همه چيز در مورد ژئوفيزيك geophysics

[Borna66]

معمولا زمين لرزه با استفاده از ابزاری بنام لرزه نگار (seismograph) ثبت و با توجه به شدت آن، طبقه بندی می شود. سوزن جوهری لرزه نگار با حرکت در دو جهت افقی وعمودی برروی کاغذ، لرزه ها را بطور فيزيکی در دو بعد ثبت می کند. متداول ترين شيوه سنجش زمين لرزه ، درجه ًریشتر (Richter) است ، که بزرگی زمين لرزه را که بيانگر انرژی آزاد شده توسط آن است را می سنجد. اين شيوه سنجش بزرگی زلزله نام دانشمند آمريکائی که نزديک به يک قرن پيش آنرا اختراع کرد را برخود دارد. درجهً ريشتر يک مقياس لگاریتمی است. بعبارت ديگر زمين لرزه ای به بزرگی 7 درجه ريشتر، 10 برابر زمين لرزه 6 درجه ای است. لرزه های کمتر از درجه 2 احساس نمی شوند.

[Borna66]

تشخيص زمان و مکان وقوع زلزله از ديرباز يکی از دغدغه های اصلی بشر بوده است. بسياری
از دانشمندان و متفکران سالها از عمر خود را در جهت يافتن راه حل اين معما نموده اند.
در سال ۱۳۲ميلادیدانشمندی چينی به نام چانگ هنگ لرزه نمايی را اختراع کرد که به کمک آن جهت و امتداد کانون زلزله مشخص می شد و اولين لرزه نمای ساخت بشر بود.
در سال ۱۷۰۳ميلادی ژان دولا اوت فولی فرانسوی يک لرزه نمای جيوه ای و در اواسط قرن ۱۹پالميری ايتاليايی لرزه سنج مسافت دور را ساختند. ولی اولين لرزه سنجی که در تمام دنيا مورد استفاده قرار گرفت را جان ميلن ساخت. در نتيجه امکان مطالعه دقيق تر زلزله فراهم گشت. با پيشرفت زلزله شناسی و ساخت دستگاه های پيشرفته تر که هر سه مولفه زلزله را
ثبت می کردند، دانشمندان به فکر تاسيس يک شبکه لرزه نگاری در نقاط مختلف جهان افتادند
و ايستگاه های مختلفی در تمام دنيا تاسيس شد. در نتيجه امکان مکان يابی دقيق تر زمينلرزه
ها فراهم شد و سرعت امداد رسانی به مکان های آسيب ديده افزايش يافت

[Borna66]

اولین لرزه نگار 136 سال قبل از میلاد، در چین اختراع شده است. این لرزه نگار از یک ظرف مسی تشکیل می شد که سر هشت اژدها به آن وصل شده و زیر هر اژدها قورباغه ای دهان گشوده بود. هر اژدها گلوله ای در دهان داشت که در اثر تکان شدید زمین در دهان قورباغه زیرینش می افتاد. بعد از وقوع زمین لرزه، توجه به قورباغه هایی که گلوله داشتند، جهت احتمالی نقطه وقوع را نشان می داد

با داشتن چند وسیله و اندکی وقت می توانید لرزه نگار خودتان را بسازید.
برای انجام این کار به موارد زیر احتیاج دارید:
ابتدا باید بدانید طرز کار لرزه نگار چطور است.
لرزه نگار ما چنین ساختاری دارد:
• یک وزنه سنگین به یک میله افقی وصل شده است که می توانید آن را در این شکل زیرببینید.
• این میله به یک پایه متصل است و می تواند در زمان لرزیدن زمین آزادانه نوسان کند.
• در انتهای دیگر میله یک قلم قرار دارد که نوک آن روی کاغذی است که دور یک استوانه می پیچد.
• این استوانه دور خودش می چرخد. پس باعث می شود که قلم روی کاغذ یک خط ممتد رسم کند.
با لرزیدن زمین این خط صاف ممتد به یک زیگزاک تبدیل می شود. هر چقدر لرزه قویتر باشد، زیگزاگهای تیزتری رسم خواهند شد.

[Borna66]

خاصیت آهنربایی كره زمین
یكی از ویژگی های مهم كره زمین ، وجود خاصیت آهنربایی در آن است و مانند این است كه درون كره زمین، آهنربای بسیار بزرگی قرار داده شده است و تا كنون، نظریه های گو ناگونی برای علت آن ارائه شده است.
زمینه با پیدایش آهنربا ، پس از گذشت زمان كوتاهی پی بردند كه كرهٔ زمین نیز خاصیت آهنربایی دارد ؛ تا آنجا كه نام قطب های آهن ربا را را بر اساس نام قطب های زمین نام گذاری كردند .به دنبال آن ، برای اولین در سال ۱۶۰۰ میلادی ، توسط « گیلبرت » زمین به عنوان یك آهنربای بزرگ معرفی شد . برای دلیل وجود خاصیت مغناطیسی در كرهٔ زمین ، نظریه های متفاوتی از آغاز شناخت آن تا كنون ، ارائه شده است و حتی بعضی می گفتند ، خاصیت مغناطیسی كرهٔ زمین ، تحت تأثیر كره های دیگر است . اما آخرین نظریه ، این خاصیت را به مواد مذاب داخل كرهٔ زمین مربوط می داند .
● خاصیت مغناطیسی كرهٔ زمین
یكی از ویژگی های مهم كرهٔ زمین ، وجود خاصیت آهنربایی در آن است و مانند این است كه درون كرهٔ زمین ، آهنربای بسیار بزرگی قرار داده شده است و تا كنون ، نظریه های گو ناگونی برای علت آن ارائه شده است . آخرین نظریه این است كه درون كرهٔ زمین ، مواد مذاب در حال حركت وجود دارد و بیشتر این مواد ، از جنس آهن و نیكل هستند . هنگامی كه این مواد حركت می كنند ، در اطراف جریان های الكتریكی ضعیفی به وجود می آورند كه در مجموع ، باعث می شود كرهٔ زمین ، خاصیت آهنربایی پیدا كند و در اطراف كرهٔ زمین ، میدان مغناطیسی به وجود می آید . ما روی آهنربای بزرگی به نام «زمین » زندگی می كنیم .
چندین سیارهٔ دیگر از سیاره های منظومه شمسی نیز ، میدان مغناطیسی دارند كه از جمله آنها می توان از عطارد و مشتری نام برد . این خاصیت در خورشید و بسیاری ستاره های دیگر نیز دیده می شود . خاصیت مغناطیسی كرهٔ زمین ، نقش بسیار مهمی در جهت یابی كشتی ها و هواپیماها دارد . شمال و جنوب مغناطیسی زمین ثابت نیست و در فاصله های زمانی ، به میزان قابل ملاحظه ای تغییر می كند .
● زاویه انحراف
چنانچه به كمك عقربهٔ مغناطیسی به طرف قطب شمال یا جنوب برویم ، به قطب شمال و جنوب واقعی كرهٔ زمین نمی رسیم . علت این است كه قطب شمال و جنوب جغرافیایی و مغناطیسی كرهٔ زمین ، با هم یكی نیست ؛ یعنی اینكه قطب شمال مغناطیسی زمین ، درست روی قطب شمال جغرافیایی زمین قرار ندارد و اگر دو قطب جغرافیایی و مغناطیسی زمین را توسط خطی فرضی به به نام « محور » به هم وصل كنیم ، بین دو محور مغناطیسی و محور جغرافیایی زمین ، زاویه ای ساخته می شود كه به آن ، زاویهٔ انحراف گویند . این زاویه ، به مرور زمان ، جزئی تغییر می كند و ثابت نمی ماند ، و اندازهٔ آن در نقاط مختلف زمین متفاوت است . زاویهٔ انحراف در جهت یابی هواپیماها و كشتی ها بسیار مهم است . هم اكنون قطب شمال مغناطیسی كرهٔ زمین ، در شمال كانادا قرار دارد .
● زاویه میل
مطالعهٔ مغناطیسی زمین ، نشان می دهد كه خط های میدان مغناطیسی زمین افقی نیست و با سطح زمین زاویه ای می سازد همچنین می دانیم خاصیت مغناطیسی یك آهنربا در نقاط مختلف آن متفاوت است و در دو قطب آن ، این خاصیت بیشتر است . به همین ترتیب ، خاصیت آهنربایی كرهٔ زمین در دو قطب بیشتر است . پس اگر یك عقربهٔ مغناطیسی آزاد باشد تا بتواند در راستای عمودی نیز حركت كند ، نوك این عقربه نزدیك قطب ها به زمین متمایل می شود و در خط استوای مغناطیسی عقربه ، افقی قرار می گیرد و در قطب ها ، به عنوان مثال قطب شمال ، نوك عقربه n آن ، عمود بر سطح افقی خواهد شد . پس محور مغناطیسی عقربه های مغناطیسی در مكان های مختلف استوا تا قطب ، نسبت به سطح افق تغییر كرده و زاویه ای با افق می سازد ؛ این زاویه را زاویهٔ میل گویند . پس زاویه میل ، زاویه ای است كه محور مغناطیسی عقربه با سطح افق می سازد همچنین این زاویه ، در جهت یابی هواپیماها و كشتی ها نقش بسیار مهمی دارد ؛ در جغرافیا به این زاویه ، عرض جغرافیایی گویند .
● كشف معدن های آهنی زمین
مطالعهٔ میدان مغناطیسی زمین برای هدف های علمی و عملی ، از اهمیت به سزایی برخوردار است . وجود میدان مغناطیس زمین ، انجام پاره ای از بررسی های مهم دیگر را میسر كرده است ؛ از آن جمله ، می توان از روش های اكتشاف و مطالعهٔ ذخایر زمین نام برد . تحلیل دقیق میدان مغناطیسی زمین ، وسیلهٔ توانمندی برای بررسی ذخایر معدنی زمین است . در حال حاضر ، جست و جوی مغناطیس سنجی ، روش ژئوفیزیكی مهم و گسترده ای است كه برای اكتشاف و ذخایر معدنی به كار می رود .
در زمین ، نواحی ای وجود دارد كه در آن جا كمیت های مغناطیسی به طور ناگهانی تغییر می كنند و مقادیری به خود می گیرند كه با مقادیر مربوط به محل های مجاور ، تفاوت زیادی دارند تفاوت زیاد كمیت های مغناطیسی در این ناحیه ها ، ناشی از فشار تودهٔ بزرگی از سنگ آهن های مغناطیسی در زیر سطح زمین است ؛ به همین دلیل ، مطالعهٔ ناهنجاری های مغناطیسی ، دانسته های باارزشی در مورد وجود و محل مخزن های سنگ های مغناطیسی ارائه می دهد .
● مین های دریایی
مواد مغناطیسی مانند آهن كه در میدان مغناطیسی كرهٔ زمین قرار گرفته باشند . به مرور زمان ، خاصیت مغناطیسی پیدا می كنند ؛ مثلاً یك كشتی كه در آن آهن نیز به كار رفته است ، به مرور زمان آهنربا می شود . از این خاصیت برای به دام انداختن آن استفاده می شود . عملكرد یك مین دریایی ، به گونه ای است كه خاصیت آهنربایی كشتی بر آن اثر گذاشته و فرمان انفجار صادر می شود . در یك مین دریایی ، عقربه ای مغناطیسی قرار داده اند كه هنگام عبور كشتی از بالای آن ، عقربه تحت تأثیر قرار گرفته و مین از سطح زیرین دریا ، به سطح دریا می رسد و سپس منفجر می شود . برای خنثی كردن این مین ها دو روش وجود دارد .
الف ـ مغناطیس نیرومندی را با كابل های سیمی از زیر هواپیما آویزان كرده و آن را نزدیك سطح آب ، حركت می دهند . آهنربای قوی روی مین ها اثر گذاشته و آنها را خنثی می كند . گاهی كابل سیمی دایره شكل را به طور شناور روی سطح آب قرار می دهند و جریانی را از آن می گذرانند ، كه بر اثر این میدان مغناطیسی یا جریان جریان ساز و كار ، مین ها عمل كرده ، بدون هیچ خسارتی منفجر می شوند .
ب ـ حلقه هایی از سیم عایق شده را به كشتی وصل كنند و جریانی را از آنها می گذرانند ؛ به طوری كه میدان مغناطیسی این جریان مساوی و در خلاف میدان مغناطیسی كشتی كشتی ( كه یك مغناطیس دائمی است ) باشد . وقتی این میدان ها با هم تركیب شوند ، یكدیگر را خنثی می كنند و كشتی بدون این كه ساز و كار مین را به كار اندازند ، از روی آن می گذرد .
● باستان شناسی مغناطیسی
میدان مغناطیسی زمین ، منظم و پایدار نیست ؛ بلكه با گذشت سال ها در یك محل معین ، مقدار متوسط زاویهٔ انحراف و میل تغییر می كند . این انحراف محور مغناطیسی و در نتیجه ، تغییرات زاویه انحراف و زاویه میل در یك محل نسبت به زمان ، شاخهٔ جدیدی را در « باستان شناسی » به نام «باستانو مغناطیسی» ایجاد كرده است كه توسط آن ، عمر كوره ها ، اجاق ها و آتشكده های قدیمی تعیین می شود . اساس كار ، مبتنی بر این است كه بیشتر خاك رسهایی كه این اجسام از آنها ساخته شده اند ، حاوی مقدار كمی مواد مغناطیسی اند . سمتگیری این مواد مغناطیسی ، با گرم شدن در موقع استفادهٔ عادی تثبیت شده است . با مقایسهٔ جهت فعلی میدان مغناطیسی زمین با جهت میدان مغناطیسی این مواد ، می توان قدمت باستانی تقریبی آن ها را تعیین كرد .
در مقیاس طولانی تر زمان ( دوران زمین شناسی ) ، شواهدی وجود دارد كه نشان می دهد محور مغناطیسی زمین در مدت چهار میلیون سال گذشته ، نه بار كاملاً تغییر جهت داده است . این شواهد ، مبتنی بر اندازه گیری های خاصیت مغناطیسی ( ضعیف ) تثبیت شده در تخته سنگ های با عمر زمین شناسی معین هستند .

[Borna66]

آهنربایی كره زمین
میدان مغناطیسی زمین ، منظم و پایدار نیست ؛ بلكه با گذشت سال ها در یك محل معین ، مقدار متوسط زاویهٔ انحراف و میل تغییر می كند .
۱ . زمینه
با پیدایش آهنربا ، پس از گذشت زمان كوتاهی پی بردند كه كرهٔ زمین نیز خاصیت آهنربایی دارد ؛ تا آنجا كه نام قطب های آهن ربا را را بر اساس نام قطب های زمین نام گذاری كردند .
به دنبال آن ، برای اولین در سال ۱۶۰۰ میلادی ، توسط « گیلبرت » زمین به عنوان یك آهنربای بزرگ معرفی شد .
برای دلیل وجود خاصیت مغناطیسی در كرهٔ زمین ، نظریه های متفاوتی از آغاز شناخت آن تا كنون ، ارائه شده است و حتی بعضی می گفتند ، خاصیت مغناطیسی كرهٔ زمین ، تحت تأثیر كره های دیگر است . اما آخرین نظریه ، این خاصیت را به مواد مذاب داخل كرهٔ زمین مربوط می داند .
۲ . خاصیت مغناطیسی كرهٔ زمین
یكی از ویژگی های مهم كرهٔ زمین ، وجود خاصیت آهنربایی در آن است و مانند این است كه درون كرهٔ زمین ، آهنربای بسیار بزرگی قرار داده شده است و تا كنون ، نظریه های گو ناگونی برای علت آن ارائه شده است . آخرین نظریه این است كه درون كرهٔ زمین ، مواد مذاب در حال حركت وجود دارد و بیشتر این مواد ، از جنس آهن و نیكل هستند . هنگامی كه این مواد حركت می كنند ، در اطراف جریان های الكتریكی ضعیفی به وجود می آورند كه در مجموع ، باعث می شود كرهٔ زمین ، خاصیت آهنربایی پیدا كند و در اطراف كرهٔ زمین ، میدان مغناطیسی به وجود می آید . ما روی آهنربای بزرگی به نام «زمین » زندگی می كنیم .
چندین سیارهٔ دیگر از سیاره های منظومه شمسی نیز ، میدان مغناطیسی دارند كه از جمله آنها می توان از عطارد و مشتری نام برد . این خاصیت در خورشید و بسیاری ستاره های دیگر نیز دیده می شود .
خاصیت مغناطیسی كرهٔ زمین ، نقش بسیار مهمی در جهت یابی كشتی ها و هواپیماها دارد . شمال و جنوب مغناطیسی زمین ثابت نیست و در فاصله های زمانی ، به میزان قابل ملاحظه ای تغییر می كند .
۳ . زاویه انحراف
چنانچه به كمك عقربهٔ مغناطیسی به طرف قطب شمال یا جنوب برویم ، به قطب شمال و جنوب واقعی كرهٔ زمین نمی رسیم . علت این است كه قطب شمال و جنوب جغرافیایی و مغناطیسی كرهٔ زمین ، با هم یكی نیست ؛ یعنی اینكه قطب شمال مغناطیسی زمین ، درست روی قطب شمال جغرافیایی زمین قرار ندارد و اگر دو قطب جغرافیایی و مغناطیسی زمین را توسط خطی فرضی به به نام « محور » به هم وصل كنیم ، بین دو محور مغناطیسی و محور جغرافیایی زمین ، زاویه ای ساخته می شود كه به آن ، زاویهٔ انحراف گویند . این زاویه ، به مرور زمان ، جزئی تغییر می كند و ثابت نمی ماند ، و اندازهٔ آن در نقاط مختلف زمین متفاوت است . زاویهٔ انحراف در جهت یابی هواپیماها و كشتی ها بسیار مهم است . هم اكنون قطب شمال مغناطیسی كرهٔ زمین ، در شمال كانادا قرار دارد .
۴ . زاویه میل
مطالعهٔ مغناطیسی زمین ، نشان می دهد كه خط های میدان مغناطیسی زمین افقی نیست و با سطح زمین زاویه ای می سازد همچنین می دانیم خاصیت مغناطیسی یك آهنربا در نقاط مختلف آن متفاوت است و در دو قطب آن ، این خاصیت بیشتر است . به همین ترتیب ، خاصیت آهنربایی كرهٔ زمین در دو قطب بیشتر است . پس اگر یك عقربهٔ مغناطیسی آزاد باشد تا بتواند در راستای عمودی نیز حركت كند ، نوك این عقربه نزدیك قطب ها به زمین متمایل می شود و در خط استوای مغناطیسی عقربه ، افقی قرار می گیرد و در قطب ها ، به عنوان مثال قطب شمال ، نوك عقربه n آن ، عمود بر سطح افقی خواهد شد . پس محور مغناطیسی عقربه های مغناطیسی در مكان های مختلف استوا تا قطب ، نسبت به سطح افق تغییر كرده و زاویه ای با افق می سازد ؛ این زاویه را زاویهٔ میل گویند . پس زاویه میل ، زاویه ای است كه محور مغناطیسی عقربه با سطح افق می سازد همچنین این زاویه ، در جهت یابی هواپیماها و كشتی ها نقش بسیار مهمی دارد ؛ در جغرافیا به این زاویه ، عرض جغرافیایی گویند .
۵ . كشف معدن های آهنی زمین
مطالعهٔ میدان مغناطیسی زمین برای هدف های علمی و عملی ، از اهمیت به سزایی برخوردار است . وجود میدان مغناطیس زمین ، انجام پاره ای از بررسی های مهم دیگر را میسر كرده است ؛ از آن جمله ، می توان از روش های اكتشاف و مطالعهٔ ذخایر زمین نام برد . تحلیل دقیق میدان مغناطیسی زمین ، وسیلهٔ توانمندی برای بررسی ذخایر معدنی زمین است . در حال حاضر ، جست و جوی مغناطیس سنجی ، روش ژئوفیزیكی مهم و گسترده ای است كه برای اكتشاف و ذخایر معدنی به كار می رود .
در زمین ، نواحی ای وجود دارد كه در آن جا كمیت های مغناطیسی به طور ناگهانی تغییر می كنند و مقادیری به خود می گیرند كه با مقادیر مربوط به محل های مجاور ، تفاوت زیادی دارند تفاوت زیاد كمیت های مغناطیسی در این ناحیه ها ، ناشی از فشار تودهٔ بزرگی از سنگ آهن های مغناطیسی در زیر سطح زمین است ؛ به همین دلیل ، مطالعهٔ ناهنجاری های مغناطیسی ، دانسته های باارزشی در مورد وجود و محل مخزن های سنگ های مغناطیسی ارائه می دهد .
۶ . مین های دریایی
مواد مغناطیسی مانند آهن كه در میدان مغناطیسی كرهٔ زمین قرار گرفته باشند . به مرور زمان ، خاصیت مغناطیسی پیدا می كنند ؛ مثلاً یك كشتی كه در آن آهن نیز به كار رفته است ، به مرور زمان آهنربا می شود . از این خاصیت برای به دام انداختن آن استفاده می شود .
عملكرد یك مین دریایی ، به گونه ای است كه خاصیت آهنربایی كشتی بر آن اثر گذاشته و فرمان انفجار صادر می شود .
در یك مین دریایی ، عقربه ای مغناطیسی قرار داده اند كه هنگام عبور كشتی از بالای آن ، عقربه تحت تأثیر قرار گرفته و مین از سطح زیرین دریا ، به سطح دریا می رسد و سپس منفجر می شود . برای خنثی كردن این مین ها دو روش وجود دارد .
الف ـ مغناطیس نیرومندی را با كابل های سیمی از زیر هواپیما آویزان كرده و آن را نزدیك سطح آب ، حركت می دهند . آهنربای قوی روی مین ها اثر گذاشته و آنها را خنثی می كند . گاهی كابل سیمی دایره شكل را به طور شناور روی سطح آب قرار می دهند و جریانی را از آن می گذرانند ، كه بر اثر این میدان مغناطیسی یا جریان جریان ساز و كار ، مین ها عمل كرده ، بدون هیچ خسارتی منفجر می شوند .
ب ـ حلقه هایی از سیم عایق شده را به كشتی وصل كنند و جریانی را از آنها می گذرانند ؛ به طوری كه میدان مغناطیسی این جریان مساوی و در خلاف میدان مغناطیسی كشتی كشتی ( كه یك مغناطیس دائمی است ) باشد . وقتی این میدان ها با هم تركیب شوند ، یكدیگر را خنثی می كنند و كشتی بدون این كه ساز و كار مین را به كار اندازند ، از روی آن می گذرد .
۷ . باستان شناسی مغناطیسی
میدان مغناطیسی زمین ، منظم و پایدار نیست ؛ بلكه با گذشت سال ها در یك محل معین ، مقدار متوسط زاویهٔ انحراف و میل تغییر می كند . این انحراف محور مغناطیسی و در نتیجه ، تغییرات زاویه انحراف و زاویه میل در یك محل نسبت به زمان ، شاخهٔ جدیدی را در « باستان شناسی » به نام «باستانو مغناطیسی» ایجاد كرده است كه توسط آن ، عمر كوره ها ، اجاق ها و آتشكده های قدیمی تعیین می شود . اساس كار ، مبتنی بر این است كه بیشتر خاك رسهایی كه این اجسام از آنها ساخته شده اند ، حاوی مقدار كمی مواد مغناطیسی اند . سمتگیری این مواد مغناطیسی ، با گرم شدن در موقع استفادهٔ عادی تثبیت شده است . با مقایسهٔ جهت فعلی میدان مغناطیسی زمین با جهت میدان مغناطیسی این مواد ، می توان قدمت باستانی تقریبی آن ها را تعیین كرد .
در مقیاس طولانی تر زمان ( دوران زمین شناسی ) ، شواهدی وجود دارد كه نشان می دهد محور مغناطیسی زمین در مدت چهار میلیون سال گذشته ، نه بار كاملاً تغییر جهت داده است . این شواهد ، مبتنی بر اندازه گیری های خاصیت مغناطیسی ( ضعیف ) تثبیت شده در تخته سنگ های با عمر زمین شناسی معین هستند .

[Borna66]

اجازه اكتشاف lefton توسط فيزيكدانان
جستجو براي دستيابي به مخازن هيدروكربني كشف نشده وپنهان رنجي از تكنولوژيهاي گوناگون را طي سالهاي گذشته به خود جذب كرده است. اين روشها استفاده از تصاوير گرماي سطح دريا تا مشخص كردن نقاط سرد نامعين كه بالا آمدگيهاي آب عميق هدايت شده توسط حباب گازهاي طبيعي صعود كرده را معين مي‌كند،‌ از طريق هليكوپترهايي كه داراي دستگاههاي حساس به بوي هيدروكربن تا بررسيهاي هوا مغناطيسي (aeromugnetic) براي مشخص كردن انوماليهايي كه بواسطه مگنتيت تشكيل شده به وسيله باكتريهاي كه نفت را سوخت و ساز (metabolize) و هماتيت را به مگنتيت كاهش مي‌دهند.
شركت Technology lnvestmewt and Exploration Linited of Gueynsey وسيله‌اي را تحت عنوان «ژنراتور ميكرولپتن» ابداع كرد كه بر اساس كار مارتين پرل از دانشگااه استانفورد كه برنده جايزه نوبل شد و Subafomic tau lefton را در اوايل دهه 1990 كشف كرد، مي‌باشد. آنها مدعي هستند كه پرتو ميكرولپتن آنها وقتي براي روشن ساختن تصاوير ماهواره‌اي استفاده شوند، مناطقي كه مخازن هيدروكربن در زير آن قرار مي‌گيرد را نشان مي‌دهد. آنها استدلال مي‌كنند كه نفت خام مقدار زيادي ميكرولپتن توليد مي‌كند كه اثرات جزئي بر روي تصاوير ماهواره‌اي مي‌گذارد،‌ اما اين اثرات تنها با پرتوهاي ميكرولپتن TTEL قابل مشاهده است و اين شركت تلاش دارد تا يك detector ميكرولپتن كه بر روي هواپيما نصب مي‌شود، بسازند تا با پرواز بر روي مناطق مختلف بتوان جاهايي را كه آنها ادعا مي‌كنند علائم «tell . tale» دارد، به كمك اين ابزار مشخص شود. تاكنون فيزيكدانان نتوانسته‌اند ميكرولپتي‌ها را در شرايط آزمايشگاه نمايان كنند. كوچكترين لپتون شناخته شده الكترون است كه 1000 برابر بزرگتر از ميكرولپتون‌هاي ادعا شده توسط TIEL مي‌باشد. با اين وجود احتمال بسيار وجود دارد تا با حمايت مالي خوب اين كشف صورت بگيرد.
رابين مارشال، يك فيزيكدان در دانشگاه منچستر، كشف كرد كه تكنولوژي بر اساس مقاله‌اي توسط يك فيزيكدان رومي به نام آناتولي اوكارتين در مجله Doklady در1989مي‌باشد.يكي ازاهدافTIELS درCharnwood Forest در Leiceestershive مي‌باشد كه از نظر زمين‌شناسان نفت‌خير نمي‌باشد. در حقيقت اين منطقه در زير سنگهاي آتشفشاني نئوپروتروزوئيك قرار گرفته‌اند كه كراتون Midland مركز انگلستان را مي‌پوشاند و مانع تشكيل حوضه ممتد سيلورين تا زمانهاي جديد شده است. اجازه اكتشاف Onshor يك موضوع در دست اقدام براي كمپاني CV مي‌باشد.

[Borna66]

یک انفجار بزرگ
تئوری Big Bang سعی دارد پیدایش جهان هستی را توضیح دهد، طبق این نظریه جهان هستی میان 10 تا 20 بیلیون (میلیون میلیون) سال پیش بر اثر انفجار بزرگی تشکیل شده است و باعث شده تا اجرام بزرگ آسمانی به اطراف پخش شوند.

در سال 1927 یک کشیش بلژیکی بنام جرج لماتر (Georges Lemaître) اولین کسی بود که بیان کرد جهان هستی بر اثر یک انفجار بزرگ شکل گرفته است، نظریه او بر اساس یافته های ستاره شناسانی بود که مسئله تغییر (شیفت) طیف نور ستارگان دور دست را ارائه کرده بودند. سالها بعد ادوین هابل (Edwin Hubble) به شواهدی دست پیدا کرد که نظریه لماتر را تایید می کرد. او در یافت که کهکشان های دور از کهکشان ما با سرعتی که متناسب با فاصله آنها با راه شیری هست در حال دور شدن از ما می باشند.

تئوری انفجار بزرگ در ابتدا برای توجیه علت دور شدن کهکشان ها از یکدیگر ارائه شد اما در سال 1964 ، دو دانشمند بنامهای آرنو پنزیاس (Arno Penzias) و روبرت ویلسون (Robert Wilson) توانستند تشعشعاتی را ثبت کنند که از نظر آنها ادامه تشعشعات یک انفجار بزرگ اولیه بوده است که هنوز در حال انتشار می باشند. کشف این دو دانشمند بقدری مهم بود که بعدها جایزه نوبل را بخود اختصاص داد.

اگرچه امروزه اغلب دانشمندان تئوری انفجار بزرگ را قبول دارند اما به احتمال زیاد هرگز نخواهند توانست آنرا به اثبات برسانند و همواره سئوالهای بی پاسخی پیش روی دانشمندان باقی خواهد ماند.

لازم به ذکر است که به عقیده اخترشناسان منظومه شمسی حدود 4.5 بیلیون سال پیش در اثر تخریب یک توده بزرگ از گاز و غبار که مواد اولیه تشکیل ستارگان و سیارات هستند بوجود آمده است. این تخریب ممکن است به دلیل برخورد این توده با توده دیگر و یا بر اسر تشعشعات موجی انفجار یک ستاره دیگر بوقوع پیوسته باشد. پس از آن، با گذشت حدود 100 هزار سال یکی از سحابی های بوجود آمده بر اثر این واقعه منسجم شده و در مرکز آن جرمی بنام خورشید شکل گرفته و بتدریج منظومه شمسی تشکیل شده است.
- تاريخ كيهان معمولاً به 8 مقطع متفاوت وغير مساوي تقسيم مي شود مرحله اول (صفر تا 10 به توان 34 - ثانيه ) پژوهشگران مي كوشند تا اسرار اين ثانيه ها را پيدا كنند امّا درست براي ما روشن نيست كه چه چيزي تبديل به گلوله اتشين شده است .احتمالاً حرارت باورنكردني اين مان 10به توان 32 وفقط 10 به توان -33 ثانيه سانتي متر طول داشته باشد . در حدود 10به توان -30 تا 10 به توان -32 ثانيه پس از نفجار نخستين ، عالم جوان شايد با سرعتي فوق العاده زياد انبساط يافته است . اين فرايند را تورم مي نامند . مرحله دوم ( 10به توان 43 - ثانيه تا 10 به توان32 - ثانيه ) در ازاي هر ذره ، پاد ذرّ اي نيز وجود دارد كه از به اصطلاح پاد ماده يا ضدّ ماده تشكيل ميشود . هر گاه يك ذره با پاد ذره خود برخورد كند ، هر دو منهدم شده وتبديل به يك تشعشع برف اسا ميشود .اولين سنگ بناي ماده مثلاً كوارك ها والكترونها وپاد ذره هاي انها ، از برخورد پرتو ها با يكديگر به وجود ميايند قسمتي از اين سنگ بن ها ، دوباره با يكديگر برخورد ميكند وبه صورت تشعشع فرو مي پاشددر لحظه هاي آغازين ، ذرات فوق سنگين x بيشتر مييتوا نستهاند به وجود امده باشنداين ذرات در هنگام فرو پاشي ماده بيشتري نسبت به ضدماده ايييجاد ميكنند . مانند ايجاد كوارك هاي بيشتر نسبت به انتي كوارك ها . ذرات x كه فقط در همان اولين اجزاء بسيار كوچك ثانيه ها وجود داشته اند براي ما افزوني ماده در برابر ضد ماده اين ميراث مهم را به جا گذاشته اند این نوشته از کتاب فیزیک نوین هست اگر مقاطع بعدی را می خواهید بگید در ضمن شواهد زیادی برای اثبات بیگ بنگ یا انفجار بزر گ هست.

[Borna66]

درون زمین چه خبر است ؟
تحولات عمیق به وجود آمده در شناخت پدیده هایی كه در لایه های تقریباً سطحی زمین رخ می دهند و اصطلاحاً تكتونیك صفحه ای (Plate tectonics) نام دارند شایان توجه بوده است.
این تحولات كه معمولاً از آن به عنوان انقلابی در عرصه زمین شناسی (Geology) یاد می شود نقش چشمگیری در شكوفایی این عرصه از علوم طبیعی طی دهه های اخیر داشته است. اما این مورد ظاهراً با مورد دیگری كه از قضا ربط چندانی نیز به یكدیگر ندارند شباهت هایی دارد. فردی كاملاً عادی را در نظر بگیرید كه در طول عمر خود بارها روبه روی ساعت معروف Big Ben (در لندن پایتخت انگلیس) ایستاده و از نزدیك با نحوه چرخش ظاهری عقربه های آن آشنا شده است. آیا چنین فردی اصولاً می تواند ادعا كند كه تنها با نگاه دقیق به حركت عقربه ها و صفحات بسیار بزرگ این ساعت توانسته است به پیچیدگی ها و رموز عملكرد واقعی آن كه (پشت پرده نهان است) پی ببرد؟ البته خیر. وضعیت دانش امروزی بشر پیرامون تحولاتی كه در لایه های عمیق تر زمین رخ می دهند نیز اینگونه است. اگر قرار باشد كه با پی بردن به بخشی از حقایق مربوط به لایه های سطحی (كه معمولاً به لایه های چینش یافته تا عمق ۱۰۰ كیلومتری زمین اطلاق می شود) مدعی شناخت دقیق ویژگی های همه لایه ها شویم یقیناً اشتباه كرده ایم. آن ۶۳۰۰ كیلومتر باقی مانده از جنس سنگ و آهن كه زیر صفحات تكتونیكی خوابیده است جلوه تكامل یافته ای از نحوه عملكرد یك موتور حرارتی غول پیكر (كره زمین) را به نمایش می گذارد. «صفحات تكتونیكی» كه در نزدیكی های سطح زمین واقع شده اند نقش همان عقربه های متحركی را ایفا می كنند كه عملاً صورت ظاهری كاركرد پیچیده یك ساعت فوق العاده بزرگ را نشان می دهند: عقربه هایی كه از فواصل و زاویه های مختلف قابل رؤیت بوده، اما زبان گویایی در مورد پیچیدگی های ناپیدای عملكرد خود ندارند. زمین شناسان معاصر توانسته اند با بهره گیری از اطلاعات جمع آوری شده توسط همقطاران خود در عرصه «تكتونیك صفحه ای» به تصویر بسیار ساده ای از آرایش لایه های عمقی زمین دسترسی پیدا كنند. زمین از دیدگاه آنان همانند یك «پیاز» است. متخصصان با عبور دادن امواج ارتعاشی در اعماق زمین، به این نتیجه رسیده اند كه زیر پوسته شكننده صفحه ها لایه ای به ضخامت ۲۸۰۰ كیلومتر از سنگ قرار گرفته كه زیر آن نیز لایه دیگری به ضخامت ۳۴۷۰ كیلومتر از آهن مذاب (و در مركز، آهن جامد) قرار گرفته است. لایه سطحی تر زمین جبه (Mantle) خود به دو لایه جزیی تر كه مرز آن را عمق ۶۷۰ كیلومتری زمین مشخص می سازد تقسیم می شود. لایه دیگری نیز به ضخامت ۲۰۰ كیلومتر زیر جبه به عنوان یك لایه فرعی مورد اشاره قرار می گیرد. پس از بروز تحولات عظیم در عرصه شناخت لایه های سطحی تر زمین یا همان تكتونیك های صفحه ای عملاً «مدل پیاز» طرفداران بیشتری را در مجامع علمی و دانشگاهی به خود جلب كرد. تصویر غالب پیرامون فعالیت های درونی زمین، این سیاره را به سه لایه كلی تقسیم كرد: عمق ۶۷۰ كیلومتری به عنوان مرز دو لایه بالایی (همان طوری كه در بالا نیز به آن اشاره شد) و مركز (Core) به عنوان لایه سوم. بدین ترتیب، سیاره زمین همانند ماشین بخاری با سه لایه متفاوت در نظر گرفته شد. ساختار زمین تا عمق ۶۷۰ كیلومتری همانند دیگ بسیار كم عمقی است كه آب در آن به آهستگی می جوشد. طی این فرایند، گرما و سنگ از طریق برآمدگی های پدیدار شده در وسط اقیانوس به لایه های سطحی زمین راه می یابد كه در نتیجه آن پوسته جدیدی (Crust) ساخته شده و كمی از حرارت اعماق زمین كاسته می شود. در مقابل، تكه های سرد صفحات قدیمی از طریق گودال های موجود در كف دریاها به درون زمین راه می یابد. یك لایه نازك از سنگ داغ ممكن است از درست بالای مرز ۶۷۰ كیلومتری بالا بیاید تا یك نقطه داغ آتشفشانی، همانند هاوایی را بسازد. اما هیچ سنگ داغی از درون مرز ۶۷۰ كیلومتری بالا نیامده و هیچ سنگ سردی به درون آن فرو نرفته است. احتمال ضعیف تری نیز مطرح است كه جبه زمین همانند یك دیگ عمیق كار می كند كه لایه های نازك سنگ دائماً از مرز هسته با پوسته جبه به بالا جابه جا می شوند. چهل سال جست وجو پیرامون حقایق فعالیت های درونی زمین با استفاده از پیشرفته ترین ابزارهای ثبت ارتعاشات درونی باعث تقویت نظریه «موتور حرارتی زمین» شده است. با این حال، شدت مباحثات علمی پیرامون این نظریه هیچگاه فروكش نكرده است. ثبت ارتعاشات درونی زمین با استفاده از ابزارهای پیشرفته امروزی آشكارا نشان می دهد كه مرز ۶۷۰ كیلومتری زمین یك «سد نفوذناپذیر» نیست. تخته سنگ های بزرگ به درون این مرز رسوخ می كنند، هر چند به دشواری. مدافعان نظریه «تقسیم زمین به لایه های مجزا» نیز مرز رسوخ ناپذیر مورد ادعای خویش را به عمق ۱۰۰۰ كیلومتری یا حتی بیشتر از آن انتقال داده و به درستی خودشان را با اكتشافات نوین تطبیق داده اند. بعضاً نیز این احتمال مطرح می شود كه شاید مرز انعطاف پذیر نیمه رسوخ پذیری وجود داشته باشد كه فقط سنگ ها یا تیغه های بسیار قوی قادرند به درون آن نفوذ كنند. اكنون فناوری تصویربرداری ارتعاشات لرزه ای (Seismic imaging) همچنین به وجود دو توده بزرگ سنگ در لایه های پوسته ای تر در زیر قاره آفریقا و اقیانوس آرام اشاره می كنند. پژوهشگران با این عقیده مخالفند كه دمای این توده های پیستونی شكل از میانگین دمای پوسته بیشتر بوده و جرم حجمی آن نیز بیشتر باشد، ضمن اینكه آنها با فرض انتقال ناخواسته آنها به لایه های سطحی تر فقط به واسطه فشار جریانات پیرامونی نیز مخالفند. لایه های نازك سنگ كه تا حدی ذوب شده اند سطوح پایینی جبه را پوشانده اند، اما هنوز معلوم نیست كه آیا تیغه های بسیار باریك نیز در این سطوح یافت می شوند یا خیر. متخصصان زمین شیمی كه مطالعه خواص درونی عناصر و ایزوتوپ های موجود در سنگ های مشتق از جبه را در دستور كار خود دارند نشانه های وجود پنج مخزن با عمر طولانی را یافته اند كه باید میلیاردها سال در برابر اختلاط سنگ ها در جبه مقاومت كرده باشند. اما آنها نشانه ای در دست ندارند كه این مخازن ممكن است در كجای جبه پنهان شده باشند. چطور می توانیم از رازهای «ماشین سیاره ای زمین» كه به طور فزاینده ای نیز پیچیده تر می شوند پرده برداریم و مشخص سازیم كه چه عاملی باعث شده است تا این سیاره با وجود همه تحولات ریز و درشت درونی خود تا این اندازه قابل سكونت باشد؟ ظاهراً راهی جز تداوم پژوهش های قبلی و توسل جستن به عنصر شكیبایی وجود ندارد. روی هم رفته، تكتونیك های صفحه ای از بیش از نیم قرن پیش مورد مطالعه دقیق قرار داشته اند، اما باید پذیرفت كه پژوهشگران اولیه به دلیل دسترسی به فناوری های ابتدایی تر مجبور بودند فقط لایه های سطحی تر دریاها و اقیانوس ها را مورد كنكاش قرار دهند. بهبود توانایی های بشر امروزی در سنجش ارتعاشات درونی زمین به موازات عرضه لرزه سنج های بسیار پیشرفته تر به بازار باعث شده است تا امیدواری ها نسبت به تداوم اكتشافات پیشین در عرصه تكتونیك صفحه ای تا حد زیادی افزایش پیدا كند. داده های حاصل از این قبیل ابزارهای پیشرفته هم اكنون باعث بروز توانمندی های چشمگیری در تشخیص دما از آثار تركیبی نزد كارشناسان شده است. افزایش توانمندی های فناوری پژوهشگران به ترسیم تصویر حتی پیچیده تری از ساختار جبه انجامیده است. فیزیكدان های فعال در حوزه مواد معدنی در برخی از معتبرترین آزمایشگاه های دنیا هم اینك در حال رمزگشایی خواص بیشتری از سنگ های موجود در اعماق مختلف جبه هستند تا به كمك اكتشافات جدید بتوانند تفسیر دقیق تری را از داده های حاصل از فعالیت های لرزه نگاری ارائه دهند. البته، هنوز جزئیات فراوانی از تركیب ساختاری جبه ناشناخته باقی مانده و همین امر به مانعی بر سر راه پژوهشگران تبدیل شده است. كارشناسان، محققان و مدل سازان فعال در حوزه زمین شناسی قصد دارند تا در آینده با دقت بسیار بیشتری كل این ماشین (حرارتی) را شبیه سازی كنند. در صورت تحقق چنین فرضی یقیناً اطلاعات بیشتری در مورد ارتعاشات درونی زمین، فیزیك مواد معدنی و سایر ویژگی های مربوط به مشاهدات ژئوفیزیكی از قبیل تنوعات جاذبه ای حاصل خواهد شد. شاید ۴۰ سال دیگر برای تحقق چنین پیشرفتی لازم باشد. پس، امیدوارانه منتظر می مانیم.

[Borna66]

نحوه تشکیل شفق قطبی:

شفق قطبی چیست و چگونه تشکیل می شود؟

نیروهای لورنتس که موجب انحراف مسیر الکترونها در میدان های مغناطیسی می شود در بسیاری از پدیده های طبیعی تجلی می یابند و فقط با یاری گرفتن از این نیروها توضیح آنها ممکن است. یکی از تماشایی ترین و با شکوهترین پدیده ها از این نوع شفق قطبی است، که مشخصه عرض های جغرافیایی بالا , نزدیکی های شمال یا جنوب مدار قطبی است. پدیده شگفت آور و زیبایی که در طول شب قطبی طولانی در آسمان دیده می شود.


آسمان تابان می شود و نقش هایی با رنگها و شکل های گوناگون دیده می شود. گاهی دارای شکل کمان یکنواخت ، ساکن یا تپنده است و گاهی عبارت است از شمار زیادی پرتو با طول موج های متفاوت ، که مانند پرده ها و نوارها بازی می کنند و پیچ و تاب می خورند. رنگ تابانی از سبز مایل به زرد به سرخ و بنفش مایل به خاکستری تغییر می کند. طبیعت و منشا شفق های قطبی زمان درازی به کلی پوشیده مانده بود. تا اینکه به تازگی برای این راز توضیح رضایت بخشی پیدا شد.

ارتفاع شفق های قطبی:

قبل از همه , دانشمندان موفق شدند ارتفاعی را که شفق های قطبی ظاهر می شوند، تعیین کنند. به این منظور از یک تابانی از دو نقطه به فاصله چند ده کیلومتر از یکدیگر عکس گرفتند. به کمک چنین عکس هایی ثابت کردند که شفق های قطبی در ارتفاع 80 تا 100 کیلومتری بالای زمین (بیشتر اوقات در ارتفاع 100 کیلومتر) ظاهر می شوند. به این ترتیب دریافتند که شفق های قطبی تابانی گازهای رقیق موجود در جو زمین هستند، که تا اندازه ای به تابانی در لامپ های تخلیه گاز شبیه می باشند.

دوره تناوب ظهور شفق های قطبی:

رابطه جالب بین شفق های قطبی و پدیده های دیگر روشن است. شفق های قطبی با دوره های متفاوت مشاهده می شوند. اختلاف دوره های شفق قطبی بعضی اوقات به چندین سال می رسد. مشاهدات چندین ساله آشکار ساخته اند که دوره های زیادی ماکزیمم شفق های قطبی به طور مرتب در 11.5 سال تکرار می شوند . در طول این مدت ، شماره شفق های قطبی نخست سال به سال کاهش می یابد و سپس شروع می کند به زیاد شدن تا مقدار آن در 11.5 سال از نو به ماکزیمم می رسد.

سایر پدیده های زیبای جوی:

مشاهده سطح خورشید ، از خیلی پیش ، وجود لکه های تار و نامنظمی را روی قرص آن آشکار ساخته اند که اغلب شکل و جایشان عوض می شود، معلوم شده است که تعداد و مساحت کل این لکه ها از سالی به سال دیگر ، نه به طور کاتوره ای بلکه با همان دوره 11.5 سال , تغییر می کنند . در این فرایند , ماکزیمم لکه های خورشیدی ، یا فعالیت خورشیدی ماکزیمم ، همزمان با شفق قطبی ماکزیمم عارض می شوند و نابودی آنها نیز با هم هماهنگ می باشد.
تعداد توفان های مغناطیسی به ماکزیمم خود می رسد. در سالهای اخیر رابطه مشابهی بین فعالیت خورشیدی (تعداد لکه های خورشیدی) و شرایط انتشار امواج رادیویی در لایه های بالای جو اثبات شده است. بنابراین مساله ، علاوه بر معنای نظری محض ، اهمیت عملی نیز پیدا کرده است.

فرضیه بیرکلند در مورد لکه های خورشیدی:

بیرکلند (B.Birkeland ) دانشمند نروژی با مقایسه نتایج اخیر این فرضیه را مطرح کرد که لکه های خورشیدی ناحیه هایی هستند که آنها باریکه های ذرات باردار (الکترونها) به داخل فضای اطراف گسیل می شوند. این ذرات با رسیدن به لایه های بالای جو زمین ، از طریق برخوردهای الکترون در این لایه ها ، مشابه تخلیه گاز در لوله ، گازها را به تابانی وا می دارند. این الکترون ها همچنین روی میدان مغناطیسی زمین و شرایط انفجار امواج رادیویی مجاور زمین اثر می گذارند.

یک پرسش و یک پاسخ:

اگر نظریه بیرکلند درست باشد، چرا شفق های قطبی در عرض های بالا ، یعنی در نواحی نزدیک به قطب ها مشاهده می شوند؟ در صورتیکه می دانیم پرتوهای خورشید تمام سطح زمین را روشن می کنند. پاسخ این پرسش را استرمر (Stermer) ، دانشمند نروژی دیگر پیدا کرد. ذرات باردار گسیل شده از خورشید به جو زمین می رسند و به درون میدان مغناطیسی آن نفوذ می کنند. در آنجا نیروی لورنتس بر آنها اثر می کند. و آنها را از مسیر اولیه خود منحرف می سازد.
استرمر محاسبات ریاضی پیچیده ای انجام داد و مسیر این الکترون ها را در میدان مغناطیسی زمین حساب کرد. او نشان داد که ذرات باردار منحرف شده توسط میدان مغناطیسی زمین ، به یقین فقط به نواحی قطبی کره زمین وارد می شوند.

کاربرد ویژه نیروی لورنتس:

این نظریه که در انحراف ذرات باردار در میدان مغناطیسی زمین نیروی لورنتس را به حساب می گیرد، با شمار زیادی از نتایج آزمایشگاهی به خوبی همخوانی دارد و در حال حاضر پذیرش همگانی یافته است. هر چند به تازگی برای توضیح کمی تمامی این دیدگاه دشواریهایی بروز کرده است.
جو «زمین»

جو زمین لایه ای از گازها است که که زمین را احاطه کرده اند که این گازها بوسیله جاذبه زمین نگهداشته شده اند. جو زمین شامل نیتروژن (78.1%) و اکسیژن (20.9%) همراه مقدار کمی از آرگون (0.9%)، دی اکسید کربن (متغیر، ولی حدود 0.035%) ، بخار آب ودیگر گازها می شود. جو زمین موجودات روی زمین را از طریق جذب اشعه فرابنفش خورشید و کم کردن دمای بالای بین روز و شب محافظت می کند.

مرز دقیقی بین لایه های جو وجود ندارد ولی جو به سرعت با افزایش ارتفاع رقیق می شود و هیچ مرز مشخصی بین جو و فضای خارج از جو وجود ندارد. 75% از جو زمین تا ارتفاع 11 کیلومتر از سطح سیاره وجود دارد. در ایالات متحده کسانی که به بالای 50 مایل (80 کیلومتر) سفر کنند فضانورد شناخته می شوند. ارتفاع 400000 پا (75 مایل یا 120 کیلومتر) جایی است که تاثیر قابل توجهی هنگام ورود به آن می گذارد.همچنین ارتفاع 100 کیلومتری یا 62 مایلی به عنوان مرز بین اتمسفر و فضا به طور مکرر استفاده می شود.

دما و لایه های جوی

دمای جو زمین همراه با ارتفاع تغییر می کند؛ رابطه ریاضی بین دما وارتفاع مابین لایه های مختلف جومتغیر است:



*

تراپوسفر- 0- 17/7 کیلومتر، دما با افزایش ارتفاع کم می شود.
*

استراتوسفر- 17/7 -50 کیلومتر، دما با افزایش ارتفاع زیاد می شود.
*

مزوسفر- 50 – 85/80 کیلومتر، دما با افزایش ارتفاع کم می شود.
*

ترموسفر- 85/80 - +640 کیلومتر دما با افزایش ارتفاع زیاد می شود.
*

اگزوسفر

مرزهای بین این مناطق تروپوپوز، استراتوپوز و مزوپوز نامگذاری شده اند.
میانگین دمای جو در سطح زمین 14 درجه سانتی گراد است.

فشار

فشار جو نتیجه مستقیمی از وزن هواست. این به این معنی است که به همراه مکان و زمان تغییر می کند چون مقدار (و وزن) هوای بالای زمین به همراه مکان و زمان تغییر می کند. فشار جوی در اتفاع حدود 5 کیلومتری تقریبا به اندازه 50% سقوط می کند. میانگین فشار جو در سطح دریا حدود 101.3 کیلو پاسکال است.(حدود 14.7 پوند بر اینچ مربع)

جرم و جرم حجمی

جرم حجمی هوا در سطح دریا حدود 1.2 کیلو گرم بر متر مکعب است. این جرم حجمی با افزایش ارتفاع کم و به همین صورت فشار آن کاهش می یابد. مجموع جرم جو زمین در حدود 5.1 × 1018 کیلوگرم است که بخش بسیار ناچیزی از کل جرم زمین را تشکیل می دهد.جرم حجمی فشار جو زمین با افزایش ارتفاع تغییر می کنند. این تغییر تقریبا می تواند نمونه کاربردی Barometric formula باشد.

[Borna66]

ساختمان دروني زمين

زميني كه بر روي آن زندگي مي كنيم، شكلي كروي دارد. شعاع متوسط اين كره حدود 6368 كيلومتر و چگالي نسبي آن 5/5 است. از نظر ساختماني، زمين حالت لايه لايه دارد و هر لايه، داراي خواض فيزيكي و شيميايي متفاوت است.
بخشهاي سطحي بيشتر با نمونه برداري مستقيم و مطالعات آزمايشگاهي بر روي سنگها و ماگماها مورد مطالعه قرار مي گيرد. اما جزء بخشهاي سطحي ، دسترسي مستقيم به قسمت اعظم زمين امكان پذير نيست. با توجه به اطلاعات حاصل از مطالعه شهاب سنگها و ستارگان مي توان تا اندازه اي به تركيب كلي زمين پي برد.
اندازه گيري برخي از خصوصيات فيزيكي زمين (جرم، چگالي، گراني و ...) و مطالعاتي درباره ميدان مغناطيسي ماهيت مواد سازنده دروني زمين را آشكارتر مي كند.
مطالعه درباره ساختمان دروني زمين بيشتر به كمك امواج حاصل از زلزله يا انفجارهاي مصنوعي مسير مي شود. اين امواج همچون امواج نوري ، وقتي از محيطي وارد محيطي ديگر با جنس يا چگالي متفاوت مي شوند، شكسته شده و تغيير سرعت مي دهند. با مطالعه بر روي اين امواج، كره زمين را به سه لايه پوسته، گوشته (جبه) و هسته تقسيم كرده اند.



تركيب شيميايي زمين

براي مطالعه ماهيت دروني زمين از اطلاعات گوناگوني كه با نمونه برداريهاي مستقيم و يا روشهاي غيرمستقيم به دست مي آيد، استفاده مي كنند.

الف) نمونه برداري مستقيم :
تجزيه شيميايي انواع مختلف سنگهاي آذرين، دگرگوني و رسوبي سطح زمين با نمونه هاي به دست آمده از حفاري ها مي تواند تا حدودي نوع مواد سازنده پوسته زمين را مشخص كند.
بر اثر فعاليتهاي آتشفشاني نيز نمونه هايي از بخشهاي عميق تر پوسته و بخشهاي بالايي گوشته در زير قاره ها به سطح زمين رسيده است. گاهي همراه مواد مذاب قطعات ذوب نشده و جامدي از قسمتهاي زيرين پوسته يا گوشته كه ميانبار ناميده مي شوند، به سطح زمين مي رسند. ميانبارها شواهد با ارزشي از چگونگي تركيب شيميايي اعماق پوسته و گوشته فوقاني را به دست مي دهند. در هر حال ميانبارها نمي توانند از اعماقي پايين تر از ناحيه خاستگاه ماگمايي كه حاوي آنها است، بالا آمده باشند.
نمونه هايي از پوسته و گوشته فوقاني زير اقيانوسها در سنگهايي موسوم به افيوليت به دست آمده است. افيوليتها مجموعه اي از سنگهاي لايه لايه به ضخامت حدود 5 هزار متر است كه تركيب آن را معادل پوسته اقيانوسي مي دانند كه در برخي نقاط در خشكيها از جمله در كشور ما ديده مي شوند. گفته مي شود، در چنين نقاطي ورقه هاي سنگ كره به يكديگر برخورد كرده اند و در قاره ها جاي گرفته اند.


با توجه به تركيب ماگماهايي كه از گوشته فوقاني منشأ گرفته اند، همراه با بررسي هاي آزمايشگاهي بر روي فرايند ذوب و تبلور سنگهاي مختلف، مي توان در مورد تركيب گوشته فوقاني نتيجه گيري هاي بيشتري كرد.

ب ) روشهاي غيرمستقيم : با مطالعه سنگهاي آورده شده از ماه ، نيز شهاب سنگهايي كه به زمين برخورد مي كنند و گمان مي رود باقي مانده يك سياره قديمي باشند و همچنين مطالعه خورشيد و ساير ستارگان تا حدودي مي توان تركيب شيميايي مواد سازنده جهان را به دست آورد. و از اين طريق در مورد تركيب كلي زمين نيز نتيجه گيري كرد. پس از وقوع زمين لرزه دو نوع موج دروني و سطح توليد مي شود. امواج دروني خود از دو نوعند :‌ موج طولي يا P و موج عرضي يا S كه اين امواج در مطالعه ي داخل زمين بيشتري كمك را به دانشمندان مي كنند.
سرعت انتشار امواج لرزه اي در سنگها به چگالي و كش ساني (الاستيسيته ) آن ها بستگي دارد ( كش ساني خاصيتي است كه بر اثر آن وقتي يك ماده ي جامد تحت تأثير نيروهاي مخالف قرار مي گرد تغيير شكل و اندازه مي دهد ولي با از بين رفتن خير به حالت اول برمي گردد)
امواج لرزه اي دروني درست مانند امواج نوري، ممكن است ضمن انتشار، منعكس يا منعكس شوند. امواج لرزه اي بر اثر برخورد با سطوح بسياري در درون زمين، مثل سطح بين هسته و گوشته (اتصال گوتنبرگ) يا گوشته و پوسته (انفصال موهو) مي تواند منعكس شوند. انكسار نيز زماني رخ مي دهد كه سرعت امواج لرزه اي در محيط انتقال دهنده ي آنها تغييركند.


خصوصيات و تركيب پوسته

پوسته نسبتاً قشر نازكي در سطح يا بالاترين لايه هاي كره زمين است. ضخامت متوسط پوسته متفاوت و در قاره ها بين 20 تا 60 كيلومتر و در اقيانوسها بين 8 تا 12 كيلومتر است. مرز بين پوسته و گوشته به نام كسي كه اول بار آن را در سال 1910 تشخيص داد انفصال موهورو ويچ يا به اختصار موهو ناميده مي شود.
ضخامت پوسته از جايي به جاي ديگر فرق مي كند، ولي به طور كلي در زير رشته كوههاي قاره ها حداكثر مقدار خود را دارد. ضخامت پوسته در دشت ها كمتر است و در فلات قاره از آن هم كمتر مي شود. نازكترين بخش پوسته را در اقيانوسها، مخصوصاً در نزديكي محور رشته كوه هاي اقيانوسي، مي توان مشاهده كرد.
تركيب پوسته در قاره ها با تركيب آن در اقيانوسها متفاوت است. تركيب شيميايي متوسط پوسته قاره اي مشابه تركيب آندزيت است. بخش هاي رويي پوسته فني از سيليس (Sio2) و آلومين (Al2o3) است.
چگالي سنگهاي قاره اي 2/8/cm 3 و سن قديمي ترين آنها به 8/3 ميليارد سال هم مي رسد. اما چگالي سنگهاي پوسته اقيانوسي حدود 3/g/cm3 است. پوسته ي اقيانوسي،‌اساساً از دو بخش رسوبي (نازك) و بازالتي تشكيل شده است.


خصوصيات و تركيب گوشته

گوشته در زير پوسته قرار دارد و تا عمق 2900 كيلومتري ادامه دارد. دامنه چگالي گوشته از 3/3 گرم بر سانتي متر مكعب در نزديكي پوسته تا 5/5 گرم بر سانتي متر مكعب در نزديك هسته تغيير مي كند.
سرعت امواج p در پوسته بين 6 تا 7 كيلومتر بر ثانيه تغيير مي كند ولي در زير مرز موهو به بيش از 8 كيلومتربر ثانيه مي رسد. تجربيات آزمايشگاهي نشان مي دهد كه در سنگهاي غني از كاني هاي اليوين و پيروكسن مثل پريدوتيت، سرعت امواج لرزه اي بيش از 8 كيلومتر بر ثانيه است. بنابراين تصور مي شود كه اين كاني ها بايد جزء كاني هاي اصلي گوشته باشند. اين نتيجه با اطلاعاتي كه از راه هاي ديگر درباره تركيب گوشته به دست آمده سازگار است. سرعت امواج p و s در نواحي مختلف گوشته بي نظمي هايي نشان مي دهد.
اولين تغيير هم در عمق حدود 70 تا 100 كيلومتري شروع مي شود يعني ازقاعده پوسته تا عمق حدود 100 كيلومتر . سرعت به تدريج از حدود 8 به 3/8 كيلومتر بر ثانيه مي رسد. مطالعات نشان مي دهد كه اين قسمت سخت و سنگي است. اين بخش از گوشته را به همراه پوسته سنگ كره (ليتوسفر) مي گويند، در زير ليتوسفر سرعت امواج زلزله شروع به افت مي كند و كم كم به زير 8 كيلومتر بر ثانيه مي رسد و تا عمق حدود 350 كيلومتر در حد كم باقي مي ماند. اي منطقه را اصطلاحاً « لايه كم سرعت» مي گويند. مواد اين قسمت به نقطه ي ذوب خود نزديك هستند و از اين رو تا حدي سختي خود را از دست داده و نرم شده اند و به همين علت به آن سست كره ( استنوسفر) هم گويند. شواهدي كه نشان دهنده تغييرتركيب شيميايي سنگها در لايه كم سرعت باشد وجود ندارد.
يك توضيح احتمالي براي وجود لايه كم سرعت آن است كه در اعماق حدود 100 تا 350 كيلومتر درجه زمين گرمايي به دماي شروع ذوب سنگهاي گوشته نزديك مي شود در نتيجه سنگها از حالت جامد و سخت فاصله مي گيرند و به حالت خميرسان نزديك مي شوند.
به هر حال ، مقدار مواد مذاب (اگر وجود داشته باشد) بايد خيلي كم باشد؛ چون لايه كم سرعت موج S را عبور مي دهد، در حالي كه اين موج نمي تواند از مايعات عبور كند. بنابراين مي توان گفت سنگها در منطقه كم سرعت به صورت جامد ولي خيلي نزديك به ذوب باقي مي مانند.
لايه ي كم سرعت اهميت زيادي در توجيه نظريه ي زمين ساخت ورقي ( فصل 3) دارد. زيرا در اين نظريه، ورقه هاي تكنونيكي بايد به توانند بر روي يك منطقه تقريباً پلاستيك بلغزند . به علاوه چنان كه مي دانيم ماگماي بازالتي نيز براثر ذوب بخشي سنگها در گوشته فوقاني از اعمال حدود 100 تا 350 كيلومتر منشاء مي گيرد.
با توجه به شكل (4-2) مي بينيم كه در اعماق حدود 400 تا 670 كيلومتر نيز افزايش نسبتاً تندي در سرعت امواج ديده مي شود. بر اساس مطالعات آزمايشگاه اين تغييرات سرعت را ناشي از تغيير فاز ( تغييرات در كاني شناسي يا ساختمان بلورين بدون آن كه لزوماً تغيير در تركيب ايجاد شود) مي دانند


در زير عمق 670 كيلومتر فشردگي موجب مي شود كه سرعت امواج لرزه اي به آهستگي و به طور تقريباً منظم تا مرز گوشته – هسته افزايش يابد. در اين قسمت سنگها چگال و بسيار الاستيك اند. به هرحال ماهيت اين لايه خيلي كمتر از لايه هاي فوقاني شناخته شده است.



خصوصيات و تركيب هسته

هسته از زير گوشته تا مركز زمين ادامه دارد. امواج p و s به شدت تحت تأثير مرزي كه در عمق 2900 كيلومتري زمين است قرار مي گيرند. در اين عمق از سرعت موج p شديداً كاسته شده و موج s جذب مي شود. مرز بين گوشته و هسته در اين عمق قرار دارد.
امواج p مي توانند از درون جامدات و مايعات عبور كنند. بنابراين مي توانند از سنگها و نيز ماگما و ديگر سيالات بگذرند، گر چه سرعت آن ها در محيط هاي مختلف تغيير مي كند. در عوض، امواج s نمي توانند از سيالات عبور كنند.
وقتي زمين لرزه ي بزرگي روي مي دهد، در فاصله بيش از 103 درجه از مركز سطحي زلزله، امواج s مستقيماً قابل دريافت نيستند. به عبارت ديگر يك «منطقه سايه» براي موج s از حدود 103 درجه به بعد در آن سوي زمين ايجاد مي شود.
بنابراين بايد گفت كه يك توده ي سيال در درون زمين راه عبور امواج s ‌ را مي بندد. اين توده سيال، هسته خارجي مايع زمين است. اندازه ي هسته ي خارجي با توجه به وسعت منطقه سايه معلوم شده است. هسته ي خارجي يك منطقه سايه حلقه مانند براي موج p نيز ايجاد مي كند


منطقه سايه در نواري حدود 103 تا 142 درجه نسبت به مركز سطحي زلزله گسترده است. منطقه سايه موج p ناشي از شكست امواج p در مرز گوشته هسته است.
چنان كه گفتيم امواج لرزه اي مي توانند در مرزهاي بين لايه هاي با خصوصيات لرزه اي متفاوت منعكس شوند. به اين ترتيب است كه وجود هسته داخلي مشخص شده است، بخشي از امواج P ‌ در اثر برخورد با مرز بين هسته ي داخلي و خارجي منعكس مي شود و از آنجا كه سرعت ها در گوشته و هسته خارجي معلوم است، با محاسبه زمانهاي مسير امواج P منعكس شده از هسته ي داخلي مي توان عمق اين هسته را برآورد نمود. سرعت موج P در هسته ي داخلي خيلي بيشتر از هسته خارجي است. از اين مطلب نتيجه گيري مي شود كه هسته ي داخلي زمين بايد جامد باشد، تصور نمي شود كه ما در عميق ترين بخش دروني زمين به همان نسبت كه عمقي خيلي افزايش مي يابد زياد شود، ولي فشار به سوي مركز زمين به تدريج زياد مي شود و در مركز زمين به حداكثر مي رسد. به اين جهت حتي اگر تركيب هسته ي داخلي و خارجي يكسان باشد، هسته داخلي به علت فشارهاي زياد مي تواند به صورت جامد باشد، در حالي كه هسته ي خارجي مايع است.
با مقايسه نتايج حاصل از تجربيات آزمايشگاهي بر روي مواد مختلف تحت فشارهاي فوق العاده زياد، با نتايج اندازه گيريهاي سرعت امواج لرزه اي در هسته ، تصور مي شود كه هسته زمين عمدتاً مخلوطي از آهن و نيكل همراه با مقدار كمي عناصر ديگر باشد.
درهر صورت بعيد به نظر مي رسد كه هسته متشكل از سيليكاتها باشد. يكي ديگر از دلايلي كه وجود آهن و نيكل را در هسته تأييد مي كند تركيب شهاب سنگها است. گمان مي رود كه منشأ شهاب سنگهاي آهني، هسته ي يك سياره اي قديمي باشد كه از هم پاشيده شده و به صورت سيارك ها در آمده است. تمام شهاب سنگهاي آهني حاوي مقداري نيكل نيز مي باشند. به همين جهت گفته مي شود كه در هستهي زمين همراه با آهن، نيكل نيز وجود دارد. وجود ميدان مغناطيسي زمين عامل ديگري بر تأييد اين مطلب است كه هسته ي زمين از آهن و نيكل درست شده است.
برخي از عناصري كه از نظركيهاني فراوان و قابل امتزاج با آهن مذاب اند، مثل سيليسيم فلزي، اكسيژن و گوگرد نيز به عنوان سازندگان فرعي هسته ي خارجي پيشنهاد شده اند.


ميدان مغناطيسي

دانش امروزي ما از منشأ ميدان مغناطيسي زمين، محصول يافته هايي است كه درباره حركت الكترونها در اختيار داريم. فيزيكدانها دريافته اند كه با استفاده از جريان الكتريسته مي توان ميدان مغناطيسي ايجاد كرد و برعكس با حركت دادن يك جسم هادي الكتريسته از درون يك ميدان مغناطيسي جريان الكتريكي به وجود آورد.
دستگاهي كه چنين عملي را انجام مي دهد ديناموي خود القا نام دارد.
زمين را نيز مي توان به يك ديناموي خود القاي غول پيكر تشبيه كرد كه حركت الكترونها در آهن مذاب موجود در هسته ي خارجي آن مولد ميدان مغناطيسي است. زمين، هم در گردش وضعي و هم درحركت انتقالي خود پيوسته خطوط نيروي مغناطيسي خورشيد را قطع مي كند. حركت دوراني زمين و همچنين اختلاف دماي هسته ي داخلي و گوشته سبب ايجاد جريانهاي كنوكسيون در آهن مذاب هسته ي خارجي مي شود. از سوي ديگر قطع شدن ميدان مغناطيسي خورشيد توسط آهن مذاب در حال حركت جريان الكتريسته ايجاد مي كند . اين جريانها ميدان مغناطيسي زمين را پديد مي آورند كه خود مولد جريانهاي الكتريكي قوي تر مي شود. اين جريانها هم به نوبه ي خود ميدان مغناطيسي قوي تري را به وجود مي آورند.

وارونگي مغناطيسي:
ميدان مغناطيسي زمين به طور دائم در حال تغيير است. مثلاً موقعيت قطب هاي مغناطيسي زمين نسبت به قطب هاي جغرافيايي آن ثابت نيست و فعلاً ، با سرعت 2/0 درجه در سال، در حال جابجايي است. علاوه بر اين ميدان مغناطيسي زمين در فواصل زماني كه به طور متوسط نيم ميليون سال طول مي كشد، ضعيف مي شود و به تدريج به سمت نابودي مي رود. اما بعد از نابودي، ميدان دوباره شروع به تشكيل مي كند و اغلب ، جهت كنوكسيوني مواد، مخالف جهت قبلي خواهد شد (وارونگي مغناطيسي).
پس مي توان گفت قطبين مغناطيسي شمال و جنوب زمين در طول تاريخ خود صدها و بلكه هزارها بار جابه جا شده اند. نتيجه چنين وارونگي مغناطيسي را نخستين بار در قرن گذشته و در كشور فرانسه دريافتند.
به نظر مي رسد وارونگي مغناطيسي، حاصل تغييراتي است كه در جريانهاي همرفتي (كنوكسيوني) هسته ي خارجي ايجاد مي شود. وقتي مقدار گرماي موجود در درون زمين تغيير كند، جريان هاي همرفتي هم تغيير مي كنند. آشفتگي حاصل از اين جريان تغيير پذير، ممكن است ميدان مغناطيسي زمين را تضعيف يا تقويت كند. مدت زماني كه زمين فاقد ميدان مغناطيسي است، ممكن است چند قرن طول بكشد. يك وارونگي مغناطيسي از يك حالت ناپايدار تا حالت پايدار بعدي – بين 1000 تا 5000 سال طول مي كشد. روشن است كه عقربه ي قطب نما درحالت وارونگي مغناطيسي برعكس حالت امروزي خواهد ايستاد.


نيروي گرانشي

نيروي گرانش يا جاذبه به طور دائم و در همه جاي زمين عمل مي كند ولي شدت آن درجاهاي مختلف متفاوت است.
تغييرات شدت گرانش اطلاعات با ارزشي از ساختمان زمين و تركيب داخل آن، در نقاط مختلف به دست مي دهد.
طبق نظر نيوتن در قانون گرانش عمومي، بين دو جسم به جرم m و ََ m ، صرف نظر از جنس آن ها، همواره نيروي جاذبه (f) وجود دارد. اندازه ي اين نيرو با حاصل ضرب جرم دو جسم نسبت مستقيم و با مجذور فاصله ي آنها از يكديگر نسبت وارون دارد. قانون گرانش عمومي را به صورت F=G mm’/R2 مي نويسند.
(G ثابت جهاني گرانش و مقدار آن m3/kgS2 6/672×10-11 است )
در معادله بالا مي توان به جاي 'm جرم زمين (E) و به جاي m جرم هر جسمي كه در بيرون از زمين قرار دارد و مقدار R را هم فاصله ي جسم تا مركز زمين در نظر گرفت و به اين طريق نيروي گرانش زمين را در هر نقطه اي به دست آورد. مقدار شدت گرانش را توسط ابزاري به نام گراني سنج اندازه گيري مي كنند.
ناهنجاري هاي گرانشي : حتي بعد از در نظرگرفتن تأثير ارتفاع و عرض جغرافيايي محل، هنوز هم ميزان شدت گرانشي در همه جاي زمين مساوي نيست. تفاوت ميان مقدار واقعي شدت گرانش سنجيده شده با مقدار منتظره ي آن در يك نقطه را ناهنجاري گرانشي مي نامند. علت وجود اين ناهنجاري ها، تفاوت در چگالي قسمت هاي داخلي زمين است كه بر مقدار جرم و در نهايت، بر مقدار شدت گرانشي تأثير مي گذارد.


فشار

فشار دروني زمين نسبتاً به آساني قابل برآورد است. فشار هر نقطه، در زير سنگ كره ، با توجه به ضخامت و چگالي سنگ هاي فوقاني تعيين مي شود. چنان كه گفتيم چگالي لايه هاي مختلف را مي توان بر اساس داده هاي امواج لرزه اي به دست آورد. اين موضوع امكان محاسبه فشار را به عوان تابعي از عمق زمين فراهم مي كند.


فشار در مركز زمين به بيش از 5/3 ميليون برابر فشار اتمسفر در سطح زمين مي رسد.


دما

دما در پوسته زمين به ازاي هر كيلومتر كه به عمق برويم حدود 30 درجه ي سانتي گراد افزايش مي يابد. البته براي قسمتهاي عميق تر اين روند افزايش كندتر مي شود. زيرا در غير اين صورت به طول مثال در عمق 2800 كيلومتري دما بايد به 8400 درجه سانتي گراد مي رسيد، كه در چنين دمايي سنگ ها ديگر نمي توانند به صورت جامد يا حتي مايع باشند. بنابراين دماي گوشته و هسته بايد خيلي كمتر از اين مقادير باشد.
شواهد نشان مي دهد كه در استنوسفر بايد دما مساوي يا كمي بيشتر از نقطه ذوب سنگها در اين عمق، و در ساير نقاط گوشته زير نقطه ي ذوب سنگها در اين اعماق باشد.
در هسته ي خارجي هم بايد دما بيشتر ازدماي نقطه ذوب آهن در اين فشار و در هسته داخلي برعكس، دما زير نقطه ذوب آهن در اين اعمال باشد.