علوم الأرض

علوم الأرض أو علوم الأرض تشمل جميع مجالات العلوم الطبيعية المتعلقة بكوكب الأرض . ^[1] هذا فرع من فروع العلوم يتعامل مع التركيبات الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية المعقدة والروابط التآزرية بين مجالات الأرض الأربعة: المحيط الحيوي ، الغلاف المائي / الغلاف الجليدي ، الغلاف الجوي ، والغلاف الأرضي (أو الغلاف الصخري ). يمكن اعتبار علم الأرض فرعًا من علوم الكواكب ، ولكن بتاريخ أقدم بكثير.

هناك مناهج اختزالية وشاملة لعلوم الأرض. وهي أيضًا دراسة الأرض وجيرانها في الفضاء. يستخدم بعض علماء الأرض معرفتهم بالكوكب لتحديد مواقع الطاقة والموارد المعدنية وتطويرها. ويدرس آخرون تأثير النشاط البشري على بيئة الأرض، ويصممون أساليب لحماية الكوكب. يستخدم البعض معرفتهم بعمليات الأرض مثل البراكين والزلازل والأعاصير للمساعدة في حماية الناس من هذه الأحداث الخطيرة .

يمكن أن تشمل علوم الأرض دراسة الجيولوجيا والغلاف الصخري والبنية واسعة النطاق لباطن الأرض، بالإضافة إلى الغلاف الجوي والغلاف المائي والغلاف الحيوي. عادة ، يستخدم علماء الأرض أدوات من الجيولوجيا والتسلسل الزمني والفيزياء والكيمياء والجغرافيا والبيولوجيا والرياضياتلبناء فهم كمي لكيفية عمل الأرض وتطورها. على سبيل المثال، يدرس خبراء الأرصاد الجوية الطقس ويراقبون العواصف الخطيرة. يقوم علماء الهيدرولوجيا بفحص المياه والتحذير من الفيضانات. يدرس علماء الزلازل الزلازل ويحاولون فهم المكان الذي ستضربه. يدرس الجيولوجيون الصخور ويساعدون في تحديد مواقع المعادن المفيدة. غالبًا ما يعمل علماء الأرض في الميدان، ربما يتسلقون الجبال، أو يستكشفون قاع البحر، أو يزحفون عبر الكهوف، أو يخوضون في المستنقعات. يقومون بقياس وجمع العينات (مثل الصخور أو مياه الأنهار)، ثم تسجيل النتائج التي توصلوا إليها على الرسوم البيانية والخرائط.

جيولوجيا

الجيولوجيا هي دراسة الغلاف الصخري ، أو سطح الأرض، بما في ذلك القشرة والصخور . ويشمل الخصائص الفيزيائية والعمليات التي تحدث في الغلاف الصخري وكذلك كيفية تأثرها بالطاقة الحرارية الأرضية . فهو يشتمل على جوانب الكيمياء والفيزياء والبيولوجيا كعناصر من الجيولوجيا تتفاعل. الجيولوجيا التاريخية هي تطبيق الجيولوجيا لتفسير تاريخ الأرض وكيف تغير مع مرور الوقت. تدرس الجيوكيمياء المكونات والعمليات الكيميائية للأرض. تدرس الجيوفيزياء الخصائص الفيزيائية للأرض. علم الحفرياتيدرس المواد البيولوجية المتحجرة في الغلاف الصخري. تدرس جيولوجيا الكواكب الجيولوجيا فيما يتعلق بالأجسام خارج كوكب الأرض. تدرس الجيومورفولوجيا أصل المناظر الطبيعية. تدرس الجيولوجيا الهيكلية تشوه الصخور لتكوين الجبال والأراضي المنخفضة. تدرس جيولوجيا الموارد كيفية الحصول على موارد الطاقة من المعادن. تدرس الجيولوجيا البيئية كيفية تأثير التلوث والملوثات على التربة والصخور. ^[2] علم المعادن هو دراسة المعادن. ويشمل دراسة تكوين المعادن، والتركيب البلوري ، والمخاطر المرتبطة بالمعادن، والخصائص الفيزيائية والكيميائية للمعادن. ^[3] علم البترولهي دراسة الصخور، بما في ذلك تكوين الصخور وتكوينها. علم الصخور هو فرع من علم الصخور الذي يدرس تصنيف وتصنيف الصخور. ^[4]

باطن الارض

تكتونية الصفائح ، وسلاسل الجبال ، والبراكين ، والزلازل هي ظواهر جيولوجية يمكن تفسيرها من حيث العمليات الفيزيائية والكيميائية في القشرة الأرضية. ^[6] تحت القشرة الأرضية يقع الوشاح الذي يتم تسخينه بواسطة التحلل الإشعاعي للعناصر الثقيلة . الوشاح ليس صلبًا تمامًا ويتكون من الصهارة التي تكون في حالة حمل حراري شبه دائم. تتسبب عملية الحمل الحراري في تحرك صفائح الغلاف الصخري، وإن كان ذلك ببطء. وتعرف العملية الناتجة باسم تكتونية الصفائح. ^{[7] [8] [9] [10]}تسمى مناطق القشرة التي تتكون فيها القشرة الجديدة بالحدود المتباعدة ، وتلك التي يتم إعادتها إلى الأرض تسمى الحدود المتقاربة ، وتلك التي تنزلق فيها الصفائح فوق بعضها البعض، ولكن لا يتم إنشاء أو تدمير أي مادة ليثوسفيرية جديدة، يشار إليها باسم التحويل الحدود (أو المحافظة) ^{[8] [10] [11] تنتج} الزلازل عن حركة صفائح الغلاف الصخري، وغالبًا ما تحدث بالقرب من الحدود المتقاربة حيث تندفع أجزاء من القشرة الأرضية إلى داخل الأرض كجزء من عملية الاندساس. ^[12]

قد يُنظر إلى تكتونية الصفائح على أنها العملية التي من خلالها تعود الأرض إلى الظهور. نتيجة لانتشار قاع البحر ، يتم إنشاء قشرة جديدة وغلاف صخري عن طريق تدفق الصهارة من الوشاح إلى السطح القريب، من خلال الشقوق، حيث تبرد وتتصلب. من خلال الاندساس ، تعود القشرة المحيطية والغلاف الصخري إلى الوشاح الحراري. ^{[8] [10] [13]} تنتج البراكين في المقام الأول عن ذوبان مادة القشرة المندسة. تذوب المواد القشرية التي تُدفع إلى الغلاف الموري ، ويصبح جزء من المادة المنصهرة خفيفًا بدرجة كافية لترتفع إلى السطح، مما يؤدي إلى نشوء البراكين. ^{[8] [12]}

علم الغلاف الجوي

تطور علم الغلاف الجوي في البداية في أواخر القرن التاسع عشر كوسيلة للتنبؤ بالطقس من خلال الأرصاد الجوية ، وهي دراسة الطقس. تم تطوير كيمياء الغلاف الجوي في القرن العشرين لقياس تلوث الهواء وتوسعت في السبعينيات استجابة للأمطار الحمضية . يدرس علم المناخ المناخ وتغير المناخ . ^[14]

التروبوسفير ، الستراتوسفير ، الميزوسفير ، الغلاف الحراري ، والغلاف الخارجي هي الطبقات الخمس التي تشكل الغلاف الجوي للأرض. 75% من كتلة الغلاف الجوي تقع داخل طبقة التروبوسفير، وهي الطبقة الأدنى. بشكل عام، يتكون الغلاف الجوي من حوالي 78.0% نيتروجين ، 20.9% أكسجين ، و0.92% أرجون ، وكميات صغيرة من الغازات الأخرى بما في ذلك _{ثاني أكسيد} الكربون وبخار الماء. ^[15] يتسبب بخار الماء وثاني أكسيد الكربون _في احتجاز الغلاف الجوي للأرض لطاقة الشمس من خلال ظاهرة الاحتباس الحراري . ^[16]وهذا يجعل سطح الأرض دافئًا بما يكفي لوجود الماء السائل والحياة. بالإضافة إلى حبس الحرارة، يحمي الغلاف الجوي أيضًا الكائنات الحية عن طريق حماية سطح الأرض من الأشعة الكونية . ^{[17] ينتج} المجال المغناطيسي - الناتج عن الحركات الداخلية للنواة - الغلاف المغناطيسي الذي يحمي الغلاف الجوي للأرض من الرياح الشمسية . ^[18] بما أن عمر الأرض 4.5 مليار سنة، ^{[19] [20]} كانت ستفقد غلافها الجوي الآن إذا لم يكن هناك غلاف مغناطيسي وقائي.

المجال المغناطيسي للأرض

المجال المغناطيسي للأرض ، المعروف أيضًا باسم المجال المغناطيسي الأرضي، هو المجال المغناطيسي الذي يمتد من باطن الأرض إلى الفضاء، حيث يتفاعل مع الرياح الشمسية ، وهي تيار من الجسيمات المشحونة المنبعثة من الشمس . يتولد المجال المغناطيسي عن طريق تيارات كهربائية نتيجة لحركة تيارات الحمل الحراري لخليط من الحديد المنصهر والنيكل في اللب الخارجي للأرض : وتنتج تيارات الحمل الحراري هذه عن الحرارة المتسربة من اللب، وهي عملية طبيعية تسمى الدينامو الجيولوجي .

يتراوح حجم المجال المغناطيسي للأرض عند سطحها من 25 إلى 65 ميكرو طن (0.25 إلى 0.65 جيجا). ^[23] على سبيل التقريب، يتم تمثيله بمجال ثنائي القطب المغناطيسي المائل حاليًا بزاوية تبلغ حوالي 11 درجة بالنسبة لمحور دوران الأرض ، كما لو كان هناك شريط مغناطيسي ضخم موضوع في تلك الزاوية عبر مركز الأرض. . يمثل القطب الجيومغناطيسي الشمالي في الواقع القطب الجنوبي للمجال المغناطيسي للأرض، وعلى العكس من ذلك يمثل القطب الجيومغناطيسي الجنوبييتوافق مع القطب الشمالي للمجال المغناطيسي للأرض (لأن الأقطاب المغناطيسية المتقابلة تتجاذب والطرف الشمالي للمغناطيس، مثل إبرة البوصلة، يشير نحو المجال المغناطيسي الجنوبي للأرض، أي القطب الجيومغناطيسي الشمالي بالقرب من القطب الشمالي الجغرافي). اعتبارًا من عام 2015، كان القطب الجيومغناطيسي الشمالي يقع في جزيرة إليسمير ، نونافوت ، كندا.

في حين أن القطبين المغناطيسيين الشمالي والجنوبي يقعان عادةً بالقرب من القطبين الجغرافيين، إلا أنهما يتحركان ببطء وبشكل مستمر على مدار المقاييس الزمنية الجيولوجية، ولكن ببطء كافٍ حتى تظل البوصلات العادية مفيدة للملاحة. ومع ذلك، على فترات غير منتظمة يبلغ متوسطها عدة مئات الآلاف من السنين، ينعكس مجال الأرض ويتغير القطبان المغناطيسيان الشمالي والجنوبي على التوالي، أماكنهما فجأة. تترك هذه الانعكاسات في الأقطاب المغناطيسية الأرضية سجلاً في الصخور التي كانت ذات قيمة لعلماء المغنطيسية القديمة في حساب المجالات المغناطيسية الأرضية في الماضي. وهذه المعلومات بدورها مفيدة في دراسة حركات القارات وقيعان المحيطات في هذه العمليةتكتونية الصفائح .

الغلاف المغناطيسي هو المنطقة الواقعة فوق الغلاف الأيوني والتي يتم تحديدها من خلال مدى المجال المغناطيسي للأرض في الفضاء. ويمتد عشرات الآلاف من الكيلومترات في الفضاء ، ويحمي الأرض من الجسيمات المشحونة للرياح الشمسية والأشعة الكونية التي من شأنها أن تجرد الغلاف الجوي العلوي، بما في ذلك طبقة الأوزون التي تحمي الأرض من الأشعة فوق البنفسجية الضارة .

الهيدرولوجيا

الهيدرولوجيا هي دراسة الغلاف المائي وحركة المياه على الأرض . ويؤكد على دراسة كيفية استخدام البشر وتفاعلهم مع إمدادات المياه العذبة. ترتبط دراسة حركة المياه ارتباطًا وثيقًا بعلم الجيومورفولوجيا وفروع علوم الأرض الأخرى. تتضمن الهيدرولوجيا التطبيقية الهندسة للحفاظ على البيئات المائية وتوزيع إمدادات المياه. وتشمل التخصصات الفرعية للهيدرولوجيا علم المحيطات ، وجيولوجيا المياه ، والهيدرولوجيا البيئية ، وعلم الجليد . علم المحيطات هو دراسة المحيطات. ^[24] الهيدروجيولوجيا هي دراسة المياه الجوفية. ويتضمن رسم خرائط لإمدادات المياه الجوفية وتحليل ملوثات المياه الجوفية. وتسعى الهيدروجيولوجيا التطبيقية إلى منع تلوث المياه الجوفية والينابيع المعدنية وإتاحتها كمياه صالحة للشرب . يعود تاريخ أقدم استغلال لموارد المياه الجوفية إلى عام 3000 قبل الميلاد، وقد تم تطوير علم الهيدروجيولوجيا كعلم على يد علماء الهيدرولوجيا بداية من القرن السابع عشر. ^[25] علم الهيدرولوجيا البيئية هو دراسة النظم البيئية في الغلاف المائي . ويمكن تقسيمها إلى الدراسة الفيزيائية للنظم الإيكولوجية المائية والدراسة البيولوجية للكائنات المائية. تشمل الهيدرولوجيا البيئية التأثيرات التي تحدثها الكائنات الحية والنظم البيئية المائية على بعضها البعض بالإضافة إلى كيفية تأثر هذه النظم البيئية بالبشر. ^[26]علم الجليد هو دراسة الغلاف الجليدي، بما في ذلك الأنهار الجليدية وتغطية الأرض بالجليد والثلوج. تشمل اهتمامات علم الجليد الوصول إلى المياه العذبة الجليدية، وتخفيف المخاطر الجليدية، والحصول على الموارد الموجودة تحت الأراضي المجمدة، ومعالجة آثار تغير المناخ على الغلاف الجليدي. ^[27]

علم البيئة

علم البيئة هو دراسة المحيط الحيوي. ويشمل ذلك دراسة الطبيعة وكيفية تفاعل الكائنات الحية مع الأرض ومع بعضها البعض. وهو يدرس كيفية استخدام الكائنات الحية للموارد مثل الأكسجين والماء والمواد المغذية من الأرض للحفاظ على نفسها. وينظر أيضًا في كيفية قيام البشر والكائنات الحية الأخرى بإحداث تغييرات في الطبيعة. ^[28]

الجغرافيا الطبيعية

الجغرافيا الطبيعية هي دراسة أنظمة الأرض وكيفية تفاعلها مع بعضها البعض كجزء من نظام واحد قائم بذاته. ويشمل علم الفلك والجغرافيا الرياضية والأرصاد الجوية وعلم المناخ والجيولوجيا والجيومورفولوجيا والبيولوجيا والجغرافيا الحيوية وعلم الأحياء وجغرافيا التربة. تختلف الجغرافيا الطبيعية عن الجغرافيا البشرية ، التي تدرس التجمعات السكانية البشرية على الأرض، على الرغم من أنها تشمل التأثيرات البشرية على البيئة. ^[29]

المنهجية

وتختلف المنهجيات تبعا لطبيعة المواضيع التي تتم دراستها. تنقسم الدراسات عادة إلى واحدة من ثلاث فئات: رصدية، تجريبية، أو نظرية. غالبًا ما يقوم علماء الأرض بإجراء تحليلات حاسوبية معقدة أو يقومون بزيارة موقع مثير للاهتمام لدراسة ظواهر الأرض (مثل القارة القطبية الجنوبية أو سلاسل جزر النقاط الساخنة ).

إحدى الأفكار الأساسية في علم الأرض هي فكرة التوحيد ، والتي تنص على أن "الملامح الجيولوجية القديمة يتم تفسيرها من خلال فهم العمليات النشطة التي يمكن ملاحظتها بسهولة". وبعبارة أخرى، فإن أي عمليات جيولوجية جارية في الوقت الحاضر قد عملت بنفس الطرق طوال الزمن الجيولوجي. يتيح ذلك لأولئك الذين يدرسون تاريخ الأرض تطبيق المعرفة حول كيفية عمل عمليات الأرض في الوقت الحاضر لاكتساب نظرة ثاقبة حول كيفية تطور الكوكب وتغيره عبر التاريخ الطويل.

مجالات الأرض

يتعرف علم الأرض عمومًا على أربعة مجالات، الغلاف الصخري ، والغلاف المائي ، والغلاف الجوي ، والمحيط الحيوي ؛ ^[30 ] وهذه تتوافق مع الصخور والماء والهواء والحياة . يشمل البعض أيضًا الغلاف الجليدي ( المناظر للجليد ) كجزء متميز من الغلاف المائي والغلاف الأرضي ( المناظر للتربة ) باعتباره مجالًا نشطًا ومختلطًا. يتم تصنيف مجالات العلوم التالية بشكل عام ضمن علوم الأرض:

• تصف الجيولوجيا الأجزاء الصخرية من قشرة الأرض (أو الغلاف الصخري ) وتطورها التاريخي. التخصصات الفرعية الرئيسية هي علم المعادن والصخور ، والجيومورفولوجيا ، وعلم الحفريات ، وعلم الطبقات ، والجيولوجيا الهيكلية ، والجيولوجيا الهندسية ، وعلم الرسوبيات . ^{[31] [32]}
• تركز الجغرافيا الطبيعية على الجغرافيا باعتبارها أحد علوم الأرض. الجغرافيا الطبيعية هي دراسة فصول الأرض والمناخ والغلاف الجوي والتربة والجداول والتضاريس والمحيطات. يمكن تقسيم الجغرافيا الطبيعية إلى عدة فروع أو مجالات ذات صلة، على النحو التالي: الجيومورفولوجيا ، والجغرافيا الحيوية ، والجغرافيا البيئية ، والجغرافيا القديمة ، وعلم المناخ ، والأرصاد الجوية ، والجغرافيا الساحلية ، وعلم المياه ، وعلم البيئة ، وعلم الجليد . ^{[ بحاجة لمصدر ]}
• تبحث الجيوفيزياء والجيوديسيا في شكل الأرض وتفاعلها مع القوى ومجالاتها المغناطيسية والجاذبية . يستكشف الجيوفيزيائيون قلب الأرض ووشاحها بالإضافة إلى النشاط التكتوني والزلازل للغلاف الصخري . ^{[32] [33] [34]} تستخدم الجيوفيزياء عادة لتكملة عمل الجيولوجيين في تطوير فهم شامل لجيولوجيا القشرة الأرضية، وخاصة في استكشاف المعادن والبترول. يستخدم علماء الزلازل الجيوفيزياءلفهم حركة الصفائح التكتونية، وكذلك التنبؤ بالنشاط الزلزالي.
• تُعرف الكيمياء الجيولوجية بأنها دراسة العمليات التي تتحكم في وفرة وتركيب وتوزيع المركبات والنظائر الكيميائية في البيئات الجيولوجية. يستخدم علماء الكيمياء الجيولوجية أدوات ومبادئ الكيمياء لدراسة التركيب والبنية والعمليات والجوانب الفيزيائية الأخرى للأرض. التخصصات الفرعية الرئيسية هي الكيمياء الجيولوجية المائية ، والكيمياء الكونية ، والكيمياء الجيولوجية النظائرية ، والكيمياء الجيولوجية الحيوية .
• يغطي علم التربة الطبقة الخارجية من قشرة الأرض التي تخضع لعمليات تكوين التربة (أو الغلاف الأرضي ). ^[35] تشمل التقسيمات الفرعية الرئيسية في هذا المجال من الدراسة علم التربية وعلم التربية . ^[36]
• تغطي البيئة التفاعلات بين الكائنات الحية وبيئتها. هذا المجال من الدراسة يميز دراسة الأرض عن دراسة الكواكب الأخرى في النظام الشمسي ، فالأرض هي الكوكب الوحيد الذي يعج بالحياة.
• الهيدرولوجيا وعلم المحيطات وعلم الليمون هي دراسات تركز على حركة المياه وتوزيعها وجودتها وتتضمن جميع مكونات الدورة الهيدرولوجية على الأرض وغلافها الجوي (أو الغلاف المائي ). "تشمل التخصصات الفرعية للهيدرولوجيا الأرصاد الجوية الهيدرولوجية، وهيدرولوجيا المياه السطحية، وجيولوجيا المياه، وعلوم مستجمعات المياه، وهيدرولوجيا الغابات، وكيمياء المياه." ^[37]
• يغطي علم الجليد الأجزاء الجليدية من الأرض (أو الغلاف الجليدي ).
• تغطي علوم الغلاف الجوي الأجزاء الغازية من الأرض (أو الغلاف الجوي ) الواقعة بين السطح والغلاف الخارجي (حوالي 1000 كم). وتشمل التخصصات الفرعية الرئيسية الأرصاد الجوية، وعلم المناخ، وكيمياء الغلاف الجوي ، وفيزياء الغلاف الجوي .

تفكك علوم الأرض

أنظر أيضا

مراجع

مصادر

قراءة متعمقة

روابط خارجية

ويكيميديا ​​​​كومنز لديها وسائل الإعلام المتعلقة بعلوم الأرض .

• صورة اليوم لعلوم الأرض، وهي خدمة مقدمة من رابطة أبحاث الفضاء بالجامعات ، برعاية مركز غودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا .
• الجيوأخلاقيات في استكشاف الكواكب والفضاء.
• جيولوجيا الطنانة: علوم الأرض