سیاره زمین – ساختار و تاریخ پیدایش حیات در آن

در بین سیارات منظومه شمسی سیاره زمین سومین سیاره است. سیاره زمین به دلیل قرار گرفتن در فاصله ایمن از خورشید، داشتن آب روی سطح خود و برخورداری از جو مناسب، زندگی انسان روی خود را امکان پذیر کرده است.

در بیشتر پایه های دبستان و متوسطه (چهارم، ششم و…) زمین به عنوان کره خاکی قابل زیست بحث شده است. در این مقاله نشریه جهان شیمی فیزیک به تاریخچه پیدایش، مساحت و دیگر خواص این کره خاکی می پردازیم.

تاریخچه سیاره زمین

از پیدایش این کره خاکی ۴,۵ میلیارد سال می گذرد. زمانی که منظومه شمسی شکل گرفت و گاز و گردو غبار را با نیروی جاذبه به سمت خود کشید و زمین را ساخت. ابتدا این سیاره کره ای نیمه مذاب بود که کم کم هسته آن با نشست عناصر سنگین و جبه و پوسته آن با حرکت عناصر سبک تر به سطح آن شکل گرفت. چند میلیارد سال طول کشید تا زمین سرد و جامد شکل بگیرد و جو و اقیانوس ها به وجود آیند. فوران آتشفشان در اقیانوس ها، زمین لرزه ها و حرکت های قاره ای عواملی هستند که زمین ما را دچار تغییر و تکامل می کنند. با گذشت زمان و تغییراتی که در این کره خاکی ایجاد شده آن را مناسب برای رشد و زیست موجودات زنده کرده است.

سیاره زمین چیست

کلمه زمین از «زم» به معنای سرد و  با «ین» به معنای جسم، و در کل جسم سرد تعریف می شود. سومین سیاره منظومه شمسی و از نظر بزرگی پنجمین سیاره زمین است و این سیاره به دلیل داشتن فلزاتی چون آهن سنگین ترین است. زمین بزرگترین سیاره در بین چهار سیاره ای است (عطارد، زهره، مریخ و زمین) که از سنگ و فلز ساخته شده است. قاره های کره زمین روی ۱۲ صفحه قرار گرفتند که این صفحات روی سنگ های نیمه مذاب در حال حرکت هستند. حرکت سنگ های نیمه مذاب با برخورد جریان های داغ فورانی از هسته زمین است. سرعت حرکت صفحات جامد زمین مانند رشد ناخن های انسان است.

شروع حیات و زندگی در زمین

حدود ۳,۸ میلیارد سال پیش اولین موجودات زنده و حدود ۱۵۰ میلیون سال پیش اولین دایناسورها در این کره ی خاکی به وجود آمدند. با برخورد یک شهاب سنگ به کره ی زمین و پر شدن جو از غبار و عدم رسیدن نور و گرما به آن باعث ایجاد عصر یخبندان کوتاه شده و نسل دایناسورها را منقرض کرد. این اتفاق ۶۵ میلیون سال پیش رخ داد. اگر تاریخ زمین را با یک ۲۴ ساعت بیان کنیم پیدایش انسان ها در ۲ ثانیه مانده به نیمه شب خواهد بود. چون این سیاره دارای آب بوده و دمای بسیار مناسبی دارد پتانسیل زندگی برای موجودات را دارد.

ساختار زمین

سیاره زمین دارای چهار لایه اصلی پوسته، گوشته، هسته داخلی و هسته خارجی تشکیل شده است. پوسته زمین دارای چند لایه سخت است که ۷۱٪ آن را اقیانوس ها پوشانده و بقیه قسمت ها قاره ها و جزیره هایی هستند که دریاچه ها را نیز شامل می شوند. عمق پوسته ۳۰ کیلومتر است. در زیر پوسته لایه ضخیم گوشته است که ۲۹۰۰ کیلومتر عمق دارد و به صورت سنگ مذاب چسبناک است. هسته خارجی از آهن و مایعات نیکل تشکیل شده و با ضخامت ۲۳۰۰ کیلومتر  و عامل ایجاد میدان مغناطیسی زمین است. هسته داخلی متشکل از آهن و نیکل با دمای ۵۴۰۰ درجه سانتی گراد با ضخامت ۱۲۲۱ کیلومتر است.

ترکیب شیمیایی کره ی زمین

فراوانترین عنصر که در سنگ های پوسته زمین است، اکسیژن با ۴۷٪ است. بعد از آن سیلیکون با ۲۷٪ و آلومینیم با ۸٪ در رتبه های بعدی قرار دارند. عناصر بعدی آهن با ۵٪، کلسیم با ۴٪، سدیم، پتاسیم و منیزیم هر کدام به اندازه ۲٪ از تر کیبات زمین را تشکیل می دهند. در ترکیب هسته علاوه بر آهن و نیکلی که قبلا گفته شد به مقدار کم اکسیژن و گوگرد نیز وجود دارد. در ترکیب گوشته نیز مواد معدنی سیلیکات (ترکیب سیلیکون و اکسیژن) که دارای آهن و منیزیم است وجود دارد.

مساحت زمین و فاصله آن تا خورشید

شعاع سیاره زمین ۶۳۷۱ کیلومتر، مساحت زمین ۵۱۰۱ کیلومتر مربع و محیط زمین دور قطب ها ۴۰۰۰۷ کیلومتر و دور خط استوا ۴۰۰۷۵ کیلومتر می باشد. فاصله خورشید از سیاره زمین ۱۵۰ میلیون کیلومتر است که برابر یک واحد نجومی می باشد.

انواع حرکات زمین

حرکت انتقالی زمین به دور خورشید

با این حرکت یک سال شمسی شکل می گیرد و سرعت حرکت انتقالی در نزدیکی خورشید زیاد است. با حرکت انتقالی سیاره زمین چهار فصل در طول یک سال و تغییر شکل آسمان شب در طول یک سال شکل می گیرد. این چرخش ۳۶۵,۲۵ روز طول می کشد. در تقویم که با ۳۶۵ روز نوشته می شود ربع اضافی به صورت یک روز اضافی در هر ۴ سال در تقویم نوشته می شود و به آن سال کبیسه می گویند.

حرکت وضعی

چرخش زمین به دور محور خود (فرض بر این که محور شمالی جنوبی است) که ۲۳ ساعت و ۵۶ دقیقه و ۴ ثانیه طول می کشد حرکت وضعی است.

حرکت رقص محوری

کره ماه هر ۲۹ روز یکبار به دور زمین می چرخد و با کمتر بودن جرم ماه نسبت به زمین، یک لرزش سینوسی در مدار کره زمین با یک دوره ۱۹ ساله ایجاد می شود.

حرکت تقدیمی

بر اثر نیروی گرانش ماه، خوشید و سیارات دیگر، سیاره زمین به صورت مخروطی در طول ۲۵۸۰۰ سال مانند یک فرفره می چرخد. چرخش تقدیمی کره زمین در زمان حال در امتداد ستاره قطبی می باشد و با استفاده از آن می توان جهت شمال را تعیین کرد. ولی این حرکت رقص محوری باعث می شود تا چند هزار سال بعد نتوان از ستاره قطبی برای تعیین جهت ها بهره برد.

جو یا اتمسفر

اولین اتمسفر از گازها و فعالیت های آتشفشانی به وجود آمده است. بیشترین عنصر در جو زمین نیتروژن (۷۸٪) بوده و اکسیژن (۲۱٪) نیز برای تنفس موجودات به اندازه کافی وجود دارد. ۱٪ باقی مانده گازهایی مثل آرگون، دی اکسید کربن و نئون است. جو یا اتمسفر از برخورد شهاب سنگ ها به زمین جلوگیری می کنند. به این ترتیب که باعث سوختن آن ها در جو و مشاهده آن ها به شکل شهاب سنگ می شوند. همچنین وجود لایه اوزون در اطراف این سیاره از آن در مقابل پرتوهای مضر محافظت می کند و این کار را به کمک میدان مغناطیسی زمین انجام می دهد.

سیارات شبیه به سیاره زمین

سیارات شبیه به زمین ونوس و مریخ هستند. سیاره زهره (ناهید) نیز از نظر اندازه، چگالی، جرم و گرانش شبیه زمین است. محور چرخش سیاره مریخ به اندازه زمین از حالت عمود منحرف بوده و یک روز این سیاره کمی بیشتر از ۲۴ ساعت بوده و از همه مهم تر در سطح مریخ آب وجود دارد و همین مسأله انسان ها را امیدوار کرده که روزی بشر بتواند روی این سیاره زندگی کند.

قمرهای زمین

فقط یک سیاره فقط یک قمر دارد و آن سیاره ی زمین و قمر ماه است. ماه با تغییر آب و هوا در عرض چندین سال باعث شده تا زمین یک سیاره قابل سکونت باشد. برخی سیارک ها و سنگ های بزرگ آسمانی توسط نیروی گرانش زمین، ماه ها یا سال ها روی مدار آن گیر می کنند که بعضی از آن ها همراه زمین به دور خورشید می چرخند و می رقصند. قمر ماه در زمین بر اثر یک برخورد بزرگ پدید آمده است. به جسم برخورد کننده تیا گفته می شود که جرمی برابر ۱۰٪ جرم زمین را دارد.

پیدایش قاره ها در سیاره زمین

برای پیدایش قاره ها دو فرضیه بیان شده است. فرضیه اول قاره ها دارای رشد پیوسته تا به امروز بوده اند و فرضیه دوم می گوید قاره ها در آغاز گذشته زمین رشد سریع داشته اند. در حال حاضر با تحقیقات و مطالعات فرضیه دوم، که قاره ها به سرعت شکل گرفته اند اثبات شده است. سطح قاره ها در طی سال ها با شکل گیری و شکسته شدن وتبدیل به تکه قاره ها و گاه ترکیب قاره ها باهم (تشکیل آب قاره) مدام در حال مهاجرت و حرکت بودند. از قدیمی ترین ابرقاره ها به نام رودینیا است.

آینده کره زمین

با گذشت زمان کم کم با جمع شدن هلیم در خورشید بر درخشندگی آن افزوده شده و باعث بالا رفتن دمای زمین می شود. دمای بالای زمین آب اقیانوس ها و دریاها را خشک کرده و غلظت دی اکسید کربن پایین آمده و گیاهان نابود شده و حیات را دچار مشکل می کند. با گذشت چند میلیارد سال شعاع و حجم خورشید بزرگ شده و مدار چرخشی زمین به دور خورشید تنگ شده و به جو خورشید وارد شده و بخار می شود. پس سرنوشت زمین خاکی ما به دگرگونی های خورشید و دیگر ستارگان وابسته است.

عامل اصلی حیات در سیاره زمین چیست

اعتقاد بر این است که حیات روی زمین از گونه ‌های شیمیایی غیرزنده از طریق فرآیند تدریجی افزایش پیچیدگی، شامل خود همانن دسازی مولکولی، خود آرایی، کاتالیز خودکار و تکامل غشای سلولی سرچشمه گرفته است.

فرضیه های متعددی در مورد منشأ حیات وجود دارد، از جمله رعد و برق در جو اولیه، فرآیندهای شیمیایی در منافذ هیدروترمال زیردریایی، و احتمال آوردن حیات از جای دیگر در فضا به زمین. آزمایش‌ های شبیه‌ سازی نشان می ‌دهند که تشکیل غیرزیستی مولکول‌ های آلی ساده و پپتیدها از نظر ترمودینامیکی تحت شرایط دریچه هیدروترمال مورد علاقه است.

ظهور آنزیم‌ های RNA (ریبوزیم) که تکثیر RNA و پلیمریزاسیون تصادفی اسید آمینه را کاتالیز می ‌کنند، گامی حیاتی به سوی زندگی در نظر گرفته می‌ شود. برهمکنش بین ریبوزیم ها و پپتیدها ممکن است منجر به پیدایش جمعیت هایی از پروتوریبوزوم ها و پروتوکروموزوم RNA ویروس مانند شده باشد که برای همانند سازی به یکدیگر وابسته بودند و تحت تکامل داروینی قرار گرفتند.

انتقال از RNA به DNA به عنوان مخزن اطلاعات ژنتیکی سازماندهی سه جانبه سلول های مدرن را ایجاد کرد. سناریوی دریچه هیدروترمال قلیایی منشأ حیات شیمیایی اتوتروفیک را پیشنهاد می ‌کند، با آخرین جد مشترک جهانی که یک ارگانیسم گرما دوست، تثبیت کننده CO2، وابسته به H2، تثبیت کننده N2 است.

علاوه بر این وجود آب، اکسیژن و همچنین دمای مناسب که بواسطه فاصله مناسب سیاره زمین از خورشید است نقش قابل توجهی در حیات سیاره زمین دارند. مادامی که این شرایط برقرار باشد همچنان حیات بر روی زمین ادامه خواهد داشت. اما اگر هر یک از این شرایط دستخوش تغییر شود مثلا مقدار اکسیژن موجود در جو زمین کم شود حیات در روی کره زمین به خطر خواهد افتاد. عوامل دیگری مانند تغییر تابش خورشید و کاهش آب بر روی زمین نیز می تواند حیات در این سیاره را منقرض کند.