Stavba Zeme

Väčšina hornín je tvorená kremičitanovými minerálmi, obsahujúcimi veľmi obmedzené množstvo prvkov. Ako vidno z tabuľky vpravo, prvých osem prvkov je obsiahnutých v 98 % hornín, a len dvanásť prvkov tvorí až 99,3 % hornín. Distribúcia chemických prvkov v zemskom telese však nie je rovnomerná. S vývojom Zeme sa ťažie prvky presúvali k jadru, ľahšie stúpali na povrch (diferenciácia).

Kôra pod kontinentmi sa nazýva SiAl (podľa začiatočných písmen latinských názvov dvoch jej najhojnejších prvkov kremíka a hliníka). Kôra pod oceánmi sa nazýva aj SiMa (pomenovaná opäť podľa najhojnejších prvkov kremíka a horčíka). Sialické kontinenty vytvorené z ľahších materiálov než je SiMa, plávajú na nej ako ľadovce v mori. Kontinenty sú pokryté vrstvou zvetralín. Na SiMe, spočíva ešte pomerne tenká vrstva sedimentov a láv.

• Kôra je zložená prevažne z alkalických kremičitanov a hlinitokremičitanov, priemerný obsah oxidov: Fe₂O₃ + FeO 4 %, Al₂O₃ 14 %, SiO₂ 69 %, oceánska kôra je zložená prevažne z bazaltu (opäť hlavne kremičitany, priemerný obsah oxidov: SiO₂ 48 %, Al₂O₃ 15 %, CaO 11 %, Fe₂O₃ + FeO 11 %, MgO 9 %).
• Plášť je zložený z železitých a horečnatých kremičitanov, obsah oxidov: SiO₂ 43 %, MgO 37 %, Fe₂O₃ + FeO 12 %, CaO 3 %.
• Jadro pozostáva pravdepodobne z oxidov a sulfidov železa a niklu v roztavenom stave (Fe₂O₃ + FeO 90 %, NiO 8 %).

S narastajúcou hĺbkou sa zvyšuje hustota, preto sa vo vyšších vrstvách nachádzajú horniny ľahšie: pevninská kôra má priemerné zloženie zodpovedajúce granodioritu, nie až granitu[1]. Na povrchu sa vyskytujú aj veľké masy vápencov a dolomitov, ktorých zloženie je výrazne odlišné, ale celkovo predstavujú len malý objem kôry. Kontinentálna kôra je teda tvorená prevažne kremeňom a živcami. Oceánska kôra je tvorená bazaltami. Mineralogický je tvorená prevažne živcami, menej olivínom. V plášti sa nachádzajú ťažšie horniny, najmä peridotity (horečnato-železité kremičitany), mineralogicky hlavne olivín a pyroxény. Jadro je tvorené oxidmi, príp. sulfidmi železa a niklu.

Zemská kôra, na ktorej žijeme, je pevná a v pomere k celej Zemi nie je hrubšia ako škrupina na vajci (zaberá 1,5 % objemu Zeme). Delí sa na kontinentálnu a oceánsku kôru. O jej vrchnej časti máme mnoho poznatkov, získaných priamym pozorovaním, o hlbšej časti zasa štúdiom zemetrasných vĺn.

Kontinentálna kôra je v priemere 35 km hrubá (30 – 100 km). Jej horninové zloženie je heterogénne (obsahuje rôzne horniny), aj keď ako najbežnejšia sa vyskytuje granit. Oceánska kôra je tenšia (priemerne 5 km), má väčšiu priemernú hustotu (kontinentálna kôra: 2,3 g.cm⁻³, oceánska: 2,7 kg.dm⁻³). Jej zloženie je monotónnejšie (prevažne bazalty). Jej vek nie je väčší ako 200 mil. rokov.

Kôra je od plášťa oddelená rozhraním, na ktorom sa náhle mení hustota (z 2,9 na 3,3 kg.dm⁻³). Toto rozhranie sa nazýva Mohorovičićova diskontinuita alebo Moho. Táto diskontinuita je považovaná za bázu zemskej kôry, dosahuje pod kontinentami priemernú hĺbku 35 km, pod oceánmi 10 km.

Hrúbka kôry sa pohybuje od cca 5 km pod oceánmi, až po 40 km pod pevninami. Miestami napr. pod Himalájami dosahuje aj 100 km.

Vrstvy atmosféry

Zemský plášť sa rozdeľuje na vrchný a spodný. Vrchný plášť sa skladá z tenkej pevnej vrstvy siahajúcej pod Moho do hĺbky 60 – 100 km, ďalej z plastickej vrstvy astenosféry hrubej cca 200 km a napokon zo spodnej vrstvy hrubej 700 km. Vrchná vrstva vrchného plášťa spolu so zemskou kôrou tvoria pevnú litosféru, ktorá je rozlámaná na dosky, pohybujúce sa na astenosfére. Tlak a teplota (blízka bodu jej topenia) robia totiž astenosféru takmer tekutou, plastickou.

Vrchný plášť oddeľuje od spodného opäť diskontinuita (nárast hustoty z 3,3 na 4,3 kg.dm⁻³). Hustejší spodný plášť zrejme pozostáva z peridotitu, ktorý obsahuje minerály vyššej hustoty, vytvorené tlakom nadložných hornín. Medzi spodným plášťom a jadrom v hĺbke 2 900 m leží ďalšia diskontinuita (zmena hustoty z 5,5 na 10 kg.dm⁻³). Toto je Gutenbergova diskontinuita.

Zemské jadro, zložené pravdepodobne zo zliatiny železa a niklu, je v hĺbke 5 150 km rozdelené na vonkajšiu a vnútornú zónu. Predpokladá sa, že vonkajšia zóna je tekutá, lebo sa v nej zastavujú priečne zemetrasné vlny S, zatiaľ čo vnútorná zóna je pevná, pretože pozdĺžne vlny P sa v nej pohybujú o niečo rýchlejšie. Na rozhraní vonkajšieho a vnútorného jadra sa opäť mení hustota z 12,3 na 13,3 kg.dm⁻³ a v strede Zeme dosahuje asi 17 kg.dm⁻³.

Zem je jediná planéta Slnečnej sústavy, ktorej povrch je pokrytý vodou v tekutom stave. Voda pokrýva 71 % povrchu Zeme (z toho 97 % tvorí morská a zvyšok sladká voda). Voda sa na Zemi udrží vďaka kombinácii niekoľkých faktorov: vzdialenosti od Slnka, vulkaniznmu, gravitácii, magnetickému poľu Zeme, skleníkovému efektu a kyslíkovej atmosfére.

Zem je za hranicou orbitu, kde by bolo dostatočne teplo na udržanie vody v kvapalnom stave. Toto je možné aj vďaka skleníkovému efektu. V minulosti (cca pred 580 mil. rokmi) bola Zem celá zamrznutá – ľadová Zem (Snowball Earth).

Na iných vnútorných planétach (napr. Venuša) je vodná para v atmosfére pôsobením ultrafialového žiarenia rozšitepovaná na vodík a kyslík a vodík následne uniká z astmosféry. Tento proces je síce pomalý, ale nezvratný, čo je aj jedna z hypotéz, prečo Venuša nemá vodu. Kyslík, keďže nemá vodík, potom reaguje s povrchovými minerálmi. Ozónová vrstva v stratosfére absorbuje väčšinu ultrafialového žiarenia, tým zabráni štiepeniu vody. Ozón sa môže vytvárať len v atmosfére s vysokým obsahom kyslíka, ktorý závisí od biosféry. Magnetické pole Zeme zabraňuje prenikaniu iných vysokoenergetických častíc zo Slnka (slnečný vietor).

Napokon, sopečnou činnosťou sa na povrch dostáva značné množstvo vodnej pary z vnútra Zeme. Subdukované vápence sú recyklované a do atmosféry sa dostávajú ako oxid uhličitý a vodná para. Hmotnosť hydrosféry je 1,4×10²¹ kg, čo je 0,023 % celkovej hmotnosti Zeme.

Zem má relatívne hrubú atmosféru zloženú z dusíka (78 %), kyslíka (21 %) a argónu (1 %). Zvyšok tvoria ostatné plyny (oxid uhličitý, vodná para, hélium, atď.). Atmosféra je nárazníkom medzi povrchom Zeme a slnečným žiarením. Jej zloženie je s časom premenlivé, závisí od biosféry. Hmotnosť atmosféry je 5,1×10¹⁸ kg, čo je 0,9 ppm celkovej hmotnosti Zeme.

Teplo sa na zemský povrch dostáva konvekčným prúdením (v kvapalnom, alebo plastickom prostredí) a vedením (v pevnom prostredí), tak, že teplejší materiál stúpa k povrchu a chladnejší klesá. V jednotlivých vrstvách sú tieto pohyby nerovnomerné. Vo vonkajšom jadre sú rýchlosti pohybu okolo 10 km.h⁻¹ (je predpoklad že tento pohyb zapríčiňuje zemský magnetizmus), kým v plášti rádovo 10 000-krát nižšie (okolo 1 cm/rok). Napriek tomu, že je tento pohyb omnoho pomalší má priamy vplyv na tvar povrchu Zeme. Keďže na plastickej astenosfére, v ktorej prebieha tento pohyb, leží pevná litosféra, je táto týmto pohybom unášaná a tým dochádza k formovaniu kontinentov (platňová tektonika).