درس ۱ · صفحهٔ ۹ تا ۲۲ · حدود ۱۵ دقیقه · تولید هوش مصنوعی
آفرینش کیهان
در این درس یاد می‌گیری مسیر کلی پیدایش کیهان، زمین و زندگی را توضیح بدهی، شواهد و روش‌های شناخت گذشتۀ زمین را از هم تشخیص بدهی و نقش حرکت‌های زمین را در تغییرات آب‌وهوایی بیان کنی.
پیش از شروع
اگر یک شهاب‌سنگ و یک سنگِ فسیل‌دار در دست داشته باشی، هرکدام چه بخشی از داستان پیدایش زمین و زندگی را برایت تعریف می‌کنند؟
شهاب‌سنگ‌ها سرنخ‌هایی از مواد اولیه و فرایندهای تشکیل اجرام سامانۀ خورشیدی دارند. سنگ‌های فسیل‌دار هم از جانداران و محیط‌های گذشتۀ زمین خبر می‌دهند؛ با کنار هم گذاشتن این شواهد می‌توانیم بخش‌هایی از داستان طولانی زمین را بازسازی کنیم.
از مه‌بانگ تا نخستین جامدات
از مه‌بانگ تا نخستین جامدات
چطور جهانی بسیار داغ به جایی رسید که در آن سنگ و سیاره وجود دارد؟ کلید این داستان، گسترش و سردشدن جهان است.
جهان حدود میلیارد سال پیش از حالتی بسیار کوچک، داغ و چگال آغاز شد و گسترش یافت. با کاهش دما، امکان شکل‌گیری ساختارهای تازه فراهم شد. ابتدا هسته‌های اتم در میان الکترون‌های آزاد قرار داشتند؛ این حالت ماده را پلاسما می‌نامیم. با سردترشدن، الکترون‌ها به هسته‌ها پیوستند و اتم‌های هیدروژن شکل گرفتند؛ به این ترتیب، گاز پدید آمد.
در ادامۀ تحول جهان، هلیوم و عناصر سنگین‌تر نیز تشکیل شدند. گازها و غبارها گرد هم آمدند و سحابی‌ها را ساختند. پس سحابی فقط گاز نیست؛ غبار هم دارد.
در این توده‌ها، گرم‌شدن غبار می‌توانست قطره‌های مذاب ایجاد کند. با سردشدن قطره‌ها، کانی‌ها متبلور شدند و گلوله‌های کوچکی به نام کندرول شکل گرفتند؛ شبیه اینکه مادۀ مذاب پس از سردشدن جامد شود. تجمع این گلوله‌ها به تشکیل اجرام بزرگ‌تر کمک کرد.
حالا تفاوت نام این گلوله‌ها با توده‌های گاز و غبار را بررسی کن.
کتاب درسی، صفحهٔ ۱۱
نشانی زمین و شکل‌گیری آن
نشانی زمین و شکل‌گیری آن
اگر بخواهی نشانی کیهانی خانه‌ات را بنویسی، از بزرگ به کوچک می‌گویی: کهکشان راه شیری ← سامانۀ خورشیدی ← زمین. راه شیری مجموعه‌ای از ستاره‌ها، سیاره‌ها، گاز و غبار است که گرانش آن‌ها را کنار هم نگه می‌دارد. این کهکشان از بالا مارپیچی دیده می‌شود و سامانۀ خورشیدی در لبۀ یکی از بازوهای آن قرار دارد، نه در مرکز آن.
شکل‌گیری سامانۀ خورشیدی حدود میلیارد سال پیش با تجمع ذرات کیهانی آغاز شد. زمین حدود میلیارد سال پیش به صورت کره‌ای مذاب شکل گرفت. طبق توضیح کتاب، برخورد جرمی آسمانی با زمین و تجمع دوبارۀ قطعات پراکنده‌شده، به پیدایش ماه انجامید.
سردشدن زمین، آغاز شکل‌گیری پوشش‌های آن بود:
- با سردشدن مواد مذاب، سنگ‌های آذرین و نخستین بخش‌های سنگ‌کره پدید آمدند.
- گازهای خارج‌شده از آتش‌فشان‌ها به شکل‌گیری هواکره کمک کردند.
- با کاهش بیشتر دما، بخار آب به مایع تبدیل شد و آب‌کره شکل گرفت؛ شبیه بخاری که روی سطح سرد به قطره‌های آب تبدیل می‌شود.
کتاب درسی، صفحهٔ ۱۳
زمین چگونه میزبان زندگی شد؟
زمین چگونه میزبان زندگی شد؟
اگر زمین همچنان کره‌ای بسیار داغ و بدون آب مایع می‌ماند، آیا محیط مناسبی برای زندگی بود؟ با سردترشدن زمین، بخار آب به مایع تبدیل شد و اقیانوس‌ها شکل گرفتند؛ به این ترتیب، شرایط برای پیدایش زیست‌کره، یعنی بخش دارای زندگی زمین، فراهم شد.
اما از کجا می‌فهمیم زندگی و محیط‌های گذشته چگونه بوده‌اند؟ فسیل‌ها، یعنی آثار و بقایای حفظ‌شدۀ جانداران گذشته، سرنخ‌های ما هستند؛ درست مانند ردپایی که از حضور کسی خبر می‌دهد. مثلاً یافتن فسیل مرجان در یک لایۀ رسوبی نشان می‌دهد محیط تشکیل آن لایه، دریایی گرم و کم‌عمق بوده است؛ حتی اگر امروز آنجا خشکی باشد!
یکی از قدیمی‌ترین شواهد زندگی، استروماتولیت‌ها هستند که بر اثر فعالیت سیانوباکتری‌های فتوسنتزکننده شکل گرفته‌اند. فعالیت این جانداران در پرکامبرین به افزایش اکسیژن هواکره کمک کرد و شرایط را برای گسترش زندگی پرسلولی مناسب‌تر ساخت. پس جانداران فقط از محیط تأثیر نمی‌گیرند؛ خودشان هم می‌توانند محیط را تغییر دهند.
کتاب درسی، صفحهٔ ۱۵
خواندن ساعتِ سنگ‌ها
خواندن ساعتِ سنگ‌ها
سنگ‌ها مثل صفحه‌های یک دفتر قدیمی‌اند؛ هم ترتیب اتفاق‌ها را نشان می‌دهند و هم سرنخ‌هایی از زمان وقوعشان دارند.
سن نسبی یعنی مشخص کنیم کدام رویداد زودتر یا دیرتر رخ داده، بدون اینکه سن عددی بدهیم. در لایه‌های رسوبیِ به‌هم‌نخورده، لایۀ زیرین قدیمی‌تر است. همچنین، تودۀ آذرینی که لایه‌ها را قطع کرده، از آن‌ها جوان‌تر است؛ مثل دوختی که بعد از آماده‌شدن پارچه روی آن زده‌ایم.
گاهی صفحه‌هایی از این دفتر کم شده‌اند! ناپیوستگی نشانۀ وقفه در توالی رسوبی است: در آذرین‌پی، رسوبات روی سنگ آذرین یا دگرگونی قدیمی قرار دارند؛ در هم‌شیب، لایه‌های دو سوی وقفه موازی‌اند؛ در زاویه‌دار، لایه‌های زیرین کج شده‌اند و لایه‌های جوان‌تر روی آن‌ها نشسته‌اند.
سن مطلق یا پرتوسنجی سن عددی نمونه را با بررسی واپاشی عناصر پرتوزا تعیین می‌کند. عنصر «والد» به «دختر» تبدیل می‌شود؛ نیمه‌عمر، زمان تبدیل‌شدن نیمی از والد است:
برای مرتب‌کردن تاریخ طولانی زمین هم از مقیاس زمان زمین‌شناسی استفاده می‌کنیم. واحدهای آن از کوچک به بزرگ، عهد، دوره، دوران و ابردوران‌اند. مرزهایشان با رویدادهای مهمی مانند انقراض‌ها و کوه‌زایی‌ها مشخص می‌شود، نه با بازه‌های الزاماً برابر.
کتاب درسی، صفحهٔ ۱۷
حرکت زمین و تغییر آب‌وهوا
حرکت زمین و تغییر آب‌وهوا
چرا ظهر و نیمه‌شب هوا یکسان نیست؟ زمین با حرکت وضعی، یعنی چرخیدن به دور محور خودش، بخش‌های مختلف سطحش را رو به خورشید می‌برد یا از آن دور می‌کند؛ به این ترتیب شب و روز پدید می‌آیند. هر دور این چرخش حدود ساعت طول می‌کشد.
اما حرکت انتقالی، گردش زمین به دور خورشید است. فصل‌ها حاصل این گردش همراه با کج‌بودن محور زمین هستند. محور زمین نسبت به خط عمود بر سطح مدار، حدود انحراف دارد. بنابراین در طول سال، مدت روشنایی روز و زاویۀ تابش خورشید در هر نیمکره تغییر می‌کند. مثل وقتی که نور چراغ‌قوه را مایل روی سطح می‌تابانی: نور روی سطح بزرگ‌تری پخش می‌شود. پس فصل‌ها را نباید فقط به تغییر فاصلۀ زمین از خورشید نسبت داد.
در زمان‌های بسیار طولانی‌تر نیز تغییر شکل مدار، میزان انحراف محور و جهت آن، الگوی دریافت انرژی خورشیدی را تغییر می‌دهد. تغییر جهت محور را می‌توان به تاب‌خوردن محور یک فرفره تشبیه کرد؛ این حرکت «رقص محوری» نام دارد. این تغییرات در دگرگونی‌های بلندمدت آب‌وهوا نقش دارند.
کتاب درسی، صفحهٔ ۲۰
مثال حل‌شده
در یک نمونۀ استخوان قدیمی، مقدار کربنِ باقی‌مانده برابر با مقدار اولیه است. اگر نیمه‌عمر آن باشد، سن نمونه چقدر است؟
در هر نیمه‌عمر، مقدار عنصر والد به نصف مقدار قبلی می‌رسد: .
برای رسیدن به مقدار اولیه، نیمه‌عمر گذشته است؛ مخرج کسر، تعداد نیمه‌عمرها نیست.
رابطه را می‌نویسیم: .
جای‌گذاری می‌کنیم: .
نکات مهم
- گسترش و سردشدن کیهان زمینه‌ساز تشکیل اتم‌ها و اجرام شد و زمین نیز در سامانۀ خورشیدیِ واقع در کهکشان راه شیری شکل گرفت.
- سنگ‌ها و فسیل‌ها شواهد گذشتۀ زمین‌اند؛ سن نسبی ترتیب رویدادها و پرتوسنجی سن عددی نمونه‌ها را مشخص می‌کند.
- حرکت وضعی زمین شب‌وروز، حرکت انتقالی همراه با انحراف محور فصل‌ها، و تغییرات بلندمدت مدار و محور بخشی از تغییرات آب‌وهوایی را پدید می‌آورند.