دانلود مقاله تاریخ زمین

منشاء زمین
زمین یکی از نه سیاره ای است که همراه با دهها سیاره و تعدادی اجرام کوچکتر به دور خورشید در گردش است. طبیعت منظم و مرتب منظومه شمسی بسیاری از ستاره شناسان را متقاعد ساخته است که اجزای این منظومه در یک زمان و از یک ماده اولیه شکل گرفته اند. به موجب این فرضیه که بنام نظریه سحابی (Nebular hypothesis) معروف است. اجرام منظومه شمسی ما از ابر عظیمی‌که اساساً متشکل از هیدروژن و هلیم و با درصد ناچیزی از عناصر سنگین بوجود آمده است.
در حدود 5 میلیارد سال پیش بنا به دلایلی که هنوز کاملاً روشن نشده است، این ابر عظیم که از گازها و ذرات سنگی بسیار ریزی تشکیل یافته بود، تحت تاثیر نیروی گرانشی خود شروع به انقباض کرد(شکل 1-1). این ماده در حالت انقباض دارای حرکت چرخشی بوده است؛ همچون اسکیت بازی که در حال چرخش به بازو.هایش فشار وارد می‌آورد، چرخش توده ابر مانند نیز در حین انقباض سریعتر و سریعتر شد. این چرخش سریع به نوبه خود موجب گردید که این ابر به شکل پهن و صفحه مانند درآید.در داخل این صفحه چرخان، انقباضات گرداب مانند نسبتاً کوچک، هسته‌هایی تشکیل داد که سیارات از آنها بوجود آمدند و شکل گرفتند. معهذا قسمت اعظم ماده به سمت مرکز این توده چرخان کشیده شد که در اثر عوامل گرانشی دمای آن بالا رفته و خورشید اولیه داغی را تشکیل داد.
در مدت نسبتاً کوتاهی پس از تشکیل خورشید اولیه، دما در داخل این صفحه چرخان به طور قابل ملاحظه ای افت کرد.کاهش دما موجب تراکم و فشردگی مواد شد که نقاط ذوب یادی داشتند و در نتیجه مواد مزبور به صورت ذرات کوچک و احتمالاً به اندازه دانه‌های ماسه درامدند. ابتدا موادی از قبیل آهن و نیکل انجماد یافتند، سپس عناصری که در تشکیل مواد سنگی دخالت می‌کنند، تراکم پیدا کردند.
با برخورد این ذرات به یکدیگر و الحاق آنها به هم اجرام بزرگتری بوجود آمدند که در طول چند ده میلیون سال، از پیوستن و رشد آنها سیارات پدیدار شدند. فرآیندهای تراکم و رشد به همین شکلی ولی در مقایسه کوچکتر، سبب تشکیل اقمار و اجرام کوچکتر منظومه شمسی شد.
در حالی که سیارات اولیه (Protoplanets) یا همان ذرات در حال تشکیل ذرات بیشتری به خود جذب می‌کردند، منظومه شمسی شفافتر می‌شد. با کنار رفتن ذرات، نور خورشید امکان یافت تا سطح سیارات جدید التشکیل را گرم کند. با بالا رفتن دمای سطحی سیارات داخلیتر از یک طرف و میدانهای گرانشی نسبتاً ضعیف آنها از طرف دیگر، باعث شد که زمین و همسایه‌های آن یعنی : عطارد، زهره و مریخ نتوانستند مقادیر قابل توجهی از مواد سبکتر سازنده ابر اولیه را نگهداری کنند. این مواد که شامل هیدروژن، هلیم، آمونیاک، متان و آب بود از سطح این سیارات داخلی تر منظومه شمسی رانده شدند.
در فراسوی مریخ دمای بسیار پایین بود. در نتیجه سیارات بزرگ خارجی تر یعنی : مشتری، زحل، اورانوس و نپتون مقادیر بسیار زیادی از هیدروژن و دیگر مواد سبک ابر اولیه را جذب و نگهداری کردند. به نظر می‌رسد که تجمع این مواد گازی شکل توجیه کننده اندازه‌های نسبتاً بزرگ و چگالیهای نسبتاً پایین سیارات خارجی باشند.
مدت کوتاهی پس از تشکیل زمین تجزیه عناصر رادیواکتیو و گرمای ناشی از برخورد دمای زمین را بالا برد که خود موجب ذوب بخشی درجه کم قسمتهای داخلی آن شد. ذوب این قسمتها به نوبه خود باعث ته نشینی عناصر سنگین تر، عمدتاً آهن و نیکل به مرکز زمین و شناوری مواد سبکتر تشکیل دهنده سنگها به سطح زمین شد. این جدایش مواد که شروع آن در مراحل آغازی تاریخ زمین انجام شد، هنوز هم در مقیاس بسیار کوچکتری ادامه دارد. به همین علت تفریق و جدایش شیمیایی است که قسمت داخلی زمین همگن نیست، بلکه از لایه‌ها یا کره‌هایی متشکل از موادی با خواص متفاوت و گوناگون ترکیب یافته است.
نتیجه مهم دوره تفریق شیمیایی این بود که مواد گازی توانستند همانند آنچه که امروزه در طی فورانهای آتشفشانی رخ می‌دهد از درون زمین فرار کنند. بر اثر این فرآیند جوی که عمدتاً مرکب از گازهای خارج شده از درون این سیاره بوده به تدریج شکل گرفت. بر روی این سیاره با چنین اتمسفری است که حیات و آنچه که از آن می‌شناسیم آغاز شد.

منشاء آتمسفر زمین
جو زمین همواره شامل همین مخلوط نسبتاً پایداری از گازها که ما امروزه تنفس می‌کنیم نبوده است. بر عکس، مخلوط گازی که اتمسفر کنونی را تشکیل می‌دهد پس از دوره کوتاهی از تشکیل زمین در نتیجه تغییرات تدریجی یعنی در طی یک فرآیند تکاملی کند و بطئی پدیدار شد. دانشمندان عقیده دارند که جو اولیه زمین بوسیله بادهای خورشیدی که شامل جریانهای عطیمی‌از ذرات صادره از خورشید بود از گراگرد زمین رانده شده است. با سرد شدن زمین پوسته جامدی در سطح آن شکل گرفت و گازهای محلول در سنگهای مذاب رفته رفته آزاد شدند. این فرآیند خروج گاز (Outgassing ) نامیده می‌شود.
به این ترتیب تصور می‌شود که آتمسر از گازهایی شبیه به آنچه در حین فورانهای آتشفشانی رها می‌شوند، تشکیل یافته است. ترکیبات اصلی این آتمسفر احتمالاً بخار آب، دی اکسید کربن و ازت بوده است. در حالی که سرد شدن زمین ادامه می‌یافت ابرهایی شکل گرفتند و بارانهایی سیل آسا باریدن گرفت.
در آغاز آب قبل از آنکه به سطح زمین برسد و یا به محض رسیدن به آن تبخیر می‌گردید. این امر باعث تسریع روند سرد شدن سطح زمین شد. هنگامی‌که زمین بقدر کافی خنک شد، بارانهای سیل آسا حوضه‌های اقیانوسی را پر کردند. این پدیده نه تنها مقدار بخار آب موجود در هوا
را کاهش داد بلکه مقادیر بسیار زیادی از دی اکسید کربن را نیز به همراه برد.
اینک ما با معمای جالبی روبرو هستیم. اگر جو اولیه زمین از خروج گازهای آتشفشانی ناشی شده باشد نمی‌توانست واجد اکسیژن آزاد باشد، زیرا در طی این فرآیند اکسیژن آزاد بوجود نمی‌آمد، بنابراین جو غنی از اکسیژن کنونی چگونه پدید آمده است ؟
دانشمندان دو منبع احتمالی را برای اکسیژن آزاد در جو پیشنهاد کرده اند. معلوم شده است که بخار آب هنگامی‌که به قسمت فوقانی جو زمین می‌رسد به اثر شعله ماوراء بنفش خورشید به هیدروژن و اکسیژن تجزیه می‌شود. هیدروژن که گاز بسیار سبکی است از جو خارج می‌شود در حالی که اتمهای سنگینتر اکسیژن باقیمانده با یکدیگر ترکیب شده و اکسیژن مولکولی (O2) را بوجود می‌آورند. تردیدی نیست که مقداری از اکسیژن آزاد جو از این طریق بوجود آمده است، اما چنین فرآیند بسیار کند و آهسته ای نمی‌تواند کاملاً درصد کنونی اکسیژن موجود در جو را
توجیه کند.
عقیده بر این است که سرچشمه دوم و مهمتر اکسیژن گیاهان سبز بوده اند (و در حقیقت هنوز هم هستند). در فرآیند فتوسنتز موجودات گیاهی نور خورشید را برای تبدیل آب و دی اکسید کربن آتمسفر به مواد آلی جذب و مورد استفاده قرار می‌دهند و از این طریق اکسیژن آزاد می‌کنند. بدیهی است که این روش تولید اکیژن مستلزم وجود حیات در سطح زمین حتی قبل از زمان حضور اکسیژن آزاد در جو است.
دانشمندان بر این باورند که اولین اشکال حیات احتمالاً باکتریها، فرآیندهای متابولیک خود را بدون اکسیژن به انجام می‌رساندند. حتی امروزه نیز بسیاری از این باکتریها ناهوازی وجود دارند، سپس گیاهان سبز اولیه تکامل یافتند که به نوبه خود قسمت عمده اکسیژن آزاد را که برای اشکال عالیتر حیات لازم بود، فراهم کردند. رفته رفته مقدار اکسیژن در جو افزایش یافت، شواهدی از سنگهای پره کامبرین در دست است که نشان می‌دهد :
اولین اکسیژن آزاد با مواد محلول در آب، بویژه آهن ترکیب شده سپس، این قبیل نیازهای اکسیداسیونی معدنی براورد شده مقادیر اکسیژن آزاد در جو تا حد قابل توجیهی زیاد شد. سنگواره‌ها نشان می‌دهند که با آغاز دوران دیرینه زیستی موجوداتی که نیاز به اکسیژن داشتند در دریا فراوان بودند، بنابراین تشکیل آتمسفر مستقیماً با آثار حیاتی بر روی زمین ارتباط داشته و در طول زمان ترکیب آن از یک آتمسفر فاقد اکسیژن به آتمسفری که مقدار اکسیژن آزاد در آن قابل توجیه است متحول شد.

پره کامبرین
پره کامبرین برهه عظیمی‌از زمان زمین شناسی را شامل می‌شود که خود از مراحل آغازین زمین یعنی بیش از 6/4 میلیارد سال پیش شروع و تا ابتدای دوره کامبرین یعنی 4 میلیارد سال بعد از آن به پایان می‌رسد. نظری اجمالی بر این دوره نشان می‌دهد که پره کامبرین نماینده قسمت اعظم زمان زمین شناسی است و در واقع حدود هفت هشتم تاریخ زمان را به خود اختصاص می‌دهد.

شناخت پره کامبرین
در سرزمین وسیع قاره ای، رخنمونهای سنگهای پره کامبرین نادر و کمیابند زیرا لایه‌های جوانتر چون پوششی بر روی آنها قرار دارند. در چنین مناطقی بیرون زدگی این سنگها به هسته کوهها به شدت فرسایش یافته، همچون کوههای راکی و قعر دره‌های عمیقی چون گراندکانیون محدود است (شکل 1-2).
معهذا در مناطق وسیعی که به آن سپر می‌گوند که سنگهای پره کامبرین گسترش زیادی دارند. این نواحی که از نظر زمین شناسی پیچیده و درهمند اکثراً از سنگها دگرگونی و تغییر شکل یافته ای تشکیل شده اند که نیم رخ آنها تحدب ملایمی‌داشته و در مقطع شبیه به سپر جنگجویان است و به همین دلیل به آنها سپر گفته اند.
در هر یک از قاره‌ها یک یا چند هسته از سنگهای قدیمی‌پره کامبرین دیده می‌شود. در آمریکای شمالی مساحت سپر گرینلند مجاور خود در حدود 2/7 میلیون کیلومتر مربع است. پره کامبرین ناشناخته ترین گستره از تاریخ زمین است، در نتیجه به واحدهای زمانی متعددی که مورد پذیرش جهانی باشد تقسیم نشده است.
در حقیقت تاریخ این بخش از زمان زمین شناسی، عمدتاً مشتمل بر رخدادهای پراکنده ای است که در مقایسه با تاریخ زمین شناسی زمانهای جدیدتر از خود فاقد جزئیات لازم است. یک دلیل مهم بر این حقیقت است که سپرها و دیگر بیرون زدگیهای پره کامبرین از سنگهای دگرگون شده و پیچیده ای تشکیل یافته که در بسیاری از موارد توسط توده‌های بزرگ آذرین قطع شده اند. برخی از این سنگها چندیدن بار چین خورده گسل یافته و بارها مورد نفوذ توده‌های دیگر قرار گرفته و دگرگون شده اند. هر رویدادی از این نوع رخدادهای پیشین را پیچیده و پرابهام ساخته و بدین گونه بازسازی تاریخچه پره کامبرین را مشکل کرده است.
عامل دیگری که مطالعه تاریخ پره کامبرین را پیچیده می‌سازد کمبود سنگواره‌هاست. متاسفانه شواهد سنگواره ای فراوان تا ما قبل از دوران پالئوزوئیک در تاریخچه زمین شناسی ثبت نشده است. در زمان پره کامبرین حیات وجود داشته است، اما اشکال حیاتی، ساده و از نظر بدنی نرم و قابل انعطاف بوده و به همین دلیل تاریخچه سنگواره ای پره کامبرین ناقص و کم مایه است.
اگر چه بسیاری از بیرون زدیگی‌های پره کامبرین با دقت بسیار و به تفصیل مطالعه شده اند. اما تطابق آنها بعلت عدم وجود سنگواره‌ها بسیار مشکل است. این مسئله نشان می‌دهد که چرا هیچگونه تقسیماتی که مورد پذیرش همگان باشد در مورد دوران پره کامبرین کامل نیست. اکنون با توسعه کاربرد و استفاده زمان سنجی رادیومتری راه حلی برای سن یابی و تطابق سنگهای پره کامبرین وجود دارد.
معذالک هنوز با شناخت تاریخچه پیچیده پره کامبرین فاصله زیادی داریم. بطور خلاصه آگاهی از تاریخ پره کامبرین مشکل است، زیرا محتوای سنگواره ای ناقص و و اندک آن، تطابق و سن یابی را با اشکال مواجه کرده و سنگهای این زمان غالباً بسیار دگرگون شده و تغییر شکل یافته اند و داده‌های حاصل نیز به علت فرسایش شدید و پوشش لایه‌های جوانتر فوقانی بسیار محدود و پراکنده است.
قبل از نتیجه گیری از مبحث سنگهای پره کامبرین باید از نواحی و محدوده‌های متعدد پره کامبرین سخن به میان می‌آوریم، زیرا در آنها کانسارهای مهم و باارزشی یافت می‌شود. در حقیقت، اکتشافات این کانیهای با ارزش اقتصادی است که اطلاعات لازم در درک مفاهیم زمین شناسی پره کامبرین در اختیار ما قرار داده است.
در سنگهای پره کامبرین (2/1 تا 5/2 میلیارد سال قبل) منابع معدنی مهمی‌(به استثناء سوختهای سنگواره ای) وجود دارد. آهن، نیکل، طلا، نقره، مس، کروم، اورانیوم و الماس به مقادیر قابل توجهی از حوزه‌های پره کامبرین استخراج می‌شوند. در این میان می‌توان از نهشته‌های
کان سنگهای آهن نام برد. قسمت اعظم معادن آهن دنیا بصورت هماتیت (Fe2O3) در سنگهای پره کامبرین میانی دیده می‌شود.
تصور می‌شود که این سنگهای رسوبی غنی از آهن در زمانی تشکیل شده اند که اکسیژن تا حدی فراوان بوده و توانسته است با آهن محلول دریاها و دریاچه‌های کم عمق واکنش حاصل کند و اکسیدآهن ته نشین شود. ولی بعدها پس از آنکه مقداری زیاد از آهن از محیط عمل خارج و رسوب کردند، تشکل این قبیل نهشته‌های غنی از آهن نقصان یافته و در نتیجه میزان اکسیژن اقیانوسها و جو زمین رو به افزایش نهاد. از آنجا که اکسیژن آزاد زمین عمدتاً بر اثر فتوسنتز حاصل شده است، لذا حضور اکسیژن فراوان و در نتیجه تشکیل نهشته‌های عظیم آهن پره کامبرین به وجود حیات در دریاها ارتباط مستقیم دارد.