تشکیل زمین از دیدگاه ژئوشیمی

جهان همیشه در حال تحول بوده و هست و اگر از عصر خود به عقب برویم, به حالتی می رسیم که جهان بصورت یک کانون فوق العاده متراکم کوچک و حجم ناچیزی که تمام ماده در آن گنجانیده شده است در می آید

جهان همیشه در حال تحول بوده و هست و اگر از عصر خود به عقب برویم، به حالتی می‌رسیم که جهان بصورت یک کانون فوق‌العاده متراکم کوچک و حجم ناچیزی که تمام ماده در آن گنجانیده شده است در می‌آید. زمین ، جزئی از جهان است و هنگامی زمین شکل گرفته است. با تخمین میزان انبساط ثابت می‌کنند که جهان لایتناهی امروزه بیش از پنج میلیارد سال عمر دارد (برای دستیابی به اطلاعات بیشتر به مقاله عمر جهان مراجعه کنید).

● اثبات عمر جهان از روی عمر عناصر

اگر فرض کنیم که تمام عناصر در آن واحد بوجود آمده و تفاوت سنی برای آنها قائل نشویم، می‌توانیم از روی این زمان صفر که مبدا قرار می‌گیرد، عمر جهان را با تقریب جزئی بدست می‌آوریم، زیرا با کشف مواد رادیواکتیو و واکنشهای آن توام با واکنشهای حرارتی هسته می‌توانیم نیم عمر ماده رادیواکتیو را معلوم کنیم یا به عبارت دیگر چون عناصر در یک زمان بوجود آمده با واکنشهای رادیواکتیو و هسته‌ای تبدیلاتی در آنها به وقوع پیوسته و عناصر دیگری از عناصر مادر تولید شده‌اند. با بررسی عمر مواد رادیواکتیو می‌توانیم عمر عناصر دیگر را درک کنیم.

● وفور عناصر در جهان و عمر عناصر

مدارک در مورد وفور عناصر نشان می‌دهد که تمام عناصری که عدد اتمی آنها از ۴۰ بیشتر است، به یک میزان در جهان فراوان هستند. از این نکته فهمیده می‌شود که هسته‌هایی که آرایش الکترونی مشابه دارند، به یک میزان تقریبا بوجود می‌آیند و نحوه تشکیل و طریقه ایجاد آنها دخالتی ندارد. مثلا اورانیوم ۲۳۸U با نیم عمر ۴ ۴.۴x۱۰ سال با بیسموت و جیوه که عناصر پایداری می‌باشند، به یک میزان در عالم وجود دارند. بنابراین عناصر اخیر نمی‌توانند بیش از چند هزار میلیون سال عمر داشته باشند و گرنه اورانیوم فوق الذکر تا به حال به کلی متلاشی شده بود و از آن اثری باقی نمی‌ماند.

به همین نحو ، پتاسیم ۴۰K که ماده رادیواکتیو طبیعی ایزوتوپی با نیم عمر متوسط ۱.۳x۱۰۹ سال است، به میزان کم وجود دارد و همین وفور کم دلیل بر این می‌شود که هسته این عنصر ایزوتوپ ، باید چندین هزار میلیون سال قبل تشکیل شده باشد تا وقت کافی برای متلاشی خود داشته باشد و وفور آن نقصان یابد. همین استدلال درباره پلونیوم ۲۳۷NP با نیم عمر ۲۲۵x۱۰۴ و پلونیوم ۲۳۹Pu با نیم عمر ۲۴x۱۰۳ سال که تقریبا در طبیعت وجود ندارند و به کلی از بین رفته‌اند، صدق می‌کند.

● نظریه پیوستگی اولیه عناصر

از راه غیر مستقیم نیز می‌توان به نتیجه‌ای که قبلا ذکر شده رسید، به این معنی که اورانیوم ۲۳۸U با نیم ‌عمر ۴.۴x۱۰۱۰ سال و اورانیوم ۲۳۵U با نیم‌ عمر ۷.۱x۱۰۸ سال در آغاز به یک میزان وجود داشته‌اند. ولی اکنون نسبت اولی به دومی برابر با ۱۴۰/۱ شده است و این نکته مشخص می‌کند که باید ۵x۱۰۹ سال بگذرد تا نسبت مذکور صدق نماید و اگر در آغاز میزان ۲۳۵U کمتر از میزان ۲۳۸U می‌بود، زمان کمتری لازم می‌شد تا وفور کنونی برقرار شود. چنین شواهدی با نظایر آن معلوم می‌دارد که به یک عنصر ، عمری تعلق می‌گیرد که از حیث مقدار با عمر نجومی عالم تطبیق می‌کند و از روی این نکته ، می‌توان قائل شد که عناصر در آغاز انبساط عالم و هنگام تشکیل خود باهم پیوستگی داشته‌اند

این نظریه را می‌توان از روی ایزوتوپهای سرب ۲۰۸ , ۲۰۷ , ۲۰۶ , ۲۰۴ تایید کرد به این معنی که ایزتوپ ۲۰۴ که در اصل رادیواکتیو نیست، به همان مقداری که در پیدایش وجود داشته ، اکنون هم وفور دارد و وجود قسمتی از ایزوتوپهای دیگر را باید در آغاز انبساط تشکیل یافته دانست

و قسمت دیگر را از متلاشی شدن اتمهای ۲۳۲U , ۲۳۶U , ۲۳۵U پنداشت. باید انتظار داشت که وفور نسبی آنها در طول زمان افزایش می‌یابد. مشاهدات چنین نظریه‌ای را تایید کرده است. چنانکه وقتی به آزمایش سنگهای معدن سرب که عمر زمین شناسی آنها معلوم است می‌پردازیم، ملاحظه می‌کنیم که Pb۲۰۴ تدریجا" نسبت به سایر ایزوتوپهای سرب در کانیهای جوانتر کمتر فراوان می‌باشند

● تخمین عمر عالم از روی عمر زمین

می‌توان از روی بررسی عمر زمین نیز به عمر عالم پی‌برد. پیرترین سنگی که در پوسته زمین یافت شده حداقل عمر زمین و در نتیجه ، عمر عالم را معین می‌دارد. سنگهای پگماتیت که در جنوب شرقی "مینی توبا" (Manitoba) پیدا شده ، در حدود ۲x۱۰۹ سال عمر دارند. این سنگها با سنگریزه‌هایی که از مبداهای قدیمیتری در رسوبات داخل شده‌اند، مخلوط می‌باشند. یعنی در حقیقت برای آنها دو دوره سدی مانتاسیون یا ترتیب قبلی وجود داشته است. بدین ترتیب قدیمیترین صخره ، قاعدتا" باید بیش از ۲x۱۰۹ سال و شاید ۲.۵x۱۰۹ سال عمر داشته باشد و عمر زمین که آن را باید یک جرم منفرد تلقی کرد و تمامی جهان بطور قطع بیش از این عدد می‌باشد.

● مبدا عالم از دیدگاه شیمی و وابستگی ژئوشیمی به آن

عالم قبل از اینکه انبساط حاصل کند، در حالت اولیه خود در حجم بسیار کوچکی گنجانیده شده و در این حجم ، تمام ماده موجود در جهان به صورت متراکم ذخیره گشته بود. بدیهی است که تحت چنین شرایطی ، فشار داخلی شگرف و درجه حرارت هم خیلی بالا خواهد بود و شیمی امروزه می‌فهماند که در چنین شرایطی عناصر نمی‌توانند وجود داشته باشند و ماده تحت این شرایط به صورت یک شاره مجتمع و متراکم که بیشتر آن را نوترونها تشکیل می‌دهد، بوده است. بیشتر نظریه‌های امروزی برای بسط جهان از این مبدا و حالت اولیه ، سرچشمه می‌گیرد و معتقدند که آغاز انبساط و تشکیل عناصر بوجود آمده‌اند.

همین که انبساط آغاز شد، در دور کانون متلاطم ماده منبسط شده ، تراکمی حاصل می‌شود که در نتیجه آن ، ماده ، حالت اجتماعی حاصل می‌کند و به صورت کهکشان یا سحابها و یا ستارگان مستقل در می‌آید. با شرح فوق ملاحظه می‌شود که مطالعه ژئوشیمی بدون مطالعه منظومه شمسی ، جنبه علمی پیدا نمی‌کند با اینکه منظومه شمسی کاملا در دید کهکشان ما قرار نمی‌گیرد و نسبت به کلیه جهان ناچیز می‌باشد، نظریات مختلفی در طول تاریخ مبنی بر تشکیل زمین و سایر سیارات ارائه شده است.

● تئوری فن وایز زاکر مبنی بر تشکیل زمین و سایر سیارات

این تئوری خورشید را جرم چرخنده‌ای دانسته که از یک غلاف عدسی شکل بسیار گسترده‌ای از مواد جامد و گاز که حرکت گردبادی دارند احاطه شده است. در این غلاف عدسی شکل ، چرخشهای گردباد مانند و مارپیچی وجود دارند که موجب اجتماع موضعی ماده می‌گردد. بعدا از الحاق و تراکم این توده‌های پراکنده سیاره تشکیل می‌شود. دلیل این مطلب از یک طرف فواصل منظم گردبادهاست و از طرف دیگر اختلافی که در بزرگی و چگالی سیارات درونی و بیرونی وجود دارد.

از روی این تئوری قابل قبول تلقی می‌شود. زیرا در این غلاف عدسی شکل که از آن سیاره متراکم می‌گردد، هر چقدر از مرکز دورتر شویم درجه حرارت طبق قانون عکس مجذور نقصان می‌پذیرد و در نتیجه قسمت خارج بیش از قسمت داخل ماده متراکم می‌شود و حال آنکه مواد متراکم شده در نواحی خارجی بیشتر از اجسامی تشکیل شده‌اند که درجه حرارت بحرانی آنها کوچک می‌باشد. سبب همین اختلاف در مورد مقدار مواد متراکم ، سیارات برونی سریعتر از سیارات درونی نمو و رشد می‌نمایند و زودتر بزرگ می‌شوند.