زمین

لیتوسفر، لایهٔ سخت بیرونی زمین به چندین تکه شکسته شده‌است که به این تکه‌ها، صفحه‌های زمین‌ساخت (به انگلیسی: tectonic plate) گفته می‌شود. این تکه‌های سخت کوچکتر می‌توانند نسبت به یکدیگر جابجا شوند. جابجایی و تغییر مرز این صفحه‌های کوچکتر نسبت به هم می‌تواند به سه صورت باشد: مرزهای همگرا (Convergent boundaries) که در آن دو صفحه به هم نزدیک می‌شوند، مرزهای واگرا (Divergent boundaries) که در آن دو تکه از هم دور می‌شوند یا دو تکهٔ به هم پیوسته خرد می‌شوند و دگرگونی مرزها (Transform boundaries) که در آن دو صفحه بر روی یکدیگر سُر می‌خورند و جابجایی جانبی دارند. زمین‌لرزه، فعالیت آتشفشانی، ساخت کوه و پیدایش درازگودال همگی می‌توانند در مرز این صفحه‌ها روی دهند.[۱۰۲]

هفت صفحهٔ اصلی عبارتند از: صفحهٔ اقیانوس آرام یا صفحهٔ آرام، صفحهٔ آمریکای شمالی، صفحهٔ اوراسیا، صفحهٔ آفریقا، صفحهٔ جنوبگان یا آنتارکتیک، صفحهٔ اینداسترالیا یا هند-استرالیا و صفحهٔ آمریکای جنوبی. از میان دیگر صفحه‌ها می‌توان به صفحهٔ عربستان، کارائیب، نازکا در ساحل غربی آمریکای جنوبی و صفحهٔ اسکوشیا در جنوب اقیانوس اطلس اشاره کرد. صفحهٔ استرالیا و هند نزدیک به ۵۰ تا ۵۵ میلیون سال پیش با هم یکی شده‌اند. صفحه‌های اقیانوسی در جابجایی از دیگران سریع‌ترند و در این میان صفحهٔ کوکوز با سرعتی برابر با ۷۵ میلیمتر در سال و صفحهٔ آرام با ۵۲ تا ۶۹ میلیمتر در سال، از همه سریع‌تر جابجا می‌شوند.[۱۰۳] کندترین صفحه در جابجایی صفحهٔ اورسیا است که نزدیک به ۲۱ میلیمتر در سال جابجا می‌شود.

گرمای ناشی از یکپارچگی زمین در اثر نیروی گرانشی میان اجزای آن (نزدیک ۲۰٪) و گرمای تولید شده در اثر واپاشی هسته‌ای[۹۵] (۸۰٪) دست در دست یکدیگر می‌دهند و باعث گرم شدن درون زمین می‌شوند. ایزوتوپهای اصلی که باعث پیدایش این گرما می‌شوند[۹۶] عبارتند از: پتاسیم ۴۰، اورانیم ۲۳۸، اورانیم ۲۳۵ و توریم ۲۳۲. در مرکز زمین دما به بیش از ۷۰۰۰ کلوین و فشار به بیش از ۳۶۰ گیگا پاسکال می‌رسد.[۹۷] از آنجایی که گرمای درونی زمین بیشتر از واپاشی هسته‌ای بوجود می‌آید، دانشمندان برآورد می‌کنند که در آغاز تاریخ زمین، هنگامی که ایزوتوپ‌های با نیمه عمر کوتاه هنوز از دست نرفته بودند، گرمای تولیدی بسیار بیشتر از این مقدار بوده‌است. برای نمونه در سه میلیارد سال پیش این مقدار دو برابر گرمای تولیدی در عصر حاضر بوده‌است

درون زمین را مانند دیگر سیاره‌های خاکی می‌توان بسته به تفاوت‌های شیمیایی و فیزیکی (رئولوژی) که در آن دیده می‌شود، به چندین لایه تقسیم کرد. زمین بر خلاف دیگر سیاره‌های خاکی از دو هستهٔ بیرونی و درونی جدا از هم ساخته شده‌است. لایهٔ بیرونی زمین که پوسته نام دارد، جامد است و بیشتر از سیلیکات‌ها ساخته شده‌است. درست در زیر پوسته، گوشتهٔ جامد، لایه‌ای با گرانروی بسیار بالا قرار دارد. پوسته و گوشته با کمک لایه‌ای به نام ناپیوستگی موهوروویچیچ از هم جدا می‌شوند. ضخامت پوسته در نقاط گوناگون زمین تغییر می‌کند، این ضخامت به‌طور متوسط در زیر اقیانوس‌ها حدود ۶ کیلومتر است و در بخش‌های قاره‌ای به ۳۰ تا ۵۰ کیلومتر هم می‌رسد. مجموعهٔ پوسته و ناحیهٔ بالایی گوشته که سرد و سخت است روی هم لیتوسفر نام دارد. زمین‌ساخت بشقابی یا همان صفحه‌های تکتونیکی مربوط به لیتوسفر است. در زیر لیتوسفر، لایهٔ آستنوسفر قرار دارد. این لایه به نسبت از گرانروی کمتری برخوردار است به گونه‌ای که لیتوسفر بر روی آن روان است. دگرگونی‌های مهم در ساختار بلوری در گوشته در عمقی میان ۴۱۰ تا ۶۶۰ کیلومتری از سطح زمین رخ می‌دهد. این بازه، که ناحیهٔ گذار نام دارد، گوشتهٔ بیرونی و درونی را از یکدیگر جدا می‌کند. در زیر گوشته، لایه‌ای با گرانروی بسیار کم قرار دارد، این لایه که هستهٔ بیرونی نام دارد بر روی لایهٔ جامد و در حال گردش هستهٔ درونی جای گرفته‌است

جرم زمین تقریباً ۵٫۹۸×۱۰^۲۴ کیلوگرم است و بیشتر از عنصرهایی مانند آهن (۳۲٫۱٪)، اکسیژن (۳۰٫۱٪)، سیلیسیم (۱۵٫۱٪)، منیزیم (۱۳٫۹٪)، گوگرد (۲٫۹٪)، نیکل (۱٫۸٪)، کلسیم (۱٫۵٪) و آلومینیم (۱٫۴٪) ساخته شده‌است ۱٫۲٪ باقی‌مانده را نیز رگه‌هایی از دیگر عنصرها می‌سازد. دانشمندان بر این باورند که ۸۸٫۸٪ از هستهٔ زمین از آهن، ۵٫۸٪ از نیکل، ۴٫۵٪ از گوگرد و ۱٪ از دیگر عنصرها ساخته شده‌است

شکل زمین مانند یک کره‌است با این تفاوت که بر روی دو قطب آن و در راستای محور میان آن دو، دچار پهن شدگی و در گرداگرد استوا دچار بیرون زدگی شده‌است (شکم داده‌است).[۸۴] این بیرون زدگی در ناحیهٔ استوا، به دلیل گردش زمین بوجود آمده‌است و باعث ایجاد اختلاف ۴۳ کیلومتری میان قطر زمین در مدار استوایی و قطر آن میان دو قطب شده‌است

زمین یک سیارهٔ سنگی است یعنی به جای آنکه مانند سیارهٔ هرمز یک غول گازی باشد، از خاک و سنگ ساخته‌است. زمین در جرم و حجم در میان چهار سیارهٔ سنگی سامانهٔ خورشیدی در جایگاه نخست قرار دارد. همچنین زمین در میان آن‌ها از بیشترین چگالی و گرانش سطحی، نیرومندترین میدان مغناطیسی و سریع‌ترین سرعت در گردش برخوردار است[۸۱] و احتمالاً تنها سیاره‌ای است که صفحه‌های زمین‌ساخت بشقابی آن فعال اند

آیندهٔ کرهٔ زمین و خورشید به یکدیگر گره خورده‌است. با انباشته شدن پایدار هلیوم در هستهٔ خورشید، کم‌کم به درخشندگی این ستاره افزوده می‌شود به این صورت که تا ۱٫۱ Gyr (یک میلیارد سال) دیگر ۱۰٪ و تا ۳٫۵ Gyr دیگر ۴۰٪ درخشندگی آن بیشتر خواهد شد.[۶۷] مدل‌های هواشناسی نشان داده‌است که اگر پرتوهای دریافت شده از خورشید بیشتر شود زمین دچار دگرگونی‌های نامطلوب مانند از دست دادن آب اقیانوس‌ها خواهد شد.[۶۸]

با بالا رفتن دمای هوا در سطح زمین، چرخهٔ غیرآلی دی‌اکسید کربن تندتر می‌شود، با گذشت ۵۰۰ تا ۹۰۰ میلیون سال[۶۹] سطح غلظت این گاز از اندازهٔ مناسب برای گیاهان پایین‌تر می‌رود و گیاهان می‌میرند. با نبود گیاهان اتمسفر نیز دچار کمبود اکسیژن می‌شود و با گذشت چند میلیون سال دیگر حیوانات نیز از بین می‌روند.[۷۰] پس از یک میلیارد سال دیگر تمامی آب‌های زمین ناپدید می‌شود[۷۱] و متوسط دما در سطح زمین به ۷۰ درجهٔ سانتیگراد (۱۵۸ فارنهایت) می‌رسد.[۷۲] انتظار آن می‌رود که برای ۵۰۰ میلیون سال دیگر زمین همچنان توان نگه داشتن زندگی در سطح خود را داشته باشد؛[۷۳] البته اگر نیتروژن از اتمسفر برداشته شود این بازه می‌تواند به ۲٫۳ میلیارد سال نیز برسد.[۷۴] اگر تصور کنیم که خورشید برای همیشه پایدار و جاودان باقی می‌ماند باز به این دلیل که زمین از درون در حال خنک شدن است، مقدار زیادی از CO۲ موجود در هوا به دلیل کاهش فعالیت‌های آتشفشانی از دست می‌رفت[۷۵] و به دلایل دیگری ۳۵٪ از آب اقیانوس‌ها نیز به داخل گوشته فرومی‌رفت.

فرضیه‌ای به نام «زمین گلوله برفی» یا Snowball Earth در دههٔ ۱۹۶۰ مطرح شده‌است این فرضیه می‌گوید که در دوران پیشین‌زیستی نو میان ۷۵۰ و ۵۸۰ میلیون سال پیش، بیشتر سطح زمین از لایه‌ای از یخ پوشیده شده بود. این مطلب بسیار مورد توجه دانشمندان است چون این دوران یخبندان به پیش از انفجار کامبرین، آغاز پدیدار شدن سلول‌های زنده، مربوط است.[۶۲]

پس از انفجار کامبرین، نزدیک به ۵۳۵ میلیون سال پیش، پنج دورهٔ انقراض یا خاموشی گسترده[۶۳] در زمین روی داد که آخرین آن‌ها در ۶۵ میلیون سال پیش در اثر برخورد یک شهاب‌سنگ بسیار بزرگ رخ داد و باعث از بین رفتن دایناسورها و دیگر دوزیستان بزرگ هیکل شد؛ البته برخی جانوران کوچکتر مانند پستانداران از این رویداد خاموشی جان سالم به در بردند. با گذشت ۶۵ میلیون سال پستانداران به شاخه‌های گوناگون تقسیم شدند تا آنکه در چند میلیون سال پیش در آفریقا پستاندارانی میمون مانند به نام اررین توگنی توانستند بر روی دو پای خود بایستند.[۶۴] داشتن ابزارهای پیشرفته و کامیابی بیشتر در برقراری ارتباط باعث شد تا این جانوران بتوانند مواد غذایی بیشتری را برای خود فراهم کنند؛ و البته تمامی این پیشرفت‌ها نیازمند داشتن مغزی بزرگتر از آنچه در گذشته داشتند، است. به این ترتیب این جانوران در گذر زمان و با پیشرفته تر شدن و بزرگتر شدن مغزشان کم‌کم به نژاد انسان نزدیک شدند. پیشرفت در کشاورزی و صنعت به انسان‌ها اجازه داد تا در بازهٔ زمانی کوتاهی بر کرهٔ زمین چنان تأثیری بگذارند که تا کنون هیچ‌یک از موجودات زنده چنین نکرده‌است.[۶۵] انسان‌ها بر کمیت و طبیعت دیگر گونه‌های زندگی در کرهٔ زمین دست بردند.

دانشمندان برآورد کرده‌اند که نخستین بار ماده در ۴٫۵۶۷۲ ± ۰٫۰۰۰۶ میلیارد سال پیش در سامانهٔ خورشیدی تشکیل شد و در ۴٫۵۴ میلیارد سال پیش (با ۱٪ خطا)[۴۳] زمین و دیگر سیاره‌های سامانه خورشیدی از ابر خورشیدی پدید آمدند. سحابی خورشیدی یا solar nebula ابری است صفحه‌ای شکل ساخته شده از گاز و غبار که پس از تشکیل خورشید برجای مانده‌است.[۴۴]

زمین پس از تشکیل در یک دورهٔ ۱۰ تا ۲۰ میلیون ساله، یکپارچگی خود را بدست می‌آورد و به کمال می‌رسد.[۴۵] این سیاره در آغاز به صورت مواد ذوب شده بود و کم‌کم با گذر زمان گرمای خود را از دست داد و یک پوستهٔ جامد جایگزین مواد مذاب آن شد. کمی پس از آن در ۴٫۵۳ میلیارد پیش ماه نیز بوجود آمد.[۴۶]

مطالعات بر روی یک مادهٔ معدنی نیز نشان می‌دهد که میدان مغناطیسی زمین بیش از ۴٫۲ میلیارد سال پیش وجود داشته‌است. تحلیل این اطلاعات توسط محققان ژئوفیزیک دانشگاه روچستر انگلستان نشان می‌دهد که پیشینه میدان مغناطیسی زمین، بیش از ۴٫۲ میلیارد سال است؛ یعنی حدود ۷۵۰ میلیون سال قبل تر از آنچه تا امروز تصور می‌شد

زمین سومین سیارهٔ سامانهٔ خورشیدی است که در فاصلهٔ ۱۵۰ میلیون کیلومتری از ستارهٔ خورشید قرار دارد. از نظر واژه شناسی ایرانی، زم یکی از فرشتگان دین زرتشت بوده‌است که با پسوند «ین» زمین رابه وجود آورده‌است.[۳۰] این سیاره چگال‌ترین و از نظر بزرگی پنجمین سیاره از هشت سیارهٔ سامانهٔ خورشیدی است. همچنین در میان چهار سیارهٔ سنگی گردان به دور خورشید (تیر، ناهید، زمین و مریخ) زمین بزرگترین آن‌ها است. گاهی از آن با نام‌های جهان و سیارهٔ آبی نیز یاد می‌شود.[۳۱] نام لاتین آن Terra است.[یادداشت ۷] در سامانهٔ خورشیدی، فاصلهٔ زمین تا خورشید بین فاصلهٔ زهره (یا ناهید) تا خورشید و فاصلهٔ مریخ (یا بهرام) تا خورشید است. زمین جزو سیارات داخلی سامانهٔ خورشیدی به‌شمار می‌آید.

نزدیک به ۴٫۵۴ میلیارد سال (به صورت دقیق تر ۰٫۰۰۰۶ ± ۴٫۵۶۷۲ میلیارد سال)[۳۲] از پیدایش زمین می‌گذرد؛ و زندگی بر روی سطح آن در طول یک میلیارد سال پدیدار گشته‌است. هم اکنون زمین خانهٔ میلیون‌ها گونه از جانداران است که انسان یکی از آن‌ها است.[۳۳] زیست‌کرهٔ زمین با گذر زمان جو زمین و دیگر شرایط فیزیکی و شیمیایی این سیاره را دچار دگرگونی‌های شگرفی کرده‌است و محیطی را فراهم کرده‌است تا اندامگان زنده بتوانند به رشد و زیست‌زایی بپردازند. همچنین در اثر این دگرگونی‌ها لایهٔ اوزون به دور این سیاره تشکیل شده‌است، لایه‌ای که با کمک میدان مغناطیسی زمین مانع از ورود پرتوهای آسیب رسان خورشید می‌شود و به این ترتیب اجازه می‌دهد در زمین زندگی ادامه یابد.[۳۴] ویژگی‌های فیزیکی، پیشینهٔ زمین‌شناسی و گردش زمین باعث شده‌اند تا زندگی در این دوره‌ها در آن پابرجا بماند و انتظار آن می‌رود که برای ۵۰۰ میلیون تا ۲٫۳ میلیارد سال دیگر نیز زندگی همچنان ادامه داشته باشد