لایه‌های زمین از منظر قرآن و علم
چکیده
تاکنون شناخت بشر در مورد زمین و اعماق آن صرفاً از طریق ارسال امواج لرزه‌ای و لرزه‌های حاصل از زمین‌لرزه‌ها و اندازه‌گیری زمان سیر این امواج از نقطه‌ای به نقطه دیگر میسر شده است، بهگونهای که بشر امروزی با این ابزار توانسته است به شکل پیازی زمین و وجود طبقات مختلف در آن و نیز ضخامت و حتی جنس و خواص فیزیکی این بخش‌ها پی ببرد. یافته‌های زمین‌شناسی نشان می‌دهد زمین دارای چندین قشر متحدالمرکز است که از بیرون به داخل به نام بخش‌های اصلی پوسته، گوشته، و هسته نام‌گذاری شده‌اند و دقت نظر در تقسیم‌بندی‌های جزئی‌تر هرکدام نشان می‌دهد در بین آنها پوسته زمین کم‌ترین ضخامت را دارد و با نزدیک شدن به هسته زمین، بر چگالی مواد تشکیل‌دهنده آنها افزوده می‌شود.
در تاریخ علم زمین شناسی، قدمت کشف لایه‌های زمین به کمتر از سه قرن می‌رسد و این در‌حالی است که خداوند متعال بیش از چهارده قرن پیش، با نزول آیه شریفه 12 طلاق، با اشاره‌ای لطیف به بیان این موضوع پرداخته، فرمود: « الله الذی خلق سبع سموات و من الارض مثلهنّ...: اوست خداوندی که هفت آسمان را آفرید و از زمین نیز همانند آنها را...»
در آیه مذکور، خداوند از شباهت میان هفت آسمان و زمین در خلقت سخن به میان آورده است و از آنجا که تشبیه بدون در‌نظر‌داشتن وجه شبه یا با وجه شبه بعید، قبیح و بی‌فایده است و خداوند از کلام عبث منزه است، لذا یافتن وجه شبه ضروری به‌نظر می‌رسد. همچنین اگر در تشبیه با ادات «مثل»، وجه شبه ذکر نشود، شباهت طرفین تشبیه به صورت تام یا در ویژگی‌های بارز است. عدم شباهت تام هفت آسمان و زمین امری بدیهی است، لکن با شناخت ویژگی‌های بارز هفت آسمان در قرآن کریم مانند چند لایه بودن می‌توان وجوه شباهت هفت آسمان و زمین را روشن نمود که بر این اساس آیه از وجود طبقات در زمین پرده برمی‌دارد.
مقدمه
جهل مطلق یا نسبی بشر و حس کنجکاوی وی نسبت به جهان پیرامون، او را بر آن داشته تا همواره در پی شناخت پدیده‌ها باشد. یکی از این مجهولات که از قرن ها پیش ذهن انسان را به خود مشغول نموده است، محل زیست او یعنی زمین و ساختمان داخلی آن است و هرچند دسترسی مستقیم به قسمت‌های درونی زمین حتی با تکنولوژی عصر حاضر نیز امری ناممکن است، اما بشر با استفاده از روش ژئوفیزیکی به صورت غیرمستقیم و از طریق شواهد قابل دسترسی مانند خروج مواد مذاب درونی توسط آتشفشان‌ها و چشمه‌های آب گرم تا حدی به شناخت درون زمین نائل شده است و در این مطالعه از اندازه‌گیری کمی پارامترها و ویژگی‌های فیزیکی مانند روش‌های انکسار و انعکاس لرزه‌ای، ثقلی، مغناطیسی، الکتریکی، الکترومغناطیسی و رادیواکتیویته بهره می‌برد. ژئوفیزیک با ترکیب پدیده‌های فیزیکی زمین و پوشش‌های مایع و گازی دربرگیرنده‌اش سروکار دارد. ژئوفیزیک‌دانان با استفاده از امواج لرزه‌ای و اندازه‌گیری میدان‌های گرانش و مغناطیس زمین می‌توانند خواص الاستیکی و مغناطیسی، چگالی، و دمای درون زمین را اندازه‌گیری کنند. بدین ترتیب آنها طی مطالعات و تحقیقات ژئوفیزیکی به وجود لایه‌های اصلی و فرعی در زمین پی برده‌اند و دریافته‌اند که زمین از لایه‌های گونه‌گونی تشکیل شده است، هرچند به دلیل اختلاف نظر در پارامترهای تقسیم لایه‌های زمین در تعداد آنها همچنان اختلافات نظراتی وجود دارد.
در قرآن کریم آیات فراوانی پیرامون خلقت آمده است که خداوند با قراینی ما را به تامل در آنها دعوت می‌کند، از جمله آیه 12 طلاق که خداوند متعال از شباهت در خلقت «سبع سموات» و «من الارض» خبر داده، می فرماید: «اللّهُ الَّذِي خَلَقَ سَبْعَ سَمَاوَاتٍ وَ مِنَ الْأَرْضِ مِثْلَهُنَّ يَتَنَزَّلُ الْأَمْرُ بَيْنَهُنَّ لِتَعْلَمُوا أَنَّ اللَّهَ عَلَى كُلِّ شَيْءٍ قَدِيرٌ وَ أَنَّ اللَّهَ قَدْ أَحَاطَ بِكُلِّ شَيْءٍ عِلْمًا: خدا همان كسى است كه هفت آسمان و همانند آنها از زمين آفريد، فرمان [خدا] در ميان آنها فرود مىآيد تا بدانيد كه خدا بر هر چيزى تواناست و به راستى دانش وى هر چيزى را در برگرفته است.» و در بخش انتهایی آیه، این شباهت را دلیل بر قدرت و علم مطلق خویش معرفی می‌نماید. عبارت پایانی آیه، خواننده را به تامل وامی‌دارد که ممکن است آیه شریفه بیانگر موضوعی علمی باشد که مردم عصر نزول از آن بی‌خبر بوده و امروزه بعد از اهتمام بشر به شناخت زوایای پنهان خلقت، این امر روشن شده است. لذا این تحقیق با تکیه بر یافته‌های قطعی علمی پیرامون آسمان‌ها و زمین در عصر حاضر از یک سو و تفسیر روشن آیه از سوی دیگر نمونه‌ای از روشنگری اعجازگونه و علمی قرآن را که همان طبقاتی بودن زمین است، تبیین می نماید. در این مقاله، پس از بیان روش شناخت لایه‌های زمین و معرفی این لایه‌ها، به نقل و تبیین دیدگاه مفسران و سایر کتب مربوطه و تحلیل اعجاز مورد ادعا در آیه شریفه خواهیم پرداخت.
تاریخچه طبقاتی شدن زمین و کشف آن
براساس یافته‌های زمین‌شناسی و علوم نجوم تاریخ لایه لایه بودن زمین به حداقل دو میلیارد سال پیش برمی‌گردد یعنی زمانی که هیچ موجود زنده‌ای بر روی این سیاره وجود نداشت و علت آن را در تاثیرات حیاتی این ویژگی بر روی زندگی جانداران و اجسام موجود بر روی سطح آن می‌توان جستجو نمود. حدود دو قرن پیش در سال 1845 استفاده از علم ژئوفیزیک در شناسایی لایه‌های درون زمین به کار گرفته شد و با گذشت زمان و استفاده از سیستم‌های دقیق‌تر لرزه‌نگاری و کاهش خطا‌های جانبی تفکیک لایه‌های داخل زمین با کیفیت و دقت بیشتری انجام گرفت.
روش شناخت لایه‌های زمین
دانشمندان با ارسال امواج P و S و امواج سایزمیک به داخل زمین و بازگشت آنها به گیرنده‌های لرزه نگاری، توانسته‌اند به شناسایی مرز بین لایه‌های داخل زمین و آنومالی‌ها بپردازند. از ویژگی‌های موج S این است که جهت ارتعاش این امواج عمود بر جهت انتشار آنهاست و به آنها امواج عرضی یا برشی می‌گویند. در بیشتر موارد نسبت این موج به موج P نصف است. اما در موج P جهت ارتعاش با جهت انتشار در یک راستا است (شکل ۱).
این امواج در اثر تنش‌های فشارش و کششی دستگاه‌های لرزه‌نگاری ایجاد می‌شود. این موج نیز نسبت به رئولوژی‌های گوناگون دچار انکسار می‌شود. در نتیجه این ناهنجاری‌ها شناسایی مرز‌های بین لایه‌ای و آنومالی‌های داخلی به راحتی انجام خواهد گرفت. لایه‌ها و عوارض داخلی زمین کمک موثری می‌کند. در شکل۲، شمای کلی از قابلیت گذردهی این امواج به داخل زمین و واکنش این امواج در برخورد با ترکیبات شیمیایی و تغییرات فیزیکی مختلف نشان داده شده است.
در شکل ۲ حالت a، نحوه حرکت امواج P در داخل زمین را نشان می‌دهد که نحوه حرکت آن عمود بر جبهه موج می‌باشد و با حرکت به سمت پایین دچار انکسار می‌شود. این شکستگی‌ها به دلیل افزایش سرعت امواج لرزه‌ای در لایه‌های داخلی است که خود موید تغییرات رئولوژی داخل زمین می‌باشد. اگر این تغییرات آهسته باشد تغییرات انکسار هم آهسته خواهد بود و در صورت افزایش شدت تغییرات رئولوژی انکسار هم شدید خواهد شد. با توجه به شکل مذکور شناسایی مرز بین هسته داخلی و خارجی معین گردید.
در شکل ۲ حالت b، نحوه ی حرکت امواج برشی S دیده می‌شود. این امواج نمی‌تواند از مایعات عبور کنند. از این جهت آثاری از عبور آنها در هسته‌ی خارجی مشاهده نمی‌شود و باعث تشکیل یک منطقه‌ی سایه می‌شود. وجود سایه حکایت از یک انکسار موج لرزه‌ای است که شناسه‌ای برای معرفی مرز (گوتنبرک) بین هسته و گوشته می‌باشد. در شکل ۲ در حالت c، امواج سایزموگرافی به کار برده شده است که در شناسایی هسته‌ی داخلی زمین مورد استفاده قرار می‌گیرد. این امواج نسبت به لایه‌های جامد دچار انکسار می‌شوند و با بازتابی که از مرز بیرونی هسته‌ی داخلی از خود نشان می‌دهند، در شناسایی هسته‌ی داخلی موثر واقع شده است.
نمودار aدر شکل ۲ تغییرات موج S و موج p را در داخل زمین نشان می‌دهد. باتوجه به نمودار، تغییرات شدیدی در سرعت امواج لرزه ای در اعماق ۲۹۰۰ و ۵۱۵۵ کیلومتری دیده می‌شود. این مرزها داخل زمین را به سه قسمت به نام‌های پوسته، گوشته و هسته تقسیم کرده است. اعوجاجات دیگر در هر یک از زیر لایه‌ها تقسیمات فرعی دیگری را برای زمین معرفی کرده است که در ادامه به معرفی هر یک از این لایه‌های فرعی می‌پردازیم. با توجه به مقایسه شکل‌ها مشخص می‌شود رابطه مستقیمی بین شکست امواج لرزه‌ای با مرز لایه‌بندی داخل زمین وجود دارد.
پوسته (لایه a)
پوسته، خارجی‌ترین لایه سیاره ما و دارای ضخامت بین ۷ تا ۷۰ کیلومتر می‌باشد که شامل دو نوع پوسته قاره‌ای و پوسته اقیانوسی است. پوسته قاره‌ای ۳۰ درصد از سطح زمین و پوسته اقیانوسی ۷۰ درصد از سطح آن را پوشش می‌دهد (شکل‌های ۳ و ۴).
این دو نوع پوسته از لحاظ ضخامت و ترکیب با هم متفاوت می‌باشند. بیشترین ارتفاع پوسته قاره‌ای مربوط به کوه‌های هیمالیا و قله اورست با ارتفاع ۸٫۵ کیلومتر و عمیق‌ترین نقطه از پوسته اقیانوسی مربوط به گودال ماریانا می‌باشد. طبق بررسی‌های انجام شده توسط دانشمندان، این سیاره تنها سیاره‌ای است که تحت تاثیر تکتونیک صفحه‌ای می باشد. مطالعات لرزه‌ای نشان داده است که پوسته اقیانوسی لایه به لایه بوده و در اکثر حوضه‌های اقیانوسی سه لایه اصلی وجود دارد:
1. لایه اول به ضخامت تقریبی ۰٫۳ کیلومتر که از مواد رسوبی بوده است.
2. لایه دوم به ضخامت ۱٫۴ کیلومتر که حاوی سنگ‌های مافیک و الترامافیک است.
3. لایه سوم به ضخامت ۴٫۷ کیلومتر که این لایه نیز حاوی سنگ‌های مافیک و الترامافیک است. جنس مواد تشکیل دهنده پوسته در زیر اقیانوس‌ها و قاره‌ها متفاوت است. همچنین این مطالعات در مورد پوسته‌ی قاره‌ای حکایت از ترکیبات زیر دارد: ۸ کیلومتر سنگ‌های روی پوسته از قبیل سنگ‌های آتشفشانی، شیل، ماسه‌سنگ و دیگر سنگ‌های دگرگونی معادل آنها، ۸ کیلومتر میگماتیت و گرانیت، ۱۸ کیلومتر گرانولیت.
مرز موهو
تغییرات در امواج لرزه‌نگاری در اعماق زیر پوسته حاکی از وجود یک ناپیوستگی لرزه‌ای است به طوری که سرعت امواج لرزه‌ای در بالای موهو، ۶ کیلومتر در ثانیه و در زیر موهو حدود ۸ کیلومتر در ثانیه می‌باشد. این انقطاع به قدری واضح است که احتمالا نشان دهنده تماس بسیار ناگهانی بین دو سنگ (گابرو در بالا و پریدوتیت در پایین) است. ضخامت مربوط به این لایه حدود ۶ کیلومتر می‌باشد.
گوشته
این بخش، قسمت داخلی زمین بوده و در بین پوسته و هسته قرار گرفته است. گوشته بخش اعظم جرم و حجم زمین را در برگرفته است. بخش بالای آن دارای عمق ۷۰ کیلومتر و بخش زیرین آن نیز دارای ۲۹۰۰ کیلومتر می باشد (شکل ۳). این توده داغ و جامد است و با افزایش عمق مقدار حرارت آن نیز افزایش یافته و با اینکه جامد است ولی خاصیت پلاستیک از خود نشان می‌دهد و جریان می‌یابد. تغییر و تحولات مربوط به این لایه خود عاملی برای وجود صفحه تکتونیکی روی سطح زمین است. در عمق ۱۰۰ تا ۲۰۰ کیلومتری زیر پوسته‌ی اقیانوسی یک ذوب بخشی جزئی دیده می‌شود که تقریبا ۴ درصد از حجم گوشته را به ماگما تبدیل می‌کند. بسیاری از آتشفشان‌های مربوط به نقاط داغ در سطح زمین که ماگمای بازالتی دارند از زبانه‌ی گوشته منشا گرفته‌اند، وجود دو جریان همرفتی در قسمت‌های مختلف گوشته خود حکایت از تبادل انرژی بین بخش‌های بالا و پایین آن شده است. این تبادلات از یک میلیارد سال پیش آغاز شده است. خود گوشته نیز به دلیل ناپیوستگی‌های لرزه‌ای که توسط دستگاه‌های لرزه نگاری ثبت شده به سه قسمت تقسیم می‌شود: گوشته بالایی، زون انتقالی و گوشته پایینی که در ادامه ویژگی‌های هر یک از این تقسیمات بیان می‌شود.
گوشته بالایی (لایهB)
این لایه بین عمق ۷۰ تا۴۰۰ کیلومتر از سطح زمین را تشکیل داده است. داخل این لایه ذوب بخشی جزئی وجود دارد که با استفاده از ناهنجاری‌های لرزه‌ای شناسائی شده است. منشا بسیاری از پدیده‌های زمین شناسی مثل فعالیت‌های ماگمایی، زلزله‌های عمیق و تغییر مکان قاره‌ها، در گوشته بالائی و ناحیه عبور است. در زیر آن لایه فرعی دیگری به نام لیتوسفر گوشته وجود دارد که به حالت جامد می‌باشد. با استفاده از اطلاعات ژئوفیزیکی برای ترکیب پوسته سه نوع سنگ پیش بینی‌کرده است: دونیت (غنی از الیوین)، پریدوتیت (غنی از الیوین و پیروکسن)، و اکلوژیت (مرکب از گرونا، پیروکسن). جرم مخصوص این قسمت از گوشته حدود ۳،۹ محاسبه شده است.
زون انتقالی (لایهC)
این زون در اعماق 600-400کیلومتری سطح زمین واقع شده است. در این زون نیز با جهش ناگهانی از سرعت لرزه‌ای روبرو هستیم که احتمالا به دلیل جانشینی تغییرات فاز در مواد معدنی گوشته می‌باشد.
گوشته پایینی (لایهD)
جایگاه آن در عمق ۲۹۰۰-۶۷۰ کیلومتری از سطح زمین می‌باشد. افزایش درجه حرارت و سرعت لرزه‌ای و روند رو به رشد آن رو به پایین رفتار پلاستیکی از خود نشان می‌دهند. این انتقال حرارت از طریق فرایند همرفت صورت می‌گیرد. به عبارتی مواد گرم بالا رفته و مواد سرد در داخل آن غرق می‌شوند. فرایند گرم شدن از قاعده گوشته آغاز گردیده است. منشا این گرما را حرارت مربوط به مواد رادیو اکتیو دانسته اند و ۲۰ درصد حرارت موجود دراین لایه از فرایند تشکیل هسته حاصل شده است. نتایج حاصل از بررسی امواج لرزه‌ای حضور سیلیکات‌های منیزیم، آهن و اکسیدهایی مثل کرنزون، روتیل و اسپینل را در این لایه نشان می‌دهد. وجود ناپیوستگی‌های لرزه‌ای در بالای لایه D حضور ترکیباتی مانند TTGو Anorthosite از مشتقات پوسته قاره‌ای است. اطلاعات لرزه‌ای در ارتباط با تشابه ساختار تکتونیکی و همچنین وجود ترکیباتی (مانند گرانیت) مشابه ترکیبات پوسته این احتمال را می‌دهد که این لایه منشا فرورانش پوسته اقیانوسی است که به همراه آن بخشی از پوسته‌ی قاره‌ای را پایین برده است. این عملکرد در زمان اولیه تشکیل کره زمین بوده است. طبق اطلاعات حاصل از روش ترموگرافی لرزه‌ای ترکیب این بخش شامل مجموعه‌ای مختلط از گوشته و هسته (سیلیکات و آهن) معرفی شده است. افزایش سرعت لرزه‌ای در بالای مرز D خود حکایت از چگالی بالا در این مرز دارد.
هسته
درونی ترین بخش از زمین است که دارای قطر ۳۴۸۱ کیلومتر (به اندازه ماه) است. این مجموعه دارای چگالی بالا و با توجه به تحقیقات انجام شده احتمال می رود حاوی آلیاژ آهن و نیکل باشد. شناسایی مرز خارجی (مرز گوتنبرگ) آن با شکست امواج S و مرز داخلی آن با شکست موج P شناسایی شده است. مرز داخلی هسته، آن را به دو قسمت هسته داخلی و هسته خارجی تقسیم نموده است. با توجه به عدم عبور دهی امواج S (امواج برشی) محققان نتیجه گرفتند که هسته خارجی مایع بوده و با توجه به شکست موج P در مرز بین هسته ی داخلی و خارجی به این نتیجه رسیده اند که هسته داخلی جامد می باشد. وجود جریان همرفتی در آلیاژ آهن مربوط به هسته خارجی عاملی برای بروز میدان مغناطیسی زمین می باشد. مطالعات اخیر نشان داده است که سرعت چرخش در هسته داخلی بیش از گوشته می باشد. علاوه بر آن ناهمسانگری گسترده ای در هسته داخلی مشاهده شده است که نمود آن در اختلاف سرعت لرزه ای در قسمت‌های مختلف آن مشاهده شده است به طوری که سرعت سیر موج در هسته داخلی به طور ناگهانی افزایش می‌یابد. طی تحقیقات اخیر احتمال می رود لایه دیگری در بین هسته داخلی و هسته خارجی وجود داشته باشد که ترکیب مشترکی از دو هسته ی بالایی و پایینی را داراست و حالت نیمه سلب دارد.