آشنایی با لایه های زمین و عناصر تشکیل دهنده آن

تقریباً همه ما به صورت ابتدایی با لایه های زمین آشنایی داریم، چرا که در دروس علوم مقطع ابتدایی و دیگر سطوح تحصیلی در مورد آن مطالبی وجود دارند. زمین دارای ۴ لایه اصلی است که شامل پوسته، گوشته، هسته خارجی و هسته داخلی می‌شود.

زمین سیاره‌ای شگفت انگیز و بسیار زیباست که برای قرن‌های متوالی بشر مشغول به مطالعه و کسب اطلاعات در مورد ساختار آن بوده است. این روند امروزه نیز ادامه دارد و هیچ کسی نمی‌تواند ادعا کند که زمین، ویژگی‌ها و ساختار آن را بهتر از همه می‌شناسد. مطالعاتی که امروزه و با استفاده تجهیزات مدرن زمین شناسی انجام می‌شود، توانسته‌اند این ابهام را تا حدی برطرف کند. شاید تا سال‌های آینده بشر بتواند اتفاق‌هایی که در شرف وقوع هستند را پیش ‌بینی کند و از وقوع فجایع بسیاری جلوگیری شود.

در ادامه این مقاله سعی داریم تا زمین و لایه‌های تشکیل دهنده آن را بهتر از پیش بشناسیم، پس همراه ما باشید.

 

 

زمان کشف و شناسایی لایه های زمین

از جمله موثرترین افرادی که در شناسایی ساختار زمین توانست کمک‌ها بزرگی به بشر داشته باشد، ایزاک نیوتن بوده است. او توانست از طریق محاسبات مربوط به چگالی زمین در مورد لایه های زمین مانند پوسته، گوشته و… اطلاعات بسیار مهمی کسب کند که به عنوان پایه مطالعات امروزی به کار می‌روند.

در سال‌هایی که تجهیزات زمین شناسایی مانند امروز پیشرفته نبوده‌اند، دانشمدان از طریق مطالعه و بررسی امواج زلزله در برخورد با لایه‌هایی که در مسیر آن هستند، اطلاعاتی را به دست می‌آورده‌اند. امروزه اما تجهیزات قدرتمندتری وجود دارند که امکان ارسال امواج به داخل زمین را به ما می‌دهند. واکنش و بازخوردی که از این امواج در طول مسیر نفوذ به لایه های زمین به دست می‌آید، می‌توانند اطلاعات کاربردی و مفیدی را به همراه داشته باشند.

برای درک بهتر در مورد بزرگی و دشواری این تحقیقات باید بدانید تا‌کنون هیچ انسانی به جز پوسته زمین، توان رسیدن به لایه‌ای دیگر را نداشته است. بزرگ‌ترین تلاش بشریت برای انجام این کار را می‌توان حفر چاهی با عمق ۱۲ کیلومتر دانست که ۲۰ سال طول کشیده تا آن را حفر کنند.

 

 

معرفی لایه های زمین

از جایی که هر یک از ما زندگی می‌کنیم، لایه های زمین به سمت پایین، به ۴ قسمت تقسیم می‌شوند که به ترتیب پوسته، گوشته، هسته خارجی و هسته داخلی نام دارند. در ادامه می‌توانید بررسی دقیق هر یک از آن‌ها را مشاهده کنید.

۱. هسته داخلی زمین

مطالعات بشر تا به امروز تنها وجود این توپ متشکل از مواد جامد را در مرکز زمین نشان داده است، اما برخی منابع و شواهدی وجود دارند که امکان وجود یک هسته داخلی‌تر را بررسی کرده‌اند.

با گذر از لایه های زمین و طی حدودا ۵۱۸۰ تا ۶۴۰۰ کیلومتر مسافت، از سطح زمین به هسته مرکزی یا داخلی آن خواهیم رسید که ابعادی برابر با سه چهارم ماه دارد. هسته داخلی شعاعی معادل ۱۲۲۰ کیلومتر دارد که به طور عمده از آهن و نیکل به صورت جامد تشکیل شده است. سرعت چرخش این بخش از دیگر لایه های زمین بیشتر است.

۹۸۰۰ درجه فارنهایت یا به عبارتی ۵۴۰۰ درجه سانتی گراد دمای این لایه از زمین است. این دما تقریباً با دمای سطح خورشید برابری می‌کند. تحقیقات گسترده‌ای انجام شده که شاید در چندین سال آینده بشر بتواند از این انرژی و دمای بالا برای مصارف و نیازهای خود بهره ببرد.

فشار هسته داخلی بیش از آن چیزی است که موجودات زنده توان تحمل آن را داشته باشند. فشار در هسته مرکزی، ۳ میلیون برابر شدیدتر از دیگر لایه های زمین است.

 

۲. هسته بیرونی زمین

از سطح زمین تا این لایه بین ۲۸۸۰ تا ۵۱۸۰ کیلومتر راه است. این لایه که با نام هسته خارجی و بیرونی زمین شناخته می‌شود، متشکل از آهن و نیکل است. تفاوت این لایه با هسته داخلی در مذاب بودن مواد تشکیل دهنده آن خواهد بود. این لایه تقریبا ۳۰.۸ درصد از وزن کلی زمین را تشکیل می‌دهد.

هسته بیرونی زمین شعاعی معادل ۲۱۸۰ کیلومتر دارد و از نظر ابعادی تقریباً دو برابر هسته داخلی است. فروپاشی عناصر راداکتیوی مانند اورانیوم و توریم باعث شده تا آهن و نیکل موجود در آن گرم شده و به حالت مذاب در بیایند. این مواد در اثر واکنش‌های صورت گرفته در جریان‌های بزرگ و کنترل نشده‌ای قرار می‌گیرند.

جریان‌های الکتریکی زمین در واقع از همین جریان‌های مذاب فعال در داخل آن به دست می‌آید و در نهایت میدان مغناطیسی زمین به این لایه و واکنش‌های صورت گرفته در آن وابسته خواهد بود.

یکی از نکاتی که تا به امروز کشف نشده باقی مانده و دانشمندان در تلاش برای کسب اطلاعات در مورد آن هستند، معکوس شدن جریان مغناطیسی زمین به صورت دوره‌ای خواهد بود. این اتفاق تقریبا هر ۲۰۰.۰۰۰ تا ۳۰۰.۰۰۰ سال پیش می‌آید و هم‌چنان ناشناخته باقی مانده است.

این قسمت از لایه های زمین که به شکل توپی بزرگ و مذاب است، دمایی در حدود ۴۰۰۰ تا ۵۰۰۰ درجه سانتی گرادی خواهد داشت. میدان مغناطیسی که توسط هسته بیرونی تولید می‌شود، از زمین در برابر امواج باردار خورشیدی و ذرات باردار شناور در فضا محافظت می‌کند.

 

۳. گوشته زمین

در میان لایه های زمین، گوشته برزگ‌ترین آن‌ها خواهد بود. این لایه ۳۰۰۰ کیلومتر یا ۱۸۶۵ مایل ضخامت دارد و از ۳۰ کیلومتری زیر سطح زمین شروع می‌شود. گوشته نیز مانند لایه‌های زیرین آن در حال حرکت است. سرعت حرکت این لایه کم‌تر از هسته داخلی و خارجی بوده و تقریباً حالیت نیمه جامد دارد.

مواد تشکیل دهنده این لایه را عموماً منیزیم، آهن و سیلیکون تشکیل می‌دهند که به صورت متراکم و نیمه مذاب در حال چرخش هستند.

 جایی بین ۱۰۰ تا ۲۰۰ کیلومتری از سطح زمین گوشته شامل سنگ‌های مذابی خواهد بود که به عنوان لایه استنوسفر شناخته می‌شود. این قسمت ضعیف، گرم و لغزنده است و گمان می‌رود که صفحات رویی زمین بر روی آن قرار داشته باشند. در واقع این موضوع می‌تواند حرکت لایه‌های پوسته را توجیه کند.

سنگ‌های گران‌بهایی مانند الماس‌ها در این لایه تشکیل می‌شوند. در عمق ۲۰۰ تا ۷۰۰ کیلومتری از سطح زمین الماس‌ها شکل می‌گیرند و به کمک سنگ‌های آتشفشانی معروف به کیمبرلیت به سطح آورده می‌شوند.

نزدیک‌ترین بخش گوشته که با پوسته در تماس است، تقریباً به حالت جامد بوده و شبیه پوسته خواهد بود. این قسمت که شامل بالاترین قسمت گوشته و تمام پوسته زمین است با نام لیتوسفر شناخته می‌شود.

 

 

۴. پوسته زمین

لایه های زمین با پوسته به اتمام می‌رسند و این لایه در واقع همان جایی است که حیات و موجودات زنده بر روی آن به وجود آمده‌اند. پوسته زمین از لایه‌های سرد، شکننده، نازک و متحرکی تشکیل شده که تحت عنوان لایه‌های تکتونیکی شناخته می‌شوند.

ضخامت این لایه‌های بسیار متغیر است، برای مثال در زیر جزایر هاوایی، پوسته زمین تنها ۵ کیلومتر ضخامت دارد. این عدد بیانگر این است که پس از ۵ کیلومتر به لایه‌های انتهای گوشته خواهید رسید.

پوسته در زیر قاره‌ها که تکه‌های بزرگ‌تری از آن را تشکیل می‌دهند، ضخیم‌تر است و بین ۳۰ تا ۷۰ کیلومتر می‌تواند ضخامت داشته باشد. عناصر تشکیل دهنده پوسته شامل اکسیژن، آلومینیوم و سیلیس هستند.

چیزی که باعث حرکت صفحات تکتونیکی زمین می‌شود، همچنان نامعلوم و مبهم است، اما این صفحات در سال بین ۳ تا ۵ سانتی‌متر به جهات مختلف حرکت می‌کنند. ممکن است جریان‌های نیمه مذابی که در گوشته زمین وجود دارد، دلیل این اتفاق باشد. در کل می‌توان حرکت این صفحات را مسبب اصلی زمین لرزه‌ها و سونامی‌هایی دانست که سالانه باعث فجایع بسیار وحشنتاکی می‌شوند.

 

 

لایه های زمین با توجه به خواص آن ها

لایه های زمین علاوه دسته‌بندی که پیش‌تر برای آن انجام شد با توجه به خواص مکانیکی نیز می‌تواند تقسیم شوند. به این ترتیب لایه های زمین شامل لیتوسفر، استنوسفر و مزوسفر خواهد بود که در ادامه با آن‌ها آشنا خواهید شد.

۱. لایه لیتوسفر

این قسمت را می‌توان سردترین لایه زمین دانست. لیتوسفر شامل قسمت بالایی و جامد گوشته و تمام پوسته خواهد بود که به ۱۵ صفحه تکتونیکی تقسیم می‌شود.

۲. لایه استنوسفر

لایه‌ای چسبناک و نسبتاً ضعیف که زیر لیتوسفر و در قسمت بالایی گوشته قرار دارد. به مرز بین لیتوسفر و استنوسفر، LAB گفته می‌شود.

۳. لایه مزوسفر

این لایه بر خلاف لایه مزوسفری که در جو وجود دارد در قسمت بالایی هسته بیرونی قرار گرفته و متشکل از جریان‌های نیمه مذاب است.

 

 

سخن آخر

لایه های زمین به دو روش قابل تقسیم‌بندی هستند که در این مقاله به هر دو آن‌ها دسترسی خواهید داشت. روش اول با توجه به خواص شیمیایی مواد تشکیل دهنده که شامل، لایه‌ها پوسته و گوشته و … می‌شود. روش دوم نیز با توجه به خواص مکانیکی آن‌ها خواهد بود که به سه لایه لیتوسفر، استنوسفر و مزوسفر تقسیم شده است.

در انتها لازم است اشاره کنیم که تمام لایه های زمین که به شکل امروزی وجود دارند در نتیجه فرآیندهایی هستند که در ۴.۵ میلیارد سال پیش صورت گرفته‌اند. به این ترتیب مواد با چگالی کم که حالت جامد و نیمه جامد داشتند به سطح رانده شده و مابقی آن‌ها لایه‌های زیرین را تشکیل دادند. انسان در صد سال اخیر لطمات جبران ناپذیری به زمین وارد کرده که منجر به پدیده‌هایی همچون فرونشست می‌گردد. صدماتی که قطعا نسل‌های بعدی بشریت را درگیر خود خواهند کرد.