Kích thước và hình dạng của Trái Đất

Ở dạng khái quát cao nhất, thì coi Trái Đất có dạng hình cầu.

Sự quay quanh trục dẫn đến lực ly tâm, làm nó phình ra về phía xích đạo. Vì vậy nó được khái quát có hình dạng của một ellipsoid có bề mặt là xấp xỉ của Geoid trên đại dương. Nó được gọi là Ellipsoid quy chiếu (Reference ellipsoid), là nền tảng trong môn Trắc địa để lập ra hệ tọa độ địa lý gồm vĩ độ (latitude), kinh độ (longitude), cao độ (elevation), lập ra khung chiếu (Projection) cho thành lập Bản đồ địa hình trên Trái Đất. Tuy nhiên các quốc gia chọn cách xấp xỉ với Geoid và chọn điểm mốc kinh tuyến gốc khác nhau, nên hiện có nhiều Hệ tọa độ địa lý.

Trong số đó hệ WGS84 (World Geodetic System 1984) có xuất phát từ Hoa Kỳ và được gọi là Hệ thống trắc địa thế giới, đang là cơ sở của Hệ thống định vị toàn cầu GPS, được dùng phổ biến nhất. Hệ WGS84 sử dụng mô hình geoid EGM96 (Earth Gravitational Model 1996) hiệu đính năm 2004, với bán kính tại xích đạo a = 6378137 m và tại địa cực b = 6356752.3142 m, độ dẹt f = 1/298.257223563.[19]

Các chi tiết hình dạng Trái Đất thì bị ảnh hưởng bởi sự phân bố của các lục địa và bồn đại dương, và trong chừng mực nào bởi sự di động của các mảng kiến tạo.[20]

Hình dạng Trái Đất đầy đủ nhất, là bề mặt vật lý gồm đất liền và vùng nước, tức địa hình với độ cao so với bề mặt của ellipsoid quy chiếu, và biểu diễn trên Bản đồ địa hình. Trên bản đồ các vùng nước được biều diễn bằng mực nước trung bình, ví dụ mặt Biển Chết là -429 m, mặt hồ Ba Bể ở Việt Nam là +145 m, tuy nhiên các vùng phủ băng vĩnh cửu thường bị bỏ trống.

Cấu trúc bên trong

Các bằng chứng địa chấn học, dòng nhiệt bề mặt, và vật lý khoáng vật được kết hợp với khối lượng và lực quán tính của Trái Đất để suy ra các mô hình bên trong Trái Đất - thành phần, mật độ, nhiệt độ, áp suất của nó.

Ví dụ, về trung bình của Trái Đất có khối lượng riêng (5,515) cao hơn rất nhiều so với các loại đá trên bề mặt (2,7-3,3). Nó cho thấy rằng các vật chất ở sâu hơn là dày đặc hơn. Mô men quán tính của Trái Đất thấp, 0.33 MR2, so với một khối tương đương có mật độ không đổi là 0,4 MR2. Đương nhiên có sự gia tăng mật độ nén dưới áp suất rất lớn trong lòng đất, tuy nhiên các ảnh hưởng của áp suất có thể được tính toán bằng cách sử dụng phương trình Adams-Williamson (Adams–Williamson equation). Kết luận là chỉ riêng áp suất không thể giải thích cho sự gia tăng mật độ. Thay vào đó, chúng ta biết rằng lõi của Trái Đất bao gồm hợp kim của sắt và các chất khác.[21]

Việc tái hiện các sóng địa chấn ở bên trong Trái Đất cho thấy không có sóng ngang S truyền qua lõi ngoài. Vì chất lỏng không truyền sóng ngang, nên lõi ngoài là dạng lỏng, và chuyển động của chất lỏng có độ dẫn điện này tạo ra từ trường Trái Đất theo thuyết geodynamo. Tuy nhiên lõi trong là rắn do áp suất rất lớn.

Tái hiện phản xạ địa chấn ở phần sâu bên trong cho thấy một số gián đoạn lớn trong tốc độ truyền sóng địa chấn, phân chia ranh giới các vùng chính của Trái Đất: lõi trong, lớp lõi ngoài, quyển manti (Mantle), thạch quyển và lớp vỏ (Crust).

Quyển manti được chia thành các manti trên, vùng chuyển tiếp, manti dưới và lớp D". Giữa quyển manti trên và lớp vỏ ngoài cùng là Bề mặt Mohorovičić (Mohorovičić discontinuity).

Từ quyển

Khi từ trường của hành tinh đủ mạnh, nó tương tác với gió mặt trời tạo thành một Từ quyển.[22] Đo trên phi thuyền không gian đã vẽ được kích cỡ của từ trường Trái Đất. Nó kéo dài về phía Mặt trời khoảng 10 lần bán kính Trái Đất.

Luồng hạt mang điện tích do mặt trời phóng ra, gọi là gió mặt trời, tương tác với từ trường Trái Đất, dẫn đến đuôi từ quyển kéo dài hàng trăm lần bán kính Trái Đất về hướng đối diện. Từ quyển và khí quyển chặn các hạt này, bảo vệ sự sống trên Trái Đất.

Bên trong từ quyển, có những vùng tương đối dày đặc của các hạt gió mặt trời được gọi là vành đai bức xạ Van Allen.[23]

Vật lý khoáng vật

Các loại đất đá, khoáng vật, đối tượng nghiên cứu khác nhau có tính chất vật lý khác nhau. Sự khác biệt về tính chất vật lý giữa đối tượng nghiên cứu và môi trường xung quanh nó tạo ra các dị thường địa vật lý có thể quan sát được nhờ các thiết bị đo ghi các hiện tượng vật lý.

Các tính chất vật lý của khoáng vật được nghiên cứu để từ những nguồn thông tin đo ghi được như: địa chấn, các gradient địa nhiệt,điện, từ, trọng lực, phóng xạ..., các nhà địa vật lý có thể suy ra các thành phần bên trong Trái Đất (phát hiện khoáng sản, dầu khí, nước ngầm...), cũng như những vận động có thể xảy ra.

Chịu ảnh hưởng nhiệt độ và áp suất cao, các đặc tính khoáng vật thay đổi về pha vật chất, điểm nóng chảy, các đặc tính lưu biến, hoặc khả năng chảy, độ nhớt,... thay đổi. Nó tác động đến mức độ các mảng kiến tạo di chuyển.

Nước là một chất rất phức tạp và tính độc đáo của nó là rất cần thiết cho cuộc sống. Tính chất vật lý của nó hình thành thủy quyển và là phần thiết yếu của vòng tuần hoàn nước và khí hậu. Tính chất nhiệt động của nước quyết định sự bốc hơi và gây ra gradient nhiệt trong khí quyển. Các loại mưa liên quan đến một hỗn hợp phức tạp các quá trình như sự kết dính, siêu lạnh và quá bão hòa.[24] Một phần nước thấm xuống đất trở thành nước ngầm, và dòng chảy nước ngầm dẫn đến những hiện tượng như thấm lọc, tăng độ dẫn điện của nước, làm cho phương pháp địa vật lý điện và điện từ hữu ích cho việc theo dõi lưu lượng nước ngầm.

Trong đại dương thì độ mặn có ảnh hưởng tới tính chất vật lý của nước, và tới chuyển động của nó.

Nhiều giai đoạn của băng được hình thành ra quyển băng và có mặt các dạng như tảng băng, sông băng, biển băng, băng nước ngọt, tuyết và tầng đất đóng băng vĩnh cửu. Chúng là đối tượng nghiên cứu của Băng quyển học.