آشنایی

هسته زمین از عمق 2900 کیلومتری تا

مرکز زمین

گسترش دارد و ضخامت کلی آن 3471 کیلومتر است. مطالعات نشان داده است که در عمق تقریبی 5120 کیلومتری ، یک انفصال در خواص الاستیک هسته وجود دارد این

ناپیوستگی

که ناپیوستگی لمان نام دارد، هسته خارجی را از هسته داخلی جامد جدا می‌کند و هسته بیرونی از گوشته توسط ناپیوستگی گوتنبرگ - ویشرت جدا می‌شود. در حالت کلی هسته از سه قسمت هسته بیرونی ، هسته جامد داخلی و هسته مرکزی تشکیل شده است.

هسته بیرونی

هسته بیرونی از ناپیوستگی گوتنبرگ - ویشرت در عمق 2900 کیلومتری شروع و تا عمق 5120 کیلومتری که ناپیوستگی لمان قرار دارد ادامه می‌یابد. ترکیب عمومی هسته آلیاژ آهن - نیکل (Ne-Fi) است و به همین دلیل به آن نیف یا نیفه نیز می‌گویند. لازم به ذکر است که امواج S از هسته مایع خارجی عبور نمی‌کنند. هسته خارجی دارای حرکات همرفتی است که سرعت آنها چندین کیلومتر در سال است.

حرکت وضعی زمین

تاثیر به سزایی در این حرکات داشته و این اثربه نام تاثیر کوریولیس نامیده می‌شود.

گردش هسته خارجی دارای تقارن استوایی می‌باشد که توسط دو لکه برآمده در سطح هسته مایع مشخص می‌شود و این دو لکه در حقیقت محل تظاهر سلولهای واگرا در سطح می باشند. این سلولهای واگرا در سطح هسته مایع و در مرز بین لایه

و هسته مایع به صورت شعاعی پخش شده و در راستای نصف النهاری که تقریبا در راستای شمال و جنوب زمین هسته مایع را دور می‌زند، بهم رسیده و در این محل همگرا می‌باشند. این بخش احتمالا به فرم یک گودی حلقه مانند دور هسته مایع و در راستای شمال – جنوب تظاهر پیدا می‌کند.

منشا میدان مغناطیسی زمین

می‌دانیم که حرکت سیال هادی الکتریسیته به شرط آنکه در

میدان مغناطیسی

قرار داشته باشد،

جریان الکتریکی

تولید می‌کند (اصل دینامو). بنابراین منشا میدان مغناطیسی زمین ممکن است مربوط به حرکات هسته باشد. دو لکه یاد شده که دارای تقارن استوایی‌اند، به ترتیب در زیر بخش

جنوب هندوستان

و دیگری در

حوالی پرو

، قرار دارد (آلگر ، 1985). این دینامیک بر اساس مشاهدات دقیق تغییرات میدان مغناطیسی زمین در 30 سال گذشته و مشاهدات و مطالعات ژئوفیزیکی بازسازی شده است. با توجه به اینکه آلیاژ Ne-Fi از سیلیکات سنگین‌تر است ، لذا جدایی و تفکیک هسته آهنی و استقرار آن در مرکز زمین ، با توجه به قوانین فیزیک امری طبیعی است.

استقرار آن در مرکز زمین ، بر اساس مدل تجمع همگن قابل توضیح است و بعد از استقرار هسته مایع در مرکز زمین ، هسته جامد به تدریج رشد کرده و به حجم فعلی خود رسیده است. با توجه به

سن تشکیل زمین

و قطر هسته جامد ، آهنگ رشدی برابر 0.5 میلیمتر در سال می‌توان برای آن در نظر گرفت و باید توجه داشت که این آهنگ رشد ، میانگین کلی رشد است و بدیهی است که آهنگ رشد در بدو تشکیل هسته جامد بسیار اندک از رقم میانگین بوده و در حالت فعلی بیشتر از میانگین یاد شده است.

اساسا تبدیل آلیاژ آهن - نیکل مذاب به جامد یک

واکنش گرمازا

است و گرمای حاصل از آن به همراه تلاشی

مواد رادیواکتیو

موتور حرارتی زمین را تامین می‌کنند. در حالت کلی گردش هسته مایع به دور هسته جامد آهنی به عنوان یک سیم پیچ که هسته آهنی را در بر گرفته و جریان الکتریکی که از سیم پیچ عبور می کند همان پرتوی کیهانی است که از قطبین زمین به تله می‌افتد.

شفق قطبی

هم در اثر این پرتوی کیهانی بوجود می‌آید.

عناصر موجود در هسته

اندازه گیری‌های دقیق به کمک

امواج لرزه‌ای

نشان می‌دهد که وزن مخصوص هسته 10 درصد کمتر از مقداری است که از طریق آلیاژ Ne-Fi در فشار 1.5 تا 3 مگا بار تعیین می‌شود. بنابراین عناصر سبک وزن و احتمالا

کربن

،

سیلیکات

،

پتاسیم

،

گوگرد

، FeO و

سرب

و

عناصر سیدروفیلی

نظیر

و ... در هسته وجود دارند. این عناصر ناسازگار نسبت به محیط شدیدا احیایی هسته زمین به همراه سلولهای همرفتی هسته مایع در لایه

تخلیه می‌شوند و به احتمال زیاد از طریق پلومها و سوپر پلومها از خلال گوشته تحتانی ، تحولی و فوقانی به سطح انتقال می یابند.

عناصر کالکوفیلی

نظیر

در گوشته کمیاب هستند و احتمالا مقادیری از آنها در هسته متمرکز شده است. با توجه به اینکه

آنومالی دوپال

در عرضهای جغرافیایی پایین و در حوالی جنوب هند و ساحل غربی پرو حداکثر می‌باشد. شاید ارتباطی بین این آنومالی و لکه‌های برجسته بر روی هسته مایع در همین نقاط که عمل تخلیه عناصر ناسازگار را بر عهده دارند، وجود داشته باشد. حرارت لازم برای مایع نگه داشتن هسته مایع ، به احتمال زیاد از عناصر رادیواکتیوی نظیر پتاسیم 40 تامین می‌شود که می‌تواند در شبکه کانیهایی مثل جرفی شریت

حضور داشته باشد.

با توجه به اینکه این کانی در

کندریت‌ها

شناسایی شده است، شاید در ترکیب هسته اولیه نیز این کانی حضور داشته و تحت شرایط شدیدا احیایی عنصر لیتوفیلی نظیر پتاسیم خاصیت کالکوفیلی و حتی سیدروفیلی از خود بروز می‌دهد. بطور کلی مباحث راجع به پترولوژی هسته زمین مدیون مطالعات فراوان بر روی متئوریت‌های آهنی (

سیدریت‌ها

) است. این متئوریت‌ها از نظر فراوانی در دسته دوم اهمیت قرار دارند. از نظر ساختمان کریستالوگرافی و درصد Ni ، آلیاژ Ne-Fi به سه دسته تقسیم می‌شوند :

• هگزا هدریت‌ها با میزان Ni ، 4 تا 6 درصد
• اکتا هدریت‌ها با میزان Ni ، 6 تا 14 درصد
• آکتا هدریت‌ها با میزان Ni ، 6 تا 14 درصد
• آتاکسیت‌ها با بیش از 14 درصد وزنی Ni
• به غیر از Ne-Fi عناصری نظیر نیز در ترکیب این متئوریت‌ها حضور دارند.
  
  در اکثر متئوریت‌های فلزی و بالاخص گروه اکتائدریت ساختمان وید من استاتن (Widman Staten) دیده می‌شود که عبارتست از: تقاطع باندهای پهن و عریض (کاماسیت Kamacite ) و تیغه های نازک (تانیت Taenite) با همدیگر که محل تلاقی آنها پلسیت (Pelcite) نامیده می‌شود. مطالعات دیاگرامهای فازی مربوط به آلیاژ Ne-Fi در فشار و حرارت‌های مختلف نشان می‌دهد که تبلور متئوریت‌های آهنی باید در حرارت کم ( مثلا 300 درجه سانتیگراد) و در فشار خیلی زیاد ( اتمسفر) و در حال تعادل انجام شده است.
  
  با این توضیحات نتیجه می‌گیرند که تشکیل متئوریت‌های آهنی الزاما در داخل جسمی به قطر یک سیاره صورت گرفته است و از طرفی توضیحی است برای علت وجودی خاصیت مغناطیسی در هسته که تصور می‌رود، در دمای بالا فرض شده این خاصیت از بین می‌رود. ولی این مطالعات نشان داده است که به احتمال زیاد در دمای هسته زمین پایینتر از مقدار فرض شده برای آن از طریق روند تغییرات گرادیان زمین گرمایی است و حتی از دمای کوری کانیهای فرومغناطیسی تجاوز نمی‌کند.

آشنایی

هسته زمین از عمق 2900 کیلومتری تا

مرکز زمین

گسترش دارد و ضخامت کلی آن 3471 کیلومتر است. مطالعات نشان داده است که در عمق تقریبی 5120 کیلومتری ، یک انفصال در خواص الاستیک هسته وجود دارد این

ناپیوستگی

که ناپیوستگی لمان نام دارد، هسته خارجی را از هسته داخلی جامد جدا می‌کند و هسته بیرونی از گوشته توسط ناپیوستگی گوتنبرگ - ویشرت جدا می‌شود. در حالت کلی هسته از سه قسمت هسته بیرونی ، هسته جامد داخلی و هسته مرکزی تشکیل شده است.

هسته بیرونی

هسته بیرونی از ناپیوستگی گوتنبرگ - ویشرت در عمق 2900 کیلومتری شروع و تا عمق 5120 کیلومتری که ناپیوستگی لمان قرار دارد ادامه می‌یابد. ترکیب عمومی هسته آلیاژ آهن - نیکل (Ne-Fi) است و به همین دلیل به آن نیف یا نیفه نیز می‌گویند. لازم به ذکر است که امواج S از هسته مایع خارجی عبور نمی‌کنند. هسته خارجی دارای حرکات همرفتی است که سرعت آنها چندین کیلومتر در سال است.

حرکت وضعی زمین

تاثیر به سزایی در این حرکات داشته و این اثربه نام تاثیر کوریولیس نامیده می‌شود.

گردش هسته خارجی دارای تقارن استوایی می‌باشد که توسط دو لکه برآمده در سطح هسته مایع مشخص می‌شود و این دو لکه در حقیقت محل تظاهر سلولهای واگرا در سطح می باشند. این سلولهای واگرا در سطح هسته مایع و در مرز بین لایه

و هسته مایع به صورت شعاعی پخش شده و در راستای نصف النهاری که تقریبا در راستای شمال و جنوب زمین هسته مایع را دور می‌زند، بهم رسیده و در این محل همگرا می‌باشند. این بخش احتمالا به فرم یک گودی حلقه مانند دور هسته مایع و در راستای شمال – جنوب تظاهر پیدا می‌کند.

منشا میدان مغناطیسی زمین

می‌دانیم که حرکت سیال هادی الکتریسیته به شرط آنکه در

میدان مغناطیسی

قرار داشته باشد،

جریان الکتریکی

تولید می‌کند (اصل دینامو). بنابراین منشا میدان مغناطیسی زمین ممکن است مربوط به حرکات هسته باشد. دو لکه یاد شده که دارای تقارن استوایی‌اند، به ترتیب در زیر بخش

جنوب هندوستان

و دیگری در

حوالی پرو

، قرار دارد (آلگر ، 1985). این دینامیک بر اساس مشاهدات دقیق تغییرات میدان مغناطیسی زمین در 30 سال گذشته و مشاهدات و مطالعات ژئوفیزیکی بازسازی شده است. با توجه به اینکه آلیاژ Ne-Fi از سیلیکات سنگین‌تر است ، لذا جدایی و تفکیک هسته آهنی و استقرار آن در مرکز زمین ، با توجه به قوانین فیزیک امری طبیعی است.

استقرار آن در مرکز زمین ، بر اساس مدل تجمع همگن قابل توضیح است و بعد از استقرار هسته مایع در مرکز زمین ، هسته جامد به تدریج رشد کرده و به حجم فعلی خود رسیده است. با توجه به

سن تشکیل زمین

و قطر هسته جامد ، آهنگ رشدی برابر 0.5 میلیمتر در سال می‌توان برای آن در نظر گرفت و باید توجه داشت که این آهنگ رشد ، میانگین کلی رشد است و بدیهی است که آهنگ رشد در بدو تشکیل هسته جامد بسیار اندک از رقم میانگین بوده و در حالت فعلی بیشتر از میانگین یاد شده است.

اساسا تبدیل آلیاژ آهن - نیکل مذاب به جامد یک

واکنش گرمازا

است و گرمای حاصل از آن به همراه تلاشی

مواد رادیواکتیو

موتور حرارتی زمین را تامین می‌کنند. در حالت کلی گردش هسته مایع به دور هسته جامد آهنی به عنوان یک سیم پیچ که هسته آهنی را در بر گرفته و جریان الکتریکی که از سیم پیچ عبور می کند همان پرتوی کیهانی است که از قطبین زمین به تله می‌افتد.

شفق قطبی

هم در اثر این پرتوی کیهانی بوجود می‌آید.

عناصر موجود در هسته

اندازه گیری‌های دقیق به کمک

امواج لرزه‌ای

نشان می‌دهد که وزن مخصوص هسته 10 درصد کمتر از مقداری است که از طریق آلیاژ Ne-Fi در فشار 1.5 تا 3 مگا بار تعیین می‌شود. بنابراین عناصر سبک وزن و احتمالا

کربن

،

سیلیکات

،

پتاسیم

،

گوگرد

، FeO و

سرب

و

عناصر سیدروفیلی

نظیر

و ... در هسته وجود دارند. این عناصر ناسازگار نسبت به محیط شدیدا احیایی هسته زمین به همراه سلولهای همرفتی هسته مایع در لایه

تخلیه می‌شوند و به احتمال زیاد از طریق پلومها و سوپر پلومها از خلال گوشته تحتانی ، تحولی و فوقانی به سطح انتقال می یابند.

عناصر کالکوفیلی

نظیر

در گوشته کمیاب هستند و احتمالا مقادیری از آنها در هسته متمرکز شده است. با توجه به اینکه

آنومالی دوپال

در عرضهای جغرافیایی پایین و در حوالی جنوب هند و ساحل غربی پرو حداکثر می‌باشد. شاید ارتباطی بین این آنومالی و لکه‌های برجسته بر روی هسته مایع در همین نقاط که عمل تخلیه عناصر ناسازگار را بر عهده دارند، وجود داشته باشد. حرارت لازم برای مایع نگه داشتن هسته مایع ، به احتمال زیاد از عناصر رادیواکتیوی نظیر پتاسیم 40 تامین می‌شود که می‌تواند در شبکه کانیهایی مثل جرفی شریت

حضور داشته باشد.

با توجه به اینکه این کانی در

کندریت‌ها

شناسایی شده است، شاید در ترکیب هسته اولیه نیز این کانی حضور داشته و تحت شرایط شدیدا احیایی عنصر لیتوفیلی نظیر پتاسیم خاصیت کالکوفیلی و حتی سیدروفیلی از خود بروز می‌دهد. بطور کلی مباحث راجع به پترولوژی هسته زمین مدیون مطالعات فراوان بر روی متئوریت‌های آهنی (

سیدریت‌ها

) است. این متئوریت‌ها از نظر فراوانی در دسته دوم اهمیت قرار دارند. از نظر ساختمان کریستالوگرافی و درصد Ni ، آلیاژ Ne-Fi به سه دسته تقسیم می‌شوند :

• هگزا هدریت‌ها با میزان Ni ، 4 تا 6 درصد
• اکتا هدریت‌ها با میزان Ni ، 6 تا 14 درصد
• آکتا هدریت‌ها با میزان Ni ، 6 تا 14 درصد
• آتاکسیت‌ها با بیش از 14 درصد وزنی Ni
• به غیر از Ne-Fi عناصری نظیر نیز در ترکیب این متئوریت‌ها حضور دارند.
  
  در اکثر متئوریت‌های فلزی و بالاخص گروه اکتائدریت ساختمان وید من استاتن (Widman Staten) دیده می‌شود که عبارتست از: تقاطع باندهای پهن و عریض (کاماسیت Kamacite ) و تیغه های نازک (تانیت Taenite) با همدیگر که محل تلاقی آنها پلسیت (Pelcite) نامیده می‌شود. مطالعات دیاگرامهای فازی مربوط به آلیاژ Ne-Fi در فشار و حرارت‌های مختلف نشان می‌دهد که تبلور متئوریت‌های آهنی باید در حرارت کم ( مثلا 300 درجه سانتیگراد) و در فشار خیلی زیاد ( اتمسفر) و در حال تعادل انجام شده است.
  
  با این توضیحات نتیجه می‌گیرند که تشکیل متئوریت‌های آهنی الزاما در داخل جسمی به قطر یک سیاره صورت گرفته است و از طرفی توضیحی است برای علت وجودی خاصیت مغناطیسی در هسته که تصور می‌رود، در دمای بالا فرض شده این خاصیت از بین می‌رود. ولی این مطالعات نشان داده است که به احتمال زیاد در دمای هسته زمین پایینتر از مقدار فرض شده برای آن از طریق روند تغییرات گرادیان زمین گرمایی است و حتی از دمای کوری کانیهای فرومغناطیسی تجاوز نمی‌کند.

دید کلی

طبق نظریه

انفجار بزرگ

، جهان آغازی داشته است. این آغاز که همان لحظه انفجار اولیه بوده است، بطور دقیق معلوم نیست کی بوده است. ستاره‌ها و کهکشانهایی با میلیاردها

سال نوری

فاصله توسط

تلسکوپها

رویت شده اند. پس مسلما باید

عمر جهان

مساوی یا بیشتر از عمر این ستاره‌ها باشد. برای تعیین این مقدار باید فاصله کهکشانهای دوردست را بدانیم ولی

ژرفای کیهانی

بر ما نامعلوم است و

اندازه گیری

فاصله کهکشانها بسیار مشکل می‌باشد. تمامی شک و تردیدها پیرامون برآورد عمر عالم ، ناشی از شک و تردیدهایی است که در اندازه گیری این فاصله‌ها وجود دارد. امروزه برای اندازه گیری سن کائنات ، از سه روش مختلف استفاده می‌شود. که هرسه تقریباً به نتیجه مشابهی می‌رسند.

تعیین عمر کائنات با حرکت کهکشانها

حرکت فرار کهکشانها برای ما به منزله یک

ساعت شنی

کیهانی ، برای تاریخ بندی کائنات است. سرعت دور شدن این کهکشانها متناسب با فاصله‌ای است که از ما دارند. بنابراین چنانچه فاصله کهکشانی دو برابر فاصله کهکشان دیگر باشد، کهکشان دورتر با سرعتی دوبرابر سرعت کهکشان نزدیک از ما دور می‌شود. با قبول نظریه انفجار بزرگ ، جریان زمان را به لحظه ای بر می گردانیم که همه کهکشانها کنار هم جمع بودند. این لحظه که می‌توان آنرا

سپیده دم

کائنات نامید، حدود 15 میلیارد سال قبل بوده است. این

زمان صفر

نقطه مرجع

ساعت کیهانی

ما خواهد بود.

سن پیرترین ستارگان

عالم ما در درون خود ، اجسامی مثل

زمین

و ستاره‌های کهنسال دارد که می‌توان سن آنها را معلوم کرد. این سن باید مساوی یا کمتر از سن کائنات باشد، زیرا نمی‌توان کائناتی را فرض کرد که اشیا درون آن عمر بیشتری از خود داشته باشند. در این روش فرض کنیم که نخستین ستارگان بلافاصله پس از ولادت کائنات متولد شده‌اند. برای

اندازه گیری

عمر آنها به مساله

انرژی

متوسل می‌شویم. نور ستارگان حاصل از سوختن ذخیره هسته‌ای آنهاست. این سوختن از

هیدروژن

و

هلیوم

آغاز شده و به سوختن اتم‌های سنگین می‌رسد.

ستارگان تا زمانیکه ذخیره سوختی داشته باشند، باقی می‌مانند، سپس با تمام شدن این ذخیره تغییر ساختار داده و می‌میرند. همه ستارگان به یک اندازه عمر نمی‌کنند. ستاره‌های حجیم و درخشان عمر کوتاهتری دارند. ستارگان بصورت گروهی به دنیا می‌آیند (خوشه). هر خوشه در زمان تولد خود شامل طیف گسترده‌ای از انواع ستارگان است. بنابراین سن هر خوشه را می‌توان از سن ستارگان سالخورده‌اش حدس زد. در کهکشان ما ستارگانی با 14 تا 16میلیارد سال سن وجود دارند که می‌توان گفت عمر کائنات هم در همین حدود است.

سن قدیمیترین ذرات

بعضی اتمها ناپایدارند و مدتی عمر کرده ، سپس به انواع دیگر اتمها تبدیل می‌شوند. معروفترین آنها

کربن

14 است که

نیمه عمر

آن 6000 سال می‌باشد، یعنی پس از این مدت ، مقدار آن نصف خواهد شد. با استفاده از این کربن می‌توان سن هر جسمی را که دارای کربن 14 می‌باشد، تعیین کرد. ولی این 6000 سال در مقایسه با

سن و سال ستارگان

و

تاریخ کیهانی

زمان بسیار اندکی است. باید از ذراتی با نیمه عمر قابل قیاس با

مقیاس جهانی

استفاده کنیم.

عناصر مورد استفاده در سنجش عمر کائنات

• اورانیوم با دو ایزوتوپ اورانیوم 235 با نیمه عمر یک میلیارد سال و اورانیوم 238 با نیمه عمر 5/6 میلیارد سال ، می‌تواند مورد مناسبی برای این سنجش باشد.

• چون اورانیوم 235 بسیار سریعتر از اورانیوم 238 از بین می‌رود، تناسب تعداد ذرات اورانیوم 235 به ذرات اورانیوم 238 پیوسته کاهش می‌یابد. بنابراین فراوانی نسبی این دو ایزوتوپ ، نوعی ساعت شنی جهانی است که گذر زمان را ثبت می‌کند.

• هسته‌هایی با عمر طولانی:
  توریوم 232 با نیم عمر 20 میلیارد سال – رنیوم 187 با نیم عمر 50 میلیارد سال – ساماریوم 132 با نیم عمر 60 میلیارد سال؛ با اندازه گیری فراوانی این هسته‌ها می‌توانیم تقویم نسبتا خوبی از رویدادهای گذشته تنظیم کنیم.
   

این روش به ما امکان می‌دهد که با استفاده از نمونه‌های صخره‌ای

عمر زمین

،

ماه

، و

شهاب سنگ

را تعیین کنیم. در کلیه این موارد با دقت حدود 2درصد به 6/4 میلیارد سال رسیده‌ایم. این سنی است که می‌توانیم آنرا به کل

منظومه شمسی

نسبت دهیم. به ترکیبی که گذشت می‌بینیم که کهکشانها ،

ستارگان

، و اتمها ، سن کائنات را حدود 15 میلیارد سال تخمین می‌زنند.

تاریخچه و سیر تحولی

• در سده ششم قبل از میلاد ، "فیثاغورس" نظم ریاضی را وارد اندیشه کیهان شناختی کرد. بنظر او عالم ، نظم هندسی هماهنگی داشت که قوانین ریاضی و ارقام و اعداد بر آن حاکم بودند.
   
• افلاطون در سده چهارم پیش از میلاد ، برخی ایده‌های فیثاغورس را برای تدوین کائنات تازه‌ای از سرگرفت. به نظر او زمین شکل کروی کامل داشت و کرات آسمان می‌بایستی سفر خود را بر گرد زمین با شتاب ثابت انجام دهند.
   
• خط سیر اشیا سماوی از مشرق به مغرب در آسمان چنین تصوری را به وجود آورده بود که زمین مرکز عالم و ساکن و بی‌حرکت است و خورشید و ماه و کرات و ستاره‌های آسمانی بر اطراف آن می‌چرخند.
   
• از آنجا که در شبهای متوالی ، موضع سیاره‌ها نسبت به ستاره‌ها تغییر می‌کرد، به آنها نام Planet سیاره که در زبان یونانی به معنی "ولگرد" است تعلق گرفت. ولی این تغییر موضعها و اینکه آگاهی سیاره‌ها در مسیر غرب به شرق حرکت می‌کردند، (حرکت عقبگرد) در کائنات زمین مرکزی افلاطون توجیحی نداشت.

کائنات ارسطو

حدود 350 سال پیش از میلاد

ارسطو

، برای هریک از کرات دایره‌ای در نظر گرفت. این دایره‌ها هم مرکز بودند و زمین ساکن ، در مرکز آنها قرار داشت. دایره هر یک از کرات با چهار یا پنج دایره دیگر مرتبط بود که همه به گرد محورهای متفاوتی می‌چرخیدند، بطوریکه روی هم قرار گرفتن حرکت آنها ، حرکت سیاره را موجب می‌شد.

کائنات بطلمیوس

بنظر ارسطو ، جهان از "

اتم

" تشکیل شده بود. زمین و ماه به دنیای تغییر یابنده تعلق داشتند و در عوض دنیای سایر کرات ، تغییر ناپذیر و ابدی بود. کائنات افلاطونی و ارسطویی ، دو قرن بعد ، با ظهور

بطلیموس

به اوج تعالی رسید. بطلیموس از ترکیب تمام اطلاعات چهار سده گذشته یک کائنات هندسی ساخت که مدت 1500 سال بدون هیچ ایرادی مورد قبول قرار گرفت.

ویژگی کائنات بطلیموس

1. زمین مرکز کائنات بود.
2. زمین کروی بود.
3. حرکت‌های طبیعی کرات سماوی دایره‌ای وهم شکل بودند.

بطلیموس کرات آسمانی را روی دایره‌های کوچکی بنام "دوایر بیرونی" فرض کرد که مرکز آنها روی

دایره سماوی

پیشنهادی ارسطو قرار داشت و بدین ترتیب مساله حرکت غیر عادی کرات سماوی حل شد.

تخیلات عجیب

در سده سیزدهم بعد از میلاد "توماس داکن" راهب "فرقه دومی نیکن" این را وارد کائنات ارسطویی کرد. در مدل پیشنهادی او ، مانند مدلهای پیشین ، خورشید ، ماه ، ستارگان و سیارت ، در دوایری بر گرد زمین می‌چرخیدند. یک دایره اضافی نیز فراتر از دایره آنها وجود داشت که مقر خداوند بود. فرشتگان مسئول گردش کرات روی دایره‌های سماوی بودند. در منطقه زیر ماه ، برزخ بود و در زیر آن سرزمین آدمیان و قلمرو فانی و اندرون این زمین دوزخ و جایگاه شیاطین بود.

دید کلی

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.

تاریخچه زمین

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 12 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

250 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. 120 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 3.8 میلیارد سال پیش و

اولین دایناسورها

حدود 150 میلیون سال پیش در زمین ظاهر شدند. حدود 65 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 24 ساعت خلاصه کنیم، نخستین انسانها در 2 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 1543

نیکلا کپرنیک

ستاره شناس لهستانی ، مرکزیت را از زمین گرفته و به

خورشید

داد.

ساختمان زمین

زیر سطح زمینی که ما برآن گام می گذاریم بـر خــلاف سطــــح سـخت وجامدآن ویژگیهای خاص خود را دارد. با افزایش عمق هم جنس وهم حالت مواد سازنده زمین تغییر می کند . این همان چیزی است که باعث تعجب و شگفتی می شود . کره زمین را براساس تغییر خواص فیزیکی وشیمیایی آن به چند لایه تقسیم می نمایند.

پوسته(crust)

دانشمندان علوم زمین و زلزله شناس با مطالعه

امواج

ثبت شده زلزله ها درایستگا ههای زلزله سنجی وزلزله شناسی به این واقعیات متفاوت از هم پی برده اند. اولین بررسی ها که در این زمینه انجام شده است بیانگر تغییر روند امواج در اعماق چهل کیلومتری خشکیها و پنج کیلومتری کف اقیانوسها می باشد جائی که بنام حد فاصل بین

پوسته

و

گوشته

شناخته می شود و به افتخار کاشف آن« موهوروویچ» استاد دانشگاه زاگرب به نام انفصال «موهو» معروف شده است . ضخامت متوسط قسمت جامد پانزده کیلومتر و وزن مخصوص آن 2.7 است .

این انفصال مرز بین انواع مختلف سنگها است و با یک افزایش تند در سرعت امواج PوS مشخص می شود . این قسمت از زمین بنام“ پوسته ” زمین معروف است که درمقایسه با شعاع زمین ضخامت نا چیزی دارد . ضخامت پوسته زمین در زیر اقیانوسهانازکتر از قاره ها است .( حداقل 10 کیلومتر در زیردریاهاوحداکثر 60 کیلومتر در زیر خشکیها )

پوسته زمین از دوبخش تشکیل می شود :

!! بخش سیال (SIAL )

بخش سیال

(SIAL )که بیشتر از سنگهای

گرانیتی

و

گرانودیوریت

تشکیل و بعلت فراوانی عناصر

سلیسیم

و

آلومینیوم

( SI-AL ) بنام

سیال

خوانده می شود.

!! بخش سیما ( SIMA )

بخش سیما

( SIMA )که قشر زیرین پوسته است و بیشتر از

بازالتی

تشکیل شده وبه علت دارابودن سیلسیم ومنیزیم ( SI-MG ) به نام سیما معروف است .

البته از تخریب سنگهای دو بخش بالا طبقه رسوبی تشکیل می گرددکه شامل آبرفتها ونهشته های مختلف است .ضخامت این طبقه در گودیها گاهی به 10 کیلومتر می رسد وبعضی جاها دگرگون شده اند.

گوشته یا جبه (mantle)

دومین گسستگی که در روند امواج منتشر شده از زلزله ها مشاهده می شود در عمق 2900کیلومتری از سطح زمین است و بنام “گوتنبرگ”معروف است.

حد فاصل بین گسستگی موهوروویچ وگوتنبرگ بنام

گوشته

معروف است.در گوشته نیز خصوصیات امواج لرزه ای تغییر می نمایدکه با توجه به همین تغییر به چندبخش تقسیم می شود:

الف ) لایه بالایی :

این بخش منشاء بسیاری از فعالیتهای

زمین شناسی

است همانندفغالیتهای ماگمایی ، زلزله های عمیق و تغییر مکان قاره ها.بخش بالایی همراه با پوسته یک لایه به ضخامت 70تا 100کیلومتررا تشکیل می دهدکه از سنگهای سخت وشکننده تشکیل می دهدوبنام “

سنگ کره

”خوانده می شود . سنگ کره به قطعاتی تقسیم شده که به هر یک از آنها“صفحه” می گویند. صفحه ها نسبت به یکدیگر در حال تغییر و جابجائی می باشند که این حرکتها رویدادهای زمین شناسی را بوجود میآورد. محققین زمین شناسی بر وجود سنگهای فو ق بازی در این قسمت اتفاق نظر دارند، اما در مورد توزیع آن اتفاق نظر ندارند.

در زیر سنگ کره ناحیه ای به نام “

سست کره

” معروف است .سرعت امواج لرزه ای در این قسمت کاهش می یابدوبه لایه ای کم سرعت هم معروف است.

ب)- ناحیه عبور

این منطقه بین 400 تا حدود 1000 کیلومتری عمق زمین است . در این قسمت شاهد افزایش نسبی سرعت امواج هستیم که بیانگر تغییر ماهیت سنگهای این قسمت است

ج )- گوشته پائینی

از عمق 1000 تا 2900 کیلومتر عمق زمین است . در این قسمکت سنگها چگال وبسیار الاستیک اند وسرعت امواج زلزله بصورت تقریباً یکنواختی افزایش می یابد.

در زیرگوشته زمین از عمق 2900 کیلومتری تا مرکز زمین هسته زمین قراردارد. درهسته زمین د عمق 5120 کیلومتری یک انفصال در خواص الستیک هسته وجود داردکه هسته رابا توجه به آن بدو قسمت خارجی و داخلی تقسیم می کنند. از آنجا که امواج عرضی از هسته خارجی عبور نمی کنند بایستی این قسمت را مایع دانست و چون درهسته داخلی سرعت امواج افزایش می یابد این قسمت را جامد می دانند.

هسته(core)

جنس هسته زمین را بیشتر

نیکل

و

آهن

تشکیل داده است . هسته نقشی درحرکت ورقه های سنگ کره ندارد ولی منبع تولید

میدان مغناطیسی

زمین است.

پوسته زمین به انضمام قسمت بالائی گوشته فوقانی قسمت سخت زمین را تشکیل می دهند که سنگ کره یا

لیتوسفر

خوانده می شود و بر سست کره که حالت خمیری دارد واقع شده است . ضخامت لیتوسفربطور متوسط 100کیلو متر است.لیتوسفر به صفحه های مجزائی تقسیم می شود که این صفحه ها ثابت نیستند و دائماً در حال حرکتندکه منجر به ایجاد پدیده های مختلف تکتونیکی می گردد.

لیتوسفر از شش صفحه اصلی بنامهای افریقا،اوراسیا،امریکا،آرام،استرالیاوقطبی بعلاوه چند صفحه کوچکتر تقسیم شده است.حرکت صفحه ها نسبت به هم به سه طریق انجام می گیرد :

الف )- در پشته های اقیانوسی صفحه ها از هم دور می شوند ومواد مذاب درون زمین از اینجا بیرون می ریزد.

ب ) – صفحه ها بهم نزدیک وبا هم بر خورد می کنندویک صفحه به زیر دیگری می رود ( در مرز صفحه های اقیانوسی وقاره ای)

ج ) – صفحه ها در کنار یکدیگر می لغزند.

به حالت “ الف” که ورقه ها از هم دور می شوند و باعث بیرون ریختن مواد مذاب می شود بخش “سازنده” زمین می گویند و به قسمت “ب” که که صفحه ها به هم برخورد وبه زیر یکدیگر می روند بخش “ مخرب ” می گویند.

بیشتر فعالیتهای تکتونیکی مثل زلزله هادر حاشیه صفحه ها ی پوسته زمین رخ می دهد و قسمت مرکزی صفحه های زمین کمتر دچار زلزله شده اند، و همینگونه زلزله ها در محل برخورد صفحه های قاره ای اتفاق می افتد .

درمحل دور شدن صفحه ها از هم در پشته های اقیانوسی مواد مذاب بیرون ریخته و منجمد می شوند و بخشی از صفحه ها تولد شده از محور میانی از هم دور می شوند ، وبعد از طی مسافتی نسبتاً طولانی صفحه های مزبور دوباره در گوشته فرو رفته ومدفون می شوند وموجب ایجاد گودالهای عمیقی میگردد نظیر گودال ماریان ، کوریل و…..

تکتونیک صفحه ای از محور بر آمده اقیانوسها متولدو بطور جانبی گسترش می یابد و سرانجام به اعماق گوشته رانده می شود. قاره ها دارای ضخامت زیاد هستند و ازنظرترکیب شیمیائی و جنس با صفحه های اقیانوسی تفاوت دارندودر صفحه های اقیانوسی همانند میخ قراردارن یا همانندچوب پنبه که در آب شناور است قرار دارندودر نتیجه قاره ها نیز در حرکت صفحه ها شرکت می کنند.

زلزله هادر جاهائی که صفحه ها با هم اصطکاک دارند یا جاهایی صفحه ها در مقابل هم واقعند و یا جاهایی که صفحه ها بدرون زمین فرو می روند مشاهده می شوند.

مقدمه

داشتن دانشی از ترکیب و حالت درونی زمین پیش‌ نیاز درک

ژئوشیمی

است. بدیهی است که حل این مسئله از راه مشاهده مستقیم امکانپذیر نخواهد بود. حتی پیشرفته‌ترین

تکنیک‌های حفاری

نمی‌تواند از چند کیلومتر در داخل پوسته زمین فراتر رود. زیرا

عمیق‌ترین چاهی

که تاکنون حفر شده است عمقی در حدود 15 کیلومتر داشته، و عمق معادن از این حد هم کمتر می‌باشد. بعضی مواد توسط فعالیت آذرین به سطح آورده می‌شوند. ولی به علت عدم اطلاع ما از عمق تشکیل و تغییرات بعدی که تحمل کرده‌اند، شواهد مناسبی برای نتیجه گیری درباره ترکیب زمین و ساختار آن نمی‌باشند.

شواهدی برای ساختار درونی زمین

برای کسب آگاهی از ساختار درونی زمین باید از رهیافتی غیر مستقیم بهره جوییم. شواهد غیر مستقیم از 3 منبع ،

آتشفشانها

،

شهاب سنگ‌ها

و

امواج لرزه‌ای

منشا می‌گیرند.

آتشفشانها

هنگامی که انسان برای اولین بار به

فورانهای آتشفشانی

نزدیک شد و سرد شدن گدازه‌های مذاب را به شکل سنگهای جامد دید، گمان می‌کرد که منشا تعداد زیادی از سنگهای محل زندگی او باید از همین مواد ناشی شده باشد. مدت زمانی طولانی این تفکر ادامه داشت که ممکن است محصولات آتشفشانی نشانه‌هایی از ترکیب داخلی زمین را بیان کنند. عاملی که باعث کم اهمیت شدن چنین فرضیه‌هایی شد، این است که در مناطق مختلف دنیا آتشفشانهای مختلف

گدازه‌هایی

با ترکیبات مختلف تولید می‌کنند.

• مثال

سنگ‌های حاصل از دو نوع گدازه را در نظر می‌گیریم. یکی از این سنگها عمدتا از

کانی‌های سیلیکات آلومینیوم

و

آهن

تشکیل شده و رنگ آن خیلی روشن است. و نمونه دیگر تیره رنگ است و ترکیب اصلی آن از

کانی‌های سیلیکات آهن

و

منیزیم

می‌باشد.

شهاب سنگها

شواهد طیف نگاری

چیزی درباره ترکیب درونی

سیالات

بیان نمی‌کند. بنابر این به ناچار باید به مقایسه ترکیب زمین با شواهد گرد آمده از شهاب سنگها بپردازیم. شهاب سنگها یا

شخانه‌ها

بخشی از

منظومه شمسی

می‌باشند. گاهی قطعاتی از فضای خارجی زمین ، وارد

میدان جاذبه زمین

می‌شوند و به صورت شهاب سنگها یافت می‌شوند. بیشتر این شهاب سنگها به علت اصطکاک حاصل از عبور از

اتمسفر زمین

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 تن می‌باشد.

در حال حاضر عموما معتقدند که شهاب سنگها از تلاشی سیاره‌ای فرضی که احتمالا بین سیاره‌های

مریخ

و

مشتری

جای داشته حاصل شده‌اند، که این منطقه اکنون توسط کمربند آستروئیدی اشغال شده است. شهاب سنگها شبیه ماده‌ای هستند که داخل زمین را ساخته و از شهاب سنگهای فلزی که معمولا از

آلیاژهای مختلف آهن

و

نیکل

تشکیل شده‌اند، مجزا می‌شوند و چگالی آنها از انواع سنگی مشابه زیادتر است. اگر داخل زمین از آهن و نیکل 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 بوسیله

گوشته‌ای

متشکل از

سنگ پریدوتیت

با چگالی کم پوشانده می‌شود. ساختمان مذکور برای زمین در حین سادگی با

محاسبات جرم کل زمین

مطابقت دارد.

امواج لرزه‌ای

زمین لرزه

زمین لرزه‌ها وقتی که دو قسمت از لایه سطحی زمین یا پوسته در کنار هم می‌لغزند حاصل می‌شود. هر زمین لرزه انواع مختلفی از

امواج

را تولید می‌کند که از این میان دو نوع 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 حرکت و همچنین بزرگی زمین لرزه بستگی دارد. اگر یک

زلزله

با شدت محسوس رخ دهد، امواج حاصله بصورت شعاعی به طرف خارج از مرکز انتشار می‌یابند، که می‌توانند به درون انتقال یابند. این امواج در حین عبور ، رفتاری شبیه به امواج آب در

استخر

از خود نشان 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 که بوسیله لرزه نگار ثبت می‌شود و مانند امواج صوتی بوجود می‌آید. این امواج می‌تواند هم از میان جامدات و هم از میان مایعات عبور کند. همچنین سرعت موج p در قسمتی که مواد چگالتر است زیادتر می‌شود، و با سرعت نسبتا زیادتری از میان جامدات عبور می‌کنند. محاسبه سرعت امواج p ، می‌تواند اطلاعاتی درباره چگالی و حالت موادی که امواج از آن عبور می‌کند، بدست می‌دهد.
   
• موج s :
  این امواج که امواج ثانویه نامیده می‌شوند، فقط از جامدات عبور می‌کنند و باعث ارتعاشات عمودی ذرات می‌گردند.

امواج لرزه‌ای و برخورد آنها با لایه‌های زمین

از آنجاییکه امواج s فقط از میان جامدات عبور می‌کنند، هنگام عبور از داخل زمین و برخورد با لایه‌ای مایع ، بلافاصله متوقف می‌شوند. دانشمندان ژئوفیک از روی

سرعت عبور امواج

بوجود و

ناپیوستگی اصلی

(ناپیوستگی حاصل از بین رفتن امواج در لایه‌هایی از زمین) رده اول در لایه‌های زمین پی برده‌اند.

از بین رفتن امواج s در قاعده

جبه

نشان می‌دهد که مواد سازنده

هسته زمین

فاقد صلبیت بوده و رفتاری مانند مایع دارند. ناپیوستگی‌های رده دومی (که بوسیله تغییر ناگهانی در نرخ افزایش یا کاهش سرعت امواج مشخص می‌شوند) نیز در

پوسته

، جبه و هسته تشخیص داده شده است.