تحقیق در مورد سرگذشت زمین

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

دسته بندی : وورد

نوع فایل :  .doc ( قابل ویرایش و آماده پرینت )

تعداد صفحه : 12 صفحه

 قسمتی از متن .doc : 

سرگذشت زمین ( آشنایی با دوره های حیات در زمین)

زمین زیست پذیر

زمین شناسان مدت ها تصور می کردند شرایط ناپایدار و سوزان زمین پس از تولدش در ۵/۴ میلیارد سال پیش، تنها با گذشت زمان و در حدود ۸/۳ میلیارد سال پیش متعادل و زیست پذیر شده است.

زمین شناسان مدت ها تصور می کردند شرایط ناپایدار و سوزان زمین پس از تولدش در ۵/۴ میلیارد سال پیش، تنها با گذشت زمان و در حدود ۸/۳ میلیارد سال پیش متعادل و زیست پذیر شده است. حدود ۵/۴ میلیارد سال پیش، اقیانوس های ماگما سطح «زمین گداخته» را پوشانده بودند. زمین در معرض برخوردهای پیاپی اجرامی جوان قرار داشت که در هر برخورد سطح ناپایدار آن را متلاشی می کردند و همه چیز ذوب یا بخار می شد. با فرو رفتن آهن سنگین در اقیانوس های ماگما، هسته فلزی هم به تدریج تشکیل شد و در اعماق زمین فروپاشی عناصر رادیواکتیو، گرمایی شش برابر گرمای کنونی تولید می کردند. چنین حالت ناپایداری برای چند صد میلیون سال طول کشید. این شرایط جهنم بار باید آرام می شد تا سطح گداخته زمین به پوسته تبدیل شود، قاره ها شکل گیرند، اتمسفری متراکم و یکپارچه تشکیل شود و سرانجام اشکال نخستین حیات دوام بیاورند و تکامل یابند. اما سطح زمین با چه سرعتی سرد شد؟ اکثر دانشمندان چنین فرض کرده اند که این شرایط سوزان تا ۵۰۰ میلیون سال ادامه یافته است. دلیل اصلی این دیدگاه هم عدم وجود سنگ های دست نخورده ای است با عمر بیش از چهار میلیارد سال و همچنین وجود فسیل اشکال نخستین حیات که از جوان بودن آنها خبر می دهد. طی پنج سال گذشته زمین شناسان- از جمله گروه خودم از دانشگاه ویسکانسین و مدیسن _ کریستال هایی از کانی زیرسلامهم با ساختار شیمیایی متفاوتی یافتند که تصور ما را نسبت به دوران آغازین زمین تغییر می دهد. خواص ویژه این کانی باعث می شود تا شرایط محیطی زمان پیدایش آن را درک کنیم. این کپسول های زمانی کوچک نشان می دهند که اقیانوس ها و شاید هم قاره ها حدود ۴۰۰ میلیون سال زودتر از آنچه تصور می شد، پدید آمده اند.

از قرن ۱۹ میلادی دانشمندان در پی یافتن سرعت سرد شدن زمین بوده اند اما هیچ کس انتظار یافتن شواهدی جامد را نداشت. چون دمای اقیانوس های ماگمایی ابتدایی بیش از ۱۰۰۰ درجه سانتی گراد بوده است. پیشنهادهای امیدوارکننده دیگر ناشی از محاسبات ترمودینامیک بود که نشان می داد پوسته زمین می تواند طی ۱۰ میلیون سال سخت شود و بدین صورت پوسته تازه سخت شده محیط بیرون را از درون سوزان جدا کند. در صورتی که دوره های آرامی بین برخوردهای شهاب سنگی وجود داشته باشد و پوسته پایدار بماند، و اگر اثر گلخانه ای گرمای چندانی را به دام نیندازد، دمای سطح زمین می تواند به سرعت به کمتر از دمای جوش آب برسد. علاوه بر این خورشید ابتدایی کم فروغ تر بوده و انرژی کمتری ایجاد می کرده است.

اما هنوز هم برای اکثر دانشمندان شواهد اندک زمین شناختی نشان دهنده شرایط فوق العاده سوزان طولانی مدت هستند. قدیمی ترین سنگ دست نخورده شناخته شده سنگی چهار میلیارد ساله است که در نواحی شمال غربی کانادا کشف شد. اما به دلیل اینکه در اعماق زمین تشکیل شده اطلاعات چندانی درباره سطح زمین به ما نمی دهد. اکثر پژوهشگران معتقدند شرایط جهنمی ابتدایی همه سنگ های جوان تر را نابود کرده است. قدیمی ترین سنگی هم که در زیر آب (و در شرایط نسبتاً خنک) پدید آمده عمری بیش از ۸/۳ میلیارد سال ندارد (مشابه قدیمی ترین نشانه های حیات در جنوب غربی گرینلند).

این ماجرا تا زمانی ادامه داشت که کریستال های زیرسلامهم در دهه ۸۰ اطلاعات تازه ای فراهم کردند، قدیمی ترین ماده خاکی شناخته شده تا آن زمان که تا ۳/۴ میلیارد سال پیش قدمت داشت. این کانی ها در صخره ها و سنگ دامنه های ناحیه «جاک هیلز» (Jack Hills) و «ماوت نرریر» (Mount Narryer) دوام آورده بودند، اگرچه برخی دانشمندان درباره اطلاعات به دست آمده، به خاطر سنگ بستر این کانی ها تردید کردند. این کانی ها به قدری پردوام هستند که حتی با قرار گرفتن سنگ حاملشان در معرض هوازدگی و فرسایش به همان صورت باقی می مانند. بنابراین ممکن بود هزاران کیلومتر آن طرف تر تشکیل شده باشند و به کمک باد یا آب به آن منطقه حمل شده و پس از مدتی در آن سنگ ها دفن شوند. به همین خاطر به رغم هیجان اولیه همان دیدگاه قبلی باقی ماند تا زمانی که در سال ۱۹۹۹ با پیشرفت تکنولوژیکی امکان مطالعه درباره این کانی های باستانی به دست آمد.

صخره های «جاک هیلز» حدود سه میلیارد سال پیش نشست کرد ه اند. ما برای به دست آوردن یک بندانگشت زیرسلامهم، مانند گشتن دنبال یک سوزن در انبار کاه، حدود چند صد کیلوگرم از سنگ ها را جمع آوری و بررسی کردیم. در می ۱۹۹۹ از «وایلد» یکی از پیشگامان این کار خواستم تا تاریخ گذاری این سنگ ها را به کمک تکنولوژی نوین انجام دهد و در نهایت شگفتی دیدیم که آنها ۴/۴ میلیارد سال قدمت دارند. نمونه هایی از ماه و مریخ هم چنین قدمتی داشتند و برخی شهاب سنگ ها حتی قدیمی تر هم بودند، اما هیچ چیزی قدیمی تر از آن در سیاره ما یافت نمی شد. تقریباً همه هم عقیده بودند که با تداوم شرایط جهنمی ابتدایی زمین این کانی ها از بین می رفتند. بنابراین تاریخ آغاز شرایط آرام زمین ۴۰۰ میلیون سال به عقب بازگشت، یعنی زمینی زیست پذیر در ۴/۴ میلیارد سال پیش.

ScientificAmerican,Oct.۲۰۰۵

جان والی

میزان Co2 در پرکامبرین

این مسئله که اثر گلخانه ای تغییرات آب و هوائی را هدایت می‌کند مورد سؤال است، اما این حقیقت وجود دارد که Co2، متان و بخار آب همگی در نگه داشتن گرمای خورشید در سیستم زمین نقش دارند. اگر آنها در اتمسفر حضور نداشتند، زمین در حدود 33 درجه سردتر می‌شود و با یخ پوشیده می‌شد. مدل‌سازی تئوری چگونگی فعالیت ستاره‌ها پیشنهاد می‌کند که خورشید با گذشت زمان انرژی کمتری به زمین گسیل می‌دارد. تنها حفظ گازی گرما می‌تواند مانع تبدیل زمین به یک سیاره منجمد نابارور شود. با این وجود دوره‌های سرد شدن در 4 بار طی فانروزوئیک مقدار زیادی آب در یخ سطحی نگه داشته‌اند، دورانی تحت عنوان «گلوله برف» در نئوپروتروزوئیک که اولین یخبندان در حدود Ma2200 پیش شناخته شده است. اولین آنها مطابق با اولین شواهد اکسیژن آزاد اتمسفر می‌باشد و احتمالا بوسیله آن ایجاد شده است. متان یک گاز «greenhouse» قویتر از آب یادی اکسید کربن است و از طریق نابودی غیر هوازی به فراوانی تولید می‌شود.و اکسید کننده قوی می‌باشد. در زمان بعدی، آن در اتمسفر موقتی می‌شود مگر اینکه به طور پیوسته، به طور مثال بوسیله ناپایدار شدن هیدرات گازی در رسوبات کف دریا، آزاد شود. گرم شدن بوسیله Co2 بدون شک کل یخ‌زدن را در تنگنا قرار می‌دهد. مشکل مشخص ساختن این موضوع است که هوا چگونه بوده است چون بیشتر برآوردها بر اساس مطالعه پالئوسولها می‌باشد که نتایج عجیب و غیر صحیح برای اوایل پالئوزوئیک می‌دهد (شاویو و ویزر، 2003 را ببینید).

دقت میکروپروب – یونی پیشرفته اکنون برای اندازه‌گیری ایزوتوپ کربن فسیلهای منفرد مناسب است (قطری در حدود 200 میکرومتر). رسوبات شمال چین، تقریبا Ma1400 سن، دارای آکریتارکهای کم تجزیه شده هستند و داده‌های ایزوتوپ کربن آنها برآورد خوبی از میزان Co2 اتمسفر می‌دهد که از روشهای دیگر مستقل هستند.

Kauffman, A.J.& Xiao,s.,2003, High Co2 Leveis in the proterozoic atmosphere estimated fromanalyses of individual microfossils-Nature, V.425,P.279-282) برآوردها نشان می‌دهد که میزان Co2 بین 10 تا 200 برابر بیشتر از امروز بوده است، که برای نگه داشتن زمین در بالای محدوده دماهای یخچالی در زمانی که روشنایی خورشید در حدود %88 امروز بوده کافی است. آکریتارکها در تمام نئوپروتروزوئیک حاضر بوده‌اند و امکان امتحان دوران بحرانی شرایط گلوله برفی با استفاده از این روش وجود دارد

استفاده از بیوتکنولوژی در تولید فلزات غیر آهنی

استفاده از روش بیوتکنولوژی یا فناوری زیستی برای تولید فلزات غیرآهنی ترویج یافته است. در حال حاضر استفاده از این روش جهت استحصال مس، کانسنگ های مقاوم طلا، روی و نیکل مرسوم شده است. به خصوص برخی کشورها نظیر آمریکا حدود ۲۰ تا ۲۵ درصد از تولید مس خود را از این طریق دنبال می کند. در حال حاضر کانسنگ مس در طبیعت به دو صورت اکسیدی و سولفوری است. اگر کانسنگ اکسیدی باشد با عملیات فروشویی با اسید سولفوریک مس به محلول تبدیل شده و سپس با روش های مختلف می توان مس را استحصال کرد. اما اگر کانسنگ مس به صورت سولفیدی باشد تاکنون با استفاده از حرارت و ذوب مس استحصال می شد که این روش باعث آلودگی هوا می شد و تبعات زیست محیطی زیادی داشت. بنابراین استفاده از روش پیرومتالوژی (ذوب) رقیب جدی روش هیدرومتالوژی در تولید مس شد. چرا که روش هیدرومتالوژی ضرر کمتری به محیط زیست وارد می کند.

در حال حاضر در دنیا سه روش فناوری برای استحصال مس از کنسانتره های سولفیدی مطرح است که شامل استحصال مس به روش دما و فشار بالا، فرآوری مس در دما و فشار متعادل با کمک حلال های خاص است که در کنار دو روش فوق روش بیوتکنولوژی یا فناوری میکروبی مطرح شده، مطالعات برای کاربرد بهینه روش میکروبی آغاز شده است. به خصوص کاربرد این روش برای استحصال طلا از کانسنگ های مقاوم در مقیاس صنعتی رو به گسترش است.

برای استحصال به روش بیوتکنولوژی می توان به دو طریق عمل کرد: کانسنگ های سولفیدی مس که خوراک اولیه کارخانه های فلوتاسیون را تشکیل می دهند بعد از این که تبدیل به کنسانتره شدند می توانند از طریق روش میکروبی تبدیل به فلز مس شوند یا این که می توان کانسنگ های سولفیدی مس را که کم عیار هستند با روش بیوتکنولوژی به فلز مس تبدیل کرد.

مطالعات زیادی برای تولید مس از کنسانتره های سولفیدی با استفاده از فرو شویی میکروبی انجام گرفته است. محققان به دنبال رفع موانع فنی این روش هستند، چرا که کانی های سولفیدی به دلیل داشتن کالکو پیریت در فرآیند فرآوری، کند عمل می کنند، به همان تناسب از سرعت واکنش لیچینگ کاسته می شود. بنابراین دانشمندان به دنبال راه حلی هستند تا روش بیوتکنولوژی برای تولید مس سریع تر و راحت تر انجام شود.

قدیمی ترین سنگهای آتشفشانی کره زمین

قدیمی ترین سنگهای آتشفشانی کره زمین توسط زمین شناسان در کاناداکشف شدند. این سنگها تقریباَ 4 میلیارد سال سن داشته و در شمال کبک، کشف شده اند. دانشمندان امیداورند با مطالعه این سنگها به اطلاعات بیشتری در مورد چگونگی آغاز حیات بر روی کره زمین دست یابند. با مقایسه این سنگها و سنگهای مشابه یافت شده در گرینلند, می توان اطلاعات بیشتری درباره تکامل یک میلیارد سال اولیه زمین، بدست آورد. این سنگها در پورپوس کاو1 در سواحل خلیج هودسون 2 واقع شده اند. آن ها تقریباَ به طور تصادفی یافت شده اند.

کشف هیجان انگیز

ابتدا زمین شناسان فکر می کردند که این سنگها فقط در حدود 8/2 میلیارد سال سن دارند. اما مطالعات مفصل تر نشان داد که حداقل یک میلیارد سال قدیمی تر هستند. نمونه ها برای تعیین سن دقیق به دانشگاه کبک واقع در مونترال 3 و دانشگاه سیمون فریزر4 واقع در بریتیش کلمبیا5 فرستاده شد. این کار توسط پیرنادو6 و دکتر جین دیوید7 انجام شد. دانشمندان با تعیین سن عناصر رادیواکتیو موجود در سنگها سن نمونه ها را 16+825/3 میلیارد سال تخمین زدند. پروفسور روس استونسون 8 از دانشگاه کبک در مصاحبه با BBc News inline گفت این کشفی بود که همه دانشمندان را متعجب ساخت. او همچنین گفت: کشف این سنگها شبیه جواهری است که در دامن من افتاده باشد

حیات چگونه آغاز شد؟

سنگهای کانادا از ماگمایی که از جبه زمین مشتق شده، تشکیل شده اند . بنابراین, این سنگها اطلاعاتی را در مورد یک چهارم اولیه سرگذشت زمین ارائه می دهند. دانشمندان عقیده دارند که سیاره زمین 6/4 میلیارد سال قبل تشکیل شده است. اند کی پس از آن کره ماه تشکیل شد (احتمالاَ از برخورد بین زمین و دیگر توده های سیاره ای بزرگ) و سپس جبه و پوسته توسعه یافتند. به دنبال آن اقیانوسها و اشکال حیاتی ساده, مثل باکتریها, بوجود آمدند. تا امروز, اطلاعات بدست آمده درباره چگونگی تشکیل اینها خیلی کم است. این سنگها خیلی شبیه به سنگهای موجود در توالی ایزوآ 9 واقع در گرینلند هستند.

باتحقیقاتی که قبلاَ بر روی این سنگهای بازالتی انجام شده،بنظر میرسدآنها دارای ترکیبات کربن داری باشند که در اثر فعالیت بیولوژیکی ،تولید شده اند. اکنون می توان سنگهای کانادا و گرینلند را با هم مقایسه نمود. پروفسور استونسون گفت: همانند این سنگها قبلاَ یافت نشده است. دکتر روزالیند وایت 10 از دانشگاه لیستر 11 انگلستان, برای مدتی سنگهای گرینلند را مطالعه کرده است. او گفت: تا قبل از این, سنگهای ایزوآ منحصر به فرد تلقی می شد، اما این توالی 35 کیلومتری فقط نشان دهنده بخشی از یک ناحیه کوچک است و بنابراین مشکل است تا به نتایجی درباره کل زمین دست یابیم. او در خصوص سنگهای جدید گفت که آن ها به زمین شناسان کمک خواهند کرد تا تصویر بهتری از تکامل اولیه زمین ارائه دهند. سنگهای پورپوس کاو بعنوان قسمتی از یک پروژه نقشه برداری که زیر نظر مارتین پرنت 12 از وزارت منابع طبیعی کبک انجام می شد بدست آمدند.