زمین

[VAHID]

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.
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 4.5 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 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 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.
زمین کروی
یکی از اندیشه‌های یونانیان قدیم این بود که زمین به شکل کره است. تصور کرویت
زمین نخست در شمار اندیشه‌های فلسفی یونانیان بود. فیثاغورث ، فیلسوف
بزرگ یونانی ، نخستین کسی است که این عقیده را در حدود سال 525 قبل از
میلاد ابراز کرد. یونانیان ، کره را شکل کاملی پنداشتند و درستی این اندیشه
را با مشاهدات خود نیز تحقیق کردند.
زمین قبل از کرویت
پیش از آنکه یونانیان نظریه کروی بودن زمین را مطرح کنند، اکثر مردم عوام معتقد
بودند که زمین مسطح است. مثلا هندوها معتقد بودند که زمین مسطح بر شانه
چهار فیل قرار دارد که به نوبه خود بر پشت چهار لاک پشت شناور در
اقیانوسی بیکران ، ایستاده‌اند. مصریان باستان ، زمین را رب‌النوع کب می‌پنداشتند
که به پهلو دراز کشیده و الهه نات بر روی آن خمیده است.
دلایل کرویت
در حدود سال 350 پیش از میلاد ارسطو ، دلیل قاطعی بر گرد بودن زمین ارائه کرد.
موثرترین دلیل وی این بود که اگر کسی به طرف شمال یا به طرف جنوب مسافرت
کند، در افق روبروی او ستارگان جدیدی ظاهر می‌شوند و در افق پشت سر او
ستارگانی که قبلا دیده می‌شدند، ناپدید می‌شوند. ارسطو همچنین دلیل
می‌آورد که کشتیها در هر جهت که از ساحل دور شوند، ابتدا دکل آنها ناپدید
می‌شود. از اینها گذشته مقطع سایه زمین بر ماه در هنگام خسوف ، بدون
در نظر گرفتن وضع ماه ، همیشه به صورت یک دایره است. ارسطو می‌گوید
همه این واقعیت‌ها فقط هنگامی می‌تواند درست باشد که زمین کروی باشد.
در میان تحصیلکرده‌ها ، حتی در اوایل قرون وسطی ، هرگز تصور کروی شکل
بودن زمین از بین نرفت. دانته شاعر ایتالیایی ، در کتاب خود ، کمدی الهی
،‌فرض کروی شکل بودن زمین را پذیرفته است.
محیط کروی زمین
اولین فردی که محیط زمین را دقیق اندازه گرفت، اراتستن(276-195قبل از میلاد)
ریاضیدان یونانی بود. او می‌دانست که در ظهر اواسط تابستان ، خورشید
شهر سین ، واقع در جنوب خانه‌اش در اسکندریه مصر ، مستقیما درون چاه
عمیقی می‌تابد. او در همان روز زاویه تابش خورشید بر فراز اسکندریه را 7.2
درجه اندازه گرفت. این زاویه برابر است با 50/1 کمان یک دایره. او می‌دانست
که فاصله سین تا اسکندریه 772 کیلومتر است و بدین ترتیب محیط زمین
را 38600 کیلومتر محاسبه کرد. این رقم به عدد واقعی 40074 کیلومتر بسیار نزدیک است.

زمین بیضوی
تا قرن هفدهم زمین به شکل کره کامل فرض می‌شد. این تصور از 2000 سال
پیش تا آن زمان بر افکار تسلط داشت. ولی اسحاق نیوتن با توجه به چرخش
زمین به دور خودش (حرکت وضعی زمین)، نتیجه متفاوتی بدست آورد. اسحاق
نیوتن به متفاوت بودن سرعت سطح زمین در عرضهای جغرافیایی مختلف
پی برد. او با قوانین خود نشان داد که هرچه چرخش سریعتر باشد، اثر گریز از
مرکز بیشتر است، یعنی گرایش مواد به دور شدن از مرکز دوران بیشتر
می‌شود از آنجا که سرعت در قطبها صفر است، پس اثر گریز از مرکز در
قطبها تا استوا پیوسته افزایش می‌یابد. این بدان معناست که زمین در
اطراف کمربند استوایی خود با شدت بیشتر رانده می‌شود.
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.
تاریخچه تخمین عمر زمین
از آنجایی که زمان غیر قابل لمس است، تصور ابعاد زمان نیاز به بصیرت
ذهنی داشت که طبیعت‌گرایان قرن هفدهم قادر به پذیرش آن نبودند،
بنابراین نگرش قرون وسطایی کوتاه بودن زمان دنیوی همچنان باقی ماند.
محققین مسیحی آن زمان بطور کلی می‌پنداشتند که سن زمین در
حدود 6000 سال است، رقمی که بر اساس قبول نوشته‌های باستانی عبرانی
قرار است.
سیر تحولی و رشد
تخمین عمر زمین از مدتهای بسیار طولانی فکر دانشمندان را به خود
مشغول کرده بود. دانشمندان مختلف سعی داشتند با روشهای مختلفی
سن کره زمین را تخمین بزنند که از آن جمله می‌توان تخمین عمر زمین را بر
اساس شوری آب اقیانوسها و محاسبه میزان رسوبگذاری ذکر کرد. در سال
1897 ، فیزیکدان معروف « لرد کلوین » (Lord Kelvin) قدمت و عمر زمین را به
این صورت تعریف نمود که زمین در ابتدا به حالت مذاب بوده و بعد سرد شده
است. وی همچنین اظهار نظریه‌هایی را بر اساس فرضیه‌هایی در مورد
منشا و مبدا حرارت خورشید به عمل آورد و ادعا کرد زمین سنی در حدود
20 الی 40 میلیون سال دارد.
در اوایل قرن بیستم ، « رادرفورد » (Ruther Ford) و « هولمز » (Holmes) در
انگلیس و « بولتوود » (Boltwood) در امریکا دریافتند که تجزیه عناصر
ناپایدار جهت تولید ایزوتوپهای رادیوژنیک می‌توانند برای تعیین سن کانیها و
سنگهای پوسته کره زمین مورد استفاده قرار گیرند. ولی روشها و تکنیکهای
تحلیلی در آن زمان آنقدر دقیق نبود که بتواند مقدار ایزوتوپهای رادیوژنیک
موجود در سنگها را تعیین نماید. در نتیجه منحصرا بعد از سال 1950
که اسپکترومتر (Spectrometer) اختراع گردید، تعیین سن سنگها به طریق
ایزوتوپی معمول گردید از این مقاله سعی می‌شود تا روشهایی را که از ابتدا
برای برآورد عمر زمین مورد استفاده قرار گرفته، مورد بحث قرار دهیم و در
نهایت به روشی که امروزه استفاده می‌شود و دقیق‌تر است، اشاره کنیم.
تخمین عمر زمین بر اساس شوری آب اقیانوسها
در سال 1715 « ادموند هالی » (Edmond Halley) ، منجم انگلیسی ، این
مطلب را پیش کشید که سن زمین را می‌توان از روی مقدار شوری آب
اقیانوسها محاسبه کرد. عملا نقشه این بود که مقدار شوری آب دریاها را با
دقت تمام محاسبه و سپس عمل را ده سال بعد تکرار کنند، با محاسبه مقدار
ازدیاد شوری آب در هر ده سال می‌توان زمان لازم برای تحصیل شوری
آب فعلی را از آبهای شیرین اولیه بدست آورد. اگر هم چنین آزمایشی انجام
شده باشد، هیچ ازدیادی در شوری آب اقیانوسها دیده نشد.
در اواخر قرن نوزدهم بعضی محققان با تجدیدنظر در روش فوق و با تجزیه شیمیایی
آب رودخانه‌ها ، مقدار سدیم اضافه شده به دریاها در هر سال توسط رودخانه‌های
دنیا را محاسبه کردند. با دانستن حجم تقریبی آب اقیانوسهای امروزی
و فرض اینکه آب اقیانوسهای اولیه شیرین بوده است و میزان ازدیاد سدیم
توسط رودخانه‌های امروزی میانگینی برای تمام زمان زمین شناسی است،
آنها زمان لازم برای تحصیل غلظت سدیم و شوری امروزی را محاسبه کردند.
سرانجام نتیجه‌گیری کردند که از روز اولی که آب برای نخستین بار بر روی سطح
زمین متراکم شد، 90 میلیون سال می‌گذرد. امروزه ما می‌دانیم که
تخمین هالی از سن اقیانوسهای زمین به مراتب کمتر سن واقعی آنهاست.
دلیل عمده آن هم این است که او تعویض سدیمی را که میان آب دریا و
سنگهای پوسته کره زمینی صورت می‌گیرد، بسیار ناچیز می‌پنداشت.
تخمین عمر زمین بر اساس میزان رسوبگذاری
هر که سنگهای رسوبی را مطالعه کرده باشد، می‌داند که طبقه‌ای ضخیم از
ماسه سنگ می‌تواند در عرض یک روز ته‌نشین شود یا لایه نازک گل
رسی که روی آن قرار می‌گیرد، ممکن است برای ته‌نشین شدن به 100
سال زمان نیاز داشته باشد و سطح طبقه بندی میان آنها ممکن است نماینده
مدت زمانی بیش از مجموع آنها باشد. برای ضخامت معینی از طبقات رسوبی
میانگینی برای میزان رسوبگذاری وجود دارد. اگر تغییرات مهمی در شرایط محیط
رسوبی رخ ندهد و فرسایش نیز در امر رسوبگذاری وقفه ایجاد نکند، ضخامت
طبقات کم و بیش متناسب با زمان سپری شده خواهد بود.
زمین شناسان اواخر قرن نوزدهم تصور می‌کردند که می‌توانند در صورت تخمین
میزان ته‌نشست در محیطهای رسوبی امروزی ، زمان مشخص شده توسط
واحدهای سنگهای قدیمی مشابه را نیز معین کنند. آنها همچنین تصور
می‌کردند که در صورت تعیین ضخامت کل طبقات رسوب کرده در گذشته ،
خواهند توانست کل زمان زمین شناسی طی شده را تخمین بزنند.
تخمین عمر زمین بر اساس سرد شدن کره زمین
در بسیاری مناطق درجه حرارت معادن عمیق ازدیاد محسوس و یکنواختی
را بر حسب ازدیاد عمق نشان می‌دهد. این افزایش حرارت نشان می‌دهد
که دما از درون گرم زمین به طرف قسمت سرد خارجی آن جریان دارد و از
پوسته زمین متصاعد می‌شود. این اتلاف گرما قابل اندازه گیری است و منطق
« کلوین » (Kelvin) استدلال می‌کرد که اگر زمین با از دست دادن حرارت ،
تدریجا در حال خنک شدن است، پس در زمان گذشته می‌بایست گرمتر
بوده باشد. کلوین این پدیده را به صورت اتلاف حرارت از یک حالت مذاب اولیه
در نظر گرفته بود و با مطالعه میزان جریان حرارت امروزی نشان داد که از نظر
زمان زمین شناسی ، مسلما مدت زیادی از زمانی که زمین در حالت مذاب
بوده، نگذشته است.
این زمان ظاهری تبلور پوسته جامد زمین ، حداکثر قدرت ممکن را برای
حیات ، آنگونه که ما می‌شناسیم، مشخص کرد. عدم دسترسی به جزئیات
مربوط به نقطه ذوب سنگها و هدایت گرما تحت شرایط حرارت و فشار زیاد
، مانع ارزیابی دقیق زمان تبلور می‌شد، لکن مدت تعیین شده بسیار کم
بود. بر این اساس زمانی که کلوین بدست آورده بود، 100 میلیون سال بود.

مواد رادیواکتیو
بعضی از مواد معدنی دارای خاصیت رادیواکتیو هستند، بدین معنی که از خود
سه نوع اشعه خارج می‌سازند. اشعه خارج شده یا دارای بار الکتریکی
مثبت است که در این صورت به نام پرتو آلفا خوانده می‌شود و یا دارای بار
اکتریکی منفی است که اشعه بتا خوانده می‌شود. نوع سوم اشعه که
نزدیک به اشعه ایکس است، از نظر الکتریکی خنثی است و به نام اشعه گاما
خوانده می‌شود. در اثر صدور این ذرات ، به مرور جسم به مواد دیگرتبدیل می‌شود.
مدت زمانی را که جهت نصف شدن اتمهای اولیه لازم است، به نام زمان
نیمه عمر می‌خوانند. زمان نیمه عمر اجسام مختلف ، متفاوت است و از
چند ثانیه تا چند میلیارد سال تغییر می‌کند. سنگهای تشکیل دهنده زمین
معمولا حاوی یک یا چند ماده رادیواکتیو نظیر اورانیوم ، رادیوم ، توریوم و
پتاسیم و... هستند. با در دست داشتن سرعت تجزیه و اندازه گیری مقدار
اولیه و ماده تبدیل شده موجود در نمونه ، می‌توان زمانی را که از تجزیه نمونه
می‌گذرد، بدست آورد و بر اساس همین روش است که سن زمین تعیین شده است.
تخمین سن زمین بر اساس سنگهای آسمانی
قسمت اعظم و در ضمن قدیمی‌ترین بخش تاریخ زمین شناسی را بخش
پرکامبرین تشکیل می‌دهد که معمولا از نظر سنگ شناسی مشخص است و
می‌توان سنگهای متعلق به آن را را تشخیص داد. آزمایشات مختلف بر روی
سنگهای این بخش ، اعداد متفاوتی را بدست داده که کمترین آنها 600 میلیون
سال و بیشترین آنها 5/3 میلیارد سال است. اگر تصور کنیم که پرکامبرین از
3،5 میلیارد سال پیش شروع شده، زمان تشکیل زمین مسلما از این عدد بیشتر
است و بنابراین برای تعیین سن زمین از عوامل دیگر نیز بایستی کمک گرفت.
یکی از این عوامل ، سنگهای آسمانی است. از آنجا که مطابق تمام نظریات
موجود ، تشکیل زمین و سایر سیارات منظومه شمسی همزمان بوده است،
با تعیین سن این سنگها می‌توان سن واقعی زمین را بدست آورد. حداکثر
سنی که تا به حال برای سنگهای آسمانی بدست آمده 4،6 میلیارد سال بوده
است. یکی دیگر از عواملی که به تعیین سن زمین کمک می‌کند، نمونه‌هایی
است که از ماه گرفته شده و بر اساس تجزیه نمونه‌های مذبور عددی نظیر
عدد فوق برای آنها حاصل شده است. بدین ترتیب می‌توان عدد 4،6 میلیارد
سال را برای سن زمین در نظر گرفتتاریخچه زمین تنها مطالب بسیار اندکی
قبل از یک بیلیون سال پیش می‌داند، ولی پیرو یک رشته حوادث محتمل
ارائه می‌شود. این نظریه از یک منطقه فعال پژوهشی به جا مانده است.
اتمسفر امروزی گاهی به عنوان سومین اتمسفر شناخته می‌شود. چنانکه
ترکیب شیمیایی از دو ترکیب قابل ملاحظه شیمیایی تشخیص داده شده
است. اتمسفر اصلی مقدمتا از حدود 3.5 بیلیون سال پیش سطح زمین
به اندازه‌ای سرد شد که پوسته آن شکل گرفت، به شدت بوسیله آتشفشانهایی
که بخار ، دی اکسید کربن و بخار آمونیاک آزاد می‌کردند محصور شد. این
باعث بوجود آمدن اتمسفر دومی شد که مقدمتا شامل دی اکسید کربن
و بخار آب و همراه مقداری نیتروژن و بدون اکسیژن می‌شد. دومین اتمسفر
به عنوان اتمسفر رایج 100 برابر اولین اتمسفر گاز داشت. بطور کلی این باور
وجود دارد که پدیده گلخانه‌ای با بالا رفتن مقدار دی اکسید کربن باعث نگهداری
زمین از یخ زدگی می‌شود.
در طول چند بیلیون سال بعد بخار آب از طریق متراکم شدن باعث بوجود آمدن
باران و اقیانوسها شد که شروع به حل کردن دی اکسید کربن کرد. حدود 50%
از دی اکسید کربن جذب اقیانوسها می‌شدند. فوتوسنتز گیاهان باعث باز شدن
و تبدیل شدن دی اکسید کربن به اکسیژن می‌شد. بیشتر اوقات کربن
زیادی در سوختهای فسیلی ، سنگهای رسوبی و پوست حیوانات محبوس است.
چنانکه اکسیژن آزاد شده برای تشکیل نیتروژن با آمونیاک واکنش می‌دهد؛
افزون بر این باکتری می‌تواند آمونیاک را به نیتروژن تبدیل کند.
به نظر می‌رسد بیشتر گیاهان مهمترین عامل افزایش میزان اکسیژن
هستند. در ابتدا با عنصرهای مهمی از جمله آهن ترکیب شده ، ولی
سرانجام باعث انباشته شدن اکسیژن در جو و همچنین پیشرفت این نظریه
شد. همراه با ظهور لایه اوزون موجودات مختلف از اشعه فرابنفش بهتر محافظت
می‌شدند. این اتمسفر نیتروژن _اکسیژن سومین اتمسفر به حساب می‌آید.
هلیوم و هیدروژن تشکیل شده بود و گرما آنرا از هم پاشاند.
جو زمین لایه‌ای از گازها است که که زمین را احاطه کرده‌اند که این گازها
بوسیله جاذبه زمین نگهداشته شده‌اند. جو زمین شامل نیتروژن (78.1%)
و اکسیژن (20.9%) همراه مقدار کمی از آرگون (0.9%) ، دی اکسید کربن
(متغیر، ولی حدود 0.035%) ، بخار آب و دیگر گازها می‌شود. جو زمین
موجودات روی زمین را از طریق جذب اشعه فرابنفش خورشید و کم کردن
دمای بالای بین روز و شب محافظت می‌کند.
مرز دقیقی بین لایه‌های مختلف جو وجود ندارد، ولی جو به سرعت با
افزایش ارتفاع رقیق می‌شود و هیچ مرز مشخصی بین جو و فضای خارج از
جو وجود ندارد. 75% از جو زمین تا ارتفاع 11 کیلومتر از سطح سیاره وجود
دارد. در ایالات متحده کسانی که به بالای 50 مایل (80 کیلومتر) سفر
کنند فضانورد شناخته می‌شوند. ارتفاع 400000 پا (75 مایل یا 120 کیلومتر)
جایی است که تأثیر قابل توجهی هنگام ورود به آن می‌گذارد. همچنین ارتفاع
100 کیلومتری یا 62 مایلی به عنوان مرز بین اتمسفر و فضا بطور مکرر استفاده می‌شود.

دما و لایه‌های جوی
دمای جو زمین همراه با ارتفاع تغییر می‌کند؛ رابطه ریاضی بین دما و
ارتفاع مابین لایه‌های مختلف جو متغیر است:
تراپوسفر ، 0- 7.17 کیلومتر ، دما با افزایش ارتفاع کم می‌شود.
• استراتوسفر ، 7.17 - 50 کیلومتر ، دما با افزایش ارتفاع زیاد می‌شود.
• مزوسفر ، 50 – 80.85 کیلومتر ، دما با افزایش ارتفاع کم می‌شود.
• ترموسفر ، 80.85 - + 640 کیلومتر دما با افزایش ارتفاع زیاد می‌شود.
• اگزوسفر
مرزهای بین این مناطق تروپوپوز ، استراتوپوز و مزوپوز نامگذاری شده‌اند.
میانگین دمای جو در سطح زمین 14 درجه سانتیگراد است.

فشار
فشار جو نتیجه مستقیمی از وزن هواست. این به این معنی است که به
همراه مکان و زمان تغییر می‌کند چون مقدار (و وزن) هوای بالای زمین به
همراه مکان و زمان تغییر می‌کند. فشار جوی در اتفاع حدود 5 کیلومتری
تقریبا به اندازه 50% سقوط می‌کند. میانگین فشار جو در سطح دریا حدود
101.3 کیلو پاسکال است. (حدود 14.7 پوند بر اینچ مربع)
جرم و جرم حجمی
جرم حجمی هوا در سطح دریا حدود 1.2 کیلو گرم بر متر مکعب است. این جرم
حجمی با افزایش ارتفاع کم و به همین صورت فشار آن کاهش می‌یابد. مجموع
جرم جو زمین در حدود 5.1 × 1018 کیلوگرم است که بخش بسیار ناچیزی
از کل جرم زمین را تشکیل می‌دهد. جرم حجمی فشار جو زمین با افزایش ارتفاع
تغییر می‌کنند. این تغییر تقریبا می‌تواند نمونه کاربردی Barometric formula باشد.
مناطق مختلف جوی
مناطق جوی به چند طریق نامگذاری می‌شوند:
یونوسفر - منطقه‌ای که شامل یونها می‌شود: تقریبا مزوسفر و ترموسفر تا
حدود 550 کیلومتر.
• اگزوسفر - بالای یونوسفر ، جایی که جو به طرف فضا رقیق می‌شود.
• لایه اوزون - یا اوزونوسفر ، حدود 10 - 50 کیلومتری جایی که اوزون
استراتوسفری یافت می‌شود. باید توجه داشت در داخل این منطقه اوزون از
نظر حجم یک عنصر فرعی است.
• مگنتوسفر: این منطقه جایی است که میدان مغناطیسی زمین با بادهای
خورشیدی مقابله می‌کند. این لایه برای دهها هزار کیلومتر در فاصله زیادی از
خورشید ادامه دارد.
• کمربندهای تشعشعی وان آلن: مناطقی هستند که ذرات از طرف خورشید
متراکم می‌شوند.
شكل و مشخصات زمين
زمین مانند یک نارنگی در استوا برآمده و در قطبها فرورفته است. اسحاق نیوتن
حتی فرورفتگی قطبها را حساب کرد و نتیجه گرفت که می‌بایستی در حدود
230/1 تمام قطر زمین باشد. این عدد به عدد واقعی نزدیک است.
امروزه اندازه گیریهای دقیق نشان می‌دهد که قطر استوایی زمین 43 کیلومتر
از قطر قطبی آن بیشتر است. در واقع ، قطر استوایی زمین 12756 کیلومتر و قطر
قطبی آن 12713 کیلومتر است.
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.
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.
چهره متغیر زمین
250میلیون 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.

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. 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.
حیات در زمین
اولین موجودات زنده حدود 3.8میلیارد 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 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.
• 4.5 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.
فاصله متوسط از خورشید 60.149 کیلومتر
قطر استوا 12756 کیلومتر
مدت حرکت وضعی
93.23 ساعت
مدت حرکت انتقالی
26.365 روز
سرعت حرکت انتقالی 79.29 کیلومتر در ثانیه
دمای سطحی 55 تا 70 درجه سانتیگراد
جرم (زمین = 1) 00.1
چگالی متوسط (آب = 1) 52.5
جاذبه (زمین = 1) 1
تعداد قمر 1
نحوه پیدایش و تکامل زمین
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.
آینده زمین
از آنجا که حیات در زمین وابسته به خورشید است، آینده کره زمین نیز به آینده
خورشید وابسته خواهد بود. حدود 5 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.