آشنایی با ویژگی‌های کره زمین: ساختار، اندازه، سرعت

کره زمین یا سیاره زمین سومین سیارۀ منظومه خورشیدی است که در فاصلۀ حدود ۱۵۰ میلیون کیلومتری‌ از ستارۀ خورشید قرار گرفته است. فاصلۀ زمین تا خورشید به گونه‌ای است که شرایط محیطی آن قابلیت زیستن را به موجودات زندۀ کربنی می‌دهد. تاکنون زمین تنها سیاره‌ای بوده است که وجود حیات در آن ثابت شده است. زمین سیاره‌ای است سنگی با مقدار قابل توجه‌ای آب سطحی. جو زمین ترکیبی است از نیتروژن (حدود ۸۰ درصد)، اکسیژن (حدود ۲۰ درصد) و چندین گاز دیگر.

در منظومۀ خورشیدی، فاصلۀ زمین تا خورشید بین فاصلۀ زهره (یا ناهید) تا خورشید و فاصلۀ مریخ (یا بهرام) تا خورشید است. زمین جزو سیارات داخلی منظومۀ خورشیدی محسوب می‌شود.

مرتفع‌ترین نقطه بر روی خشکی‌های زمین «کوه اورست» نام دارد که نزدیک به نه کیلومتر از سطح دریا بالاتر است. عمیق‌ترین قسمت دریاها نیز در نزدیکی‌ جزایر فیلیپین در اقیانوس آرام قرار دارد. عمق این ناحیه حدود ۱۱ کیلومتر پایین‌تر از سطح دریا است و به آن گودال یا درازگودال ماریانا گفته می‌شود.

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.

تاریخچه

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 ۱۲ 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

۲۵۰ 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 گوندوانا تقسیم کرد. ۱۲۰ میلیون سال پیش لوراسیا از هم شکافت و آمریکای شمالی از اروپا جدا شد. گوندوانا 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 ۳.۸ میلیارد سال پیش و اولین دایناسورها حدود ۱۵۰ میلیون سال پیش در زمین ظاهر شدند. حدود ۶۵ میلیون سال پیش نسل دایناسورها از بین رفت (انقراض دایناسورها). یکی از عوامل انقراض دایناسورها 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 دایناسورها بر اثر سرما و گرسنگی شده است. اگر همه تاریخچه زمین را در ۲۴ ساعت خلاصه کنیم، نخستین انسانها در ۲ ثانیه مانده به نیمه شب ظهور خواهند کرد.

ساختار

ساختار زمین از چندین لایه تشکیل شده که هرکدام ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی خاص خود را دارند.

این لایه‌ها از مرکز تا سطح زمین آن به‌ترتیب زیر هستند:

هسته داخلی (Inner Core)

• جامد، عمدتاً از آهن و نیکل فشرده تشکیل شده است.
• دمایی حدود ۵۰۰۰ تا ۶۰۰۰ درجه سانتی‌گراد
• ضخامت: حدود ۱٬۲۲۰ کیلومتر

هسته بیرونی (Outer Core)

• مایع، عامل ایجاد میدان مغناطیسی زمین و عمدتاً از آهن و نیکل مذاب تشکیل شده است.
• دمایی حدود ۴۰۰۰ تا ۶۰۰۰ درجه سانتی‌گراد
• ضخامت: حدود ۲٬۲۰۰ کیلومتر

گوشته (Mantle)

• نیمه‌جامد، محل جریان‌های همرفتی و عمدتاً از سیلیکات‌های منیزیم و آهن تشکیل شده و شامل عناصر اصلی مانند سیلیسیم، اکسیژن، آهن، منیزیم و کلسیم است.
• دمایی حدود ۵۰۰ تا ۴۰۰۰ درجه سانتی‌گراد، بسته به عمق آن. (این لایه به ۲ بخش اصلی تقسیم می‌شود: گوشته بالایی و گوشته پایینی)
• ضخامت: حدود ۲٬۹۰۰ کیلومتر

پوسته (Crust)

بیرونی‌ترین لایه‌ی سیاره ماست که مانند پوست تخم‌مرغ، لایه‌ای نازک و شکننده روی گوشته قرار گرفته است. این لایه محل زندگی انسان‌ها، گیاهان، جانوران و تمام فعالیت‌های زمین‌ساختی سطحی است.

• جامد، عمدتاً از سیلیکات‌های سبک شامل اکسیژن، سیلیسیم، آلومینیوم، سدیم، پتاسیم، کلسیم، آهن و منیزیم تشکیل شده است. این عناصر در قالب ترکیبات معدنی مختلفی مانند گرانیت و بازالت در پوسته قاره‌ای و اقیانوسی یافت می‌شوند.
• دمای پوسته زمین از حدود ۲۰ درجه سانتی‌گراد در سطح تا حدود ۴۰۰ تا ۹۰۰ درجه سانتی‌گراد در مرز با گوشته متغیر است، بسته به عمق و موقعیت جغرافیایی
• ضخامت: بین حدود ۵ تا ۷۰ کیلومتر متغیر است، بسته به اینکه در زیر اقیانوس‌ها باشد یا قاره‌ها.

اندازه

قطر کره زمین حدودا ۷۹۲۶ مایل (۱۲۷۵۶ کیلومتر) است. کره زمین پنجمین سیاره بزرگ در منظومه شمسی پس از مشتری، زحل، اورانوس و نپتون می‌باشد.

اراتوستن دانشمند یونانی، (۲۷۶- ۱۹۴ قبل از میلاد مسیح) اولین کسی بود که محیط کره زمین را محاسبه کرد. او سایه ظهر اواسط تابستان را، در چاه‌های عمیق سین که (امروزه اسوان نامیده می‌شود و در کنار رود نیل در مصر قرار دارد) و اسکندریه را مقایسه کرد. و به درستی تصور کرد از آنجا که خورشید بسیار دور است؛ پرتوهای آن تقریبا موازی هستند و بادانستن فاصله دو محل، محیط زمین را بالغ بر ۲۵۰۰۰۰ استادیا (واحد سنجش محیط زمین) محاسبه کرد. به طور دقیق مقدار یک واحد سنجش محیط زمین ناشناخته است، بنابراین دقت او نامطمئن و احتمالی اما بسیار نزدیک به حقیقت بود او همچنین انحراف محور کره زمین و فاصله آن از ماه و خورشید را با دقت اندازه گرفت.

قمر

کره زمین یک ماه دارد. قطر کره ماه در حدود یک چهارم قطر کره زمین است. کره ماه ممکن است بخشی از کره زمین بوده باشد که بر اثر برخورد جسمی بزرگ با کره زمین در میلیاردها سال پیش از آن جدا شده است.

جرم، چگالی و سرعت گریز

جرم کره زمین تقریبا ۱۰^۲۴×۵.۹۸ کیلوگرم است. کره زمین دارای چگالی متوسط ۵۵۲۰ کیلوگرم بر مترمکعب است (آب دارای چگالی ۱۰۲۷ کیلوگرم بر مترمکعب است). پر چگال‌ترین سیاره  منظومه شمسی کره زمین می‌باشد. یک جسم برای فرار از کشش گرانشی زمین باید به سرعت ۲۴۸۴۰ مایل در ساعت (برابر ۱۱۱۸۰ متر بر ثانیه ) برسد.

حرکات

• حرکت وضعی : حرکت زمین به دور محور شمالی و جنوبی آن. مدت این چرخش ۲۳ ساعت و ۵۶ دقیقه و ۴ ثانیه طول می‌کشد.
• حرکت انتقالی : زمین به دور خورشید سالی یکبار دوران می‌کند.(حرکت انتقالی به کمک اثر دوپلر اثبات می‌شود.)
  (زمین به دور خورشید در خلاف جهت حرکت عقربه‌های ساعت می‌گردد (مدار بیضی شکل که خورشید در یکی از کانون‌های آن واقع است). در این خصوص ما حرکت واقعی را نمی‌بینیم بلکه حرکت ظاهری خورشید را می‌بینیم که به نظر می‌رسد در یک سال یک بار به دور زمین می‌گردد. این مدار ظاهری خورشید دایرة‌البروج نامیده می‌شود. نواری به عرض ۸ درجه در هر سوی دایرة‌البروج را منطقه‌البروج می‌خوانند. ۱۲ صورت برجسته فکلی بر این نوار قرار دارند که خورشید در حرکت ظاهریش هر سال یکبار از آنها می‌گذرد این صورتها عبارتند از :  حمل، ثور، جوزا، سرطان، اسد، سنبله،میزان، عقرب، قوس، جدی، دلو و حوت.)
• حرکت رقص محور : این بسیار کمتر است بنابراین تنها یک لرزش سینوسی در مدار زمین ایجاد می‌کند.
• حرکت تقدیمی : حرکتی است که به موجب خم بودن محور زمین نسبت مدار خود ایجاد می‌شود و باعث می‌شود که قطب شمال سماوی جابجا شود .(در دوره‌های ۲۶ هزار ساله)
  خورشید همراه زمین و سیارات دیگر در میان خوشه محلی ستاره‌گان با سرعت بیست کیلومتر در ثانیه حرکت می‌کنند. حواس آدمی این حرکات را درنمی‌یابد همانطور که در ترنی که با حرکت یکنواخت پیش می‌رود، مسافران سرعت آن را حس نمی‌کنند.

آیا حرکت وضعی زمین، حرکتی واقعی است؟

ما از حرکت واقعی زمین مطلع نیستیم. آنچه مشاهده می‌شود حرکتی ظاهری است به صورت دوران ظاهری کره آسمان، یعنی طلوع ستارگان و خورشید از افق شرقی و غروب آنها در افق غربی. نظیر این رابطه میان حرکت واقعی و حرکت ظاهری، در ترن متحرک نیز وجود دارد. چون از پنجره‌های قطاری که رو به شمال می‌رود به بیرون نگاه کنیم حرکت ظاهری منظره‌های مجاور را به سمت جنوب مشاهده خواهیم کرد.

چند اثر که معلول چرخش زمین هستند:

• توانایی روز و شب : هر نقطه از زمین متناوبا رو به خورشید (روز) می‌کند یا پشت به آن (شب) می‌دارد.
• صلب بودن محور : محور زمین زاویه میل خود را با صفحه مدار حفظ می‌کند و پیوسته رو به سوی ستاره جوی است از این لحاظ زمین چرخان شباهت بسیار با یک ژیروسکوپ چرخان دارد. محور زمین نیز مانند محور ژیروسکوپ دارای حرکت تقدیمی است.
• یک نیروی گریز از مرکز : که در استوا بیشترین مقدار را دارد و در قطب صفر است و بر هر جسمی که بر روی زمین واقع است وارد می‌آید و در نتیجه آن وزن اجسام در قطب بیشتر است تا در استوا.
• پخ بودن زمین در قطب‌ها : احتمالا معلول این چرخش در زمانی بوده است که سطح زمین هنوز حالتی مایع یا شکل پذیر داشته باشد.

طول مدت یک روز و سال

یک دور چرخش کامل کرۀ زمین به دور خودش ۲۳ ساعت و ۵۶ دقیقه و ۴ ثانیه به درازا می‌کشد که به آن روز نجومی می‌گویند که ۳ دقیقه و ۵۶ ثانیه از روز خورشیدی کوتاه‌تر است..

بر اساس مشاهدات، یک سال بر روی این سیاره معادل ۱۰۷۵۰ روز زمینی (حدود ۲۹ سال و نیم زمینی) به طول می‌انجامد. از آنجا که فقط ۱۰ ساعت و ۳۳ دقیقه طول می‌کشد تا به دور محور خود بچرخد، یک سال بر روی این سیاره به اندازۀ ۲۴۴۹۱.۰۷ روز زحلی می‌باشد. (این به این معنی است که ۳۶۵/۲6 روز طول می کشد تا کره زمین یک بار مدار خورشید را دور بزند). حرکت وضعی زمین به مرور زمان تا اندازه‌ای کند می‌شود یعنی تقریبا هر ده سال  یک ثانیه کندتر خواهد شد.

مدار

کره زمین به طور میانگین مسافت ۹۳ میلیون مایل (برابر با ۱۴۹۶۰۰۰۰۰ کیلومتر) را در مدار خودش به دور خورشید می‌پیماید. این فاصله بر حسب یک واحد نجومی (AU) تعریف می شود. در حدود روز دوم ژانویه هر سال زمین نزدیکترین فاصله را با خورشید (۹۱.۴ میلیون مایل برابربا ۱۴۷.۱ میلیون کیلومتر) دارد. این هنگام نزدین یا حضیض نام دارد. در حدود دوم جولای هر سال زمین بیشترین فاصله را با خورشید (۹۴.۸ میلیون مایل برابر ۱۵۲.۶ میلیون کیلومتر) دارد. این هنگام اوج یا دورین گاه نام دارد.

خروج مرکزی مداری

تحقیقات جامع جدیدتری از رصدخانه جنوبی اروپا که در سال ۲۰۱۱ میلادی منتشر گردید، نشان می‌دهد که خروج از مرکز مدار زمین با دوره گردش تقریبی ۴۱۳۰۰۰ سال بین ۰٬۰۰۰۰۵۵ تا ۰٬۰۶۷۹ همزمان با شکل مداری بسیار نزدیک به دایره تا کمی بیضی تغییر می‌کند.

انحراف محور و فصول

محور کره زمین از خط عمود بر مدار خورشید، به اندازه ۲۳/۴۵ درجه انحراف یافته است. این انحراف باعث به وجود آمدن چهار فصل سال یعنی تابستان، بهار، زمستان و پائیز می‌شود. از آنجائی که محور زمین دارای انحراف است، بخش‌های مختلف کره زمین در زمان‌های مختلف سال در جهت خورشید قرار می‌گیرند. این پدیده مقدار آفتاب در یافتن هر منطقه را تحت تاثیر قرار می‌دهد.

سرعت

سطح کره زمین در خط استوا به مقدار ۴۰۰۰۰ کیلومتر در شبانه روز حرکت می کند. این به معنای سرعتی برابر ۱۰۴۰ مایل بر ساعت  یا ۱۶۷۰ کیلومتر بر ساعت است. این سرعت از تقسیم محیط کره زمین در خط استوا (حدود ۲۴۹۰۰ مایل یا ۴۰۰۷۰ کیلومتر) بر تعداد ساعات شبانه روز (۲۴) محاسبه می‌شود.

از آنجایی که محیط زمین در قطبین به صفر نزدیک می‌شود، هنگامی که به سمت یکی از دو قطب حرکت می‌کنید این سرعت تقریبا به صفر کاهش پیدا می‌کند. زمین با سرعتی در حدود ۳۰ کیلومتر بر ثانیه در مدار به دور محور خودش می‌چرخد. این سرعت توسط سرعت چرخش تقریبی زمین (۰/۵ کیلومتر بر ثانیه) در نزدیکی خط استوا سنجیده می‌شود. ضخامت جو کره زمین در حدود ۳۰۰ مایل (۴۸۰ کیلومتر) است. اما بیشترین مقدار جو زمین در حدود ۲۰ مایل (۱۶ کیلومتر) سطح زمین است.

مقدار دما و رکوردها

مقدار دما بر روی کره زمین ۱۳۶ تا ۱۲۷- درجه فارنهایت (برابر با ۵۸ تا ۸۸- درجه سانتی‌گراد) در نوسان است.  اندازه‌گیری‌های ماهواره‌ای دمای سطح قطب جنوب، که بین سال‌های ۱۹۸۲ و ۲۰۱۳ انجام شد، سردترین دمای ۹۳٫۲- درجه سانتی‌گراد (۱۳۵٫۸- درجه فارنهایت) را در ۱۰ اوت ۲۰۱۰ ثبت کرد. و به گفته سازمان جهانی هواشناسی (WMO)، بالاترین دمای ثبت‌شده روی زمین برابر با ۵۶٫۸ درجه سلسیوس (۱۳۴٫۲ درجه فارنهایت) بوده‌است که در بیابان دره مرگ در کالیفرنیا و در تاریخ ۱۰ ژوئیه ۱۹۱۰ به ثبت رسیده‌است. با این حال این رکورد توسط خود WMO و برخی دیگر کارشناسان مورد تردید قرار گرفته‌است. تاثیر گلخانه‌ای باعث محصور شدن گرما در جو می‌شود. جو اجازه ورود مقداری پرتوی مادون قرمز را به درون فضا می‌دهد که کمی از آنها به زمین انعکاس می‌یابند.

جو (اتمسفر)

جو زمین متشکل از لایه نازکی از گازها است که کره زمین را احاطه کرده است. این گازها شامل ۷۸ % نیتروژن، ۲۱ % اکسیژن، ۰/۹% آرگون، 0/۰۳% دی اکسیدکربن و مقدار کمی از گازهای دیگر است.

جو زمین به واسطه گاززدایی سیاره‌ای به وجود آمد، فرایندی که در آن گازهایی مانند دی اکسیدکربن، بخارآب، دی اکسیدگوگرد و نیتروژن از درون زمین از طریق آتشفشان‌ها ودیگر جریانات آزاد شدند. اشکال زندگی بر روی زمین از هنگام تکامل ترکیب جو را تعدیل کرده‌اند.

در این رابطه: آشنایی کامل با جو کره زمین

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 ستاره‌شناس 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 «آریستارخوس ساموسی»، 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 ۱۵۴۳ «نیکلاس کوپرنیک» ستاره‌شناس لهستانی، مرکزیت را از زمین گرفته و به خورشید داد.

گردآورنده: دنیاها، دانشنامۀ فارسی | www.Donyaha.ir