Mnoge različite znanosti se koriste u nauci o Zemlji, međutim, četiri osnovna područja geoznanosti istraživanja su:
geologija, meteorologija, oceanografija i astronomija.
Zemlja ima godišnja doba zbog nagiba ekvatora prema ekliptici od 23° 2663297.
Taj se nagib mijenja u periodu od 41 000 god., od 22,1° do 24,5°. Sada se smanjuje 0,47"/god.
Period promjene izduženosti staze, precesije ekvinokcija i nagiba ekvatora, astronomski su činitelji pojave ledenih doba prema teoriji M. Milankovića (Milankovićevi ciklusi).
Toplinski režim Zemlje uvjetovan je dotokom energije Sunčevim zračenjem; solarna konstanta iznosi (1367,7 ± 6)W/m2, a promjena je uvjetovana ciklusom Sunčeve aktivnosti.
Zemlja ima oblik "geoida", tijela slična rotacijskomu elipsoidu, kojemu je velika poluos (ekvatorski polumjer) 6378,388 km, a mala poluos (polarni polumjer) 6356,912 km. Opseg ekvatora iznosi 40 076,594 km, meridijanskoga kruga 40 009,152 km, površina Zemlje 510 100 933 km2, volumen 1 083 319 780 000 km3, masa 5,976 • 1024 kg, a prosječna gustoća 5525 kg/m3.
Zemljina se unutrašnjost sastoji od više različito građenih sfera (ljuski). Idući od površine prema središtu, razlikuju se kora, plašt i jezgra. Razlikuju se kontinentalna kora (granitnoga sastava, debljina oko 40 km, u boranim pojasovima i deblja, gustoća 2700 kg/m3) i oceanska kora (bazaltnoga sastava, debljina oko 7 km, gustoća 2950 kg/m3).
Zemljina kora zajedno s najvišim dijelom plašta čini litosferu, kojoj je masa 1,5% ukupne Zemljine mase. Plašt se sastoji od gornjega plašta (do 400 km dubine), prijelazne zone (400 do 1000 km) i donjega plašta (1000 do 2900 km). Gornji, plastičniji dio katkad se naziva astenosfera.
Gustoća plašta iznosi 3300 do 6500 kg/m3, a masa 80% ukupne Zemljine mase. Drži se da je građen od peridotita.
Zemljina jezgra (2900 do 6371 km) ima gustoću 9500 do 11 000 kg/m3. Sastavljena je pretežno od željeza s tragovima nikla i silikata, a čine ju vanjska jezgra (2900 do 4980 km), prijelazna zona (4980 do 5120 km) i unutarnja jezgra (5120 do 6371 km). Srednji je dio jezgre krut, a vanjski tekući.
Vanjski su Zemljini omotači: vodena sfera (hidrosfera), plinoviti (atmosfera) i magn. omotač (magnetosfera).
Pod Zemljinu atmosferu se podrazumijeva zrak (smjesa plinova koja okružuje Zemlju i sudjeluje u njezinoj vrtnji).
Osnovni su sastojci zraka: dušik (78,08%), kisik (20,95%), argon (0,93%), te u promjenjivim količinama vodena para (0 do 4%) i ugljikov dioksid (0,03%), a u neznatnim količinama vodik, helij, ozon, metan, amonijak, ugljikov monoksid, kripton i ksenon.
Količina vodene pare u atmosferi promjenjiva je, ovisno o temperaturi, a udio se smanjuje i s visinom. U najnižim slojevima atmosfere ima sitnih čestica anorganskoga (sol, prašina, pepeo) i organskog podrijetla (pelud i mikrobi), te olovnih, dušikovih i sumpornih spojeva i čađe, što je posljedica emisije industrije i prometa.
Pojedini oksidi dušika i sumpora veliki su zagađivači, osobito zbog djelovanja kiselih kiša i utječu na čovjekovo zdravlje. Posebnu važnost ima ugljikov dioksid, zbog uloge u zagrijavanju atmosfere (staklenički učinak). Količina ugljikovog dioksida posljednjih stotinu godina neprekidno se povećava zbog izgaranja fosilnih goriva.
U posljednjih desetak godina porasla je za više od 10%.
Od Lijeva na desno prikazuje: Presjek ploče tektonskog ciklusa, uključujući;
(1) stvaranje oceanske kore na srednje-oceanskom grebenu,
(2) subdukcijske oceanske rovove,
(3) dehidracije i toplota ispod subdukcijskih vulkana,
(4) ugljikovo spremište u gornjem plaštu,
(5) ugljikov put iz vulkana gdje je oceanska kora subducted ispod oceanskog kore,
(6) emisije ugljika iz vulkana, i
(7) raspršeni izvori ugljika.
Nekoliko mogućnosti kao što su stupovi vulkana i konvergentni margin vulkana (gdje oceanska kora subducted ispod kontinentalne kore) nisu ovdje na slici.
Read more at: http://phys.org/news/2013-03-deep-carbon-quest-underway-quantity.html#jCp
Reljef čine sva uzvišenja i udubljenja na Zemlji. Reljef može biti planinski tamo gdje su planine, nizinski tamo gdje su nizine i primorski tamo gdje je more.
Reljef se oblikuje erupcijama vulkana, potresima, puhanjem vjetra, udaranjem valova, prolazom ledenjaka kroz dolinu. Reljef Zemlje vrlo je složen, nastao je kao rezultat tektonskih gibanja (gibanja kore i unutrašnjosti Zemlje), vulkanizma, erozije i sedimentacije. Osnovni tektonski proces u Zemljinoj kori je gibanje oceanskih i kontinentskih ploča, s brzinom od 1 do 10 centimetara u godini.
Pojedini blokovi gibaju se i unutar kontinenata, okomito i vodoravno.
Zemlja ima oblik geoida, tijela slična rotacijskomu elipsoidu, kojemu je velika poluos (ekvatorski polumjer) 6 378.388 km, a mala poluos (polarni polumjer) 6 356.912 km. Opseg ekvatora iznosi 40 076.594 km, meridijanskoga kruga 40 009.152 km, površina Zemlje 510 100 933 km2, volumen 1 083 319 780 000 km3, masa 5.976 • 1024 kg, a prosječna gustoća 5525 kg/m3.
Magnetosfera je područje oko planeta i njihovih satelita u kojem je magnetsko polje vretenasto oblikovano međudjelovanjem sa Sunčevim vjetrom. Magnetosferu ispunjavaju električki nabijene čestice iz Sunčeva vjetra, kozmičkih zraka, iz atmosfere planeta ili njegovih satelita koje međudjeluju s magnetskim poljem tijela.
Zemljinu magnetosferu u smjeru Sunca ograničuje čeoni udarni val na udaljenosti 8 do 12 Zemljinih polumjera. Magnetosfera počinje 1000 km iznad Zemljina tla. Strana magnetosfere nasuprotna Suncu produžuje se u obliku repa daleko u međuplanetarni prostor. U magnetosferi se nalaze Van Allenovi pojasi zračenja, koji imaju pojačano elektromagnetsko zračenje.
Struktura Zemljine kore, njezina sadašnja građa i promjene na njoj (postanak kopna, odnosno kontinenata, stvaranje planina i drugo) predmet su različitih teorija, među kojima se u novije doba izdvajaju Wegenerova teorija i teorija tektonskih ploča.
Obje teorije pretpostavljaju konvekcijska strujanja tvari u plaštu. Wegenerova teorija pretpostavlja da je u najstarijoj prošlosti postojalo jedinstveno kopno (Pangea) i jedinstveno more (Panthalassa). S vremenom se Pangea raspucala, a dijelovi prakopna odmaknuli su se jedan od drugoga i stvorili današnje kontinente. Teorija tektonskih ploča na neki je način nastavak i poboljšanje Wegenerove teorije.
Prema njoj, u gornjem plaštu Zemlje (astenosferi) postoje konvekcijske struje kojima se rastaljena tvar diže i probija na površinu kroz pukotine na oceanskom dnu. Zemljina se kora dijeli na 8 većih i dvadesetak manjih ploča, koje se primiču, razmiču, klize jedna uz drugu ili se sudaraju i podvlače jedna pod drugu.
Teorija na jednostavan način tumači i postanak potresa i njihov razmještaj u određenim pojasovima na Zemlji.
Tektonske ploče pokretane su gibanjima koja su začeta u dubokoj unutrašnjosti. Sredinom oceanskih ploča dižu se podmorski grebeni s uzdužnim rovovima. Grebeni se neprestano nadopunjuju magmatskim materijalom unutrašnjosti. Stoga oceanske ploče rastu i šire se, a kontinentske nasjedaju na njih.
Na sudarnoj fronti javlja se, uz podmorske jarke, znatna geološka aktivnost, kontinentska ploča uzdiže se i nabire u mlade planinske lance, a oceanska ploča ponire. Jasan primjer tog pokretanja pokazuje istočni rub Tihog oceana.
Zapadom Sjeverne i Južne Amerike pružaju se Kordiljeri i Ande, seizmički aktivna područja i vulkanska žarišta. Tektonika ploča i naborana gorja tipična su osobina Zemlje. Prateći gibanje ploča unatrag u prošlost i obazirući se na komplementarnost susjednih obala nekih kontinenata i njihovih dijelova, izveden je zaključak da je nekada postojao samo jedan kontinent, Pangea.
Oceanska podina mlađa je od 180 milijuna godina. Samo neki mali dijelovi kopna pokazuju starost od 3.9 milijardi godina.
Zemlja je jedina planeta u Sunčevom sistemu na čijoj površini ima tekuće vode. Voda pokriva 71% Zemljine površine. Najveći dio vodenih površina su morske (97%), a manji dio čini slatka voda (3%).
Tekuća voda održava se na površini Zemlje zahvaljujući spoju odgovarajućih pogodnih uslova: orbite oko Sunca, vulkanizma, gravitacije, efekta staklenika, magnetskog polja i atmosfere bogate kisikom.
Zemljina orbita nalazi se izvan područja u kojem je dovoljno toplo da bi se održala tečna voda. Bez malog efekta staklenika koji zadržava toplotu u atmosferi, voda na Zemlji bi se zaledila. Paleontološki nalazi upućuju na razdoblje u Zemljinoj historiji u kojem je privremeno nestao efekt staklenika, a površina se smrznula tokom 10 do 100 miliona godina.
Na planetama poput Venere vodena para se pod uticajem ultraljubičastog svjetla razlaže na vodik i kisik, vodik se ionizira i (djelovanjem Sunčevog vjetra) odlazi iz vanjskih slojeva atmosfere.
Oslobođeni kisik se veže u mineralne spojeve na površini. Ovaj proces je spor, ali se smatra da je glavni razlog zbog kojega na Veneri nema vode. Na Zemlji ozonski omotač apsorbira većinu ultraljubičastog zračenja u višim slojevima atmosfere i smanjuje opisani proces. Osim toga, magnetosfera štiti ionosferu od izravnog uticaja Sunčevog vjetra.
Vulkanski procesi stalno izbacuju vodenu paru iz unutrašnjosti. Procijenjeno je da minerali u Zemljinom plaštu sadrže 10 puta više vode nego je ima u oceanima, iako većina nje nikada neće biti oslobođena.
Klima ovisi o klimatskim elementima i klimatskim faktorima (čimbenicima). Klimatski elementi dijele se na kozmičke (izravno zračenje, nebesko ili difuzno zračenje, dugovalno zračenje Zemlje) i meteorološke (temperatura Zemlje i zraka, tlak zraka, smjer i brzina vjetra, vlaga zraka i isparavanje, naoblaka i trajanje sijanja Sunca, oborine, snježni pokrivač).
Klimatski faktori dijele se na astronomske (rotacija i revolucija Zemlje), geografske (zemljopisne) ili terestričke (geografska širina, raspored kopna i mora, atmosfera i njezin sastav, nadmorska visina, morske struje, reljef, vrsta podloge: voda, snijeg, led, kamen, vrsta tla i biljni pokrov, čovjekova djelatnost: pustošenje, pošumljivanje, melioracija itd.). Kako klimatski faktori neprekidno djeluju na klimatske elemente, nazivaju se klimatskim modifikatorima.
Na Zemlji su u geološkoj prošlosti postojale različite klimatske prilike (ledena i međuledena doba) s promjenama klime u razmjerno kraćim vremenskim razmacima (porast prosječne temperature u Arktiku od kraja 19. stoljeća do danas). Autori su najpoznatijih klimatskih klasifikacija W. Köppen, koji klimatske tipove određuje u odnosu prema temperaturi, oborini i vegetaciji, i C. W. Thornthwait, koji ih određuje na temelju odnosa oborina i isparavanja.
Klimadijagram je grafički prikaz vrijednosti klimatskih elemenata.
Zemlja u jednoj godini prijeđe 940 milijuna kilometara. Vrti se oko svoje osi prosječnom brzinom od 29.78 km/s. Od siječnja do lipnja Zemlja prijeđe 470 000 000 kilometara. U jednom mjesecu prijeđe 780 000 kilometara.
Zemlja kruži oko Sunca, a Sunce kruži oko središta Mliječnog puta.
Sunčev sustav napravi puni krug oko svog središta u 225 milijuna godina. U tih četvrt milijardi godina prijeđe udaljenost od 211 948 511 000 000 000 km (dvjesto jedanaest kvantilijuna).
Zemlja obiđe Sunce za vrijeme sideričke (zvjezdane) godine, koja je jednaka 365.25636 d = 365 d 6 h 9 min 9.5 s, pri čem je dan jednak 86 400 s. Sunčeva ili tropska godina, koja je jednaka periodu izmjene godišnjih doba ili vremenu između dvaju uzastopnih prividnih prolazaka Sunca kroz proljetnu točku, traje 365.24220 d = 365 d 5 h 48 min 46 s (20 min 25 s kraća je od sideričke).
Razlika je uzrokovana Zemljinom precesijom, vrtnje koja se odvija obratno od rotacije Zemlje s periodom od 25 800 god. (Platonova godina). Godišnji iznos precesije ravnodnevice (ekvinokcija) jest 50.29". Zbog periodične promjene položaja čvorova Mjesečeve putanje oko Zemlje pojavljuje se nutacija, kao nabori na precesijskom stošcu, s periodom od 18.66 godina (Sarosov period).
ORBITE: Postoji nekoliko vrsta satelitiskih orbita: niska zemaljska orbita (Low Earth Orbit, LEO), srednja zemaljska orbita (MEO) i geostacionarna zemaljska orbita (GEO).
Kako se umjetni satelit održava na ovim orbitama? U osnovi, fizika kretanja satelita je vrlo jednostavna.
Na satelit, kao i na sva tijela u blizini planete, djeluje sila gravitacije Zemlje. No, zbog kruženja satelita, na njega deluje i jedna inercijalna sila, poznata kao centrifugalna. Ona se može primjetiti uvjek kada se neko tjelo kreće po kružnoj putanji . Na određenom rastojanju od površine, ova centrifugalna sila se uskljđuje sa gravitaciom, tako da satelit miruje duž vertikalnog pravca.
Što je satelit dalje od Zemlje, i gravitaciona i centrifugalna sila imaju manji intenzitet, tako da je na većim udljenostima potrebna manja brzina da bi satelit bio u ravnoteži. Zato se na nižim orbitama sateliti kreću brže od brzine rotacije Zemlje i planetu obiđu za manje od 24 sata.
Orbita na kojoj je brzina satelita ista kao brzina okretanja planete oko svoje osi naziva se geostacionarna orbita.
Ona je udaljena od Zemlje 35.800 kilometara, što je deseti dio udaljenosti do Mjeseca. Geostacionarni satelit kreće se brzinom 11.100 kilometara na sat. Kako je ta brzina jednaka brzini rotacije planete, geostacionarni satelit zapravo miruje u odnosu na Zemlju i sve vreme se nalazi iznad jedne pozicije.
Geostacionarni sateliti kruže u zoni ekvatora, a trenutno ih ima nekoliko stotina.
Pogled na Zemlju iz satelita može nam dati slike gdje biljke i drveće raste. No, podaci iz satelitskih instrumenata mogu nam reći još više - uključujući i koliko ugljičnog dioksida biljke apsorbiraju iz atmosfere tijekom fotosinteze. Ova animacija pokazuje kako izgleda ciklus tijekom godine - tamnija zelena boja pokazuju više stope apsorpcije ugljika, donekle oponašajući sezonski rast i pad zelenila diljem planeta.
Mjerni senzori na zemlji, prikazuju da je ugljični dioksid u atmosferi u usponu i padu u sinhronizaciji sa zimom i ljetom na sjevernoj hemisferi. Ovaj ciklus je povezan sa fotosintezom biljaka, stabala i fitoplanktona. No, bez globalnog pregleda iz satelita, mi nikada ne bi mogli vidjeli dinamičnu sliku tih promijena.
Atmosferski Infracrveni Sonar nam to omogućuje - instrument na Aqua mjeri ugljični dioksid nekoliko tisuća metara iznad površine. I u vizualizaciji tih podataka imamo točan uvid u to kako se staklenički plinovi distribuiraju širom svijeta i kako se njegove koncentracije mijenjaju s promijenom s godišnjih doba.
Svake godine oko jedne trećine Zemljine kopnene površine zahvati vatra. Nismo znali tu činjenicu dok nam nisu MODIS spektroradiomet to pokazali, instrumenti na Terra i Aqua satelitu zajedno počeli skeniranje Zemlje četiri puta dnevno za označavanje svake aktivne vatre na planeti. U petnaest godina jer su počeli stvarati globalnu kartu požara, oni su promatrali više od 40 milijuna aktivnih vatri i s pretpostavkom znanstvenika gdje se požari javljaju i kako oni utječu na ekosustave, te ispuštanjem ugljika u atmosferu koji pridonosi klimatskim promjenama, i kvaliteti zraka koje utječe na ljudsko zdravlje. Karta u realnom vremenu je jedan od najvažnijih u potražnji za riješenjm.
Visoko u atmosferi ozon, djeluje poput krema za sunčanje za Zemlju, štiteći sve živo na površini od sunčevog štetnog zračenja. Satelitska mjerenja ozona u stratosferi su bitna za praćenje sezonske pojave ozonske rupe iznad Antarktika. Nastavak mjerenja započeo NOAA satelit. Praćenje ozona instrumentima sa Aura satelita, je svjedočilo stabilizaciji i najranijih znakova skupljanja koji signaliziraju rupu u ozonskom omotaču.
