علوم زمین یک زمینه مطالعاتی فریبنده است که شامل درک ویژگی های فیزیکی سیاره ما، از هسته عمیق آن تا پوشش جوی آن است. از طریق دریچه رشته های مختلف مانند زمین شناسی، هواشناسی، اقیانوس شناسی و ستاره شناسی، دانش آموزان بینشی در مورد نحوه عملکرد و تعامل سیستم های زمین به دست می آورند. این درس مفاهیم اساسی علم زمین را بررسی می کند و درک اساسی از علوم طبیعی را همانطور که در زمین ما اعمال می شود ارائه می دهد.
زمین از چندین لایه تشکیل شده است که هر کدام دارای خواص و ترکیبات منحصر به فردی هستند. در ابتدایی ترین حالت، این لایه ها را می توان به پوسته، گوشته، هسته بیرونی و هسته داخلی تقسیم کرد.
تئوری تکتونیک صفحه ای توضیح می دهد که چگونه پوسته زمین به چندین صفحه تقسیم می شود که روی گوشته نیمه سیال زیر شناور هستند. فعل و انفعالات این صفحات می تواند باعث زلزله، فعالیت های آتشفشانی و تشکیل رشته کوه ها و حوضه های اقیانوسی شود. صفحات به دلیل گرمای داخل گوشته زمین حرکت می کنند و جریان های همرفتی ایجاد می کنند. این جریان ها را می توان با استفاده از معادله انتقال حرارت همرفتی توصیف کرد: \(q = h \cdot A \cdot (T s - T f)\) که در آن \(q\) گرمای منتقل شده در واحد زمان، \(h\) است. \(h\) ضریب انتقال حرارت، \(A\) ناحیه ای است که گرما از طریق آن منتقل می شود، \(T s\) دمای سطح و \(Tf\) دمای سیال است.
چرخه سنگ فرآیندهایی را نشان می دهد که انواع سنگ های روی زمین را تولید و تغییر می دهند. سه نوع سنگ اصلی عبارتند از آذرین، رسوبی و دگرگونی. سنگ های آذرین از ماگما یا گدازه سرد شده تشکیل می شوند. سنگ های رسوبی از فشرده شدن رسوبات ایجاد می شوند. سنگ های دگرگونی از دگرگونی انواع سنگ های موجود در اثر گرما، فشار یا سیالات فعال شیمیایی به وجود می آیند. این چرخه برای درک پوسته زمین و منابعی که فراهم می کند بسیار مهم است.
آب و هوا به شرایط موقت جو در یک مکان و زمان خاص مانند دما، رطوبت، بارندگی، ابری و سرعت باد اشاره دارد. از سوی دیگر آب و هوا نشان دهنده میانگین بلند مدت شرایط آب و هوایی در یک منطقه خاص است. مطالعه آب و هوا و آب و هوا برای درک محیط زیست زمین و پیش بینی شرایط آینده ضروری است. فرآیندهای اساسی جوی شامل انتقال انرژی بین سطح زمین و جو است که اغلب با فرمول اثر گلخانه ای توصیف می شود: \(E = \sigma T^4\) که در آن \(E\) انرژی تشعشعی ساطع شده در هر واحد است. واحد سطح، \(\sigma\) ثابت استفان بولتزمن است و \(T\) دمای مطلق بر حسب کلوین است.
هیدروسفر تمام آب های سطح زمین از جمله اقیانوس ها، دریاچه ها، رودخانه ها و یخچال های طبیعی را در بر می گیرد. اقیانوس ها که حدود 71 درصد از سطح زمین را پوشانده اند، نقش اساسی در تنظیم آب و هوا، الگوهای آب و هوا و چرخه آب دارند. هیدروسفر با دیگر سیستم های زمینی تعامل دارد و به طور قابل توجهی بر توزیع جهانی گرما از طریق جریان ها و چرخه آب از طریق تبخیر و بارش تأثیر می گذارد.
جو زمین لایه نازکی از گازها است که سیاره را احاطه کرده است. عمدتاً از نیتروژن (78٪)، اکسیژن (21٪) و مقادیر کمی از گازهای دیگر تشکیل شده است. اتمسفر با جذب اشعه ماوراء بنفش خورشید، گرم کردن سطح از طریق حفظ گرما (اثر گلخانه ای) و کاهش دمای شدید بین روز و شب، از حیات روی زمین محافظت می کند. لایه های جوی شامل تروپوسفر، استراتوسفر، مزوسفر، ترموسفر و اگزوسفر هستند که هر کدام با شرایط و فرآیندهای متفاوتی مشخص می شوند.
سیاره ما بخشی از منظومه شمسی است که در کهکشان راه شیری قرار دارد. زمین به دور خورشید می چرخد و ماه به دور زمین می چرخد. مطالعه زمین در زمینه کیهان به ما کمک می کند تا جایگاه آن در فضا و تأثیر پدیده های فرازمینی مانند تشعشعات خورشیدی و شهاب سنگ ها را بر روی سیستم های زمین درک کنیم.
علوم زمین نمایی کلی از سیاره ما ارائه می دهد که شامل مطالعه ویژگی های فیزیکی آن، چرخه هایی که در آن قرار می گیرد و مکان آن در جهان است. از طریق درک این مفاهیم، دانش آموزان قدردانی عمیق تری از سیستم های پیچیده ای که زمین را به سیاره ای منحصر به فرد و پویا تبدیل می کند، به دست می آورند.
