تجربة استهلالية نمذجة تشكل كوكب الأرض تختلف أنطقة الأرض في كثافاتها؛ ويعد اللب أكثر هذه الأنطقة كثافة، أما القشرة الأرضية، فهي الأقل كثافة، ويعتقد العلماء أن درجة الحرارة في بداية تشكل الأرض كانت مرتفعة، حيث جعلت الموادّ المكوّنة لأنطقتها تتصرف كالسوائل. الموادّ والأدوات: كأس زجاجية سعة ($250 mL$)، ماء، زيت، حليب سائل، ملعقة تحريك. إرشادات السلامة: - الحذر عند سكب المواد في الكأس الزجاجية. - الحذر من كسر الكأس الزجاجية في أثناء تنفيذ التجربة. خطوات العمل: 1 أضَع ($50 mL$) من الماء في الكأس الزجاجية. 2 أسكُب ($50 mL$) من الزيت في الكأس الزجاجية فوق الماء. 3 أسكُب ($50 mL$) من الحليب في الكأس الزجاجية، ثم أحرّك محتويات الكأس جيدًا. 4 أترُك الكأس الزجاجية لعدة دقائق. التحليل والاستنتاج: 1. أصِف: ماذا حدث للسوائل بعد تحريكها، وتركِها لعدة دقائق؟ سوف تنفصل السوائل عن بعضها البعض بحيث تتشكل ثلاث طبقات: الحليب السائل في الأسفل ثم فوقها طبقة الماء وفي الأعلى طبقة الزيت. 2. أحدِّد: أيُّ السوائل يمثّل القشرة الأرضية، وأيُّها يمثّل السّتار؟ الزيت يمثل القشرة الأرضية، والماء يمثل الستار. 3. أستنتج العلاقة بين كثافة مكوّنات الأرض وقتَ تشكُّلها وبين أماكن تواجدها في أنطقتها في الوقت الحاضر. المكونات الأكثر كثافة غطست نحو مركز الأرض وكونت اللب بينما المكونات الأقل كثافة صعدت إلى الأعلى نحو السطح وشكلت القشرة الأرضية.

 

فرضيات نشأة النظام الشمسي Hypotheses of the Genesis of the Solar System
اختلف العلماء منذ آلاف السنين حول كيفية نشأة الكون، وخاصّة نشأة النظام الشمسي، حيث وضع العلماء العديد من الفرضيات التي حاولوا بها تفسيرَ نشأة النظام الشمسي، منها:

- فرضيةُ الكويكبات Planetesimal Hypothesis

- فرضيةُ المدِّ الغازي Gaseous Tidal Hypothesis

- الفرضيةُ السديمية .Nebular Hypothesis 

وتعد الفرضية السديمية أكثرَ الفرضيات قبولاً لدى العلماء. وقد تعلمتُ سابقا أنه قبل مليارات السنين تشكلت السحابة السديمية، ثم تكاثفت هذه السحابة، وكونت النظام الشمسي، وبذلك تكون الشمس والكواكب التي تدور حولها ومنها الأرض ذات أصل واحد. أنظر الشكل الآتي الذي يمثّل النظام الشمسي في الوقت الحالي.

الفرضية السديمية Nebular Hypothesis
يعد عالم الرياضيات الفرنسي بيير لابلاس Pierre-Simon, Laplace أول من وضع أسسَ هذه الفرضية عام 1796 م، وتنصّ على أن:

«جميع الأجرام المكوِّنة للنظام الشمسيّ، نشأت من مادة أولية واحدة هي سحابة ضخمةٌ تتكون في معظمها من عنصرَي الهيدروجين والهيليوم، وغبار كوني، ومركّبات هيدروجينية مثلِ: الميثان والأمونيا، وبخار الماء، انكمشت وتقلصت تحت تأثير الجاذبية، وكلّما ازداد انكماشُها وتقلّصُها زادت سرعتها حول محور دورانها؛ فبزيادة الكتلة نحو المركز تزداد سرعةُ دوران المادة السّديمية».

وقد تكوّن النظام الشمسيّ عندما اتخذت السحابة شكلَ القرص المفلطَح. ومع مرور الوقت تشكّلت حلقات غازية داخلَ القرص مشكِّلةً بذلك أنويةَ الكواكب المختلفة، وقد أدى انجذابُ القسم الأكبر من مادة القرص المفلطَح لمركزه إلى تكوّن الشمس البدائية، ثم بعد مرور فترة قصيرة من الزمن، وبانخفاض درجة الحرارة داخلَ السديم تشكّلت مع الزمن الكواكب، أنظر الشكل الآتي:

مراحل تكون النظام الشمسي بحسب الفرضية السديمية:

A: سحابة ضخمة.
B: قُرص مفلطح.
C: حلقات غازية داخل القرص.
D: تكوّن الشمس البدائية.
E: تكوّن الكواكب.

أبحث مستعينًا بمصادر المعرفة المتوافرة لديّ ومنها شبكة الانترنت، أبحث عن معلومات عن فرضيّة الكويكبات، أو فرضية المدّ الغازي؛ وأصمّم عرضا تقديميّا، وأعرضه أمام معلمي، وزملائي في الصف. 1- فرضية الكويكبات - الشمس كانت موجودة قبل تكون الكواكب. - تكونت الكواكب لاحقًا من غازات خرجت من الشمس بسبب قوة جاذبية نجم مرّ بالقرب منها. - عندما ابتعد النجم عن الشمس تكثفت هذه المادة وكونت في البداية جسيمات صلبة نسميها كويكبات. - التحمت الكويكبات الصغيرة وكونت كويكبات أكبر حجما، وهكذا حتى تكونت الكواكب. 2- فرضية المد الغازي - اقترب نجم تدريجيا من الشمس، وبتأثير جاذبيته الكبيرة عليها امتد جزء من سطحها المقابل له على هيئة خيط غازي مغزلي الشكل منتفخ من الوسط دقيق الطرفين. - اكتسب في ما بعد هذا الخيط الغازي قوة دوران حول نفسه، ثم انقسم إلى عدة أجزاء وتكاثفت مواد الأجزاء  المنفصلة تدريجيا من الحالة الغازية إلى الصلبة فكونت الكواكب.

وقد تشكّلت كواكب النظام الشمسي على النحو الآتي:

- الجزء الخارجيّ من السديم كان الأكثر برودة.

- فتصلّبت مكوناته مثلُ الماء والأمونيا وأصبحت جليديات.

- أما الجزء الداخلي من السّديم فقد بقيت المواد القريبة من الشمس على شكل بخار.

- ثم اتحدت عناصر السليكون والحديد والألمنيوم مع الأكسجين، وتبلورت عند درجات حرارة عالية مكونة مواد صخرية ذات كثافة عالية.

- ثم تجمّعت مكوّنات السّديم بعضها مع بعض، وكوّنت الكواكب البدائية.

- ونتيجةَ تحرّك الكواكب البدائية حول الشمس جذبت العديدَ من الأجسام القريبة منها وأصبحت كواكبَ حقيقية.

نشأة الأرض البدائية Early Earth Genesis
كانت الأرض في بداية تكوّنِها بحسب الفرضية السّديمية مكوّنَةً من تجمُّع من الغازات والأغبِرة والصخور والجليديات، تتحرك نحو المركز ما أدى إلى زيادة درجة الحرارة داخلَها، ويفسّر العلماء ارتفاع درجة حرارة الأرض الداخلية أيضا إلى عدة أسباب منها:

- تساقطُ الأجسام الصغيرة من سحابة السّديم على سطح الأرض، وارتطامُها بشدة.

- وتحلُّلُ العناصر المشعة في باطن الأرض وتحوّلها تلقائيّا إلى عناصرَ أخرى تُطلِق كميات كبيرةً من الطاقة الحرارية.

- بالإضافة إلى تكوُّنِ الأكاسيد والتفاعلات الكيميائية المختلفة داخل الأرض.

أنظر الشكل الآتي:

أبحث مستعينًا بمصادر المعرفة المتوافرةِ لديّ ومنها شبكة الانترنت، أبحثُ عما توصلت إليه الأبحاث العلمية الحديثة من معلومات تعزّز الفرضية السديمية؛ وأصمّمُ عرضًا تقديميّا وأعرضهُ أمام معلّمي، وزملائي في الصف. - تكون النظام الشمسي من سحابة سديمية، بردت بشكل تدريجي، وتقلصت فزادت سرعتها واتخذت شكلا قرصيًا، ومع مرور الوقت تشكلت حلقات غازية منها تباعًا، تكاثفت وكونت هذه الحلقات أنوية الكواكب. - أثناء دوران الكواكب حول نفسها انفصل عنها جزء أو أجزاء تكونت منها الأقمار. - تقلص الجزء المركزي من الكتلة السديمية، وتكونت منه الشمس. - ثم تشكلت الكواكب الداخلية والخارجية البدائية التي جذبت مع الزمن أجزاء مختلفة نحوها مما أدى إلى تشكل الكواكب الحقيقية.

 

أتحقق: أحدِّد المراحل الرئيسة لتشكُّلِ النظام الشمسيّ بحسب الفرضية السّديمية.

A: سحابة ضخمة.
B: قُرص مفلطح.
C: حلقات غازية داخل القرص.
D: تكوّن الشمس البدائية.
E: تكوّن الكواكب.

 

الربط بالفلك تختلف الشمس بمُكوّناتها، عن جميع الكواكب، لكنها تتشابه مع بعض الكواكب ومنها الأرضُ، كونُها ذاتَ بنية داخلية طبقية، وغلاف جوي طبقي.

تشكُّل القارات وقيعان المحيطات The Formation of Continents and Ocean Floors
كانت الأرض البدائية على شكل كُرة متجانسة من الصخور المصهورة والغازات، ومع مرور الزمن واستمرار عمليات التبريد، بدأت بعملية التمايز Differentiation اعتمادًا على كثافة المواد المكوِّنةِ لها، حيث صعدت الموادّ المنصهرة الأقلُّ كثافةً الغنيةُ بسليكات الألمنيوم، والصوديوم والبوتاسيوم إلى سطح الأرض؛ مشكّلةً في ما بعد القشرةَ الأرضية، في حينِ غطست الموادُّ المنصهرة الأكثرُ كثافةً مثل الحديد والنيكل المنصهر إلى مركز الأرض مكوّنةً اللبَّ، تفصل بينهما طبقةٌ متوسطة الكثافة هي طبقةُ السّتار، وكمحصّلة لذلك، تشكّلت ثلاثة نُطُقٍ رئيسة للأرض هي: اللبّ (الخارجي والداخلي) والسّتار والقشرة الأرضية. أنظر الشكل الآتي.

 ويفترِض العلماء بعد ذلك أنه حدث نشاط إشعاعي في مناطقَ مختلفة من السّتار أدى إلى زيادة درجات الحرارة في تلك المناطق، وتشكُّلِ تياراتِ الحمل الحراري التي رفعت الصهارة الناتجة قليلة الكثافة نحو القشرة الأرضية، ما أدى إلى تشقُّقها، وخروجِ الماغما إلى السطح على هيئة براكينَ عنيفةٍ. وتشكّلت نتيجة لذلك كتلٌ من الصخور النارية تجمعت بالقرب من سطح الأرض، أو على السطح، وبدت هذه الكتلُ وكأنها جزر وسط محيط ضحل. ومع استمرار الأنشطة البركانية كَبُرَ حجمُ هذه الجزُر، والتحم بعضها ببعض مكوّنا بداية القارات. أما قيعان المحيطات، فقد تشكلت نتيجة انقسام القارات وابتعاد بعضها عن بعض، وقد فسّر العلماء الآلية التي تحركت بها القارات في نظرية تكتونية الصفائح.

أفكر كيف تحدث عملية التمايز الكوكبي؟ تحدُث عملية التمايز الكوكبي على النحو الآتي : تنفصل المكونات المختلفة للجسم الكوكبي نتيجة لسلوكها الفيزيائي والكيميائي، حيث يتطور الجسم إلى طبقات مميزة من الناحية التركيبية، حيث تستقر المواد الأكثر كثافة في الجسم الكوكبي في المركز، بينما تطفو المواد الأقل كثافة إلى السطح.

تشكُّلُ الغلاف الجوي والمحيطات Formation of the Atmosphere and Oceans
تكوّنَ الغلافُ الجوي الأولي للأرض نتيجةَ ثوران البراكين وتصدّعات القشرة الأرضية، وما نجم عنهما من انبعاثات غازية مثلِ بخار الماء، وثاني أكسيد الكربون، والميثان. أنظر الشكل الآتي:

 

وعندما برَدت الأرض تكاثف بخار الماء المتجمّع في الغلاف الجوي بكميات كبيرة مكونا السُّحب التي بدأت بالهطول بغزارة، وتجمعت مياه الأمطار في المناطق المنخفضة مكونة المحيطات الأولية التي كانت مياهها عذبة، ثم بدأت ملوحتها تزداد بالتدريج بسبب إذابة المعادن القابلة للذوبان الموجودة في الصخور بفعل الجريان السطحي لمياه الأمطار، ووصولها إلى المحيطات. ويُعتقد أن الحياة بدأت في المحيطات قبل 3.5 مليار سنةٍ تقريبا، حيث كانت الكائنات الحية الأولية بسيطة جدا، وقبل نحو 2.4 مليار سنة ظهرت البكتيريا الخضراء المزرقة التي امتصّت غاز ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي للقيام بعملية البناء الضوئي؛ لتُطلِق بدلاً منه غاز الأكسجين، ثم ظهرت الطحالب الخضراء حقيقية النواة، فزادت كمية الأكسجين تدريجيّا في الغلاف الجوي، إلى أن وصل إلى نسبته الحالية. أنظر الشكل الآتي:

مرّت الأرض بمجموعة من التغيرات الحيوية والتطورات الجيولوجية منذ نشأتها حتى وقتنا الحاضر، وقد قام العلماء بوضع سجِلٍّ تاريخي يمثّل تطوّر هذه الأحداث الجيولوجية، والتغيرات الحيوية التي مرّت بها اعتمادًا على مجموعة من المبادئ سُمِّيَ سُلَّمَ الزمن الجيولوجي. 

أبحث مستعينًا بمصادر المعرفة المتوافرة لديّ، أبحث عن فرضية توسّع قاع المحيط؛ وأصمّم عرضًا تقديميّا وأعرضهُ أمام معلّمي، وزملائي في الصف. - تنص هذه الفرضية على أن قاع المحيط يتوسع باستمرار، وبالتالي يزداد عرض المحيط. - ينتج ظهر المحيط عن أحواض خسفية تشير إلى قوى توتر ضخمة تعمل في هذه المنطقة. - تخرج الماغما القادمة من الستار العلوي باتجاه ظهر المحيط، وتنتشر على كلا جانبيه. - تتكون قشرة محيطية جديدة من صخور بركانية بازلتية. - تنزاح القشرة المحيطية الجديدة باتجاه القارات لتندفع ماغما جديدة إلى منتصف ظهر المحيط، منتجة قشرة محيطية جديدة مكان القشرة الأقدم. - تستمر عملية الحركة والاندفاع ليبقى قاع المحيط في حالة توسع دائم بشكل متماثل على جانبي ظهر المحيط. - تزداد أعمار صخور قيعان المحيطات كلما ابتعدنا عن ظهر المحيط باتجاه القارة.

 

 

أبحث مستعينًا بمصادر المعرفة المتوافرة لديّ ومنها شبكةُ الانترنت، أبحث عن تطوّر الغلاف الجوي للأرض بمرور الزمن؛ وأصمّم عرضًا تقديميّا وأعرضه أمام معلّمي، وزملائي في الصف. - كانت الأرض ملتهبة عندما تكونت، تغطي البراكين سطحها، ولم يكن الغلاف الجوي الحالي متشكلًا؛ فقد تكوّن الغلافُ الجوي الأولي للأرض من الغازات المنبعثة عن ثوران البراكين وتصدّعات القشرة الأرضية، حيث كان يتكون من بخار الماء، وثاني أكسيد الكربون، والميثان والأمونيا. - بمرور الزمن ظهرت الطحالب والنباتات وتكون الأكسجين بفعل عملية البناء الضوئي وأصبح الأكسجين أحد مكونات الغلاف الجوي كذلك تكون النيتروجين عن طريق تفاعل الأكسجين مع الأمونيا، الذي تنتجه البراكين. فأصبح الغلاف الجوي الحالي يتكون في الأساس من النيتروجين والأكسجين وكميات قليلة من ثاني أكسيد الكربون وباقي الغازات

أتحقق: أفسِّر أهميةَ ظهور البكتيريا الخضراء المُزرَقّةِ قبل نحو 2.4 مليار سنةٍ، وعلاقتَها بزيادة نسبة الأكسجين في الغلاف الجوي.

عملت البكتيريا الخضراء المزرقة على امتصاص غاز ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي للقيام بعملية البناء الضوئي؛ وأطلقت غازَ الأكسجين الذي تراكم مع الزمن في الغلاف الجوي.

الربط بالعلوم الحياتية بدأت الحياة بكائنات حيّة بدائية النَّواة (Prokaryote) وهي البكتيريا الخضراء المُزرَقّةُ، ثم ظهرت الكائنات حقيقة النّواة (Eukaryote) وهي طحالبُ خضراءُ بسيطةٌ، وكانت تقوم هذه الكائنات الحية بعملية البناء الضوئي. فأدى ذلك إلى زيادة نسبة الأكسجين في الغلاف الجوي.

سُلّمُ الزمن الجيولوجي Geologic Time Scale
جمع العلماء معلوماتٍ كثيرةً عن أعمار صخور القشرة الأرضية في مناطقَ متنوعةٍ من الأرض، واستخدموا العديد من المبادئ لتشكيل عمود يمثّل تلك الصخور بحسب أعمارها، حيث يضم أسفلُه أقدم الصخور، وفي أعلاه أحدثَها سُمِّي بالعمود الجيولوجي Geologic Column. أنظر الشكل الآتي:

ولِتعرُّفِ زمن الأحداث الجيولوجية التي مرّت على سطح الأرض ومواضع الصخور زمنيا في تاريخ الأرض؛ قسّموا تاريخ الأرض إلى وحدات زمنية مختلفة الأطوال؛ بناءً على تلك الأحداث، ووضعوها في جدول سُمِّيَ سُلّمَ الزمن الجيولوجي.

 سلم الزمن الجيولوجي Geologic Time Scale: هو ترتيب زمني من الأقدم إلى الأحدث، ينظم الأحداث الجيولوجية التي تعاقبت في تاريخ الأرض الطويل، ويقدِّمُ وصفا للتطور الجيولوجي والتغير الحيوي فيها، ويؤرخ سُلَّمُ الزمن الجيولوجي لتاريخ الأرض منذ نشأتها قبل $4600 m.y$ وحتى وقتنا الحاضر.

وهو مقسَّم إلى وحدات زمنية:

- أكبرُها هي الدهر Eon.

- تُقسَم وحدةُ الدهر إلى وحدات أصغرَ تُسَمّى الحِقَبَ Eras.

- تتكون كل حقبة من وحدات أصغر منها تسمى عصورًا Periods.

- يتكون العصر من عهود Epochs.

- تتكون العهود من أعمار Ages.

أنظر الجدول الآتي:

 

 

 

أبحث مستعينًا بمصادر المعرفة لمتوافرة لديّ ومنها شبكة الانترنت، أبحث عن مراحل تطور سلم الزمن الجيولوجي؛ وأصمم عرضا تقديميّا وأعرضه أمام معلّمي، وزملائي في الصف. - دأب العلماء على تتبع تاريخ الأرض، من خلال تحديد ماهية الأحداث التي حصلت في الماضي، وترتيبها حسب التسلسل الذي حدثت فيه. - نجح العلماء في وضع سجل تاريخي نسبي للأرض بالاعتماد على طبقات الصخور الرسوبية نظرا لحجم المعلومات المستقاة من الصخور الرسوبية المتكشفة فوق سطح الأرض، وتلك الدفينة في أعماق الأرض التي تم التعرف عليها من الآبار التي تخترقها، ولا سيما أن المعلومات الصخرية الطبقية تتجمع بشكل متزايد من التكشفات الصخرية الطبيعية كالمناجم والمحاجر، بالإضافة إلى آبار استكشاف البترول التي تحفر سنويًا بأعداد هائلة في كثير من بلدان العالم.

 

 

أفكر الهدف من إيجاد سلم الزمن الجيولوجي هو الحصول على تسلسُل هرميّ لوحدات طبقية زمنية على المستوى العالمي، حيث تُعَدّ قياسا مرجعيّا يربط بين أعمار الصخور في كل مكان من العالم. ما الشروط التي يجب أن تتوافر في سلم الزمن الجيولوجي؟ الشروط التي يجب أن تتوافر في سُلّم الزمن الجيولوجي هي: 1- أن يبين أعمار الصخور في أي مكان. 2- أن يكون واضحًا ومفهوما. 3- أن يستند إلى مراجع موضوعية معلومة. 4- أن يكون ثابتًا وغير قابل لتغيرات جوهرية.