زمین خانه ما: از سیاره آبی چه می‌دانیم؟ (قسمت دوم و پایانی)

MacTavish · 28/8/19

اقیانوس‌های روی زمین پس از برخورد دنباله‌دارهای یخی شکل گرفتند و به‌مرور شرایط مساعد برای حیات مهیا شد.

زمین در اوایل حیات خود، هدف بمباران اجرام فضایی متعددی مثل سیارک‌ها، شهاب‌سنگ‌ها و دنباله‌دارهای یخی قرار داشت. براساس فرضیه‌های موجود احتمالا دنباله‌دارها دلیل شکل‌گیری اقیانوس‌ها در سطح زمین هستند. پیدایش اقیانوس‌ها تأثیر زیادی بر محیط و اقلیم زمین گذاشت. از طرفی به‌دلیل فعالیت‌های آتشفشانی مستمر، گازهای مختلفی وارد جو شدند و ضخامت آن را افزایش دادند.

یکی اولین شکل‌های حیات یعنی باکتری‌های غیرهوازی در این دوران به وجود آمدند و به‌مرور با دفع اکسیژن، میزان اکسیژن موجود در جو هم افزایش یافت و به‌دنبال این تغییرات، حیات هوازی به وجود آمد. افزایش اکسیژن جو تا جایی ادامه یافت که لایه‌ی دیگری موسوم به اوزون در قسمت بالای جو به وجود آمد. این لایه از زمین دربرابر تشعشعات مضر خورشید محافظت می‌کند.

در نتیجه به‌لطف شرایط مساعد و آب‌وهوای مناسب اشکال پیچیده‌تری از حیات به وجود آمدند. زمین طی دوره‌های زمین‌شناسی مختلف شاهد چند دوره‌ی انقراض و یخبندان و همچنین تحولاتی در ساختار قاره‌ها بوده است. یکی از دلایل تشکیل قاره‌ها وجود زمین‌ساخت‌ها یا تکتونیک‌های صفحه‌ای است.

در ابتدا این صفحات به یکدیگر متصل بودند ولی طی میلیون‌ها سال حرکت و جابه‌جایی روی گوشته، قاره‌ها از یکدیگر جدا شدند. امروزه سه چهارم کره‌ی زمین از آب تشکیل شده است. که بخش زیادی از آن را اقیانوس‌ها و درصد کمی از آن به منابع آب شیرین اختصاص دارد.

سه‌چهارم سطح زمین را اقیانوس‌ها تشکیل می‌دهند

پوشش آبی (هیدروسفر)
هیدروسفر به پوشش آبی سطحی یا نزدیک به سطح زمین گفته می‌شود که شامل تمام آب‌های سطحی منجمد و مایع، آب‌های زیرزمینی موجود در خاک و سنگ‌ها و همچنین بخار آب جوی است. آب، فراوان‌ترین ماده در سطح زمین است. تقریبا ۱.۴ میلیارد متر مکعب آب، به شکل مایع و منجمد در زمین وجود دارد که اقیانوس‌ها، دریاچه‌ها، رودخانه‌ها، آب‌های زیرزمینی و بسیاری از منابع دیگر را دربر می‌گیرد.

هسته‌ی مرکزی هیدروسفر، چرخه‌ی آب یا چرخه‌ی هیدرولوژیکی است. طی این چرخه منابع آب تا فاصله‌ی ۱۵ کیلومتری جو زمین هم بالا می‌روند و با بارش باران تا فاصله‌ی ۵ کیلومتری پوسته‌ی زمین هم نفوذ می‌کنند.

آب‌های اقیانوسی بیشترین بخش هیدروسفر را تشکیل می‌دهند. جرم کلی آب‌های اقیانوسی، ۵۰ درصد از جرم کل پوسته‌ی زمین است. آب‌های زیرزمینی بخش کوچکی از پوشش آبی را تشکیل می‌دهند (درمجموع ۳ الی ۱۵ درصد). میزان‌ آب‌های موجود در جو هم ناچیز و روی‌هم‌رفته برابر با ۱۳ هزار کیلومتر مکعب یا ۰.۰۰۱ درصد از کل آب‌های سطح زمین است؛ اما این آب، نقش مهمی در چرخه‌ی آبی زمین ایفا می‌کند.

در حال حاضر، پوشش یخی بیش از دو درصد از آب زمین را تشکیل می‌دهد درحالی‌که پوشش یخی عصر یخبندان پلیستوسین (۲.۶ میلیون تا ۱۱٬۷۰۰ سال پیش) به ۳ درصد می‌رسید. اگرچه ذخیره‌ی آب در رودخانه‌ها، دریاچه‌ها و جو اندک است اما میزان چرخش آبی ازطریق سیستم بارندگی، رودخانه، اقیانوس نسبتا سریع است. میزان آب سالانه‌ی تخلیه‌شده به اقیانوس‌ها از زمین تقریبا برابر با کل جرم آب ذخیره‌شده در رودخانه‌ها و دریاچه‌ها است.

رطوبت خاک هم تقریبا ۰.۰۰۵ آب سطح زمین را تشکیل می‌دهد. بااینکه درصد کمی از آب روی زمین در رطوبت خاک وجود دارد اما تأثیر آن چشمگیر است. بیوسفر (زیست‌کره قسمت سکونت‌پذیر زمین شامل جو، آب‌وخاک) نقش مهمی در بازگشت بخار آب به زمین ازطریق فرایند تعریق ایفا می‌کند.

آب‌های زمین از H2O خالص (هیدروژن دی‌اکسید) تشکیل نشده‌اند بلکه شامل مواد معلق و منبعی از مواد زنده و غیرزنده هستند و جابه‌جایی آب‌ها نقش مهمی در انتقال این مواد در سطح زمین ایفا می‌کنند.

جو
زمین تنها سیاره‌ی منظومه‌ی شمسی است که جو آن از شرایط حیات برخوردار است. پوششی از گازها که نه‌تنها شامل هوای قابل‌تنفس است بلکه از موجودات روی زمین دربرابر افزایش گرما و تشعشعات خورشیدی محافظت می‌کند.

ضخامت جو زمین به ۴۸۰ کیلومتر می‌رسد اما بیشترین بخش آن در فاصله‌ی ۱۶ کیلومتری زمین قرار دارد. فشار هوا با ارتفاع کاهش می‌یابد. در سطح دریا فشار هوا یک کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع است در فاصله‌ی سه کیلومتری، به ۰.۷ کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع می‌رسد. در این ارتفاع اکسیژن کمتری برای تنفس وجود دارد. به نقل از ناسا، جو زمین از این گازها تشکیل شده است:

نیتروژن، ۷۸ درصد
اکسیژن، ۲۱ درصد
آرگون، ۰.۹۳ درصد
کربن‌دی‌اکسید، ۰.۰۴ درصد
مقادیر اندکی از نئون، هیلوم، متان، کریپتون و هیدروژن و بخار آب

لایه‌های جوی
جو زمین به پنج لایه‌ی عمده تقسیم می‌شود: اگزوسفر، ترموسفر، مزوسفر، استراتوسفر و تروپوسفر. جو در هر لایه رقیق می‌شود تا اینکه گازها به‌طور کامل در فضا پراکنده می‌شوند. هیچ مرز مشخصی بین جو زمین و فضا وجود ندارد اما خط فرضی شروع فضا در ارتفاع ۱۰۰ کیلومتری آغاز می‌شود.

تروپوسفر به نزدیک‌ترین لایه به زمین گفته می‌شود که ضخامت آن بین ۷ تا ۲۰ کیلومتر است و نیمی از جو زمین در آن قرار دارد. هوا در نزدیکی زمین گرم و با افزایش ارتفاع سرد می‌شود. تقریبا کل بخار آب و گردوغبار موجود در جو و ابرها در این لایه قرار دارند.

بخش نارنجی رنگ تروپوسفر را نشان می‌دهد، تروپوسفر در تروپوپاوس به پایان می‌رسد که به شکل مرز واضحی بین بخش آبی و نارنجی جو دیده می‌شود

استراتوسفر لایه‌ی دوم است؛ که دقیقا از بالای تروپوسفر آغاز می‌شود و تا فاصله‌ی ۵۰ کیلومتری از سطح ادامه پیدا می‌کند. فراوان‌ترین ماده در این لایه، اوزون است که از زمین دربرابر تشعشعات مضر خورشید محافظت می‌کند. هوای این بخش بسیار خشک است و جو آن هزار برابر رقیق‌تر از جو سطح دریا است. هواپیماهای جت و بالون‌های آب‌وهوایی در این فاصله پرواز می‌کنند.

مزوسفر از فاصله‌ی ۵۰ تا ۵۳ کیلومتر از سطح زمین آغاز می‌شود و تا ارتفاع ۸۵ کیلومتری به پایان می‌رسد. بخش بالای مزوسفر، مزاپاوس نامیده می‌شود که سردترین بخش جو زمین است و دمای آن حتی به منفی ۹۰ درجه‌ی سانتی‌گراد هم می‌رسد. بررسی این لایه دشوار است. جت‌ها و بالون‌ها نمی‌توانند به‌اندازه‌ی کافی بالا بروند و ماهواره‌ها و شاتل‌های فضایی در ارتفاع بالاتری قرار دارند؛ اما شهاب‌سنگ‌ها معمولا در این لایه می‌سوزند.

ترموسفر از فاصله‌ی ۹۰ کیلومتری تا بین ۵۰۰ و هزار کیلومتر از سطح زمین ادامه پیدا می‌کند. دما در این ارتفاع می‌تواند حتی به ۱۵۰۰ درجه‌ی سانتی‌گراد هم برسد. ترموسفر بخش مهمی از جو زمین است اما تراکم هوا در این بخش بسیار کم است و بیشترین بخش این لایه به‌عنوان فضای خارجی درنظر گرفته می‌شود. شاتل‌های فضایی در این نقطه پرواز می‌کنند و ایستگاه بین‌المللی فضایی هم در این نقطه قرار دارد.

در این لایه شفق‌های قطبی رخ می‌دهند. ذرات باردار فضایی با اتم‌ها و مولکول‌های ترموسفر برخورد می‌کنند و آن‌ها را به وضعیت بالاتر انرژی می‌رسانند. اتم‌ها با نشر فوتون‌ها به این انرژی واکنش می‌دهند و به‌این‌ترتیب شفق‌های Borealis و Australis رنگی به وجود می‌آیند.

اگزوسفر، بالاترین لایه‌ی زمین و لایه‌ای بسیار باریک و رقیق است که در آن اتمسفر به فضای خارجی می‌رسد. این لایه ترکیبی از ذرات پراکنده‌ی هیدروژن و هلیوم است.

آب‌وهوا و اقلیم
زمین به‌دلیل اقلیم‌های گوناگون منطقه‌ای از جمله اقلیم سرد قطب‌ها تا هوای گرم حاره‌ای استوا، بسـ*ـتری مناسب برای رشد انواع موجودات زنده است. اقلیم یک منطقه براساس میانگین شرایط آب و هوایی در بازه‌ی زمانی حداقل ۳۰ ساله تعریف می‌شود. برای مثال اقلیم یک منطقه را می‌توان با ویژگی‌هایی مثل آفتابی، بادی، خشک یا مرطوب توصیف کرد. آب‌وهوا معمولا طی چند ساعت تغییر می‌کند اما بازه‌ی تغییر اقلیم طولانی‌تر است.

اقلیم سراسری زمین میانگینی از اقلیم‌های منطقه‌ای است. اقلیم سراسری در طول تاریخ سرد یا گرم شده است. امروزه زمین به‌سرعت در حال گرم شدن است. به عقیده‌ی دانشمندان، گازهای گلخانه‌ای به‌دلیل فعالیت‌های انسان افزایش یافته‌اند و گرما را در جو زمین به دام می‌اندازند.

اقلیم یک منطقه براساس میانگین شرایط آب و هوایی در بازه‌ی حداقل ۳۰ ساله تعریف می‌شود
دانشمندان برای درک بهتر پیدایش و ترکیب زمین، آن را با زهره و مریخ مقایسه می‌کنند. هر سه سیاره ماهیتی سنگی دارند و در بخش داخلی منظومه‌ی شمسی یعنی بین خورشید و کمربند سیارکی قرارگرفته‌اند.

زهره دارای یک جو کاملا کربنی با ردپاهایی از نیتروژن و سولفوریک اسید است. بااین‌حال، اثر گریز گلخانه‌ای آن بالا است. فضاپیماها به‌سختی می‌توانند از فشار و دمای بالای سطح این سیاره (۴۶۷ درجه‌ی سانتی‌گراد) جان سالم به در ببرند. ابرهای زهره ضخیم هستند و سطح آن مشخص نیست.

جو مریخ هم از کربن دی‌اکسید و ردپاهایی از نیتروژن، آرگون، اکسیژن، کربن مونواکسید و گازهای دیگر تشکیل شده است. جو این سیاره صد مرتبه رقیق‌تر از جو زمین است و به‌مرور زمان رقیق شده است.

دانشمندان برای درک بهتر سکونت‌پذیری زهره و مریخ، به مقایسه‌ی آن‌ها با زمین می‌پردازند. سیاره‌ی سکونت‌پذیر به سیاره‌ای اطلاق می‌شود که به‌اندازه‌ی کافی به ستاره‌ی میزبان خود نزدیک باشد تا آب به‌صورت مایع روی آن جریان پیدا کند. بااین‌حال سکونت‌پذیری تنها به فاصله‌ی سیاره از ستاره‌ی خود وابسته نیست بلکه به جو، تغییرپذیری و معیارهای دیگر هم وابسته است.

میدان مغناطیسی
میدان مغناطیسی زمین بر اثر جریان‌های هسته‌ی خارجی آن به وجود می‌آید. قطب‌های مغناطیسی همیشه در حال حرکت هستند به‌طوری‌که سرعت قطب مغناطیسی شمالی سالانه (از زمان ردیابی آن در ۱۸۳۰) ۴۰ کیلومتر افزایش پیدا می‌کند.

به نقل از ناسا قدرت میدان مغناطیسی سراسری از قرن نوزدهم، ده درصد کاهش یافته است. در مقایسه با تغییرات میدان مغناطیسی در چند میلیون سال پیش، این تغییرها اندک هستند. چند میلیون سال پیش، میدان مغناطیسی کاملا چرخیده بود به‌طوری‌که قطب‌های جنوب و شمال جابه‌جا شده بودند. میدان مغناطیسی می‌تواند بین بازه‌ی ۱۰۰ تا ۳۰۰۰ سال، کاملا بچرخد و جابه‌جا شود.

میدان مغناطیسی زمین از آن دربرابر تشعشعات مرگبار خورشید محافظت می‌کند

به نقل از آندرو روبرتز، استاد دانشگاه ملی استرالیا، قدرت میدان مغناطیسی در گذشته به‌دلیل وارونگی مغناطیسی، به‌اندازه‌ی ۹۰ درصد کاهش یافته است. این اتفاق باعث شده آسیب‌پذیری زمین نسبت به طوفان‌ها و تشعشعات خورشیدی افزایش پیدا کند و به ماهواره‌ها و زیرساخت‌های الکتریکی و ارتباطی آسیب‌هایی وارد شود. رابرتز می‌گوید:

خوشبختانه راه زیادی تا کاهش چشمگیر میدان مغناطیسی باقی مانده است و باید فناوری را برای مبارزه با این تهدید توسعه داد.

وقتی ذرات باردار خورشید در دام میدان مغناطیسی زمین بیفتند، با مولکول‌های هوای بالای قطب‌های مغناطیسی برخورد می‌کنند و منجر به درخشش آن‌ها می‌شوند؛ به این پدیده شفق یا نورهای شمالی و جنوبی گفته می‌شود.

چرخش و مدار
با چرخیدن زمین به دور خورشید، سیاره به‌صورت هم‌زمان روی یک خط فرضی به نام محور می‌چرخد که از قطب شمال تا قطب جنوب کشیده شده است. ۲۳.۹۳۴ ساعت طول می‌کشد تا زمین به دور محور خود بچرخد و طی ۳۶۵.۲۶ روز مدار دور خورشید را کامل می‌کند.

محور زمین نسبت به صفحه‌ی مداری آن دچار انحراف است. صفحه‌ی مداری به سطح فرضی مدار اطراف خورشید گفته می‌شود. این یعنی قطب‌های شمال و جنوب زمین نسبت به زمان‌های مختلف سال از خورشید دور یا به آن نزدیک هستند؛ بنابراین به‌دلیل تغییر نور و انرژی دریافتی در هر نیم‌کره، فصل‌ها به وجود می‌آیند.

مدار زمین، بی‌نقص نیست؛ بلکه مانند مدار سیاره‌های دیگر بیضی‌شکل است. زمین در منطقه‌ای موسوم به گلدی لاک قرار دارد که در آن دما برای جریان آب مایع روی سطح سیاره کافی است. براساس آمار ناسا:

میانگین فاصله‌ی زمین تا خورشید برابر با ۱۴۹.۵ میلیون کیلومتر است.
حضیض (نزدیک‌ترین فاصله به خورشید) ۱۴۷.۰۹ میلیون کیلومتر است.
اوج (دورترین فاصله از خورشید) ۱۵۲.۰۹ میلیون کیلومتر است.
طور روز خورشیدی برابر با ۲۳.۹ ساعت است.
طول سال خورشیدی (تکامل کامل مداری خورشید)، ۳۶۵.۲۶ روز است.
انحراف استوا نسبت به مدار یا انحراف محور: ۲۳.۴۳ درجه است.

منابع طبیعی و انسانی
باد، جزر و مد، گرمای زمین (که حاصل تجزیه‌ی اتم‌های رادیواکتیو در هسته‌ی زمین است) و خورشید از منابع طبیعی شگفت‌انگیز زمین هستند که انسان برای بهبود زندگی خود از آن‌ها کمک گرفته است، اما سوخت لازم برای برق و گرما از منابع دیگر به دست می‌آیند.

منابع طبیعی به‌طورکلی موارد زیر را در برمی‌گیرند:

هوا، آب‌ و خاک
منابع زیستی، گیاهان و جانوران
مواد خام (مثل مواد معدنی)
فضا و زمین
باد، انرژی زمین‌گرمایی، جزر و مدی یا کشندی و انرژی خورشیدی

منابع طبیعی اغلب به گروه‌های تجدید‌پذیر و غیرتجدیدپذیر تقسیم می‌شوند. منابع تجدید‌پذیر قابل بازیابی هستند و پس از مصرف تمام نمی‌شوند. برای مثال درختان (جنگل‌ها و چوب)، محصولات کشاورزی و احشام از منابع تجدیدپذیر جاندار و آب ‌و خاک از منابع تجدیدپذیر بی‌جان هستند. از دیگر منابع تجدیدپذیر غیرزنده می‌توان به انرژی جزر و مد، نیروی خورشید و باد اشاره کرد. امروزه نیروگاه‌های خورشیدی و بادی متعددی در سراسر جهان برای استفاده از این انرژی پاک ساخته شده‌اند.

منابع غیرتجدیدپذیر پس از مصرف قابل‌ جایگزینی نیستند. سوخت‌های فسیلی، زغال‌سنگ و نفت خام ازاین‌دست منابع هستند. امروزه دخالت بی‌رویه و بیجای انسان در طبیعت ضررهای جبران‌ناپذیری را به برخی منابع طبیعی زنده و محیط‌زیست وارد کرده است. امروزه با افزایش جمعیت، مشکل مدیریت منابع هم افزایش یافته است. به‌طورکلی با افزایش مدرنیته و پیشرفت در جوامع، نیاز و تقاضای انرژی هم افزایش پیدا می‌کند.

منابع انسانی
جمعیت انسانی کل کره‌ی زمین در تاریخ ۳۱ اکتبر ۲۰۱۱ به هفت میلیارد نفر رسید. براساس پیش‌بینی‌ها، جمعیت جهان تا سال ۲۰۵۰ به ۹.۲ میلیارد خواهد رسید. بیشترین رشد جمعیت متعلق به کشورهای درحال‌توسعه است. تراکم جمعیت انسانی در سراسر جهان متفاوت است؛ اما بخش زیادی از جمعیت در آسیا زندگی می‌کنند. پیش‌بینی می‌شود تا سال ۲۰۲۰ تقریبا ۶۰ درصد از جمعیت جهان در مناطق شهری و سایر در مناطق روستایی مستقر شوند.

۹۰ درصد از جمعیت انسانی در نیم‌کره‌ی شمالی زمین زندگی می‌کنند. براساس تخمین‌ها یک‌هشتم سطح زمین برای زندگی انسان مناسب است. سه‌چهارم سطح زمین با اقیانوس‌ها پوشیده شده است و یک‌چهارم آن را خشکی‌ها تشکیل می‌دهد. از این مقدار ۱۴ درصد را بیابان‌ها، ۲۷ درصد را کوهستان‌های مرتفع و دیگر مناطق خشن و نامناسب زندگی تشکیل می‌دهند. شمالی‌ترین نقطه‌ی مناسب برای اقامت انسان الرت در جزیره‌ی نوناوتت کانادا است.

بلاهای طبیعی
بلاهای طبیعی به پدیده‌ی طبیعی گفته می‌شود که آثاری منفی بر انسان و محیط می‌گذارد. رویدادهای طبیعی را می‌توان به دو دسته‌ی عمده تقسیم کرد: ژئوفیزیکی (زمین‌شناختی) و بیولوژیکی. رویدادهای زمین‌شناختی شامل پدیده‌های هواشناسی و زمین‌شناختی از جمله زلزله، فوران آتشفشانی، آتش‌سوزی جنگل‌ها، طوفان‌های گردبادی، سیل، خشک‌سالی، بهمن و رانش زمین می‌شوند. بلاهای بیولوژیکی هم شامل مجموعه‌ای از بیماری‌ها، ویروس‌ها و حملات است.

بسیاری از فاجعه‌های زمین‌شناختی با یکدیگر در ارتباط هستند. برای مثال زلزله‌های زیردریایی می‌توانند منجر به ایجاد سونامی و طوفان‌ها می‌توانند منجر به ایجاد سیل و فرسایش شوند.

زلزله هائیتی

تغییرات اقلیمی و آثار آن
اقلیم زمین در طول تاریخ با تغییرات چشمگیری روبه‌رو شده است. طی ۶۵۰ هزار سال گذشته، هفت چرخه‌ی انجماد در زمین رخ داده است و تاریخ آخرین عصر یخ و آغاز دوران مدرن به ۷۰۰۰ سال پیش می‌رسد. اغلب تغییرات اقلیمی به‌دلیل تغییرات اندک در مدار زمین و تغییر انرژی خورشیدی دریافتی آن به وجود آمده‌اند.

اما دلیل اصلی روند گرمایشی زمین، فعالیت‌های صنعتی و انسانی (بیش از ۹۵ درصد) از اواسط قرن بیستم است که به شکل بی‌سابقه‌ای افزایش یافته است.

قمرهای مصنوعی اطراف زمین و پیشرفت‌های فناوری به انسان کمک کرده‌اند چشم‌انداز وسیع‌تری از زمین را ببیند و اطلاعات مختلفی را در مورد شرایط آب و هوایی آن جمع‌آوری کند. براساس داده‌هایی که طی چند دهه جمع‌آوری شده‌اند، اقلیم زمین در حال تغییر است.

ماهیت به دام انداختن گرمای گازهای کربن‌دی‌اکسید و گازهای دیگر در اواسط قرن نوزدهم ثابت شد. توانایی این گازها برای تأثیر بر انتقال انرژی مادون‌قرمز به داخل جو، مبنای علمی بسیاری از ابزارهای علمی ناسا است. بدون شک، عامل اصلی گرمایش زمین، افزایش گازهای گلخانه‌ای است.

آثار آینده‌ی تغییرات اقلیمی شامل آتش‌سوزی‌های مداوم، دوره‌های طولانی‌تر خشک‌سالی در برخی مناطق و افزایش مدت و تراکم طوفان‌های حاره‌ای است

براساس شواهد به‌دست‌آمده از هسته‌های یخی گرینلند، قطب جنوب و یخچال‌های کوهستانی اقلیم زمین نسبت به تغییر گازهای گلخانه‌ای واکنش نشان می‌دهد. شواهد مربوط‌به این تغییرات را می‌توان در حلقه‌ی درختان، رسوب‌های کف اقیانوس‌ها، صخره‌های مرجانی و لایه‌های سنگ‌های رسوبی مشاهده کرد. براساس این شواهد، گرمایش با سرعتی ده برابر سرعت گرمایش میانگین پس از عصر یخ، در حال افزایش است.

از آثار تغییرات اقلیمی می‌توان به افزایش دمای جهانی، گرم شدن اقیانوس‌ها، کاهش صفحات یخی، کاهش پوشش برفی، افزایش سطح دریاها، کاهش یخ‌های قطب جنوب، رویدادهای آب‌وهوایی شدید و اسیدی شدن اقیانوس‌ها اشاره کرد.

به عقیده‌ی دانشمندان، دماهای جهانی در دهه‌های آینده به‌دلیل افزایش گازهای گلخانه‌ای، افزایش خواهند یافت. هیئت میان دولتی تغییرات اقلیمی (IPCC) که گروهی بیش از ۱۳۰۰ دانشمند ایالات‌متحده و کشورهای دیگر را تشکیل می‌دهد، افزایش ۱.۵ تا ۵.۵ درجه‌ی سانتی‌گرادی دما در قرن آینده را پیش‌بینی می‌کنند. به نقل از IPCC، آثار تغییرات اقلیمی بر مناطق مستقل به‌مرورزمان و همراه‌با تطبیق سیستم‌های محیطی و اجتماعی مختلف، تغییر می‌کنند.

ذوب شدن یخچال‌های قطب شمال به‌دلیل گرمایش جهانی

ماه، تنها قمر زمین
ماه تنها قمر زمین است که به‌راحتی می‌توان با چشم غیرمسلح آن را در آسمان شب رویت کرد. ماه در طی فازهای مختلف و در یک دوره‌ی یک‌ماهه قابل رویت است. در طول تاریخ، بشر از تغییر فازهای ماه به‌عنوان راهنما استفاده کرده است. برای مثال ماه‌های تقویم برابر با شروع ماه کامل تا ماه کامل بعدی است.

فازهای ماه و مدار آن سؤال‌های بسیاری را به وجود آورده‌اند. برای مثال، ماه همیشه یک چهره‌ی خود را به زمین نمایش می‌دهد. دلیل این مسئله هم این است که ماه طی ۲۷.۳ روز، هم به دور محور خود و هم به دور مدار زمین می‌چرخد. ماه کامل، نصف ماه یا ماه نو بسته به انعکاس نور خورشید ظاهر می‌شوند. دیدن هرکدام از این حالت‌ها به موقعیت ماه نسبت به زمین و خورشید وابسته است.

قطر ماه به ۲۴۷۵ کیلومتر می‌رسد که اندکی بزرگ‌تر از پلوتو است. اندازه‌ی ماه، یک‌چهارم (۲۷ درصد) زمین است و تأثیر گرانشی بالایی بر زمین دارد و منجر به جزر و مد می‌شود.

براساس مشاهدات مدارپیمای LRO مقادیر آب در نزدیکی قطب جنوب ماه بیشتر است
نظریه‌های متعددی در مورد شکل‌گیری ماه وجود دارد. براساس یک نظریه‌، پس از برخورد یک جرم بزرگ به زمین تازه‌متولدشده، بخشی از زمین جدا شد و در مدار قرار گرفت. براساس شباهت‌های موجود در ترکیب زمین و ماه، دانشمندان به این نتیجه رسیدند که این برخورد ۹۵ میلیون سال پس از شکل‌گیری منظومه‌ی شمسی اتفاق افتاده است. بررسی‌های جدیدتر در سال ۲۰۱۵ این نظریه را تقویت می‌کنند.

اگرچه نظریه‌ی برخوردی بزرگ بسیار بحث‌برانگیز بوده است اما نظریه‌های دیگری هم برای شکل‌گیری ماه وجود دارد. برای مثال براساس یک نظریه، ماه جسمی خارجی بوده است که در مدار زمین گرفتار شده است یا زمین ماه را از زهره (سیاره‌ی همسایه) دزدیده است.

ماه هسته‌ی بسیار کوچکی دارد که قطر آن به ۶۸۰ کیلومتر می‌رسد. بیشترین بخش هسته‌ی ماه را آهن تشکیل می‌دهد اما مقادیر دیگری مثل سولفور و عناصر دیگر را هم می‌توان در آن پیدا کرد. ضخامت گوشته‌ی ماه به ۱۳۳۰ کیلومتر می‌رسد که از سنگ‌های آهنی و منیزیمی تشکیل شده است. در گذشته مواد مذاب موجود در گوشته‌ی ماه ازطریق فوران‌های آتشفشانی به بیرون آن هدایت شدند.

عمق پوسته‌ی ماه تقریبا به ۷۰ کیلومتر می‌رسد. بیرونی‌ترین بخش پوسته هم به‌دلیل برخوردهای زیاد تجزیه شده‌ است. ماه هم مانند چهار سیاره‌ی اول منظومه‌ی شمسی از سنگ تشکیل شده است. سطح ماه پر از حفره‌های برخوردی است که میلیون‌ها سال پیش شکل گرفته‌اند. به‌دلیل نبود آب‌وهوا در سطح ماه، این حفره‌ها دچار فرسایش نشده‌اند.

سطح ماه به‌طور میانگین از این مواد تشکیل شده است: ۴۳ درصد اکسیژن، ۲۰ درصد سیلیکون، ۱۹ درصد منیزیم، ۱۰ درصد آهن، ۳ درصد کلسیم، ۳ درصد آلومینیوم، ۰.۴۲ درصد کلر، ۰.۱۸ درصد تیتانیوم و ۰.۱۲ درصد منگنز.

سطح‌نورد یوتو ۲ از چین نیمه پنهان ماه را در فاصله‌ی کمی پس از فرود، در ژانویه‌ی ۲۰۱۹ بررسی می‌کند

مدارپیماها، ردپاهایی از آب را روی سطح ماه پیدا کرده‌اند که ممکن است از زیر سطح ماه سرچشمه گرفته باشند. مشاهدات آینده مدارپیمای LRO نشان می‌دهد آب در شیب‌های منتهی به قطب جنوب ماه بیشتر است. براساس یک بررسی در سال ۲۰۱۷، آب ممکن است در فضای داخلی ماه هم وجود داشته باشد.

ماه دارای یک جو بسیار نازک است؛ بنابراین لایه‌ای از غبار یا حتی ردپا می‌تواند مدت‌ها روی سطح آن باقی بماند. بدون جو ضخیم، گرما روی سطح ماه باقی نمی‌ماند و اختلاف دما بالا می‌رود. دمای روز در سمت روشن ماه به ۱۳۴ درجه‌ی سانتی‌گراد و در سمت تاریک به منفی ۱۵۳ درجه‌ی سانتی‌گراد می‌رسد. از ویژگی‌های دیگر ماه می‌توان به موارد ذیل اشاره کرد:

فاصله‌ی میانگین از زمین: ۳۸۴ هزار کیلومتر
حضیض (نزدیک‌ترین نقطه به زمین): ۳۶۳ هزار کیلومتر
اوج (دورترین نقطه از زمین): ۴۰۵ هزار کیلومتر
محیط مداری: بیش از ۲ میلیون کیلومتر
سرعت میانگین مداری: ۳۶۸۰ کیلومتر بر ساعت

مروری بر رصدها و کاوش‌های ماه
به عقیده‌ی مردم باستان، ماه گویی از آتش بوده است؛ اما فلاسفه‌ی یونان باستان، ماه را کره‌ای می‌دانستند که به دور زمین می‌چرخد و نور خورشید را منعکس می‌کند. یونانیان معتقد بودند بخش‌های تاریک ماه اقیانوس و بخش‌های روشن آن زمین و کوهستان هستند.

گالیله اولین شخصی بود که از تلسکوپ برای مشاهدات علمی ماه استفاده کرد و در سال ۱۶۰۹، سطح ماه را کوهستانی توصیف کرد که برخلاف باورهای مردم آن زمان (سطح صاف و صیقلی) بود.

در سال ۱۹۵۹، اتحاد جماهیر شوروی، اولین فضاپیمای خود را به سطح برخوردی ماه فرستاد و اولین تصاویر از آن سوی ماه را فرستاد. پس‌ازاین مأموریت اتحاد جماهیر شوروی و ایالات‌متحده هر دو، مأموریت‌های بدون سرنشین به سطح ماه را ادامه دادند. بسیاری از این کاوشگرها دچار نقص فنی شدند یا نسبتا موفق عمل کردند.

فرود تاریخی آپولو ۱۱ بر سطح ماه

بااین‌حال، کاوشگرهای اولیه به مرور اطلاعاتی را در مورد سطح ماه و تاریخچه‌ی زمین‌شناسی آن به‌دست آوردند. ایالات‌متحده یک مجموعه از مأموریت‌های پایونیر، رنجر و سورویر را به ماه اختصاص داد و به موازات آن اتحاد جماهیر شوروی کاوشگرهای لونا و زوند را به ماه فرستاد. لونا ۲ اولین کاوشگری بود که در سال ۱۹۵۹ به سطح ماه برخورد کرد. اولین فرود نرم و موفقیت‌آمیز توسط لونا ۹ در سال ۱۹۶۶ با موفقیت انجام شد.

ایالات‌متحده در دهه‌های ۱۹۶۰ و ۱۹۷۰، فضانوردهایی را به ماه فرستاد. اولین مأموریت سرنشین‌دار به ماه در ۱۹۶۸ آغاز شد، یعنی زمانی‌که آپولو ۸ به دور ماه چرخید. در سال ۱۹۶۹، آپولو ۱۱ اولین فضانوردها را روی سطح ماه فرود آورد. این مأموریت به یکی از مشهورترین دستاوردهای ناسا تبدیل شد.

به‌دنبال این مأموریت طی پنج مأموریت دیگر، فضانوردهایی به ماه فرستاده شدند. فضانوردها درمجموع ۳۸۲ کیلوگرم سنگ و خاک از ماه به زمین آوردند. ماه تنها جرم فرازمینی است که انسان موفق به فرود روی آن شده است. دانشمندان با پیشرفت فناوری به بررسی سنگ‌ها ادامه می‌دهند و به اکتشافات جدیدی رسیدند. برای مثال در سال ۲۰۱۳، موفق به کشف آب در نمونه‌های بازگشتی از آپولو ۱۵، ۱۶ و ۱۷ شدند.

در دهه‌های بعد هم کاوشگرهای متعددی برای بررسی ماه ارسال شدند. مأموریت‌های اکتشافی سرنشین‌دار و بدون سرنشین به ماه در آینده هم ادامه خواهند یافت.

سیارک‌ها و قمرهای مصنوعی
زمین دارای حداقل پنج سیارک در مدار خود از جمله کروتین 3753 و ۲۰۰۲ AA29 است. سیارک کوچکی نزدیک به زمین به نام ۲۰۰۶ RH120 هر بیست سال یک بار به منظومه‌ی ماه، زمین نزدیک می‌شود و در طی این تماس‌ها می‌تواند مدت‌ کوتاهی در مدار زمین باقی بماند.

تقریبا ۱۸۸۶ ماهواره‌ی مصنوعی عملیاتی در مدار زمین قرار دارند. ماهواره‌های ازکارافتاده از جمله ونگارد ۱ و همچنین نزدیک به ۱۶ هزار سنگریزه در مدار قرار دراند. بزرگ‌ترین قمر مصنوعی زمین، ایستگاه فضایی بین‌المللی است.

فیلم تایم لپس زمین که از ISS گرفته شده است

ایستگاه فضایی بین‌المللی، قمر مصنوعی سکونت‌پذیر در مدار پائینی زمین است که در سال ۱۹۹۸ در مدار قرار گرفت. انتظار می‌رود این ایستگاه تا سال ۲۰۳۰ به فعالیت خود ادامه دهد. ISS بزرگ‌ترین قمر مصنوعی ساخت دست انسان است و می‌توان آن را با چشم غیرمسلح از زمین مشاهده کرد. ISS از ماژول‌های فشرده، شبکه‌های ساختاری، آرایه‌های خورشیدی، رادیاتورها و بازوهای رباتیک تشکیل شده است. اجزای ISS به‌صورت مشترک توسط موشک‌های پروتون و سایوز روسی و شاتل‌های فضایی پرتاب شدند.

ایستگاه فضایی بین‌المللی دارای جاذبه‌ی خرد (microgravity) و مجهز به یک آزمایشگاه فضایی است که فضانوردان در آن به آزمایش‌های زیست‌شناسی، فیزیک، اخترشناسی، هواشناسی و موارد دیگر می‌پردازند. این ایستگاه مناسب تست سیستم‌های فضایی و تجهیزات موردنیاز برای مأموریت‌های مریخ و ماه است. ISS در طول جغرافیایی بین ۳۳۰ و ۴۳۵ کیلومتر از زمین قرار گرفته است.

ایستگاه فضایی بین‌المللی رکورد طولانی‌ترین مدت اقامت انسان در فضا را شکسته است
برنامه‌ی ISS پروژه‌ی مشترکی بین پنج سازمانی فضایی است: ناسا (ایالات‌متحده)، روسکاسموس (روسیه)، جاکسا (ژاپن)، ESA (اروپا) و CSA (کانادا). مالکیت و استفاده از ایستگاه فضایی هم براساس توافق‌های میان دولتی تعیین می‌شود. این ایستگاه به دو بخش تقسیم شده است. بخش مداری روسیه (ROS) و بخش مداری ایالات‌متحده (USOS) که در میان بسیاری از ملت‌ها مشترک است. در ژانویه‌ی ۲۰۱۸، عملیات بخش آمریکایی تا سال ۲۰۲۵ تمدید شد. روسکاسموس هم مأموریت بخش روسی را تا سال ۲۰۲۴ تمدید کرد.

پس از ایستگاه‌های روسی سالیوت، آلماز، میر و اسکای لـ*ـب از ایالات‌متحده، ISS نهمین ایستگاه فضایی سکونت‌پذیر محسوب می‌شود. سابقه‌ی سکونت در این ایستگاه از زمان رسیدن خدمه Expedition 1 به ۱۸ سال و ۱۹۴ روز می‌رسد که طولانی‌ترین حضور انسان در مدار زمین است. پس از پایان برنامه‌ی شاتل فضایی در سال ۲۰۱۱، موشک‌های سایوز تنها موشک حمل‌ونقل فضانوردان به ISS هستند.

آینده‌ی زمین
آینده‌ی زمین‌شناختی و زیست‌شناسی زمین را می‌توان براساس آثار احتمالی و طولانی‌مدت پیش‌بینی کرد. این احتمال‌ها شامل ویژگی‌های شیمیایی سطح زمین و روند سرمایشی ساختار داخلی، برهم‌کنش‌های گرانشی با دیگر اجرام منظومه‌ی شمسی و افزایش پیوسته‌ی درخشش خورشید است.

یکی از معیارهای مبهم، اثر فناوری از جمله مهندسی اقلیم است که تغییرات درخورتوجهی در سیاره‌ی زمین به وجود می‌آورد. یکی از عوامل اصلی انقراض فعلی هولوسین، فناوری است و آثار آن ممکن است تا چند میلیون سال باقی بماند. فناوری حتی می‌تواند منجر به انقراض انسان یا کاهش روند تکاملی شود.

نمایی فرضی از زمین پس‌ازآنکه خورشید وارد فاز غول سرخ می‌شود، در ۷ میلیارد سال آینده

طی بازه‌های طولانی ده میلیون سال، رویدادهای نجومی تصادفی، بیوسفر (زیست‌کره‌) زمین را تهدید می‌کنند و می‌توانند به انقراض‌های انبوه منجر شوند. این رویدادها شامل برخورد دنباله‌دارها یا سیارک‌ها، احتمال انفجار یک ستاره‌ی عظیم در شعاع صدسال نوری از خورشید هستند.

احتمال پیش‌بینی رویدادهای زمین‌شناختی در مقیاس بزرگ بیشتر است. براساس نظریه‌ی میلانکویچ، زمین در دوره‌های مختلف زمین شناسی به پایان خود نزدیک می‌شود. این دوره‌ها براساس تغییراتی مثل گریز از مرکز، انحراف محوری و انحراف مداری زمین به وجود می‌آیند. برای مثال ممکن است انحراف محوری زمین طی ۱.۵ تا ۴.۵ میلیارد سال آینده دچار تغییرات چشمگیری شود و زاویه‌ی انحراف آن حتی به ۹۰ درجه هم برسد.

با افزایش سن خورشید، درخشش آن و در نتیجه تشعشعات برخوردی به زمین هم افزایش می‌یابند. به‌این‌ترتیب فرسایش مواد سیلیکاتی افزایش می‌یابد و سطح کربن دی‌اکسید موجود در جو کاهش پیدا می‌کند. تقریبا طی ۶۰۰ میلیون سال، سطح کربن دی‌اکسید به زیر سطح موردنیاز درختان می‌رسد. در طولانی‌مدت، پوشش گیاهی از بین می‌رود. انقراض گیاهان هم به‌معنی انقراض حیوانات است؛ زیرا گیاهان در زنجیره‌ی غذایی، منبع غذایی اصلی جانوران به‌شمار می‌روند.

تقریبا طی یک میلیارد سال، درخشش خورشید، ده درصد از درخشش فعلی بیشتر می‌شود. به این صورت اثر گلخانه‌ای مرطوب در جو زمین به وجود می‌آید و منجر به تبخیر اقیانوس‌ها می‌شود. به‌دنبال این اتفاق و طی ۲ الی ۳ میلیارد سال، مولد جریان مغناطیسی از کار می‌افتد و مگنتوسفر یا میدان مغناطیسی زمین هم به‌دنبال آن از بین می‌رود و بخش زیادی از جو خارجی از بین می‌رود. در فاصله‌ی چهار میلیارد سال، دمای سطح زمین منجر به اثر گریز گلخانه‌ای می‌شود. در این نقطه کل حیات روی زمین منقرض خواهد شد؛ و طی ۷.۵ میلیارد سال و پس از رسیدن خورشید به مرحله‌ی غول سرخ، زمین توسط خورشید بلعیده خواهد شد.