چرخه های زمین

زمین می تواند مانند یک سیستم غول پیکر از چرخه های فعال تصور شود. در هر چرخه، ماده و انرژی از جایی به جایی دیگر منتقل می شود و ممکن است که تغییر شکل دهد. در نهایت ماده و انرژی به جای نخستین خود بازگشته و چرخه از اول آغاز می شود. چرخه ها بر همه چیز در این سیاره تاثیر می گذارند از وضعیت آب و هوا تا شکل مناظر . چرخه های گوناگونی روی زمین و درون آن وجود دارند تعدادی از مهمترین آنها عبارتند از ۱) گردش جوی ۲) جریان اقیانوسها ۳) انتقال حرارت سراسری ۴) چرخه آب ۵) چرخه سنگ ها
● گردش جوی
هوای گرم شده توسط خورشید نزدیک استوا، بالا آمده و به سمت قطبهای زمین حرکت می کند و دوباره به سطح زمین برگشته و به سمت استوا جریان پیدا می کند. این حرکت، به همراه حرکت وضعی زمین، گرما و رطوبت را در سرتاسر سیاره به حرکت در آورده و منجر به ایجاد بادها و الگوهای وضعیت آب و هوا می شود.
در برخی مناطق، جهت وزش بادها در فصول تغییر می کند. این الگوها را بادهای موسمی می نامند. در تابستان هوا بر فراز آسیا توسط خورشید گرم شده، بالا می رود و هوای مرطوب را از اقیانوس هند با خود می کشد و منجر به بارندگی های روزانه در اغلب کشورهای جنوب آسیا می گردد. در زمستان، هوا بر فراز آسیا سرد می شود و بیشتر رطوبت موجود را دور کرده در نتیجه هوا خشک می شود. مشابه این الگو در اقیانوس آرام نزدیک مکزیک نیز رخ داده و هوای مرطوب و طوفان را در تابستان به جنوب غربی ایالات متحده می برد.
● جریان اقیانوسها
جریان اقیانوسها با وزش بادها حرکت نموده و الگوی مشابهی را پیش می گیرد. قاره ها مسیر حرکت اقیانوسها را سد می کنند. جریان اقیانوسها در نزدیک استوا در جهت غرب است و سپس به سمت قطب ها می روند، هنگامیکه به یک قاره برخورد کنند به سمت شرق می روند و سپس به استوا باز می گردند.
● انتقال حرارت سراسری
انتقال حرارت سراسری، چرخه بزرگ آب اقیانوسهاست که گرما را در همه زمین توزیع می کند. آب در نواحی قطبی بسیار سرد، شور و سنگین است. این آب به زمین فرو می رود و با حرکت در مسیر کف دریا به استوا می رسد. در نهایت، آب در قسمتهای مرزی قاره ها بالا آمده و با آبهای جاری در سطح زمین ترکیب می شود. وقتی که این آب به مناصق قطبی می رسد، دوباره فرو می رود. این حرکت سه بعدی آب گرما را در اقیانوسها مخلوط می کند و آبهای قطبی را گرم می کند. این چرخه همچنین منجر به بالا آمدن مواد مغذی از عمق اقیانوسها به سطح زمین می گردد که در اختیار گیاهان دریایی و جانوران قرار می گیرند.
● چرخه آب
آب اقیانوسها تبخیر شده و به جو می روند و نهایتا به شکل برف یا باران به زمین می ریزند. آبی که به زمین می رسد باعث تجزیه سنگها، تغذیه گیاهان و پوشش دادن مناظر می شود. سرانجام این آبها به دریاها رفته و چرخه از اول آغاز می گردد.
● چرخه سنگ ها
تنوع سنگ ها در زمین به دلیل وجود فرایندهای فعال، نسبت به سایر سیارات بسیار بیشتر است. زمین شناسان برای توضیح نسبتهای گونه های مختلف سنگها با یکدیگر از چرخه سنگها صحبت می کنند. این چرخه می تواند از جریان مواد مذاب آتشفشانی و سرد شدن آنها برای تشکیل سنگهای آذرین آغاز شود. هنگامیکه این سنگها در معرض آب قرار می گیرند تجزیه شده در نتیجه مواد معدنی با رسوب تبدیل به سنگهای رسوبی می شوند. این سنگها در نهایت به اعماق زمین می رسند و در اثر گرما و فشار به سنگهای دگردیس تبدیل شده و در نهایت مذاب گشته و به موادی برای تشکیل سنگهای آذرین تبدیل می شوند. سنگها به ندرت در یک چرخه کامل قرار می گیرند. در عوض بعضی از مراحل حذف و بعضی تکرار می شوند.
● درون زمین
زمین شناسان قادر به مطالعه مستقیم اعماق زمین نمی باشند. عمیق ترین چاه حفر شده ۱۳ کیلومتر است. زمین شناسان می دانند که قسمتهای زمین با لایه نازک پوسته آن متفاوتند. در اعماق زمین فشار به قدری زیاد است که مواد معدنی با فشرده شدن به موادی با چگالی بسیار زیاد، که در سطح زمین یافت نمی شوند، تبدیل می گردند.
یکی از راه های شناخت ترکیب بندی زمین، آنالیزهای شیمیایی سنگهای آسمانی است. گونه های خاصی از این سنگها که کندریت (chondrite) نامیده می شوند، پیش از برخورد با زمین در منظومه شمسی بدون هیچ تغییری از قرنها پیش باقی مانده اند. زمین شناسان می توانند با استفاده از کندریت ها، منشا ترکیب بندی های شیمیایی زمین را تخمین زنند.
علیرغم کندریت ها، زمین با لایه هایی که مشتمل از مواد گوناگون شیمیایی می باشند، شکل گرفته است. زمین شناسان با مطالعه لرزش های ناشی از زمین لرزه ها، به کمک تجهیزاتی که لرزه نگار نامیده می شوند، در مورد عمق زمین پی به نکات جدیدی می برند. سرعت و حرکت لرزش های درون زمین به ترکیب بندی و چگالی موادی که لرزه ها در میان آن قرار گرفته اند بستگی دارد. زمین شناسان با آنالیز کردن این لرزش ها به جزئیات فراوانی از عمق زمین پی می برند.
● جبه
در زیر پوسته، تا عمق ۲.۹۰۰ کیلومتری، لایه ای ضخیم به نام جبه وجود دارد. جبه به طور کامل سفت نیست بلکه می تواند به آرامی جریانهایی داشته باشد. پوسته زمین بر روی جبه معلق است درست مانند تخته ای بر روی آب. همانگونه که یک تخته ضخیم بیشتر از یک تخته نازک از سطح آب بالا می آید، پوسته ضخیم قاره ای بالاتر از پوسته اقیانوسی قرار می گیرد. حرکت آرام سنگها در جبه باعث حرکت قاره ها و درنتیجه بروز زمین لرزه، آتشفشان و شکل گیری محدوده کوهستانها می شود.
● هسته
در مرکز زمین هسته قرار دارد. هسته بیشتر از آهن، نیکل و احتمالا مقدار کمی عناصر سبکتر نظیر سولفور و اکسیژن تشکیل شده است. قطر هسته حدودا ۷.۱۰۰ کیلومتر، کمی بیشتر از نصف قطر زمین و تقریبا به اندازه مریخ می باشد. حدودا ۲.۲۵۰ کیلومتر از قسمت بیرونی هسته مایع است. حرکت هسته باعث ایجاد میدان مغناطیسی زمین می گردد. زمین شناسان معتقدند که حدود ۲.۶۰۰ کیلومتر از بخش داخلی هسته با همان مواد تشکیل دهنده قسمتهای بیرونی هسته ساخته شده اما به شکل جامد است. بخش داخلی تقریبا چهار پنجم ماه است.
زمین به سمت هسته رفته رفته داغ و داغ تر می شود. در زیر پوسته قاره ای دما حدود ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد است. در زیر پوسته دما تقریبا در هر کیلومتر به سمت عمق ۱ درجه سانتیگراد گرمتر می شود. زمین شناسان بر این باورند که دمای هسته زمین بین ۳۷۰۰ تا ۴۳۰۰ درجه سانتیگراد می باشد. قسمت داخلی هسته می تواند دمایی معادل ۷۰۰۰ درجه سانتیگراد یعنی گرمتر از دمای سطح خورشید داشته باشد که البته این قسمت به علت فشار بی اندازه زیاد همچنان به شکل جامد است.
● پوسته
سنگهای داغ در جبه زمین به آهستگی به سمت بالا حرکت می کنند در حالیکه سنگهای سردتر نزدیک سطح به درون فرو می روند چرا که مواد داغ سبکتر از مواد سرد می باشند. به این بالا آمدن و فرو رفتن در دماهای مختلف انتقال گرما گفته می شود. با جریان جبه زمین، پوسته زمین به تکه هایی تقسیم می شود که به آنها صفحه های تکتونیک (tectonic) می گویند. این صفحه ها مانند شکسته شدن یخ در یک دریاچه یخ بسته است. حرکات آهسته جبه منجر به حرکت پوسته و در نتیجه حرکت قاره ها، شکل گیری کوهستانها، آتشفشانها و زلزله ها می گردد.
در بعضی جاها، مخصوصا ته اقیانوسها، تکتونیکها از هم جدا می شوند. مگما از جبه به بالا می آید تا شکافهای بین صفحه ها را پر کند. به قسمتهایی که تکتونیکها از هم جدا شده اند، مرکز گسترش می گویند. بسیاری از آتشفشانها در این قسمتها رخ می دهند. با سرد شدن مواد بیرون آمده از این آتشفشانها پوسته های اقیانوسی ساخته شده از سنگهای بازالت شکل می گیرند.
● سابداکشن (Subduction)
پوسته زمین نمی تواند در هر کجا و هر سمت گسترده شود. در بعضی قسمتها مقداری از پوسته باید برداشته شود. وقتی دو صفحه یکدیگر را هل می دهند، یکی از آنها به درون جبه فرو می رود. به این فرایند سابداکشن می گویند. صفحه فرو رفته درون زمین نهایتا ذوب می شود و به شکل مگما در می آید. بیشتر مگمای ایجاد شده بر اثر سابداکشن به سطح زمین نمی رسد بلکه در پوسته آن سرد شده و سنگهای پلاتونیک را ایجاد می نماید.
پوسته قاره ای به دلیل ضخامت و سبک بودن در زمین فرو نمی رود بلکه پوسته سنگین اقیانوسی دچار سابداکشن می گردد. مرز بین دو صفحه در محل برخورد با شیاری بسیار عمیق در کف اقیانوس مشخص می شود. این شیارها عمیق ترین بخشهای اقیانوس هستند و عمق آنها تا۱۱.۰۰۰ متر نیز می رسد.
صفحه بالاتری که در سطح زمین باقی می ماند ممکن است پوسته قاره ای و یا اقیانوسی باشد. این صفحه به زیر نمی رود ولی تحت تاثیر سابداکشن قرار می گیرد. وقتی دو صفحه به سمت هم حرکت می کنند، لبه های پوسته بلند تر تحت فشار قرار می گیرد. صفحه ضخیم تر و بلند تر می شود و مناطق کوهستانی بر سطح آن ایجاد می گردند. وقتی سنگهای صفحه فرو رونده به عمق ۱۰۰ کیلومتری زمین می رسند، شروع به ذوب شدن و تشکیل مگما می نمایند. بخشی از این مگما به سطح رسیده و منجر به وقوع فورانهای آتشفشانی می گردد. مناطقی با آتشفشانهای فراوان مانند پرو، ژاپن و شمال غربی ایالات متحده، در نزدیکی مناطقی قرار دارند که سابداکشن رخ می دهد.
● ساختمان کوهستانها
گاهی، هنگامیکه یک صفحه به درون جبه فرو می رود، یک قاره و یا قسمتی کوچک تر را با خود می کشد. همانطور که گفته شد پوسته قاره ای ضخیم تر و سبک تر از آن است که به درون زمین فرو رود. اما ممکن است با صفحه های دیگر برخورد کند. برخورد صفحه ها با یکدیگر اغلب رشته کوه های عظیمی را در وسط قاره ها ایجاد می کند. برای مثال هیمالیا زمانی شکل گرفت که دو صفحه قاره ای با یکدیگر برخورد نمودند.
مجموعه رویدادهایی که در طی تشکیل یک رشته کوهستان رخ می دهد را اروژنی (orogeny) یا تشکیل کوه می گویند. اروژنی شامل بلند شدن و مرتفع شدن کوه ها، تا شدن و چین خوردگی سنگها، فعالیتهای آتشفشانی و شکل گیری پلاتونیک ها و سنگهای دگردیس که هنگام برخورد صفحه ها ایجاد می شوند، می باشد. سالها پس از اینکه کوهستانها بر اثر فرسایش ناپدید شدند، زمین شناسان همچنان می توانند تغییراتی را که اروژنی در سنگها به وجود می آورد مشاهده کنند.
● زمین لرزه
زمین لرزه هنگامی رخ می دهد که سنگهای دو قسمت مقابل هم در یک شکاف، که گسل نامیده می شود، به یکدیگر برخورد کنند یا به هم کشیده شوند. گسلها هم در مرزهای بین صفحات هستند و هم در میان صفحات قرار دارند. گاهی نیز نیروهای موجود در صفحه ها باعث شکسته شدن و لرزیدن سنگهایی می شود که به گسلها نزدیک نیستند. به مرز دو صفحه که به یکدیگر کشیده می شوند گسل انتقالی می گویند. گسل سن آندراس در کالیفرنیا یک گسل انتقالی است. در منطقه ای به نام صفحه آرام، قسمت کوچکی از شمال غربی کالیفرنیا در حال کشیده شدن توسط بقیه آمریکای شمالیست.



سازمان آموزش و پرورش استان خراسان