آب‌کُره یا هیدروسفر
فراوانی آب در سطح زمین، عاملی است که باعث شده زمین نسبت به دیگر سیاره‌های سامانهٔ خورشیدی متفاوت باشد و نام «سیارهٔ آبی» بر آن گذاشته شود. هیدروسفر زمین عبارت است از تمام آب‌های سطح زمین، از دریاها، دریاچه‌ها، رودخانه‌ها و آب‌های زیرزمینی تا عمق ۲۰۰۰ متری، گرفته تا آب اقیانوس‌ها همگی در عنوان آب‌کره یا هیدروسفر جای می‌گیرند. عمیق‌ترین جایی از زمین که در آن می‌توان آب زیرزمینی پیدا کرد، گودال چلنجر و درازگودال ماریانا در اقیانوس آرام در عمق ۱۰٬۹۱۱٫۴ متری است.[یادداشت ۱۲][۹۴]
جرم اقیانوس‌ها ۱٫۳۵×۱۰۱۸ تن، برابر با ۱/۴۴۰۰ از جرم کل زمین زمین است. سطح پوشش اقیانوس‌ها ۳٫۶۱۸×۱۰۸ کیلومتر مربع و عمق متوسط آن در سراسر زمین ۳٬۶۸۲ متر است؛ که اگر حجم آن را برآورد کنیم حجمی نزدیک به ۱٫۳۳۲×۱۰۹ کیلومتر مکعب می‌شود.[۹۵] اگر آب اقیانوس‌ها در تمام سطح زمین گسترده می‌شد در آن صورت عمق اقیانوس‌ها بیش از ۲٫۷ کیلومتر می‌شد.[یادداشت ۱۳] نزدیک به ۹۷٫۵ درصد از آب‌های موجود در سطح زمین شور و ۲٫۵ درصد شیرین است که ۶۸٫۷درصد آب‌های شیرین در حال حاضر یخ زده‌اند.[۹۶]
متوسط نمک موجود در آب اقیانوس‌ها ۳۵ گرم در یک کیلوگرم از آب دریا است. (۳۵‰) این نمک از راه فعالیت‌های آتشفشانی یا از حل شدن نمک‌های موجود در سنگ‌های آذرین سرد شده وارد آب‌ها شده‌است.[۹۷] همچنین اقیانوس‌ها مخزن گازهای جو زمین نیز هستند. این گازها که در آب حل شده‌اند، برای ادامهٔ زندگی بسیاری از گونه‌های حیات در زیر آب، ضروری اند.[۹۸] آب دریاها نقش مهمی در چگونگی آب و هوای جهان دارد. در این میان اقیانوس‌ها به عنوان یک منبع گرمایی بزرگ عمل می‌کنند.[۹۹] جابجایی و دگرگونی دما در گسترهٔ اقیانوس باعث جابجایی‌های بزرگی در دمای هوا می‌شود. برای نمونه می‌توان از ال‌نینیو یاد کرد.[۱۰۰]
هوا کُره
فشار هوا در سطح زمین به صورت میانگین ۱۰۱٬۳۲۵ کیلو پاسکال است و بلندای آن تا ۸٫۵ کیلومتر اندازه‌گیری شده‌است.[۲] می‌توان گفت ۷۸٪ آن از نیتروژن، ۲۱٪ آن از اکسیژن ساخته شده‌است. همچنین اندکی از گازهای بخار آب، دیاکسید کربن و دیگر مولکول‌های گازی می‌توان در آن پیدا کرد. بلندای گشت‌سپهر بسته به عرض جغرافیایی متفاوت است برای نمونه در دو قطب ۸ کیلومتر و در استوا ۱۷ کیلومتر است. البته آب و هوا و عامل‌های فصلی هم می‌توانند تأثیر گذار باشند.[۱۰۱]
زیست‌کرهٔ زمین توانسته‌است دگرگونی‌های بزرگی در هواکره پدید آورد. پیشینهٔ اکسیژنی که از فرایند نورساخت در هواکره تولید شده به تقریباً ۲۷۰۰ میلیون سال پیش باز می‌گردد. این فرایند (رویداد بزرگ اکسیژنی)، سازکار هواشناسی زمین را دگرگون کرد. لایه‌ای از گاز اوزون را ساخت که پوششی برای زمین در برابر پرتوهای فرابنفش آمده از نور سفید خورشید بود و امکان جابجایی برخی گازهای ارزشمند مانند بخار آب را فراهم کرد. همچنین هواکره باعث می‌شد تا شهاب‌وارهای کوچک پیش از برخورد با زمین در آسمان بسوزند. هواکره در متعادل کردن دمای زمین هم مؤثر است.[۱۰۲] در این پدیده که اثر گلخانه‌ای نام دارد گرمایی که از سطح زمین بیرون رفته‌است در میان مولکول‌های هواکره نگه داشته می‌شود. بخار آب، دیاکسید کربن، متان و اوزون از گازهای گلخانه‌ای اصلی در هواکرهٔ زمین اند. اگر چنین پدیدهای نبود، میانگین دمای زمین بجای ۱۵ درجهٔ سانتی‌گراد که اکنون است، باید ۱۸- درجه می‌شد که در این دما امکان پدیدار شدن زندگی بسیار پایین است.[۸۶]
آب و هوا
- نوشتار اصلی: آب و هوا و اقلیم
هواکرهٔ زمین دارای مرز روشنی نیست. کم‌کم نازک و نازک‌تر می‌شود تا آن که در پایان در فضای بیرونی ناپدید می‌گردد. سه-چهارم جرم هواکره در ۱۱ کیلومتر نخست از سطح زمین جای گرفته‌است. پایین‌ترین لایهٔ آن گشت‌سپهر نام دارد. انرژی آمده از سوی خورشید باعث گرم شدن این لایه و سطح زیرین آن و درنتیجه پراکنده گشتن هوا می‌گردد، آنگاه لایهٔ هوای با چگالی کمتر بالا می‌رود و جای آن را لایهٔ سردتر که چگالی بیشتری دارد، پُر می‌کند. نتیجهٔ این فرایند چرخهٔ هواکره است که باعث پخش شدن انرژی گرمایی در زمین می‌شود.[۱۰۳]
نخستین چرخه‌های هواکره‌ای از دسته‌هایی از باد بسامانها در منطقهٔ استوایی، پایین‌تر از عرض جغرافیایی °۳۰ و بادهای بیش‌وز در عرض جغرافیایی میانی که خود عبارت است از منطقهٔ میان °۳۰ و °۶۰ ساخته شده بود.[۱۰۴] همچنین جریان‌های اقیانوسی عامل‌های مهمی در چگونگی آب و هوا دارند، بویژه گردش دماشوری که انرژی گرمایی بدست آمده از منطقهٔ اقیانوسی استوایی را میان منطقه‌های قطبی بخش می‌کند.[۱۰۵]
بخار آبی که در سطح زمین پدید آمده‌است چون دمای بالاتری دارد به کمک جریان‌های هوا به بالا می‌رود. این بخار آب متراکم می‌شود و به صورت بارندگی به زمین باز می‌گردد.[۱۰۳] بیشتر آب بدست آمده به کمک رودخانه‌ها به سوی زمین‌های پست‌تر رانده می‌شود و بیشتر رودخانه‌ها آب را به اقیانوس‌ها و دریاها باز می‌گردانند و برخی آن را در دریاچه جمع‌آوری می‌کنند. چرخهٔ آب ساز و کاری حیاتی برای ادامهٔ زندگی در زمین است و البته عامل مهمی در فرسایش سطح زمین در طول دوره‌های زمین‌شناسی بوده‌است. بارندگی در زمین می‌تواند بسیار گسترده باشد در بعضی منطقه‌ها به‌اندازهٔ چند متر در سال باران می‌بارد و در برخی دیگر کمتر از یک میلی‌متر در سال. چرخهٔ هواکره‌ای، پستی بلندی‌های زمین و تفاوت دما همگی از عامل‌هایی‌اند که در میانگین بارندگی در هر منطقه تأثیر می‌گذارند.[۱۰۶]
هواکُرهٔ بالایی
در بالای تروپوسفر، معمولاً هواکره به بخش‌های استراتوسفر، مزوسفر و ترموسفر تقسیم می‌شود.[۱۰۲] هر لایه یک بازهٔ مربوط به خود دارد که در آن دما نسبت به ارتفاع تغییر می‌کند. فراتر از همهٔ اینها لایهٔ اگزوسفر جای دارد که آن قدر نازک می‌شود تا به مغناط‌کره برسد. جایی که میدان مغناطیسی زمین با بادهای خورشیدی اندرکنش دارد.[۱۰۷]
انرژی گرمایی باعث می‌شود برخی از مولکول‌ها که در بالاترین لایهٔ هواکرهٔ زمین‌اند سرعتشان افزایش یابد تا به جایی برسد که بتوانند از پوشش گرانش زمین بگریزند و به فضا روند. این پدیدهٔ نشت هواکره به فضا، به آرامی ولی پایدار روی می‌دهد. چون مولکول‌های آزاد هیدروژن وزن مولکولی کمی دارند و می‌توانند آسان تر از دیگران به سرعت گریز نزدیک شوند و به بیرون از هواکره نشت کنند.[۱۰۸] پدیدهٔ نشت هیدروژن، زمین را به این سو هُل داده، که از یک سیارهٔ کاهنده به یک سیارهٔ اکساینده دگرگون شود. پدیدهٔ نورساخت سرچشمهٔ اکسیژن آزاد است. اما عامل‌های کاهنده مانند هیدروژن خود پیش‌شرط مورد نیاز برای گسترش و انباشته شدن اکسیژن در هواکره‌اند.[۱۰۹] بنابراین توان هیدروژن در گریز از هواکرهٔ زمین بر طبیعت زندگی پدید آمده در این سیاره تأثیر گذاشته‌است.[۱۱۰] در سیارهٔ سرشار از اکسیژنی که امروز ما داریم بیشتر هیدروژن پیش از آنکه بتواند از زمین بگریزد به آب تبدیل شده‌است. بجای آن بیشتر کمبود هیدروژن با متلاشی شدن مولکول‌هایی مانند متان جبران می‌شود.[۱۱۱]
گرم شدن زمین
الف:
زمین (۴) > ناهید (۳) > مریخ (۲) > تیر (۱)
ب:
مشتری (۸) > زحل (۷) > اورانوس(۶) > نپتون (۵) > زمین (بدون شماره)
پ:
شباهنگ (۱۱) > خورشید (۱۰) > ولف ۳۵۹ (۹) > مشتری (بدون شماره)
ت:
دبران (۱۴) > نگهبان شمال (۱۳) > رأس پیکر پسین (۱۲) > شباهنگ (بدون شماره)
ث:
ابط‌الجوزا (۱۷) >قلب عقرب (۱۶) > پای شکارچی (۱۵) > دبران (بدون شماره)
ج:
وی‌وای سگ بزرگ (۲۰) >وی‌وی قیفاووس (۱۹) > مو قیفاووس (۱۸) > ابط‌الجوزا (بدون شماره)
گازهای اصلی تشکیل دهنده اتمسفر زمین، یعنی نیتروژن و اکسیژن، گاز گلخانه‌ای نیستند. دلیل آن این است که گازهای دواتمی مانند این دو، اشعه فروسرخ را نه جذب و نه تابش می‌کنند. دیاکسید کربن گاز گلخانه‌ای اصلی در اتمسفر است. برای اعصار متمادی درصد آن در جو پایدار مانده است، اما متأسفانه سوختن سوخت‌های فسیلی (که دارای کربن ذخیره شده هستند) به سرعت در حال افزایش دیاکسید کربن است که به طور قطع بیشترین سهم را در این حقیقت که دمای زمین درحال بالا رفتن است، دارد - پدیدهای موسوم به گرم شدن زمین.
بخار آب یکی از گازهای گلخانه‌ای است که عملاً بیشترین سهم را در اثر گلخانه‌ای دارد، یعنی چیزی بین ۳۶٪ تا ۶۶٪. مقدار بخار آب موجود در هوا از جایی به جای دیگر تفاوت چشمگیر دارد، اما در کل، فعالیت انسان بر میزان غلظت آن تأثیر مستقیم ندارد (مگر در جاهایی مثل زمین‌های آبیاری شده) و اثرات آن بر آب و هوای زمین ثابت مانده‌است.
هم اکنون مقدار دو گاز گلخانه‌ای دیگر هم در حال افزایش است:
- توانایی حفظ حرارت در متان ۲۰ برابر دیاکسید کربن است. ما هر ساله ۵۰۰ میلیون تن متان به جو اضافه می‌کنیم. این کار از طریق پرورش دام، معادن زغال‌سنگ، کندوکاو برای نفت و گاز طبیعی، مزارع برنج و پوسیدگی زباله در محل انباشت آن صورت می‌گیرد.
- هرساله بین ۷ تا ۱۳ میلیون تن اکسید نیتروژن، ناشی از کودهای نیتروژنی، فضولات حیوانی و انسانی و اگزوز خودروها، به جو وارد می‌شود.
بیش از دو درجه افزایش در دمای متوسط زمین می‌تواند عواقب بسیار زیان‌باری برای نسل بشر به بار آورد و به همین دلیل موضوع با جدیت در حال پیگیری است.[۱۱۲]
میدان مغناطیسی
میدان مغناطیسی زمین بیشتر مانند یک دوقطبی مغناطیسی بزرگ است که می‌توان گفت قطب‌های آن بر روی قطب‌های جغرافیایی این سیاره افتاده‌است. در کمربند یا خط استوای میدان مغناطیسی شدت میدان مغناطیسی در سطح زمین به ۳٫۰۵ × ۱۰−۵ تسلا و گشتاور مغناطیسی آن به ۷٫۹۱ × ۱۰۱۵ تسلا. مترمکعب می‌رسد.[۱۱۳] بر پایهٔ نظریهٔ دینامو، این میدان در منطقهٔ هستهٔ بیرونی که مایع است ساخته شده‌است. در هستهٔ بیرونی گرمای زیاد و رسانش گرمایی باعث جابجایی مواد رسانای درون آن می‌شود که این پدیده خود باعث پدید آمدن جریان‌های الکتریکی و از آن میدان مغناطیسی زمین می‌گردد. جابجایی مواد در هستهٔ بیرونی با هرج و مرج همراه‌است و باعث می‌شود که قطب‌های میدان مغناطیسی در بازه‌های زمانی گوناگون جابجایی‌هایی داشته باشد. از این رو در بازه‌های زمانی چند میلیون سال باید چشم به راه چند بار جابجایی در محل قطب‌های مغناطیسی زمین باشیم. برای نمونه، تازه‌ترین جابجایی دو قطب در ۷۰۰٬۰۰۰ سال پیش رخ داده‌است.[۱۱۴][۱۱۵]
میدان مغناطیسی زمین، در گِرداگرد آن مغناط‌کره را پدید آورده‌است. مغناط‌کره راستای وزش بادهای خورشیدی را کج می‌کند و نمی‌گذارد که به زمین برسند. ناحیهٔ شوک تعظیم، جایی که بادهای خورشیدی در برخورد با میدان مغناطیسی زمین ناگهان سرعت خود را از دست می‌دهند، در فاصله‌ای به‌اندازهٔ ۱۳ برابر شعاع زمین جای دارد. برخورد میان بادهای خورشیدی و میدان مغناطیسی کمربند وان آلن را می‌سازد. یک جفت منطقهٔ هم مرکز چنبره مانند که جایگاه ذرات باردار پرانرژی است. هنگامی که پلاسما وارد هواکرهٔ زمین در منطقهٔ قطبی می‌شود، شفق قطبی را پدید می‌آورد.
