تغییرات آب و هوایی زمین | از عصر یخبندان تا تاریخ و شکل‌گیری سیاره

تغییرات آب و هوایی زمین

عصر یخ بندان

در خلال تاریخ، آب و هوای زمین بارها دست خوش تغییرات اساسی شده است. بین ۸۰۰ تا ۶۰۰ میلیون سال پیش در طی دوره ای به نام پره کامبرین، زمین تغیرات فراوانی را با عنوان عصر یخ بندان تجربه کرده است. آب و هوا به شدت سرد شده است و دانش مندان معتقدند که بخش عمده و یا همه زمین چندین باریخ زده است. زمین شناسان تخمین می زنند که زمین تا کنون چهار بار یخ زده است.

بیشتر اوقات زمین بدون یخ بوده است. دو دوره یخ بندان جزئی حدود ۴۵۰ میلیون سال پیش و ۲۵۰ میلیون سال پیش رخ داده اند. در چند میلیون سال اخیر دمای زمین سرد شده است. از حدود ۲ میلیون سال پیش با شروع دوره ای به نام پلیستوسن یا دوره چهارم زمین شناسی تجمع و انباشته شدن یخ در قاره ها آغاز گردید.

 آخرین دوران کامل یخ بندان حدود ۷۰،۰۰۰ سال پیش آغاز شد و گسترش آن تا ۱۸،۰۰۰ سال پیش به طول انجامید. توده ها و لایه های عظیم یخ به بیرون از بستر دریاچه های بزرگ آمده و مسیر رودخانه ها بسته شدند. رودخانه های می سی سی پی میسوری و اهایو کاملا دگرگون شدند. این دوران ۱۱،۵۰۰ سال پیش به پایان رسید. اغلب دانش مندان معتقدند که زمین هم اکنون در دوران بین دو عصر یخ بندان به سر میبرد و عصر جدید یخبندان در راه است.

چرا دوران یخ بندان به وقوع می پیوندد

 دانش مندان علت واقعی این پدیده را به طور کامل در نیافته اند. اغلب آنان بر این باورند که تغییرات جزئی در مدار و زاویه محور طولی زمین در اثر تاثیر گرانش سیارات دیگر باعث می شود که میزان انرژی دریافتی از خورشید تغییر کند و عصر یخ بندان آغاز شود.

برخی دانش مندان نیز معتقدند که تغییرات مقدار دی اکسید کربن در جو زمین عامل وقوع تغییرات طولانی مدت در آب و هوای زمین می شود. دی اکسید کربن یک گاز گل خانه ای گرمای خورشید را به دام انداخته و جو زمین را گرم می کند. بیشتر دی اکسید کربن موجود در زمین در سنگ های کربناتی مانند سنگ آهک حبس شده اند. اگر دی اکسید کربن در سنگ های آهک محبوس نبود و در جو زمین آزاد میشد آب و هوای امروز زمین می توانست بسیار گرم تر باشد.

وقتی کوهستان هایی با سیلیکات فراوان در اثر فرسایش تجزیه می شوند کلسیم و منیزیم از سنگ ها آزاد می شوند. این عناصر با آب شسته شده و به دریا می رسند یعنی جایی که ارگانیزم های زنده برای ساخت صدف های کربنات محافظ این مواد شیمیایی را جذب می کنند. این موجودات زنده در نهایت می میرند و به کف دریا می روند و در آن جا با تجمع و رسوب در تشکیل سنگ های آهکی شرکت  می کنند.

این فرایند که چرخه کربنات – سیلیکات نام دارد، دی اکسید کربن موجود در هوا را جذب می کند با کم شدن دی اکسید کربن در هوا گرمای خورشید در زمین باقی نمی ماند در نتیجه هوا آنقدر سرد میشود که می تواند یک دوران یخبندان را آغاز کند.

سنگ آهک پس از فرسایش، دی اکسید کربن را به هوا پس می دهد و به این صورت گرما را در زمین توزیع می کند به علاوه قسمتی از این سنگ ها بر اثر سابداکشن به درون جبه فرو می روند. در آن جا به سبب گرما و فشار زیاد به ما گما تبدیل می شوند دی اکسید کربن موجود در ماگما می تواند از طریق فوران های آتش فشانی به هوا باز پس داده شود.

تئوری پردازان می گویند در خلال دوران پره کامبرین آتش فشان ها مقادیر زیادی دی اکسید کربن را به جو زمین فرستاده اند. این گاز به دلیل تاثیرات گل خانه ای هوای زمین را گرم کرده و باعث ذوب شدن یخ های عصر یخ بندان شده است.

تاریخ زمین

تاریخ زمین در سنگ های پوسته آن ثبت شده است. این سنگ ها از زمان تشکیل زمین تا کنون در حال شکل گیری، فرسایش و شکل گیری مجددند. به محصول فرسایش رسوب می گویند. رسوب در لایه هایی به نام استرا تا تجمع می کند. استر اتاها حاوی مدارکی می باشند که به زمین شناسان در شناخت گذشته زمین کمک می کنند. این مدارک حاوی ترکیب بندی استرا تا جهت رسوب بندی استراتا و نوع فسیلهای موجود در استرا تا می باشند.

کاوش های فضایی نیز فهم ما را از زمین تا حد زیادی افزایش داده اند. تلسکوپ فضایی هابل نقش ستاره ها را در اجرای فرایند سیاره سازی مشاهده کرده است. از اواسط سال های ۱۹۹۰، دانشمندان ستاره های دیگری را که دارای سیاره می باشند کشف کرده اند. این اکتشافات به دانشمندان کمک   می کند که تئوری های خود درباره تشکیل زمین را گسترش و پیشرفت دهند.

سن زمین

دانشمندان فکر می کنند که احتمالا زمین همزمان با اجرام دیگر منظومه شمسی شکل گرفته است.   آن ها متوجه شده اند که سنگ های آسمانی کندریت بازمانده هایی از مراحل نخستین تشکیل منظومه شمسی که دست خوش تغییر نشده اند سنی معادل 4/6 میلیارد سال دارند دانشمندان بر این باورند که زمین و دیگر سیارات نیز احتمالا چنین سنی دارند آن ها سن سنگ ها را با اندازه گیری مواد رادیواکتیو موجود در آن ها مانند اورانیوم تخمین می زنند عناصر رادیواکتیو با یک سرعت و روال مشخص به عناصر دیگر تبدیل می شوند.

برای مثال اورانیوم با از دست دادن تشعشع به سرب تبدیل می شود. دانش مندان زمان لازم برای انجام این تبدیل را می دانند. آن ها می توانند سن سنگ را با مقایسه نسبت  اورانیوم به سرب تشخیص دهند.

شکل گیری زمین

 بیشتر دانش مندان فکر می کنند که منشا منظومه شمسی یک لایه ابر نازک در فضا بوده است. خود خورشید نیز از همین ابر و قسمتی از آن که متراکم تر از بقیه بوده است به دنیا آمده گرانش این ابر سبب انقباض آن و کشیده شدن ذرات و غبار به سمت مرکز آن شد. بیش تر این ابر در مرکز آن برای تشکیل خورشید جمع شد اما حلقه بزرگی از مواد نیز در حال گردش دور آن باقی ماند. ذرات این حلقه با یک دیگر برخورد کرده و منجر به تشکیل اجرام بزرگ تر شدند این اجرام نیز به نوبه خود با هم برخورد کردند و سیارات منظومه شمسی را طی فرایندی با نام رشد پیوسته تشکیل دادند.

پیشرفت های زمین

دانشمندان به این تئوری دست یافته اند که زمین در آغاز جرمی سنگی، بدون آب و احاطه شده با گاز بوده است. مواد رادیواکتیو در سنگ ها و فشار فزاینده درون زمین گرمای لازم را برای ذوب شدن داخل آن فراهم نمودند عناصر سنگین مانند آهن فرو رفتند. سنگ های سیلیکات سبک نیز به سطح زمین آمده و پوسته اولیه آن را شکل داده اند گرمای درون زمین باعث گردید که مواد شیمیایی دیگری از اعماق زمین به سطح آن برسند. بعضی از این مواد شیمیایی منجر به تشکیل آب شدند و بقیه گازهای جو زمین را به وجود آوردند.

در سال ۲۰۰۱ یک تیم بین المللی از دانشمندان کشف کریستال های زیرکن با قدمت ۴/۴ میلیارد سال را اعلام کردند. زیر کن از عناصر زیر کنیوم سیلیکون و اکسیژن ساخته شده بسیار سخت است و در برابر عوامل فرسایش بسیار پایدار و با دوام است با آنالیز شیمیایی زیر کن دانشمندان تشخیص دادند که در زمان تشکیل کریستال ها، در سطح زمین آب وجود داشته است. آن ها نتیجه گرفتند که پوسته زمین و اقیانوس ها ۲۰۰ میلیون سال پس از شکل گیری سیاره ایجاد شده اند.

ستاره شناسان معتقدند که خورشید در اوایل تشکیل زمین حدود ۳۰ درصد ضعیف تر از امروز بوده است. قدیمی ترین سنگ ها گواه این امر می باشند که زمین به اندازه ای گرم بوده که آب مایع در سطح آن وجود داشته است. دانشمندان هم چنین بر این باورند که اتمسفر زمین برای جذب گرما ضخیم تر از زمان فعلی بوده است. طی میلیون ها سال رفته رفته آب در قسمت های گود پوسته زمین جمع شده و اقیانوس ها را شکل داده است.

پس از دوره اصلی شکل گیری سیارات بیشتر اجرام باقی مانده در منظومه شمسی به سمت سیارات تازه شکل گرفته متمایل شدند. برخوردهای پی در پی سیارات با این اجرام با انفجارهای زیادی همراه بود. همین برخوردها باعث ایجاد چاله های فراوان در سطح ماه، مریخ، زهره و عطارد شده اند زمین نیز در معرض این برخوردها قرارگرفته است اما چاله های به وجود آمده در اثر برخوردها در طی مرور زمان و به واسطه فعل و انفعالات فرسایشی و صفحات تکتونیک از بین رفته اند.

زمین شناسان معتقدند که قسمت زیادی از پوسته قاره ای در 5/3 میلیارد سال پیش شکل گرفته است. شواهدی وجود دارد مبنی بر اینکه صفحات تکتونیک از ۲ میلیارد سال پیش فعال شده اند.  بعضی از دانشمندان باور دارند که جو اولیه زمین شامل هیدروژن، هلیوم، متان و آمونیاک، شبیه به جو کنونی سیاره مشتری بوده است. بعضی دیگر از دانشمندان معتقدند که جو اولیه حاوی مقادیر زیادی دی اکسید کربن، مانند جو فعلی زهره، بوده است. چیزی که همه دانشمندان آن را باور دارند این است که در جو اولیه زمین مقدار ناچیزی اکسیژن وجود داشته است.

 دانشمندان تشخیص داده اند که در حدود ۲ میلیارد سال پیش، تغییر شدیدی در جو زمین پدید آمده است. دلیل این ادعا این است که تشکیل نوعی خاص از سنگ آهن که در شرایط کمبود اکسیژن ایجاد می شود، در آن تاریخ متوقف شده است. در عوض مقادیر زیادی رسوب سنگ ماسه قرمز شروع به شکل گیری نمود. رنگ قرمز به دلیل واکنش آهن با اکسیژن و ایجاد اکسید آهن یا زنگ آهن ناشی می شود وجود سنگ ماسه مدرکی برای وجود مقداری اکسیژن در جو زمین است. هوا در آن موقع قابل استنشاق نبود اما حدود ۱ درصد حاوی اکسیژن بود.

بیشتر اکسیژن فعلی موجود در هوا توسط گیاهان و ارگانیزم های میکروسکوپی تامین می شود این ارگانیزم ها دی اکسید کربن هوا را استفاده کرده و در روندی به نام فتوسنتز اکسیژن تولید می کنند به این صورت مقدار اکسیژن موجود در هوا افزایش پیدا نموده و با پیشرفت ارگانیزم های تولید کننده اکسیژن این گاز در هوا به حد و فور رسیده است.

زندگی در زمین

سنگ های زیادی وجود دارند که دارای فسیل می باشند. فسیل هایی بیان گر تاریخ حیات در زمین یک فسیل ممکن است بدن یک حیوان یا یک دندان و یا قسمتی از استخوان آن باشد یا حتی می تواند اثر برجای مانده از یک گیاه بر روی سنگ، از زمانی که آن سنگ رسوبی نرم بوده است باشد فسیل ها به دانشمندان کمک می کنند تا آن ها متوجه شوند که چه نوع جان دارانی در زمان های گذشته بر روی زمین می زیسته اند.

خیلی از دانشمندان بر این باورند که حیات در روی زمین به محض به وجود آمدن شرایط آن پدید آمده است. مدارکی وجود دارد که در آن ها مواد شیمیایی ساخته شده توسط موجودات زنده در 8/3 میلیارد سال پیش پیدا شده است. هم چنین در استرالیا و کانادا فسیل های بر جای مانده از جان واران میکروسکوپی که حدود 5/3 میلیارد سال پیش می زیسته اند کشف شده است.

در بیشتر تاریخ زمین، حیات تنها به شکل موجودات ریز تک سلولی بوده است. قدیمی ترین فسیل های به دست آمده از موجوداتی که دارای چندین سلول هستند مربوط به دوره پره کامبرین در حدود ۶۰۰ میلیون سال پیش می باشند بیشتر این موجودات با همه گونه های فعلی حیات تفاوت داشته اند.

دوره اول زمین شناسی یا دوره پالئوزوییک

 از سنگ های کامبرین در حدود ۵۴۴ تا ۵۰۵ میلیون سال پیش فسیل های فراوانی به دست آمده است. به این افزایش چشم گیر گونه های زنده در زمین انقلاب کامبرین می گویند و آن را آغاز دوره پالئوزوییک می دانند انقلاب کامبرین در واقع طی ده ها میلیون سال به وقوع پیوست اما فسیل های به دست آمده این انقلاب را به صورت ناگهانی نشان می دهند.

 قدیمی ترین انبوه فسیل ها تنها مختص به چند نوع ارگانیزم می باشند. با گذشت صدها میلیون سال تنوع فسیل ها افزایش تدریجی گونه های حیات را نشان می دهد. بیشتر فسیل های دوره پالئوزوییک مربوط به جانوران بی مهره مانند مرجان ها، حلزون ها و خرچنگ ها می باشند. ماهی ها نخستین جان وران مهره دار بر روی زمین حدود ۴۵۰ میلیون سال پیش به عرصه پیوستند. نخستین گیاهان بزرگ در خشکی نیز ۴۴۰ میلیون سال پیش به وجود آمدند و دوزیستان ۳۸۰ میلیون سال پیش به دنیا آمدند.

فسیل های به دست آمده، پدیدار گشتن جنگل ها و مرداب ها بر روی زمین در حدود ۳۰۰ میلیون سال پیش را به اثبات رسانده اند. امروزه توده های رسوبی زغال سنگ در ایالات متحده، کانادا، انگلستان و دیگر نقاط دنیا بازمانده همان جنگل ها به شمار می روند به دلیل این حجم فراوان رسوب زغال سنگ به این دوره زمانی دوره زغال زایی می گویند.

اولین فسیل های به دست آمده از خزندگان در دوره زغال زایی به وجود آمده اند. بر خلاف دوزیستان، خزندگان از بدن فلس دار که باعث حفظ رطوبت و جلوگیری از خشک شدن بدن می شوند برخوردار و تخم گذار بودند. این خصوصیات به آن ها کمک کرد تا بتوانند همه عمر خود را در خشکی و خارج از آب بگذرانند. در اواخر دوره پالئوزوییک و در دوران پرمین فسیل های خزندگان نشانه ها و و خصوصیاتی از پستان داران را نیز در خود داشت.

 چندین بار در تاریخ زمین انقراض های بزرگ گونه های حیاتی پدید آمده است. شدید ترین نوع این پدیده که انقراض پرمین نام دارد حدود ۲۵۰ میلیون سال پیش رخ داد تقریبا ۹۰ درصد از گونه های حیاتی در مدت نسبتا کوتاهی منقرض شدند. دلیل این انقراض هم چنان به صورت یک راز باقی مانده است. البته بعضی از دانشمندان گمان می کنند که ممکن است فوران های عظیم آتش فشانی در محل سیبری کنونی سبب تغییر آب و هوا و در نتیجه از بین رفتن ارگانیزم ها شده باشد.

دوره مزوزوییک

به دنبال انقراض پرمین اطلاعات ثبت شده در فسیل ها نشان می دهند که خزندگان حکم فرمایان روی زمین بوده اند مهم ترین این خزندگان دایناسورها بودند دوره مزوزوییک را گاهی عصر دایناسورها نیز می نامند اما پستان داران و پرندگان نیز در فسیل ها و بر سنگ های ۲۰۰ تا ۱۴۰ میلیون سال پیش ثبت شده اند.

 فسیل ها نشان می دهند که دو گروه عمده از گیاهان در دوره مزوزوییک وجود داشته اند. گیاهان بازدانه و گیاهان نهان دانه. گیاهان بازدانه، دانه هایی بدون محافظ دارند و بیشتر گیاهان  مخروطی اند. آن ها شامل انواع کاج ها شجر المعبد یا ژنگوها و سرخس ها بودند گیاهان بازدانه در اواخر دوره پالئوزوییک نمو نمودند و در اوایل دوران کرتاسه حکم فرما بودند. گیاهان نهان دانه دانه های خود را می پوشانند و شامل گیاهان گلدار میباشند. این نوع ازگیاهان در طی دوران کرتاسه حکفرمایی نموده و نسل خود را تا به امروز ادامه داده اند.

دایناسورها در پی یک انقراض بزرگ حدود ۶۵ میلیون سال پیش از بین رفتند. بیشتر دانشمندان معتقدند که برخورد یک سنگ آسمانی با زمین منجر به انقراض دایناسورها شده است این برخورد احتمالا غبار زیادی را وارد جو کرده است طوری که محیط برای ماه ها تاریک و سرد شده است.

در نتیجه گیاهان و جانورانی که از آن ها تغذیه می کردند نابود شدند بسیاری از دانشمندان معتقدند چاله منطقه یوکاتان در مکزیک که چیکشولوب نام دارد مکانی است که سنگ آسمانی مذکور به آن اصابت نموده ذرات باقیمانده از این برخورد همه جای زمین یافت شده اند و رسوبات به وجود آمده توسط موج های عظیم دریا که بر اثر این برخورد به وجود آمده بودند در قسمت های مختلفی از خلیج مکزیک کشف شده اند.

دوره سنوزوییک ۲

بخش عمده ای از گیاهان و حیواناتی که ما امروزه می شناسیم در دوره سنوزوییک پا به عرصه حیات گذاشته اند. پستانداران از حوادثی که باعث انقراض دایناسورها شد جان سالم به در برده و تا به امروز حاکمان روی زمین بوده اند تاریخ تکامل پستانداران در فسیل های دوره سنوزوییک ثبت شده است.

ابتدا اجداد اسبها، کرگدن ها و شترها در اروپا و آمریکای شمالی پا به زندگی گذاشتند. پس از آن   سگ ها و گربه ها در کنار اسب های سه انگشتی که هر کدام اندازه یک گوسفند بودند پدیدار شدند. جثه پستان داران به تدریج بزرگ تر و تنوع آن ها بیشتر شد و به همان میزان نیز دشت ها بر روی زمین گسترده تر شدند بسیاری از پستانداران غول پیکر شدند.

حیواناتی شبیه به فیل مثل ماموت ها و تنبل های عظیم الجثه در دشت های پهناور و جنگل های انبوه پرسه می زدند فسیل نخستین موجودات شبیه به انسان مربوط به ۲ میلیون سال پیش یافت شده است. نخستین گونه ای که کاملا شبیه به انسان بوده است شاید کمتر از ۰۰۰، ۲۰۰ سال قدمت داشته باشد. قدمت پیدایش انسان بر روی زمین در مقایسه با میلیاردها سال عمر زمین، تنها مانند چند دقیقه کوتاه است.