مقاله کامل زمين شناسي

تاريخ زمين
منشاء زمين
زمين يكي از نه سياره اي است كه همراه با دهها سياره و تعدادي اجرام كوچكتر به دور خورشيد در گردش است. طبيعت منظم و مرتب منظومه شمسي بسياري از ستاره شناسان را متقاعد ساخته است كه اجزاي اين منظومه در يك زمان و از يك ماده اوليه شكل گرفته اند. به موجب اين فرضيه كه بنام نظريه سحابي (Nebular hypothesis) معروف است. اجرام منظومه شمسي ما از ابر عظيمي‌كه اساساً متشكل از هيدروژن و هليم و با درصد ناچيزي از عناصر سنگين بوجود آمده است.
در حدود 5 ميليارد سال پيش بنا به دلايلي كه هنوز كاملاً روشن نشده است، اين ابر عظيم كه از گازها و ذرات سنگي بسيار ريزي تشكيل يافته بود، تحت تاثير نيروي گرانشي خود شروع به انقباض كرد(شكل 1-1). اين ماده در حالت انقباض داراي حركت چرخشي بوده است؛ همچون اسكيت بازي كه در حال چرخش به بازو.هايش فشار وارد مي‌آورد، چرخش توده ابر مانند نيز در حين انقباض سريعتر و سريعتر شد. اين چرخش سريع به نوبه خود موجب گرديد كه اين ابر به شكل پهن و صفحه مانند درآيد.در داخل اين صفحه چرخان، انقباضات گرداب مانند نسبتاً كوچك، هسته‌هايي تشكيل داد كه سيارات از آنها بوجود آمدند و شكل گرفتند. معهذا قسمت اعظم ماده به سمت مركز اين توده چرخان كشيده شد كه در اثر عوامل گرانشي دماي آن بالا رفته و خورشيد اوليه داغي را تشكيل داد.
در مدت نسبتاً كوتاهي پس از تشكيل خورشيد اوليه، دما در داخل اين صفحه چرخان به طور قابل ملاحظه اي افت كرد.كاهش دما موجب تراكم و فشردگي مواد شد كه نقاط ذوب يادي داشتند و در نتيجه مواد مزبور به صورت ذرات كوچك و احتمالاً به اندازه دانه‌هاي ماسه درامدند. ابتدا موادي از قبيل آهن و نيكل انجماد يافتند، سپس عناصري كه در تشكيل مواد سنگي دخالت مي‌كنند، تراكم پيدا كردند.
با برخورد اين ذرات به يكديگر و الحاق آنها به هم اجرام بزرگتري بوجود آمدند كه در طول چند ده ميليون سال، از پيوستن و رشد آنها سيارات پديدار شدند. فرآيندهاي تراكم و رشد به همين شكلي ولي در مقايسه كوچكتر، سبب تشكيل اقمار و اجرام كوچكتر منظومه شمسي شد.
در حالي كه سيارات اوليه (Protoplanets) يا همان ذرات در حال تشكيل ذرات بيشتري به خود جذب مي‌كردند، منظومه شمسي شفافتر مي‌شد. با كنار رفتن ذرات، نور خورشيد امكان يافت تا سطح سيارات جديد التشكيل را گرم كند. با بالا رفتن دماي سطحي سيارات داخليتر از يك طرف و ميدانهاي گرانشي نسبتاً ضعيف آنها از طرف ديگر، باعث شد كه زمين و همسايه‌هاي آن يعني : عطارد، زهره و مريخ نتوانستند مقادير قابل توجهي از مواد سبكتر سازنده ابر اوليه را نگهداري كنند. اين مواد كه شامل هيدروژن، هليم، آمونياك، متان و آب بود از سطح اين سيارات داخلي تر منظومه شمسي رانده شدند.
در فراسوي مريخ دماي بسيار پايين بود. در نتيجه سيارات بزرگ خارجي تر يعني : مشتري، زحل، اورانوس و نپتون مقادير بسيار زيادي از هيدروژن و ديگر مواد سبك ابر اوليه را جذب و نگهداري كردند. به نظر مي‌رسد كه تجمع اين مواد گازي شكل توجيه كننده اندازه‌هاي نسبتاً بزرگ و چگاليهاي نسبتاً پايين سيارات خارجي باشند.
مدت كوتاهي پس از تشكيل زمين تجزيه عناصر راديواكتيو و گرماي ناشي از برخورد دماي زمين را بالا برد كه خود موجب ذوب بخشي درجه كم قسمتهاي داخلي آن شد. ذوب اين قسمتها به نوبه خود باعث ته نشيني عناصر سنگين تر، عمدتاً آهن و نيكل به مركز زمين و شناوري مواد سبكتر تشكيل دهنده سنگها به سطح زمين شد. اين جدايش مواد كه شروع آن در مراحل آغازي تاريخ زمين انجام شد، هنوز هم در مقياس بسيار كوچكتري ادامه دارد. به همين علت تفريق و جدايش شيميايي است كه قسمت داخلي زمين همگن نيست، بلكه از لايه‌ها يا كره‌هايي متشكل از موادي با خواص متفاوت و گوناگون تركيب يافته است.
نتيجه مهم دوره تفريق شيميايي اين بود كه مواد گازي توانستند همانند آنچه كه امروزه در طي فورانهاي آتشفشاني رخ مي‌دهد از درون زمين فرار كنند. بر اثر اين فرآيند جوي كه عمدتاً مركب از گازهاي خارج شده از درون اين سياره بوده به تدريج شكل گرفت. بر روي اين سياره با چنين اتمسفري است كه حيات و آنچه كه از آن مي‌شناسيم آغاز شد.
منشاء آتمسفر زمين
جو زمين همواره شامل همين مخلوط نسبتاً پايداري از گازها كه ما امروزه تنفس مي‌كنيم نبوده است. بر عكس، مخلوط گازي كه اتمسفر كنوني را تشكيل مي‌دهد پس از دوره كوتاهي از تشكيل زمين در نتيجه تغييرات تدريجي يعني در طي يك فرآيند تكاملي كند و بطئي پديدار شد. دانشمندان عقيده دارند كه جو اوليه زمين بوسيله بادهاي خورشيدي ـ كه شامل جريانهاي عطيمي‌از ذرات صادره از خورشيد بود ـ از گراگرد زمين رانده شده است. با سرد شدن زمين پوسته جامدي در سطح آن شكل گرفت و گازهاي محلول در سنگهاي مذاب رفته رفته آزاد شدند. اين فرآيند خروج گاز (Outgassing ) ناميده مي‌شود.
به اين ترتيب تصور مي‌شود كه آتمسر از گازهايي شبيه به آنچه در حين فورانهاي آتشفشاني رها مي‌شوند، تشكيل يافته است. تركيبات اصلي اين آتمسفر احتمالاً بخار آب، دي اكسيد كربن و ازت بوده است. در حالي كه سرد شدن زمين ادامه مي‌يافت ابرهايي شكل گرفتند و بارانهايي سيل آسا باريدن گرفت.
در آغاز آب قبل از آنكه به سطح زمين برسد و يا به محض رسيدن به آن تبخير مي‌گرديد. اين امر باعث تسريع روند سرد شدن سطح زمين شد. هنگامي‌كه زمين بقدر كافي خنك شد، بارانهاي سيل آسا حوضه‌هاي اقيانوسي را پر كردند. اين پديده نه تنها مقدار بخار آب موجود در هوا را كاهش داد بلكه مقادير بسيار زيادي از دي اكسيد كربن را نيز به همراه برد.
اينك ما با معماي جالبي روبرو هستيم. اگر جو اوليه زمين از خروج گازهاي آتشفشاني ناشي شده باشد نمي‌توانست واجد اكسيژن آزاد باشد، زيرا در طي اين فرآيند اكسيژن آزاد بوجود نمي‌آمد، بنابراين جو غني از اكسيژن كنوني چگونه پديد آمده است ؟
دانشمندان دو منبع احتمالي را براي اكسيژن آزاد در جو پيشنهاد كرده اند. معلوم شده است كه بخار آب هنگامي‌كه به قسمت فوقاني جو زمين مي‌رسد به اثر شعله ماوراء بنفش خورشيد به هيدروژن و اكسيژن تجزيه مي‌شود. هيدروژن كه گاز بسيار سبكي است از جو خارج مي‌شود در حالي كه اتمهاي سنگينتر اكسيژن باقيمانده با يكديگر تركيب شده و اكسيژن مولكولي (O2) را بوجود مي‌آورند. ترديدي نيست كه مقداري از اكسيژن آزاد جو از اين طريق بوجود آمده است، اما چنين فرآيند بسيار كند و آهسته اي نمي‌تواند كاملاً درصد كنوني اكسيژن موجود در جو را توجيه كند.
عقيده بر اين است كه سرچشمه دوم و مهمتر اكسيژن گياهان سبز بوده اند (و در حقيقت هنوز هم هستند). در فرآيند فتوسنتز موجودات گياهي نور خورشيد را براي تبديل آب و دي اكسيد كربن آتمسفر به مواد آلي جذب و مورد استفاده قرار مي‌دهند و از اين طريق اكسيژن آزاد مي‌كنند. بديهي است كه اين روش توليد اكيژن مستلزم وجود حيات در سطح زمين حتي قبل از زمان حضور اكسيژن آزاد در جو است.
دانشمندان بر اين باورند كه اولين اشكال حيات احتمالاً باكتريها، فرآيندهاي متابوليك خود را بدون اكسيژن به انجام مي‌رساندند. حتي امروزه نيز بسياري از اين باكتريها ناهوازي وجود دارند، سپس گياهان سبز اوليه تكامل يافتند كه به نوبه خود قسمت عمده اكسيژن آزاد را كه براي اشكال عاليتر حيات لازم بود، فراهم كردند. رفته رفته مقدار اكسيژن در جو افزايش يافت، شواهدي از سنگهاي پره كامبرين در دست است كه نشان مي‌دهد :
اولين اكسيژن آزاد با مواد محلول در آب، بويژه آهن تركيب شده سپس، اين قبيل نيازهاي اكسيداسيوني معدني براورد شده مقادير اكسيژن آزاد در جو تا حد قابل توجيهي زياد شد. سنگواره‌ها نشان مي‌دهند كه با آغاز دوران ديرينه زيستي موجوداتي كه نياز به اكسيژن داشتند در دريا فراوان بودند، بنابراين تشكيل آتمسفر مستقيماً با آثار حياتي بر روي زمين ارتباط داشته و در طول زمان تركيب آن از يك آتمسفر فاقد اكسيژن به آتمسفري كه مقدار اكسيژن آزاد در آن قابل توجيه است متحول شد.
پره كامبرين
پره كامبرين برهه عظيمي‌از زمان زمين شناسي را شامل مي‌شود كه خود از مراحل آغازين زمين يعني بيش از 6/4 ميليارد سال پيش شروع و تا ابتداي دوره كامبرين يعني 4 ميليارد سال بعد از آن به پايان مي‌رسد. نظري اجمالي بر اين دوره نشان مي‌دهد كه پره كامبرين نماينده قسمت اعظم زمان زمين شناسي است و در واقع حدود هفت هشتم تاريخ زمان را به خود اختصاص مي‌دهد.
شناخت پره كامبرين
در سرزمين وسيع قاره اي، رخنمونهاي سنگهاي پره كامبرين نادر و كميابند زيرا لايه‌هاي جوانتر چون پوششي بر روي آنها قرار دارند. در چنين مناطقي بيرون زدگي اين سنگها به هسته كوهها به شدت فرسايش يافته، همچون كوههاي راكي و قعر دره‌هاي عميقي چون گراندكانيون محدود است (شكل 1-2).
معهذا در مناطق وسيعي كه به آن سپر مي‌گوند كه سنگهاي پره كامبرين گسترش زيادي دارند. اين نواحي كه از نظر زمين شناسي پيچيده و درهمند اكثراً از سنگها دگرگوني و تغيير شكل يافته اي تشكيل شده اند كه نيم رخ آنها تحدب ملايمي‌داشته و در مقطع شبيه به سپر جنگجويان است و به همين دليل به آنها سپر گفته اند.
در هر يك از قاره‌ها يك يا چند هسته از سنگهاي قديمي‌پره كامبرين ديده مي‌شود. در آمريكاي شمالي مساحت سپر گرينلند مجاور خود در حدود 2/7 ميليون كيلومتر مربع است. پره كامبرين ناشناخته ترين گستره از تاريخ زمين است، در نتيجه به واحدهاي زماني متعددي كه مورد پذيرش جهاني باشد تقسيم نشده است.
در حقيقت تاريخ اين بخش از زمان زمين شناسي، عمدتاً مشتمل بر رخدادهاي پراكنده اي است كه در مقايسه با تاريخ زمين شناسي زمانهاي جديدتر از خود فاقد جزئيات لازم است. يك دليل مهم بر اين حقيقت است كه سپرها و ديگر بيرون زدگيهاي پره كامبرين از سنگهاي دگرگون شده و پيچيده اي تشكيل يافته كه در بسياري از موارد توسط توده‌هاي بزرگ آذرين قطع شده اند. برخي از اين سنگها چنديدن بار چين خورده گسل يافته و بارها مورد نفوذ توده‌هاي ديگر قرار گرفته و دگرگون شده اند. هر رويدادي از اين نوع رخدادهاي پيشين را پيچيده و پرابهام ساخته و بدين گونه بازسازي تاريخچه پره كامبرين را مشكل كرده است.
عامل ديگري كه مطالعه تاريخ پره كامبرين را پيچيده مي‌سازد كمبود سنگواره‌هاست. متاسفانه شواهد سنگواره اي فراوان تا ما قبل از دوران پالئوزوئيك در تاريخچه زمين شناسي ثبت نشده است. در زمان پره كامبرين حيات وجود داشته است، اما اشكال حياتي، ساده و از نظر بدني نرم و قابل انعطاف بوده و به همين دليل تاريخچه سنگواره اي پره كامبرين ناقص و كم مايه است.
اگر چه بسياري از بيرون زديگي‌هاي پره كامبرين با دقت بسيار و به تفصيل مطالعه شده اند. اما تطابق آنها بعلت عدم وجود سنگواره‌ها بسيار مشكل است. اين مسئله نشان مي‌دهد كه چرا هيچگونه تقسيماتي كه مورد پذيرش همگان باشد در مورد دوران پره كامبرين كامل نيست. اكنون با توسعه كاربرد و استفاده زمان سنجي راديومتري راه حلي براي سن يابي و تطابق سنگهاي پره كامبرين وجود دارد.
معذالك هنوز با شناخت تاريخچه پيچيده پره كامبرين فاصله زيادي داريم. بطور خلاصه آگاهي از تاريخ پره كامبرين مشكل است، زيرا محتواي سنگواره اي ناقص و و اندك آن، تطابق و سن يابي را با اشكال مواجه كرده و سنگهاي اين زمان غالباً بسيار دگرگون شده و تغيير شكل يافته اند و داده‌هاي حاصل نيز به علت فرسايش شديد و پوشش لايه‌هاي جوانتر فوقاني بسيار محدود و پراكنده است.
قبل از نتيجه گيري از مبحث سنگهاي پره كامبرين بايد از نواحي و محدوده‌هاي متعدد پره كامبرين سخن به ميان مي‌آوريم، زيرا در آنها كانسارهاي مهم و باارزشي يافت مي‌شود. در حقيقت، اكتشافات اين كانيهاي با ارزش اقتصادي است كه اطلاعات لازم در درك مفاهيم زمين شناسي پره كامبرين در اختيار ما قرار داده است.
در سنگهاي پره كامبرين (2/1 تا 5/2 ميليارد سال قبل) منابع معدني مهمي‌(به استثناء سوختهاي سنگواره اي) وجود دارد. آهن، نيكل، طلا، نقره، مس، كروم، اورانيوم و الماس به مقادير قابل توجهي از حوزه‌هاي پره كامبرين استخراج مي‌شوند. در اين ميان مي‌توان از نهشته‌هاي كان سنگهاي آهن نام برد. قسمت اعظم معادن آهن دنيا بصورت هماتيت (Fe2O3) در سنگهاي پره كامبرين مياني ديده مي‌شود.
تصور مي‌شود كه اين سنگهاي رسوبي غني از آهن در زماني تشكيل شده اند كه اكسيژن تا حدي فراوان بوده و توانسته است با آهن محلول درياها و درياچه‌هاي كم عمق واكنش حاصل كند و اكسيدآهن ته نشين شود. ولي بعدها پس از آنكه مقداري زياد از آهن از محيط عمل خارج و رسوب كردند، تشكل اين قبيل نهشته‌هاي غني از آهن نقصان يافته و در نتيجه ميزان اكسيژن اقيانوسها و جو زمين رو به افزايش نهاد. از آنجا كه اكسيژن آزاد زمين عمدتاً بر اثر فتوسنتز حاصل شده است، لذا حضور اكسيژن فراوان و در نتيجه تشكيل نهشته‌هاي عظيم آهن پره كامبرين به وجود حيات در درياها ارتباط مستقيم دارد.

فایل : 38 صفحه

فرمت : Word