زمین چگونه به وجود آمد؟

تاریخچه‌ی زمین در یک مقیاس زمانی 24 ساعته

اگر سابقه‌ی 54ر4 میلیارد ساله‌ی زمین را در 24 ساعت از یک شبانه روز فشرده کنیم، منشاء حیات در حدود ساعت 4 صبح اتفاق می‌افتد، اشکال زندگی تک سلولی در حدود 2 و 8 دقیقه‌ی بعد از ظهر شکل می‌گیرند، دایناسورها در حدود ساعت 10 و 24 دقیقه‌ی شب منقرض می‌شوند، پستا نداران در حدود ساعت 23 و 39 تکامل می‌یابند و انسان‌ها در حدود دو دقیقه قبل از نیمه شب یعنی ساعت 23 و 58 دقیقه ظاهر می‌شوند. کل تاریخ بشری ما در چهار چوب زمانی کمتر از 2 دقیقه فشرده می‌شود! زمین، خانه‌ی ما و شاید امن‌ترین مکان در جهان است. ما هیچ ایده‌ای در این باره که چقدر خوش شانسیم که در این جا هستیم، نداریم. مجموعه‌ای از وقایع با مواهبی غیر مترقبه به منشاء حیات در این سیاره انجامیده است. در مقایسه با فضای بیرونی، این سومین سنگ (سیاره) از خورشید چیزی بیش از یک محل گرم و نرم است. این تقریباً برای زندگی، سفارشی ساخته شده است. برخی از چیز‌هایی که حیات بر روی زمین را ممکن می‌سازند احتمالاً عبارتند از فراوانی آب، پوششی از میدان مغناطیسی (که از ما در برابر تشعشعات پر انرژی خورشید در امان نگه می‌دارد)، لایه‌ی ازن، ترکیب صحیح عناصر تشکیل دهنده‌ی جو، به ویژه اکسیژن، و یک پوسته‌ی سیاره‌ای پایدار زمین شناختی. اگر به تمام عوامل بنگرید، تقریباً مثل آن است که کائنات برای ایجاد حیات بر روی زمین زمینه چینی کرده باشند. در این منظر، به هیچ منشاء الهی، که البته در اصل قرار دارد، اشاره نشده است. قوانین طبیعت و قالب گیری ماده و انرژی به اشکالی سراسر پیچیده وجود دارد. در طی سال‌ها تحقیق پر مشقت و مجموعه‌ای از شواهد انکار نا پذیر، ما اکنون می‌توانیم نیم نگاهی به گذشته بیاندازیم و بفهمیم که سیاره‌ی ما چگونه شکل گرفته است. خلاصه‌ی کوتاهی از تکامل زمین، از بخشی از یک لکه‌ی عظیم الجثه‌ی گازی به سیاره‌ای قابل سکونت با موجوداتی که منشأ آن را زیر سؤال می‌برند، دراین مقاله ارائه شده است.

کره ی زمین چگونه بوجود امد؟

زمین چگونه خلق شد؟ این سؤال، هر تمدنی را که بر روی این سیاره وجود داشته، سر در گم کرده است. هر کدام می‌خواستند بدانند که جهان ما چگونه به وجود آمده است. آنها با توجه به فلسفه و درکشان از چگونگی کار کرد کائنات، پاسخ‌هایی به سؤالشان دادند. بیشترشان طرحی ساده و بی تکلف از سیاره‌ی خود رسم کردند و منشأ آن را به خواست و اراده‌ی برخی عوامل ماورائی نسبت دادند. آن چه که علم نوین به آن دست یافت، جهانی غیر شخصی بود که از طریق قوانین فیزیکی کار می‌کرد که ماده و انرژی را شکل می‌داد تا نهاد‌هایی تا ابد پیچیده و در حال کامل شدن خلق نماید. دقیق‌ترین تصویر از منشأ زمین با فناوری‌های بصری و شواهدی که در قرن بیستم ساخته شده بود، زمانی که ابزارهای تکنولوژیکی که می‌توانستند این موضوع را عمیقاً بررسی نمایند دردست رس بود، به دست آمد. اجازه بدهید داستان را دو باره شرح دهیم و سال‌ها تحقیق در ستاره شناسی، ژئو فیزیک، و زمین شناسی را در کنار هم قرار دهیم. چیزی که به دست می‌آید، فرضیه‌ای است که به بهترین وجه می‌تواند وضعیت مشاهده شده‌ی منظومه‌ی شمسی و سیاره‌ی عزیزمان را توصیف نماید. نظریه‌ی سحابی خورشیدی که در این جا ارائه شده است، به طور غیر مستقیم از طریق مشاهده‌ی سیارات فرا خورشیدی (سیاراتی که به دور ستاره‌های دیگر می‌گردند) که هنوز در مرحله‌ای نو پا از خلقت به سر می‌برند، تائید شده است. بیایید سفر خودمان به گذشته را آغاز کنیم.
  اگر واقعاً می‌خواهید بدانید که همه چیز از کجا آغاز شده است، باید به ابتدای زمان باز گردید، به منشأ پیدایش کائنات، به انفجار بزرگ. این داستان قبلاً با جزئیات کامل در مقاله‌ی دیگری با عنوان "کائنات چگونه به وجود آمده است؟" روایت شده است. ما به سرعت از زمانی که انفجار بزرگ اتفاق افتاد تا زمانی که کهکشان ما تشکیل شد و یک ستاره‌ی نسل سوم یعنی خورشید ما درحال شکل گرفتن بود، جلو می‌رویم.
 

فروکش کردن ابر گازی

ابری مولکولی از هیدروژن بین ستاره‌ای، تحت گرانش خود، رو به افول گذاشت و در نهایت، خورشید را ایجاد نمود. ما از یک ابر مولکولی عظیم الجثه سخن می‌گوئیم که ممکن است به اندازه‌ی 20 پارسک گسترده بوده باشد (بیش از 65 سال نوری). خورشید و منظومه‌ی شمسی از فشرده شدن قطعه‌ی کوچکی از این ابر غول پیکر تشکیل شدند. جهت اطلاع بیشتر به مقالاتی که جزئیات شکل گیری خورشید را شرح داده‌اند، مراجعه کنید. دیسکی از غبار ستاره‌ای، که این ستاره مرکزی را احاطه کرده بود، در نهایت تغلیظ شد تا به منظومه‌ی شمسی ما تبدیل شود. این ابر گاز و گرد و غبار، قطعه‌ای از ابر مولکولی اصلی، شامل بقایای ستارگان مرده‌ی قبلی و ابر نو اخترها بود که آن را با عناصر سنگین غنی کرده بودند. هنگامی که ابر رو به کوچکتر شدن در اندازه گذاشت، تحت گرانش فرو کش نمود، شروع به چرخیدن کرد و در این فرآیند پهن‌ و صاف شد.

سپس سحابی خورشیدی که یک ابر گازی دوار قدرتمند است نوزاد خورشید را در بر گرفت و در نهایت این دو با هم ترکیب شدند تا منظومه‌ی شمسی ما را بسازند. این نظریه برای اولین بار در قرن هجدهم توسط پیر سیمون لاپلاس، امانوئل کانت و امانوئل سودنبرگ ارائه شد. با استفاده از ابزار‌های نوین مشاهده و پژوهش، این نظزیه اصلاح شد تا تصویر دقیق‌تری را ارائه دهد. مشاهده‌ی دیسک گازی اطراف ستاره‌های جوان، دقت و صحت نظریه‌ی مدل سازی شکل گیری منظومه‌ی شمسی ما را تأیید کرد.

به داستان خود باز گردیم، هنگامی که بر آمدگی مرکز این دیسک گازی خورشید را شکل داد، بقایای در بر گیرنده‌ی گاز و گرد و غبار آن، شروع به تغلیظ نمود. تمام ابر را یک سانتریفوژ بزرگ در نظر بگیرید. این مقایسه دقیق نیست اما به واقعیت بسیار نزدیک است. هنگامی که یک سانتریفوژ می‌چرخد، عناصر سنگین و پر جرم‌تر به سمت خارج پرتاب می‌شوند. به طور مشابه، عناصر سنگین‌تر در ابر گازی به آرامی به سوی مرزهای دیسک، درست بیرون از نورکره‌ی خورشید T Tauri (که بعدا راجع به آن توضیح داده خواهد شد) پرتاب شدند.
 

چگالش دیسک گازی

در حدود 5ر4 میلیارد سال پیش، خورشید، موتور جوش هسته‌ای خود را به کار انداخت و رسماً به یک ستاره تبدیل شد. در این مرحله‌ی اولیه، خورشید توسط دیسک مسطحی از بقایای گاز احاطه شده بود. این مرحله از زندگی خورشید، T Tauri نامیده می‌شود (به خاطر مشاهده‌ی ستاره ای به نام T Tauri که در زمان حاضر در این فاز قرار دارد).
درست همانند ابرها که از تجمع مولکول‌های آب اطراف یک ذره‌ی گرد و غبار شکل می‌گیرند، مولکول‌های ماده و اتم‌ها در دیسک گازی نیز به صورت اجسام جامد بزرگتر گرد هم آمدند. این ذره، هرسال به میزان چند سانتی متر رشد کرد (در آن مرحله هنوز مفهومی به نام سال وجود نداشت زیرا هنوز خود زمین در حال شکل گیری بود).

این منطقه در مجاورت خورشید، نسبت به نقطه‌ای که اکنون مدار مریخ در آن واقع شده است، درجه‌ی حرارت بسیار بالایی داشت. بنا بر این اتم‌های سبک و فرار با وزن اتمی اندک نمی‌توانستند در آن منطقه متراکم شوند. از این رو تنها ترکیبات فلزی سنگین (تشکیل شده از عناصری با نقطه‌ی ذوب بالا مانند آهن، نیکل و سیلیکات) در این منطقه متراکم شدند. این ترکیبات فلزی سنگین که در درون دیسک گازی دوار متراکم شده بودند، در نهایت سیارات خاکی (عطارد، زهره، زمین و مریخ) را تشکیل دادند.

این تجمع تا حدود صد هزار سال پس از شکل گیری خورشید ادامه یافت. پس از توقف این مرحله، هزاران سیارک (با اندازه‌ای حدود 10 کیلومتر) در نواحی اطراف خورشید وجود داشتند.

در دوره‌ای شامل میلیون‌ها سال، آنها از طریق برخورد و تراکم به هم آمیختند و سیارات خاکی منظومه‌ی شمسی را شکل دادند. چنین بود که سیاره‌ای که نتیجه‌ی بر هم انباشتن سیارک‌هایی کوچک بود، که 150 میلیون کیلومتر دورتر از خورشید شکل گرفت، زمین، به وجود آمد (البته زمین ابتدایی).

در منطقه‌ای فراتر از ناحیه‌ی با دمای بالا، که نسبتاً سردتر بود، مولکول‌هایی فرار از اتم‌هایی چون هیدروژن، هلیم و متان (که وزن اتمی کمتری داشتند) متراکم شدند. این تجمع مولکولی، به رشد و بلعیدن بیشتر باقیمانده‌های هیدروژن و هلیم بعد از تکامل خورشید، ادامه داد و به غول‌هایی گازی (مشتری، زحل و زهره) که امروز آنها را این گونه می‌شناسیم، تبدیل شد.

به دلیل اینکه سهم عناصر سنگین از کل محتوای سحابی خورشیدی ما نسبت به هیدروژن و هلیم بسیار کمتر بود، سیاراتی چون زمین در مقایسه با غول‌های گازی بسیار کوچک‌تر هستند.

در طول مدت 100 میلیون سال، بسیاری از بقایای سست و سیاره‌های کوچک، توسط بادهای خورشیدی از بین رفتند و یا در هم آمیختند تا به سیارات بزرگتر تبدیل شوند و منظومه‌ای شمسی را به وجود آوردند که تازه شبیه به آن چه که ما امروز می‌بینیم شده بود. حال بیایید تا ببینیم که زمین، چگونه از چنین غبار ستاره‌ای متولد شد.
 

مرحله‌ی آغازین زمین

حدود 54ر4 میلیارد سال پیش، از طریق به هم پیوستن سیاره‌های کوچک که تعدادشان به هزاران می‌رسید، یک موجودیت مستقل که ما آن را زمین اولیه می‌نامیم، شکل گرفت. سیاره‌ی ما از طریق پیوستگی این سیاره‌ها و برخوردشان، بزرگ و بزرگ‌تر شد. این امر، مقادیر زیادی حرارت تولید نمود. این فرایند همراه با افزایش چگالی، به ذوب شدن تمامی عناصر سنگین هم چون آهن و نیکل، که ترکیبات زمین اولیه را تشکیل می‌داد، منجر شد.
  چون سیاره‌ی ما در طول این مدت در حالت مذاب بود، این عناصر سنگین ته نشین شدند و در مرکز جرم این سیاره متمرکز شدند و هسته‌ی فلزی داغ آن را تشکیل دادند. این بخش مجزای عناصر فلزی اولیه، که 10 میلیون سال پس از زمین اولیه شکل گرفت، فاجعه‌ی آهن خوانده می‌شود.

این روی داد، ساختار لایه لایه زمین ما را با هسته‌ای فلزی و جامد، با گوشته‌ای مایع و فلزی اطراف آن و پوسته‌ی جامد آن را شکل داد. فاجعه‌ی آهن، مسئول به وجود آوردن میدان مغناطیسی زمین بود که توسط گوشته‌ی مایع فلزی که اطراف هسته در جریان است، پدید آمد. در طی این مدت، زمین توسط جوی احاطه شده بود که عمدتاً از هیدروژن و هلیم تشکیل شده بود، اگر چه این پوشش نازک، توسط بادهای خورشیدی از بین رفت.
 

ضربه ای سهمگین، ماه را به وجود آورد

  حدود 40 میلیون سال پس از به وجود آمدن زمین، یک شیء غول پیکر به اندازه‌ی مریخ امروزی (به نام Theia) با زمین داغ و مذاب برخورد کرد و تکه‌ای بزرگ از این مواد مذاب را به فضا پرتاب کرد که پس از فشردگی، ماه ما را به وجود آورد.

این فرضیه‌ی برخورد سهمگین، تا حدود زیادی بخاطر تشابه ترکیب پوسته‌ی ماه و زمین پذیرفته شده است. مدرک دیگری که مؤید این فرضیه است، عدم وجود هسته‌ی مایع در تنها قمر طبیعی سیاره‌ی ماست.
 

زمین، سرد شد تا پوسته، جو و اقیانوس‌ها را شکل دهد

حدود 150 میلیون سال بعد، زمین به اندازه کافی سرد شد تا پوسته‌‌ی بازالتی اولیه را شکل دهد که با پوسته‌ای که امروز دارد یکی نیست. هنوز، ماگما داغ‌تر از آن چه که امروز است (حدود 1600 درجه‌ی سانتی گراد) بود. جو اولیه‌ی زمین از گازها و رطوبتی که از پوسته‌ی شکسته و آتش فشان‌ها بیرون آمده بود، تشکیل شده بود. آب، از برخورد میلیون‌ها سیارک پر از یخ به زمین، منتقل شد. آن سیاره‌ها هم چنین دارای کربن دی اکسید، متان، نیتروژن و آمونیاک بودند.

حدود 500 میلیون سال بعد، اولین پوسته‌ی قاره‌ای تشکیل شد. فشار دریایی از گوشته بر قاره‌ها، ساختار صفحات را تشکیل داد. آنها میلیون‌ها سال لغزیدند و برخورد کردند تا جهان را به شکلی که ما امروز می‌شناسیم، به وجود آورند. با سرد شدن بیشتر، ابرهای تشکیل شده‌ی روی زمین، اولین باران‌ها را به وجود آوردند و اقیانوس‌ها را ساختند. پوسته‌ی اولیه‌ی بازالتی، به دلیل بمباران سیارک‌ها تقریباً از دست رفته بود.
 

سر منشأ حیات

با پیدایش اقیانوس‌ها و غنی ‌سازی اتمسفر با گازهایی هم چون اکسیژن، متان و نیتروژن، مرحله‌ای برای پیدایش اولین اشکال حیات بر پایه‌ی کربن آغاز شد. تخمین زده شده که حیات بر روی زمین، 5ر3 تا 8ر3 میلیارد سال پیش پدید آمده است.

چگونگی تکامل اولین اشکال زندگی تک سلولی در اقیانوس‌ها هنوز هم موضوعی برای پژوهش است. مولکول‌های تقسیم شونده‌ی تکامل یافته از عناصر شیمیایی اساسی در اکوسیستم‌های اقیانوسی، پیشینیان RNA (ریبو نوکلئیک اسید) و DNA (دی اکسی ریبو نوکلئیک اسید) بودند، ماده‌ای ژنتیکی که تمام حیات آلی از آن تشکیل شده است. تکامل از زندگی تک سلولی تا پیدایش نوع بشر، موضوع عمیقی برای مباحثه است که در محدوده‌ی این مقاله نمی‌گنجد. (اگر می‌خواهید درباره منشأ حیات بیشتر بدانید، یک مرجع مناسب، "ژن خود خواه" نوشته‌ی دکتر ریچارد داوکینز است.) هم چنین، در باره‌ی این که آیا زندگی بر روی زمین تکامل یافته یا به وسیله‌ی سیارک‌هایی که به آن برخورد می‌کردند به وجود آمده (که نظریه‌ی پن اسپرمیا نامیده می‌شود) بحث وجود دارد، که می‌دانیم این زندگی با حیات میکروبی آمیخته شده است.

آینده‌ی سیاره‌ی ما به شدت به سرنوشت خورشید گره خورده است. حدود 5 میلیارد سال بعد، ستاره‌ی ما با یک مرگ تدریجی از بین خواهد رفت و به اندازه‌ی چند برابر میزان فعلی آن خواهد رسید که در این فرایند سیاره‌ی ما نیز نابود خواهد شد. اگر فرض کنیم که ما سفر بین سیاره‌ای را در حدود یک قرن آینده ممکن سازیم، آن گاه انسان (یا هر چه که گونه‌ی ما به آن تکامل یافته باشد) احتمالاً راز سفر بین سیاره‌ای را فهمیده و دیگر منظومه‌های ستاره‌ای را هم مسکونی نموده است.

هنوز هم بسیاری از راز‌های زمین برای ما سر به مهر باقی مانده‌اند، رازهایی چون علت وقوع عصر یخ بندان، مکانیزم ایجاد کننده‌ی میدان مغناطیسی زمین، معکوس شدن آن، و خیلی چیزهای دیگر. اگر برای برخی خوانندگان جوان این مقاله، انگیزه به وجود آید تا این رمز و رازها را کشف کنند، ما خواهم گفت که وظیفه‌امان به خوبی انجام شده است.