فصل اول : آشنایی با زمین

پروژه­ها و ساختمانهای عمرانی، اعم از فرودگاهها، سدها، سیلوها، جاده­ها، مساجد، مناره، گنبد و غیره بر روی زمین ساخته می­شوند، لذا اطلاعات زمین­شناسی علاوه بر اینکه پاسخ افراد کنجکاو و پرسشگر را تأمین می­کند مورد نیاز مجریان و طراحان همه سازه­ها نیز می­باشد و همه نیازها ایجاب کرده است که انسان همانطوری که سفر به فضا را دوست داشته، تمایل داشته باشد که از زمین و اعماق آن نیز اطلاع پیدا کند.

اطلاعات از زمین گاهی میتواند به مقاومت خاک و نفوذپذیری و امثال آن ارتباط پیدا کند و گاهی هم به معادن بزرگ نفت و غیره در اعماق پائین­تر و بعضی اوقات به جوّ و اطراف کره زمین و نزولات جوّی.

امروزه تعدادی معادل تقریباً یک میلیارد کهکشان قابل مطالعه برآورده شده است که احتمالاً چندین برابر این رقم کهکشان ضعیف­تر وجود دارد. یکی از این کهکشانها، کهکشان راه شیری است که بصورت مارپیچ و به درازای 000,100 سال نوری می­باشد ( یکسال نوری برابر 10¹²×5/9 کیلومتر می­باشد) و قطر کهکشان راه شیری در مرکز برابر 000,20 سال نوری و در بازوها 000,3 سال نوری است. خورشید که ما بدور آن در گردش هستیم در فاصله 000,32 سال نوری از مرکز این کهکشان واقع شده است (ستاره­هایی که شب با چشم غیر مسلح می­بینیم همه متعلق به کهکشان راه شیری است)

اگرچه زمین بعنوان سومین سیاره منظومه شمسی است و 000,333 برابر از خورشید کوچکتر است ولیکن همین سیاره برای انسان فعلاً تنها محل سکونت و زندگی است، لذا ما به دانشهای آن برای بهتر زندگی کردن نیازمندیم.

مشخصات جغرافیایی زمین:

امروزه به کمک پروازهای فضائی از زمین عکسبرداری شده و کرویت آن حتی به کمک دید چشم نیز محرض گشته است البته کرویت زمین کامل نیست بلکه در قطبین کمی فرورفتگی داشته و شعاع استوائی آن 6328 کیلومتر و شعاع قطبی آن 6356 کیلومتر می­باشد.

در سال 240 قبل از میلاد ارتو ستنس Erato Sthenes رئیس کتابخانه اسکندریه برای اولین بار شعاع زمین را اندازه­گیری کرد. روش کار او چنین بود که در شهر اسوان ( syeneسین سابق) وقتی در اواسط تابستان نور آفتاب را بطور قائم دید (یعنی امتداد شاغولی بدون سایه بود) و در همان روز در شهر اسکندریه که تا سین فاصله 772 کیلومتر داشت امتداد شاغولی دارای سایه بود و این سایه طوری بود که زاویه 7 درجه و 12 دقیقه ایجاد می­کرد.

 

شکل

در نتیجه با بدست آوردن محیط دایره شعاع دایره نیز محاسبه می­گردد.

قطب: قطب شمال و قطب جنوب در دو انتهای محور زمین قرار دارند.

استوا: دایره عظیمه­ای است که فاصله­اش از دو قطب یکسان است.

مدارات: دوایر کوچکتری هستند که با استوا موازیند.

نصف النهارات: دوایر عظیمه­ای هستند که از قطبین زمین می­گذرند و یکسان می­باشند.

برای مشخص کردن موقعیت نقاط در روی کره زمین از دو مختصات طول و عرض جغرافیائی استفاده می­کنند.

طول جغرافیائی: طول جغرافیائی هر نقطه زاویه بین نصف النهارات آن نقطه و نصف النهاری است که به عنوان مبدأ انتخاب شده است نصف النهار گرینویچ بعنوان نصف النهار مبدأ فرض شده است که طول جغرافیائی را به 180 درجه شرقی و 180 درجه غربی تقسیم می­کند.

عرض جغرافیائی: عرض جغرافیائی هر نقطه زاویه بین خط قائم آن نقطه و سطح استواست و بسته به اینکه نقطه در بالا یا پائین سطح استوا باشد عرض نقطه شمالی یا جنوبی خواهد بود.

 

زمین در فضا

سیارات به ترتیب دور شدن از خورشید عبارتند از: عطارد، زهره، زمین، مریخ، مشتری، زحل، اورانوس، نپتون.

انواع سیارات:

1. سیاره­های داخلی (زمین مانند): چهار سیاره نزدیک خورشید می­باشند.

2. سیاره­های خارجی (مشتری مانند): چهار سیاره مشتری، زحل، اورانوس، نپتون می­باشند.

سیارات از لحاظ حجم و چگالی متفاوتند (مثل چگالی زمین که 5برابر آب است و چگالی مشتری و زحل بترتیب 5/1 و 7/0 برابر آب)

عطارد: داخلی­ترین سیاره که شباهت زیادی به کره ماه دارد و چون فاقد آتمسفر می­باشد حدود 94% نور خورشید را جذب می­کند.

زهره: نزدیکترین سیاره به زمین که بعد از غروب آفتاب به روشنی در نزدیکی افق مغرب نمایان می­شود و در سپیده­دم نیز بعد از همه ستارگان در مشرق ناپدید می­شود و با توجه به شباهت آن به زمین زهره را دوقلوی زمین می­دانند.

مریخ: سیاره قرمز رنگی است که از زمین به راحتی میتوان بر روی آن مطالعه کرد. عکسهای هوائی، آتشفشان طوفان و کلاً فرسایش را بر روی آن نشان داده و فعال بودن آن را ثابت می­کند.

مشتری: بزرگترین سیاره منظومه شمسی است و گردش وضعی این سیاره یکبار در کمتر از 10 ساعت می­­باشد.

زحل: بعلت وجود تعداد حلقه­های جالب توجه این سیاره که شاید به هزاران عدد نیز برسد آن را سیاره زیبا نامیده­اند.

اورانوس و نپتون: هر دو آبی کمرنگ مایل به سبز بنظر می­آیند. البته اطلاعات در مورد اورانوس بیشتر بود، و اورانوس هم صاحب تعدادی حلقه­های زیبا از نوع حلقه­های زحل می­باشد.

سیارکها به هزاران عدد می­رسند و قطرشان بین چند کیلومتر تا حدود چند هزار کیلومتر متفاوت است و محل استقرار سیارکها فاصله مریخ و مشتری است.

دنباله­دارها: مجموعه­ای از سنگریزه­ها، غبار و گازهای منجمد معلق در فضا هستند. مدار حرکت آنها بیضی بسیار کشیده می­باشد که گاهی نیز از حاشیه منظومه شمسی خارج می­گردد. معروفترین دنباله­دار بنام هالی می­باشد که هر 75 سال یکبار ظاهر می­شود.

حرکت وضعی زمین: زمین در هر 24 ساعت یکبار به دور محورش که نسبت به سطح مدار آن 23 درجه و 27 دقیقه زاویه دارد می­چرخد.

حرکت انتقالی زمین: زمین که بر اساس جاذبه در گردش است در هر 365 روز و 6 ساعت یکبار روی مدار بیضی شکلی که قطر بزرگ آن 930 میلیون کیلومتر طول دارد بدور خورشید می­چرخد، مایل بودن محوری که از دو قطب زمین می­گذرد (5/23 درجه از خط عمود دورتر است) سبب پیدایش فصلها و تغییر طول شب و روز است.

زمین در زمستان 5/2 میلیون کیلومتر به خورشید نزدیکتر از تابستان می­باشد و طولانی­ترین روز آن آخر خرداد ماه و کوتاهترین روزش آخر آذر ماه است.

 

یوهان کپلر ستاره­شناس آلمانی پس از مشاهداتی طولانی موفق شد سه قانون زیر را برای حرکت سیارات کشف کند:

1. مدار حرکت همه سیارات به دور خورشید بیضی است و خورشید در یکی از دو کانون بیضی قرار دارد.

 

 

2. هر سیاره، چنان به دور خورشید می­گردد که خطی که سیاره و خورشید را به هم وصل می­کند، در زمانهای مساوی، مساحتهای مساوی ایجاد می­کند.

 

3. زمان یک دور گردش سیارات بدور خورشید با افزایش فاصله آنها از خورشید زیاد می­شود و میان ایندو رابطه  برقرار است. (P زمان یک دور گردش سیاره بر حسب سال زمینی و d فاصله این سیاره از خورشید به واحد نجومی.)                                      P² = d³

توجه 2 :دلیل روشن بیضی بودن مدارها، قانون جاذبه غمومی نیوتن و فرمول معروف او

 می­باشد. (نیرو= F و ضریب ثابت جاذبه عمومی = G و M₁ و M₂ جرم دو جسم و d فاصله بین آن دو جسم می­باشد)

توجه 3 :برای اثبات حرکت انتقالی زمین، چندین دلیل وجود دارد که مهمترین آنها عبارتند از:

 الف) اثر دوپلر (بر اساس طیف­های متفاوت)

ب) پارالاکس (اختلاف منظر)

خشکیها و دریاها:

از نظر جغرافیائی زمین را میتوان به دو قسمت خشکیها و دریاها تقسیم­بندی کرد. بر اساس آخرین اندازه­گیریها تقریباً 71% زمین از آب پوشیده شده است. با توجه به تقسیم خشکیها که البته بطور غیر مساوی می­باشد می­توان نیمکره شمالی را نیمکره خشکیها و نیمکره جنوبی را نیمکره دریائی نامگذاری نمائیم.

(مساحت خشکیهای نیمکره شمالی 116 و نیمکره جنوبی 29 میلیون کیلومتر مربع می­باشد.)

خشکی­ها از نظر پستی و بلندی:

الف) کوهها: مناطقی مرتفع از سطح زمین­اند که وسعت سطح بالائی آنها خیلی کم است و مرتفع­ترین قله اورست با ارتفاع 8848 متر می­باشد.

ب) فلاتها: به قسمتهائی مرتفع زمین که سطح بالائی آنها وسعت زیادی داشته باشد گفته می­شود (به عبارتی دیگر دشتهایی هستند که در ارتفاعات قرار گرفته­اند)

ج) دشتها: قسمتهای مسطح و کم ارتفاع زمین دشت نامیده می­شوند (قابل توجه است که بیش از نیمی از خشکیهای زمین کمتر از 500 متر ارتفاع دارند)

بر مبنای جدا  بودن خشکیها از یکدیگر آنها را به پنج قاره به شرح زیر تقسیم­بندی می­کنند:

1. آسیا به وسعت 3/44 میلیون کیلومتر مربع

2. آمریکا به وسعت 39 میلیون کیلومتر مربع

3. آفریقا به وسعت 1/30 میلیون کیلومتر مربع

4. اروپا به وسعت 1/10 میلیون کیلومتر مربع

5. اقیانوسیه به وسعت 9 میلیون کیلومتر مربع

5/8 درصد خشکیها و 4/2 درصد سطح زمین (که بالغ بر 5/12 میلیون کیلومتر مربع) در سرزمینهای قطبی قرار دارند.

 

 

دریاها:

عمیق­ترین نقطه اقیانوسها در محلی بنام میندانائو(Mindanao) در اقیانوس کبیر به عمق 10793 متر می­رسد.

قابل توجه است که تنها اقیانوسها بیش از 4000 تا 5000 متر عمق دارند و بقیه قسمتهای کم­عمق را تشکیل می­دهند.

خلاصه اینکه سطح زمین بطور یکنواخت از آب یا تنها یک ماده دیگر پوشیده نشده است که همین عامل شرایط متفاوتی را بر روی زمین حاکم نموده است.

بطور کلی زمین را میتوانیم به قسمتهای زیر تقسیم کنیم (البته این تقسیم­بندی بنام قشرهای زمین هم معروف می­باشد)

1. آتمسفر که بصورت قشری سرتاسر زمین را احاطه نموده است.

2. لیتوسفر (سنگ کره) که مهمترین واحد زمین بوده و خود از قسمتهای پوسته و گوشته و هسته تشکیل شده است.

3. ئیدروسفر (هیدروسفر = آبکره) شامل آبهای زمین می­باشد.

البته در یک نوع تقسیم­بندی بیوسفر بعنوان یک قسمت مجزا و جداگانه مطرح گردیده است که شرح آن در کتاب زیست­شناسی می­باشد.

تذکر: قشرها و قسمتهای یاد شده بالا بصورت مجزا نیستند مثلاً در پوشش گازی زمین همیشه مقداری بخار آب و ذرات ریز گرد و غبار موجود است و یا آبهای زمین محتوی ذرات ریز جامد و نیز مقدار زیادی هوا می­باشد که بصورت ناخالصی بیان می­شود.

 

 

 

نمونه سؤالات فصل یک

1- مفاهیم زیر را به اختصار توضیح دهید:

الف) قطب              ب) استوا          ج) مدارات             د) نصف النهارات

2- طول وعرض جغرافیایی را شرح دهید.

3- توضیح دهید ارتوستنس چگونه برای اولین بار شعاع زمین را اندازه­گیری کرد؟

4) سیارات را به ترتیب دور شدن از خورشید نام ببرید و مشخص کنید سیاره­های داخلی و خارجی کدامند.

5) سه قانون یوهان کپلر را توضیح دهید.

6) حرکت انتقالی زمین را شرح دهید.

7) پنج قاره زمین را به ترتیب وسعت نام ببرید و عمیق­ترین نقطه جهان و مرتفع­ترین قله زمین را نیز بنویسید.

8) وسعت خشکیها و آبهای کره زمین را توضیح دهید.

9) حضیض خورشید و نقطه اوج خورشیدی را تعریف کنید.

10) حرکت وضعی و حرکت انتقالی را مقایسه کنید.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

نمونه تست­های فصل یک

1- کدام گزینه صحیح است.

الف) زمین به عنوان چهارمین سیاره منظومه شمسی است و 333000برابر از خورشید کوچکتر است.

ب) عطارد، زهره، مریخ و زمین را سیاره­های داخلی می­نامند.

ج) سیارات به ترتیب نزدیک شدن به خورشید عبارتند از نپتون، اورانوس، زحل، مریخ، مشتری، زمین، زهره و عطارد.

د) تعداد سیارات منظومه شمسی هشت عدد بوده و به ترتیب چهار سیاره نپتون، اورانوس، زحل، مشتری نزدیکترند.

 

2) کدام گزینه صحیح است.

الف) استوا دوایر عظیمه­ای هستند که محور قطبین را قطع می­کند.

ب) نصف النهار دایره عظیمه­ای است که از قطبین با زاویه 5/23 درجه عبور می­کند.

ج) شعاع زمین را برای اولین بار ارتوستنس محاسبه نمود و نصف النهارات موازی را نام گذاری کرد.

د) نصف النهار مبدأ (نصف النهار گرینویچ) یکی از دوایر عظیمه­ای است که بطور یکسان از دو قطب زمین می­گذرند.

 

3- کدام گزینه صحیح نیست.

الف) طول جغرافیایی دو نقطه زاویه بین نصف النهار آن نقطه و نصف النهاری است که به عنوان مبدأ انتخاب شده است.

ب) عرض جغرافیایی هر نقطه زاویه بین خط قائم آن نقطه و سطح استواست.

ج) نصف النهارات دوایری هستند که از قطبین می­گذرند و یکسانند و همچنین مدارات هم دوایری هستند که موازیند و بر خط فرضی عبور کرده از قطبین عمودند.

د) همانطور که عرض جغرافیایی هر نقطه زاویه بین خط قائم آن نقطه و سطح استواست. طول جغرافیائی نیز زاویه بین خط عمود آن نقطه با سطح استواست.

 

4- کدام گزینه صحیح نیست.

الف) کرویت زمین کامل نیست بلکه در قطبین کمی فرورفتگی دارد و شعاع استوائی کمتر از شعاع قطبی است.

ب) برای اولین بار شعاع زمین را ارتوستنس و بر اساس قائم بودن نور خورشید در شهر اسوان با مقایسه نور آفتاب در شهر اسکندریه که با امتداد شاغولی زاویه 7 درجه و 12 دقیقه می­ساخت محاسبه نمود.

ج) کرویت زمین کامل نیست و در قطبین کمی فرورفتگی مشاهده می­شود و استوا دایره عظیمه­ای است که فاصله آن از همین قطبین یکسان می­باشد.

د) برای اولین بار شعاع زمین را ارتوستنس و بر اساس قائم بودن نور خورشید در شهر اسوان با مقایسه با شهر اسکندریه بدون در نظر گرفتن کرویت زمین محاسبه نمود.

 

5- کدام گزینه صحیح نیست.

الف) نصف النهار مبدأ طول جغرافیائی زمین را به 180 درجه شرقی و غربی تقسیم می­کند.

ب) عرض جغرافیائی زمین با توجه به سطح استوا به دو قسمت شمالی و جنوبی تقسیم می­شود و در هر نقطه زاویه فرضی بین خط قائم آن نقطه و سطح استواست.

ج) نصف النهارات دوایر عظمیه موازی می­باشند که از قطبین زمین گذشته و طول جغرافیائی 180 درجه غربی و شرقی را به وجود آورده­اند.

د) دوایر عظیمه­ای که از قطبین می­گذرند و یکسان هستند طول جغرافیائی زمین را معین می­کنند که به کمک یک دایره عظیمه فرضی مبدأ قرار گرفته به 180 درجه شرقی و غربی تقسیم می‌شود.

 

6- کدام گزینه صحیح نیست.

الف) مریخ : سیاره­ای است که گردش وضعی آن یکبار کمتر از 10 ساعت بوده و به رنگ قرمز با فعالیت ثابت است.

ب) عطارد : داخلی­ترین سیاره که شباهت زیادی به کره ماه دارد و چون فاقد اتمسفر می­باشد حدود 94% نور خورشید را جذب می­کند.

ج) زهره : نزدیکترین سیاره به زمین بوده و بعد از غروب آفتاب به روشنی در نزدیکی افق مغرب نمایان می­شود و در سپیده­دم بعد از همه ستارگان در مشرق ناپدید می­شود.

د) زحل : بعلت وجود تعداد حلقه­های جالب توجه این سیاره که به هزاران عدد نیز شاید برسد آن را زیبا نامیده­اند.

 

7- کدام گزینه صحیح نیست.

الف) سیارات منظومه شمسی از لحاظ حجم و چگالی متفاوتند مثل چگالی زمین که پنج برابر آب است و چگالی مشتری و زحل به ترتیب 5/1 و 7/0برابر آب است.

ب) دنباله­دارها مجموعه­ای از سنگریزه­ها، غبار و گازهای منجمد معلق در فضا هستند که در خارج از منظومه شمسی بوده و معروفترین آن دنباله­دارهایی است که هر 75 سال یکبار ظاهر می­شود.

ج) سیارکها به هزاران عدد می­رسند و قطرشان بین چند کیلومتر تا حدود چند هزار کیلومتر متفاوت است و محل استقرار سیارکها فاصله مریخ و مشتری است.

د) سیارات منظومه شمسی به ترتیب دور شدن از خورشید عبارتند از عطارد، زهره، زمین، مریخ، مشتری، زحل، اورانوس، نپتون.

 

8- کدام گزینه غلط است؟

الف) باعث وجود شب و روز حرکت انتقالی زمین است.

ب) زمین در زمستان به خورشید نزدیکتر از فصل تابستان است و این اختلاف 5/2 میلیون کیلومتر می­باشد.

ج) حرکت وضعی زمین همان حرکتی است که طی 24 ساعت حول محوری می­چرخد که آن محور با سطح مدار زمین زاویه 23 درجه و 27 دقیقه را می­سازد.

د) حرکت انتقالی زمین باعث تغییر در طول روز و شب است.

 

9- هر سیاره، چنان به دور خورشید می­گردد که یک خط فرضی وصل کننده به خورشید و آن سیاره در زمانهای مساوی، مساحتهای مساوی ایجاد می­کند و این .... است.

 الف) اثر دوپلر                                                         ب) قانون دوم کپلر             

 ج) قانون اول پارای کس                                             د) قانون دوم نیوتن

 

10- کدام از قوانین کپلر نیست.

الف) زمان گردش روی مدار بیضی شکل 365 روز و 6 ساعت است که خورشید در یکی از دو کانون آن بیضی قرار دارد.

ب) زمان یک دور گردش سیارات بدور خورشید با افزایش فاصله آنها از خورشید زیاد می­شود و میان ایندو رابطه p²=d³ برقرار است ( p زمان یک دور گردش سیاره بر حسب سال زمین و d فاصله این سیاره از خورشید به واحد نجومی)

ج) مدار حرکت همه سیارات به دور خورشید بیضی شکل است و خورشید در یکی از دو کانون بیضی قرار دارد.

د) هر سیاره، چنان به دور خورشید می­گردد که خطی که سیاره و خورشید را به هم وصل می­کند در زمانهای مساوی، مساحتهای مساوی ایجاد می­کند.

 

11- کدام گزینه صحیح است.

الف) مساحت خشکیهای نیمکره جنوبی 116 و نیمکره شمالی 29 میلیون کیلومتر مربع است.

ب) 71% زمین از آب پوشیده شده است با توجه به تقسیم خشکیها که بطور غیر مساوی می­باشد که بنا به وسعت خشکیها نیمکره خشکیها و نیمکره دریائی نامیده شده‌اند.

ج) بطور کلی قشرهای زمین به دو قسمت آتمسفر و لیتوسفر تقسیم شده است که لیتوسفر خود شامل قسمتهای پوسته، گوشته و هسته می­باشد.

د) فلاتهای مسطح کم ارتفاع و کوهها مرتفع از سطح زمین بیش از نیمی از سطح زمین را پوشانده­اند.

 

12- کدام مفهوم صحیح نیست.

الف) آتمسفر بصورت قشری سرتاسر زمین را احاطه نموده است.

ب) لیتوسفر (سنگ کره) مهمترین واحد زمین بوده و خود از قسمتهای پوسته، گوشته و هسته تشکیل شده است.

ج) ئیدروسفر (هیدروسفر = آبکره) شامل مجموعه آبهای زمین است که فقط شامل اقیانوسها و دریاچه­ها می­گردد.

د) قشرهای آتمسفر و لیتوسفر و ئیدروسفر بصورت مجزا نبوده و در بعضی از تقسیم­بندی­ها دانشمندان یک قسمت مجزا بنام بیوسفر به این سه قسمت اضافه می­کنند.

 

13- سیارکها بیشتر در فاصله بین کدام سیارات دیده می­شوند؟

الف) زمین و مشتری

ب) مریخ و زحل

ج) مشتری و مریخ

د)‌ زحل و مشتری

 

14) کهکشان ما جزء کدام نوع کهکشانها است؟

الف) بیضوی

ب) عدسی شکل

ج) مارپیچی

د) نامنظم

 

15) نامساوی بودن طول شبانه روز در اوقات مختلف سال به کدام عامل مربوط است؟

الف) حرکت وضعی زمین

ب) حرکت انتقالی زمین

ج) انحراف محور زمین نسبت به سطح مداری آن

د) متفاوت بودن فاصله زمین و خورشید در فصول مختلف و انحراف محور زمین نسبت به سطح مداری آن