سیاره زمین | گهواره‌ای برای حیات در میان ستارگان

سیاره زمین  گهواره ای برای ما

زمین سیاره ای است کوچک در بیکران فضا و یکی از هشت سیاره ای که در عرصه فضا به دور خورشید در حال گردش می باشند. خورشید یکی از میلیاردها ستاره ای است که کهکشان راه شیری را شکل می دهند و کهکشان راه شیری یکی از ۱۰۰ میلیارد کهکشانی است که جهان را تشکیل داده اند. سیاره زمین تنها ذره کوچکی از عالم است اما خانه انسان و در واقع خانه ای برای تنها گونه های یافت شده حیات در کل جهان می باشد. حیوانات گیاهان و دیگر ارگانیزم های حیات تقریبا در همه جای سطح زمین وجود دارند.

آن ها می توانند در روی زمین به حیات ادامه دهند چرا که این سیاره در فاصله مناسبی نسبت به خورشید قرار دارد بیشتر گونه های حیات به گرما و نور خورشید برای ادامه زندگی خود نیاز دارند اگر زمین اندکی به خورشید نزدیک تر بود گرما و حرارت زیاد آن همه این گونه ها را می سوزاند و اگر قدری از خورشید دور تر بود بر اثر کمبود انرژی خورشید، حیات در روی آن از بین می رفت برای ادامه حیات وجود آب نیز ضروری می باشد که زمین سرشار از آن است. آب بیشتر سطح زمین را پوشانده است.

مطالعه زمین، زمین شناسی یا ژئولوژی نام دارد. زمین شناسان با بررسی عوامل فیزیکی زمین به چگونگی پیدایش و تغییرات آن ها پی می برند بر روی بیشتر قسمت های زمین مانند قسمت های درون آن، نمی توان به طور مستقیم تحقیق نمود. زمین شناسان با بررسی نشانه ها و صخره ها به روش هایی برای شناخت غیر مستقیم این سیاره می پردازند. البته ،امروزه زمین شناسان می توانند با اطلاعات به دست آمده از فضا نیز زمین را مورد مطالعه قرار دهند.

سیاره ای به نام زمین

در میان هشت سیاره موجود در منظومه شمسی زمین رتبه پنجم از لحاظ اندازه را به خود اختصاص   می دهد. قطر آن حدود ۱۳,۰۰۰ کیلومتر است. مشتری، بزرگ ترین سیاره منظومه شمسی قطری ۱۱ برابر قطر زمین دارد و پلوتون به عنوان یک سیارک دارای قطری کم تر از یک پنجم زمین است.

زمین نیز مانند بقیه سیاره ها در مداری با فاصله ۱۵۰ میلیون کیلومتر به دور خورشید در گردش است و هر دور خود را در مدت ۳۶۵ روز تکمیل می.کند. فاصله پلوتون دورترین سیاره از خورشید ۳۹ برابر فاصله زمین از خورشید است و در هر ۲۴۸ سال زمینی یکبار دور خود را تکمیل می نماید.

حرکت زمین

زمین دارای سه نوع حرکت است: ۱) حرکت وضعی حول محوری فرضی (محوری که از دو قطب شمال و جنوب آن عبور می کند). ۲) حرکت انتقالی در مداری به دور خورشید. ۳) حرکت در راه شیری به همراه خورشید و دیگر اجرام منظومه شمسی.

۲۴ ساعت زمان لازم است تا زمین یک دور وضعی خود را تکمیل کند. این زمان را روز خورشیدی می گویند. در طی یک روز خورشیدی، زمین مقداری نیز در مدار خود حرکت می کند بنابر این مکان ستارگان در آسمان هر شب دچار اندکی تغییر می شود. مدت زمان واقعی یک دور حرکت وضعی زمین معادل ۲۳ ساعت و ۵۶ دقیقه و 09/4 ثانیه می باشد این زمان را روز نجومی زمین می نامند روز نجومی از روز خورشیدی کوتاه تر است بنابراین ستارگان هر روز ۴ دقیقه زودتر در آسمان دیده می شوند.

گردش زمین به دور خورشید ۳۶۵ روز و ۶ ساعت و ۹ دقیقه و 54/9 ثانیه به طول می انجامد. این دوره زمانی سال نجومی خوانده می شود. از آن جایی که حرکت وضعی زمین در انتهای هر سال به یک عدد کامل نمی رسد، ترتیب تقویم در هر سال معادل ۶ ساعت نسبت به ترتیب فصول متفاوت می شود. برای هماهنگی تقویم و فصول، هر چهار سال یک بار ۱ روز به تقویم اضافه می شود تا عدم تناسب بر طرف گردد. سال هایی که یک روز اضافی دارند سال کبیسه نامیده می شوند.

در تقویم میلادی یک روز اضافه در آخر دومین ماه سال یعنی فوریه قرار می گیرد و در تقویم خورشیدی یک روز به آخر اسفند اضافه می شود. مسافت مدار زمین به دور خورشید ۹۴۰ میلیون کیلومتر است و زمین این مسافت را با سرعت ۱۰۷،۰۰۰ کیلومتر در ساعت و یا ۳۰ کیلومتر در ثانیه طی میکند محور طولی زمین به شکل عمودی صفحه مداری را قطع نمی کند بلکه نسبت به آن زاویه ای حدود 5/23 درجه دارد این شیب و حرکت زمین به دور خورشید باعث پدیدار گشتن فصول می شوند.

در دی ماه نیمکره شمالی زمین، به دلیل شیب محور طولی دورتر از خورشید قرار می گیرد نور خورشید با شدت کم تری به نیم کره شمالی می رسد و در این هنگام این بخش از زمین زمستان را پشت سر می گذراند. در تیر ماه وضعیت تغییر می کند و این بار  نیم کره جنوبی در قسمتی از شیب قرار می گیرد که از خورشید دور تر است در نتیجه نوبت به این نیمکره می رسد که زمستان را تجربه نماید.

مدار زمین دایره کامل نیست. در اوایل دی ماه زمین به خورشید نزدیک تر و در خرداد ماه کمی دور تر است. فاصله زمین از خورشید در ماه دی 1/147 میلیون کیلومتر و در ماه خرداد 1/152 میلیون کیلومتر میباشد تاثیر این پدیده در سرما یا گرمای زمین بسیار کمتر از پدیده انحراف محور طولی زمین است.

زمین و منظومه شمسی عضو یک صفحه ستاره ای وسیع به نام کهکشان راه شیری می باشند درست همان گونه که ماه به دور زمین و سیارات به گرد خورشید در چرخشند، خورشید و دیگر ستارگان به دور مرکز راه شیری در گردش می باشند. منظومه شمسی حدودا در فاصله دو پنجم از مرکز راه شیری قرار گرفته و با سرعت ۲۴۹ کیلومتر در ثانیه حول مرکز آن در گردش است. منظومه شمسی در هر ۲۲۰ میلیون سال یک بار حول مرکز کهکشان گردش می کند.

شکل و اندازه زمین

 بیشتر مردم، زمین را مانند یک توپ با قطب شمال در بالا و قطب جنوب در پایین آن به تصویر   می کشند. در واقع زمین، دیگر سیارات قمرهای بزرگ و ستارگان و هر جرم دیگری که قطر آن بیشتر از ۳۲۰ کیلومتر باشد، گرد است و این به دلیل نیروی گرانش آن جرم می باشد گرانش همه مواد را به داخل و به سمت مرکز می کشد.

 قمرهای کوچک مانند دو قمر مریخ، گرانش بسیار کمی دارند کمتر از آن چه باعث گرد شدن شان شود. برای بدن های ما “پایین” همیشه در راستای مسیر کشش گرانش و به سمت مرکز زمین است. ساکنین اسپانیا و نیوزیلند دقیقا در دو سمت مخالف زمین قرار گرفته اند ولی هر دوی آن ها پایین را به سمت مرکز زمین و “بالا” را به سمت آسمان می دانند. گرانش در سیارات دیگر و اقمار آنه ا نیز به همین شیوه عمل می کند.

با این حال زمین به طور کامل گرد نیست گردش وضعی آن باعث شده که قسمت میانی آن یا استوا دچار بر آمدگی شود. قطر زمین از قطب شمال تا قطب جنوب آن 54/12.713 کیلومتر است در حالی که قطر آن در منطقه استوا 32/12.756کیلومتر می باشد. این اختلاف 78/42 کیلومتری تنها یک دویست و نود و هشتم قطر زمین است. این مقدار بسیار اندک است به همین دلیل در عکس هایی که در فضا از زمین گرفته شده اند محسوس نمی باشد و این سیاره کاملا گرد به نظر می رسد.

بر آمدگی زمین هم چنین باعث می شود که محیط زمین پیرامون استوا بیشتر از محیط آن پیرامون قطبها باشد. محیط این سیاره دور استوا 16/40.075 کیلومتر و دور قطب ها ۴۰،۰۰۸ کیلومتر است. از آن جایی که محیط زمین در جنوب استوا بیشتر است زمین اندکی گلابی شکل است زمین هم چنین دارای کوهستان ها و دره هایی در سطح می باشد ولی از آن جایی که ابعاد این قسمت ها نسبت به اندازه کل زمین بسیار ناچیز است لذا این سیاره از فضا مسطح به نظر می آید.

قمر زمین

 زمین و پلوتون دارای یک قمر می باشند عطارد و زهره هیچ قمری نداشته و سایر سیارات منظومه شمسی هر کدام دارای دو یا چندین قمر هستند قطر ماه، قمر زمین، ۳۴۷۴ کیلومتر، حدود یک چهارم قطر زمین است.

گرانش خورشید با ماه و زمین به مانند یک جرم واحد رفتار می کند. جرم واحدی که مرکز آن در نقطه ۱۶۰۰ کیلومتری زیر سطح زمین قرار گرفته است. این نقطه مرکز مشترک ماه و زمین است مسیر حرکت نقطه مرکز مشترک به دور خورشید یک منحنی صاف است. زمین و ماه همان طور که به دور خورشید در گردشند دور مرکز مشترک نیز می چرخند حرکت ماه و زمین حول مرکز مشترک باعث ایجاد یک حرکت زیگزاگی منظم در مسیر آن دو حول خورشید می گردد.

لایه های زمین

زمین از لایه های متعددی تشکیل شده است. لایه هایی شبیه به پیاز بخش جامد زمین شامل لایه نازک خارجی یعنی پوسته زمین و لایه ضخیم سنگی در زیر پوسته یعنی جبه آن می باشد پوسته و لایه بالایی جبه راسنگ کره یا لیتو سفر می گویند در مرکز زمین هسته قرار دارد قسمت بیرونی هسته مایع و قسمت داخلی آن جامد است. بیشتر سطح زمین پوشیده از آب و یخ می باشد و هیدروسفرا یا آب کره نامیده می شود.

زمین با لایه ای نازک از هوا به نام جو یا اتمسفر احاطه شده است. به مجموع بخش های هیدروسفر جو و قسمت های جامد که حیات در آن ها جریان دارد بیوسفر یا زیست کره گفته می شود.

جو زمین

هوازمین را احاطه نموده و به طور تصاعدی از سطح زمین به سمت بالا نازک تر می شود. بیشتر انسان ها در ارتفاعاتی بلند تر از ۳ کیلومتر از سطح دریا دچار مشکل تنفسی می شوند. در ارتفاع حدودا ۱۶۰ کیلومتری لایه هوا به قدری نازک است که ماهواره ها تقریبا بدون هیچ مقاومتی در سفر هستند با اینحال ذراتی از هوا در ارتفاع ۶۰۰ کیلومتری سطح زمین شناسایی شده است. اتمسفر یا جو مرز بیرونی مشخصی ندارد بلکه کم کم در فضا محو می شود.

 نیتروژن ۷۸ درصد و اکسیژن ۲۱ درصد از هوای زمین را تشکیل می دهند ۱ درصد باقی مانده مملو از آرگون و مقادیر اندکی از دیگر گازها می باشد. جو زمین هم چنین شامل بخار آب، دی اکسید کربن، قطرات ریز آب و مقدار کمی از گازها و مواد شیمیایی خارج شده از آتش فشان ها، آتش بازمانده مواد و فعالیت های انسانی می باشد.

 لایه های پایینی جو، تروپوسفر یا گشت کره نامیده می شود. این لایه در حرکت دائمی است. خورشید سطح زمین و هوای بالای آن را گرم می کند. هوا در اثر گرم شدن بالا می رود هنگامی که هوای گرم به بالا رفت دچارافت فشار می گردد در نتیجه سرد میشود هوای سرد از هوای اطراف خود چگال تر و سنگین تر است بنابر این به سمت پایین فرو می آید و چرخه مجددا تکرار می.شود این چرخه دائمی آب و هوا را ایجاد می کند.

 در بالای گشت کره، حدودا ۴۸ کیلومتر بالاتر از سطح زمین لایه ثابتی به نام استراتو سفره یا هواکره وجود دارد. هواکره شامل لایه ای است که در آنجا پرتوهای فرابنفش تابیده شده از خورشید با مولکولهای هوا بر خورد کرده و گازی به نام ازن تولید می گردد. ازن ورود پرتوهای زیانبار فرابنفش به سطح زمین را سد می کند با اینحال بعضی از این پرتوها به داخل وارد شده و منجر به عوارضی از جمله آفتاب سوختگی و سرطان پوست در بین انسان ها می شوند.

مقدار اندکی از مواد شیمیایی که انسان تولید می کند باعث آسیب دیدن ازن شده است. افراد زیادی متوجه نازک شدن لایه ازن و در نتیجه ورود پرتوهای فرابنفش و آسیب های جدی برای انسان و دیگر جان داران شده اند. (به مطلب ” گرم شدن  زمین ” مراجعه کنید.)

 بخار آب، دی اکسید کربن متان و دیگر گازهای موجود در جو، باعث گیر افتادن گرما و حرارت خورشید در سطح زمین شده و منجر به گرم ماندن آن می گردند محبوس شدن گرما به دلیل تاثیرات گل خانه ای ایجاد می شود بدون تاثیرات گل خانه ای جو، زمین احتمالا برای تشکیل حیات بسیار سرد بود.

آب کره یا هیدروسفر

 زمین تنها سیاره منظومه شمسی است که دارای مقادیر زیادی آب مایع در سطح خود می باشد. آب، رکن اساسی تشکیل و ادامه حیات در زمین، دارای خواص فیزیکی و شیمیایی است که این خواص در هیچ یک از گونه های دیگر مواد دیده نشده آب توانایی زیادی برای جذب گرما دارد. اقیانوس ها بیشتر گرمایی را که زمین از خورشید می گیرد.در خود ذخیره می کنند. بارهای الکتریکی موجود در  مولکول های آب منجر به جذب اتم از مواد دیگر می شوند.

این توانایی آب باعث حل شدن مواد زیادی می گردد. قدرت حل کنندگی زیاد آب باعث خرد شدن و حل شدن سنگ ها و صخره ها   می شود آب مایع نه تنها بر روی زمین تاثیر گذار است بلکه بر لایه های زیرین زمین نیز تاثیر   می گذارد.

آب موجود در سنگ ها دمای ذوب آن ها را پایین می آورد. آب به طور هیجان انگیزی سنگ ها را ضعیف کرده و باعث حل شدن آن ها در لایه های زیرین سطح می گردد. حدود ۷۱ درصد از سطح زمین پوشیده از آب است که بیش تر آن در اقیانوس ها موجود می باشد. آب اقیانوس ها برای نوشیدن شور است. تنها ۳ درصد از آب های سطح زمین برای نوشیدن مناسب هستند که بیشتر این میزان به راحتی برای انسان قابل دسترس نیست.

زیرا بیشتر آن به شکل یخ در کوه های قطب ها و یا در زیر زمین است. مناطق قطبی و کوهستان های بلند آن قدر سرد می باشند که آب در این مناطق به طور دائم به شکل یخ باقی می ماند. به این مناطق از زمین کرایو سفر می گویند.

سنگ کره یا لیتوسفر

پوسته و قسمت بالایی جبه از سطح زمین تا عمق حدود ۱۰۰ کیلومتر، سنگ کره را تشکیل می دهد. لایه نازک پوسته از مواد شیمیایی طبیعی به نام مواد معدنی تشکیل شده از عناصر گوناگون، شکل گرفته است. اکسیژن فراوان ترین عنصر شیمیایی در سنگ های پوسته بوده و حدود ۴۷ درصد از وزن همه سنگها را به خود اختصاص می دهد. عنصر بعدی سیلیکون با فراوانی ۲۷ درصد است و پس از آن به ترتیب آلومینیوم (۸ درصد) آهن (۵ درصد)، کلسیم (4 درصد)، سدیم پتاسیم و منیزیم هر کدام حدود ۲ درصد می باشند. این عناصر ۹۹ درصد از وزن کل سنگ های موجود در سطح زمین را تشکیل  می دهند.

دو عنصر سیلیکون و اکسیژن تقریبا سه چهارم پوسته را شکل می دهند ترکیبات این دو عنصر برای زمین شناسان بسیار پر اهمیت بوده و با نام سیلیکا شناخته می شوند مواد معدنی که حاوی سیلیکا باشند سیلیکات نام دارند. بیش ترین ماده معدنی یافت شده در سطح زمین کوارتز است که از سیلیکای خالص تشکیل می شود. گروهی دیگر از سیلیکات ها موادی می باشند که از سیلیکا، آلومینیوم کلسیم، سدیم و پتاسیم تشکیل شده اند. دو نوع دیگر از سیلیکات های رایج در سطح زمین پیرکسین و “آمفیبول” نامیده می شوند که هر دو ترکیبی از سیلیکا، آهن و منیزیم هستند.

گروه دیگری از مواد معدنی رایج کربنات ها هستند که از کربن و اکسیژن به همراه مقدار اندکی از عناصر دیگر تشکیل می شوند. مهم ترین نوع از این گروه ترکیباتی متشکل از کلسیم کربن و اکسیژن هستند که می توان سنگ آهک را که در ساخت و ساز ساختمان ها بسیار به کار می رود در این گروه نام برد.

 زمین دارای دو نوع پوسته است زمین های خشک قاره ها که اغلب از گرانیت و سیلیکات ها ساخته شده اند و کف اقیانوس ها که از ترکیبات تیره و متراکم سنگ های آتشفشانی با نام بازالت پوشیده شده اند. میان گین ضخامت پوسته قاره ای ۴۰ کیلومتر است که این مقدار در بعضی جاها کم تر و در بعضی جاها بیشتر است. میان گین پوسته اقیانوسی تنها ۸ کیلومتر است.

زیست کره یا بیوسفر

 زمین تنها مکان و سیاره شناخته شده است که دارای گونه های زیستی میب اشد منطقه ای که حیات در آن جریان دارد از اعماق اقیانوس تا چند کیلومتری جو است تا به حال چندین میلیون گونه حیاتی در زمین کشف شده است با این حال دانشمندان معتقدند که گونه های دیگری نیز وجود دارند که هنوز کشف نشده اند.

زندگی به شیوههای مختلفی بر روی زمین تاثیر گذار است. در واقع وجود گونه های مختلف موجودات زنده، جو پیرامون ما را می سازند گیاهان آب و دی اکسید کربن که هر دو حاوی اکسیژن می باشند را جذب می کنند. آن ها کربن موجود در دی اکسید کربن و هیدروژن موجود در آب را برای تولید گونه های مختلف مواد شیمیایی مصرف می کنند و اکسیژن را به صورت ماده زائد پس می دهند حیوانات برای تامین انرژی گیاهان را می خورند و آب و دی اکسید کربن را به محیط باز می گردانند همه  گونه های زنده به نوعی بر روی سطح زمین تاثیر گذارند.

سنگ های زمین

 قسمت های جامد زمین از سنگ هایی تشکیل می شوند که گاهی از یک نوع ماده معدنی و در اغلب موارد با ترکیبی از چندین نوع مختلف ماده معدنی به وجود آمده اند. زمین شناسان سنگ ها را بر اساس منشا آن ها طبقه بندی کرده اند. سنگ های آتش فشانی، سنگ هایی هستند که در اثر انجماد مواد مذاب شکل گرفته اند.

سنگ های رسوبی، هنگامی به وجود می آیند که مواد شیمیایی حل شده یا ذرات   سنگ ها توسط باد آب و یا توده های یخ به صورت لایه لایه به مرور زمان رسوب کرده و جامد   می شوند. سن گهای دگردیس نیز به سنگهایی گفته میشود که در اعماق پوسته زمین تحت حرارت و فشار از نوعی به نوعی دیگر تبدیل می شوند.

 سنگ های آذرین یا آتش فشانی از انجماد مواد مذابی به نام ماگما یا خمیر مواد معدنی به وجود   می آیند. درون زمین جامد است نه مذاب اما بسیار داغ است. در پایین پوسته دما ۱۰۰۰ درجه   سانتی گراد می باشد. در برخی قسمت های پوسته به ویژه قسمت هایی که آب در آن جریان دارد شرایط برای ذوب شدن سنگ ها مهیا می باشد چرا که نقطه ذوب در آن نواحی پایین تر است.

در جاهایی که شرایط مناسب است ماگما بخش های زیرین و داخلی پوسته را شکل می دهد. قسمتی از این ماگما توسط آتش فشان ها به صورت مواد مذاب از دهانه آتش فشان بیرون آمده و به سطح زمین می رسند. البته قسمت اعظم ما گما هرگز به سطح زمین نمی رسد آن ها اغلب تدریجا در پوسته سرد میشوند و ممکن است که در اثر فرسایش متلاشی گردند به این سنگ های آتش فشانی پلوتونیک  می گویند سنگ های پلوتونیک به آهستگی سرد می شوند. در طی این سرد شدن تدریجی، مواد معدنی آن ها کریستال های بزرگی را به وجود می آورند پلوتونیک ها از دیگر سنگ های آتشفشانی زبرتر و خشن تر هستند.

سنگ های آتش فشانی با با سیلیکا غنی شده و مقدار کمی آهن و منیزیم دارند یا بالعکس به سنگ های آتش فشانی که از لحاظ آهن، غنی و از لحاظ سیلیکا ضعیف اند، بازالت گفته می شود و به  پلوتونیک هایی که سرشار از سیلیکا می باشند، گرانیت گفته می شود گرانیت تقریبا لایه های زیرین اغلب قاره ها را پوشانده است و بازالت در کف همه اقیانوس ها پیدا می شوند.

سنگ های رسوبی

سنگ های سطح زمین دائما در معرض حمله نیروهای شیمیایی و مکانیکی می باشند. به فرایند تجزیه سنگ ها، فرسایش گفته می شود. آب در حل شدن مواد معدنی تاثیر گذار است هنگامی که آب یخ   می زند منبسط می شود. این انبساط کمک می کند تا دانه های مواد معدنی موجود در سنگ ها از هم جدا شوند. به علاوه، موجودات زنده مواد شیمیایی به وجود می آورند که به حل شدن سنگ ها کمک می کند.

هنگامی که سنگ ها تجزیه می شوند مواد معدنی اغلب به همراه عامل فرسایش حرکت کرده و جریان پیدا می کنند. جریان آب سنگ ها را سایش می دهد باد و توده های یخی نیز در فرسایش شرکت میکنند. فرسایش معمولا فرایند کند و آهسته ای می باشد اما در طی میلیون ها سال این فرایند می تواند حتی سنگ هایی که در چندین کیلومتری عمق سطح زمین می باشند را تحت تاثیر قرار دهد.

 مواد معدنی که همراه عوامل فرسایش جاری شده اند در نهایت با ته نشین شدن و رسوب کردن به سنگ های رسوبی تبدیل می شوند سنگ ماسه از نمونه های سنگ های رسوبی است که با چسبیدن ذرات شن و ماسه به یک دیگر تشکیل می گردد.

به برخی از سنگ های رسوبی، بیوژنتیک می گویند. این سنگ ها در اثر کنش های موجودات زنده به وجود می آیند. زغال سنگ باقی مانده گیاهان چوبی است که بر اثر گرما و فشار در طی سال ها به سنگ تبدیل میشود. سنگ آهک توسط موجودات دریایی میکروسکوپی شکل می گیرد. این موجودات از خود پوسته ای محافظ از جنس کربنات کلسیم ترشح می کنند. پس از مرگ این جان داران، پوسته باقی مانده و تبدیل به سنگ آهک می شود.

سنگ های دگردیس

 وقتی سنگ ها به عمق زمین می رسند، داغ می شوند. پوسته زمین در هر یک کیلومتر به سمت عمق، ۲۵ درجه سانتی گراد گرم تر می شود. در عمق 6/1 کیلومتری سطح زمین فشار برابر 360/41 کیلو پاسکال می باشد. هنگامی که سنگ ها در معرض چنین فشار و گرمایی قرار می گیرند، مواد معدنی شروع به واکنش نموده و سنگ ها تبدیل به سنگ های دگردیس می شوند. شماری از این سنگ ها حاوی بخش های قابل شناسایی می باشند که بیان گر منشا آن ها می باشد اما بعضی از آن ها به قدری دستخوش تغییرات می شوند که تنها ترکیبات شیمیایی آن ها مدارکی برای شناسایی منشا آن ها در اختیار می گذارد.

چرخه های زمین

زمین می تواند مانند یک سیستم غول پیکر از چرخه های فعال تصور شود در هر ،چرخه، ماده و انرژی از جایی به جایی دیگر منتقل می شود و ممکن است که تغییر شکل دهد. در نهایت ماده و انرژی به جای نخستین خود باز گشته و چرخه از اول آغاز می شود. چرخه ها بر همه چیز در این سیاره تاثیر   می گذارند از وضعیت آب و هوا تا شکل مناظر چرخه های گوناگونی روی زمین و درون آن وجود دارند تعدادی از مهم ترین آن ها عبارتند از: ۱) گردش جو، ۲) جریان اقیانوس ها، ۳) انتقال حرارت سراسری، ۴) چرخه آب، ۵) چرخه سنگ ها.

گردش جو

هوای گرم شده توسط خورشید در نزدیک استوا، بالا آمده و به سمت قطب های زمین حرکت می کند و دوباره به سطح زمین برگشته و به سمت استوا جریان پیدا می کند این حرکت به همراه حرکت وضعی زمین گرما و رطوبت را در سرتاسر سیاره به حرکت در آورده و منجر به ایجاد بادها و الگوهای وضعیت آب و هوا می شود.

 در برخی مناطق، جهت وزش بادها در فصول تغییر می کند. این الگوها را بادهای موسمی می نامند در تابستان هوا بر فراز آسیا توسط خورشید گرم شده، بالا می رود و هوای مرطوب را از اقیانوس هند با خود می کشد و منجر به بارندگی های روزانه در اغلب کشورهای جنوب آسیا می گردد در زمستان، هوا بر فراز آسیا سرد می شود و بیشتر رطوبت موجود را دور کرده در نتیجه هوا خشک می شود. مشابه این الگو در اقیانوس آرام نزدیک مکزیک نیز رخ داده و هوای مرطوب و طوفان را در تابستان به جنوب غربی ایالات متحده می برد.

جریان اقیانوس ها

 جریان اقیانوس ها با وزش بادها حرکت کرده و الگوی مشابهی را پیش می گیرد قاره ها مسیر حرکت اقیانوس ها راسد کنند. جریان اقیانوس ها در نزدیک استوا در جهت غرب است و سپس به سمت   قطب ها می رود، هنگامی که به یک قاره برخورد کند به سمت شرق می رود و سپس به استوا باز  می گردد.

انتقال حرارت سراسری

انتقال حرارت سراسری، چرخه بزرگ آب اقیانوس ها است که گرما را در همه زمین توزیع می کند. آب در نواحی قطبی بسیار سرد شور و سنگین است. این آب به زمین فرو می رود و با حرکت در مسیر کف دریاها به استوا می رسد.

در نهایت آب در قسمت های مرزی قاره ها بالا آمده و با آب های جاری در سطح زمین ترکیب می شود وقتی که این آب به مناطق قطبی می رسد دوباره فرو می رود این حرکت سه بعدی آب گرم را در اقیانوس ها مخلوط می کند و آب های قطبی را گرم می کند. این چرخه  هم چنین منجر به بالا آمدن مواد مغذی از عمق اقیانوس ها به سطح زمین می گردد که در اختیار گیاهان دریایی و جانوران قرار می گیرد.

چرخه آب

آب اقیانوس ها تبخیر شده و به جو می روند و نهایتا به شکل برف یا باران به زمین می ریزند. آبی که به زمین می رسد باعث تجزیه سنگ ها، تغذیه گیاهان و پوشش دادن مناظر می شود. سرانجام این   آب ها به دریاها رفته و چرخه از اول آغاز می گردد.

چرخه سنگ ها

تنوع سنگ ها در زمین به دلیل وجود فرایندهای فعال نسبت به سایر سیارات بسیار بیشتر است. زمین شناسان برای توضیح نسبت های گونه های مختلف سنگ ها با یک دیگر از چرخه سنگ ها صحبت   می کنند. این چرخه می تواند از جریان مواد مذاب آتش فشانی و سرد شدن آن ها برای تشکیل  سنگ های آذرین آغاز شود. هنگامی که این سنگ ها در معرض جریان آب قرار می گیرند تجزیه شده و مواد معدنی در نتیجه رسوب تبدیل به سنگ های رسوبی می شوند.

این سنگ ها در نهایت به اعماق زمین می رسند و در اثر گرما و فشار به سنگ های دگردیس تبدیل شده و در نهایت مذاب گشته و به موادی برای تشکیل سنگ های آذرین تبدیل میگردند. سنگ ها به ندرت در یک چرخه کامل قرار   می گیرند. در عوض بعضی از مراحل حذف و بعضی تکرار می شوند.

درون زمین

زمین شناسان قادر به مطالعه مستقیم اعماق زمین نیستند. عمیق ترین چاه حفر شده ۱۳ کیلومتر است. زمین شناسان می دانند که قسمت های زیرین زمین با لایه نازک پوسته آن متفاوت است. در اعماق زمین فشار به قدری زیاد است که مواد معدنی با فشرده شدن به موادی با چگالی بسیار زیاد که در سطح زمین یافت نمی شوند تبدیل می گردند.

 یکی از راه های شناخت ترکیب بندی زمین، آنالیزهای شیمیایی سنگ های آسمانی است. گونه های خاصی از این سنگ ها که کندریت نامیده می شوند، پیش از برخورد با زمین در منظومه شمسی بدون هیچ تغییری از قرن ها پیش باقی مانده اند. زمین شناسان می توانند با استفاده از کندریت ها به منشا ترکیب بندی های شیمیایی زمین پی ببرند.

 علي رغم كندريت ها، زمین با لایه هایی که مشتمل از مواد گوناگون شیمیایی می باشند شکل گرفته است زمین شناسان با مطالعه لرزش های ناشی از زمین لرزه ها به کمک تجهیزاتی که لرزه نگار نامیده می شوند در مورد عمق زمین پی به نکات جدیدی می برند سرعت و حرکت لرزش های درون زمین به ترکیب بندی و چگالی موادی که لرزه ها در میان آن رخ می دهند بستگی دارد. زمین شناسان با آنالیز کردن این لرزش ها متوجه جزئیات فراوانی از عمق زمین می شوند.

حبه

در زیر پوسته، تا عمق ۲۹۰۰ کیلومتری لایه ای ضخیم به نام جبه وجود دارد جبه به طور کامل سفت نیست بلکه می تواند به آرامی جریان هایی داشته باشد پوسته زمین بر روی جبه معلق است درست مانند تخته ای بر روی آب همان گونه که یک تخته ضخیم بیش تر از یک تخته نازک از سطح آب بالا می آید پوسته ضخیم قاره ای بالاتر از پوسته اقیانوسی قرار می گیرد حرکت آرام سنگ ها در جبه باعث حرکت قاره ها و در نتیجه بروز زمین لرزه، آتش فشان و شکل گیری محدوده کوهستان ها می شود.

هسته

در مرکز زمین هسته قرار دارد. هسته بیشتر از آهن، نیکل و احتمالا مقدار کمی عناصر سبک تر نظیر سولفور و اکسیژن تشکیل شده است. قطر هسته حدوداً ۷۱۰۰ کیلومتر کمی بیشتر از نصف قطر زمین و تقریبا به اندازه مریخ است. حدوداً ۲۲۵۰ کیلومتر از قسمت بیرونی هسته مایع است حرکت هسته باعث ایجاد میدان مغناطیسی زمین می گردد زمین شناسان معتقدند که حدود ۲۶۰۰ کیلومتر از بخش داخلی هسته با همان مواد تشکیل دهنده قسمت های بیرونی هسته ساخته شده اما به شکل جامد است بخش داخلی تقریبا چهار پنجم ماه است.

زمین به سمت هسته رفته رفته داغ و داغ تر می شود. در زیر پوسته قاره ای دما حدود ۱۰۰۰ درجه سانتی گراد است. در لایه های زیر پوسته، دما تقریبا در هر کیلومتر به سمت عمق ۱ درجه سانتی گراد گرم تر می شود. زمین شناسان بر این باورند که دمای هسته زمین بین ۳۷۰۰ تا ۴۳۰۰ درجه سانتی گراد می باشد. قسمت داخلی هسته می تواند دمایی معادل ۷۰۰۰ درجه سانتی گراد یعنی گرم تر از دمای سطح خورشید داشته باشد که البته این قسمت به علت فشاریی اندازه زیاد هم چنان به شکل جامد است.

پوسته

سنگ های داغ در جبه زمین به آهستگی به سمت بالا حرکت می کنند در حالی که سنگ های سرد تر نزدیک سطح به درون فرو می روند چرا که مواد داغ سبک تر از مواد سرد می باشند به این بالا آمدن و فرو رفتن در دماهای مختلف انتقال گرما گفته می شود با جریان جبه زمین، پوسته زمین به تکه هایی تقسیم می شود که به آن ها صفحه های تکتونیک می گویند. این صفحه ها مانند قطعات شکسته شده یخ در یک دریاچه یخ بسته هستند. حرکات آهسته جبه منجر به حرکت پوسته و در نتیجه حرکت قاره ها شکل گیری کوهستان ها، آتش فشان ها و زلزله ها می شود.

 در بعضی جاها، مخصوصا کف اقیانوس ها تکتونیک ها از هم جدا می شوند. ماگما از جبه به بالا   می آید تا شکاف های بین صفحه ها را پر کند به قسمت هایی که تکتونیک ها از هم جدا شده اند مرکز گسترش می گویند بسیاری از فعالیت های آتش فشانی در این قسمت ها رخ می دهند با سرد شدن مواد بیرون آمده از این آتش فشان ها، پوسته های اقیانوسی ساخته شده از سنگ های بازالت شکل می گیرند.

سابداکشن

پوسته زمین نمی تواند در هر کجا و هر سمت گسترده شود. در بعضی قسمت ها مقداری از پوسته باید برداشته شود. وقتی دو صفحه یک دیگر را هل می دهند یکی از آن ها به درون جبه فرو می رود به این فرایند سابداکشن می گویند. صفحه فرو رفته درون زمین نهایتا ذوب می شود و به شکل ماگما در  می آید بیشتر ماگمای ایجاد شده بر اثر سابداکشن به سطح زمین نمی رسد بلکه در پوسته آن سرد شده و سنگ های پلوتونیک را ایجاد می نماید.

 پوسته قاره ای به دلیل ضخامت و سبک بودن در سیاره زمین فرو نمی رود بلکه پوسته سنگین اقیانوسی دچار سابداکشن گردد مرز بین دو صفحه در محل برخورد با شیاری بسیار عمیق در کف اقیانوس مشخص می شود. این شیارها عمیق ترین بخش های اقیانوس هستند و عمق آن ها تا ۱۱،۰۰۰ متر نیز می رسد.

بر سطح صفحه بالاتری که در سطح زمین باقی میماند کوهستانی ایجاد می شود وقتی سنگ های صفحه فرورونده به عمق ۱۰۰ کیلومتری زمین می رسند شروع به ذوب شدن و تشکیل ماگما می کنند بخشی از این ماگما به سطح رسیده و منجر به وقوع فوران های آتش فشانی می گردد مناطقی با آتش فشان های فراوان مانند پرو، ژاپن و شمال غربی ایالات متحده در نزدیکی مناطقی قرار دارند که سابداکشن رخ   می دهد.

ساختمان کوهستان ها

گاهی، هنگامی که یک صفحه به درون جبه فرو می رود یک قاره و یا قسمتی کوچک تر را با خود  می کشد. همان طور که گفته شد پوسته قاره ای ضخیم تر و سبک تر از آن است که به درون زمین فرو رود اما ممکن است با صفحه های دیگر برخورد کند. برخورد صفحه ها با یکدیگر اغلب رشته کوه های عظیمی را در وسط قاره ها ایجاد می کند. برای هیمالیا زمانی شکل گرفت که دو صفحه قاره ای با یکدیگر برخورد نمودند.

مجموعه رویدادهایی که در طی تشکیل یک رشته کوهستان رخ می دهند را اروژنی یا تشکیل کوه   می گویند. ژنی شامل بلند شدن و مرتفع شدن کوه ها تا شدن و چین خوردگی سنگ ها فعالیت های آتش فشانی و شکل گیری تونیک ها و سنگ های دگردیس که هنگام برخورد صفحه ها ایجاد می شوند می باشد. سال ها پس از این که کوهستان ها ثر فرسایش ناپدید شدند زمین شناسان هم چنان می توانند تغییراتی که اروژنی در سنگ ها به وجود آورده است مشاهده کنند.

زمین لرزه

زمین لرزه هنگامی رخ می دهد که سنگ های دو قسمت مقابل هم در یک شکاف، که گسل نامیده  می شود، به یک دیگر خورد کنند یا به هم کشیده شوند گسل ها هم در مرزهای بین صفحات هستند و هم در میان صفحات قرار دارند. گاهی نیز نیروهای موجود در صفحه ها باعث شکسته شدن و لرزیدن سنگ هایی می شود که به گسل ها نزدیک نیستند مرز دو صفحه که به یکدیگر کشیده می شوند گسل انتقالی می گویند. گسل سن آندراس در کالیفرنیا یک گسل نتقالی است در منطقه ای به نام صفحه آرام قسمت کوچکی از شمال غربی کالیفرنیا در حال کشیده شدن توسط لیه آمریکای شمالی است.

شکل قاره ها

چندین بار در تاریخ زمین، تصادف بین قاره ها منجر به ایجاد قاره های بزرگ گردیده است گرچه پوسته قاره ای سخیم است اما به مراتب آسان تر از پوسته اقیانوسی شکسته می شود آنگونه که قاره های بزرگ سریعا شکسته شده و به قاره های کوچک تبدیل شده اند. مواد موجود در جبه قسمت های خالی را پر می کند و پوسته های جدید اقیانوسی را به وجود می آورد. هنگامی که یک قاره شکسته و قسمت ها از هم جدا می شوند حوزه های جدید اقیانوسی در بین آن ها یجاد می گردد.

حدود یک سوم از سطح زمین را پوسته قاره ای پوشانده است بنابراین این تکه ها نمی توانند بدون برخورد حرکت نمایند. وقتی دو قاره به هم برخورد می کنند یک حوزه قدیمی اقیانوسی از بین می رود. فرایند جدا شدن قاره ها و پیوستن آن ها به یک دیگر به نام زمین شناس کانادایی جان ویلسون که برای نخستین بار این پدیده را توضیح داد چرخه ویلسون نام گرفت.

 قاره ها احتمالا از حدود ۲ میلیارد سال پیش تاکنون در حرکت بوده اند با این حال زمین شناسان تنها مدارکی در دست دارند که بیان کننده حرکت قاره ها از ۸۰۰ میلیون سال پیش است. بیشتر پوسته های اقیانوسی قبل از این تاریخ دچار سابداکشن شده و در جبه سیاره زمین فرو رفته اند.

زمین شناسان تعیین نموده اند که حدود ۸۰۰ میلیون سال پیش قاره ها به صورت یک قاره بسیار بزرگ به نام ردینیا بوده اند. آن چه ما اکنون به عنوان آمریکای شمالی می شناسیم، زمانی مرکز ردینیا بوده است. جریان مواد در جبه باعث شکسته شدن و تقسیم ردینیا به قسمت های کوچک شد. این قسمت ها بین ۵۰۰ میلیون تا ۲۵۰ میلیون سال پیش به یک دیگر برخورد کردند برخورد بین آن چه اکنون آمریکای شمالی اروپا و آفریقا نامیده می شود منجر به ایجاد کوهستان آپالاچین در آمریکای شمالی شد برخورد بین قسمتی از سیبری کنونی و اروپا نیز کوهستان اورال را ایجاد کرد.

در ۲۵۰ میلیون سال پیش قاره ها با برخورد با یک دیگر ابر قاره دیگری را با نام پانژه ۱ شکل دادند. در آن هنگام تنها یک اقیانوس که همه زمین پیرامون پانژه آرا احاطه می نمود به نام پانتالاسا وجود داشت. حدود ۲۰۰ میلیون سال پیش، پانژه آشروع به شکستن و تکه تکه شدن نمود. این ابر قاره به دو قسمت بزرگ به نام های گوند وانالند لوراسیا تقسیم شد. به مرور زمان گوندوانالند تقسیم شده و قاره های آفریقا، آنتارکتیکا، استرالیا، آمریکای جنوبی و شبه قاره هند را به وجود آورد.

لوراسیا نیز در نهایت تقسیم شد و یوراسیا و آمریکای شمالی را ایجاد نمود. هنگامی که صفحه های قاره ای از یکدیگر جدا  می شوند، پوسته اقیانوسی جدیدی در بین آن ها ایجاد می گردد.