ساختمان زمین

تحقیق و مقاله درباره ساختمان زمین

زیر سطح زمینی که ما برآن گام می گذاریم بـر خــلاف سطــــح سـخت و جامد آن ویژگی های خاص خود را دارد. با افزایش عمق هم جنس و هم حالت مواد سازنده زمین تغییر می کند. این همان چیزی است که باعث تعجب و شگفتی می شود

نحوه پیدایش و تکامل زمین

زمین در بدو پیدایش به صورت کره ای از مواد داغ و نیمه مذاب بود. به تدریج عناصر سنگین تر ته نشین شده و هسته فلزی را به وجود آ وردند و در عین حال عناصر سبک تر به سطوح فوقانی آمده و جبه و پوسته را تشکیل دادند. پس از گذشت چند میلیارد سال زمین سرد شد، سطح زمین جامد گشت، جو زمین شکل گرفت و اقیانوس به وجود آمدند. تکامل زمین هنوز هم ادامه دارد.
پوسته زمین توسط فوران های آتشفشانی در کف اقیانوس ها نوسازی شده، دائما بر اثر زمین لرزه ها و حرکت های قاره ای در حال تغییر و تحول است. تناسب گازهای مختلف در جو زمین نیز بر اثر دخالت های انسان به آرامی در حال تغییر است.
کره زمین را براساس تغییر خواص فیزیکی و شیمیایی آن به چند لایه تقسیم می نمایند.

۱. پوسته زمین (crust)

سرعت و حرکت لرزش ها ی درون زمین به ترکیب بندی و چگالی موادی که لرزه ها در میان آن قرار گرفته اند بستگی دارد . زمین شناسان با آنالیز کردن این لرزش ها به جزئیات فراوانی از عمق زمین پی می برند.
سنگ های داغ در جبه زمین به آهستگی به سمت بالا حرکت می کنند در حالی که سنگ های سردتر نزدیک سطح به درون فرو می روند چرا که مواد داغ سبک تر از مواد سرد می باشند. به این بالا آمدن و فرو رفتن در دماها ی مختلف انتقال گرما گفته می شود .
با جریان جبه زمین، پوسته زمین به تکه ها یی تقسیم می شود که به آن ها صفحه های تکتونیک (tectonic)می گویند. این صفحه ها مانند شکسته های یخ در یک دریاچه یخ بسته است.
حرکات آهسته جبه منجر به حرکت پوسته و در نتیجه حرکت قاره ها، شکل گیری کوهستان ها، آتشفشان ها و زلزله ها می گردد.

۲. گوشته زمین یا جبه (mantle)

در زیر پوسته، تا عمق ۲۹۰۰ کیلومتری، لایه ای ضخیم به نام جبه وجود دارد. جبه به طور کامل سفت نیست بلکه می تواند به آرامی جریان هایی داشته باشد.
همان گونه که یک تخته ضخیم بیشتر از یک تخته نازک از سطح آب بالا می آ ید، پوسته ضخیم قاره ای بالاتر از پوسته اقیانوسی قرار می گیرد. حرکت آرام سنگ ها در جبه باعث حرکت قاره ها و درنتیجه بروز زمین لرزه، آتشفشان و شکل گیری محدوده کوهستان ها می شود.

۳. هسته زمین (core)

در مرکز زمین هسته قرار دارد . هسته بیشتر از آهن، نیکل و احتمالا مقدار کمی عناصر سبک تر نظیر سولفور و اکسیژن تشکیل شده است . قطر هسته حدودا ۷۱۰۰ کیلومتر، کمی بیشتر از نصف قطر زمین و تقریبا به اندازه مریخ می باشد . حدودا ۲۲۵۰ کیلومتر از قسمت بیرونی هسته مایع است. حرکت هسته باعث ایجاد میدان مغناطیسی زمین می گردد. زمین شناسان معتقدند که حدود ۲۶۰۰ کیلومتر از بخش داخلی هسته با همان مواد تشکیل دهنده قسمت های بیرونی هسته ساخته شده اما به شکل جامد است.
بخش داخلی تقریبا چهار پنجم ماه است. زمین به سمت هسته رفته رفته داغ و داغ تر می شود. در زیر پوسته قاره ای دما حدود ١٠٠٠ درجه سانتیگراد است. در زیر پوسته دما تقریبا در هر کیلومتر به سمت عمق ١ درجه سانتیگراد گرمتر می شود . زمین شناسان بر این باورند که دمای هسته زمین بین ٣٧٠٠ تا ۴٣٠٠ درجه سانتیگراد می باشد. قسمت داخلی هسته می تواند دمایی معادل ٧٠٠٠ درجه سانتیگراد یعنی گرمتر از دمای سطح خورشید داشته باشد که البته این قسمت به علت فشار بی اندازه زیاد همچنان به شکل جامد است.

مقدمه

زمین ، سومین سیاره نزدیک به خورشید و بزرگترین سیاره در میان سیارات درونی است. ساختار درونی زمین مثل سایر سیارات درونی از یک هسته داخلی و یک هسته خارجی به همراه لایههای مذاب و نیمه مذاب و سنگی جامد تشکیل یافته است. هسته داخلی فلزی و جامد بوده و توسط هسته خارجی که فلزی و مذاب است، احاطه شده است.

فاصله متوسط از خورشید ۶۰.۱۴۹ کیلومتر
قطر استوا ۱۲۷۵۶ کیلومتر
مدت حرکت وضعی ۹۳.۲۳ ساعت
مدت حرکت انتقالی ۲۶.۳۶۵ روز
سرعت حرکت انتقالی ۷۹.۲۹ کیلومتر در ثانیه
دمای سطحی ۵۵ تا ۷۰ درجه سانتیگراد
جرم (زمین = ۱) ۰۰.۱
چگالی متوسط (آب = ۱) ۵۲.۵
جاذبه (زمین = ۱) ۱
تعداد قمر ۱

زمین شرایط بسیار منحصر بفردی دارد. هیچکدام از سیارات دیگر آب مایع و جو پر اکسیژن نداشته و حیات در آنها وجود ندارد. تکامل تدریجی زمین که ۴.۵ میلیارد سال طول کشیده است، همچنان بطور طبیعی و نیز بر اثر فعالیتهای انسان ادامه خواهد داشت. همچنین چگالی زمین از تمام سیارات دیگر بیشتر است.

زمین در آغاز شکل گیری

در اوایل پیدایش منظومه شمسی ، ذرات ریز غبار موجود در قرص خورشید که عمدتا از گاز و غبار تشکیل شده بود، پس از برخورد به هم چسبیده و اجسام بزرگ و بزرگتری را بوجود آوردند. بدین ترتیب چهار سیاره درونی از این ذرات شکل گرفتند.

۴.۵ میلیارد پیش ، زمین دارای سطحی داغ ، قرمز و نیمه مذاب بود. پس از گذشت میلیونها سال ، سطح زمین شروع به سرد شدن نمود و پوسته جامدی ، به دور زمین بوجود آمد. گازهای داغ و مواد مذاب از لایههای زیرین و از طریق دهانههای آتشفشانی بیرون زده و جو ضخیم زمین را بوجود آوردند. در همین مدت شهاب سنگهای زیادی به سطح زمین خوردند و هزاران گودال شهاب سنگی را 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 در جو متراکم شده و قطرات آب را بوجود آورد. این قطرات آب میلیونها سال به شکل باران شدید به سطح زمین افتاده ، باعث پاک شدن جو زمین و بوجود آمدن اقیانوس شدند. کره زمین به تدریج به شکل کنونی درآمده است.

زمین در آغاز شکل گیریبا سرد شدن زمین ، شرایط لازم برای پیدایش حیات در آن فراهم شدند. زمین در بدو پیدایش بصورت کرهای از مواد بسیار داغ و نیمه مذاب بوده که به تدریج عناصر سنگینتر تهنشین شده و هسته فلزی را به وجود آوردند ، و در عین حال عناصر سبکتر به سطوح فوقانی آمده و جبه و پوسته را تشکیل 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 توسط فورانهای آتشفشانی در کف اقیانوسها نوسازی شده و دائما بر اثر زمین لرزهها و حرکتهای قارهای در حال تغییر و تحول است. تناسب گازهای مختلف در جو زمین نیز بر اثر دخالتهای انسان به آرامی در حال تغییر است.

مشخصات زمین

زمین سیارهای است منحصر بفرد ، دارای آب مایع و جوی که قسمت اعظم آن از نیتروژن و اکسیژن تشکیل شده که تداوم حیات را ممکن میسازند. در منظومه شمسی ، زمین پنجمین سیاره از لحاظ بزرگی و سومین سیاره نزدیک به خورشید است. چگالی زمین از تمامی سیارات بیشتر است.

زمین در منظومه شمسی دو نوع حرکت ، وضعی و انتقالی دارد. در حرکت وضعی زمین در یک شبانه روز به دور خودش میچرخد و در حرکت انتقالی در یک 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 تشکیل شده بوجود آمده ، جریانهای الکتریکی تولید میکنند. این جریانها باعث ایجاد یک میدان مغناطیسی در فضای اطراف زمین شده و پوششی محافظ در اطراف آن ایجاد میکنند (کمربند تشعشعی زمین). این میدان که کره مغناطیسی نامیده میشود، زمین را در برابر جریانهای سریع ذرات باردار بادهای خورشیدی محافظت میکند.

بعضی از این ذرات در دو نقطه میدان مغناطیسی به نام کمربندهای «وان آلن» به دام میافتد. کره مغناطیسی بیشتر بادهای خورشیدی را از زمین دور میکند، اما جریانهای ذرات باد خورشیدی آنقدر قوی هستند که قسمت جلویی کره مغناطیسی را مسطح نموده و باعث کشیدگی عقب آن میشوند.

آینده زمین

از آنجا که حیات در زمین وابسته به خورشید است، آینده کره زمین نیز به آینده خورشید وابسته خواهد بود. حدود ۵ میلیارد سال دیگر ذخایر انرژی خورشید تمام شده و خورشید به یک غول سرخ تبدیل میشود و افزایش حجم میدهد. گرمای شدید حاصل از افزایش حجم باعث آب شدن یخ مناطق قطبی و بالا آمدن آب اقیانوس میشود. سپس جو زمین شروع به تبخیر میکند و گیاهان خشک آتش میگیرند. در چنین شرایطی امکان حیات در زمین کلا از بین میرود.

انتظار نجومی

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

نقش میدان مغناطیسى در حفاظت از کره زمین

میدان مغناطیسى زمین همانند پوست پیاز کره خاکى ما را در برگرفته است. توفان هاى خورشیدى آن را مورد حمله قرار داده و موجب بروز توفان هاى الکتریکى در آن مى گردند. این توفان ها نیز متعاقباً بر روى سیستم هاى الکتریکى زمین اثر مى گذارد. اگر چه میدان مغناطیسى زمین کره خاکى ما را از توفان هاى خورشیدى و تشعشعات فضایى حفظ مى کند اما متاسفانه این میدان مغناطیسى به تدریج در حال ضعیف ترشدن بوده و عواقب حاصل از آن مایه نگرانى کارشناسان امر است.

در دهه ۸۰ میلادی رسانه هاى گروهى از وقوع انفجارات شدید در خورشید (در منظومه شمسى) خبر داده و متذکر شدند در اثر این انفجارات، تشعشعات خطرناکى وارد جو زمین شده و ذرات الکتریکى باردار آن براى همگان مضر خواهد بود. در این گزارش ها از قطع ارتباطات رادیویى در سراسر جهان، از کار افتادن ماهواره ها و سیستم هاى برق رسانى سخن مى رفت. این نگرانى ها همه به حق بودند. پس از انفجارهاى شدید خورشیدى که ۱۴ سال پیش صورت گرفتند ابرى از ذرات باردار پرانرژى ( این ذرات باردار در زبان فیزیکدانان، پلاسما نامیده مى شود) با قدرتى ۱۷۰۰ بار بیشتر از روزهاى معمولى، به سوى سیاره ما وزیدن گرفت. در آن زمان دانشمندان از این بیم داشتند که اگر توفان حاصل از این ذرات پر انرژى به میدان مغناطیسى زمین برسند، در میدان مغناطیسى، شدت جریان الکتریکى آنچنان زیاد خواهد بود که تقریباً تمامى فیوزهاى سیستم هاى الکتریکى از کار خواهند افتاد. خوشبختانه این فاجعه عظیم به وقوع نپیوست. تنها برخى از فرکانس هاى رادیویى دچار اشکال پخش شدند و کار بعضى از ماهواره ها به صورت موقت و از روى احتیاط متوقف شد.

میدان مغناطیسی سپر دفاعی نامریی

کارشناسان به این نتیجه رسیدند که میدان مغناطیسى زمین، سپر دفاعى نامریى ما در برابر توفان هاى خورشیدى و تشعشعات فضایى بوده است. با این وجود نقش پروتون ها و ذرات آلفا در این تشعشعات و همچنین نقش میدان مغناطیسى زمین هنوز هم معماهاى بسیارى را در خود نهفته دارند.
اما اصولاً چرا کره زمین از دو قطب مغناطیسى برخوردار است؟ چه چیزى باعث مى شود که زمین همانند یک میله مغناطیسى عظیم، آن طور که همه ما آ ن را از کلاس هاى درس فیزیک مى شناسیم، عمل کند؟ چرا عقربه یک قطب نما همیشه جهت شمال و جنوب مغناطیسى را بر روى زمین نشان مى دهد؟ (این مسئله هزاران سال پیش توسط چینى ها کشف شد.)

شاید بد نباشد توضیح دهیم که حتى تا قرن شانزدهم میلادى هم بسیارى از مردم معتقد بودند که یک کوه عظیم مغناطیسى در شمال زمین وجود دارد.
متخصصان رشته هاى فیزیک و زمین شناسى تنها چند دهه پیش بود که تئورى دیگرى را ارائه کردند و این تئورى تازه، در انستیتوى تحقیقاتى شهر کارلسروهه مورد تائید قرار گرفت. طبق این تئورى تقریباً ۹۵ درصد از میدان مغناطیسى زمین از طریق یک ماشین دینام یا در حقیقت ژنراتورى که با کمک اثر مغناطیسى، انرژى الکتریکى تولید مى کند، در ماده مذاب قشر بیرونى هسته زمین که کلاً از آهن تشکیل شده است تولید مى شود. در این قشر، جریان هایى به وجود مى آیند که بر اثر چرخش کره زمین شکلى مارپیچ به خود مى گیرند. آزمایش هاى انجام گرفته نشانگر آنند که این جریان هاى مارپیچ، واقعاً یک میدان مغناطیسى را به وجود مى آورند. میدان مغناطیسى درونى زمین بر جریان هاى الکتریکى خارجى در یونسفر جو زمین اثر گذاشته و به این ترتیب در برابر توفان هاى خورشیدى و تشعشعات زیان آور ذرات الکتریکى نقش حفاظ را بازى مى کند.

البته این میدان مغناطیسى همانند میدان مغناطیسى زمین که دائماً ضعیف تر مى شود، از یک ثبات دائمى برخوردار نیست. علاوه براین، بررسى سنگ هاى کره زمین نشان مى دهد که پس از بروز یک چنین ضعفى در میدان مغناطیسى زمین، تقریباً هر ۷۵۰ هزار سال یک بار، محل قطب هاى شمال و جنوب مغناطیسى تغییر مى کند. اما براساس محاسبات کنونى این تغییر محل قطب هاى مغناطیسى زمین حدوداً ۵۰۰ سال دیگر انجام خواهد گرفت. اینکه علت این پدیده چیست و آیا به این خاطر، آن طور که برخى از محققان معتقدند، آب وهواى کره زمین تغییر خواهد کرد یا اینکه اصولاً بقاى حیات بر روى کره خاکى ما با خطر مواجه مى شود، هنوز مشخص نیست.انفجار منحصر به فرد یک آتشفشان، وحشت حاصل از یک زلزله، منظره بی بدیل یک دره کوهستانی، و خسارت ناشی از یک زمین لغزش موارد متناقضی هستند که ما همواره شاهد آن بر روی کره زمین هستیم.

کره زمین یک جزء بسیار کوچک از کاینات پهناور است، ولی خانه ماست. کره زمین منابع مورد نیاز برای جامعه پیشرفته و عناصر زندگی ما را تامین میکند. بنابراین آگاهی از این سیاره برای ادامه زندگی ما حیاتی است.

پدید آمدن زلزلههای اخیر که حاصل جابجائی در پوسته زمین است، و انفجار مواد مذاب از یک آتشفشان فعال، تنها نمایشگر قسمتهای پایانی از یک پروسه طولانی است که ساختار کنونی کره زمین را بوجود آورده است. پدیدههای زمین شناسی که در داخل زمین اتفاق میافتند تنها در سایه توجه به تاریخچه کره زمین و نحوه تغییرات آن در طول سالیان کهن قابل شناخت است. به همین منظور ابتدا خلاصه ای از پیدایش اولیه کره زمین ارائه میگردد.

کره زمین یکی از ۹ سیارهای است که به همراه چندین قمر و تعداد زیادی اجسام کوچکتر به گرد خورشید میگردند. طبیعت منظم و مرتبی که بر منظومه شمسی حاکم است، محققان را به این استنتاج هدایت میکند که زمین و سایر کرات هم زمان با خورشید و از عناصر اولیه یکسانی تشکیل شده باشند. بر اساس فرضیه سحابی، اجسام منظوم شمسی از یک توده بزرگ ابر دوار به نام ابر خورشیدی تکوین یافته است که این توده سحابی غالبا از هیدروژن و هلیم و درصد پایینی از عناصر سنگینتر ترکیب یافته بود.

حدود ۵ میلیارد سال پیش، این توده بزرگ ابر از گاز و ذرات ریز بر اساس جاذبه شروع به کشیده شدن به سمت همدیگر کردند. با منقبض شده این ابر مارپیچی بر سرعت چرخش آن افزوده میشد. با گذشت زمان این توده پراکنده تبدیل به یک دیسک صاف با تمرکز مواد در مرکز آن گردید.

همراه با انباشته شدن مواد برای تشکیل کره زمین، اصابت ذرات سحابی با سرعت بالا و زوال عناصر رادیواکتیو باعث افزایش تدریجی دمای کره زمین گردید. این افزایش دما به اندازهای بود که گرمای لازم برای ذوب آهن و نیکل را تامین نمود. پدیده ذوب، حبابهای مایعی از فلزات سنگین ایجاد نمود که به سمت مرکز سیاره زمین فررفتند.

علاوه بر این، در دوره ذوب، تودههای شناوری از سنگ مذاب به سطح کره زمین انتقال یافتند که با استحکام یافتن در سطح کره زمین، پوسته اولیه آن را تشکیل دهند. این مواد سنگی غنی از اکسیژن و عناصر oxygen seeking بخصوص سیلیکون و آلومینیوم و مقدار کمتری کلسیم، سدیم، پتاسیم، آهن و منگزیم بودند. این دوره اولیه تفکیک شیمیایی، سه لایه اساسی داخلی زمین یعنی هسته غنی از آهن، پوسته ابتدائی باریک و بزرگترین لایه زمین به نام گوشته را که بین هسته و پوسته قرار دارد را بوجود آورد.

دید کلی درباره زمین

زمین کرهای است که روی آن زندگی میکنیم. بنا به باورهای دینی از خاک آن آفریده شدهایم و روزی دوباره به خاک آن باز میگردیم. این کره خاکی یکی از نه سیاره منظومه شمسی است که مانند سایر سیارات در مداری به دور خورشید میگردد. زمین سیارهای منحصر بفرد در منظومه شمسی است که در آن آب و اکسیژن و نیتروژن که برای حیات ضروریاند، وجود دارد.

زمین در بدو پیدایش بصورت کرهای از مواد داغ و نیمه مذاب بود. بتدریج عناصر سنگینتر تهنشین شده و هسته فلزی را بوجود آوردند و در عین حال عناصر سبکتر به سطوح فوقانی آمده و جبه و پوسته را تشکیل دادند. پس از گذشت چند میلیارد سال ، زمین سرد شد، سطح زمین جامد گشت ، جو زمین شکل گرفت و اقیانوس بوجود آمدند. تکامل زمین هنوز هم ادامه دارد: پوسته زمین توسط فورانهای آتشفشانی در کف اقیانوسها نوسازی شده ، دائما بر اثر زمین لرزهها و حرکتهای قارهای در حال تغییر و تحول است. تناسب گازهای مختلف در جو زمین نیز بر اثر دخالتهای انسان به آرامی در حال تغییر است.

حرکت زمین به شکل یک پوسته سنگی متشکل از ۱۲ صفحه مجزاست. هر یک از قارهها روی یک یا چند صفحه قرار گرفتهاند. این صفحات با سرعتی شبیه به سرعت رشد ناخنهای انسان در حال حرکت هستند. صفحههای جامد ، روی سنگهای نیمه مذاب به حالت شناور هستند که خود این سنگهای نیمه مذاب توسط جریانهای داغی که از هسته فلزی زمین فوران میکنند، تکان خورده و باعث حرکت صفحهها در سطح زمین میشوند.

چهره متغیر زمین

۲۵۰ میلیون سال پیش ، سه تکه بزرگ خشکی بهم نزدیک شدند و یک خشکی بزرگ بنام پانجیا را بوجود آوردند. بعد از مدتی دریای تتیس این خشکی عظیم را به دو قسمت لوراسیا و گندوانلند تقسیم کرد. ۱۲۰ میلیون سال پیش اوراسیا از هم شکافت و آمریکای شمالی از اروپا جدا شد. گنوانلند نیز شکافته شد و در نتیجه هندوستان به سمت جنوب آسیا حرکت کرد. قارهها همچنان به حرکت خود ادامه داده و به این شکل کنونی که میبینیم در آمدند. ظرف چند میلیون سال آینده قاره آمریکا به حرکت خود در سمت غرب ادامه داده و قاره آفریقا به اروپا و آسیا ملحق خواهد شد.

حیات در زمین

اولین موجودات زنده حدود ۳.۸ میلیارد سال پیش و اولین دایناسورها حدود ۱۵۰ میلیون سال پیش در زمین ظاهر شدند. حدود ۶۵ میلیون سال پیش نسل داینوسورها از بین رفت(انقراض دایناسورها). یکی از عوامل انقراض داینوسورها برخورد یک شهاب سنگ به زمین و پر شدن جو زمین از غبار بود. در چنین شرایطی نور و گرما به زمین نرسیده و یک دوره کوتاه یخبندان باعث مرگ داینوسورها بر اثر سرما و گرسنگی شده است. اگر همه تاریخچه زمین را در ۲۴ ساعت خلاصه کنیم، نخستین انسانها در ۲ ثانیه مانده به نیمه شب ظهور خواهند کرد.

زمین و عقاید

یونانیها که پیشروان علم بودند، در قرن ششم قبل از میلاد ، زمین را کروی و ثابت فرض میکردند و اکثر تمدنها معتقد بودند که جهان ، زمین مرکز است. ولی بطلیموس ستاره شناس یونانی بیشتر از سایرین بر این اندیشه معروف معتقد بوده است. در جهان زمین مرکز ، زمین در مرکز عالم قرار داشته و خورشید و سیارات و ستارگان حول آن میگردند. سالها بعد معدودی از متفکران یونانی مخصوصا آریستار خوس اندیشه زمین مرکزی بودن دنیا را زیر سوال بردند. ولی کتاب بطلمیوس المجسی بر علم آن زمان سیطره داشت و مانع از قبول نظر آریستارخوس شد. تا اینکه در سال ۱۵۴۳ نیکلا کپرنیک ستاره شناس لهستانی ، مرکزیت را از زمین گرفته و به خورشید داد. زمین متغیر و تئوری صفحه زمین ساخت