سنگهای زمین

قسمتهای جامد زمین از سنگهایی تشکیل می شوند که گاهی از یک نوع ماده معدنی و در اغلب موارد با ترکیبی از چندین نوع مختلف ماده معدنی به وجود آمده اند. زمین شناسان سنگها را براساس منشأ آنها طبقه بندی کرده اند. سنگهای آتشفشانی، سنگهایی هستند که در اثر انجماد مواد مذاب شکل گرفته اند. سنگهای رسوبی، هنگامی به وجود می آیند که مواد شیمیایی حل شده یا ذرات سنگها توسط باد، آب و یا توده های یخ به صورت لایه لایه به مرور زمان رسوب کرده و جامد می شوند. سنگهای دگردیس نیز به سنگهایی گفته می شود که در اعماق پوسته زمین، تحت حرارت و فشار از نوعی به نوعی دیگر تبدیل می شوند.
سنگهای آذرین یا آتشفشانی از انجماد مواد مذابی به نام ماگما یا خمیر مواد معدنی به وجود می آیند. درون زمین جامد است نه مذاب اما بسیار داغ است. در پایین پوسته دما1000درجه سانتی گراد می باشد. در برخی قسمتهای پوسته به ویژه قسمتهایی که آب در آن جریان دارد، شرایط برای ذوب شدن سنگها مهیا می باشد چرا که نقطه ذوب در آن نواحی پایین تر است.
در جاهایی که شرایط مناسب است، ماگما بخشهای زیرین و داخلی پوسته را شکل می دهد. قسمتی از این ماگما، توسط آتشفشانها به صورت مواد مذاب از دهانه آتشفشان بیرون آمده و به سطح زمین می رسند. البته قسمت اعظم ماگما هرگز به سطح زمین نمی رسد. آنها اغلب تدریجاً در پوسته سرد می شوند و ممکن است که در اثر فرسایش متلاشی گردند. به این سنگهای آتشفشانی پلوتونیک(1)می گویند. سنگهای پلوتونیک به آهستگی سرد می شوند. در طی این سرد شدن تدریجی، مواد معدنی آنها کریستالهای بزرگی را به وجود می آورند. پولوتونیکها از دیگر سنگهای آتشفشانی زبرتر و خشن تر هستند.
سنگهای آتشفشانی یا باسیلیکا غنی شده و مقدار کمی آهن و منیزیم دارند یا بالعکس. به سنگهای آتشفشانی که از لحاظ آهن، غنی و از لحاظ سیلیکا ضعیف اند، بازالت گفته می شود و به پولوتونیکهایی که سرشار از سیلیکا می باشند، گرانیت گفته می شود. گرانیت تقریباً لایه های زیرین اغلب قاره ها را پوشانده است و بازالت در کف همه اقیانوسها پیدا می شود.

سنگهای رسوبی

سنگهای سطح زمین دائماً در معرض حمله نیروهای شیمیایی و مکانیکی می باشند. به فرایند تجزیه سنگها، فرسایش گفته می شود. آب در حل شدن مواد معدنی تأثیرگذار است. هنگامی که آب یخ می زند، منبسط می شود. این انبساط کمک می کند تا دانه های مواد معدنی موجود در سنگها از هم جدا شوند. به علاوه، موجودات زنده مواد شیمیایی به وجود می آورند که به حل شدن سنگها کمک می کند.
هنگامی که سنگها تجزیه می شوند، مواد معدنی اغلب به همراه عامل فرسایش حرکت کرده و جریان پیدا می کنند. جریان آب، سنگها را سایش می دهد. باد و توده های یخی نیز در فرسایش شرکت می کنند. فرسایش معمولاً فرایند کند و آهسته ای می باشد اما در طی میلیونها سال، این فرایند می تواند حتی سنگهایی که در چندین کیلومتری عمق سطح زمین می باشند را تحت تاثیر قرار دهد.
مواد معدنی که همراه عوامل فرسایش جاری شده اند در نهایت با ته نشین شدن و رسوب کردن به سنگهای رسوبی تبدیل می شوند. سنگ ماسه از نمونه های سنگهای رسوبی است که با چسبیدن ذرات شن و ماسه به یکدیگر تشکیل می گردد.
به برخی از سنگهای رسوبی، بیوژنتیک می گویند. این سنگها در اثر کنشهای موجودات زنده به وجود می آیند. زغال سنگ باقیمانده گیاهان چوبی است که بر اثر گرما و فشار در طی سالها به سنگ تبدیل می شود. سنگ آهک توسط موجودات دریایی میکروسکوپی شکل می گیرد. این موجودات از خود پوسته ای محافظ از جنس کربنات کلسیم ترشح می کنند. پس از مرگ این جانداران، پوسته باقی مانده و تبدیل به سنگ آهک می شود.

سنگهای دگردیس

وقتی سنگها به عمق زمین می رسند، داغ می شوند. پوسته زمین در هر یک کیلومتر به سمت عمق، 25درجه سانتیگراد گرمتر می شود. در عمق 1/6کیلومتری سطح زمین، فشار برابر41/360کیلو پاسکال می باشد. هنگامی که سنگها در معرض چنین فشار و گرمایی قرار می گیرند، مواد معدنی شروع به واکنش نموده و سنگها تبدیل به سنگهای دگردیس می شوند. شماری از این سنگها حاوی بخشهای قابل شناسایی می باشند که بیانگر منشا آنها می باشد اما بعضی از آنها به قدری دستخوش تغییرات می شوند که تنها ترکیبات شیمیایی آنها مدارکی برای شناسایی منشأ آنها در اختیار می گذارد.

چرخه های زمین

زمین می تواند مانند یک سیستم غول پیکر از چرخه های فعال تصور شود. در هر چرخه، ماده و انرژی از جایی به جایی دیگر منتقل می شود و ممکن است که تغییر شکل دهد. در نهایت ماده و انرژی به جای نخستین خود بازگشته و چرخه از اول آغاز می شود. چرخه ها بر همه چیز در این سیاره تاثیر می گذارند از وضعیت آب و هوا تا شکل مناظر.
چرخه های گوناگونی روی زمین و درون آن وجود دارند تعدادی از مهم ترین آنها عبارتند از: 1)گردش جو، 2)جریان اقیانوسها، 3)انتقال حرارت سراسری، 4)چرخه آب، 5)چرخه سنگها.

گردش جو

هوای گرم شده توسط خورشید در نزدیک استوا، بالا آمده و به سمت قطبهای زمین حرکت می کند و دوباره به سطح زمین برگشته و به سمت استوا جریان پیدا می کند. این حرکت، به همراه حرکت وضعی زمین، گرما و رطوبت را در سرتاسر سیاره به حرکت در آورده و منجر به ایجاد بادها و الگوهای وضعیت آب و هوا می شود.
در برخی مناطق، جهت وزش بادها در فصول تغییر می کند. این الگو ها را بادهای موسمی می نامند. در تابستان هوا بر فراز آسیا توسط خورشید گرم شده، بالا می رود و هوای مرطوب را از اقیانوس هند با خود می کشد و منجر به بارندگیهای روزانه در اغلب کشورهای جنوب آسیا می گردد. در زمستان، هوا بر فراز آسیا سرد می شود و بیشتر رطوبت موجود را دور کرده در نتیجه هوا خشک می شود. مشابه این الگو در اقیانوس آرام نزدیک مکزیک نیز رخ داد و هوای مرطوب و طوفان را در تابستان به جنوب غربی ایالات متحده می برد.

جریان اقیانوسها

جریان اقیانوسها با وزش بادها حرکت کرده و الگوی مشابهی را پیش می گیرد. قاره ها حرکت اقیانوسها را سد می کنند. جریان اقیانوسها در نزدیک استوا در جهت غرب است و سپس به سمت قطب می رود، هنگامی که به یک قاره برخورد کند به سمت شرق می رود و سپس به استوا باز می گردد.

انتقال حرارت سراسری

انتقال حرارت سراسری، چرخه بزرگ آب اقیانوسها است که گرما را در همه زمین توزیع می کند. آب در نواحی قطبی بسیار سرد، شور و سنگین است. این آب به زمین فرو می رود و با حرکت در مسیر کف دریاها به استوا می رسد. در نهایت، آب در قسمتهای مرزی قاره ها بالا آمده و با آبهای جاری سطح زمین ترکیب می شود. وقتی که این آب به مناطق قطبی می رسد، دوباره فرو می رود. این حرکت سه بعدی، آب گرم را در اقیانوسها مخلوط می کند و آبهای قطبی را گرم می کند. این چرخه همچنین منجر به بالا آمدن مواد مغذی از عمق اقیانوسها به سطح زمین می گردد که در اختیار گیاهان دریایی و جانوران قرار می گیرد.

چرخه آب

آب اقیانوسها تبخیر شده و به جو می روند و نهایتاً به شکل برف یا باران به زمین می ریزند. آبی که به زمین می رسد باعث تجزیه سنگها، تغذیه گیاهان و پوشش دادن مناظر می شود. سرانجام این آبها به دریاها رفته و چرخه از اول آغاز می گردد.

چرخه سنگها

تنوع سنگها در زمین به دلیل وجود فرایندهای فعال، نسبت به سایر سیارات بسیار بیشتر است. زمین شناسان برای توضیح نسبت های گونه های مختلف سنگها با یکدیگر از چرخه سنگها صحبت می کنند. این چرخه می تواند از جریان مواد مذاب آتشفشانی و سرد شدن آنها برای تشکیل سنگهای آذرین آغاز شود. هنگامی که این سنگها در معرض جریان آب قرار می گیرند تجزیه شده و مواد معدنی در نتیجه ی رسوب تبدیل به سنگهای رسوبی می شوند. این سنگها در نهایت به اعماق زمین می رسند و در اثر گرما و فشار به سنگهای دگردیس تبدیل شده و در نهایت مذاب گشته و به موادی برای تشکیل سنگهای آذرین تبدیل می گردند. سنگها به ندرت در یک چرخه کامل قرار می گیرند. در عوض بعضی از مراحل حذف و بعضی تکرار می شوند.

درون زمین

زمین شناسان قادر به مطالعه مستقیم اعماق زمین نیستند. عمیق ترین چاه حفر شده 13کیلومتر است. زمین شناسان می دانند که قسمتهای زیرین زمین با لایه نازک پوسته آن متفاوت است. در اعماق زمین فشار به قدری زیاد است که مواد معدنی با فشرده شدن به موادی با چگالی بسیار زیاد، که در سطح زمین یافت نمی شوند، تبدیل می گردند.
یکی از راه های شناخت ترکیب بندی زمین، آنالیزهای شیمیایی سنگهای آسمانی است. گونه های خاصی از این سنگها که کندریت(2)نامیده می شود، پیش از برخورد با زمین در منظومه شمسی بدون هیچ تغییری از قرنها پیش باقی مانده اند. زمین شناسان می توانند با استفاده از کندریتها، به منشأ ترکیب بندیهای شیمیایی زمین پی ببرند.
علیرغم کندریتها، زمین با لایه هایی که مشتمل از مواد گوناگون شیمیایی می باشند، شکل گرفته است. زمین شناسان با مطالعه لرزشهای ناشی از زمین لرزه ها، به کمک تجهیزاتی که لرزه نگار نامیده می شوند. در مورد عمق زمین پی به نکات جدیدی می برند. سرعت و حرکت لرزشهای درون زمین به ترکیب بندی و چگالی موادی که لرزه ها در میان آن رخ می دهند بستگی دارد. زمین شناسان با آنالیز کردن این لرزشها متوجه جزئیات فراوانی از عمق زمین می شوند.

جبه

درزیر پوسته، تا عمق2900کیلومتری، لایه ای ضخیم به نام جبه وجود دارد. جبه به طور کامل سفت نیست بلکه می تواند به آرامی جریانهایی داشته باشد. پوسته زمین بر روی جبه معلق است درست مانند تخته ای بر روی آب. همانگونه که یک تخته ضخیم بیشتر از یک تخته نازک از سطح آب بالا می آید، پوسته ضخیم قاره ای بالاتر از پوسته اقیانوسی قرار می گیرد. حرکت آرام سنگها در جبه باعث حرکت قاره ها و در نتیجه بروز زمین لرزه، آتشفشان و شکل گیری محدوده کوهستانها می شود.

هسته

در مرکز زمین هسته قرار دارد. هسته بیشتر از آهن، نیکل و احتمالاً مقدار کمی عناصر سبک تر نظیر سولفور و اکسیژن تشکیل شده است. قطر هسته حدوداً 7100کیلومتر، کمی بیشتر از نصف قطر زمین و تقریباً به اندازه مریخ است. حدوداً2250 کیلومتر از قسمت بیرونی هسته مایع است. حرکت هسته باعث ایجاد میدان مغناطیسی زمین می گردد. زمین شناسان معتقدند که حدود2600کیلومتر از بخش داخلی هسته با همان مواد تشکیل دهنده قسمتهای بیرونی هسته ساخته شده اما به شکل جامد است. بخش داخلی تقریباً چهار پنجم ماه است.
زمین به سمت هسته رفته رفته داغ و داغ تر می شود. در زیر پوسته ی قاره ای دما حدود 1000درجه سانتیگراد است. در لایه های زیر پوسته، دما تقریباً در هر کیلومتر به سمت عمق یک درجه سانتی گراد گرم تر می شود. زمین شناسان بر این باورند که دمای هسته زمین بین3700تا4300درجه سانتی گراد می باشد. قسمت داخلی هسته می تواند دمای معادل 7000درجه سانتی گراد یعنی گرم تر از دمای سطح خورشید داشته باشد که البته این قسمت به علت فشار بی اندازه زیاد همچنان به شکل جامد است.

پوسته

سنگهای داغ در جبه زمین به آهستگی به سمت بالا حرکت می کنند در حالی که سنگهای سردتر نزدیک سطح به درون فرومی روند چرا که مواد داغ سبک تر از مواد سرد می باشند. به این بالا آمدن و فرو رفتن در دماهای مختلف انتقال گرما گفته می شود. با جریان جبه زمین، پوسته زمین به تکه هایی تقسیم می شود که به آنها صفحه های تکتونیک(3)می گویند. این صفحه ها مانند قطعات شکسته شده یخ در یک دریاچه یخ بسته هستند. حرکات آهسته جبه منجر به حرکت پوسته و در نتیجه حرکت قاره ها، شکل گیری کوهستانها، آتشفشانها و زلزله ها می شود.
در بعضی جاها، مخصوصاً کف اقیانوس ها، تکتونیکها از هم جدا می شوند. ماگما از جبه به بالا می آید تا شکافهای بین صفحه ها را پر کند. به قسمتهایی که تکتونیکها از هم جدا شده اند مرکز گسترش می گویند. بسیاری از فعالیتهای آتشفشانی در این قسمتها رخ می دهند. با سرد شدن مواد بیرون آمده از این آتشفشانها، پوسته های اقیانوسی ساخته شده از سنگهای بازالت شکل می گیرد.

سابداکشن(4)

پوسته زمین نمی تواند در هر کجا و هر سمت گسترده شود. در بعضی قسمتها مقداری از پوسته باید برداشته شود. وقتی دو صفحه یکدیگر را هل می دهند، یکی از آنها به درون جبه فرو می رود. به این فرایند سابداکشن می گویند. صفحه فرو رفته درون زمین نهایتاً ذوب می شود و به شکل ماگما در می آید. بیشتر ماگمای ایجاد شده بر اثر سابداکشن به سطح زمین نمی رسد بلکه در پوسته آن سرد شده و سنگهای پلوتونیک را ایجاد می نماید.
پوسته قاره ای به دلیل ضخامت و سبک بودن در زمین فرو نمی رود بلکه پوسته سنگین اقیانوسی دچار سابداکشن می گردد. مرز بین دو صفحه در محل برخورد با شیاری بسیار عمیق در کف اقیانوس مشخص می شود. این شیارها عمیق ترین بخشهای اقیانوس هستند و عمق آنها تا11،000متر نیز می رسد.
بر سطح صفحه بالاتری که در سطح زمین باقی می ماند کوهستانی ایجاد می شود. وقتی سنگهای صفحه ی فرو رونده به عمق 100کیلومتری زمین می رسند شروع به ذوب شدن و تشکیل ماگما می کنند. بخشی از این ماگما به سطح رسیده و منجر به وقوع فورانهای آتشفشانی می گردد. مناطقی با آتشفشانهای فراوان مانند پرو، ژاپن و شمال غربی ایالات متحده، در نزدیکی مناطقی قرار دارند که سابداکشن رخ می دهد.

ساختمان کوهستانها

گاهی، هنگامی که یک صفحه به درون جبه فرو می رود، یک قاره و یا قسمتی کوچک تر را با خود می کشد. همانطور که گفته شدپوسته قاره ای ضخیم تر و سبک تر از آن است که به درون زمین فرو رود. اما ممکن است با صفحه های دیگر برخورد کند. برخورد صفحه ها با یکدیگر اغلب رشته کوههای عظیمی را در وسط قاره ها ایجاد می کند. برای مثال هیمالیا زمانی شکل گرفت که دو صفحه قاره ای با یکدیگر برخورد نمودند.
مجموعه رویدادهایی که در طی تشکیل یک رشته کوهستان رخ می دهند را اورژنی (5)یا تشکیل کوه می گویند. اورژنی شامل بلند شدن و مرتفع شدن کوه ها، تاشدن و چین خوردگی سنگها، فعالیتهای آتشفشانی و شکل گیری پلوتونیکها و سنگ های دگردیس که هنگام برخورد صفحه ها ایجاد می شوند، می باشند. سالها پس از این که کوهستانها بر اثر فرسایش ناپدید شدند، زمین شناسان همچنان می توانند تغییراتی که اوروژنی در سنگها به وجود آورده است را مشاهده کند.

زمین لرزه

زمین لرزه هنگامی رخ می دهد که سنگهای دو قسمت مقابل هم در یک شکاف، که گسل نامیده می شود، به یکدیگر برخورد کنند یا به هم کشیده شوند. گسل ها هم در مرزهای بین صفحات هستند و هم در میان صفحات قرار دارند. گاهی نیز نیروهای موجود در صفحه ها باعث شکسته شدن و لرزیدن سنگهایی می شود که به گسل ها نزدیک نیستند. به مرز دو صفحه که به یکدیگر کشیده می شوند گسل انتقالی می گویند. گسل سن آندراس (6)در کالیفرنیا یک گسل انتقالی است. در منطقه ای به نام صفحه ی آرام، قسمت کوچکی از شمال غربی کالیفرنیا در حال کشیده شدن توسط بقیه آمریکای شمالی است.

شکل قاره ها

چندین بار در تاریخ زمین تصادف بین قاره ها منجر به ایجاد قاره های بزرگتر گردیده است. گرچه پوسته ی قاره ای ضخیم است اما به مرتب آسانتر از پوسته ی اقیانوسی شکسته می شود آنگونه که قاره های بزرگ سریعاً شکسته شده و به قاره های کوچک تبدیل شده اند. مواد موجود در جبه قسمتهای خالی را پر می کند و پوسته های جدید اقیانوسی را به وجود می آورد. هنگامی که یک قاره شکسته و قسمتها از هم جدا می شوند، حوزه های جدید اقیانوسی در بین آنها ایجاد می گردد. حدود یک سوم از سطح زمین را پوسته قاره ای پوشانده است، بنابراین این تکه ها نمی توانند بدون برخورد حرکت نمایند. وقتی دو قاره به هم برخورد می کنند، یک حوزه قدیمی اقیانوسی از بین می رود. فرایند جدا شدن قاره ها و پیوستن آنها به یکدیگر به نام زمین شناس کانادایی جان ویلسون (7)که برای نخستین بار این پدیده را توضیح داد، چرخه ویلسون نام گرفت.
قاره ها احتمالاً از حدود 2میلیارد سال پیش تاکنون در حرکت بوده اند، با این حال زمین شناسان تنها مدارکی در دست دارند که بیان کننده ی حرکت قاره ها از 800میلیون سال پیش است. بیشتر پوسته های اقیانوسی قبل از این تاریخ دچار سابداکشن شده و در جبه زمین فرورفته اند.
زمین شناسان تعیین نموده اند که حدود800میلیون سال پیش، قاره ها به صورت یک قاره بسیار بزرگ به نام ردینا(8)بوده اند و آنچه ما اکنون به عنوان آمریکای شمالی می شناسیم، زمانی مرکز ردینا بوده است. جریان مواد در جبه باعث شکسته شدن و تقسیم شدن ردینا به قسمت های کوچک شد. این قسمت ها بین 500میلیون تا 250میلیون سال پیش به یکدیگر برخورد کردند. برخورد بین آنچه اکنون آمریکای شمالی، اروپا و آفریقا نامیده می شود، منجر به ایجاد کوهستان آپالاچین در آمریکای شمالی شد. برخورد بین قسمتی از سیبری کنونی و اروپا نیز کوهستان اورال را ایجاد کرد.
در دویست و پنجاه میلیون سال پیش، قاره ها با برخورد با یکدیگر ابر قاره دیگری را به نام پانژه آ(9)شکل دادند. در آن هنگام تنها یک اقیانوس که همه زمین پیرامون پانژه آ را احاطه می نمود به نام پانتالاسا(10)وجود داشت. حدود 200میلیون سال پیش، پانژه آ شروع به شکستن و تکه تکه شدن نمود. این ابرقاره به دو قسمت بزرگ به نام های گواندوانالند(11)و لوراسیا(12)تقسیم شد. به مرور زمان گواندوالند تقسیم شده و قاره های آفریقا، آنتارکتیکا، استرالیا، آمریکای جنوبی و شبه قاره هند را به وجود آورد. لوراسیا نیز در نهایت تقسیم شد و یوراسیا و آمریکای شمالی را ایجاد نمود. هنگامی که صفحه های قاره ای از یکدیگر جدا می شوند، پیوسته اقیانوسی جدیدی در بین آنها ایجاد می گردد.

تغییرات آب و هوایی زمین

عصر یخبندان

در خلال تاریخ، آب و هوای زمین بارها تغییرات اساسی شده است. بین 800تا600میلیون سال پیش در طی دوره ای به نام پره کامبرین(13)، زمین تغییرات فراوانی را به عنوان عصر یخبندان تجربه کرده است. آب و هوا به شدت سرد شده است و دانشمندان معتقدند که بخش عمده یا همه زمین چندین بار یخ زده است. زمین شناسان تخمین می زنند که زمین تا به حال4 بار یخ زده است.
بیشتر اوقات زمین بدون یخ بوده است. دو دوره یخبندان جزئی حدود 450میلیون سال پیش و250میلیون سال پیش رخ داده اند. در چند میلیون سال اخیر دمای زمین سرد شده است. از حدود2میلیون سال پیش، با شروع دوره ای به نام پلیستوسن (14)یا دوره چهارم زمین شناسی، تجمع و انباشته شدن یخ در قاره ها آغاز گردید.
آخرین دوران یخبندان حدود 70،000سال پیش آغاز شد و گسترش آن تا18،000سال پیش به طول انجامید. توده ها ولایه های عظیم یخ به بیرون از بستر دریاچه های بزرگ آمده و مسیر رودخانه ها بسته شدند. رودخانه های می سی سی پی، میسوری و اهایو کاملاً دگرگون شده اند. این دوران 11،500سال پیش به پایان رسید. اغلب دانشمندان معتقدند که زمین هم اکنون در دوران بین دو عصر یخبندان به سر می برد و عصر جدید یخبندان در راه است.

چرا دوران یخبندان به وقوع می پیوندد

دانشمندان علت واقعی این پدیده را به طور کامل در نیافته اند. اغلب آنها بر این باورند، که تغییرات جرئی در مدار و زاویه محور طولی زمین بر اثر تأثیر گرانش سیارات دیگر باعث می شود که میزان انرژی دریافتی از خورشید تغییر کند و عصر یخبندان آغاز شود.
برخی دانشمندان نیز معتقدند که تغییرات مقدار دی اکسید کربن در جو زمین عامل وقوع طولانی مدت در آب وهوای زمین می شود. در اکسید کربن، یک گاز گلخانه ای، گرمای خورشید را به دام انداخته و جو زمین را گرم می کند. بیشتر دی اکسیدکربن موجود در زمین در سنگهای کربناتی مانند سنگ آهک حبس شده اند. اگر دی اکسید کربن در سنگهای آهک محبوس نبود و در جو زمین آزاد می شد، آب و هوای امروز زمین می توانست بسیار گرمتر باشد وقتی کوهستانی هایی با سیلیکات فراوان در اثر فرسایش تجزیه می شوند، کلسیم و منیزیم از سنگها آزاد می شوند. این عناصر با آب شسته شده و به دریا می رسند یعنی جایی که ارگانیزمهای زنده برای ساخت صدفهای کربنات محافظ این مواد شیمیایی را جذب می کنند. این موجودات زنده در نهایت می میرند و به کف دریا می روند و در آنجا با تجمع و رسوب در تشکیل سنگهای آهکی شرکت می کنند. این فرایند که چرخه کربنات-سیلیکات نام دارد، دی اکسید کربن موجود در هوا را جذب می کند. با کم شدن دی اکسیدکربن در هوا، گرمای خورشید در زمین باقی نمی ماند در نتیجه هوا آنقدر سرد می شود که می تواند یک دوران یخبندان را آغاز کند.
سنگ آهک پس از فرسایش، دی اکسید کربن را به هوا پس می دهد و به این صورت گرما را در زمین توزیع می کند. به علاوه قسمتی از این سنگها بر اثر سابداکشن به درون جعبه فرو می روند. در آنجا به سبب گرما و فشار زیاد به ماگما تبدیل می شوند. دی اکسیدکربن موجود در ماگما می تواند از طریق فورانهای آتشفشانی به هوا باز پس داده شود.
تئوری پردازان می گویند در خلال دوران پره کامبرین آتشفشانها مقادیر زیادی دی اکسیدکربن به جو زمین فرستاده اند. این گاز به دلیل تأثیرات گلخانه ای، هوای زمین را گرم کرده و باعث ذوب شدن یخهای عصر یخبندان شده است.

تاریخ زمین

تاریخ زمین در سنگهای پوسته آن ثبت شده است. این سنگها از زمان تشکیل زمین تاکنون در حال شکل گیری، فرسایش و شکل گیری مجددند. به محصول فرسایش، رسوب می گویند. رسوب در لایه های به نام استراتا تجمع می کند. استراتاها حاوی مدارکی می باشند که به زمین شناسان در شناخت گذشته ی زمین کمک می کنند. این مدارک حاوی ترکیب بندی استراتا، جهت رسوب بندی استراتا و نوع فسیلهای موجود در استراتا می باشند.
کاوشهای فضایی نیز فهم ما را از زمین تا حد زیادی افزایش داده اند. تلسکوپ فضایی هابل نقش ستاره ها را در اجرای فرایند سیاره سازی مشاهده کرده است. از اواسط سالهای 1990، دانشمندان ستاره های دیگری را که دارای سیاره می باشند را کشف کرده اند. این اکتشافات به دانشمندان کمک می کند که تئوری های خود درباره تشکیل زمین را گسترش و پیشرفت دهند.

سن زمین

دانشمندان فکر می کنند که زمین هم زمان با اجرام دیگر منظومه شمسی شکل گرفته است. آنها متوجه شده اند که سنگهای آسمانی کندریت، بازمانده هایی از مراحل نخستین تشکیل منظومه شمسی که دستخوش تغییر نشده اند، سنی معادل4/6میلیارد سال دارند. دانشمندان بر این باورند که زمین و دیگر سیارات نیز احتمالاًچنین سنی دارند. آنها سن سنگها را با اندازه گیری مواد رادیواکتیو موجود در آنها مانند اورانیوم، تخمین می زنند عناصر رادیواکتیو با یک سرعت و روال مشخص با عناصر دیگر تبدیل می شود. برای مثال اورانیوم با از دست دادن تشعشع، به سرب تبدیل می شود. دانشمندان زمان لازم برای انجام این تبدیل را می دانند. آنها می توانند سن سنگ را با مقایسه نسبت اورانیوم به سرب تشخیص دهند.

شکل گیری زمین

بیشتر دانشمندان فکر می کنند که منشأ منظومه شمسی یک لایه ابر نازک در فضا بوده است. خود خورشید نیز از همین ابر و قسمتی از آن که متراکم تر از بقیه بوده است به دنیا آمده. گرانش این ابر سبب انقباض آن و کشیده شدن ذرات و غبار به سمت مرکز آن شد. بیشتر این امر در مرکز آن برای تشکیل خورشید جمع شد اما حلقه بزرگی از مواد نیز در حال گردش دور آن باقی ماند. ذرات این حلقه با یکدیگر برخورد کرده و منجر به تشکیل اجرام بزرگ تر شدند. این اجرام نیز به نوبه خود با هم برخورد کردند و سیارات منظومه شمسی را طی فرایندی به نام رشد پیوسته تشکیل دادند.

پیشرفتهای زمین

دانشمندان به این تئوری دست یافته اند که زمین در آغاز جرمی سنگی، بدون آب و احاطه شده با گاز بوده است. مواد رادیواکتیو در سنگها و فشار فزاینده درون زمین گرمای لازم را برای ذوب شدن داخل آب فراهم نمودند. عناصر سنگین مانند آهن فرو رفتند. سنگهای سیلیکات سبک نیز به سطح زمین آمده و پوسته اولیه آن را شکل داده اند. گرمای درون زمین باعث گردید که مواد شیمیایی دیگری از اعماق زمین به سطح آب برسند. بعضی از این مواد شیمیایی منجر به تشکیل آب شدند و بقیه ی گازهای جو زمین را به وجود آوردند.
در سال2001یک تیم بین المللی از دانشمندان، کشف کریستالهای زیرکن (15) با قدمت4/4میلیارد سال را اعلام کردند. زیرکن از عناصر زیر کنیوم، سیلیکون و اکسیژن ساخته شده، بسیار سخت است و در برابر عوامل فرسایش بسیار پایدار و با دوام است. با آنالیز شیمیایی زیرکن، دانشمندان تشخیص دادند که در زمان تشکیل کریستالها، در سطح زمین آب وجود داشته است. آنها نتیجه گرفتند که پوسته زمین و اقیانوسها200میلیون سال پس از شکل گیری سیاره ایجاد شده اند.
ستاره شناسان معتقدند که خورشید در اوایل تشکیل زمین حدود30درصد ضعیف تر از امروز بوده است. قدیمی ترین سنگها گواه این امر می باشند که زمین به اندازه ای گرم بوده که آب مایع در سطح آن وجود داشته است. دانشمندان همچنین بر این باورند که اتمسفر زمین برای جذب گرما، ضخیم تر از زمان فعلی بوده است. طی میلیونها سال رفته رفته آب در قسمتهای گود پوسته زمین جمع شده و اقیانوسها را شکل داده است.
پس از دوره اصلی شکل گیری سیارات، بیشتر اجرام باقی مانده در منظومه شمسی به سمت سیارات تازه شکل گرفته متمایل شدند. برخوردهای پی درپی سیارات با این اجرام با انفجارهای زیادی همراه بود. همین برخوردها باعث ایجاد چاله های فراوان در سطح ماه، مریخ، زهره و عطارد شده اند. زمین نیز در معرض این برخوردها قرار گرفته است اما چاله های به وجود آمده دراثر برخوردها، در طی مرور زمان و به واسطه فعل و انفعالات فرسایشی و صفحات تکتونیک از بین رفته اند زمین شناسان معتقدند که قسمت زیادی از پوسته قاره ای در 3/5میلیارد سال پیش شکل گرفته است. شواهدی وجود دارد مبنی بر این که صفحات تکتونیک از 2میلیارد سال پیش فعال شده اند.
بعضی از دانشمندان باور دارند که جو اولیه زمین شامل هیدروژن، هلیوم، متانو آمونیاک، شبیه به جو کنونی سیاره مشتری، بوده است. بعضی دیگر از دانشمندان معتقدند که جو اولیه حاوی مقادیر زیادی دی اکسید کربن، مانند جو فعلی زهره، بوده است. چیزی که همه دانشمندان آن را باور دارند این است که در جو اولیه زمین مقدار ناچیزی اکسیژن وجود داشته است.
دانشمندان تشخیص داده اند که در حدود2میلیارد سال پیش، تغییر شدیدی در جو زمین پدید آمده است. دلیل این ادعا این است که تشکیل نوعی خاص از سنگ آهن که در شرایط کمبود اکسیژن ایجاد می شود، در آن تاریخ متوقف شده است. در عوض مقادیر زیادی رسوب سنگ ماسه قرمز شروع به شکل گیری نمود. رنگ قرمز به دلیل واکنش آهن با اکسیژن و ایجاد اکسید آهن یا زنگ آهن ناشی می شود. وجود سنگ ماسه مدرکی برای وجود مقداری اکسیژن در جو زمین است. هوا در آن موقع قابل استنشاق نبود اما حدود1 درصد حاوی اکسیژن بود.
بیشتر اکسیژن فعلی موجود در هوا توسط گیاهان و ارگانیزمهای میکروسکوپی تأمین می شود. این ارگانیزمها دی اکسیدکربن هوا را استفاده کرده و در روندی به نام فتوسنتز اکسیژن تولید می کنند. به این صورت مقدار اکسیژن موجود در هوا افزایش پیدا نموده و با پیشرفت ارگانیزمهای تولید کننده اکسیژن، این گاز در هوا به حد وفور رسیده است.

پی نوشت ها :

1-Plutonic
2-Chondrite
3-Tectonic Plates
4-Subduction
5-Orogeny
6-San Andreas
7-John Wilson
8-Rodinia
9-Pangaea
10-Panthalassa
11-Gondwanaland
12-Laurasia
13-Precambrian Era
14-Pleistocene Era
15-Zircon

منبع: - ، (1387)، شناخت فضا و منظومه شمسی ،الهام سجادی فر، تهران، [بی نا]، چاپ دوم1389.