زمین

مقدمه

زمین ، سومین سیاره نزدیک بهخورشید وبزرگترینسیاره در میانسیارات درونی است. ساختار درونی زمینمثل سایر سیارات درونی ازیک هسته داخلی و یکهسته خارجیبه همراه لایه‌های مذاب و نیمهمذاب و سنگی جامد تشکیل یافته است. هستهداخلی فلزی و جامد بوده و توسط هسته خارجی که فلزی و مذاب است، احاطه شده است.

زمین شرایط بسیار منحصر بفردی دارد. هیچکدام از سیارات دیگرآب مایع وجو پراکسیژن نداشته و حیات در آنها وجود ندارد. تکامل تدریجی زمین که 4.5 میلیارد سال طول کشیدهاست، همچنان بطور طبیعی و نیز بر اثر فعالیتهای انسان ادامه خواهد داشت. همچنینچگالی زمین از تمام سیارات دیگر بیشتر است.

زمین در آغاز شکل گیری

• در اوایل پیدایشمنظومهشمسی ، ذرات ریز غبار موجود در قرص خورشید که عمدتا از گاز و غبار تشکیل شدهبود، پس از برخورد به هم چسبیده و اجسام بزرگ و بزرگتری را بوجود آوردند. بدینترتیب چهار سیاره درونی از این ذرات شکل گرفتند.
• 4.5 میلیارد پیش ، زمین دارای سطحی داغ ، قرمز و نیمه مذاب بود. پس از گذشتمیلیونها سال ، سطح زمین شروع به سرد شدن نمود و پوسته جامدی ، به دور زمین بوجودآمد. گازهای داغ و مواد مذاب از لایه‌های زیرین و از طریقدهانه‌هایآتشفشانی بیرون زده و جو ضخیم زمین را بوجود آوردند. در همین مدتشهاب سنگهایزیادی به سطح زمین خوردند وهزارانگودال شهاب سنگیرا در سطح زمین بوجود آورد. و مقدار زیادی غبار به جو زمین اضافه کردند.
• پس از یک میلیارد سال ، زمین به اندازه کافی سرد شده بود تا بخار آب موجود درجو متراکم شده و قطرات آب را بوجود آورد. این قطرات آب میلیونها سال به شکلباران شدید بهسطح زمین افتاده ، باعث پاک شدن جو زمین و بوجود آمدناقیانوس شدند. کرهزمین به تدریج به شکل کنونی درآمده است.

نحوه پیدایش و تکامل زمین

زمین در بدو پیدایش بصورت کره‌ای از مواد بسیارداغ و نیمه مذاب بوده که به تدریج عناصر سنگین‌تر ته‌نشین شده و هسته فلزی را بهوجود آوردند ، و در عین حال عناصر سبکتر به سطوح فوقانی آمده و جبه و پوسته راتشکیل دادند. پس از گذشت میلیاردها سال زمین سرد شد، سطح زمین جامد گشت،جو زمین شکل گرفت، و اقیانوسها بوجود آمدند. تکامل زمین هنوز ادامه دارد. پوسته زمین توسطفورانهای آتشفشانی در کف اقیانوسها نوسازی شده و دائما بر اثرزمینلرزه‌ها وحرکتهایقاره‌ای در حال تغییر و تحول است. تناسب گازهای مختلف در جو زمین نیز بر اثردخالتهای انسان به آرامی در حال تغییر است.

مشخصات زمین

• زمین سیاره‌ای است منحصر بفرد ، دارای آب مایع و جوی که قسمت اعظم آن ازنیتروژن واکسیژن تشکیل شده که تداومحیاترا ممکن می‌سازند. در منظومه شمسی ،زمین پنجمین سیاره از لحاظ بزرگی و سومین سیاره نزدیک به خورشید است. چگالی زمین ازتمامی سیارات بیشتر است.
• زمین در منظومه شمسی دو نوع حرکت ،وضعی وانتقالی دارد. در حرکت وضعی زمین در یک شبانه روز به دور خودش می‌چرخد و در حرکت انتقالی دریک سال مداری بیضی شکل حول خورشید را طی می‌کند (مدار زمین).

کره مغناطیسی

• با چرخش زمین به دور خودش ، چرخه‌هایی در هسته خارجی آن که از آهن مذاب تشکیلشده بوجود آمده ،جریانهایالکتریکی تولید می‌کنند. این جریانها باعث ایجاد یکمیدان مغناطیسیدر فضای اطراف زمین شده وپوششی محافظ در اطراف آن ایجاد می‌کنند(کمربندتشعشعی زمین). این میدان کهکره مغناطیسینامیده می‌شود، زمین را دربرابر جریانهای سریع ذرات باردار بادهای خورشیدی محافظت می‌کند.
• بعضی از این ذرات در دو نقطه میدان مغناطیسی به نامکمربندهای «وان آلن» به دام می‌افتد. کره مغناطیسی بیشتربادهای خورشیدیرا از زمین دور می‌کند، اماجریانهای ذرات باد خورشیدی آنقدر قوی هستند که قسمت جلویی کره مغناطیسی را مسطحنموده و باعث کشیدگی عقب آن می‌شوند.

آینده زمین

از آنجا که حیات در زمین) وابسته به خورشید است، آینده کرهزمین نیز به آینده خورشید وابسته خواهد بود. حدود 5 میلیارد سال دیگرذخایرانرژی خورشید تمام شده و خورشید به یکغول سرختبدیل می‌شود و افزایش حجم می‌دهد. گرمای شدید حاصل از افزایش حجم باعث آب شدن یخ مناطق قطبی و بالا آمدن آب اقیانوسمی‌شود. سپسجو زمین شروع به تبخیر می‌کند و گیاهان خشک آتش می‌گیرند. در چنین شرایطی امکان حیات درزمین کلا از بین می‌رود.

انتظار نجومی

• شاید انسان در آینده بتواند قبل از وقوع فاجعه‌های فوق زمین را به جایی دورتراز خورشید منتقل کند.
• شاید امکانات آینده ، انسانهای آن زمان به سیاره قابل سکونت دیگری کوچکنند.
• شاید بشر بتواند مانع از وقوع فاجعه‌های فوق درخورشید وزمین شود.
• باید پنج میلیارد سال انتظار کشید.

ساختار و ترکیبات زمین

داشتن دانشی از ترکیب و حالت درونی زمین پیش‌ نیاز درکژئوشیمی است. بدیهی است که حل این مسئله از راه مشاهده مستقیم امکانپذیر نخواهد بود. حتیپیشرفته‌ترینتکنیک‌های حفارینمی‌تواند از چند کیلومتردر داخل پوسته زمین فراتر رود. زیراعمیق‌ترین چاهیکه تاکنون حفر شده است عمقیدر حدود 15 کیلومتر داشته، و عمق معادن از این حد هم کمتر می‌باشد. بعضی مواد توسطفعالیت آذرین به سطح آورده می‌شوند. ولی به علت عدم اطلاع ما از عمق تشکیل وتغییرات بعدی که تحمل کرده‌اند، شواهد مناسبی برای نتیجه گیری درباره ترکیب زمین وساختار آن نمی‌باشند.

شواهدی برایساختار درونی زمین

برای کسب آگاهی ازساختار درونی زمین باید از رهیافتی غیر مستقیم بهره جوییم. شواهد غیر مستقیم از 3منبع ،آتشفشانها ،شهاب سنگ‌هاوامواجلرزه‌ای منشا می‌گیرند.

آتشفشانها

هنگامی که انسان برای اولین بار بهفورانهایآتشفشانی نزدیک شد و سرد شدن گدازه‌های مذاب را به شکل سنگهای جامد دید، گمانمی‌کرد که منشا تعداد زیادی از سنگهای محل زندگی او باید از همین مواد ناشی شدهباشد. مدت زمانی طولانی این تفکر ادامه داشت که ممکن است محصولات آتشفشانینشانه‌هایی از ترکیب داخلی زمین را بیان کنند. عاملی که باعث کم اهمیت شدن چنینفرضیه‌هایی شد، این است که در مناطق مختلف دنیا آتشفشانهای مختلفگدازه‌هاییبا ترکیبات مختلف تولید می‌کنند.

• مثال

سنگ‌های حاصل از دو نوع گدازه را در نظر می‌گیریم. یکی از اینسنگها عمدتا ازکانی‌های سیلیکات آلومینیوموآهن تشکیل شده و رنگ آن خیلیروشن است. و نمونه دیگر تیره رنگ است و ترکیب اصلی آن ازکانی‌های سیلیکات آهنومنیزیم می‌باشد.

شهاب سنگها

شواهد طیف نگاریچیزی درباره ترکیب درونیسیالات بیان نمی‌کند. بنابر این به ناچار باید به مقایسه ترکیب زمین با شواهد گرد آمده از شهاب سنگهابپردازیم. شهاب سنگها یاشخانه‌هابخشی ازمنظومهشمسی می‌باشند. گاهی قطعاتی از فضای خارجی زمین ، واردمیدانجاذبه زمین می‌شوند و به صورت شهاب سنگها یافت می‌شوند. بیشتر این شهاب سنگهابه علت اصطکاک حاصل از عبور ازاتمسفرزمین می‌سوزند. قطعات باقیمانده به علت درشتی قطعات به سطح زمین سقوط می‌کنند. تخمین زده شده که نرخ فرو ریزش شخانه‌ای سالانه بین 30000 تا 150000 تنمی‌باشد.

در حال حاضر عموما معتقدند که شهاب سنگها از تلاشی سیاره‌ای فرضیکه احتمالا بین سیاره‌هایمریخومشتریجای داشته حاصل شده‌اند، که این منطقهاکنون توسط کمربند آستروئیدی اشغال شده است. شهاب سنگها شبیه ماده‌ای هستند که داخلزمین را ساخته و از شهاب سنگهای فلزی که معمولا ازآلیاژهای مختلف آهن ونیکل تشکیل شده‌اند،مجزا می‌شوند و چگالی آنها از انواع سنگی مشابه زیادتر است. اگر داخل زمین از آهن ونیکل تشکیل شده باشد، این دو ماده به علت سنگینی باید بطرف مرکز زمین کشیده شوند. بنابراین فرض می‌کنیم که زمین دارای هسته‌ای از آلیاژ آهن و نیکل می‌باشد که بوسیلهگوشته‌ایمتشکل ازسنگپریدوتیت با چگالی کم پوشانده می‌شود. ساختمان مذکور برای زمین در حین سادگی بامحاسباتجرم کل زمین مطابقت دارد.

امواج لرزه‌ای

زمین لرزه

زمین لرزه‌ها وقتی که دو قسمت از لایه سطحی زمین یا پوسته درکنار هم می‌لغزند حاصل می‌شود. هر زمین لرزه انواع مختلفی ازامواجرا تولید می‌کند که از این میان دونوع که از درون پیکر زمین عبور می‌کند برای منظور فعلی ما دارای بیشترین اهمیت است. تاثیر این امواج ممکن است از حداقل لرزش تا بروز یک فاجعه تغییر کند که به شدت حرکتو همچنین بزرگی زمین لرزه بستگی دارد. اگر یکزلزله با شدتمحسوس رخ دهد، امواج حاصله بصورت شعاعی به طرف خارج از مرکز انتشار می‌یابند، کهمی‌توانند به درون انتقال یابند. این امواج در حین عبور ، رفتاری شبیه به امواج آبدراستخر از خودنشان می‌دهند. این امواج همانطوری که بطرف داخل لایه‌های درونی زمین حرکت می‌کنند،قادرهستند انعکاس یابند یا دچار شکست شوند.

انواع امواج لرزه‌ای

• موج P :
• این موج ، موج اولیه نامیده می‌شود و اولین موجی است کهبوسیلهلرزهنگار ثبت می‌شود و مانندامواجصوتی بوجود می‌آید. این امواج می‌تواند هم از میانجامداتو هم از میانمایعاتعبور کند. همچنین سرعت موج p درقسمتی که مواد چگالتر است زیادتر می‌شود، و با سرعت نسبتا زیادتری از میان جامداتعبور می‌کنند. محاسبه سرعت امواج p ، می‌تواند اطلاعاتی دربارهچگالی و حالتموادی که امواج از آن عبور می‌کند، بدست می‌دهد.
• موج s :
• این امواج که امواج ثانویه نامیده می‌شوند، فقط از جامداتعبور می‌کنند و باعثارتعاشات عمودیذرات می‌گردند.

امواج لرزه‌ای و برخورد آنها با لایه‌های زمین

از آنجاییکه امواج s فقط ازمیان جامدات عبور می‌کنند، هنگام عبور از داخل زمین و برخورد با لایه‌ای مایع ،بلافاصله متوقف می‌شوند. دانشمندان ژئوفیک از رویسرعت عبور امواجبوجود وناپیوستگیاصلی (ناپیوستگی حاصل از بین رفتن امواج در لایه‌هایی از زمین) رده اول درلایه‌های زمین پی برده‌اند.

از بین رفتن امواج s در قاعدهجبهنشان می‌دهد که مواد سازندههستهزمین فاقد صلبیت بوده و رفتاری مانند مایع دارند. ناپیوستگی‌های رده دومی (کهبوسیله تغییر ناگهانی در نرخ افزایش یا کاهش سرعت امواج مشخص می‌شوند) نیز درپوسته ، جبه و هسته تشخیص داده شده است