Terminas „geologiniai procesai“ apibūdina gamtos jėgas, kurios formuoja fizinę planetos sandarą. Plokštės tektonika, erozija, cheminis atmosferos poveikis ir sedimentacija yra jėgų, kurios labai veikia Žemės paviršių ir lemia pagrindines jos savybes, pavyzdžiai. Šiuos procesus atidžiai tiria geologai ir žemės mokslininkai, siekdami geriau suprasti planetos istoriją; padėti surasti naudingus išteklius, pvz., metalo rūdas; ir padėti numatyti potencialiai pražūtingus įvykius, tokius kaip žemės drebėjimai, cunamiai ir ugnikalnių išsiveržimai.
Plokščių tektonika
Žvelgiant į Žemę iš kosmoso, susidaro visiškos, nepajudinamos ramybės įspūdis. Tačiau planetos istorijoje dominuoja sausumos masyvų skilimas ir susijungimas, kad susidarytų nauji žemynai, kurie nuolat keičia savo pozicijas. Šiuos geologinius procesus lemia plokščių tektonika ir jie vyksta per ilgą laiką, kad žmonės galėtų juos tiesiogiai įvertinti. Žemės pluta susideda iš kietų uolienų „plokščių“, kurios plūduriuoja ant tankesnės, bet pusiau skystos medžiagos apačioje. Dėl konvekcinių srovių šioje medžiagoje, vadinamoje mantija, šios plokštės, sudarančios žemynus, laikui bėgant juda.
Kartais žemyninės plokštės atsitrenkia viena į kitą, sudarydamos kalnų grandines, tokias kaip Himalajai. Plokštės taip pat gali suskilti, kaip šiandien vyksta Afrikos Rifto slėnyje. Jei būtų galima pažvelgti į planetą tokią, kokia ji buvo maždaug prieš 250 milijonų metų, ji atrodytų labai kitaip nei šiandien. Manoma, kad tuo metu visi žemynai buvo sujungti į vieną didžiulį „superkontinentą“, kurį tyrinėtojai vadina Pangaea. Maždaug prieš 200–225 milijonus metų, dėl tektoninių procesų, ši sausumos masė pradėjo skilti į smulkesnes dalis, galiausiai suformuodama šiuolaikinius žemynus.
Tektoniniai procesai taip pat gali sujungti žemynus. Kai kurie geologai mano, kad Žemė išgyveno keletą ciklų, kai didžiulės sausumos masės suskilo, sudarydamos mažesnius žemynus, kurie vėliau vėl susiliejo. Ankstesnių superkontinentų galėjo būti nemažai.
Žemės pluta susideda iš dviejų sluoksnių: žemyninės plutos ir po ja – vandenyninės plutos, kurią sudaro tankesnės uolienos. Vandenyno pluta atsidengia po vandenynais. Po Atlanto vandenynu iš mantijos kyla nauja medžiaga, suformuojanti vidurio vandenyno kalnagūbrį, kai Amerika ir Europa tolsta vienas nuo kito. Kitose srityse, įskaitant vakarinę Pietų Amerikos pakrantę, vandenyno pluta grimzta po žemynine pluta vadinamoje subdukcijos zonoje. Dėl šio proceso susidariusios trinties šioje vietovėje atsirado vulkanizmas, formuojantis Andų kalnagūbrį.
Plokščių tektonika paaiškina, kodėl žemynų pakraščiuose dažniausiai vyksta žemės drebėjimai ir ugnikalnių veikla. Tai yra didžiausio geologinio aktyvumo sritys, kuriose subdukcija arba žemyninių plokščių judėjimas vienas prieš kitą gali sukelti smurtinius įvykius. Deja, daug žmonių gyvena geologiškai aktyviose vietose netoli plokščių ribų, tačiau žmonės pradeda kurti priemones, skirtas numatyti nelaimes. Atidžiai stebėdami tokius dalykus kaip nedideli uolienų judėjimai, lūžiai ir žemės patinimas, mokslininkai kartais gali iš anksto įspėti apie žemės drebėjimus ir ugnikalnių išsiveržimus.
Geologinių procesų, susijusių su plokščių tektonika, supratimas taip pat gali padėti rasti vertingų mineralinių išteklių. Medžiaga iš žemyninės ir vandenyninės plutos bei iš mantijos skiriasi mineraline sudėtimi. Geologai gali nubrėžti plokščių ribas ir nustatyti galimas skirtingų tipų plutos ir mantijos uolienų vietas. Sujungus tai su žiniomis apie mineralų lydymosi taškus ir jų kristalizacijos sekas, gali būti įmanoma, pavyzdžiui, atspėti tikėtiną vario rūdos telkinio vietą dideliame sukietėjusios magmos dėmėje.
Erozija
Kai uolas nusidėvi vanduo, ledas ar net vėjas, tai vadinama erozija. Tai vienas iš svarbiausių geologinių procesų, kuris laikui bėgant gali pakeisti kraštovaizdį. Vandens ar vėjo nešamos smėlio ir smėlio dalelės turi abrazyvinį poveikį ir gali dideliu mastu uolieną suformuoti į naujas formas. Kai kurias dramatiškiausias sausumos ypatybes gamina ledas ledynų pavidalu. Į ledą įsiterpusios smėlis ir uolienų skeveldros braižosi į uolą, didžiuliu mastu keičiančios kraštovaizdį.
Dviejų žemyninių plokščių susidūrimo sukeltas žemės pakilimas susijungia su erozijos jėgomis ir sudaro kalnų grandines, tokias kaip Himalajai ar Alpės. Vanduo formuoja upių slėnius, padedantis formuoti arealą, tačiau kai žemė pakyla pakankamai aukštai, kad susidarytų nuolatinis sniegas, susidaro ledynai. Šios lėtai slenkančios ledo upės išraus stačiais, plokščiadugniais slėniais, siauromis keteromis ir aštriomis piramidinėmis viršūnėmis, sudarydamos kalnų grandines, kurias šiandien žino dauguma žmonių. Materhornas Šveicarijos ir Italijos Alpėse yra klasikinis piramidės formos viršūnės pavyzdys.
Tekantis vanduo taip pat daro didelę įtaką kraštovaizdžiui. Jis formuoja upių slėnius ir tarpeklius, priklausomai nuo reljefo pobūdžio. Vienas iš įspūdingiausių vandens erozijos pavyzdžių yra Didysis kanjonas, daugiau nei mylios (apie 6,000 pėdų arba 1.83 km) gylio tarpeklis, kuris žeidžia Arizonos kraštovaizdį. Jis susiformavo per maždaug 17 milijonų metų.
Vėjo erozija taip pat gali prisidėti prie kraštovaizdžio formavimo, nors paprastai mažesnio masto. Šios erozijos formos ypatybės dažniausiai aptinkamos labai sausose vietose. Vėjas gali pašalinti palaidas medžiagas iš žemės, sudarydamas gana dideles įdubas, tokias kaip Kataros įduba Egipte. Vėjo pučiamas smėlis ir smėlis gali sukurti mažesnio masto kraštovaizdžio ypatybes, pvz., jardangus – ilgus, lygius keterus, suderintus su įprasta vėjo kryptimi.
Cheminis oras
Uoliena gali reaguoti su vandenyje arba ore esančiomis medžiagomis, sukeldama cheminį atmosferą. Kai paviršiuje atsiskleidžia giliai po žeme susidarančios uolienos, jos gali lėtai keisti spalvą ir trupėti dėl, pavyzdžiui, geležies junginių, reaguojančių su deguonimi ore. Susidariusi silpnesnė medžiaga gali pradėti formuoti dirvožemį arba gali būti erozija ir nusėda kitur.
Kitas dažnai matomas pavyzdys yra kalkakmenio tirpimas rūgštiniu vandeniu. Vanduo gali parūgštinti organiniais junginiais arba absorbuodamas vulkanines dujas. Kalkakmenis daugiausia sudaro kalcio karbonatas, kuris lengvai reaguoja su rūgštimis. Urvai ir smegduobės yra dažni kalkakmenio cheminio atmosferos poveikio padariniai. Urvuose stalagmitai ir stalaktitai ilgainiui susidaro lašėjant ir išgaruojant vandeniui, kuriame yra ištirpusių uolienų.
Sedimentacija
Medžiaga, suspenduota arba ištirpusi vandenyje, formuoja uolienas, vykstant procesui, vadinamam sedimentacija arba nusodinimu. Tai gali nutikti dėl mažų dalelių kaupimosi ir sutankėjimo, kai jos nusėda iš vandens, arba dėl garavimo, dėl kurio kristalizuojasi ištirpusios cheminės medžiagos. Taip susidariusios uolienos vadinamos nuosėdinėmis uolienomis. Pavyzdžiui, smiltainis, susidarantis iš smėlio grūdelių; kalkakmenis, susidedantis iš mažų organizmų lukštų; ir druskos bei gipso nuosėdos, susidarančios išgarinant vandenį, kuriame yra šių mineralų. Kartais nuosėdinės uolienos gali susikaupti į kelių mylių storio sluoksnius.
Nuosėdinėse uolienose gali būti fosilijų, kurios daug labiau išliks tokio tipo uolienose nei tose, kurios buvo paveiktos aukšta temperatūra. Geologai ir paleontologai sugebėjo sudaryti planetos gyvybės istoriją, analizuodami nuosėdines uolienas ir fosilijas. Suakmenėję jūros organizmai, rasti kalnų viršūnėse toli nuo jūros, buvo ankstyvas požymis, kad uolienų judėjimas, tiek horizontalus, tiek vertikalus, praeityje vyko didžiuliu mastu. Būtent tam tikro amžiaus fosilijų panašumai skirtinguose žemynuose galiausiai atvedė prie plokščių tektonikos teorijos.
Hipotezė, kad meteorito smūgis galėjo sukelti dinozaurų išnykimą, kilo atradus sluoksnį, kuriame gausu reto metalo iridžio, esančiose maždaug išnykimo metu. Šis sluoksnis randamas plačiai atskirtose pasaulio dalyse, kur atidengta tinkamo amžiaus uoliena, o tai rodo, kad jis greičiausiai atsirado iš išorinio šaltinio, sukėlusio įvykį, turėjusį itin didelį poveikį.