Alakja
Bolygónk alakjának meghatározása több ezer éve foglalkoztatja a különböző korok laikus embereit és tudósait egyaránt. A Föld alakjának definiálásakor természetesen csak áttételesen vehetjük figyelembe a felszínen mutatkozó domborzati változásokat – a hegységeket, síkságokat, tengeri medencéket –, hiszen olyan felületet kell keresnünk, amely nagy vonalakban követi ugyan ezen felszíni egyenetlenségeket is, azonban sokkal általánosabb, és fizikailag–matematikailag pontosan meghatározható.
Jelenlegi ismereteink szerint a világtengerek – hullámzástól eltekintett – felszíne ilyen felületnek tűnik, és ez a felület geofizikai módszerekkel kijelölhető a szárazföldek területén is. Vagyis ma a Föld valóságos geometriai alakján a nehézségi erő terének azt a szintfelületét értjük, amely egybeesik a világtengerek felszínével. Ez a felület a geoid.
Az É-i póluson 18,9 m-rel magasabban, a D-i póluson pedig 25,8 m-rel mélyebben van a geoid felszíne az ellipszoidhoz képest. Általában az É-i féltekén a pólus és a 45. földrajzi szélességi fok között a geoid kiemelkedik, a 45° és az Egyenlítő között viszont bemélyed az ellipszoidhoz képest. Ezzel szemben a D-i féltekén éppen fordított a helyzet: az Egyenlítő és a 60° között kiemelkedő, míg a pólus és a 60. szélességi fok között bemélyedő a geoid.
Felépítése
A Föld belseje felé nő a hőmérséklet. Ennek mértéke átlagosan 100m/10C. Ezt nevezzük geotermikus gradiensnek. A fiatal területek alatt a geotermikus gradiens gyorsabban nő, az idős területeke alatt pedig sokkal lassabban. Amit mi a Föld felszínéről tekintve hőmérséklet növekedésként érzékelünk, az valójában egy fordított folyamat. A Föld belseje felől haladva a hőmérséklet fokozatosan csökken. A belső fő (jelenlegi ismereteink szerint) a radioaktív anyagok (pl. uránium, tórium) bomlásából származnak A hőmérséklet csak bizonyos mélységig nő. Ezt bizonyítja, hogy számításaink szerint a Föld középpontjának hőmérséklete kb. 4500-50000C, ha pedig az előbb ismertetett számítást veszszük alapul, akkor ugyanitt a hőmérsékletnek 190.0000C-nak kellene lennie. A felszín közelében megfigyelhető geotermikus gradiens a szilárd közegben lejátszódó gyors hűlés eredménye. A Föld gyomrában más a nyomás- és sűrűségviszony. A nyomás a mélység függvényében egyenesen növekszik. A Föld középpontjában eléri a felszíni nyomás 4000 szeresét. A sűrűség növekedése hirtelen változásokat mutat. Erre utalnak a földrengéshullámok irányváltozásai is.
Belső szerkezete
A Föld belseje gömbhéjas szerkezetű. A fizikai jellemzők alapján a következő gömbhéjakat különböztethetjük meg: földkéreg, földköpeny, külső mag, belső mag.
Földkéreg
A legkülső, szilárd halmazállapotú gömbhéj. A Föld tömegének 1%-a Vastagsága a szárazföldek alatt: 30-40 km (hegységek alatt elérheti a 70-90 km-t is), az óceánok alatt: 7-11 km.
Szárazföldi kéreg
A szárazföldi kéreg felső része szilikátokban gazdag. Jellegzetes kőzete a gránit, ezért gránitos rétegnek nevezzük. (sűrűsége: 2,7g/cm3 ). Alatta szilikátokban szegényebb, de fémekben gazdagabb réteg következik, ezért a sűrűsége is növekszik (3,0g/cm3 ). Jellemző kőzete a gabbró, ezért gabbrós rétegnek is nevezik.
Óceáni kéreg
Az óceáni kéreg egyszerűbb, hiányzik alattuk a kisebb sűrűségű gránitos réteg. A kéreg a fémes elegyrészekben gazdagabb, szilikátokban szegényebb anyag változatából áll. Felső része bazaltos, alsó része gabbrós.
A földkéreg alsó határát a horvát kutatóról elnevezett Mohorovicic-határfelület zárja.
Földköpeny
A Föld tömegének 68%-a A Mohorovocic-felülettől a kb. 2900 km mélyen húzódó Gutenberg-Wiechertfelületig tart. Lefele haladva tovább csökken a könnyebb szilikátos és nő a nehezebb fémes elegyrész (pl. vas, magnézium) aránya.
Külső mag
A külső mag a földmag mintegy 2100 km vastagságú külső öve. Fémes, jól vezető anyagokból (feltehetően vas és nikkel) épül fel és folyékony halmazállapotú. A külső magban zajló áramlások és a Coriolis-erő együttes hatásaként jön létre a dinamó-effektus, mely a Föld mágneses terét generálja.
Belső mag
A földmag két részét (külső folyékony és belső szilárd öv) 1936-ban fedezte fel Inge Lehmann dán szeizmológus, a földrengéshullámok terjedését figyelve a Föld belsejében. Az őáltala felfedezett felületet, mely a két övet elválasztja mintegy 5000 km mélyen, Lehmann-felületnek nevezik.
A meteoritok és az őket alkotó kémiai elemek fizikai és vegyi tulajdonságainak tanulmányozásából azt feltételezik, hogy a belső magot elsősorban vas és nikkel alkotja.
A belső magban uralkodó környezeti viszonyokról csak hipotézisek léteznek. Feltételezik, hogy a hőmérséklet 5000-7000 °C között alakul, míg a nyomás 330-360 GPa értékek között. A szilárd halmazállapotot azzal magyarázzák, hogy ilyen extrém nyomásviszonyok mellett a vas olvadáspontja rendkívül megnő.
Légkör
A Föld légkörében, az atmoszférában a levegő sűrűsége a magassággal rohamosan és folyamatosan csökken. A hőmérséklet viszont bizonyos magassági tartományokban csökken, másokban emelkedik. A légkört ezért általában a hőmérséklet változása szerint osztják egymás fölött elhelyezkedő rétegekre.
Troposzféra
A Föld légkörének legalsó, tehát legsűrűbb rétege a troposzféra. A légkör össztömegének 75-80%-a a troposzférára esik. A legtöbb időjárási jelenség (felhő- és csapadékképződés, szél stb.) a légkör legalsó rétegében zajlik le. Ennek az a magyarázata, hogy a troposzférában éles hőmérséklet-különbségek jönnek létre. A napsugárzás ugyanis először a földfelszínt melegíti fel, a felszín adja át a hőt a troposzféra legalsó sávjának. Ezért a hőmérséklet a troposzférában felfelé fokozatosan csökken, 100 m-enként 0,6°C-kal. A felszín közelében a felmelegedő levegő felszáll, helyében hűvösebb áramlik. A földfelszín egyenetlenségei a felszín közvetlen szomszédságában, az ún. határrétegben erősen befolyásolják a felszínnel párhuzamos légmozgást, azaz a szelet. A legerősebb légmozgás a troposzféra legfelső sávjában fellépő futóáramlás (jet stream). A futóáramlás a Földet hullámalakban, 400 km/h körüli sebességgel öleli körül. Hullámaiból hatalmas, magas nyomású légörvények (anticiklonok), ill. alacsony nyomású képződmények (ciklonok) válnak le. Ezek nagy hatással vannak a mérsékelt öv időjárására. Az anticiklonokban uralkodó leszálló légáramlás száraz időt hoz, a ciklonok érkezésével csapadékképződés jár.
Függőleges irányban a levegő sűrűsége és nyomása is csökken, egészen a troposzféra felső határáig, a tropopauzáig. A tropopauza tengerszint felett 7-17 km magasságban húzódik. A tropopauza mindenkori helyzetét az adott hely földrajzi szélessége, valamint az szabja meg, milyen évszak és napszak van. Az Egyenlítő mentén van a legmagasabban, kb. 17-20 km-en. A sarkok közelében és télen a legalacsonyabb a helyzete, kb. 7-8 km-en figyelhető meg. A mérsékelt övben átmeneti a helyzete. A tropopauzában már igen hideg van: -55°C körüli hőmérséklet. Néha a sztratoszférából lejuthatnak légtömegek a tropopauzába, amit lekeveredésnek nevezünk.
Sztratoszféra
A sztratoszféra alsó határa a tropopauza, és a sztratopauzáig, kb. 85 km magasságig tart. Már az alsó sztratoszférában is kb. ezerszer ritkább a levegő, mint a troposzférában, a tengerszinten. A sugárhajtású repülőgépek ezért ott tudnak a leghatékonyabban előrehaladni. A troposzférával szemben a sztratoszférában a hőmérséklet felfelé emelkedik. A levegő rétegződése stabil, ezért függőleges légmozgás nem alakul ki benne, vízszintes áramlások viszont előfordulnak. A legkicserélődés hiányának hátrányos hatása is van. A korábban sztratoszférába jutott anyagok (pl. a szórófejekből kibocsátott hajtógázok, a halogénezett szénhidrogének) igen sokáig ott tartózkodnak, az egész Föld éghajlatát befolyásolhatják. A sztratoszféra száraz levegőjében felhők se képződnek, kivéve a sarki sztratoszféra-felhőket, amelyek 15-25 km magasságban jelennek meg, ha ott a hőmérséklet -78°C alá süllyed.
A sztratoszférában a Nap ultraibolya sugárzás energiájának hatására az oxigénmolekulák egy része felbomlik. Újraalakulva háromatomos oxigénmolekulák keletkeznek. Így jön létre az ózonréteg, amely megakadályozza a káros, rövid hullámhosszú sugárzás lehatolását, ezzel védi a földi életet. A sztratoszféra-felhők azonban elősegítik az ózont pusztító kémiai folyamatokat, az „ózonlyuk” kialakulását. Az ózonréteg „kilyukadása” tulajdonképpen csupán az ózonréteg kivékonyodását jelenti, mégis káros. Az erős ultraibolya sugárzás ugyan az élőlényeknek csak a kültakarójába hatol be, de ott súlyos elváltozásokat, az emberek esetében bőrrákot okoz.
Mezoszféra
A mezoszféra a földi légkör 50-90 km közötti rétege. Felső határát a mezopauza jelöli ki. A meteorok nagy része a mezoszférába jutva ég el. A mezoszférában a hőmérséklet felfelé csökken, a tetején van a leghidegebb az atmoszférában: -90°C is lehet. Ugyanakkor ebben a rétegben is jelentősek a hőmérséklet évszakos különbségei. Az Északi- és a Déli-sark felett a mezoszférában néha világító felhők jelennek meg.
A mezoszféra a légkör legkevésbé ismert rétege. Azért különösen nehéz tanulmányozni, mert a meteorológiai léggömbök oda már nem jutnak fel, az időjárási műholdak pedig magasabban keringenek. A mezoszféra titkainak kifürkészésére leginkább a rakétaszondák alkalmasak. Ezek rövid röppályán repülnek, nem állnak Föld körüli pályára.
Termoszféra
A mezoszférát a feszíntől kb. 90 km távolságban, a mezopauza felett a termoszféra váltja fel. Az alsó termoszférában a hőmérséklet ismét gyorsan nő. A termoszféra hőmérséklete egyébként időben változó, erősen függ a Nap tevékenységétől. Nappal 200°C-kal melegebb, mint éjszaka. A napfolttevékenység csúcsán pedig akár 500°C-kal is forróbb lehet, mint máskor. A felső termoszféra hőmérséklete így 500-2000°C között ingadozik. A magas értékek azonban félrevezetők: mivel a légkör ebben a rétegben olyan ritka, hogy a levegő molekulái alig ütköznek egymással, hagyományos értelemben nem beszélhetünk hőmérsékletről. A termoszféra felső határa, a termopauza erősen ingadozó magasságban, 500-1000 km között található.
A nemzetközi űrállomás és számos műhold a termoszférában kering a Föld körül. A hőmérséklet-különbségek miatt a termoszféra sűrűsége is erősen változó. Ezek az eltérések befolyásolják a műholdak pályáit, amelyeket ezért állandóan ki kell igazítani.
Exoszféra
A légkör legritkább, külső burka az exoszféra. A világűr felé tulajdonképpen nincs is határa, mert a könnyű légköri gázok, mint a hidrogén és a hélium, rendszeresen megszöknek belőle az űrbe, ill. érkeznek is onnan a napszéllel. Elméletileg mégis kb. 2000 km magasságban szokták meghúzni a földi légkör külső határát. A Föld mágnese tere azonban még több tízezer km-ig fogva tartja a részecskék egy részét, így keletkezik az aszimmetrikus alakú magnetoszféra.
Homoszféra
A légkör összetétele a troposzférában, a sztratoszférában és a mezoszférában állandó: 78% nitrogén, 21% oxigén és 1% egyéb gáz (főleg argon) alkotja. Ezért ezt a három réteget összefoglalóan homoszférának, azaz azonos összetételű légburoknak nevezhetjük.
Heteroszféra
Kb. 110 km magasság felett a légkör anyaga már nem keveredik jól át. A gázok molekulatömegük szerint rendeződnek el: a nitrogén helyett először fokozatosan az atomos oxigén, majd a hélium, végül a legkönnyebb gáz, a hidrogén kerül túlsúlyba. Azokat a rétegeket, amelyekre ilyen gázösszetétel jellemző, együtt heteroszférának hívjuk.
Ionoszféra
A légkör legnagyobb részében a gázok semleges atomok, molekulák formájában fordulnak elő. A Nap ionizáló sugárzása hatására azonban kb. 50 km felett több olyan réteg alakul ki, amelyeknek részecskéi elektromos töltéssel rendelkeznek. Ezek a napszakosan változó, ionokban, szabad elektronokban feldúsuló rétegek alkotják az ionoszférát. Az ionoszféra rétegei sok energiát nyelnek el, ezért emelkedik a hőmérséklet a termoszférában. Ezeknek a rétegeknek gyakorlati jelentőségük is van: hatnak a Föld mágneses terére és befolyásolják a közepes és hosszú rádióhullámok terjedését is.
Vízburok
A Föld egyik geoszférája a hidroszféra, a vízburok, amely tartalmazza az óceánokat, a tavakat, a folyókat, a gleccsereket és a felszín alatti vizeket. A hidroszférát körülveszi az atmoszféra, amely többek között vízgőzt is tartalmaz, azaz átfedésben van a hidroszférával. A Föld szerencsés helyzetben van: kedvező mind a Naptól mért távolsága (hőmérséklet!), mind pedig a levegő nyomása a tengerszinten. Felszínén tág hőmérsékleti tartományban létezik folyadék halmazállapotú víz. A vízburok döntő tömege az óceáni medencékben található. A körforgás révén azonban a Föld vízkészlete állandó mozgásban van, összekapcsolva a geoszférákat. E hatalmas tömegű „vándorláshoz” az energiát a napsugárzás biztosítja.
Az 510 millió km²-nyi földfelszín 71 %-át, mintegy 361 millió km² felületet borít víz, valamint közel 15 millió km²-t pedig jég. Földünk hatalmas vízkészletének (kb. 1,36-1,45 milliárd km³) 97,5 %-a a sós víz és csak alig 2,5 %-a (kb. 36 millió km³) az édesvíz. Az édesvíznek is döntő része, kb. 87 % jégtakaróként halmozódott fel, elsősorban a Déli-sarkvidéken. Ez a vízmennyiség a Föld teljes tömegének körülbelül 0,022%-át teszi ki. Az emberiség rendelkezésére – elsősorban a folyókban és tavakban – az édesvízkészlet 1%-a, a teljes földi vízkészlet 0,03 %-a áll, ebből kell gazdálkodni! A teljes földi vízkészlet (tehát a kőzetekben tárolt mennyiséget is beleértve) azonban már nehezen becsülhető.
Ennek egyik lehetősége a kiömlési magmás kőzetek víztartalmának meghatározása. Az óceánközépi hátságokon keresztül a felső köpenyből felszínre kerülő magma viszonylag „száraz”, víztartalma mindössze 0,025%. Ez az alacsony érték valószínűleg a kipárolgás eredménye. A Hawaii-szigeteken található Kilauea vulkán (forró pont, ahol az alsó-köpenyből származó láva ömlik a felszínre) lávájában jóval magasabb, 0,1-0,2%-nyi víztartalmat mértek. Ebből a két eltérő számból az következik, hogy a gázok egy része (egy óceántömegnyi) eltávozott a felső köpenyből, viszont az alsó köpeny víztartalma feltételezhetően csak kis mértékben csökkent az idők folyamán (amennyiben nem volt jelentős vízcsere a köpeny két része között). Ez alapján egyes kutatók azt feltételezik, hogy mintegy 3 óceántömegnyi (OT, ami egyenlő a mai óceánokban található vízmennyiséggel) található az alsó köpenyben és 0,2 OT a felső köpenyben. Így a Föld teljes tömegének mintegy 0,1%-a víz.
A légkörben található vízgőz kicsapódásakor (kondenzáció) felhők keletkeznek. A Napból származó energia felmelegíti a légkört és a hidroszférát, és tulajdonképpen ez a mozgatórugója a víz körforgásának, a hidrológiai ciklusnak. Ez a körforgás a víz mozgását és halmazállapot-változásait jelenti az eltérő vízkészletek, mint az óceánok, légkör gleccserek, folyók, tavak és felszín alatti vízkészlet között.
A légkörben található vízgőz kicsapódásakor (kondenzáció) felhők keletkeznek. A Napból származó energia felmelegíti a légkört és a hidroszférát, és tulajdonképpen ez a mozgatórugója a víz körforgásának, a hidrológiai ciklusnak. Ez a körforgás a víz mozgását és halmazállapot-változásait jelenti az eltérő vízkészletek, mint az óceánok, légkör gleccserek, folyók, tavak és felszín alatti vízkészlet között.
Az óceánokba a vízfolyásokkal visszajutó víz mennyisége mintegy 40 000 km³ évente (kb. 100 km³ naponta): ez pótolja az óceánfelszínekről történő párolgás és az oda visszahulló csapadékmennyiség közötti deficitet.
A csapadék többféle formában (eső, hó, jégeső, ónoseső, havaseső stb.) hullhat. Képződéshez a légtömeg lehűlésére és a vízgőztartalmának kicsapódására (kondenzációjára) van szükség. A légkörben található vízgőz lehűlése következtében (vízgőzre nézve) telítetté válik. A légtömeg leggyakrabban akkor hűl le, amikor felemelkedik. A légtömeg felfelé áramlását több tényező is okozhatja: frontok, helyi konvekció vagy domborzati (orografikus) okok. A vízgőztelítettség hőmérsékletfüggő, a hőmérséklet emelkedésével egyre nagyobb vízgőzkoncentráció kell hozzá.
Forgás
Bolygónk 23 óra 56 perc 4,09 másodperc alatt fordul meg egyszer a tengelye körül (ez az időtartam a csillagnap), amit mi úgy érzékelünk, mintha az égbolt fordulna el ugyanennyi idő alatt felettünk. Mivel a Föld nyugatról kelet felé forog, az égbolt és az égi objektumok keletről nyugat felé látszanak elmozdulni. A forgás következtében látszik körbejárni a Nap is, így jönnek létre a nappalok, amikor a Nap a horizont felett tartózkodik, és az éjszakák, amikor pedig alatta. A Nap lenyugvása utáni (illetve felkelte előtti) rövidebb átmeneti időszak a szürkület.
A Föld forgástengelye jelöli ki az égtájakat is. A tengely két végét északi, illetve déli égtájnak, az erre merőleges két irány közül azt, amerre az égitestek kelni látszanak keleti, amerre pedig nyugodni, nyugati égtájnak nevezzük. A Nap égi járásának a Föld különböző szélességein elhelyezkedő megfigyelők más-más módon lesznek tanúi. Amikor a Nap pontosan keleten kel és nyugaton nyugszik, az egyenlítőről nézve fejünk felett, a zenitben delel. Ugyanekkor a pólusoknál vízszintesen körbejárni látszik, köztes szélességeken pedig pályája kisebb-nagyobb szöget zár be a függőlegessel. Ez természetesen csak akkor történhet meg, ha a Föld egyenlítője pontosan a Nap felé mutat. A valóságban ez ritka helyzet, mivel bolygónk forgástengelye a pályasíkra állított merőlegeshez képest 23,5 fokos szöget zár be.
A tengely térbeli helyzete első megközelítésben stabilnak mondható, azaz a Föld, Nap körüli keringése során állandóan egy irányba mutat. Azt a pontot, ahol a forgástengely képzeletben metszi az égboltot (illetve a bolygónk köré vont tetszőleges sugarú képzeletbeli éggömböt), égi pólusnak nevezzük. Ez az északi oldalon egy fényes csillag közelébe esik, amelyet innen Polarisnak, Sarkcsillagnak neveztek el. Az égbolt látszólag ekörül fordul körbe minden nap. A mi szélességünkről a pólus 47,5 fok magasan látszik a horizont felett. Azok a csillagok, amelyek 47,5 foknál közelebb látszanak a pólushoz, napi járásuk során soha nem érik el a horizontot, azaz soha nem nyugszanak le. Ezeket nevezik cirkumpoláris csillagképeknek. Azok az égi objektumok, amelyek ennél messzebb látszanak a pólustól, minden nap felkelnek és lenyugszanak, több-kevesebb időt töltve a horizont felett. Vannak olyan égitestek is, amelyek annyira messze vannak a pólustól (132,5 foknál messzebb), hogy a mi szélességünkről nézve látszólag nem is kelnek fel. Ezek az objektumok hazánk földrajzi szélességéről nem figyelhetők meg.
Ha egy észlelő a Föld valamelyik pólusán helyezkedik el, az égi pólus pontosan a feje felett található, amely körül az objektumok mozognak – így minden csillag cirkumpoláris. (Kivéve a Napot!) Amennyiben az egyenlítőn állunk, a két pólus pont a horizont északi és déli pontján található, innen nézve minden égi objektum felkel és lenyugszik, azaz nincsenek cirkumpoláris csillagok. A Föld tengelyforgása a valóságban nem egyenletes, kisebb szabálytalanságok mutatkoznak benne. Ezek közül az egyik legfontosabb a tengelyforgás lassulása, azaz a napok hosszának növekedése. A jelenségért főleg a Hold által keltett dagályhullám felelős, amely égi kísérőnkhöz képest rögzített helyzetű. A Föld így elfordul „alatta”, és az bolygónkra állandó fékező erőt fejt ki. A lassulás mértéke évenként 0,0029 másodperc. Vannak ezenkívül periodikus ingadozások is, amelyek hol gyorsítják, hol pedig lassítják bolygónk tengelyforgását.
Keringés
Bolygónk egy enyhén elnyúlt, ellipszis alakú pályán kerüli meg a Napot 365 nap 6 óra 9 perc 9 másodperc alatt. Ezt nevezik csillagászati évnek, amely a Napnak az égi ekliptika ugyanazon pontján két egymást követő áthaladása között telik el. A Föld napközelpontja (perihélium) 147 millió km-re, naptávolpontja (aphélium) 152 millió km-re húzódik központi csillagunktól, átlagos naptávolsága 149,6 millió km. A Nap körüli keringést a Földről a Nap lassú, a háttércsillagok előtt történő látszólagos körbevándorlásaként figyelhetjük meg. A Föld Nap körüli keringésének síkja az ekliptika, így a Nap égen megtett útja ennek égi vetülete, amelyet égi ekliptikának nevezünk. Mivel a Föld forgástengelye 23,5 fokos szöget zár be az ekliptikára állított merőlegeshez képest, egyenlítőnk égre vetített képe: az égi egyenlítő ugyancsak ekkora szöget zár be az égi ekliptikához képest.
Amikor a forgástengely északi pólusa van közelebb a Naphoz, központi csillagunk látszólag az ekliptikának az égi egyenlítő „feletti”, attól észak felé eső részén tartózkodik. Minél közelebb látszik egy égitest az északi pólushoz, annál hosszabb időt tölt a horizont felett. Ekkor a Nap is hosszabb időn át van a látóhatár felett, és magasabbra is jut az égen. A Nap legnagyobb delelési magasságát a nyári napforduló napján, június 22-én éri el 66 fokkal a látóhatár felett. Hosszabb időn át árasztja sugarait (hosszabb a nappal), mivel több időt tölt a horizont felett; és magasabbról süt, így adott területre nagyobb mennyiségű sugárzása jut. A Nap ekkor északkeleten kel és északnyugaton nyugszik. A terület felmelegedése erős – ilyenkor van nyár az északi féltekén. Ahogy bolygónk folytatja Nap körüli keringését (mivel a forgástengely a térben közel stabil helyzetű), az északi pólus a Naptól távolodni kezd, a déli pedig közeledni. Eközben az északi féltekéről azt láthatjuk, hogy a Nap egyre délebben, egyre alacsonyabban mutatkozik az égen. Egyre alacsonyabbról süt, egységnyi területre egyre kisebb energiát ad; és egyre rövidebb ideig tartózkodik a horizont felett, azaz a nappalok rövidülnek és az éjszakák hosszabbodnak. Egyre délebbi ponton kel és nyugszik, és ezek együttes következményeként csökken a hőmérséklet.
Amint a Nap egyre délebbre vándorol az ekliptika mentén, szeptember 23-án eléri az ekliptika és az égi egyenlítő metszéspontját, amelyet őszpontnak nevezünk. Ez az őszi napéjegyenlőség napja, ekkor a Nap ugyanannyi időt tölt a horizont felett, mint alatta, így a nappal és az éjszaka hossza megegyezik. A delelés magassága azonos földrajzi szélességünkkel, ezen a napon központi csillagunk pontosan keleten kel és nyugaton nyugszik. Amint a következő napokban folytatja látszólagos útját, az éjszakák hosszabbak lesznek a nappaloknál, a besugárzás tovább gyengül és egyre hidegebb lesz.
Egyre délebben kel és nyugszik, december 22-én éri el útjának legdélibb pontját. Ekkor a mi szélességünkről nézve még deleléskor is mindössze 19 fokkal emelkedik a horizont fölé, ilyenkor a leggyengébb a besugárzás. A Nap délkeleten kel és délnyugaton nyugszik. Ez a téli napforduló, ami után ismét észak felé veszi útját központi csillagunk, és fokozatosan emelkedni kezd.
Március 21-én érkezik el az ekliptika és az égi egyenlítő másik metszéspontjába, amelyet tavaszpontnak nevezünk. A tavaszi napfordulót követően ismét az éjszakák lesznek a rövidebbek és a nappalok a hosszabbak.
A tél és a nyár hőmérsékleti maximuma illetve minimuma nem esik egybe a maximális illetve minimális besugárzás időpontjával, mivel az egyes területek felmelegedéséhez és lehűléséhez idő szükséges. Ennek következtében 1-2 hónapot késnek az évszakok. A Nap éves járásának, a különböző földrajzi szélességeken elhelyezkedő megfigyelők más és más módon lesznek tanúi. Ha pontosan a póluson tartózkodunk, a Nap majdnem fél évet van a horizont felett, és közel ugyanennyit alatta, azaz itt fél évig tart a nappal és újabb fél évig az éjszaka (eltekintve a szürkülettől). Az északi pólusnál a helyi nyár idején a Nap június 22-én delel, 23,5 fokkal a horizont felett. Ezután lassan süllyedni kezd – a Föld tengelyforgása miatt természetesen 24 óra alatt mindig körbejár, de nem jut a horizont alá – és egy enyhe spirális mentén megközelíti a látóhatárt. Miután lenyugszik, féléves éjszaka borul az északi pólusra. A Nap az egyenlítőn június 22-én éri el útjának legészakibb pontját, ekkor 66,5 fokkal delel a horizont felett. Az őszi és tavaszi napéjegyenlőségkor delel a zenitben, majd a téli napfordulókor legdélebben, ismét 66,5 fokkal a horizont felett. A nyári napforduló alkalmával a Nap a Ráktérítő felett delel a zenitben, ekkor látszólag a Bika csillagképben tartózkodik. Itt „fordul meg” és veszi útját ismét dél felé. (Régebben ez a pont a Rák csillagképben helyezkedett el, innen a Ráktérítő elnevezés.) A Baktérítőnél a helyzet hasonló, csak itt a Nyilas csillagképben tartózkodik, amikor észak felé veszi útját. Bolygónk forgástengelyének térbeli helyzete csak közelítőleg nevezhető stabilnak, a valóságban lassan változik, ezt nevezik pólusingadozásnak.
Mágneses mező
A Föld mágneses mezeje egy mágneses dipólus, hasonló, mint egy rúdmágnes által generált mágneses mező. A rendszer két pólusa közelítőleg megegyezik a földrajzi északi és déli pólussal (érdekesség, hogy a mágneses mező déli pólusa az Északi mágneses pólussal és a mező északi pólusa a Déli mágneses pólussal egyezik meg), a két mágneses sarkot összekötő képzeletbeli tengely 11,3°-kal tér el bolygónk forgástengelyétől. A mágneses sarkok nem stabilak, átlagosan 15 kilométert vándorolnak arrébb a földfelszínhez viszonyítva minden évben (a két mágneses pólus egymástól független irányokba vándorol és nem pontosan a földgömb átellenes pontjain helyezkednek el). A mező instabilitásának másik jele a nagyjából 200 000 évente bekövetkező pólusváltás. Hawaii vulkánjainak megfigyeléséből származó, a kőzetekben megőrződött mágnesesség mérésein alapuló feltételezések szerint időről időre megváltozik a mágneses mező polaritása, a legutóbbi ilyen esemény 780 000 évvel ezelőtt következett be. A mágneses mező eredete feltételezhetően a bolygómagban létrejött dinamóhatás, amelyben a mag olvadékának áramlása hatására létrejövő áramlatok elektromos áramot és mágneses mezőt indukálnak.
A földmagban indukálódott mágneses mező rendkívül kiterjedt, a felszíntől több tízezer kilométerre elnyúló mágneses buborékot, az ún. magnetoszférát hozza létre bolygónk körül. A magnetoszféra alakja nem gömbszimmetrikus, hanem üstökösre hasonlít, mivel a napszél nyomása eltorzítja (a Föld nappali oldalán összenyomja, a felszínhez közelebbre tolja a magnetoszféra határát, míg az éjszakai oldalon csóvaként elnyújtja).
A magnetoszféra védőburkot von a Föld köré, a sugárzások nagy részének kiszűrésével lehetővé tette az élet kialakulását és védelmezi azt a kezdetek óta. A magnetoszféra jelenlétére két kísérleti bizonyíték létezik. Az egyik a sarki fény, a világűrben a napszéllel áramló részecskék, légköri gázok ionizálása közben felszabaduló fotonok okozta fényjelenség, a mező erővonalai mentén. A másik az iránytű, egy eszköz, amelyben a tű a mágneses észak-déli irány felé áll be.