Termins “ģeoloģiskie procesi” apzīmē dabas spēkus, kas veido planētas fizisko uzbūvi. Plākšņu tektonika, erozija, ķīmiskie laikapstākļi un sedimentācija ir piemēri spēkiem, kas būtiski ietekmē Zemes virsmu un veido tās galvenās iezīmes. Šos procesus rūpīgi pēta ģeologi un zemes zinātnieki, lai uzlabotu savu izpratni par planētas vēsturi; palīdzēt atrast noderīgus resursus, piemēram, metāla rūdas; un palīdzēt prognozēt potenciāli postošus notikumus, piemēram, zemestrīces, cunami un vulkānu izvirdumus.
Plate Tektonics
Skatoties uz Zemi no kosmosa, tā rada totāla, nekustīga miera iespaidu. Tomēr planētas vēsturē dominē sauszemes masu sadalīšanās un pievienošanās, veidojot jaunus kontinentus, kas pastāvīgi maina savas pozīcijas. Šos ģeoloģiskos procesus virza plākšņu tektonika, un tie notiek laikā, kas ir pārāk garš, lai cilvēki tos varētu tieši novērtēt. Zemes garoza sastāv no cietām iežu “plāksnēm”, kas peld uz zemāk esošā blīvāka, bet pusšķidra materiāla. Konvekcijas straumes šajā materiālā, kas pazīstams kā apvalks, laika gaitā liek šīm plāksnēm, kas veido kontinentus, pārvietoties.
Dažreiz kontinentālās plāksnes ietriecas viena otrā, veidojot kalnu grēdas, piemēram, Himalajus. Plāksnes var arī sadalīties, kā tas notiek šodien Āfrikas Riftas ielejā. Ja varētu aplūkot planētu tādu, kāda tā bija aptuveni pirms 250 miljoniem gadu, tā izskatītos ļoti savādāka nekā šodien. Tiek uzskatīts, ka tajā laikā visi kontinenti bija apvienoti vienā milzīgā “superkontinentā”, ko pētnieki sauca par Pangaea. Apmēram pirms 200-225 miljoniem gadu, tektonisku procesu vadīta, šī sauszemes masa sāka sadalīties mazākos gabalos, galu galā veidojot mūsdienu kontinentus.
Tektoniskie procesi var arī apvienot kontinentus. Daži ģeologi domā, ka Zeme ir izgājusi vairākus ciklus, kad milzīgas sauszemes masas ir sadalījušās, veidojot mazākus kontinentus, kas vēlāk atkal saplūduši kopā. Iespējams, ka bijuši vairāki iepriekšējie superkontinenti.
Zemes garoza sastāv no diviem slāņiem: kontinentālās garozas un zem tās okeāna garozas, ko veido blīvāki ieži. Okeāna garoza ir pakļauta zem okeāniem. Zem Atlantijas okeāna no mantijas nāk jauns materiāls, kas veido okeāna vidus grēdu, kamēr Amerika un Eiropa attālinās viens no otra. Citos apgabalos, tostarp Dienvidamerikas rietumu krastā, okeāna garoza nogrimst zem kontinentālās garozas tā sauktajā subdukcijas zonā. Šī procesa radītā berze šajā apgabalā ir izraisījusi vulkānismu, veidojot Andu kalnu grēdu.
Plātņu tektonika izskaidro, kāpēc zemestrīces un vulkāniskā aktivitāte mēdz notikt ap kontinentu malām. Šīs ir lielākās ģeoloģiskās aktivitātes jomas, kurās kontinentālo plātņu subdukcija vai kustība viena pret otru var izraisīt vardarbīgus notikumus. Diemžēl liels skaits cilvēku dzīvo ģeoloģiski aktīvās zonās netālu no plātņu robežām, taču cilvēki sāk izstrādāt līdzekļus, lai prognozētu katastrofas. Cieši uzraugot tādas lietas kā nelielas klinšu kustības, lūzumi un zemes pietūkums, zinātnieki dažkārt var izdot iepriekšējus brīdinājumus par zemestrīcēm un vulkānu izvirdumiem.
Izpratne par ģeoloģiskajiem procesiem, kas saistīti ar plātņu tektoniku, var arī palīdzēt atrast vērtīgus derīgo izrakteņu resursus. Materiāls no kontinentālās un okeāna garozas, kā arī no mantijas atšķiras pēc minerālu sastāva. Ģeologi var uzzīmēt plākšņu robežas un kartēt dažādu veidu garozas un mantijas iežu iespējamās pozīcijas. Apvienojot to ar zināšanām par minerālu kušanas punktiem un sekvencēm, kurās tie kristalizējas, var būt iespējams, piemēram, uzminēt iespējamo vara rūdas atradnes atrašanās vietu lielā sacietētas magmas lāsē.
erozija
Kad akmeņus nolieto ūdens, ledus vai pat vējš, to sauc par eroziju. Tas ir viens no svarīgākajiem ģeoloģiskajiem procesiem un laika gaitā var pārveidot ainavas. Ūdens vai vēja pārnēsātajām smilšu un smilšu daļiņām ir abrazīvs efekts, un tās lielā mērogā var veidot akmeņus jaunās formās. Dažas no dramatiskākajām zemes iezīmēm veido ledus ledāju veidā. Ledus iegultās smiltis un akmeņu fragmenti skrāpējas pret akmeņiem, milzīgā mērogā mainot ainavu.
Zemes pacēlums, ko izraisa divu kontinentālo plātņu sadursme, apvienojas ar erozijas spēkiem, veidojot kalnu grēdas, piemēram, Himalaju vai Alpu kalnus. Ūdens veido upju ielejas, palīdzot veidot areālu, bet, kad zeme paceļas pietiekami augstu, lai nodrošinātu pastāvīgu sniegu, veidojas ledāji. Šīs lēni plūstošās ledus upes izrauj stāvas malas, plakanu dibenu ielejas, šauras grēdas un asas, piramīdas formas virsotnes, veidojot kalnu grēdas, kuras mūsdienās pazīst lielākā daļa cilvēku. Materhorns Šveices un Itālijas Alpos ir klasisks piramīdas virsotnes piemērs.
Tekošam ūdenim ir arī liela ietekme uz ainavām. Tas veido upju ielejas un aizas atkarībā no reljefa rakstura. Viens no visievērojamākajiem ūdens erozijas piemēriem ir Lielais kanjons, vairāk nekā jūdzi (apmēram 6,000 pēdas jeb 1.83 km) dziļa aiza, kas skar Arizonas ainavu. Tas veidojās aptuveni 17 miljonu gadu laikā.
Vēja erozija var arī veicināt ainavu veidošanu, lai gan parasti mazākā mērogā. Šīs erozijas formas izraisītās pazīmes parasti ir atrodamas ļoti sausās vietās. Vējš var noņemt no zemes vaļējus materiālus, veidojot ieplakas, kas var būt diezgan lielas, piemēram, Kataras ieplakā Ēģiptē. Vēja izpūstas smiltis un smiltis var radīt mazāka mēroga ainavas objektus, piemēram, jardangus — garas, gludas grēdas, kas saskaņotas ar parasto vēja virzienu.
Ķīmiskie apstākļi
Akmens var reaģēt ar vielām, kas atrodas ūdenī vai gaisā, radot ķīmiskus laika apstākļus. Kad ieži, kas veidojas dziļi pazemē, tiek pakļauti virsmai, tie var lēnām mainīt krāsu un sabrukt, piemēram, jo dzelzs savienojumi reaģē ar skābekli gaisā. Iegūtais, vājāks materiāls var sākt veidoties augsnes vai var tikt erodēts un nogulsnēts citur.
Vēl viens bieži redzams piemērs ir kaļķakmens šķīdināšana ar skābu ūdeni. Ūdens var kļūt paskābināts ar organiskiem savienojumiem vai absorbējot vulkāniskās gāzes. Kaļķakmens sastāv galvenokārt no kalcija karbonāta, kas viegli reaģē ar skābēm. Alas un iegrimes ir bieži sastopami kaļķakmens ķīmiskās atmosfēras iedarbības rezultāti. Alās laika gaitā veidojas stalagmīti un stalaktīti, pilot un iztvaikojot ūdenim, kas satur izšķīdušu iežu materiālu.
Sedimentācija
Materiāls, kas suspendēts vai izšķīdis ūdenī, veido iežu procesā, ko sauc par sedimentāciju vai nogulsnēšanos. Tas var notikt, uzkrājoties un sablīvējot mazas daļiņas, kad tās nosēžas no ūdens, vai iztvaikojot, izraisot izšķīdušo ķīmisko vielu kristalizāciju. Šādā veidā izveidojušos iežus sauc par nogulumiežiem. Piemēri: smilšakmens, kas veidojas no smilšu graudiem; kaļķakmens, kas sastāv no mazu organismu čaumalām; un sāls un ģipša nogulsnes, kas veidojas, iztvaicējot ūdeni, kas satur šīs minerālvielas. Dažreiz nogulumieži var veidoties vairāku jūdžu biezos slāņos.
Nogulumiežu ieži var saturēt fosilijas, kuras šāda veida iežos saglabājas daudz vairāk nekā tajos, kas ir bijuši pakļauti augstām temperatūrām. Ģeologi un paleontologi ir spējuši apkopot dzīvības vēsturi uz planētas, analizējot nogulumiežu iežus un fosilijas. Fosilizētie jūras organismi, kas atrasti kalnu virsotnēs tālu no jūras, bija agrīna pazīme, ka klinšu kustība gan horizontāli, gan vertikāli kādreiz pagātnē ir notikusi milzīgā mērogā. Tā bija noteikta vecuma fosiliju līdzības dažādos kontinentos, kas galu galā noveda pie plātņu tektonikas teorijas.
Hipotēze, ka meteorīta trieciens varētu būt izraisījis dinozauru izmiršanu, radās, atklājot slāni, kas bagāts ar reto metālu irīdiju, nogulumos, kas datēti aptuveni izzušanas laikā. Šis slānis ir atrodams plaši atdalītās pasaules daļās, kur ir atsegtas pareizā vecuma ieži, kas liecina, ka tas, iespējams, nāk no ārēja avota, kas izraisīja notikumu, kam bija ārkārtīgi plaša ietekme.