מדעי כדור הארץ

מדעי כדור הארץ הוא ענף במדעי הטבע העוסק בחקר כדור הארץ, ויש הרואים בו מקרה פרטי של מדעים פלנטריים, החוקר את כוכב הלכת שלנו. במדעי כדור הארץ קיימות שתי גישות מחקר והן: רדוקציוניזם והוליזם. הדיסיפלינה הרשמית של מדעי כדור הארץ כוללת את חקר האטמוספירה, ההידרוספירה, הביוספירה האוקיינוסים וכמו כן את כדור הארץ כגוף מוצק. מדעי כדור הארץ משתמשים בכלי מחקר מפיזיקה, כימיה, ביולוגיה, כרונולוגיה ומתמטיקה כדי לאפשר הבנה כוללת של פעולת כדור הארץ כמערכת וכיצד התפתח לצורתו המוכרת לנו כיום. מדעי כדור הארץ מיוחדים במדעים פלנטריים הן מכיוון שכמות המידע הרחב ביחס לכוכבי לכת אחרים מאפשר שיטות המחקר נרחבות יותר והן מכיוון שבכדור הארץ קיימת אקולוגיה הכוללת ביוספרה.

תחומי מחקר
250px|ממוזער|שמאל|לבה פורצת מהר הגעש, קילוואה, לאוקיינוס השקט בקרבת האי הוואי
 גאולוגיה – עוסקת ומתארת את החלקים הסלעיים בקרום כדור הארץ וההיסטוריה של התפתחותו. תת-תחומים עיקריים של הגאולוגיה הם: מינרלוגיה, פטרולוגיה, גאוכימיה, גאומורפולוגיה, פלאונטולוגיה, סטרטיגרפיה, גאולוגיה מבנית, גאולוגיה הנדסית וסדימנטולוגיה
 גאוגרפיה פיזית – עוסקת בהיבטים של גאומורפולוגיה, פדולוגיה, הידרולוגיה, מטאורולוגיה, קלימטולוגיה, ביוגאוגרפיה.
 גאופיזיקה וגאודזיה – עוסקות וחוקרות את צורת כדור הארץ, השדה המגנטי והגרוויטציוני ותגובתו לכוחות. גיאופיזיקאים חוקרים את ליבת כדור הארץ והמעטפת שלו וכמו כן את הפעילויות הטקטוניות והסייסמיות בליתוספירה.
 מדעי הקרקע – עוסקים וחוקרים את השכבה החיצונית ביותר של קרום כדור הארץ הנתונה לתהליכים המשנים את הקרקע. שני תת-תחומים של מדעי הקרקע הם: אדפולוגיה ופדולוגיה.
 אקולוגיה – עוסקת ביחסי הגומלין שבין הביוטה עם סביבתה הטבעית. תחום מחקר זה שונה מחקר כדור הארץ בכך שהוא עוסק גם בשאר כוכבי הלכת המוכרים לנו במערכת השמש.
 הידרולוגיה כולל אוקיינוגרפיה ולימנולוגיה – עוסקים בכלל חלקי המים הקיימים בכדור הארץ (הידרוספירה) ביניהם מי ים ומים מתוקים. תת-תחומים עיקרים הם: הידרוגאולוגיה, אוקיינוגרפיה פיזיקלית, אוקיינוגרפיה כימית ואוקיינוגרפיה ביולוגית.
 גלציולוגיה – עוסק בדינמיקת הקרחונים (קריוספירה).
 מדעי האטמוספירה – עוסק בחלקים הגזיים של כדור הארץ (אטמוספירה) שבין הקרקע לאקסוספירה. תת-תחומים עיקרים של מדעי האטמוספירה הם: מטאורולוגיה, קלימטולוגיה, כימיה אטמוספירית ופיזיקה אטמוספירית.

 לימוד מדעי כדור הארץ 
בישראל ניתן ללמוד מדעי כדור הארץ, בין היתר, באוניברסיטה הפתוחה. במכון ויצמן קיימת תוכנית לימודים מיוחדת במדעי כדור הארץ, ובסיומה בחינה השווה לחמש נקודות בגרות.

פנים כדור הארץ

טקטוניקת הלוחות, רכסי הרים, הרי געש, ורעידות אדמה הן תופעות גאולוגיות המוסברות בעזרת שינויי אנרגיה המתרחשים בקרום כדור הארץ.

מתחת לקרום כדור הארץ קיימת שכבה נוזלית חמה וסמיכה מאוד המכילה מאגמה, הנקראת מעטפת כדור הארץ. החום הרב שבה נוצר עקב קרינה רדיואקטיבית הנפלטת ממתכות כבדות הנמצאות בה. סומך השכבה והעובדה שבעומק רב יותר בכדור הארץ שורר חום רב יותר יוצרים תופעה המכונה "זרמי קונבקציה" והם שגורמים לתזוזה האיטית של הלוחות הטקטוניים. תזוזת לוח טקטוני יוצרת בו זמנית התרחבות של סדק מצידו האחד הגורמת לעליית מאגמה מהמעטפת לקרום והתקררותה על ידי מי ים (תהליך הנקרא התפשטות קרקעית הים) וסגירת סדק ויצירת לחץ מצידו השני עם לוח טקטוני אחר שיכול לגרום לתופעה המוכרת בשם הפחתה.

השדה המגנטי של כדור הארץ

בגלעין כדור הארץ שוררת טמפרטורה הגבוהה בהרבה מנקודת קירי, הנקודה שבה מתבטלת המגנטיות הטבעית של החומר. לכן משערים שהשדה המגנטי של כדור הארץ, נוצר כתוצאה מהתחככות וסיבוב הגלעין החיצוני הנוזלי על הגלעין הפנימי המוצק, תנועה זו יוצרת זרמים חשמליים, בדומה לדינמו, וכך מתקבל השדה המגנטי של כדור הארץ – תאוריה זו ידועה בשם תאוריית הדינמו.

אטמוספירת כדור הארץ
250px|ממוזער|שמאל|המגנטוספירה המגינה על פני כדור הארץ מרוח שמש.

הטרופוספירה, סטרטוספירה, מזוספירה, תרמוספירה והאקסוספירה הן חמש השכבות היוצרות את אטמוספירת כדור הארץ. בסך הכל, האטמוספירה מכילה 78.0% חנקן, 20.9% חמצן, ו-0.92% ארגון ושאר גזי קורט כמו פחמן דו-חמצני, מימן ואדי מים. 75% מגזי האטמוספירה נמצאים בסטרטוספירה, בגובה של עד 11 ק"מ מעל גובה פני הים. אדי המים, הפחמן הדו-חמצני וחלק מגזי הקורט שבאטמוספירה גורמים לתהליך הנקרא אפקט החממה המאפשר את קיומם של מים נוזלים ותמיכה בחיים.

השדה המגנטי שנוצר עקב תזוזות בליבה הברזלית הנוזלית של כדור הארץ יוצר את המגנטוספירה המשמשת כמגן של פני כדור הארץ מרוח שמש.

כמו כן מגינה האטמוספירה על היצורים החיים בכדור הארץ מפני הקרינה הקוסמית. רמת ההגנה של האטמוספירה גבוהה מספיק כדי למנוע הכחדה מוחלטת של כל היצורים החיים ונמוכה דייה כדי לאפשר קיומם של מוטציות גנטיות המגדילות את המגוון החי בביוספירה.

ראו גם
 גאולוגיה - מונחים

קישורים חיצוניים

 אתר המכון למדעי כדור הארץ באוניברסיטה העברית בירושלים
 Earth Science Picture of the Day, a service of Universities Space Research Association, sponsored by NASA Goddard Space Flight Center.
 Geoethics in Planetary and Space Exploration.
 National Earth Science Teachers Association
 Earth Sciences Degree Program Directory
 האנציקלופדיה למדעי כדור הארץ


 בגרות במדעי כדור הארץ – מכון ויצמן.
הערות שוליים

*
קטגוריה:מדעי הטבע