Zeme

Okeāni un kontinenti

Okeāniskā Zemes garoza izveidojās ļoti agri — pirms aptuveni 4,4 miljardiem gadu, kamēr kontinentālā Zemes garoza — aptuveni pirms 3,8—3,9 miljardiem gadu. Laika gaitā kontinentālā Zemes garoza dalījās un pārvietojās pa Zemes virsmu. Nereti kontinentālās Zemes garozas daļas savienojās lielākā veidojumā — superkontinentā.
Pirms aptuveni 750 miljoniem gadu sāka sadalīties senākais zināmais superkontinents — Rodīnija. Laika posmā pirms 600 — 540 miljoniem gadu eksistēja superkontinents Pannotija, beidzamais superkontinents bija Pangeja, kas sadalījās pirms 180 miljoniem gadu.

Ledus laikmeti

Zemei raksturīgi ir arī ledus laikmeti. Pastāv uzskats, ka spēcīgākais apledojums pastāvējis pirms 750 — 580 miljoniem gadu — šajā laikā ledus slānis klāja lielāko daļu planētas. Ledus laikmeti vairāk vai mazāk regulāri atkārtojušies ar dažādu intensitāti un ilgumu.
Pirms aptuveni 40 miljoniem gadu izveidojās ledus laikmetu cikliskums un veids, kas vislielāko intensitāti sasniedza pirms aptuveni 3 miljoniem gadu. Kopš šī laika Zemes polārajos reģionos vērojama periodiska apledojuma paplašināšanās un samazināšanās, kas atkārtojas ik pēc 40 — 100 tūkstošiem gadu. To pavada Pasaules okeāna līmeņa celšanās un krišana. Pēdējais ledus laikmets beidzās pirms 10 000 gadiem.

Dzīvības vēsture uz Zemes

Zemes veidošanās sākotnējo stadiju aktīvās ķīmiskās reakcijas jau salīdzinoši agri — pirms aptuveni 4 miljardiem gadu — izveidoja organiska sastāva molekulas, kas spēja pašas vairoties. Aptuveni pirms 3,9 — 4,1 miljardiem gadu vēl pastāvēja pēdējais universālais sencis — organisms, no kura izveidojušās visas Zemes organismu veidi un sugas — līdz ar to sākās sugu veidošanās.
Pirms 3,4 miljardiem gadu organismi apguva fotosintēzes procesu — prasmi iegūt barības vielu — glikozi no Saules gaismas, oglekļa dioksīda un ūdens. Šis process kalpoja par pamatu tālākai dzīvības attīstībai — fotosintēzes atlikuma produkts ir skābeklis, ko organismi izdala atmosfērā. Skābekļa saturs Zemes atmosfērā laika gaitā lēnām pieauga un skābekļa mijiedarbībā ar kosmisko starojumu izveidojās ozona slānis, kas pasargā Zemes virsmu no augstākām dzīvības formām kaitīga kosmiskā starojuma.
Aptuveni pirms 2,1 — 1,6 miljardiem gadu viena veida šūnas iekļāvās citās šūnās, radot kompleksus šūnu organismus — eikariotus, kas spējīgi uzglabāt ģenētisku informāciju. Līdz ar to bija iespējams veidoties daudzšūnu organismiem — atsevišķas šūnu grupas šādā organismā specializējās noteiktu funkciju veikšanai, visas kopā nodrošinot aizvien augstāku organisma organizācijas pakāpi un vienlaikus nodrošinot organisma konkurētspēju un pielāgotību videi.
Līdz ar Zemes vēsturē spēcīgākā apledojuma beigām pirms aptuveni 535 miljoniem gadu uz Zemes sākās strauja organismu vairošanās un jaunu sugu vairošanās — "kembrija eksplozija".
Kopš šīs kembrija eksplozijas uz Zemes piecas reizes notikušas masveida sugu izmiršanas. Pēdējā izmiršana notika aptuveni pirms 65 miljoniem gadu — tā visdrīzāk saistīta ar liela meteorīta kritienu un eksploziju. Šajā katastrofā gāja bojā dinozauri un daudz citu organismu sugu, taču izdzīvoja zīdītāju sugas.
Pirms vairākiem miljoniem gadu Āfrikā izveidojās cilvēku senči, kas jau spēja staigāt stāvus. Tas atbrīvoja augšējos locekļus, kuri kļuva pielāgoti darbarīku lietošanai. Cilvēku senčiem izveidojās aizvien augstāk attīstīta saziņas spēja ar valodas palīdzību, attīstījās savstarpējās organizācijas spēja, kas kalpoja par priekšnoteikumu civilizācijas izveidei.
Civilizācijas attīstība pēdējās tūkstošgadēs ārkārtīgi strauji ir mainījusi Zemes virsmas ainavu, sugu sastāvu, ietekmējusi atmosfēras sastāvu un klimatu.

Orbīta un rotācija

Zeme apgriežas ap savu asi caurmērā 23 stundās, 56 minūtēs un 4,091 sekundēs (siderālā diena). Skatoties no Zemes, zvaigznes virzās uz rietumiem par 15 grādiem stundā. Tas atbilst vienam Saules vai Mēness diametram divās minūtēs.
Apkārt Saulei Zeme pa savu orbītu apriņķo 365,2564 dienās, veicot ap 940 miljonus kilometru. Šīs kustības rezultātā, skatoties no Zemes, Saule attiecībā pret pārējām zvaigznēm pārvietojas par 1 grādu dienā austrumu virzienā. Šīs kustības dēļ Zeme attiecībā pret Sauli apgriežas ap savu asi nedaudz ilgākā laikā — 24 stundās (solārā diena). Zemes orbitālais ātrums ir ap 30 km/s (108 000 km/h) — Zeme pārvietojas par vienu savu diametru septiņās minūtēs. Ik gadu Zemes griešanās ātrums palēninās par 17 mikrosekundēm. Šī iemesla dēļ Zemes diena lēnām mainās — devonā uz Zemes gadā bija ap 400 dienu un katra diena ilga 21,8 stundas.
Mēness riņķo ap abiem debess ķermeņiem kopēju masas centru, veicot vienu apli ap Zemi 27,32 dienās. Apvienojumā ar Zemes — Mēness kombinētās sistēmas riņķošanu ap Sauli laiks no viena jauna mēness līdz nākamajam ilgst 29,53 dienas (sinodiskais mēnesis). Skatoties no Ziemeļpola, Zeme un Mēness griežas pretēji pulksteņa rādītāja virzienam.
Zemes griešanās ass attiecībā pret Zemes orbītu atrodas 23,5 grādu slīpumā. Mēness attiecībā pret Zemes — Saules orbītu riņķo 5 grādu leņķī — ja nebūtu šāda leņķa, ik pēc divām nedēļām būtu pamīšus Saules aptumsums un Mēness aptumsums, kuri šī leņķa dēļ notiek daudz retāk.
Mēness atrodas 384 400 km attālumā, tā masa ir 7,349×10¹⁹ tonnas un diametrs — 3 474,8 km. Tas ir lielākais planētas pavadonis attiecībā pret planētas masu Saules sistēmā. Mēness un Zemes gravitācijas spēku mijiedarbība rada uz Zemes plūdmaiņas — turklāt mainās ne tikai Pasaules okeāna līmenis bet nedaudz paceļas arī pret Mēnesi pavērstā Zemes garoza. Mēness ap savu asi griežas tikpat ātri, kā apriņķo Zemi — tāpēc pret Zemi vienmēr ir pavērsta viena un tā pati Mēness puse. Mēnesim riņķojot ap Zemi Saule pamīšus apspīd dažādas tā daļas — tā veidojas Mēness fāzes. Plūdmaiņu paātrinājuma rezultātā Mēness attālinās no Zemes par aptuveni 38 milimetriem gadā.
Mēnesim ir liela nozīme dzīvībai piemērotu apstākļu nodrošināšanai uz Zemes. Paleontoloģiski pētījumi un datorsimulācijas liecina, ka Zemes ass slīpuma izmaiņas stabilizē plūdmaiņu mijiedarbība ar Mēnesi. Ja Mēness nebūtu, Zemei visdrīzāk nebūtu konstantas ass, līdzīgi Marsam. Šādā gadījumā uz Zemes nevaldītu pastāvīgi laikapstākļi — tagadējie polārie apvidi neilgā laikā nokļūtu tropos un ekvatoriālie apvidi — tuvu Ziemeļpolam utml. Šādos apstākļos mums pazīstamās augstākās dzīvības formas uz Zemes nespētu attīstīties. Šī teorija nav pilnībā pierādīta.
Zemes ass slīpuma dēļ uz Zemes ir gadalaiki. Astronomiski šie gadalaiki pāriet viens otrā brīžos, kad Zemes as attiecībā pret Sauli ir visslīpāk (saulgrieži) un vienai no divām ekvinokcijām — brīžiem, kad Zemes ass ir vidējā leņķī pret Sauli. Ziemas saulgrieži ir ap 21. decembri, vasaras saulgrieži — ap 21. jūniju. Pavasara ekvinokcija ir ap 20. martu un rudens ekvinokcija — ap 23. septembri.
Zemes asij piemīt arī lēna precesija (ass virziena maiņa), kuras periods ir ap 25 800 gadi, kā arī nutācija (neregulāras ass kustības), kurām ir vairāki periodi, galvenais no tiem — 18,6 gadi. Šīs Zemes ass kustības izsauc Saules un Mēness pievilkšanas spēka mijiedarbība ar Zemes nedaudz saplacināto formu. Bez tam nedaudz svārstās arī Zemes rotācijas ātrums.
Saule vistuvāk Zemei ir ap 3. janvāri — šo brīdi sauc par perihēliju, bet vistālāk no Zemes - ap 4. jūliju, šo brīdi sauc par afēliju. Dienvidu puslode ir pavērsta tuvāk Saulei brīdī, kad pati Zeme atrodas tuvāk Saulei. Rezultātā Dienvidu puslode perihēlijā saņem par aptuveni 6,9% vairāk Saules enerģijas kā Ziemeļu puslode. Lielāko daļu šīs enerģijas absorbē Dienvidu puslodes salīdzinoši lielākā ūdens platība.
Zemes Hilla sfērai (gravitācijas ietekmes sfēra) rādiuss ir aptuveni 1 500 000 kilometru. Tas ir maksimālais attālums, pie kāda Zemes gravitācijas spēks pārspēj Saules un pārējo planētu gravitācijas spēku. Ja objekti riņķo ap Zemi tuvāk par šo rādiusu, tie neattālinās no Zemes un nenokļūst Saules gravitācijas ietekmē.

Forma

Zemes forma ir tuva nedaudz saplacinātam sferoīdam — tā ir apaļa, nedaudz platāka ekvatora joslā. Tomēr tās virsma neatbilst absolūti precīzai lodei — ir vērojamas fluktuācijas ap 100 metru robežās. Precīzas Zemes formas modelis tiek saukts par ģeoīdu.
Zemes saplacinājumu rada Zemes griešanās ap savu asi — šī iemesla dēļ Zemes diametrs ekvatorā ir par 43 kilometriem lielāks nekā attālums starp poliem.
Lielākās lokālās atšķirības no ģeoīda formas ir Everests (paceļas par 8 848 metriem virs jūras līmeņa) un Marianas dziļvaga (10 923 metri zem jūras līmeņa). Vistālāk no Zemes centra atrodas Čimboraso kalns Ekvadorā, jo šis 6 267 metrus augstais kalns atrodas tuvu ekvatoram.
Par spīti šīm novirzēm no lodveida formas Zeme vizuāli ir precīzi apaļa. Ja biljarda bumbai pieļaujamā novirze no lodveida formas ir 0,22%, Zemes novirze no lodveida formas ir tikai 0,17%.

Virsma

Zemes virsmas raksturs dažādās vietās krasi atšķiras. Ap 70,8% Zemes klāj ūdens, ūdens klāj arī lielu daļu kontinentālās Zemes garozas. Zemūdens virsmai var būt kalnu grēdas, tai skaitā visu Zemi aptverošās vidusokeāniskās grēdas, zemūdens kanjoni, abisālie līdzenumi u.c. formas. Sauszemei raksturīgi līdzenumi, augstienes, plakankalnes, kalnu grēdas un citas formas.
Planētas virsma laika gaitā galvenokārt erozijas un tektonikas efektu iespaidā pārveidojas. Tektonikas iespaidā paceltās Zemes daļas erozijas iespaidā tiek izlīdzinātas. Zemes virsmu pārveido arī ledāji, krastu erozija, koraļļu rifu veidošanās un lielāku meteorītu triecieni.
Zemes garozas kontinentālās plātnes sastāv no mazāk blīva materiāla (gk. granīts un andezīts) nekā okeāniskās (gk. bazalts). Abu veidu plātnes laika gaitā pārklāj nogulumieži. Nogulumieži klāj aptuveni 75% no kontinentālo plātņu virsmas, taču tie veido tikai aptuveni 5% Zemes garozas masas.
Pašu virsējo Zemes garozas slāni sauc par pedosfēru — šis slānis sastāv no augsnēm un materiāla, no kura veidojas augsnes. Pedosfēra ir Zemes slānis, kas saskaras ar litosfēru, atmosfēru, hidrosfēru un biosfēru. Mūsdienās aramzeme sastāda 13,31% no visas sauszemes platības, tikai 4,71% augsnes spēj uzturēt pastāvīgu lauksaimniecisko darbību.

Hidrosfēra

Zeme ne vien ir vienīgā zināmā planēta, uz kuras atrodams ūdens — Zeme ir ļoti bagāta ar ūdeni, tas klāj 70,8% Zemes virsmas.
Zemes hidrosfēra sastāv galvenokārt no okeāniem (apvienojošs nosaukums — Pasaules okeāns), taču tehniski tā iekļauj arī ezerus, upes un pazemes ūdeni līdz 2 000 metru dziļumam. Dziļākais ūdens ir Marianas dziļvagā — šeit ūdens slāņa biezums sasniedz 10 923 metrus. Vidējais okeāna dziļums ir 3 794 metri, kas vairāk kā piecas reizes pārsniedz vidējo kontinentu augstumu. Ja Zemes virsma būtu līdzena, okeāns to klātu ar vairāk kā 2,7 km biezu ūdens slāni.
Ap 97,5% ūdens uz Zemes ir sālsūdens, savukārt no atlikušajiem 2,5% saldūdens ap 68,7% ir sasalušā veidā. Sāls veido ap 3,5% okeānu masas. Lielākā daļa sāls veidojusies vulkānu darbības rezultātā, izšķīdināta no akmeņoglēm un magmatiskajiem iežiem.
Pasaules okeānam ir būtiska nozīme klimata veidošanā un uzturēšanā — ūdenim piemīt augsta siltumietilpība, tāpēc Pasaules okeāns kalpo par siltuma rezervuāru, kas stabilizē klimatu. Okeānu temperatūras izmaiņas var izraisīt ļoti krasas klimata izmaiņas, piemēram El Niņo.

Magnētiskais lauks

Zemes magnētiskais lauks pēc formas ir magnētiskais dipols. Pašlaik magnētiskie poli atrodas netālu no planētas ģeogrāfiskajiem poliem. Saskaņā ar dinamo teoriju Zemes magnētisko lauku rada izkusušais mantijas augšējais slānis, kur siltums rada mantijā esošā materiāla, kam piemīt elektrības vadītspēja, konvekcijas plūsmu. Tādējādi šajā mantijas slānī rodas spēcīga elektriskā strāva, kas rada magnētisko lauku.
Konvekcijas plūsma mantijā ir haotiska un periodiski mainās. Rezultātā vidēji ik pēc 700 000 gadiem notiek Zemes magnētiskā lauka reversija (apvērsums).
Magnētiskais lauks rada magnetosfēru, kas atvaira lielu daļu Saules vēja daļiņu. Saules pusē esošā Saules vēju atvairošā magnetosfēras fronte atrodas aptuveni 13 Zemes rādiusu attālumā. Zemes magnētiskā lauka un Saules vēja sadursme rada Van Allena radiācijas jostas — divas koncentriskas joslas — slāņus, kas sastāv no jonizētām daļiņām. Jonizētais kosmiskais starojums tuvāk Zemei nokļūst tikai polārajos apvidos, kur saskaroties ar atmosfēras augšējiem slāņiem rada no Zemes saskatāmu krāšņu parādību — ziemeļblāzmu.

Zeme kā dzīves vide

Uz Zemes ir tādi apstākļi kas sniedz saskaņā ar mūsu zināšanām piemērotus apstākļus dzīvības uzturēšanai — galvenokārt ūdeni šķidrā fāzē, kur var veidoties kompleksas organiska sastāva molekulas un enerģiju, lai uzturētu vielmaiņu. Zemes attālums no Saules, ass leņķis un stabilitāte, orbītas ekscentritāte, griešanās ātrums, ģeoloģiskā vēsture, atmosfēra, magnētiskais lauks un citi apstākļi kopā veido apstākļus, kas nepieciešami dzīvības uzturēšanai uz planētas. Zeme ir vienīgā zināmā planēta, uz kuras ir dzīvība.

Biosfēra

Zemes dzīvie organismi un to pārveidotā vide kopā tiek dēvēti par biosfēru. Uzskata, ka biosfēra sāka attīstīties aptuveni pirms 3,5 miljardiem gadu. Biosfēru iedala biomos, kurus apdzīvo salīdzinoši līdzīgi augi un dzīvnieki. Uz sauszemes biomus nodala galvenokārt platuma grādi un augstums virs jūras līmeņa. Visblīvāk apdzīvotie un visdaudzveidīgākie ir tie biomi, kas atrodas tuvu ekvatoram.

Dabas resursi

Zeme sniedz resursus, kurus cilvēks izmanto saimniecībā — dabas resursus. Daļa no šiem resursiem (nafta, dabasgāze) ir noplicināmi, tos grūti atjaunot neilgā laika posmā — šādus resursus sauc par neatjaunīgajiem resursiem. Visbiežāk neatjaunīgie resursi atrodami Zemes garozā kā derīgie izrakteņi. Derīgos izrakteņus izmanto materiālu ražošanā, enerģijas ieguvei un kā barības vielas ķīmiskā mēslojuma izgatavošanai.
Zemes biosfēra ražo bioloģiskos produktus, kurus izmanto kā pārtiku, materiālu ieguvei (piemēram, koksne), zāļu ieguvei. Sauszemes ekosistēmas ir atkarīgas no augsnes un saldūdens, bet okeānu ekosistēmas — no izšķīdušajām barības vielām, kas okeānos nokļūst no sauszemes.

Zeme kultūrā

Zeme bieži dažādās kultūrās uzskatīta par dievību, visbiežāk — par vienu no mātes dievībām — Zemesmāte, visbiežāk akcentējot to kā auglības dievieti.
Senajiem grieķiem Zemi personificēja dieviete Gaja, ķīniešiem — Hou-T'u, skandināvu mitoloģijā — Jerda. Senajā Ēģiptē atšķirībā no daudzām citām kultūrām Zemi personificēja vīriešu kārtas dievs — Gebs, sieviešu kārtas dieviete Nuta personificēja debesis.
Daudzas pasaules kultūras senatnē uzskatīja ka Zeme ir plakana. Uzskatu par Zemes lodveida formu pauda agrie grieķu filozofi, piemēram, Pitagors. Viduslaikos šāds uzskats jau bija plaši izplatīts, to pauda, piemēram, Akvīnas Toms. Tomēr vēl pat līdz 21. gadsimta sākumam pastāvēja Starptautiskā Plakanās Zemes biedrība, kas aktīvi popularizēja uzskatu, ka Zeme tomēr ir plakana — centrā tai atrodoties Ziemeļpols un apkārt ārējai malai stiepjoties 50 metrus augsta ledus siena.
Kaut arī 20. gadsimta cilvēks teorijā zināja, ka Zeme ir apaļa, sabiedrības apziņā šis uzskats stingri nostiprinājās tikai 20. gadsimta vidū un vēlāk — kad tika saņemti pirmie Zemes kosmiskie attēli.
Mūsdienās Zemi nereti tēlaini salīdzina ar milzu kosmosa kuģi ar dzīvības uzturēšanas sistēmu, nereti tiek pausts arī tēlains uzskats par Zemi kā dzīvu būtni.

Zemes nākotne

Zemes nākotne cieši saistīta ar Sauli. Paredzams ka Saules starjauda laika gaitā palielināsies, pēc 1,1 miljardiem gadu pieaugot par 10% un pēc 3,5 miljardiem gadu — par 40%. Šī faktora ietekmē Zeme mainīsies līdz nepazīšanai, tai skaitā, visdrīzāk, zaudēs Pasaules okeānu. Pēc 5 miljardiem gadu Saule kļūs par sarkano milzi un palielināsies tā, ka no tagadējās Zemes orbītas līdz Saules ārējai malai būs tikai 1% no agrākā attāluma. Vienlaikus, pateicoties tam, ka Saule zaudēs savu masu, Zeme arī attālināsies no Saules un, visdrīzāk, tai izdosies izvairīties no iekļaušanās Saulē.
Mums zināmajām dzīvības augstākajām formām eksistence uz Zemes visdrīzāk nebūs iespējama jau pēc 900 miljoniem gadu, jo pieaugošais siltums paātrinās neorganisko CO₂ ciklu un tā saturs atmosfērā kritīsies, līdz augi vairs nespēs turpināt fotosintēzi.
Neatkarīgi no pašas Saules  Zemes atdzišana novedīs pie atmosfēras un okeānu zudumiem. Zemes garozas atdzišana ļaus okeānu ūdenim nokļūt dziļāk Zemes iekšienē un Zemes virsū paliks daudz mazāk ūdens. Pēc viena miljarda gadu okeāni būs izzuduši.