نوجواني مشقت بار زمين

نگاهي به مراحل تکامل زمين و سرآغازهاي حيات
 

فرض کنيد در حال تماشاي آسمان متوجه جرم درخشاني مي شويد که هم اندازه ماه کامل است. چند ساعت بعد هنگامي که دوباره به آسمان نگاه مي کنيد، حاضريد قسم بخوريد که جسم کمي بزرگ تر شده است. متاسفانه اين ديگر فقط تصور شما نيست.
بيست و چهار ساعت بعد اندازه جسم دوبرابر و واقعيت آشکار مي شود: اين جسم به سوي زمين پيش مي آيد! دوازده ساعت ديگر، اندازه جسم يک بار ديگر دو برابر مي شود و در روشنايي روز آشکارا ديده مي شود. صخره اي به جرم تقريبي هزار ميليارد ميليارد تن با سرعت 36هزار کيلومتر در ساعت رو به زمين در حال حرکت است و کاري از دست کسي ساخته نيست.
اين جسم از کنار (به صورت مايل) با زمين برخورد مي کند و باعث مي شود. بخش زيادي از پوسته و جبه ي سياره نما بخار شود. مقدار زيادي از سنگ ريزه ها نيز به مدار پرتاب مي شود. جوّ زمين از بين مي رود (دست کم در آن بخش روبه برخورد). جهت چرخش زمين برعکس مي شود. به نظر مي رسد ويراني کامل بوده است.
با اين همه عبارت «به نظر مي رسد» در اينجا مهم ترين عبارت است، چراکه ويراني تقريباً کامل مقدمه فرايند شگفت آور خلقت مي شود. تکه هاي سنگ و سنگ ريزه در نهايت به هم مي پيوندند و جرمي را به وجود مي آورند که ميلياردها سال باقي مي ماند. اين جرم که هم اکنون قمر زمين است، ترکيب شيميايي يک سياره را دارد که ماجراهاي خشونت بار بيشتري را هم پيش رو دارد. اقليم زمين بين وضعيت آب و هوايي داغ و سوزان و سرد و يخبندان در نوسان است. زمين سطحي فعال دارد که پديده هايي همچون فوران هاي آتشفشان و تکتونيک صفحه اي در آن روي مي دهد و شاهد شکوفايي حيات است.
شگفت اينکه ماه نه تنها شاهد رويدادهاي غيرمعمول است بلکه در برخي موارد خودش هم در اين رويداد نقش مهمي دارد. سفر زمين از لحظه ي تشکيل ماه تا به امروز، داستاني را به وجود آورده است که حتي با گاهشمارهاي تاريخ بشر رقابت مي کند.

برخورد بزرگ
 

مهم ترين رويداد در دوره ي نوجواني زمين پديد آمدن ماه بود. 4/57 ميليارد سال پيش منظومه خورشيدي از تراکم ابر گاز و غبار شکل گرفت و 40 تا 50 ميليون سال پس از آن ماه پديد آمد. پيش از آنکه برخورد صورت گيرد، هسته ي زمين شکل گرفته بود. عناصر سنگين مانند آهن و نيکل (همراه با اورانيم، توريم و پتاسيم) به مرکز زمين فرو رفته بودند.
اين سه عنصر راديواکتيو، به همراه گرماي باقيمانده از مرحله تشکيل زمين، بيشتر حرارتي را فراهم مي کنند که اکنون بخش هاي داخلي زمين را گرم نگه مي دارد. با فوران گازها از دهانه هاي آتش فشان و ديگر مکان هاي داغ، اين گرما نيز به تشکيل جوّ زمين کمک کرده است. اين حرارت همچنين تکتونيک صفحه اي را به حرکت درمي آورد که نقش بسيار مهمي در تغيير شکل پوسته زمين دارد.
تا بيش از آنکه فضانوردان مأموريت آپولو نمونه هايي از خاک ماه را به زمين بياورند، اختر شناسان نمي دانستند ماه چگونه به وجود آمده است. اين نمونه ها نشان داد که ترکيب شيميايي خاک ماه با ترکيب شيميايي لايه هاي بيروني سطح زمين همخواني دارد، اما با هسته ي زمين يکسان نيست. اين اطلاعات تازه ،به سرعت اين فکر را مطرح کردکه ماهاز به هم پيوستن قطعات حاصل از برخورد جرم هم اندازه مريخ با زمين در مرحله کودکي آن به وجود آمده است.
البته اينکه اين برخورد دقيقا به چه شکلي صورت گرفت، همچنان محل بحث باقي ماند. اما شايد شبيه سازي هاي رايانه اي که رابين کَناپ، از مؤسسه پژوهشي ساوت وست در بلدِر کلرادو، به تازگي انجام داده است محتمل ترين وضعيت را نشان دهد.
شبيه سازي هاي قبلي، با اين فرض که نه زمين جوان و نه جسم برخورد کننده هيچ کدام پيش از برخورد به دور خود نمي چرخيدند، به ساده سازي هاي فيزيکي دست زدند. اما خانم کناپ در محاسبه هاي خود چرخش را هم در نظر گرفت و سپس به بررسي انواع حالت ها، از جمله سرعت هاي برخورد و جرم و زاويه در وضعيت هاي گوناگون برخورد، پرداخت.
هدف او از اين پژوهش آن بود که دريابد چه نوع برخوردي به تشکيل يک صفحه ي به وجود آورنده ي ماه واقعي منجر شده است. اين برخوردها مي بايست صفحه هايي با جرم کافي براي تشکيل ماه به وجود آورده باشند اما احتمالاً چنان شديد نبوده که آهن موجود در اعماق زمين يا جسم برخورد کننده را نيز به بيرون پرتاب کند.
کناپ دريافت براي آنکه بهترين وضعيت روي دهد، سرعت نسبي بايد کم (کمتر از 36هزار کيلومتر بر ساعت) و زاويه ي برخورد بايد حدود 45 درجه باشد. چنين برخوردي صفحه اي را به جرم دو برابر جرم ماه ايجاد مي کند که عمده مواد آن از جسم برخورد کننده حاصل شده است.
کناپ، با در نظر گرفتن چرخش در شبيه سازي هاي خود، دريافت بهترين نتيجه زماني حاصل مي شود که زمين، پيش از برخوردِ منجر به تشکيل ماه، در جهتي خلاف جهت معمول حرکت اجرام منظومه ي خورشيدي (و خلاف جهت چرخش کنوني خود) بچرخد. چرخش برعکس، اندازه حرکت زاويه منظومه زمين- ماه را ،نسبت به آنچه که امروزه مي بينيم، کاهش دهد. اگر زمين اوليه نمي چرخيد، يا در جهت کنوني اش مي چرخيد، شبيه سازي هاي ياد شده نمي توانستند اين نتايج را به دست دهند.

بمباران دوم
 

زمين، درست پس از برخورد به وجود آوردنده ماه، مکان مناسبي براي زيستن نبود. پس از اين برخورد شديد و فاجعه بار، سراسر سياره ما را اقيانوسي از گدازه و جوّ ضخيمي از دي اکسيد کربن فراگرفت که موجب به وجود آمدن اثر گلخانه اي شديدي شد.
با اين همه پس از گذشت چندين ميليون سال، وضعيت زمين آرام شد. بي ترديد برخوردهاي شديد، همچنان ادامه داشت (واجرام بزرگ در بخش هاي دروني منظومه ي خورشيدي همچنان خرده ريزه ها را جذب مي کند) اما هيچ رويدادي همانند پيامد تشکيل ماه نبود.
از حدود چهار ميليارد سال پيش اين وضعيت کم کم تغيير کرد. در يک دوره حدود دويست ميليون ساله، که سياره هاي جوان بخش هاي دروني منظومه شمسي را جاروب مي کردند، سرعت برخوردها به شدت زياد شد. اخترشناسان با اطمينان نمي دانند علت آن «آخرين بمباران شديد» چه بود يا اين اجسام از کجا آمده بودند. شايد زماني که سياره هاي غول پيکر بيروني به مدارهاي نهايي خود مهاجرت مي کردند، مدار اين اجسام نيز دچار اختلال شد و به بخش هاي دروني منتقل شدند.
در هر صورت تعداد اين برخوردها نامشخص است. البته نشانه اين برخوردها، مدت ها پيش از سطح زمين محو شده است. سطح فعال سياره ما همه شواهد تا اين حد قديمي را پاک کرده است. خوشبختانه، سطح پوشيده از دهانه هاي برخوردي ماه شاهد بسيار خوبي است. رصد دهانه هاي برخوردي مريخ و عطارد نيز اين بمباران شديد را تاييد مي کنند. هرچند اثرات تخريبي مشاهده شده رو ي ماه تأمل برانگيز است آنچه که در زمين روي داده بايد بسيار شديدتر ماه بوده باشد زمين باعث مي شود که اندازه ماه همچنان کوچک بماند. قطر سياره ي ما 3/7 برابر قطر قمرش و جرم آن حدود صد برابر آن است. پس، گرانش زمين بايد اجرا بيشتري را نسبت به ماه به سمت خود کشيده باشد و زمين هدف بزرگتري بوده است آخرين بمباران شديد بايد حدود 40 دهانه با قطر حدود هزار کيلومتر و چندين دهانه با قطر پنج هزار کيلومتر ايجاد کرده باشد.
هرکدام از اين رويدادهاي مهم تغييراتي را در سياره ي ما به وجود آورده است. انرژي آزاد شده از تنها يکي از اين برخوردهاي شديد مي بايست اقيانوس ها را تبخير و بخشي از پوسته ي زمين را در هوا پراکنده کرده باشد. به احتمال بسيار دماي سطح زمين بيش از دماي درون يک فر شده بود. چنين اثراتي شايد تا هزار سال هم ادامه پيدا کرده باشند.
اگر بشر در هنگام آن برخوردها حضور داشت، شايد از اين گرماي اضافه استقبال مي کرد. خورشيد در ابتداي تاريخ زمين، نسبت به زمان کنوني اش، نور و حرارت کمتري تابش مي کرد. خورشيد از زمان پيدايش خود در هر صدميليون سال کمتر از يک درصد درخشنده تر شده است. با در نظر گرفتن عمر 4/6 ميليارد ساله خورشيد، درمي يابيم که خورشيد در ابتداي پيدايش خودل نسبت به امروز ،حدود سي درصد انرژي کمتري توليد مي کرده است.
هم اکنون دي اکسيد کربن و بخار آب موجود در هوا سبب مي شود که دما 33 درجه سانتي گراد گرم تر از حالتي باشد که زمين جوّي نداشت. از آنجايي که در گذشته هاي دور بخش هاي داخلي زمين به شدت گرم تر بود، شايد آتشفشان هاي فعال مقدار بيشتري هم گاز گلخانه اي منتشر مي کردند.

سبز شدن زمين
 

آزاد شدن مقدار زيادي گاز گلخانه اي پديده خوبي است زيرا حيات به حرارتي بيش از آنچه خورشيد به تنهايي فراهم مي کند، نياز دارد. خورشيد به تنهايي نمي توانست تا حدود دوميليارد سال پيش يخ هاي سطح زمين را ذوب کند. اما مي دانيم که حيات دست کم از 3/5 ميليارد سال پيش آغاز شده است.
اين عدد سن قديمي ترين صخره هاي روي زمين است که مي توانند فسيل هايي در خود داشته باشند. سنگ هاي رسوبي که در غرب استراليا و جنوب آفريقا يافت شده اند، فسيل هاي ميکروسکوپي باکتري ها و باقيمانده هاي فسيل شده اي از جلبک دارند که استروماتوليت ناميده مي شود. شايد حيات پيش از آن هم شروع شده باشد، البته ما هيچ سندي از اين موضوع در دست نداريم.
زماني که حيات آغاز شد يکباره عالم گير نشد. برخلاف باور عامه، حيات در زمين پيوسته و بي وقفه از شکل باکتري يايي به نوع انسان تکامل پيدا نکرد. طي دوره اي بيش از يک ميليارد سال، حيات تنها به شکل موجودات تک سلولي وجود داشت.
حدود سه ميليارد سال پيش حادثه ي مهمي روي داد و سيانوباکتري ها (جلبک هاي سبز- آبي) سر برآوردند. اين باکتري با استفاده از عمل فتوسنتز انرژي به دست مي آورد و دي اکسيد کربن را جذب و اکسيژن ملکولي را، به عنوان ماده اي زايد دفع مي کند. با آغاز فتوسنتز تغييري تدريجي در جوّ آغاز شد و راه را براي ظهور شکل هاي پيچيده ي حيات باز کرد.
شايد در اين پيشرفت تکاملي، ماه بيش از يک تماشاگر بي طرف نقش داشته است. کشنده هاي ماه آشيانه هاي زيست شناختي سرزنده اي را به وجود آورده است که آب هر روز دو بار به درون آن رخنه مي کند و سپس عقب مي نشيند. بسياري از دانشمندان بر اين باورند که اين منطقه هاي ميان کشنده ي مي توانست مکاني براي بذر افشاني تنوع تکاملي باشد. همچنين، ميلياردها سال پيش ، ماه به زمين بسيار نزديک تر بود و کشنده هاي بسيار بزرگ تري را موجب مي شد. سه ميليارد سال پيش، ماه آنقدر به زمين نزديک بود که مقدار متوسط کشندها حدود 300متر مي شد.

بازگشت به يخبندان شديد
 

هميشه اين گونه نبود که در روز خورشيد بتابد و گرما به زمين برگردد. بسياري از دانشمندان با آزمايش و بررسي توزيع رسوبات يخي در سراسر جهان، بر اين باورند که زمين چندين دوره يخبندان سراسري را از سر گذرانده است. طي اسن دوره ها، که «زمين گولّه برفي» نام دارد، سراسر سياره از قطب شمال تا قطب جنوب پوشيده از برف بود.
در آن هنگام زمين به جاي آنکه شبيه زميني باشد که امروزه مي شناسيم، بيشتر به «اروپا»، قمر مشتري، شبيه بود. به احتمال بسيار ضخامت يخ به بيش از يک کيلومتر مي رسيد و متوسط دماي جهان حدود 50- درجه سانتيگراد بود. در عين حال حتي در مناطق استوايي دما به 20- درجه سانتي گراد مي رسيد که شبيه دماي قاره جنوبگان در روزگار ماست. از آنجايي که در آن روزگار اقيانوسي هم نبود که وضعيت دمايي را تعديل کند، اختلاف دما در شب و روز و طي فصل هاي مختلف بسيار زياد بود.
نخستين دوره زمين گولّه برفي حدود 2/2 ميليارد سال پيش روي داد. دومين دوره 710 ميليون سال پيش و سومين دوره نيز (که تا امروز آخرين دوره محسوب مي شود.) حدود 635 ميليون سال پيش به وقوع پيوست.
زماني که يک دوره زمين گولّه برفي شروع مي شود، به سرعت پيشرفت مي کند. هنگامي که لايه اي از يخ شکل مي گيرد، مقدار بيشتري از نور خورشيد را به فضا بازتاب مي دهد، در نتيجه باعث سردتر شدن سياره ما و به وجود آمدن يخ بيشتر مي شود (شايد با انتشار گازهاي گلخانه اي بيشتر از فوران هاي آتش فشاني، چنين دوره هايي به همين سرعت نيز به پايان مي رسيد).
سازگاري با زمين گولّه برفي براي اغلب گونه هاي جاندار دشوار بود. با اين همه شايد وضعيت پر تنش باعث شده باشد که برخي گونه ها خود را به سرعت سازگار کرده باشند. فسيل هاي موجود در دوره ي نزديک به پايان آخرين زمين گولّه برفي دوره ي سريع تکامل را طي کردند. از گونه هاي زيستي چندسلولي ساده که حدود 1/2 ميليارد سال پيش پديد آمدند، گونه هاي بزرگ تر و پيچيده تري حاصل شدند. بيشتر گروه هاي نوين زيستي طي دوره انفجاري کمبرين، بين 580 تا 500 ميليون سال پيش ظاهر شدند.

پوسته ي متحرک
 

گرماي دروني زمين اثر مهمي روي سطح داشت، اگرچه اين موضوع نسبتا به تازگي در تاريخ سياره ي ما نمايان شده است. گرماي زمين پوسته ي زمين را مي شکند که نتيجه آن جاري شدن مقدار بيشتري گدازه بر هفت صفحه بزرگ و صلب است.
اين صفحه ها مدتي پس از آن شکل گرفت که پوسته آخرين اقيانوس جاري گدازه را سرد کرد. دانشمندان دقيقاً نمي دانند که اين پديده چه زماني روي داده است اما حدس مي زند بين 3/8 تا 2/5 ميليارد سال پيش روي داده باشد، اگر چه برخي شواهد جديد بيانگر آن است که اين پديده شايد زودتر از اين هم روي داده باشد.
سال گذشته هوبرت اشتاديگل و همکارانش از مؤسسه اقيانوس شناسي دانشگاه کاليفرنيا در سن ديگو ساختاري را در منطقه تشکيل صخره در آيسواي گرينلند، که بسيار سالم باقي مانده بود، بررسي کردند و شواهد فيزيکي براي تکتونيک صفحه اي باستان در آن يافتند. اين يافته ها زمان آغاز تکتونيک را به 3/8 ميليارد سال پيش مي رساند.
تغيير پوسته به سبب تکتونيک صفحه اي براي تاريخ زمين (وحيات) بسيار حياتي است. با فرايند فرونشستِ پوسته قاره اي انباشته از کربن به زير جبّه، کربن بازيافت و باعث مي شود جوّ زمين به طور نسبي بدون دي اکسيد کربن باشد.
با اين همه اثرات فيزيکي در سطح زمين تا حدود 225 تا 200 ميليون سال پيش مشخص نبود. پيش از آن همه خشکي هاي زمين به صورت يک قاره بسيار بزرگ بود که پانگه آ نام داشت. اما حدود همين زمان، کم کم قاره ها از هم جدا شدند. ابتدا اين خشکي به لوراسيا و گندوانالَند تبديل شد و سپس آنها نيز به قاره هايي تفکيک شدند که امروزه مي شناسيم. هم اکنون نيز قاره ها با سرعت 2/5 تا 5 سانتي متر در سال (سرعت تقريبي رشد ناخن) از يکديگر دور مي شوند.
همه موجودات زنده متولد مي شوند، زندگي پرماجرايي را مي گذرانند و سپس مي ميرند (وچه کسي انکار مي کند که زمين هم سياره اي زنده است.) زمين از تولدش تا بزرگسالي دوران مشقت باري را سپري کرده اشت. برخوردي بزرگ در کودکي زمين آشکارا جهت چرخش آن را تغيير داد و ماه را به وجود آورد. طوفان هاي آتشين و يخبندان هاي عظيم شرايط را براي حيات آماده کردند تا تکامل يابد و رشد کند.
اکنون که سياره زمين ميان سالي آرام خود را مي گذراند، ساکنان آن مي توانند به گذشته بنگرند و دريابند همه ي اين اتفاقات چگونه روي داده است. و شايد و فقط شايد، آينده بهتري بسازند.
منبع: ماهنامه نجوم، شماره 189.