Žemė

Forma ir dydis 
miniatiūra|kairėje|Planetų palyginamasis dydis: Merkurijus, Venera, Žemė ir Marsas

Bendras Žemės paviršiaus plotas yra apie 510 mln. km². Jūros ir vandenynai sudaro apie 70,8 % arba 361,13 mln. km² viso Žemės paviršiaus, žemiau vandenyno paviršiaus yra didžioji dalis žemyninio šelfo, kalnų, povandeninių ugnikalnių, vandenynų įdubų, povandeninių kanjonų, vandenynų plynaukščių, giluminių lygumų ir žemės rutulį apimanti vidurio vandenyno kalvagūbrių sistema. Likusią 29,2 % arba 148,94 mln. km² dalį užima sausuma, pasižyminti vietomis labai skirtingu reljefu, kurį sudaro kalnai, dykumos, plynaukštės ir kitos reljefo formos. Jei žiūrėti į geologinę laiko skalę, Žemės paviršius yra nuolat kintantis. Tektoninių plokščių judėjimai, erozija, ugnikalnių išsiveržimai, potvyniai, dūlėjimas, apledėjimai, koralinių rifų augimas ir meteoritų lietūs yra vieni iš procesų, kurie keičia ir formuoja žemės paviršių. Tačiau net ir tokie reljefo nelygumai palyginus su visos Žemės dydžiu, yra labai maži. Dėl to bendra Žemės forma priimta laikyti tą, kurią sudaro ramus jūrų ir vandenynų paviršius, tariamai pratęstas per žemynus. Toks paviršius vadinamas lygio paviršiumi. Tyrimais nustatyta, kad teorinis Žemės paviršius yra elipsoidas, t. y. figūra, kuri gaunama sukant elipsę apie jos mažąją ašį.

Žemės elipsoido spindulys, einantis nuo centro link pusiaujo – 6 378 245 m.

Žemės elipsoido spindulys, einantis nuo centro link ašigalių – 6 356 863 m.

Žemės elipsoidas – ties ašigaliais suplotas rutulys. Dydis, apibūdinantis šį suplojimą, vadinamas žemės suplokštėjimu ir yra lygus 1/298,3 (0,00335). Tokių parametrų elipsoidas yra vadinamas Krasovskio elipsoidu. Kartais tokia figūra vadinama geoidu.

Nedidelis elipsoido suplokštėjimas, kaip Krasovskio elipsoido, rodo, jog matematinė Žemės forma labai mažai tesiskiria nuo rutulio. Tada tokio, iš elipsoido elementų apskaičiuoto, rutulio spindulys yra 6 371 100 m.

 Žemės sandara 
Kietas išorinis Žemės sluoksnis vadinamas pluta, kurią sudaro sustingusios lavos produktai – granitai ir bazaltai. Po pluta yra Žemės mantija, susidedanti iš olivino ir pirokseno (magnio ir geležies silikatų). Po žemynais mantija prasideda 35−70 km gylyje, o po vandenynais – 6−10 km gylyje. Mantijos storis apie 2900 km. Po ja yra 2200 km storio skystas sluoksnis, vadinamas išorinis branduolys, kurio viduje glūdi 1270 km spindulio kietas vidinis branduolys.Kusky, Timothy M. Encyclopedia of Earth Science. Infobase Publishing, 2014, p. 129 Jį sudaro geležies ir nikelio lydinys su geležies sulfido priemaiša. Žemės centre temperatūra siekia maždaug 6000 K, o tankis 12−17 g/cm³.

Žemės sudėtis pagal elementų masę: geležis (35 %), deguonis (30 %), silicis (15 %), magnis (13 %), nikelis (2,4 %), siera (1,9 %), kalcis (1,1 %), aliuminis (1,1 %) ir kiti (0,5 %).Earth Science: An Illustrated Guide to Science. Facts on File, 2006, p. 58

 Žemės orbita ir metų laikai 
Žemė sukasi aplink Saulę prieš laikrodžio rodyklę žiūrint iš šiaurinio jos poliaus pusės. Žemės orbita yra elipsė, bet labai artima apskritimui. Žemė aplink Saulę apsisuka per apie 365,25 dienas (metai). Žemė sukasi aplink savo ašį irgi prieš laikrodžio rodyklę žiūrint iš šiaurinio jos poliaus pusės. Vieno apsisukimo trukmė (para) – apie 24 valandos. Žemės sukimosi ašis pasvirusi į orbitos plokštumą pastoviu apie 23,5 laipsnių kampu, dėl ko Žemėje susidaro sezonai (metų laikai). Žemės pusiaujo platumose yra drėgnasis ir sausasis sezonai, vidutinėse platumose − žiema, pavasaris, vasara ir ruduo. Kai Žemė šiaurės ašigaliu labiausiai pasvirusi į Saulės pusę (vasaros saulėgrįža), šiaurės pusrutulyje yra vasara, o pietų pusrutulyje, atvirkščiai − žiema (pietų pusrutulio žiemos saulėgrįža). Tuo pat metu šiauriau šiaurės poliarinio rato yra poliarinė diena, kurios metu Saulė nenusileidžia žemiau horizonto, o piečiau pietų poliarinio rato − poliarinė naktis, kurios metu Saulė nepasirodo virš horizonto. Šiauriniam pusrutuliui esant labiausiai pasvirusiam nuo Saulės (žiemos saulėgrįža) yra atvirkščiai. Kai Žemė yra lygiadienio pozicijoje jos platumos gauna vienodai šilumos iš Saulės, susilygina diena ir naktis. Žemės saulėgrįžos taškai orbitoje neatitinka jos afelio ir perihelio (žr. schemą). Metų laikai turi didžiulę įtaką planetos klimatui, augalų vegetacijai.

 Mėnulis 

Žemė yra vienintelė Saulės sistemos planeta, turinti sąlyginai didelį palydovą − Mėnulį. Dėl masės skirtumų Žemės-Mėnulio sistemos gravitacinis centras yra Žemės viduryje. Mėnulis vidutiniškai nutolęs nuo Žemės apie 384 000 km ir apskrieja aplink Žemę maždaug per 27 paras (mėnuo). Mėnulio gravitacinė trauka Žemės paviršiuje sukelia dvi potvynio bangas: vieną arčiausioje Žemės pusėje ir kitą priešingoje. Tuo pat metu 90° kampu nutolusiame Žemės paviršiuje vyksta atoslūgiai. Dėl greito Žemės sukimosi Mėnulio sukeltas vandenynų ir sausumos išgaubtumas visuomet yra šiek tiek priekyje nei tuo atveju, jei sistema būtų stacionari. Sąveikaudamas su šiuo išgaubtumu Mėnulis po truputį tolsta nuo Žemės. Savo ruožtu Mėnulio sukelti potvyniai dėl sausumos pasipriešinimo vandens judėjimui stabdo Žemės sukimąsi aplink savo ašį. Tokiu būdu Žemės sukimąsis apie savo ašį lėtėja apie 1 sekundę kas 50 000 metų, kai Mėnulis tolsta nuo Žemės apie 38,2 milimetro kasmet.Lang, Kenneth R. The Cambridge Guide to the Solar System. Cambridge University Press, 2003, p. 193 Dėl didelės tarpusavio sąveikos menkai tikėtina, kad Mėnulis kada nors pabėgs iš Žemės orbitos. Praeityje Žemės sukelti potvyniai Mėnulyje buvo kur kas didesni ir visiškai sustabdė Mėnulio savarankišką sukimąsi aplink savo ašį, dėl to Mėnulis yra nuolat atsisukęs į Žemę tik viena savo puse.

Dėl savo dydžio Mėnulis atlieka Žemės sukimosi aplink savo ašį kampo stabilizacinę funkciją, dėl kurios šis kampas yra beveik pastovus. Tai lemia sąlyginai ramų ir pastovų Žemės klimatą. Jei nebūtų stabilizuojančio Mėnulio poveikio, tikėtina, kad Žemė skrietų apie Saulę laisvai vartydamasi erdvėje kaip Marsas. Tokiu atveju Žemėje nuolat vyktų drastiški klimato pasikeitimai, kurie būtų nepalankūs gyvybės egzistavimui. Išsidėsčius Mėnuliui, Saulei ir Žemei vienoje linijoje iš Žemės galima stebėti pilnus Saulės ir Mėnulio užtemimus, tačiau šie reiškiniai nėra dažni, nes Mėnulio sukimosi apie Žemę plokštuma apie 5° pasvirusi į Žemės orbitos apie Saulę plokštumą.

 Magnetinis laukas 
Žemė turi gana stiprų magnetinį lauką, kurio ašis pakrypusi į Žemės sukimosi ašį 11,5° kampu, bet ji pamažu keičiasi. Be to, magnetiniai šiaurės ir pietų poliai per paskutinį milijoną metų kelis kartus susikeitė vietomis.

Žemės paviršiaus ir magnetinio lauko ašies susikirtimo taškai vadinami geomagnetiniais poliais. Šiaurės magnetinis polius dabar yra šiaurės rytų Kanadoje, už 1600 km nuo geografinio šiaurės ašigalio. Magnetinio lauko indukcija geomagnetinio pusiaujo juostoje yra 3,1×10-5 T (teslų), prie geomagnetinių polių − 6,2×10-5 T. Magnetinis laukas susidaro laidžiame elektrai išoriniame Žemės branduolyje dėl Žemės sukimosi apie ašį ir skystų masių konvekcinio judėjimo aukštyn ir žemyn. Magnetinis laukas maždaug 1000 km aukštyje sąveikauja su tarpplanetiniais dalelių srautais, sudarydamas magnetosferą. Į Saulę atgręžtoje Žemės pusėje magnetosfera tęsiasi iki 60 000–70 000 km nuo paviršiaus, o priešingoje jos pusėje susidaro daugiau kaip 5 mln. km ilgio magnetosferos uodega. Žemės magnetosferos „pagrobtos“ Saulės vėjo dalelės sudaro dvi radiacijos juostas (van Aleno žiedus): vidinę (2400–5600 km aukštyje) ir išorinę (12 000–20 000 km aukštyje). Virš Žemės magnetinių polių radiacijos juostų nėra.

 Geografija 
Žemės paviršius sudarytas iš žemynų ir vandenynų. Žemynai arba kontinentai − didelės žemės masės su priskirtomis salomis, vandenynai − didelės vandens masės su priskirtomis jūromis ir įlankomis.
Žemynai (pagal plotą):Earth Science: An Illustrated Guide to Science. Facts on File, 2006, p. 190
 Azija (44 mln. km²)
 Afrika (30,3 mln. km²)
 Šiaurės Amerika (24,35 mln. km²)
 Pietų Amerika (17,9 mln. km²)
 Antarktida (13,5 mln. km²)
 Europa (10,6 mln. km²)
 Australija (Australazija, 9,1 mln. km²)
Pastaba. Kai kur Europa ir Azija yra sujungiamos į vieną žemyną − Euraziją.

Vandenynai (pagal plotą):Earth Science: An Illustrated Guide to Science. Facts on File, 2006, p. 133
 Ramusis vandenynas (165,25 mln. km²)
 Atlanto vandenynas (82,44 mln. km²)
 Indijos vandenynas (73,44 mln. km²)
 Arkties vandenynas (14,09 mln. km²)
Pastaba. Kai kur išskiriamas Pietų vandenynas apie Antarktidos žemyną.

Salos (pagal plotą):Earth Science: An Illustrated Guide to Science. Facts on File, 2006, p. 192
 Grenlandija (2175,6 tūkst. km²)
 Naujoji Gvinėja (821,03 tūkst. km²)
 Borneo sala (744,36 tūkst. km²)
 Madagaskaras (587,04 tūkst. km²)
 Bafino Žemė (508,0 tūkst. km²)
 Sumatros sala (473,6 tūkst. km²)
 Honšiu sala (230,5 tūkst. km²)
 D. Britanijos sala (229,88 tūkst. km²)
 Viktorijos sala (212,2 tūkst. km²)
 Elsmyro sala (212,0 tūkst. km²)Ežerai (pagal plotą):Earth Science: An Illustrated Guide to Science. Facts on File, 2006, p. 191
 Kaspijos jūra* (386,4 tūkst. km²)
 Aukštutinis (82,35 tūkst. km²)
 Viktorijos (68,0 tūkst. km²)
 Hurono (59,6 tūkst. km²)
 Mičigano (58,0 tūkst. km²)
 Tanganikos (33,0 tūkst. km²)
 Didysis Lokių (31,8 tūkst. km²)
 Baikalo (30,5 tūkst. km²)
 Malavio (29,6 tūkst. km²)
 Didysis Vergų (28,5 tūkst. km²)Upės (pagal ilgį):Earth Science: An Illustrated Guide to Science. Facts on File, 2006, p. 197
 Nilas (6670 km)
 Amazonė (6450 km)
 Jangdzė (6380 km)
 Huanghė (5464 km)
 Obė-Irtyšius (5410 km)
 Kongas (4670 km)
 Parana-La Plata (4506 km)
 Mekongas (4498 km)
 Amūras (4416 km)
 Lena (4400 km)
*Pastaba. Kai kur Kaspijos jūra gali būti nelaikoma ežeru.Pastaba. Skirtingoje literatūroje gali būti pateikti skirtingi objektų dydžiai, priklausomai nuo matavimo metodų.

Vandeningiausia pasaulio upė − Amazonė.Kusky, Timothy M. Encyclopedia of Earth Science. Infobase Publishing, 2014, p. 10 Didžiausias gėlo vandens ežeras pagal plotą − Aukštutinis. Giliausias pasaulio ežeras − Baikalas (pasiekia 1637 m gylį). Baikalas nusileidžia plotu Aukštutiniam ežerui, tačiau dėl gylio yra sukaupęs daugiausiai gėlo vandens (23 000 km³).Joseph Fernando, Harindra. Handbook of Environmental Fluid Dynamics, Volume One. CRC Press, 2012, p. 300 Žemiausias Žemės paviršiaus taškas − Mirties jūros ežero paviršius, apie 420 m žemiau jūros lygio.Kusky, Timothy M. Encyclopedia of Earth Science. Infobase Publishing, 2014, p. 100 Giliausia vieta Žemėje − Čalendžerio gelmė Marianų lovyje Ramiajame vandenyne, kurios gylys pasiekia 11040 m žemiau jūros lygio.Kusky, Timothy M. Encyclopedia of Earth Science. Infobase Publishing, 2014, p. 261

Aukščiausios viršukalnės (pagal žemyną):Earth Science: An Illustrated Guide to Science. Facts on File, 2006, p. 193
 Azijoje:
 Džomolungma, kitaip Everestas (8,85 km aukščio, Himalajai)
 K2 (8,611 km, Karakorumas)
 Kančendžanga (8,598 km, Himalajai)
 P. Amerikoje: Akonkagva (6,960 km, Andai)
 Š. Amerikoje: Denalis, kitaip Makinlis (6,194 km, Aliaskos kalnagūbris)
 Afrikoje: Kilimandžaras (5,895 km)
 Europoje: Elbrusas (5,642 km, Kaukazo kalnai)
 Australazijoje: Punčak Džaja (5,029 km, Sudirmano kalnai)
 Antarktidoje: Vinsono masyvas (4,897 km, Elsvorto kalnai)

Ljuljailjakas (6739 m aukščio virš jūros lygio) Anduose − aukščiausias Žemės ugnikalnis su užfiksuotais istoriniais išsiveržimais,Volcanoes of the World. University of California Press, 2011, p. 11 Mauna Loa Havajuose − didžiausias,Earth Science: An Illustrated Guide to Science. Facts on File, 2006, p. 196 kurio aukštis nuo papėdės vandenyno dugne gali siekti 9000 m.Volcanoes of the World. University of California Press, 2011, p. 11

 Žemės sferos 
Mokslininkai išskyrė keturias pagrindines Žemės paviršiaus sritis, taip vadinamas „sferas“: atmosferą (oro), litosferą (uolų), hidrosferą (vandens) ir biosferą (gyvybės). Egzistuoja smulkesnės sferos: pedosfera (dirvožemio, jungiama su biosfera), kriosfera (ledo, jungiama su hidrosfera), antroposfera (žmogaus) ir kitos.Matthews, John A. Encyclopedia of Environmental Change. SAGE, 2013, p. 310−311

 Atmosfera 

Atmosfera − tai Žemę gaubiantis dujų sluoksnis (oras). Žemės atmosferos tankis jūros lygyje yra apie 2,55×1019 molekulių viename kubiniame centimetre, arba 1,22×10-3 g/cm³. Sausas oras susideda iš molekulinio azoto (78,08 %), molekulinio deguonies (20,95 %), argono (0,93 %) ir kitų dujų.Roger Graham Barry, Richard J. Chorley. Atmosphere, Weather, and Climate. Taylor & Francis, 2010, p. 9 Azoto ir deguonies santykis dėl turbulencijos yra beveik pastovus iki 100 km atmosferos aukščio.Roger Graham Barry, Richard J. Chorley. Atmosphere, Weather, and Climate. Taylor & Francis, 2010, p. 9 Vandens garų koncentracija gali siekti 1 % atmosferos tūrio, bet jų pasiskirstymas yra labai netolygus priklausomai nuo laiko ir vietos.Roger Graham Barry, Richard J. Chorley. Atmosphere, Weather, and Climate. Taylor & Francis, 2010, p. 10 Vandens garai gali sudaryti iki 4 % atmosferos tūrio prie Žemės paviršiaus, tačiau aukščiau 10-12 km jų yra tik 3−6 tūrio ppm.Roger Graham Barry, Richard J. Chorley. Atmosphere, Weather, and Climate. Taylor & Francis, 2010, p. 13
Žemės atmosfera vertikalia kryptimi skirstoma į šiuos sluoksnius (nuo žemiausio iki aukščiausio):
 Troposfera – tankiausias atmosferos sluoksnis, sudarantis 4/5 visos atmosferos masės, ir tęsiasi nuo paviršiaus iki 12–18 km aukščio. Jame kaupiasi beveik visi atmosferos vandens garai ir dulkės, todėl čia susidaro debesys ir vyksta kiti meteorologiniai reiškiniai.
 Stratosfera yra virš troposferos ir tęsiasi iki 50–55  km. Joje yra ozono (cheminė formulė O3) sluoksnis, saugantis Žemės paviršių nuo ultravioletinių spindulių. Didžiausia ozono koncentracija yra 20–25 km aukštyje žemose platumose ir 10−20 km aukštyje aukštose platumose.Roger Graham Barry, Richard J. Chorley. Atmosphere, Weather, and Climate. Taylor & Francis, 2010, p. 15
 Jonosfera nuo stratosferos tęsiasi iki 500 km aukščio. Joje dujų atomus jonizuoja Saulės ultravioletiniai bei Rentgeno spinduliai ir dalelių srautas (Saulės vėjas), o kinetinė dujų temperatūra labai didelė – siekia 1700 K. Jonosferoje susidaro šiaurės ir pietų pašvaistės ir žybsi į atmosferą įlėkę meteorai. Jonosfera atspindi ilgesnes negu 15 m radijo bangas, todėl įgalina naudotis tolimu radijo ryšiu.
 Egzosfera yra išorinis labai mažo tankio sluoksnis, easantis maždaug 500−750 km aukštyje.Roger Graham Barry, Richard J. Chorley. Atmosphere, Weather, and Climate. Taylor & Francis, 2010, p. 28 Daugiausiai sudaryta iš deguonies, helio ir vandenilio atomų, kurie įgavę pakankamai energijos gali pabėgti iš Žemės atmosferos. Virš egzosferos prasideda tarpplanetinė erdvė.

 Litosfera 

Žemės litosfera − tai Žemės viršutinis paviršiaus sluoksnis, apimantis Žemės plutą ir viršutinį mantijos sluoksnį. Žemės pluta skirstoma į žemynų (20−60 km storio) ir vandenynų (5−10 km storio). Plutos elementai − tektoninės plokštės, tarsi plūduriuoja ant viršutinės mantijos nuo slėgio ir temperatūros išsilydžiusių uolienų − astenosferos. Vandenynų pluta susidaro vandenynų vidurio kalnagūbriuose, yra turtinga geležies ir magnio mineralų.Kusky, Timothy M. Encyclopedia of Earth Science. Infobase Publishing, 2014, p. 301 Ji yra jauna palyginus su žemynine pluta, kurios pagrindai − kratonai, susidarė Archėjuje ir nesikeitė milijardus metų.Kusky, Timothy M. Encyclopedia of Earth Science. Infobase Publishing, 2014, p. 89 Dalis žemyninių tektoninių plokščių yra apsemta vandenynų − kontinentinis šelfas.

Žemės pluta sudaryta iš uolienų, kurios skirstomos į magmines, nuosėdines ir metamorfines. Uolienos savo ruožtu sudarytos iš mineralų. Žinoma daugiau nei 4000 mineralų, tačiau tik apie 30 iš jų yra plačiai paplitę.Rocks and Minerals. Encyclopaedia Britannica, Inc., 2012, p. 20 Daugiausiai, 95 % mineralų masės, Žemės plutoje užima įvairūs silikatai.Rocks and Minerals. Encyclopaedia Britannica, Inc., 2012, p. 36 Labiausiai paplitusios mineralų grupės: plagioklazas (39 %), ortoklazas (12 %), kvarcas (12 %), piroksenas (11 %), žėrutis (5 %), amfibolas (5 %).Earth Science: An Illustrated Guide to Science. Facts on File, 2006, p. 66 Yra vienelemenčių mineralų: auksas, deimantas, siera.

Magminės uolienos susidaro auštant iš po žemės gelmių išsiveržusiai magmai. Jų pavyzdžiai − granitas, bazaltas, gabras. Sustingusios magminės uolienos yra ardomos vėjo, lietaus, upių, ledynų judėjimo, cheminių reakcijų (erozija) ir virsta smulkiomis dalelėmis, kurios sudaro smėlius, molius. Nusėdusios vandenynų ir ežerų dugne jos suformuoja nuosėdines uolienas (smiltainis). Išgaruojant jūrų ir ežerų vandeniui iš ištirpusių mineralų susiformuoja akmens druska, gipsas. Kitos nuosėdinių uolienų rūšys susiformuoja iš gyvų organizmų likučių − tai kalkakmenis, kreida, akmens anglis. Metamorfinės uolienos formuojasi, kai kitos uolienos persikristalizuoja esant dideliam slėgiui ir temperatūrai Žemės plutos gelmėse. Jų pavyzdžiai: gneisas, marmuras. Gamtoje vyksta nuolatinis uolienų ciklas − vieno tipo uolienos tinkamomis sąlygomis virsta kito.Holden, Joseph An Introduction to Physical Geography and the Environment. Pearson Education, 2008 , p. 33

 Hidrosfera 

Žemės hidrosfera − tai Žemės vanduo, esantis Žemės plutoje ir atmosferoje. Didžioji jo dalis susikaupusi vandenynuose, kurie užima apie 71,2 % Žemės paviršiaus. Kadangi visi vandenynai susisiekia, tai kartais jie vadinami Pasauliniu vandenynu.
Vandens pasiskirstymas pagal masę:
 97 % vandenynuose;
 2,15 % ledo kepurėse ir ledynuose;
 0,65 % ežeruose, upėse, gruntiniuose vandenyse ir atmosferoje.Robert E. Krebs. The Basics of Earth Science. Greenwood Publishing Group, 2003, p. 172

Iš vandenynų didžiausias yra Ramusis vandenynas, kuriame sukaupta daugiau nei pusė visų vandenynų vandens. Vidutinis vandenynų gylis yra apie 4 km. Vanduo vandenynuose yra sūrus: 3,5 % masės sudaro ištirpusios druskos. Vidutinis vandenynų druskingumas 35 ppt. Druskingumas truputį svyruoja įvairiose vandenynų vietose priklausomai nuo garavimo intensyvumo, upių atnešamo ir ledo tirpimo gėlo vandens. Pagrindiniai druskingumą lemiantys jonai: chloro, natrio, magnio, sulfato, kalcio, kalio, bikarbonato. Vandenynuose rasta apie 70 iš natūralių cheminių elementų. Pavyzdžiui, 1 kv. km vandenyno plote yra ištirpę apie 4,4 kg aukso.Robert E. Krebs. The Basics of Earth Science. Greenwood Publishing Group, 2003, p. 176 Vandenynuose sutinkama daugiau nei 90 % egzistuojančių gyvybės rūšių. Tai daugiausiai įvairūs smulkūs planktono organizmai.Robert E. Krebs. The Basics of Earth Science. Greenwood Publishing Group, 2003, p. 175 Vandenynų paviršiaus srovių cirkuliacija reikšmingai veikia pasaulinį klimatą. Srovės yra varomos vėjo (Golfo srovė), Koriolio jėgų, dėl skirtingos temperatūros/druskingumo vandens ir apvelingo zonų.

Ledynai užima apie 10 % sausumos paviršiaus. Didžiausia ledo vandens dalis yra sukaupta pastoviose Antarktidos ir Grenlandijos ledo kepurėse. Ledas dengia apie 7 % vandenynų paviršiaus, tačiau dalis jo vasaros metu ištirpsta ir žiemos metu vėl susidaro. Ežerai užima apie 1,8 % žemynų paviršiaus − apie 2,5 mln. kv. km plotą.Robert E. Krebs. The Basics of Earth Science. Greenwood Publishing Group, 2003, p. 181 Vanduo nuolat juda: saulės veikiamas garuoja vandenynų paviršiuje, atmosferoje kondensuojasi sudarydamas debesis ir po to iškrenta kritulių pavidalu. Sausumoje kritulių vanduo maitina upes ir gruntinius vandenis ar nusėda ledynuose. Upėmis vanduo pasiekia jūras, ežerus ir vandenynus, slenkančiais ledynais − upių slėnius ar vandenynus, kuriuose suformuoja ledkalnius. Vandens judėjimas gamtoje vadinamas vandens ciklu.

 Biosfera 

Biosfera − Žemės paviršiaus dalis, apgyvendinta gyvų organizmų. Biosfera apima dalis litosferos, hidrosferos ir atmosferos.Kusky, Timothy M. Encyclopedia of Earth Science. Infobase Publishing, 2014, p. 49
Pasaulio gyvi organizmai suskirstyti į tris domenus:
 Bakterijos
 Archėja
 Eukariotai (protistai, grybai, augalija, gyvūnija)Pidwirny, Michael. Understanding Physical Geography. Part 6: The Biosphere. Our Planet Earth Publishing, 2017, p. 4−5

Gyvų organizmų rūšių atsiradimą aiškina evoliucijos teorija, reikšmingi veiksniai − natūralioji atranka, mutacija ir reprodukcinė izoliacija.Pidwirny, Michael. Understanding Physical Geography. Part 6: The Biosphere. Our Planet Earth Publishing, 2017, p. 26 Mokslininkai mano, kad Žemėje gali egzistuoti nuo 5 iki 100 mln. gyvų organizmų rūšių, iš kurių apie 1,4 mln. yra suklasifikuota, tarp jų: iki 750 000 vabzdžių, daugiau nei 250 000 augalų, apie 45 000 stuburinių.Pidwirny, Michael. Understanding Physical Geography. Part 6: The Biosphere. Our Planet Earth Publishing, 2017, p. 29

Bakterijos yra labiausiai paplitusi gyvybės rūšis Žemėje. Jos gyvena nuo -5 iki +113 °C temperatūrų intervale, 0−11 pH rūgštingumo terpėje, sutinkamos aukštutiniuose atmosferos sluoksniuose (kartu su grybų sporomis) ir vandenynų dugne. Bakterijų rasta 3,5 km gylyje plutos plyšiuose, naftos, mineralų telkiniuose.Kusky, Timothy M. Encyclopedia of Earth Science. Infobase Publishing, 2014, p. 89

Didžioji šiuolaikinės biosferos organizmų dalis naudoja fotosintezės procesą kaip pagrindinį energijos šaltinį. Šio proceso metu veikiant saulės šviesai atmosferos (CO2) ar vandenyje ištirpusi anglis iš paprastų cheminių junginių yra jungiama į gyvybei būtinus organinius junginius tuo pačiu išlaisvinant deguonį (O2). Dėl organizmo veiklos ir jam žuvus anglis grįžta į aplinkos terpę ar nusėda uolienose. Nuolatinis anglies judėjimas gamtoje vadinamas anglies ciklu. Kiti pagrindiniai biosferos elementai − vandenilis, deguonis, azotas, fosforas ir siera, turi savuosius judėjimo gamtoje ciklus.Encyclopaedia Britannica, 2007 10 25  Mažais kiekiais gyvi organizmai savo funkcijoms palaikyti naudoja kitus elementus, pavyzdžiui, kalcis reikalingas gyvūnų kaulams susidaryti. Nefotosintetinantys organizmai paprastai priklausomi nuo fotosintezuojančių organizmų, kuriuos naudoja maistui.
Didelės geografinės zonos, pasižyminčios būdingomis augalų ir gyvūnų rūšimis vadinamos biomais.Holden, Joseph An Introduction to Physical Geography and the Environment. Pearson Education, 2008 , p. 522 Jų susidarymui didžiausią reikšmę turi iškrentančių kritulių kiekis ir temperatūra. Sausumos biomai skirstomi į:

 Atogrąžų (drėgnieji atogrąžų ir pusiaujo miškai, aridinės dykumos, savanos)
 Vidutinės temperatūros (Viduržemio jūros/čaparalio, vidutinių platumų miškai ir lygumos, visžaliai miškai).
 Šaltuosius (tundra, taiga)
 Kalnų

Dinamiška gyvų organizmų bendrijos ir negyvosios (abiotinės) aplinkos sistema vadinama ekosistema.Pidwirny, Michael. Understanding Physical Geography. Part 6: The Biosphere. Our Planet Earth Publishing, 2017, p. 21 Biosferą galima vertinti kaip ekosistemą, funkcionuojančią pasauliniu mastu.

 Žemės istorija 

 Susidarymas ir geologinė raida 

Šiuolaikinių mokslininkų nuomone, Žemės planeta susidarė prieš apie 4,57−4,56 mlrd. metų iš apie Saulę besisukusio protoplanetinio vėstančio ūko dujų ir dulkių. Nuolat susiduriant ir sukimbant ūko dalelėms formavosi stambesni dariniai, kurie dėl didėjančios masės pradėjo įgyti pakankamai gravitacinės jėgos, kad pritrauktų smulkesnius darinius. Tai, kad vidinės planetos (Merkurijus, Venera, Žemė ir Marsas) yra kietos, o išorinės (Jupiteris, Saturnas, Uranas ir Neptūnas) − dujų milžinai, paaiškinama tuo, kad Saulės vėjas nupūtė lengvąsias dujas, vandenilį ir helį, iš artimiausios Saulei ūko srities ir besiformuojančių planetų paviršiaus. Planetų susidarymo iš aplink Saulę besisukusio ūko teoriją paremia jų išsidėstymas bemaž vienoje plokštumoje ir sukimąsis ta pačia kryptimi aplink Saulę. Mėnulio susiformavimą prie Žemės paaiškina vyraujanti šiuo metu hipotezė: apie prieš 4,5 mlrd. metų į Žemę įsirėžė apie 40 % jos masės protoplaneta Tėja. Pasekoje Tėja susiliejo su Žeme, iš jos likučių ir nuo smūgio išmuštos Žemės medžiagos susiformavo Mėnulis. Tuo metu Mėnulis buvo tik apie 24 000 km atstumu nuo Žemės. Abu kūnai vienas kito paviršiuje sukeldavo milžiniškas magmos potvynio bangas, kurios lėtino Žemės sukimąsi, o Mėnulio − greitino. Pasekoje, Žemės sukimąsis aplink savo ašį lėtėjo (iš pradžių buvo apie 5 valandas, šiuo metu − apie 24 valandas ir lėtėja toliau), o Mėnulis pradėjo tolti (šiuo metu nutolęs apie 384 000 km ir tolsta toliau).

Pirmuosius 500 mln. metų Žemės gyvavimo metų geologai pavadino Hadėjumi. Tuo metu Žemė buvo gausiai bombarduojama meteoritų, išraižyta lavos upių, vyko nuolatiniai ugnikalnių išsiveržimai. Paviršiui vėstant susidariusios sunkiosios uolienos grimzdo į mantiją, iš kurios kildavo į paviršių lengvesnės medžiagos. Ilgainiui susidarė pirmoji uoliena, kuri galėjo plūduriuoti virš mantijos − bazaltas. Sunkieji elementai, geležis, nikelis ir, tikriausiai, siera, grimzdo į planetos centrą suformuodami jos branduolį. Tikriausiai dėka vulkaninio aktyvumo išmetamų dujų (anglies monoksido CO, anglies dvideginio CO2, metano CH4 ir vandens garų H2O) susidarė antrinė Žemės atmosfera.Encyclopaedia Britannica, 2007 11 16  Nieko nežinoma apie to meto paviršių, tačiau anksčiausiai datuojamas, 4,4 mlrd. metų senumo cirkono kristalas, rastas Australijoje, nurodo, kad tuo metu planetos paviršiuje jau buvo vandens, nes tokios sudėties cirkono kristalas galėjo susidaryti tik greitai aušdamas, o vienintelis to šaltinis Hadėjo Žemėje galėjo būti tik skystas vanduo, kas rodytų, kad planetos paviršius bent keliuose plotuose buvo pakankamai ataušęs išsilaikyti skystam vandeniui. Vandens kilmė Žemėje neaiški − jis galėjo būti iš pat pradžių arba atneštas į planetą krentančių meteoritų ir kometų. Tuo metu Saulė buvo žymiai mažiau kaitri nei dabar ir vandenį nuo užšalimo galėjo saugoti didelis kiekis „šiltnamio efektą“ sukeliančių anglies dvideginio ir metano dujų atmosferoje. Esant vandeniui bazalto lydymosi temperatūra žemėjo ir jam lydantis formavosi lengvesnė magma, daugiau prisotinta silicio, su didesniais natrio ir kalio kiekiais bei akumuliavusi vandenį. Ji veržėsi virš bazalto ir stingdama suformavo granitą. Tikėtina, kad seniausi cirkono kristalai yra išlikę būtent iš šių seniausių granito uolienų.

Didžiosios plokštės:
1. Eurazijos
2. Afrikos
3. Indo-Australijos
4. Antarktidos
5. Šiaurės Amerikos
6. Pietų Amerikos
7. Ramiojo vandenyno

Mažosios plokštės:
8. Naskos
9. Kokosų
10. Karibų
11. Arabijos
12. Filipinų
13. Skotijos
2a. Somalio, skylanti nuo Afrikos
Tolydžio planetos paviršiuje daugėjant granito iš jo formavosi salos, kurios ilgainiui jungėsi ir augo į tai, kas vėliau tapo kratonais − būsimų žemynų pagrindais (skydai ir platformos). Apie prieš 3 mlrd. metų Žemės paviršius savo geologinėmis ypatybėmis buvo panašus į dabartinį ir jo formavimąsi paaiškina plokščių tektonikos teorija, kurią pirmasis kaip žemynų dreifo teoriją 1912 m. paskelbė vokiečių mokslininkas Alfred Wegener (1880−1930), bet jis negalėjo moksliškai paaiškinti, kaip tai vyksta.Kusky, Timothy M. Encyclopedia of Earth Science. Infobase Publishing, 2014, p. 89 1960-aisiais padaugėjus mokslinių duomenų plokščių tektonikos teorija tapo visuotinai pripažinta. Jos esmė: šiluma iš Žemės gelmių siekia ištrūkti ir konvekcijos jėgų veikiama magma veržiasi ploniausiose Žemės plutos vietose − vandenynų dugne, kur formuojasi jauno bazalto vandenynų vidurio kalnagūbriai. Susiformavęs naujo bazalto sluoksnis stumia tektoninę plokštę. Susidūrus dviem tektoninėms plokštėms, vienos jų senojo bazalto kraštas palenda po kita ir grimzta į mantiją (subdukcija). Kitu atveju, abu tektoninių plokščių kraštai kyla į viršų suformuodami kalnynus. Žemės istorijoje buvo keli tarpsniai, kuomet visos žemynų tektoninės plokštės buvo susijungusios ir suformuodavo superžemyną. Po šiuo superžemynu akumuliuodavosi Žemės gelmių šiluma, kuri po kelių šimtų milijonų metų jį suplėšydavo ir prasidėdavo naujas tektoninių plokščių judėjimo laikotarpis. Atitinkamai, superžemynas būdavo apsuptas supervandenyno.

Manoma, kad egzistavo šie superžemynai:
 Kenorlandas (prieš 2,7−2,5 mlrd. metų);
 Kolumbija (prieš 1,9−1,6 mlrd. metų);
 Rodinija (prieš 1,1−0,85 mlrd. metų);
 Pangėja (prieš 300−180 mln. metų);
Prieš 200 mln. metų visi žemynai sudarė paskutinį žinomą superžemyną − Pangėją. Po to dėl mantijos judėjimo Pangėja suskilo ir žemynai nutolo vienas nuo kito. Žemynai juda iki šiol – Šiaurės Amerika tolsta nuo Europos, o Pietų Amerika – nuo Afrikos po kelis centimetrus per metus. Dviejų tektoninių plokščių susidūrimo vietoje iškyla kalnai (pavyzdžiui, Kordiljeros, Andai). Ten, kur žemyninės plokštės persiskiria viena nuo kitos arba susiduria, vyksta dažni žemės drebėjimai, iš gelmių veržiasi įkaitusi magma, veikia ugnikalniai. Islandijos sala yra visa iškilusi tokioje vietoje. Po šimtų milijonų metų dėl tektonikos žemynai suformuos naują superžemyną.

 Gyvybės raida 

Nėra žinoma, kaip ir kada atsirado Žemėje gyvi organizmai. Dalis mokslininkų palaiko hipotezę, kad gyvybė atsirado šiltoje kūdroje ar karštos versmės paviršiuje veikiant cheminėms reakcijoms, kita dalis linkę manyti, kad gyvybė atsirado vandenynų dugne ties hidroterminėmis versmėmis, dar kita grupė mano, kad gyvybė galėjo būti atnešta su krintančiais meteoritais iš kosmoso.Kusky, Timothy M. Encyclopedia of Earth Science. Infobase Publishing, 2014, p. 248 Pirmoji gyvybės forma tikriausiai buvo termofilinės bakterijos.Kusky, Timothy M. Encyclopedia of Earth Science. Infobase Publishing, 2014, p. 248 3,5 mlrd. metų senumo nuosėdinės uolienos, susiformavusios vandenyno dugne, turėjo aiškius mikroorganizmų fosilijų pėdsakus. Šie organizmai veisėsi pakrančių, vandenyno potvynių užliejamose zonose, sutvirtindavo smėlį. Mikroorganizmai augo kolonijomis sekliuose vandenyse palikdami kupolo pavidalo mineralų sankaupas − stromatolitus. Pirmieji mikroorganizmai išgyveno naudodami uolienų cheminių reakcijų energiją ir patys spartindami oksidacijos procesus, pavyzdžiui, oksiduodami geležį. Kažkuriuo metu atsirado mikroorganizmų, kurie gyvybinių medžiagų gamybai ir energijai išgauti pradėjo naudoti saulės šviesą − fotosintezės metu iš atmosferos dujų galima pagaminti įvairių gyvybinių molekulių: aminorūgščių, DNR, RNR, cukrus ir lipidus. Pirmieji fotosintetinantys mikroorganizmai neišskyrė deguonies ir jų gausa nudažydavo vandenį tamsiai violetine spalva. Apie prieš 2,5 mlrd. metų atsirado mikroorganizmų, kurie fotosintezės metu kaip šalutinį produktą pradėjo išskirti molekulinį deguonį. Nuo prieš 2,5 mlrd. iki 2,2 mlrd. metų deguonies kiekis atmosferoje pakito nuo nulio iki apie 1 % dabartinio lygio.

Apie deguonies atsiradimą sprendžiama iš to, kad senesnėse uolienose sutinkami mineralai piritas ir uraninitas, kurie greitai oksiduotųsi deguoninėje aplinkoje. Be to, randama deguonies aplinkai nebūdingo cerio junginių, tačiau mažai geležies, kurios prisotintas dabartinis Žemės paviršius. Atvirkščiai: 2,5−1,8 mlrd. senumo geležies depozitai yra didžiausi Žemės plutoje (juose yra 90 % šiuolaikinės geležies rūdos) ir rodo spartų geležies oksidavimąsi šiuo laikotarpiu. Taip pat pasirodė ankstesniems laikotarpiams nebūdingų gausių mangano oksidų depozitų. Anksčiausi vario, nikelio, urano oksidų mineralai irgi datuojami šiuo laikotarpiu. Proveržis įvyko išnagrinėjus sieros izotopų elgesį cheminių reakcijų metu. Buvo įrodyta, kad sieros mineralai, susidarę seniau nei prieš 2,4 mlrd. metų, buvo veikiami aktyvios Saulės ultravioletinės spinduliuotės, o vėliau nebe, kas rodo ozono sluoksnio susidarymą tuo metu. Tikėtina, kad pirmosios deguonį išskirti pradėjo melsvabakterės, kurios šį sugebėjimą per endosimbiotinius ryšius perdavė eukariotams (augalams).Kusky, Timothy M. Encyclopedia of Earth Science. Infobase Publishing, 2014, p. 249

Tarp apie prieš 1,8−0,85 mlrd. metų Žemėje moksliniu požiūriu nieko ypatingo nevyko, todėl šis laikotarpis vadinamas „Nuobodžiuoju milijardu metų“. Apie prieš 850 mln. metų pradėjus skilti Rodinijos superžemynui, atsirado daug seklių vidinių jūrų, kuriose suvešėjo augalija ir sparčiai mažino CO2 kiekį atmosferoje. Pagausėjusios liūtys plovė žemynų pakrantes, o dėl liūties ardomos uolienos taip pat sugėrė CO2. Tikėtina, kad tai prisidėjo prie tolydaus planetos atmosferos atšalimo, ašigalius padengė ledo kepurės, kurios atspindėdavo saulės šviesą. Apie prieš 740 mln. metų Žemę ištiko superledynmetis − planeta tikriausiai buvo užšalusi visa nuo ašigalių iki pusiaujo, išskyrus ugnikalnių viršūnes. Gyvybė išsilaikė vandenynų dugne prie termošaltinių, prie vulkanų buvusiuose šiltuose ežeruose ar jūrų vietose su plonu paviršiniu ledu. Užšalimas nesustabdė ugnikalnių veiklos, kurie vėl pripildė atmosferą CO2 dujų, kurių nebuvo kam pašalinti ir dėl „šiltnamio efekto“ prasidėjo planetos atšilimas. Žemė Neoproterozojaus eros metu išgyveno tris superledynmečius, kurių paskutinis piką pasiekė apie prieš 580 mln. metų. Tarp šių ledynmečių buvo superšilti periodai, kurių metu jūros augmenija sparčiai gamino deguonį. Deguonies kiekis atmosferoje apie prieš 650 mln. metų pasiekė beveik dabartinį lygį − tai buvo būtina sąlyga, kad pradėtų išsivystyti sudėtingi organizmai kaip medūzos ir kirmėlės sekliose jūrose. 630 mln. metų senumu datuojamos anksčiausios daugialąsčių organizmų fosilijos.

Apie prieš 550 mln. metų pasirodė pirmieji daugialasčiai organizmai, kurie gebėjo iš karbonizuotų mineralų užsiauginti kiautą ar šarvus. Apie prieš 542 mln. metų įvyko tai, kas vadinama Kambro sprogimu − neįprastai padaugėjo esamų gyvybės rūšių.Pidwirny, Michael. Understanding Physical Geography. Part 6: The Biosphere. Our Planet Earth Publishing, 2017, p. 10 535 mln. metų senumu datuojama rasta anksčiausia kriauklė. Prieš 530 mln. metų šarvuotieji gyvūnai − trilobitai, gausiai paplito viso pasaulio sekliuose vandenyse. 475 mln. metų senumo yra anksčiausios sporų fosilijos sausumoje. Apie prieš 430 mln. metų senumo sporų fosilijų radimviečių labai pagausėjo, kas rodo lemiamą gyvų organizmų žingsnį iš jūros į sausumą, pradėtos rasti samanų ir šiuolaikinius augalus primenančios fosilijos. Apie prieš 400 mln. metų primityvūs stiebiniai-gysliniai augalai paplito tolimesniuose nuo pakrančių sausumos plotuose. Ilgainiui augalai išvystė lapus ir prieš 360 mln. metų sausumą pradėjo dengti miškai. 395 mln. metų senumo fosilija, rasta Kinijoje, rodė tarpinį vandens gyvūnų pelekų virtimą kojomis. Prieš 375 mln. metų vaikščiojanti žuvis tapo pirmuoju keturkoju sausumos gyvūnu. Prieš 340 mln. metų išsivystė varliagyviai, iš kurių prieš 320 mln. metų išsivystė ropliai.Pidwirny, Michael. Understanding Physical Geography. Part 6: The Biosphere. Our Planet Earth Publishing, 2017, p. 11 Didelis kiekis augmenijos lėmė, kad prieš 300 mln. metų pradėjo susidaryti akmens anglies depozitai. Dėl fotosintezės ir karbonizacijos deguonies kiekis atmosferoje augo ir prieš 300 mln. metų pasiekė 30 %, o gal ir dar daugiau, kas patvirtinama to meto gintare rastų oro burbuliukų analize. Paplito milžiniški vabzdžiai.

Gyvybė Žemėje klestėjo iki prieš 251 mln. metus įvykusio masinio rūšių išnykimo, kurio metu pranyko 70 % sausumos rūšių ir net 96 % vandens rūšių, tarp kurių ir trilobitai. Mokslininkai nėra tikri, kas iššaukė masinį rūšių išnykimą − tai tikriausiai lėmė keletas faktorių: deguonies koncentracijos atmosferoje smukimas iki 20 %, mažas ledynmetis, dėl kurio nuseko žemyninio šelfo vandenys, suaktyvėjusi ugnikalnių veikla, dėl kurios į atmosferą buvo išmestas didelis nuodingų sieros junginių kiekis, tikėtinas ozono sluoksnio suirimas. Po šio rūšių išnykimo Žemėje prieš 230 mln. metų prasidėjo dinozaurų era. Prieš 205 mln. metų sekė dar vienas mažesnis masinis rūšių išnykimas, susijęs su supervulkano išsiveržimu, per kurį pražuvo daug konkuruojančių dinozaurams rūšių. Prieš 140 mln. metų pradėjo dominuoti žiedus kraunantys ir vaisius (sėklas) veisiantys augalai.Pidwirny, Michael. Understanding Physical Geography. Part 6: The Biosphere. Our Planet Earth Publishing, 2017, p. 12 Tuo metu deguonies kiekis atmosferoje nukrito iki 15 % ir lėtai atsistatė iki dabartinio lygio. Dinozaurai dominavo sausumoje, o amonitai jūrose. Dinozaurų era užsibaigė apie prieš 65 mln. metų į dabartinio Jukatano vietą nukritus didžiuliam meteoritui. Cunamio ir miškų gaisrų banga persirito per planetą. Meteorito nukritimas sutapo su tuomet Indijoje vykusiais ugnikalnių išsiveržimais ir nusekusiu jūrų lygiu, kurio mokslininkai iki šiol negali paaiškinti. Išliko iš dinozaurų išsivystę paukščiai, amonitai visiškai išnyko. Po 15 mln. metų Žemėje pradėjo dominuoti žinduoliai.

 Galerija 

 Išnašos 

 Nuorodos 
 nasa.gov / Earth (Žemės planeta) | anglų k.
 nasa.gov / Earth Observatory (Žemės observatorija) | anglų k.

Kategorija:Žemė