هرآنچه باید درباره زمین بدانید

مقدمه

سیاره‌ی مادری ما، زمین، سومین سیاره‌ی نزدیک به خورشید است. و تنها جایی است که تا کنون می‌دانیم موجودات زنده در آن وجود دارند. زمین که پنجمین سیاره‌ی بزرگ منظومه‌ی شمسی است، تنها دنیایی در این منظومه است که آب به صورت مایع در سطح آن وجود دارد. زمین مقدار کمی از زهره بزرگ‌تر است و بزرگترین سیاره از چهار سیاره‌ی نزدیک به ستاره‌ای که به دورش می‌چرخد، است. این چهار سیاره سیارات زمین‌سان نام دارند که از سنگ و فلز ساخته شده‌اند.

اطلاعات اولیه‌ی نجومی

ریشه‌ی اسم

کلمه‌ی Earth حداقل هزار سال عمر دارد. نام همه‌ی سیارات به غیر از زمین از اساطیر یونان و روم باستان می‌آید. اما کلمه‌ی Earth یک کلمه‌ی انگلیسی-آلمانی به معنای زمین خشک و سطح خاکی است.

ویژگی‌های فیزیکی زمین

اندازه و شکل

شکل زمین تقریباً کروی است. به دلیل چرخش زمین، در قطب‌ها صاف شدن کوچک و در اطراف استوا برآمدگی وجود دارد. بنابراین، تقریب بهتری از شکل زمین، یک کره‌گون است که قطر استوایی آن با اندازه‌ی 43 کیلومتر بزرگتر از قطر قطب به قطب است.

دورترین نقطه روی سطح از مرکز جرم زمین، قله‌ی استوایی چیمبورازو است.

ساختار داخلی

درون زمین بر اساس خواص شیمیایی یا فیزیکی آن به چند لایه تقسیم می‌شود. لایه‌ی بیرونی یک پوسته‌ی جامد سیلیکات است و زیر آن یک گوشته جامد بسیار چسبناک قرار گرفته است. پوسته توسط ناپیوستگی موهوروویچیچ (Mohorovičić discontinuity) از گوشته جدا می‌شود. ضخامت پوسته از حدود 6 کیلومتر در زیر اقیانوس ها تا 30-50 کیلومتر برای قاره‌ها متغیر است. پوسته و قسمت سرد و سفت و سخت بالای گوشته‌ی فوقانی در مجموع به عنوان لیتوسفر (lithosphere) شناخته می‌شوند که دارای صفحات تکتونیکی (tectonic plates) متحرک است.

در زیر لیتوسفر، سست‌کره (استنوسفر) قرار دارد که لایه‌ای با ویسکوزیته نسبتا کم است و لیتوسفر روی آن سوار می‌شود. استنوسفر قسمت زیرین گوشته است. در زیر گوشته، یک هسته‌ی خارجی مایع با ویسکوزیته بسیار کم در بالای یک هسته داخلی جامد قرار دارد. هسته‌ی درونی زمین ممکن است با سرعت زاویه‌ای کمی بالاتر از بقیه سیاره بچرخد. شعاع هسته‌ی داخلی حدود یک پنجم شعاع زمین است. با افزایش عمق، چگالی نیز افزایش می‌یابد.

میدان گرانشی زمین

گرانش زمین شتابی است که به دلیل توزیع جرم در داخل زمین به اجسام وارد می‌شود. در نزدیکی سطح زمین، شتاب گرانشی تقریباً 9.8 m/s2 است. تفاوت های محلی در توپوگرافی، زمین شناسی و ساختار عمیق‌تر زمین باعث ایجاد تفاوت در میدان گرانشی زمین در مناطق مختلف می‌شود که ناهنجاری‌های گرانشی نام دارد.

مدار و چرخش

در حالی که زمین به دور خورشید می چرخد، هر 23.9 ساعت یک دور کامل به دور خود می‌چرخد. 365.25 روز طول می‌کشد تا زمین یک دور به دور خورشید بزند. محور چرخش زمین نسبت به صفحه مدار زمین به دور خورشید 23.4 درجه کج است. این شیب فصل‌ها را بوجود می‌آورد. در بخشی از سال، نیمکره شمالی به سمت خورشید متمایل می‌شود و نیمکره جنوبی از خورشید دور می‌شود. با بالا آمدن خورشید در آسمان، گرمایش خورشیدی در شمال بیشتر است و مردم نیمکره‌ی شمالی تابستان را تجربه می‌کنند. گرمایش مستقیم خورشیدی کمتر باعث می‌شود در نیمکره‌ی جنوبی زمستان باشد. شش ماه بعد، وضعیت برعکس می‌شود. هنگامی که بهار و پاییز شروع می‌شود، هر دو نیمکره تقریباً مقادیر مساوی گرما را از خورشید دریافت می‌کنند.

قمر زمین

زمین تنها سیاره‌ایست که فقط یک قمر دارد. ماه شناخته‌شده‌ترین و درخشان‌ترین جرم آسمانی در شب است. ماه با روش‌های مختلفی باعث شده است که سیاره‌امان مکان مناسبی برای زندگی باشد. قمر زمین نوسانات این سیاره را تثبیت می‌کند و باعث شده در طول هزاران سال آب و هوا کمتر متغیر باشد.

زمین گاهی اوقات به طور موقت میزبان سیارک‌ها یا سنگ‌های بزرگ در حال گردش است. آنها معمولاً برای چند ماه یا سال، قبل از بازگشت به مدار خود به دور خورشید، توسط گرانش این سیاره به دام می‌افتند. برخی از سیارک‌ها در یک "رقص" طولانی با زمین خواهند بود، در حالی که هر دو به دور خورشید می چرخند.

برخی از قمرها تکه‌های سنگی هستند که توسط گرانش یک سیاره به دام افتاده‌اند، اما ماه احتمالاً نتیجه یک برخورد در میلیاردها سال پیش است. زمانی که زمین یک سیاره‌ی جوان بود، یک تکه سنگ بزرگ به آن برخورد کرد و بخشی از فضای داخلی زمین را جابجا کرد. تکه های حاصل به هم چسبیدند و ماه ما را تشکیل دادند. ماه با شعاع 1738 کیلومتر، پنجمین قمر بزرگ منظومه شمسی، پس از گانیمد، تیتان، کالیستو و آیو، است.

ماهواره‌های زمین

زمین سیاره‌ای است که ما بهترین فرصت را برای درک جزئیاتش داریم. این سیاره به ما کمک می‌کند تا ببینیم سایر سیارات سنگی چگونه رفتار می‌کنند، حتی آن‌هایی که به دور ستاره‌های دور می‌چرخند. در نتیجه، دانشمندان به طور روزافزونی زمین را از فضا زیر نظر دارند. ناسا به تنهایی ده‌ها ماموریت را به کشف سیاره‌امان اختصاص داده است.

به عنوان مثال، چهار ماموریت گریس (GRACE)، حسگر گرانش بی (Gravity Probe B)، وان آلن پروبز (Van Allen Probes) و سامانه ماهواره‌ای ردیابی و بازپخش داده‌ها (TDRSS) چهار ماموریتی هستند که برای کاوش گرانش سیاره‌امان به فضا فرستاده شده‌اند.

کاوشگران زیادی برای کشف خورشید و تاثیر آن بر سیاره‌امان فرستاده شده‌اند که در لیست زیر از آن‌ها نامبرده‌ایم:

چمپ (CHAMP)
اکسپلورر (Explorer)
فست (FAST)
ژئوتیل (Geotail)
ایمج (IMAGE)
پولار (Polar)
سوهو (SOHO)
سمپکس (SAMPEX)
سورس (SORCE)
ترا (Terra)
تایمد (TIMED)
تلسکوپ تریس (TRACE)
کاوشگر فضایی اولیس (Ulysses)

جو زمین

عناصر موجود در جو

زمین توسط یک جو نسبتا نازک (هوا) احاطه شده است که از مخلوطی از گازها، عمدتاً مولکول نیتروژن (78 درصد) و مولکول اکسیژن (21 درصد) تشکیل شده است. همچنین مقادیر بسیار کمی از گازهایی از جمله آرگون، بخار آب، دی اکسید کربن و متان، که در حال حاضر در حال افزایش هستند، و همچنین ذرات جامد و مایع کوچک معلق، در جو پیدا می‌شوند.

مقدار زیاد اکسیژن جو غیرعادی است. اکسیژن یک گاز بسیار واکنش پذیر است که عمدتا با سایر مواد شیمیایی موجود در جو، سطح و پوسته ترکیب می شود. اکسیژن در سیاره‌ی ما به طور مداوم توسط فرآیندهای بیولوژیکی بوجود می‌آید. بدون حیات، عملاً اکسیژن آزاد وجود نخواهد داشت.

مقدار متان موجود در اتمسفر نیز خارج از تعادل شیمیایی با جو و پوسته است: متان نیز منشا بیولوژیکی دارد و سهم فعالیت های انسانی بسیار بیشتر از سایرین است.

گازهای جو از سطح زمین تا ارتفاعات هزاران کیلومتری پیدا می‌شوند و در نهایت با باد خورشیدی ادغام می شوند. ترکیبات جو تا ارتفاع حدود 100 کیلومتر از سطح کم و بیش ثابت هستند، به استثنای بخار آب و اوزون.

لایه‌های مختلف اتمسفر

اتمسفر معمولاً به لایه‌ها یا مناطق مجزا تقسیم می‌شود. لایه های جو عبارتند از تروپوسفر، استراتوسفر، مزوسفر و ترموسفر.

تروپوسفر

تروپوسفر بیشتر اتمسفر را تشکیل داده است، که بسته به عرض جغرافیایی و فصل، از سطح زمین تا ارتفاعی در حدود 10-15 کیلومتر گسترش می‌یابد. رفتار گازهای این لایه توسط همرفت کنترل می‌شود. به حرکات متلاطم و واژگونی هوا همرفت می‌گویند که ناشی از شناوری هوایی است که توسط خورشید گرم می‌شود و نزدیک به سطح است. همرفت باعث می‌شود که دما با ارتفاع کاهش یابد- تقریباً 6 درجه سانتیگراد در هر کیلومتر از تروپوسفر. در بالای تروپوسفر، که تروپوپاز نامیده می‌شود، دما به حدود -80 درجه سانتیگراد کاهش می‌یابد.  تروپوپاز بخشی از اتمسفر است که نقش لایه مرزی میانی تروپوسفر و استراتوسفر را دارد. تقریباً تمام بخار آب موجود در جو در تروپوسفر قرار دارد و اساساً همه‌ی اتفاقات آب و هوایی در این ناحیه رخ می‌دهد.

استراتوسفر

استراتوسفر در بالای تروپوسفر قرار دارد و تا ارتفاع حدود 50 کیلومتری گسترش می‌یابد. حرکات همرفتی در استراتوسفر ضعیف هستند یا وجود ندارند. حرکات در عوض در جهت افقی هستند. دما در این لایه با افزایش ارتفاع، افزایش می یابد.

در نواحی بالایی استراتوسفر، نور فرابنفش جذب شده از خورشید، مولکول اکسیژن (O2) را تجزیه می‌کند. ترکیب مجدد تک اتم‌های اکسیژن با مولکول های اکسیژن (O2)، مولکول اوزون (O3) را بوجود می‌آورد که لایه‌ای محافظتی است. استراتوپاز بخشی از جو است که مرز بین استراتوسفر و لایه‌ی بعدی که مزوسفر نام دارد، است.

مزوسفر، ترموسفر و یونوسفر

بالاتر از استراتوپاز نسبتا گرم، مزوسفر قرار دارد، که در آن دما دوباره با ارتفاع کاهش می‌یابد. مزوسفر در ارتفاع 80 تا 90 کیلومتری بالاتر از سطح زمین است. حداقل دما در این ناحیه با فصل بسیار تغییر می‌کند. بعد از مزوسفر، مزوپاز است و سپس با افزایش ارتفاع، در لایه‌ای که ترموسفر نام دارد، دما افزایش می‌یابد. همچنین در بالای حدود 80 تا 90 کیلومتری از سطح زمین، ذرات باردار یا یونیزه شده وجود دارند. از این ارتفاع به بالا ناحیه‌ی یونوسفر نام دارد. شفق‌های قابل مشاهده خیلی خاص در این ناحیه بوجود می‌آیند، مخصوصا در امتداد مناطق تقریبا دایره‌ای اطراف قطب‌ها. شفق‌های قطبی از برهمکنش اتم‌های نیتروژن و اکسیژن موجود در جو با انفجارهای ذرات پرانرژی که از خورشید منشا می‌گیرند، ایجاد می‌شوند.

آب کره یا هیدروسفر

هیدروسفر زمین یک لایه‌ی ناپیوسته از آب در سطح سیاره یا نزدیک به آن است. این شامل تمام آب‌های سطحی مایع و یخ زده، آب‌های زیرزمینی نگهداری شده در خاک و بخار آب موجود در اتمسفر است. حجم کل آب مایع روی زمین حدود 1.39 میلیارد کیلومتر مکعب است و میانگین دمای آن حدود 4 درجه سانتیگراد است که خیلی بالاتر از نقطه انجماد آب نیست. تقریبا 71 درصد از سطح زمین را اقیانوس‌ها پوشانده اند. اقیانوس‌ها حدود 97 درصد از حجم آب سیاره را تشکیل می‌دهند. بخار آب اتمسفر بخش ناچیزی از هیدروسفر را تشکیل می‌دهد، اما انتقال آب تبخیر شده از اقیانوس‌ها به سطح خشکی بخشی جدایی ناپذیر از چرخه هیدرولوژیکی است که حیات را حفظ می‌کند.

چرخه‌ی هیدرولوژیکی

چرخه هیدرولوژیکی شامل انتقال آب از اقیانوس‌ها از طریق اتمسفر به قاره‌ها و بازگشت آن به اقیانوس‌ها در بالا و زیر سطح زمین است. این چرخه شامل فرایندهایی مانند بارش، تبخیر، تعرق، نفوذ و … است. این فرآیندها در کل هیدروسفر اتفاق می‌افتند.

حدود یک سوم انرژی خورشیدی که به سطح زمین می‌رسد صرف تبخیر آب اقیانوس می‌شود. رطوبت جوی حاصل، به ابر، باران، برف و شبنم تبدیل می‌شود. رطوبت یک عامل مهم در تعیین آب و هوا است. نیروی محرکه طوفان هاست و وظیفه‌ی جداسازی بار الکتریکی را بر عهده دارد. این باعث می‌شود رعد و برق و در نتیجه آتش سوزی‌های طبیعی در مناطق مختلف اتفاق بیفتد که نقش مهمی در برخی از اکوسیستم‌ها دارد. رطوبت زمین را مرطوب می‌کند، سفره‌های زیرزمینی را پر می‌کند، سنگ‌ها را از نظر شیمیایی تغییر می‌دهد، مناظر را فرسایش می‌دهد، و رودخانه‌ها را پر می کند. و این رودخانه‌ها مواد شیمیایی و رسوبات حل شده را به اقیانوس ها برمی‌گردانند.

زندگی بر روی زمین

اشکال مختلف حیات بر روی یک سیاره در اکوسیستم‌ها زندگی می‌کنند و مجموع این اکوسیستم‌ها زیست‌کره را تشکیل می‌دهد. زیست‌کره به تعدادی زیست‌بوم تقسیم می‌شود که گیاهان و حیوانات تقریباً مشابهی در آن‌ها زندگی می‌کنند. در خشکی، زیست‌بوم‌ها عمدتاً بخاطر تفاوت در عرض جغرافیایی، ارتفاع از سطح دریا و رطوبت با هم فرق دارند. زیست‌بوم‌های زمینی که در قطب شمال یا قطب جنوب، بیابان‌ها و ارتفاعات بالا هستند، عمدتا خالی از هرگونه گیاه و جانور هستند. تنوع گونه‌ها در مناطق پست مرطوب در عرض جغرافیایی استوایی به اوج خود می‌رسد. تخمین‌های مختلفی از تعداد گونه‌های امروزی روی زمین وجود دارد. بیشتر گونه‌ها توصیف نشده‌اند. بیش از 99 درصد از همه گونه‌هایی که تا به حال روی زمین زندگی می‌کردند، منقرض شده اند.

زیست‌پذیری

سیاره‌ای که بتواند حیات را حفظ کند، سیاره‌ی زیست‌پذیر نامیده می‌شود، حتی اگر زندگی از آنجا شروع نشده باشد. فاصله زمین از خورشید، گریز از مرکز مدار زمین، سرعت چرخش، زاویه‌ی محور چرخش با محور عمود بر مدار، جو پایدار و میدان مغناطیسی همگی باعث شده‌اند شرایط آب و هوایی زمین در سطحش به نحوی باشد که الان هست.

مهمتر از همه، زمین منحصر به فرد است چون بیشتر سیاره ما از آب مایع پوشیده شده است. زیرا دما اجازه می‌دهد تا آب مایع برای مدت زمان طولانی وجود داشته باشد. اقیانوس‌های وسیع زمین حدود 3.8 میلیارد سال پیش محل مناسبی را برای شروع حیات فراهم کردند. آب مایع محیطی است که در آن ترکیبات آلی پیچیده می‌توانند با یکدیگر ترکیب شوند و تعامل داشته باشند و انرژی کافی را برای حفظ متابولیسم فراهم می‌کند. گیاهان می توانند مواد مغذی را از جو، خاک و آب جذب کنند. این مواد مغذی به طور مداوم بین گونه‌های مختلف می‌چرخند. برخی از ویژگی‌های سیاره‌ی ما که آن را برای حفظ حیات عالی می‌کند، به دلیل تأثیرات مداوم تغییرات آب و هوایی در حال تغییر است.

بلایای طبیعی

آب و هوای شدید مانند طوفان‌های استوایی، در بیشتر سطح زمین رخ می دهند و تأثیر زیادی بر زندگی در آن منطقه دارند. از سال 1980 تا 2000 میلادی/ 1359 تا 1379 شمسی، این رویدادها به طور متوسط باعث مرگ 11800 انسان در سال شد. در بسیاری از مکان‌ها بلایای طبیعی از جمله زمین لرزه، لغزش زمین (Landslide)، سونامی، فوران‌های آتشفشانی، تورنادو، کولاک، سیل، خشکسالی و آتش‌سوزی جنگل‌ها، اتفاق می‌افتند. تأثیر انسان در بسیاری از مناطق احساس می‌شود. از نتایج فعالیت‌های انسانی می‌توان به آلودگی هوا و آب، باران‌های اسیدی، از بین رفتن پوشش گیاهی (چرای بیش از حد، جنگل زدایی، بیابان زایی)، از بین رفتن حیات وحش، انقراض گونه‌ها، تخریب خاک و کاهش و فرسایش خاک اشاره کرد.

فعالیت‌های انسانی گازهای گلخانه‌ای را در جو آزاد می‌کنند که باعث گرمایش جهانی می‌شود. این امر باعث ایجاد تغییراتی مانند ذوب شدن یخچال‌ها و صفحات یخ، افزایش جهانی سطح متوسط آب دریاها، افزایش خطر خشکسالی و آتش سوزی جنگل‌ها، و مهاجرت گونه‌ها به مناطق سردتر می‌شود.

حقایق جالب درباره‌ی زمین

• سرعت چرخش زمین به تدریج در حال کاهش است.
• زمین متراکم‌ترین سیاره در منظومه‌ی شمسی است.
• زمین یک کره‌ی کامل نیست.
• میدان گرانشی زمین در تمام نقاط روی سطح آن ثابت نیست.
• زمین حدود 4.54 میلیارد سال سن دارد.

سئوالات متدوال درباره سیاره زمین