زمین، چرخه های طبیعی و حیات دریایی

چگونگی پیدایش زمین

زمین یکی از ۹ سیاره ای است که به همراه چندین قمر و تعداد زیادی اجسام کوچکتر به گرد خورشید می گردند. طبیعت منظم و مرتبی که بر منظومه شمسی حاکم است، محققان را به این استنتاج هدایت می کند که زمین و سایر کرات هم زمان با خورشید و از عناصر اولیه یکسانی تشکیل شده باشند. اکثر دانشمندان (دکارت و کانت و لاپلاس و بوفون) و زمین شناس معتقدند که حدود ۱۵ میلیارد سال قبل بر اثر عبور ستاره ای از نزدیک خورشید انفجاری عظیم در آن بوجود آمد و گازهائی بصورت تکه های متراکمی از آن جدا شدند و در فضا با حرکت دورانی بگردش در آمدند و در نتیجه سیاره های منظومه شمسی بوجود آمدند که زمین یکی از این پدیده ها است. بر اساس فرضیه سحابی، اجسام منظوم شمسی از یک توده بزرگ ابر دوار به نام ابر خورشیدی تکوین یافته است که این توده سحابی غالبا از هیدروژن و هلیم و درصد پایینی از عناصر سنگین تر ترکیب یافته بود. ۴.۵ میلیارد سال پیش، زمین دارای سطحی داغ، قرمز و نیمه مذاب بود. پس از گذشت میلیون ها سال، سطح زمین شروع به سرد شدن نمود و پوسته جامدی، به دور زمین به وجود آمد. گازهای داغ و مواد مذاب از لایه های زیرین و از طریق دهانه های آتشفشانی بیرون زده و جو ضخیم زمین را به وجود آوردند. در همین مدت شهاب سنگ های زیادی به سطح زمین خوردند و هزاران گودال شهاب سنگی را در سطح زمین به وجود آورده و مقدار زیادی غبار به جو زمین اضافه کردند.

پس از یک میلیارد سال، زمین به اندازه کافی سرد شده بود تا بخار آب موجود در جو متراکم شده و قطرات آب را به وجود آورد. این قطرات آب میلیون ها سال به شکل باران شدید به سطح زمین افتاده، باعث پاک شدن جو زمین و به وجود آمدن اقیانوس شدند. کره زمین به تدریج به شکل کنونی درآمده است. زمین در بدو پیدایش به صورت کره ای از مواد بسیار داغ و نیمه مذاب بوده که به تدریج عناصر سنگین تر ته نشین شده و هسته فلزی را به وجود آوردند و در عین حال عناصر سبک تر به سطوح فوقانی آمده و جبه و پوسته را تشکیل دادند. پس از گذشت میلیاردها سال زمین سرد شد، سطح زمین جامد گشت، جو زمین شکل گرفت، و اقیانوس ها به وجود آمدند. تکامل زمین هنوز ادامه دارد. پوسته زمین توسط فوران های آتشفشانی در کف اقیانوس ها نوسازی شده و دائما بر اثر زمین لرزه ها و حرکت های قاره ای در حال تغییر و تحول است. تناسب گازهای مختلف در جو زمین نیز بر اثر دخالت های انسان به آرامی در حال تغییر است. زمین سیاره ای است منحصر به فرد، دارای آب مایع و جوی که قسمت اعظم آن از نیتروژن و اکسیژن تشکیل شده که تداوم حیات را ممکن می سازند. در منظومه شمسی، زمین پنجمین سیاره از لحاظ بزرگی و سومین سیاره نزدیک به خورشید است.

ساختار زمین

لایه های زمین

کره زمین از 3 لایه اصلی تشکیل شده است که عبارتند از:

• هسته: داغ ترین قسمت زمین كه از دولایه تشكیل شده است؛ لایه داخلی حالت جامد و لایه خارجی حالت مایع است. هسته زمین بیش تر از عناصر آهن و نیكل ساخته شده است. خاصیت مغناطیسی زمین به خاطر وجود همین دو عنصر در هسته می باشد.
• گوشته: در اطراف هسته قراردارد كه از دو قسمت نرم كره(خمیری شكل) و سنگ كره(قسمت سنگی) تشکیل شده است. مواد سازنده گوشته: شامل سیلسیم- اكسیژن- آهن- منیزیم-كلسیم می باشند.
• پوسته: خارجی ترین لایه زمین است كه سطح آن دارای برجستگی (كوهها) و فرو رفتگی ها (اقیانوسها) می باشد ضخامت آن متفاوت است. در زیر قاره ها ۲۰ تا ۶۰ كیلومتر در زیر اقیانوسها ۸ تا۱۲ كیلومتر است. پوسته در زیر اقیانوسها شبیه لایه پایین پوسته قاره ای می باشد.

نظریه جدا شدن قاره ها

آلفرد نظریه ای بیان کرد که به موجب آن در روزگاران پیشین تمام قاره های جهان به هم چسبیده و تشکیل یک قاره را داده بودند. این قاره بزرگ رودخانه ها و دریاچه هایی نیز داشته است، که بعدها چین و چروکهایی در آن ایجاد شده و به چند قاره تقسیم گشته است و در نتیجه آمریکای جنوبی از آفریقا جدا شده و شروع به دور شدن از آن کرده است آمریکای شمالی نیز از اروپای مرکزی جدا شده و بطرف مغرب رفته است و بالاخره قاره ها به صورتی که امروز می بینیم در آمده اند.

تقسیم بندی اقیانوس ها

مواد مذاب و سست کره به سمت بالا حرکت کرده و پس از سرد شدن آن مواد پوسته اقیانوسی جدیدی ایجاد می شوند. سرعت متوسط باز شدن بستر دریاها، حدود ۵ سانتی متر در سال است. همین سرعت اندك باعث شده است كه بستر اقیانوسها در طول ۲۰۰ میلیون سال اخیر ایجاد شود. در امتداد حاشیه های دور شونده، برآمدگی هایی ایجاد شده است كه طول مجموعه آن ها در اقیانوس های جهان، به حدود ۶۰ هزار کیلومتر می رسد.

زمین یک سیاره آبی است. حدود ۷۱ درصد از سطح زمین را آب ها شامل می شوند که به شدت آب و هوا و اقلیم را تحت تاثیر قرار می دهد. اقیانوس ها به خصوص در نیمکره جنوبی حدود ۸۰ درصد و در نیمکره شمالی حدود ۶۱ درصد از کره زمین را می پوشاند. متوسط عمق اقیانوس ها تقریبا ۴۰۰۰ متر بوده که که ۸۴ درصد از کف اقیانوس ها در اعماق بیش از ۲۰۰۰ متر قرار دارند. عمیق ترین منطقه اقیانوس تراشه ماریانا بوده که حدود ۱۱۰۰۰ متر عمق داشته ودر اقیانوس آرام غربی واقع شده است. از آنجایی که نور خورشید به اعماق پایین تر از ۱۰۰۰ متر نفوذ نمی کند، آب های پایین تر از این منطقه سرد و بی نور بوده و معمولا دما در این مناطق به کمتر از ۴ درجه کاهش می یابد. بخش های سطحی اقیانوس ها گرم بوده و غنی از موجودات زنده می باشد. پس از گذشت سال ها، پیکره های آبی کوچکتر مانند دریاچه ها، رودخانه ها و برکه ها که امروزه وجود دارند ناشی از بارش، فرسایش و فراز و نشیب های حاصل از خشکی ها هستند. طی این فرایندها اقیانوس ها امروزه به ۴ حوضه اصلی تقسیم می شوند که شامل اقیانوس های آرام، اطلس، هند، منجمد شمالی و منجمد جنوبی می باشند. اقیانوس های جهان بیش از ۱.۱۸ تریلیون متر مکعب از آب را نگه داری می کنند.

چرخه آب

در مقایسه با حجم کل زمین، لایه ای که حیات در آن وجود دارد به نازکی پوست تخم مرغ است. هنوز هم همه موجودات روی زمین آنچه را که نیاز دارند به جز انرژی دریافتی از خورشید، از منابع موجود در این لایه تامین می کنند. پروسه های زیستی می توانند به سرعت آب، اکسیژن و عناصر مغذی زمین را از بین ببرند البته چنانچه فقط این منابع یکبار مورد استفاده قرار گیرند، اما از آنجا که این منابع بین هوا، زمین، آب و موجودات به چرخش در می آیند باعث حفظ و بقای حیات می شوند. آب در چرخه هیدرولوژی به اشکال مختلفی مانند جذب بخار و متراکم شدن و سپس جریان یافتن بر روی زمین به گردش در می آید. در طول این چرخه گرمای خورشید آب موجود در دریاها، دریاچه ها و برکه ها را تبخیر می کند. در طول این چرخه گیاهان آب را جذب کرده و سپس آن را تبخیر می کنند. بخار آب بالا رفته و با متراکم شدن در اثر سرما به صورت بارش برف و باران به زمین بازمی گردند. این بارش ها در برکه ها رودخانه هاجریان یافته و مواد معدنی و ترکیبات دیگر را با خود به سمت اقیانوس ها حمل می کنند. موجودات مقداری از آب را مصرف کرده و سپس توسط مواد دفعی و یا در نتیجه مرگ و تجزیه دوباره آن را به جو بر می گردانند. بخشی دیگر از آب به وسیله رودخانه ها و دریاها سرانجام به هوا بر می گردد.

دما

آب دارای ظرفیت گرمای ویژه است. به این معنی که گرمای بیشتری از سایر مواد معمول در خود نگه داری می کند. این ویژگی برای کره زمین مقاومت گرمایی ایجاد می کند به این ترتیب باعث می شود که نوسانات دمایی بالا را تحمل کند. به دلیل بالا بودن ظرفیت گرمای ویژه آب دمای اقیانوس ها با از دست دادن و یا گرفتن حرارت، به میزان زیاد افزایش و یا کاهش نمی یابد، بنابراین روند تغییرات دمایی در اقیانوس ها و دریاها در طی زمان به تدریج اتفاق می افتد. بر خلاف اقیانوس ها دما در روی خشکی ها در طول روز در برخی از اقلیم ها به طور قابل توجهی تغییر می کند. مقاومت گرمایی اقیانوس ها برای موجودات خشکی ها همانند موجودات ساکن دریا بسیار مهم می باشد چرا که میزان زیادی انرژی گرمایی از خورشید به دست می آید. بخشی از این انرژی از اتمسفر عبور کرده و توسط اقیانوس ها جذب می شود و سپس از طریق هدایت، بخار و تابش مجددا به اتمسفر بر می گردد. با گذشت زمان، انرژی تابشی خورشید و منابع گرمایی داخل زمین با گرمای تابشی خارج شده از زمین به تعادل می رسند. بنابراین زمین تعادل گرمایی خود را حفظ کرده به این معنی که زمین با همان سرعتی که خنک می شود با همان سرعت نیز گرم می شود نهایتا با گذر زمان زمین نه سرد می شود و نه گرم.

در طول روز و فصل های گرم، آب دریاها به عنوان دستگاه تنظیم کننده گرما عمل کرده و مانع نوسانات دمایی زیاد که در اثر انرژی حرارتی غیر یکنواخت در سرتاسر کره زمین ایجاد می شود، می گردد آب دریاها انرژی حرارتی را در طول روز و در تابستان جذب کرده و سپس آن را در طول شب و زمستان مجددا به اتمسفر باز می گرداند. همچنین دریاهای یخی که در ناحیه قطبی یافت می شوند، گرما را با ذوب شدن در روز جذب کرده و در طول شب با منجمد شدن آن را آزاد می سازند. اختلافات دمایی بین روز و شب و یا زمستان و تابستان بدون وجود اقیانوس ها که باعث تعادل گرمایی می شوند بسیار محسوس خواهد بود. بدون انرژی گرمایی ایجاد شده توسط آب، بسیاری از موجوداتی که بر روی کره زمین زندگی می کنند قادر به تحمل نوسانات دمایی بالا که در طول روز و شب اتفاق می افتاد نمی باشند.

هر گونه از موجودات به خصوص موجودات دریایی دارای محدوده شرایط مشخصی برای زندگی بوده که در این محدوده قادر به زندگی هستند و خارج از آن نمی تواند به حیات خود ادامه دهند. این شرایط شامل دما، شوری شدت نور خورشید و... می باشد برخی از موجودات می توانند محدوده وسیعی از این شرایط محیطی را تحمل کنند به همین دلیل می توانند در مکان های مختلفی زندگی کنند. اما برخی دیگر دامنه تحمل نوسانات پایین تری داشته و تنها به منطقه ای که در آن زندگی می کنند محدود می شوند. یک موجود می تواند محدوده ی تحمل وسیعی از برای یک فاکتور و یا شرایط داشته باشد مثلا دما و تحمل کمتری برای فاکتور دیگر داشته باشد.

آستانه تحمل ها بر روی یکدیگر اثر متقابل دارند. برای مثال ستاره های دریایی محدوده وسیعی از دما را تحمل می کنند، اما آنها آستانه تحمل کمتری برای تغییرات سایر فاکتورهای محیطی مانند شوری خواهند داشت.

پراکنش موجودات آبزی به اختلافات جغرافیایی در دمای آب مربوط می شود. به همین دلیل بیشتر جانوران و همه گیاهان فاقد مکانیسمی برای کنترل کردن دمای داخلی بدنشان می باشند. به همین دلیل این موجودات را موجودات خونسرد می نامند و دمای داخلی بدنشان با دمای محیط زندگی شان یکسان است. در نتیجه این موجودات تنها می توانند در یک محدوده باریکی از دما زندگی می کنند . تنها پرندگان پستانداران و گروه کوچکی از ماهیان پلاژیک مانند تن ماهیان می توانند دمای داخلی بدن خود را تنظیم کنند این گروه از موجودات را جانوران خونگرم می نامند. توانایی برای تنظیم دمای بدن این امکان را به موجودات می دهند تا بتوانند مجال بیشتری برای حرکت و جابه جا شدن در آب و هواهای مختلف را داشته باشند.

تغییرات دمایی می تواند اثرات متفاوتی بر روی موجودات آبزی داشته باشد. اول، می تواند میزان متابولیسم را تحت تاثیر قرار دهد (مانند رشد سلولی، مصرف اکسیژن، ضربان قلب و فرایند های فیزیولوژی دیگر). برای موجودات خونسرد دمای محیطی سوخت و ساز و متابولیسم آنها را تنظیم می کند. به عنوان قانون، سرعت سوخت وساز برای چنین موجوداتی با هر ۱۰ درجه افزایش دما دو و یا سه برابر می شود. آشکاراست که تغییرات فصلی در دمای آب می تواند به شدت موجودات آبزی را تحت تاثیر قرار دهد. توانایی گونه های خونسرد برای تحمل نوسانات دمایی می تواند در بقای آنها بسیار موثر باشد. بسیاری موجودات از تغییرات فصلی دما برای رهاسازی اسپرم ها و تخمک های خود در آب استفاده می کنند.

شوری

ترکیبات شوری آب یک فاکتور بسیار مهم دیگری است که بر قلمرو موجودات می تواند اثر گذارد. دانشمندان دریایی تصور می کنند که آب شور یک محصول تجمع یافته از مواد ترکیبی در طول میلیون ها سال است که توسط باران از هوا، سنگ ها و خاک در آن تجمع می یابند. یکی از دلایلی که آب های شیرین، شیرین هستند این است که آب خالص بر اثر بارش در بخش های داخلی خشکی ها تجمع یافته و به جز در مواردی، فرصتی برای شور شدن پیدا نکرده است.

ترکیبات حل شده حدود ۳.۵ درصد از آب شور را تشکیل می دهند. مابقی یعنی حدود ۹۶.۵ درصد آب خالص می باشد. مواد موجود در اقیانوس ها به یکی از ۳ گروه زیر تقسیم می شوند مواد غیر آلی که به مواد مغذی و نمک ها اشاره دارد گازهای محلول و ترکیبات آلی که از بقایای موجودات ایجاد می شوند. در سال های اخیر طبقه بندی دیگر نیز به وجود آمده است. ترکیبات آلی و سنتزی مانند DDT و دیگر مواد آلاینده که می توانند اثرات مخربی بر روی موجودات آبزی داشته باشند.

شوری به صورت کلرید سدیم حل شده در آب تعریف می شود که همراه با دیگر نمک ها شامل کلرید پتاسیم می باشند. شوری شامل غلظت کلی همه مواد غیر آلی آب و یا یون ها می باشد. به همه این مواد نمک های حل شده در آب می گویند. شوری به صورت بخش به ازای هزار یا ppt بیان می شود. به طور کلی شوری آب یک پیکره آبی به مقدار بسیار کم تغییر می کند. اما در برخی مناطق خاص این تغییرات بسیار محسوس است. مثلا از نقطه صفر در دهانه رودخانه ها تا بیش از ۴۰ درصد در محیط های محصور دریای سرخ. نسبت نمک های محلول در آب ثابت مانده و تنها مقدار نسبی آب تغییر می کند. شوری معمولا در محل ورودی آب شیرین به اقیانوس ها و یا به هنگام بارندگی و یا در زمان بخار شدن آب تغییر می کند. برای مثال آب های لب شور در نتیجه مخلوط شدن آب های شیر و شور در مصب رودخانه ها به وجود می اید.

نور

نور تنها به بخش های بالایی بسیاری از پیکره های آبی نفوذ می کند این ناحیه را منطقه نوری photic zone می نامند. نور فقط در بخش هایی به بستر نفوذ می کند که نسبتا کم عمق و شفاف باشند. در تمیز ترین آب ها نور نمی تواند به اعماق بیش ۶۰۰ متر نفوذ کند اما نفوذ تا عمق ۱۰۰ متری معمول می باشد. تنها دو درصد از نور تابشی به سطح اقیانوس ها می رسد. زیرا آب بخشی از نور را جذب و بخشی دیگر را پراکنده میکند.

میزان نور نفوذی بستگی به شفافیت آب دارد. در مناطق ساحلی شستشوی رسوبات از خشکی ها میزان نفوذ نور را کاهش داده که می تواند به 3 متر برسد. در شفاف ترین آب ها یک اسپکتوفوتومتر ( وسیله ای که برای اندازه گیری شدت تابش در بخش های مختلف یک طیف استفاده می شود) ممکن است نور را تا اعماق 5۹۰ متر نشان دهد. اگرچه همانطور که بیان شد بخشی مهمی از نور نفوذی به اعماق ۱۰۰ متر می رسد. اما نور کافی برای دیدن از سطح تا ۱۵۰ متر با چشم انسانی دیده شود.

جانوران

اصطلاح جانوران، به موجودات پرسلولی و نیز تک سلولی اطلاق می شود که به دلیل عدم داشتن دیواره های سلولی گلوکزی و کلروفیل و در نتیجه عدم توانایی تولید غذا از طریق فتوسنتز از دسته دوم یعنی گیاهان جدا می شوند.

طبقه بندی جانوری به ما کمک می کند که بتوانید تمامی جانوران را در گروه های مشخصی که بر اساس ویژگی های مشترک بین آنها تعریف می شود قرار دهیم. این موضوع به ما در درک بهتر وضعیت زندگی و رفتار هر گونه کمک می کند. در گذشته این طبقه بندی ها بر اساس شکل و آناتومی مربوط به هر گونه جانوری صورت می گرفته است ولی در حال حاضر دانشمندان از روش های دقیق تری مثل کد های DNA برای تشخیص و طبقه بندی یک گونه جانوری استفاده می کنند.

حیات دریایی و اقیانوسی

دانشمندان موجودات زیر آب را بر اساس ویژگی های فیزیکی طبقه بندی می کنند. موجودات مختلف زیادی می توانند در محیط های یکسان زندگی کنند که دارای استراتژدی بقای مشابهی می باشند. دانشمندان موجودات زیر آب را بر اساس نوع زندگی به پلانکتون، نکتون، و بتنتوز طبقه بندی می کنند.

پلانکتون ها به دو دسته فیتوپلانکتون (گروه گیاهی ) و زئوپلانکتون ( دسته جانوری ) طبقه بندی می شوند، هر دو گروه در جریانات اقیانوسی شناور می شوند. بسیاری از پلانکتون ها کوچک و میکروسکپی بوده و قادر به شنا در خلاف جهت جریان و امواج نمی باشند. پلانکتون ها از جمه مهمترین موجودات بر روی کره زمین هستند و بدون آنها حیاتی وجود نخواهد داشت.

نکتون ها موجوداتی هستند که قادر به شنا بوده و شامل همه موجودات از بی مهرگان گرفته تا موجوداتی مانند وال های بزرگ می شوند. اکثریت نکتون ها ، مهره داران ( موجوداتی که دارای استخوان پشتی هستند) مانند وال ها و کوسه ها بوده و بی مهرگان ( موجودات فاقد استخوان پشتی یا ستون مهره) مانند ماهی مرکب هستند.

بنتوز ها موجوداتی هستند که در روی بستر و یا داخل بستر زندگی می کنند. این موجودات متحرک بوده و یا چسبیده به بسترمی باشند. مثل شقایق های دریایی، بارناکل ها و بادبزن های دریایی .

این نوع طبقه بندی دارای تقسیمات کوچکتری نیز می باشد. یکی از مهمترین تقسیمات نیوستون نامیده می شوند. نیوستون ها موجوداتی هستند که در سطح آب شناور هستند برای مثال مرد جنگجوی پرتغالی در ساختار بدن خود دارای محفظه پر از هوا بوده که آن در سطح آب نگه داشته و اجازه می دهد تا توسط باد جابه جا شود، این وضعیت به جانور امکان می دهد که توسط شاخک های سمی خود طعمه خود را شکار کند. بنتوز ها به اپی فونا، اپی فلورا، این فونا طبقه بندی می شوند. اپی فوناها جانورانی هستند که روی بستر زندگی می کنند مانند خرچنگ. اپی فلورا گیاهانی هستند که روی بستر زندگی می کنند؛ مانند علوفه های دریایی. این فونا موجوداتی هستند که کاملا یا قسمتی از آنها زیر بستر می باشد مانند صدفها، سکه های شنی، کرم های لوله ای، و مدادهای دریایی.

اکثر این فوناها پالوده خوار و مرده خوار هستند. موجودات لاشه خوار از بقایای سایر موجودات تغذیه کرده و آنها را از سطح به سمت پایین می کشند. موجودات پالوده خوار ذرات معلق موجود در آب را فیلتر می کنند (آنها اکثر پلانکتون ها را مورد تغذیه قرار می دهند).