قاره ها
· تغييرات آب و هوايي زمين
در خلال تاريخ، آب و هواي زمين بار ها دستخوش تغييرات اساسي شده است. بين ۸۰۰ تا ۶۰۰ ميليون سال پيش در طي دوره اي به نام پرکامبرين (Precambrian)، زمين تغيراتي فراواني را با عنوان عصر يخبندان تجربه کرده است. آب و هوا به شدت سرد شده است و دانشمندان معتقدند که بخش عمده و يا همه زمين چندين بار يخ زده است. زمين شناسان تخمين مي زنند که زمين تا کنون چهار بار يخ زده است. بيشتر اوقات، زمين بدون يخ بوده است. دو دوره يخبندان جزئي حدود ۴۵۰ ميليون سال پيش و ۲۵۰ ميليون سال پيش رخ داده اند. در چند ميليون سال اخير دماي زمين سرد شده است. از حدود ۲ ميليون سال پيش، با شروع دوره اي به نام پليستوسن (Pleistocene) يا دوره چهارم زمين شناسي، تجمع و انباشته شدن يخ در قاره ها آغاز گرديد.
آخرين دوران کامل يخبندان حدود 000/70 سال پيش آغاز شد و گسترش آن تا 000/18 سال پيش به طول انجاميد. توده ها و لايه هاي عظيم يخ به بيرون از بستر درياچه هاي بزرگ آمده و مسير رودخانه ها بسته شدند. رودخانه هاي مي سي سي پي، ميسوري و اهايو کاملا دگرگون شدند. اين دوران 500/11 سال پيش به پايان رسيد. اغلب دانشمندان معتقدند که زمين هم اکنون در دوران بين دو عصر يخبندان به سر مي برد و عصر جديد يخبندان در راه است.
دانشمندان علت واقعي اين پديده را به طور کامل درنيافته اند. اغلب آنان بر اين باورند که تغييرات جزئي در مدار و زاويه محور طولي زمين در اثر تاثير گرانش سيارات ديگر، باعث مي شود که ميزان انرژي دريافتي از خورشيد تغيير کند و عصر يخبندان آغاز شود.
برخي دانشمندان نيز معتقدند که تغييرات مقدار دي اکسيد کربن در جو زمين عامل وقوع تغييرات طولاني مدت در آب و هواي زمين مي شود. دي اکسيد کربن، يک گاز گلخانه اي، گرماي خورشيد را به دام انداخته و جو زمين را گرم مي کند. بيشتر دي اکسيد کربن موجود در زمين در سنگهاي کربناتي مانند سنگ آهک حبس شده اند. آب و هواي امروز زمين مي توانست بسيار گرم تر باشد اگر دي اکسيد محبوس در سنگهاي آهک در جو زمين آزاد مي شد. وقتي کوهستانهايي با سيليکات فراوان در اثر فرسايش تجزيه مي شوند، کلسيوم و منيزيوم از سنگها آزاد مي شوند. اين عناصر با آب شسته شده و به دريا مي رسند يعني جاييکه ارگانيزم هاي زنده براي ساخت صدف هاي کربنات محافظ، اين مواد شيميايي را جذب مي کنند. اين ارگانيزم در نهايت مرده و به کف دريا مي رود و در آنجا با تجمع و رسوب در تشکيل سنگ هاي آهکي شرکت مي کند. اين فرايند که چرخه کربنات - سيليکات نام دارد، دي اکسيد کربن موجود در هوا را جذب مي کند. با کم شدن دي اکسيد کربن در هوا، گرماي خورشيد در زمين باقي نمي ماند در نتيجه هوا آنقدر سرد مي شود که مي تواند يک دوران يخبندان را آغاز کند.
سنگ آهک پس از فرسايش، دي اکسيد کربن را به هوا پس مي دهد و به اين صورت گرما را در زمين توزيع مي کند. به علاوه قسمتي از اين سنگها بر اثر سابداکشن به درون جبه فرو مي روند. در آنجا به سبب گرما و فشار زياد به ماگما تبديل مي شوند. دي اکسيد کربن موجود در ماگما مي تواند از طريق فوران هاي آتشفشاني به هوا باز پس داده شود.
تئوري پردازان مي گويند در خلال دوران پيش کامبرين آتشفشانها مقادير زيادي دي اکسيد کربن را به جو زمين فرستاده اند. اين گاز به دليل تاثيرات گلخانه اي هواي زمين را گرم و باعث ذوب شدن يخهاي عصر يخبندان شده است.
· تاريخ زمين
تاريخ زمين در سنگهاي پوسته آن ثبت شده است. اين سنگها از زمان تشکيل زمين تا کنون در حال شکل گيري، فرسايش و شکل گيري مجددند. به محصول فرسايش رسوب مي گويند. رسوب در لايه هايي به نام استراتا تجمع مي کند. استراتا ها حاوي مدارکي مي باشند که به زمين شناسان در شناخت گذشته زمين کمک مي کنند. اين مدارک حاوي ترکيب بندي استراتا، جهت رسوب استراتا و نوع فسيلهاي موجود در استراتا مي باشند.
کاوش هاي فضايي نيز فهم ما را از زمين تا حد زيادي افزايش داده اند. تلسکوپ فضايي هابل نقش ستاره ها را در اجراي فرايند سياره سازي مشاهده کرده است. از اواسط سالهاي ۱۹۹۰، دانشمندان ستاره هاي ديگري را که داراي سياره مي باشند کشف کرده اند. اين اکتشافات به دانشمندان کمک مي کند که تئوري هاي خود درباره تشکيل زمين را گسترش و پيشرفت دهند.
· سن زمين
دانشمندان فکر مي کنند که احتمالا زمين همزمان با اجرام ديگر منظومه شمسي شکل گرفته است. آنها متوجه شده اند که سنگ هاي آسماني کندريت، بازمانده هايي از تشکيل منظومه شمسي که دستخوش تغيير نشده اند، سني معادل ۶/۴ بيليون سال دارند. دانشمندان بر اين باورند که زمين و ديگر سيارات نيز احتمالا چنين سني دارند. آنها سن سنگها را با اندازه گيري مواد راديواکتيو موجود در آنها مانند اورانيوم، تخمين مي زنند. عناصر راديواکتيو با يک سرعت و روال مشخص به عناصر ديگر تبديل مي شوند. براي مثال اورانيوم با از دست دادن
تشعشع، به سرب تبديل مي شود. دانشمندان زماني که براي اين تبديل لازم است را مي دانند. آنها مي توانند سن سنگ را با مقايسه نسبت اورانيوم به سرب تشخيص دهند.
· شکل گيري زمين
بيشتر دانشمندان بر اين باورند که منشا منظومه شمسي يک لايه ابر نازک در فضا بوده است. خود خورشيد نيز از همين ابر و قسمتي از آن که ضخيم تر از بقيه بوده است، به دنيا آمده. گرانش اين ابر سبب انقباض آن و کشيده شدن ذرات و غبار به سمت مرکز آن شد. بيشتر اين ابر در مرکز آن براي تشکيل خورشيد جمع گرديد اما حلقه بزرگي از مواد نيز در حال گردش دور آن باقي ماند. ذرات اين حلقه با يکديگر برخورد کرده و منجر به تشکيل اجرام بزرگتر شدند. اين اجرام نيز به نوبه خود باهم برخورد کردند و سيارات منظومه شمسي را طي فرايندي با نام "رشد پيوسته" تشکيل دادند.
· پيشرفتهاي زمين
دانشمندان به اين تئوري دست يافته اند که زمين در آغاز جرمي سنگي، بدون آب و احاطه شده با گاز بوده است. مواد راديواکتيو در سنگ ها و فشار افزاينده درون زمين گرماي لازم را براي ذوب شدن داخل آن فراهم نمودند. عناصر سنگين مانند آهن، فرو رفتند. سنگهاي سيليکات سبک نيز به سطح زمين آمده و پوسته اوليه آن را شکل داده اند. گرماي درون زمين باعث گرديد که مواد شيميايي ديگري از اعماق زمين به سطح آن برسند. بعضي از اين مواد شيميايي منجر به تشکيل آب شدند و بقيه گازهاي جو زمين را به وجود آوردند.
در سال ۲۰۰۱، يک تيم بين المللي از دانشمندان، کشف کريستالهاي زيرکن (zircon) با قدمت ۴/۴ بيليون سال را اعلام کردند. زيرکن از عناصر زيرکنيوم، سيليکون و اکسيژن ساخته شده، بسيار سخت است و در برابر عوامل فرسايش بسيار پايدار و با دوام است. با آناليز شيميايي زيرکن، دانشمندان تشخيص دادند که در زمان تشکيل کريستالها، در سطح زمين آب وجود داشته است. آنها نتيجه گرفتند که پوسته زمين و اقيانوسها ۲۰۰ ميليون سال پس از شکل گيري سياره ايجاد شده اند.
ستاره شناسان معتقدند که خورشيد در اوايل تشکيل زمين حدود ۳۰ درصد ضعيف تر از امروز بوده است. قديمي ترين سنگها گواه اين امر مي باشند که زمين به اندازه اي گرم بوده است که آب مايع در سطح آن وجود داشته. دانشمندان همچنين بر اين باورند که اتمسفر زمين براي جذب گرما، ضخيم تر از زمان فعلي بوده است. طي ميليونها سال رفته رفته آب در قسمتهاي گود پوسته زمين جمع شده و اقيانوسها را شکل داده است.
پس از دوره اصلي شکل گيري سيارات، بيشتر اجرام باقيمانده در منظومه شمسي به سمت سيارات تازه شکل گرفته متمايل شدند. برخوردهاي پي در پي سيارات با اين اجرام با انفجارهاي زيادي همراه بود. همين برخوردها باعث ايجاد چاله هاي فراوان در سطح ماه، مريخ، ونوس و عطارد شده اند. زمين نيز در معرض اين برخوردها قرار گرفته است اما چاله هاي به وجود آمده در اثر برخوردها، در طي مرور زمان و به واسطه فرسايش و صفحات تکتونيک از بين رفته اند. زمين شناسان معتقدند که قسمت زيادي از پوسته قاره اي در ۵/۳ بيليون سال پيش شکل گرفته است. شواهدي وجود دارد مبني بر اينکه صفحات تکتونيک از ۲ بيليون سال پيش فعال شده اند.
بعضي از دانشمندان باور دارند که جو اوليه زمين شامل هيدروژن، هليوم، متان و آمونياک، شبيه به جو کنوني سياره مشتري، بوده است. بعضي ديگر از دانشمندان معتقدند که جو اوليه حاوي مقادير زيادي دي اکسيد کربن، مانند جو فعلي ونوس، بوده است. چيزي که همه دانشمندان آن را باور دارند اين است که در جو اوليه زمين مقدار نا چيزي اکسيژن وجود داشته است. دانشمندان تشخيص داده اند که در حدود ۲ بيليون سال پيش،تغيير شديدي در جو زمين پديد آمده است. دليل اين ادعا اين است که تشکيل نوعي خاص از سنگ آهن که در شرايط کمبود اکسيژن ايجاد مي شود، در آن تاريخ متوقف شده است. در عوض مقادير زيادي رسوب سنگ ماسه قرمز شروع به شکل گيري نمود. رنگ قرمز به دليل واکنش آهن با اکسيژن و ايجاد اکسيد آهن يا زنگ آهن ناشي مي شود. وجود سنگ ماسه مدرکي براي وجود مقداري اکسيژن در جو زمين است. هوا در آن موقع قابل استنشاق نبود اما حدود ۱ درصد حاوي اکسيژن بود.
بيشتر اکسيژن فعلي موجود در هوا توسط گياهان و ارگانيزم هاي ميکروسکوپي تامين مي شود. اين ارگانيزمها دي اکسيد کربن هوا را استفاده کرده و در روندي به نام فتوسنتز اکسيژن توليد مي کنند. به اين صورت مقدار اکسيژن موجود در هوا افزايش پيدا نموده و با پيشرفت ارگانيزم هاي توليد کننده اکسيژن، اين گاز در هوا به حد وفور رسيده است.