2.8% 차지) 형태로 존재한다. 그 외에 영구 동토층, 대기 중의 수증기, 생물체 내에 포함된 물 등 소량의 담수가 있다. 지구 지각 위에 존재하는 물은 강, 호수, 빙하, 극빙, 바다 등 다양한 형태로 존재하며, 그 총량은 13억 8900만 세제곱킬로미터에 이른다. 이 중 대부분인 13억 5000만 세제곱킬로미터가 염수인 바다이다.

지구에서 가장 추운 지역에서는 눈이 여름에도 녹지 않고 쌓여 결빙하여 얼음으로 변한다. 이렇게 쌓인 눈과 얼음은 자체 무게 때문에 중력의 영향을 받아 서서히 흐르는데, 이를 빙하라고 한다. 산악 지역에서는 알파인 빙하가 형성되고, 극지방의 넓은 육지 위에는 거대한 빙상이 형성된다. 빙하가 흐르면서 지표면을 깎아내 U자곡과 같은 독특한 지형을 만들기도 한다. 북극의 해빙은 그 면적이 미국 본토 면적과 비슷하지만, 최근 기후 변화의 영향으로 빠르게 줄어들고 있다.

지구 해양의 평균 염분 농도는 바닷물 1kg당 약 35g의 소금(약 3.5%)이다. 이 소금의 대부분은 화산 활동을 통해 분출되었거나, 차가운 화성암이 물에 녹아 나오면서 공급된 것이다. 해양은 또한 대기 중의 기체를 녹여 저장하는 중요한 역할을 하는데, 이는 많은 수생 생물이 살아가는 데 필수적이다. 바닷물은 엄청난 양의 열을 저장할 수 있어 세계 기후에 큰 영향을 미친다. 해수 온도의 분포가 변하면 엘니뇨-남방 진동과 같은 상당한 기상 변화를 일으킬 수 있다. 해수의 평균 온도는 3.9°C이지만, 위도나 계절, 수심에 따라 온도가 달라지면서 거대한 해류를 만들어내고, 이는 증발이나 강수와 함께 물 순환의 중요한 부분을 담당한다.

지구 표면에 액체 상태의 물이 풍부하다는 점은 다른 태양계 행성들과 구별되는 매우 독특한 특징이다. 대기를 가진 다른 행성들도 대기 중에 수증기를 포함하고는 있지만, 안정적으로 액체 상태의 물이 표면에 존재할 수 있는 환경은 아니다. 일부 위성에서는 지구 해양보다 더 많은 양의 액체 물 저장고의 징후를 보이지만, 모두 수 킬로미터 두께의 얼음층 아래에 있는 거대한 물체이다.

7.3. 기후 변화

지구 온난화는 지구의 평균 기온이 상승하는 현상을 의미하며, 산업화 이후 인류의 과도한 화석 연료 사용으로 인해 배출된 온실 기체 증가가 주요 원인으로 지목된다. 인간 활동은 지구 환경에 영향을 미쳐 대기 중 온실 가스 농도를 높이고, 이는 지구의 에너지 수지와 기후 시스템에 변화를 초래했다.

2020년 기준으로 전 세계 평균 기온은 산업화 이전 시대보다 약 1.2°C 더 높아진 것으로 추정된다. 이러한 기온 상승, 즉 지구 온난화는 빙하의 융해를 가속화하고 해수면 상승을 유발하며, 가뭄과 산불의 위험을 증가시키는 등 다양한 문제를 야기하고 있다. 또한, 많은 생물 종들이 서식지를 추운 지역으로 옮겨가는 현상도 관찰되고 있다. 과거 사례를 보면, 1880년대에 -19mm였던 해수면 높이가 1930년대에는 30mm, 현재는 37mm까지 상승했으며, 이로 인해 일부 섬들이 사라지기도 했다.

최근에는 지구 온난화를 막기 위한 다양한 노력이 이루어지고 있다. 선진국에서는 도심 속의 숲 조성이나 전기자동차 보급 등을 추진하고 있으며, 한국에서는 승용차 요일제와 같은 정책을 시행하기도 했다.

인류가 지구 환경에 미치는 영향을 정량적으로 평가하기 위해 행성 경계라는 개념이 도입되었다. 현재까지 확인된 9개의 경계 중 생물권 온전성, 기후 변화, 화학적 오염, 야생 서식지 파괴, 질소 순환 등 5개 영역이 이미 안전 한계를 넘어선 것으로 평가된다. 2018년 기준으로 어떤 국가도 행성 경계를 넘지 않으면서 모든 국민의 기본적인 필요를 충족시키지는 못하고 있는 실정이다. 그러나 지속 가능한 자원 사용 수준 내에서 전 세계 모든 인류의 기본적인 물질적 필요를 충족시키는 것은 가능할 것으로 여겨진다.

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지구의 기후는 복잡한 시스템에 의해 결정된다. 대기 질량의 대부분은 지표면으로부터 11km 이내의 대류권에 집중되어 있으며, 태양 에너지는 이 대류권과 지표면을 가열하여 공기를 팽창시킨다. 밀도가 낮아진 따뜻한 공기는 상승하고, 차갑고 밀도 높은 공기가 그 자리를 채우면서 대기 순환이 발생한다. 이 순환은 열에너지를 재분배하며 날씨와 기후를 조절하는 핵심적인 역할을 한다. 주요 대기 순환으로는 적도 지역의 무역풍과 중위도 지역의 편서풍이 있으며, 해류, 특히 열염순환은 적도에서 극지방으로 열을 전달하며 기후에 큰 영향을 미친다.

지표면에 도달하는 태양 에너지의 양은 위도에 따라 달라지며, 일반적으로 위도가 높아질수록 감소한다. 고위도에서는 햇빛이 더 낮은 각도로 지표면에 도달하고 더 두꺼운 대기층을 통과해야 하므로, 해수면의 연평균 기온은 적도로부터 위도 1°당 약 0.4°C씩 감소한다. 이로 인해 지구 표면은 열대, 아열대, 온대, 극지방 등 위도에 따라 뚜렷한 기후대로 나뉜다. 특정 지역의 기후는 해양과의 거리(대륙성), 해양 및 대기 순환, 지형 등 다양한 요인의 영향을 받는다. 예를 들어, 해안 지역은 해양의 영향으로 여름에는 비교적 시원하고 겨울에는 따뜻한 경향이 있다. 또한, 고도가 높아지면 기온이 기온 감률에 따라 감소하여 산악 지역은 저지대보다 일반적으로 기온이 낮다.

지표면에서 증발된 수증기는 대기 순환을 통해 이동하며, 특정 조건에서 응축되어 강수 형태로 다시 지표면에 내린다. 이 물 순환은 육상 생태계를 유지하고 지표면을 형성하는 데 중요한 역할을 한다. 강수량은 지역별 대기 순환, 지형, 온도 차이 등에 따라 크게 달라진다. 일반적으로 사용되는 쾨펜 기후 구분은 온도와 강수량을 기준으로 전 세계 기후를 습윤 열대, 건조 기후, 습윤 중위도, 대륙성, 극지방의 5개 주요 그룹과 세부 하위 유형으로 분류한다. 지표면 기온은 사막과 같은 데스밸리에서 약 55°C까지 상승할 수 있으며, 최저 기온은 -89°C까지 떨어질 수 있다.

8. 지구와 관련된 측정 단위

(내용 없음)

8.1. 미터법

1790년, 프랑스 정부는 전 세계적인 단위 표준의 필요성을 느끼고 미터법을 제정하면서 거리의 기준을 지구로 삼았다. 이에 따라 지구 적도에서 북극점까지의 거리를 정확히 10000km로 정하고, 이 거리의 4배인 지구 전체 자오선 길이 40000km를 기준으로 하는 미터법이 만들어졌다. 전체 자오선 길이가 아닌, 적도에서 북극점까지의 거리 10000km를 십진법상의 표준으로 삼은 이유는 당시 기술 수준으로 남반구 지역에 관측소를 설치하기 어려웠기 때문이다. 따라서 1m는 적도에서 극점까지 거리의 1000만분의 1로 정의되었다. 하지만 1983년 이후 국제단위계에서는 미터를 진공에서 빛이 1/299,792,458초 동안 진행한 거리로 재정의하였다.

9. 지구 자기장

지구에는 자기장이 존재하며, 이는 우주에서 오는 해로운 방사선을 막아주어 지구상의 생명체가 존재할 수 있도록 보호하는 중요한 역할을 한다. 그러나 이 자기장의 세기는 지난 150년간 약 10% 감소했으며, 일부 과학자들은 이러한 변화가 장기적으로 대규모 지진, 화산 활동, 기후 변화, 생물 대량 멸종 등에 영향을 미칠 수 있고, 심지어는 자기장을 잃어 대기까지 희박해진 화성과 같은 상태가 될 수도 있다고 우려한다.

지구 자기장의 주요 부분은 외핵에서 생성된다. 외핵은 주로 철과 니켈로 이루어진 액체 상태인데, 이곳에서 열과 성분 차이로 인한 대류 운동이 발생한다. 이 운동 에너지가 전기 및 자기 에너지로 변환되는 과정, 즉 다이나모 이론을 통해 자기장이 유지된다. 이렇게 생성된 자기장은 핵에서 시작해 맨틀을 거쳐 지표면까지 확장되며, 그 형태는 거의 쌍극자와 유사하다. 자기장의 극(자극)은 지구의 지리적 극 근처에 위치하지만, 정확히 일치하지는 않는다.

자기장 적도 부근 지표면에서의 자기장 세기는 약 3.05×10^-5 T이다. 2000년 기준으로 지구의 자기 쌍극자 모멘트는 7.79×10²² Am²였으나, 100년마다 약 6%의 비율로 감소하고 있다. 다만, 현재의 세기는 여전히 장기적인 평균보다는 강한 수준이다. 핵 내부의 대류 운동은 불규칙하기 때문에 자극의 위치는 계속해서 변하며(이를 세속 변화라 한다), 때로는 자기장의 남북 방향이 완전히 뒤바뀌는 지자기 역전 현상도 발생한다. 지자기 역전은 수백만 년 동안 평균 몇 차례 정도의 빈도로 일어나며, 가장 최근의 역전은 약 70만 년 전에 발생했다.

우주 공간에서 지구 자기장이 영향력을 미치는 영역을 자기권이라고 한다. 태양에서 불어오는 태양풍(고에너지 대전 입자의 흐름)은 자기권에 의해 대부분 차단되거나 경로가 휘어진다. 태양풍의 압력 때문에 태양을 향하는 쪽(주간 측)의 자기권은 약 10 지구 반지름 거리까지 압축되는 반면, 반대쪽(야간 측) 자기권은 혜성의 꼬리처럼 길게 늘어진 형태가 된다. 태양풍의 속도는 태양풍 내 플라스마 파동의 전파 속도보다 빠르기 때문에, 자기권의 앞쪽 경계면(자기권계면) 바깥에는 초음속 충격파(활꼴 충격파)가 형성된다.

자기권 안에는 다양한 에너지 수준의 대전 입자들이 붙잡혀 있다. 상대적으로 저에너지 입자들은 지구 자전과 함께 자기력선을 따라 움직이며 플라스마권을 형성한다. 중간 에너지 입자들은 지구 주위를 돌며 고리 전류를 형성하는데, 이들의 경로는 자기장의 영향을 크게 받는다. 매우 높은 에너지를 가진 입자들은 밴 앨런 방사선대에 갇혀 비교적 무작위적인 운동을 한다. 태양 활동이 활발해져 자기폭풍이나 서브스톰과 같은 현상이 발생하면, 외곽 자기권(특히 자기 꼬리 부분)에 있던 대전 입자들이 자기력선을 따라 지구의 고층 대기, 특히 전리층으로 대량 유입될 수 있다. 이 입자들이 대기 중의 원자나 분자와 충돌하여 들뜬 상태로 만들거나 이온화시키면서 빛을 방출하는데, 이것이 바로 오로라이다.

10. 지구-행성 간 거리

이 거리는 행성까지의 최단거리이다.