سفر به اعماق زمین
تا الان خیلی از ویدیوهایی که داشتیم در مورد شگفتی‌های فضا بوده،
اما شاید بد نباشه برگردیم به زمین و یه مقداریم از عجایب زمین صحبت کنیم.
سوالای زیادی هست مثل اینکه اون پایین چه چیزایی وجود داره؟
زمین از چه بخش‌ها یا لایه‌هایی تشکیل شده؟
امکانش هست که موجودات عجیب غریبی
زیر زمین باشن که ما هیچ اطلاعی ازشون نداریم؟
اصلا ما تا کجا تونستیم پایین بریم، اگه عمقی که ما تونستیم
به زمین نفوذ کنیم اینقدر کمه، پس چطوری فهمیدیم که زمین
از چه لایه‌هایی تشکیل شده و هر لایه هم چه ویژگی‌هایی داره؟
تو این ویدیو سعی می‌کنیم جواب این سوالا رو پیدا کنیم و
یه شناخت کلی از سیاره‌مون به دست بیاریم.
ژول ورن نویسنده‌ی فرانسوی که به خاطر داستان‌های علمی‌تخیلیش معروفه،
سال 1864 یه داستان منتشر کرد به نام سفر به مرکز زمین.
تو این داستان که حدود 150 سال پیش نوشته شده،
یه پروفسور آلمانی معتقده که زیر زمین دنیای دیگه‌ای با موجودات زنده وجود داره.
برای اینکه این موضوع رو اثبات کنه، با دو نفر دیگه
از یه دهانه‌ی آتشفشانی تو ایسلند وارد زمین میشن.
کیلومترها توی غارهای پیچ‌در‌پیچ پایین میرن و در نهایت وقتی که
حدود 150 کیلومتر از سطح زمین پایین‌تر بودن به یه دنیای عجیبی می‌رسن
که دریاها و رودخونه‌های خودشو داره، موجودات ماقبل تاریخ هم
که روی زمین منقرض شدن، مثل دایناسورها و حشرات غول‌پیکر، اونجا زندگی می‌کنن.
همینطور به راهشون ادامه میدن و با خطرات مختلفی روبرو میشن،
تا اینکه بالاخره از یه غار آتشفشانی دیگه تو جنوب ایتالیا از زمین بیرون میان.
اگه هنوزم اطلاعات ما از سیاره‌ی زمین به اندازه‌ی 150 سال پیش بود،
این داستان خیلی شگفت‌انگیز به نظر می‌رسید اما واقعیت اینه که
چیزی نیست جز یه داستان تخیلی که به راحتی رد میشه.
اول بریم بینیم تو دنیای واقعی، بیشترین عمقی که
ما انسان‌ها تونستیم داخل زمین بریم چقدر بوده.
الان ما می‌دونیم که سیاره‌ی ما از یه پوسته‌ی خیلی نازک تشکیل شده که
ضخامتش نسبت به کل زمین خیلی نازکه، بیشترین ضخامتش تقریبا صد کیلومتره.
بعد از پوسته، ضخیم‌ترین لایه‌ی زمین وجود داره یعنی گوشته،
که تقریبا تا عمق 3000 کیلومتری زمین ادامه داره.
بعد از گوشته، یه هسته‌ی بیرونی مایع وجود داره و بعدشم یه هسته‌ی داخلی جامد.
ما انسان‌ها توی همین پوسته‌ی نازک هم خیلی کم تونستیم نفوذ کنیم،
دیگه چه برسه به قسمت‌های عمیق‌تر مثل گوشته و هسته.
نقطه‌ی مقابل بلندترین قسمت زمین، یعنی قله‌ی اورست،
عمیق‌ترین قسمت زمینه به نام گودال ماریانا (Mariana Trench).
عمق این گودال از سطح دریا تقریبا 11 کیلومتره.
تا حالا چند نفر با وسایلی که نسبت به فشار زیاد مقاوم بودن تونستن
به اعماق این گودال سفر کنن، برای همین میشه گفت حداکثر عمقی که
ما انسان‌ها تونستیم از سطح زمین پایین‌تر بریم، حدود 11 کیلومتره،
که تازه اینم از یه گودال طبیعی استفاده کردیم.
از حدود سال 1970 روس‌ها تصمیم گرفتن عمیق‌ترین چاه جهان رو حفر کنن.
هدفی که مشخص کرده بودن رسیدن به عمق 15 کیلومتری زمین بود.
برای این کار، شبه‌جزیره‌ی کولا (Kola) رو انتخاب کردن که تو شمال غربی روسیه‌ست.
بعد از چند سال حفاری تونستن رکورد قبلی که دست آمریکایی‌ها بود بشکنن،
یعنی از عمق 9.5 کیلومتری عبور کردن.
اما هرچقدر پایین‌تر میرفتن مشکلات شدیدتر میشد.
یکی از سخت‌ترین قسمت‌های کار، این بود که دما
از اون چیزی که پیش‌بینی کرده بودن خیلی بیشتر میشد.
وقتی به عمق 12 کیلومتری رسیدن دما تقریبا 180 درجه شده بود.
این گرمای شدید به اضافه‌ی صخره‌هایی که خیلی سفت و متراکم بودن،
باعث شد که دیگه نتونن از این بیشتر پایین برن.
البته یه نظر دیگه اینه که فروپاشی شوروی هم نقش زیادی داشت توی متوقف شدن پروژه.
بعد از اون، دهنه‌ی چاه رو بستن و ساختمون‌های اطرافشم کم‌کم مخروبه شد.
هرچند مهروموم کردنش باعث نشد داستان این چاه
که عمیق‌ترین چاه ساخته‌ی دست انسانه، تموم بشه.
بعضیا معتقدن صداهای عجیب و ترسناکی از این چاه شنیده میشه
که باعث شده بهش لقب دروازه‌ی جهنم بدن.
البته قطر این چاه خیلی کمه، بیست سی سانت
بیشتر نیست چون فقط لازم بوده که یه مته پایین بره.
آلمانی‌ها هم سال 1990 تصمیم گرفتن یه چاه عمیق حفر کنن که اونا هم
از 9 کیلومتر پایین‌تر نتونستن برن، باز به خاطر
دمای بالا و سختی زمین که جلوی حرکت مته‌ها رو می‌گرفت.
اما این چاه آلمانی‌ها بر خلاف چاه روس‌ها که مهروموم شد،
همچنان بازه، برای کارهای تحقیقاتی ازش استفاده میشه.
سال 2013 یه هنرمند هلندی به نام لوته گیوِن (Lotte Geeven)
که تو زمینه‌ی هنرهای صوتی‌تصویری کار می‌کرد، یه میکروفون
وارد این چاه آلمانی‌ها کرد تا صداهایی که از عمق 9 کیلومتری زمین میومد ضبط کنه.
این صدا که معروف شد به صدای زمین (The Sound of The Earth)،
دقیقا مشخص نیست دلیلش چیه، اما باز اینجا هم مثل همیشه
ندونستن دلیل یه موضوع، راه رو برای خرافات باز کرد و بعضیا میگفتن
صدای جهنمه، بعضیا میگفتن صدای نفس کشیدن زمینه.
خلاصه اینکه هیچ کشوری هنوز نتونسته بیشتر از اون چاهی که روس‌ها کندن
وارد عمق زمین بشه، یعنی دوازده کیلومتر و دویست متر.
هنوز خیلی تا رسیدن به گوشته‌ی زمین فاصله داریم،
باید ابزارهایی ساخته بشه که هم توی دمای خیلی بالا دوام بیارن،
هم روش‌هایی برای بقیه‌ی مشکلات این کار ابداع بشه.
اما حالا این سوال پیش میاد که ما که اینقد ناچیز تونستیم نفوذ کنیم
به داخل زمین، چطور تونستیم بفهمیم که اون پایین چه خبره؟
چطور تونستیم نتیجه بگیریم که بعد از این پوسته،
یه گوشته وجود داره، بعد از گوشته یه هسته‌ی مذاب وجود داره،
بعد از هسته‌ی مذابم یه هسته‌ی جامد وجود داره؟
جواب کوتاهش اینه که از شواهدی که وجود داشت استفاده کردیم.
شعاع کره‌ی زمین رو که الان بیشتر از دو هزار ساله که تقریبا اندازه‌گیری کردیم،
الان به صورت دقیق‌تر می‌دونیم که شعاع زمین به طور متوسط حدود 6370 کیلومتره.
حالا که شعاع زمین رو می‌دونیم، با استفاده از فرمول
حجم کره خیلی راحت می‌تونیم حجم کره‌ی زمین رو حساب کنیم
که تقریبا میشه هزار میلیارد کیلومتر مکعب.
البته در نظر داشته باشید که زمین دقیقا یه کره‌ی کامل نیست،
دورتادورش تو منطقه‌ی استوا یه کوچولو پهن‌تره.
جرم زمین هم که با استفاده از قانون گرانش نیوتون به راحتی به دست میاد،
که الان می‌دونیم مقدارش تقریبا برابره با ۶ ضربدر ۱۰ به توان ۲۴ کیلو،
یعنی یه شیش با بیست‌و‌چهار تا صفر جلوش، که عدد خیلی بزرگیه.
خب پس جرم زمین رو داریم، می‌دونیم چند کیلوئه، حجمش هم داریم،
حالا وقتی جرمش رو به حجمش تقسیم کنیم، چگالی کل کره‌ی زمین
به دست میاد که مقدارش تقریبا میشه 5.5 گرم بر سانتی‌متر مکعب.
یعنی هر مکعبی از جنس زمین که یک سانت در یک سانت در یک سانت باشه، 5.5 گرمه.
این چگالی کل کره‌ی زمینه، از پوسته تا اون مرکزش.
اما مشکل از اینجا شروع میشه که چگالی پوسته‌ی زمین،
یعنی همین سنگی که سطح زمین و کوه‌ها و کف دریاها رو تشکیل میده،
به طور متوسط، بین 2.5 تا 3 گرم بر سانتی‌متر مکعبه.
یعنی چگالی کل کره‌ی زمین تقریبا دو برابر چگالی پوسته‌ی زمینه.
پس چاره‌ای نیست جز اینکه قسمت‌های داخلی زمین
از موادی ساخته شده باشن که چگالی‌شون از سنگ‌های پوسته‌ی زمین بیشتر باشه.
موادی که از این سنگ‌های سطح زمین سنگین‌تر باشن.
این اولین گام بود برای شناختن داخل زمین، یعنی با اینکه خودمون نتونستیم
بریم به عمق زمین ببینیم چی اونجاست، با یه سری محاسبات ساده
فهمیدیم که نه تنها توخالی نیست و دنیاهای دیگه‌ای اون پایین وجود نداره،
بلکه اتفاقا خیلی هم اون زیر متراکم و فشرده و سنگینه!
موضوع بعدی اینه که عنصر آهن، هم توی کل جهان هستی، هم توی کهکشان راه‌شیری،
هم توی منظومه‌ی شمسی، جزو 10 تا عنصر اولی هست که بیشترین مقدار رو دارن.
اما روی زمین وقتی که نگاه می‌کنیم می‌بینیم که مقدار آهن
روی پوسته‌ی زمین خیلی کمتر از اون چیزیه که باید باشه.
این قضیه، به اضافه‌ی این واقعیت که داخل زمین نسبت به سطحش خیلی سنگین‌تره،
به اضافه‌ی شواهد دیگه، باعث شده که این نظر به وجود بیاد که
از حدود 4.5 میلیارد سال پیش که زمین تازه در حال شکل گرفتن بوده،
مقدار زیادی از اتم‌های آهن و بقیه‌ی عناصر سنگین
مثل نیکل کم‌کم بر اثر جاذبه حرکت کردن به سمت مرکز زمین.
همین باعث چگالی بیشتر مرکز زمین نسبت به سطحش شده،
یعنی بیشتر جرم زمین، توی مرکزش قرار گرفته.
بعدش ما اومدیم از یه روش جالبی برای شناخت
بیشتر داخل زمین استفاده کردیم، یعنی لرزش‌های زمین.
قبل از اینکه جلوتر بریم، اول باید انواع لرزش‌های زمین رو بشناسیم.
به این لرزش‌ها، امواج لرزه‌ای (Seismic Waves) گفته میشه.
امواج لرزه‌ای به دو تا دسته‌ی کلی تقسیم میشن:
امواج سطحی (Surface Waves) و امواج بدنه‌ای (Body Waves).
امواج سطحی همونطور که از اسمش معلومه، اون امواج یا لرزش‌هایی هستن
که فقط روی سطح زمین منتشر میشن، اما امواج بدنه‌ای، اون لرزش‌هایی هستن که
داخل زمین منتشر میشن، که بهشون امواج درونی هم گفته میشه.
اینجا ما می‌خوایم داخل زمین رو بهتر بشناسیم
پس با امواج سطحی کاری نداریم امواج درونی رو بررسی می‌کنیم.
امواج درونی باز خودش به دو تا دسته‌ی کلی تقسیم میشه:
امواج طولی و امواج عرضی.
امواج عرضی به صورت S مانند حرکت می‌کنن.
یعنی همینطور که موج یا لرزش جلو میره ذرات زمین به صورت عرضی جابجا میشن.
امواج طولی هم که از اسمش کاملا مشخصه، همینطور که موج جلو میره،
ذرات زمین به صورت طولی جابجا میشن.
دقیقا شبیه حرکت مارهاست، یه سری از مارها S مانند حرکت می‌کنن، مثل امواج عرضی.
اما بعضیای دیگه‌شون اینجوری نیستن مستقیم رو به جلو میرن، از ماهیچه‌های
شکمیشون برای حرکت رو به جلو استفاده می‌کنن، شبیه امواج طولی.
خب حالا شناختن این دو نوع موج یا لرزش چه کمکی به ما می‌کنه؟
امواج طولی توی هر محیطی می‌تونن منتشر بشن، چه جامد، چه مایع، چه گاز،
همین صدای من از نوع امواج طولیه که داره توی هوا منتشر میشه.
اما امواج عرضی، فقط توی جامدات منتشر میشن، توی مایعات و گازها امکان انتشار ندارن.
شاید بگید پس اون امواجی که روی سطح آب منتشر میشن چی؟
اونا کلا فرق می‌کنن اونا از نوع امواج سطحی حساب میشن نه امواج درونی.
داخل آب، یا داخل هوا، هیچ موجی وجود نداره که بتونه به صورت عرضی حرکت کنه.
فقط توی محیط‌های جامد این اتفاق میفته.
همین موضوع باعث شد ما بفهمیم که
داخل زمین باید یه هسته‌ی مایع وجود داشته باشه. چطوری؟
زلزله‌شناسا و زمین‌شناسا از خیلی سال پیش متوجه شده بودن که
وقتی یه لرزشی توی یه نقطه از زمین اتفاق میفته، چه بر اثر زلزله‌های طبیعی،
یا بر اثر آزمایش‌های هسته‌ای یا آتشفشان یا هر دلیل دیگه،
امواج طولی که از این اتفاقات به وجود میاد، از وسط زمین عبور می‌کنه و
می‌تونه توی یه فاصله‌ی زیادی اون طرف زمین شناسایی بشه.
اما امواج عرضی خیلیاشون توی اعماق زمین ناپدید میشدن، به اون طرف نمی‌رسیدن.
این قضیه دانشمندا رو متقاعد کرد که داخل زمین یه بخش مایع وجود داره
چون امواج عرضی نمی‌تونن توی مایعات منتشر بشن.
یعنی نتیجه گرفتن اون آهن و نیکلی که مرکز زمین جمع شده،
بر اثر گرمای زیاد به صورت مایع دراومده.
بعد از چندین سال بررسی امواج زلزله‌ها تو قسمت‌های مختلف زمین،
دانشمندا به این نتیجه رسیدن که این هسته‌ی مایع
تقریبا از عمق 3000 کیلومتری زمین شروع میشه.
یه تفاوت دیگه‌ای که بین امواج عرضی و طولی وجود داره
اینه که سرعت امواج عرضی خیلی کمتر از امواج طولیه، نزدیک نصف.
بعد، امواج طولی هم یه ویژگی دیگه‌ای که دارن اینه که هرچقدر متراکم‌تر باشه،
