ساختار زمين   بشر از دير باز به فكر مطالعه درباره زمين و ساختمان دروني آن بوده است از آنجا كه مطالعه مستقيم اعماق زمين غير ممكن است بيش تر مطالعات درباره زمين به روش غير مستقيم است. عميق ترين چاهي كه جهت مطالعه مستقيم حفر شده است در شوروي سابق حدود 13 كيلومتر است در صورتي كه شعاع كره زمين در حدود 6400 كيلومتر است   رههاي مطالعه غير مستقيم زمين:  آتشفشانها – چشمه هاي آب گرم – امواج زلزله – سنگهايي كه از ساير نقاط منظومه شمسي به زمين رسيده اند. لايه هاي زمين:    - هسته    - گوشته    - پوسته   الف:هسته: داغ ترين قسمت زمين كه از دولايه تشكيل شده است لايه داخلي حالت جامد لايه خارجي حالت مايع است. هسته زمين بيش تر از عناصر آهن و نيكل ساخته شده است. خاصيت مغناطيسي زمين به خاطر همين دو عنصر در هسته مي باشد. ب:گوشته: در اطراف هسته قراردارد كه از دو قسمت نرم كره(خميري شكل) و سنگ كره(قسمت سنگي) مواد سازنده گوشته: سيلسيم – اكسيژن- آهن منيزيم-كلسيم   ج:پوسته: خارجي ترين لايه زمين است كه سطح آن داراي برجستگي(كوهها) و فرو رفتگي ها(اقيانوسها) مي باشد ضخامت آن متفاوت است. در زير قاره ها 20 تا 60 كيلومتر – در زير اقيانوسها 8 تا 12 كيلومتر است.   پوسته در زير اقيانوسها شبيه لايه پايين پوسته قاره اي مي باشد. نرم كره: قسمت خميري شكل گوشته را نرم كره گويند.   سنگ كره: پوسته سنگي و سخت زمين همراه با قسمت سنگي گوشته را سنگ كره گويند سنگ كره بر روي نرم كره قراردارد و گاهي به آرامي جابه جا مي شود كه موجب وقوع زلزله مي شود.

كاني ها: ذرات تشكيل دهنده سنگها را كاني گويند

انواع كاني ها از نظر طريقه بوجود آمدن:

1- كاني هاي اوليه

 2- كاني هاي ثانويه

الف: كاني هاي اوليه: كاني هايي هستند كه بر اثر سرد شدن مواد مذاب درون زمين بوجود مي آيند مثل كوارتز – فلدستاپ – ميكا (كاني هاي سيليكاتي) – هماتيت – ليمونيت(كاني هاي آهن دار) – كليست (كاني كلسيم دار)

ب: كاني هاي ثانويه: بر اثر تغيير و تجزيه كاني هاي اوليه بوجود مي آيند مثال كاني رستي (از تجزيه فلدستاپ ها حاصل مي شوند)

شناسايي كاني ها: براي شناسايي كاني ها از خواص آن ها استفاده مي كنند(شكل بلور- سختي-  رنگ گرد كاني- جلا- رسانايي اكتريكي- چگالي)

سختي: ميزان سختي كاني ها با هم متفاوت است سخت ترين انها الماس با درجه 10 و نرمترين آنها تالك با درجه 1 سختي بقيه كاني ها بين درجه 1 تا 10 است.

درجه سختي كاني: ميزان مقاومت آن در برابر خراشيدگي را نشان مي دهد.

جدول موهس درجه سختي كاني ها

روش تعيين درجه سختي كاني ها:
اگر دو كاني را روي هم بكشيم هميشه كاني سخت تر بر روي كاني نرمتر خط مي اندازد يعني كاني كه روي كاني ديگر شيار توليد كند سخت تر است.

براي شناسايي جنس كاني ها از آزمايش شعله نيز مي توان استفاده كرد. زيرا هر عنصري شعله را به رنگ مخصوص درمي آورد.

مثلا:

عنصر سديم رنگ شعله را زرد مي كند
عنصر كلسيم رنگ شعله را سرخ آجري مي كند
عنصر مس رنگ شعله را سبز مي كند
عنصر پتاسيم رنگ شعله را بنفش مي كند

سنگ ها:
كمتر كسي است كه در اطراف خود متوجه سنگها نشده باشد شايد سنگ هاي پله خانه خودتان را ديده ايد و يا درنماي بعضي از ساختمانها سنگ ها زيبا نظر شما را جلب كرده باشد آيا از خود سوال كرده ايد كه اين سنگ ها چگونه بوجود آمده اند؟ از كجا اين سنگ ها را تهيه مي كنند؟ چرا رنگ بعضي ها روشن و بعضي ها تيره است. براي يافتن پاسخ سئوالات خود بايد بيش تر با سنگ ها آشنا شويد.

بطور كلي سنگ ها را به سه گروه اصلي تقسيم مي كنند.
الف) سنگ هاي آذرين

ب)سنگ هاي رسوبي

ج) سنگهاي دگرگوني

الف) سنگ هاي آذرين:
اين سنگ از سرد شدن مواد مذاب درون زمين بوجود مي آيند كه خود آن ها به دو دسته تقسيم مي شوند.

1- آذرين دروني:

 اين سنگ ها بر اثر سرد شدن مواد مذاب در داخل زمين بوجود مي آيند مثل سنگ گرانيت – گابرو
ويژگي اين سنگ ها اين است كه داراي بلورهاي درشت مي باشند و بيش تر رنگ روشن دارند

2- آذرين بيروني: سنگ هاي هستند كه بر اثر سرد شدن مواد مذاب در خارج از زمين بوجود مي آيند چون اين مواد مذاب توسط آتشفشان از زمين خارج مي شوند به اين سنگ ها آتشفشاني نيز مي گويند.
مثال: بازالت – زيوليت
علت تيره و روشن بودن سنگ بستگي به عناصر موجود در آن دارد مثلا سنگ ها تيره داراي آهن – منيزيم – كلسيم است و سنگ هاي روشن آلومينيوم – سديم – پتاسيم دارند

پرسش: علت گرماي درون زمين چيست؟
دانشمندان در مورد گرماي درون زمين نظريه هاي متعددي داده اند اما امروزه تقريبا مطمئن شده اند كه علت گرماي درون زمين فعاليت مواد راديو اكتيو است.

پرسش: مواد راديواكتيو چيست؟
موادي هستند كه بعضي از آن ها ناپايدار بوده و مي تواند به مواد ديگر تبديل شود و مقدار زيادي انرژي توليد كنند. مثل اورانيم

پرسش: آتشفشان چگونه به وجود مي آيد؟
در شرايط خاصي مقداري از مواد درون پوسته يا گوشته ذوب شده و مواد مذاب چون سبك تر هستند به سمت بالا حركت مي كنند وقتي راهي به سطح زمين پيدا كنند از درون زمين به بيرون فوران مي كنند كه به آن آتشفشان مي گويند.

ب)سنگ هاي رسوبي:
آب و باد و يخ از عوامل فرسايش دهنده هستند كه موجب خرد شدن سنگ مي شوند و مواد حاصل توسط آب به دريا منتقل مي شود و به صورت لايه لايه روي هم ته نشين مي شوند و رسوبات را تشكيل مي دهند
عوامل گوناگوني اين رسوبات سست و ناپيوسته را به سنگ سخت تبديل مي كنند كه به اين سنگ ها رسوبي مي گويند.

سنگ هاي رسوبي به روش هاي متعددي بوجود مي آيند. ولي بيش ترين آن ها بر اثر فشار لايه هاي رسوبي بر روي همديگر حاصل مي شوند

پرسش: سنگ هاي رسوبي چگونه بر اثر رسوبگذاري تشكيل مي شوند؟
وقتي رسوبات توسط رودخانه ها به دريا منتقل مي شوند در كف دريا به ترتيب درشتي و ريزي روي هم انباشته مي شوند بر اثر فشار لايه هاي بالايي بر روي لايه هاي پايين آب درون آن ها خارج شده و مواد سفت سخت مي شوند مثل سنگ رستي

پرسش: چگونه بر اثر تبخير آب دريا سنگ رسوبي حاصل مي شود؟
چون آب درياها و درياچه ها به مقدار زيادي مواد محلول دارند(حدود 35 درصد). وقتي آب آن ها بر اثر گرما تبخير شود مقدار زيادي از املاح محلول در آب رسوب مي كنند و به سنگ تبديل مي شوند مثل سنگ گچ – سنگ نمك

پرسش: چگونه از بهم پيوستن ذرات سنگ هاي رسوبي توليد مي شوند؟

 همه مواد رسوبي بر اثر فشار به هم نمي چسبند مثلا ماسه هر چه تحت فشار قرار بگيرد سفت سخت نمي شود و اين مواد توسط يك ماده چسبنده اي مثل سيمان به هم مي چسبند و به سنگ تبديل مي شوند مثل ماسه سنگ و كنگرمرا

پرسش: بعضي از سنگ هاي رسوبي چگونه بر اثر واكنش شيميايي توليد مي شوند؟
آب داراي مواد محلول زيادي است بعضي از اين مواد بر اثر انجام واكنش هاي شيميايي پيچيده اي رسوب مي كنند و مواد سفت و سختي توليد مي كنند كه سنگ رسوبي نام دارد مثل سنگ آهك

ويژگي هاي سنگ هاي رسوبي:

پرسش: فسيل چيست؟
آثار و بقاياي جانداران گذشته كه بين سنگ هاي رسوبي يافت مي شوند فسيل نام دارند
فسيل بيش تر در بين سنگ هاي رستي – آهكي – ماسه سنگ ها يافت مي شود دانشمندان از فسيل چه استفاده اي مي برند؟ تاريخ گذشته زمين را تعيين مي كنند

ج) سنگ هاي دگرگوني:
سنگ هائي هستند كه از دگرگون شدن سنگ هاي آذرين يا رسوبي حاصل مي شوند مثل مرمر – گنيس – كوارتزيت

وقتي سنگي دچار دگرگوني مي شود ممكن است دو نوع تغيير در ساختمان آن بوجود بيايد
1- تغيير در نوع كاني ها موجود در سنگ
2- تغيير در طرز قرار گرفتن كاني ها

مرغوبيت يك سنگ دگرگوني به چه چيز بستگي دارد؟

به ميزان فشار و گرمايي كه سنگ تحمل كرده است.

در نمودار زير دگرگون شدن چند سنگ را مشاهده مي كنيد.

چرخه سنگ ها:
بين انواع سنگ ها وابستگي وجود دارد كه در اثر گذشت زمان هر كدام به سنگ هاي ديگري تبديل مي شوند.

كاربرد سنگ ها و كاني ها

كاني ها و سنگ ها كاربردهاي گوناگوني دارند براي ساختن وسايل زندگي ، زيورآلات، وسايل ساختماني و در صنعت كاربرد فراواني دارند.

بطور كلي سنگ ها و كاني ها به سه منظور استخراج مي شوند.
الف: تأمين انرژي
ب: تأمين مواد اوليه صنايع
ج: جواهر سازي

تأمين انرژي:
انسان براي گرم كردن مسكن خود و پختن غذاها و راه اندازي وسايل نقليه خود به انرژي نياز دارد منبع اصلي تأمين انرژي سنگ ها هستند كه حدود 78 درصد انرژي در بين سنگ هاي رسوبي يافت مي شود.

نفت: مايعي است تيره رنگ با بوي مخصوص كه تركيب شيميايي ثابتي ندارد اما بيش تر از عناصر هيدروژن و كربن(هيدروكربن) است.

پرسش: نفت چگونه تشكيل مي شود؟
موجودات بسيار ريز دريايي بنام پلانكتون ها كه در آب دريا زندگي مي كنند و عمر كوتاهي دارند پس از مرك در بين رسوبات قرار گرفته و پس از ميليون ها سال بر اثر فشار و گرماي زياد به نفت تبديل مي شوند.

پرسش: مخازن نفتي بيش تر دركجا تشكيل مي شوند؟
بيش تر در زير اقيانوس ها تشكيل مي شوند و در هر مخزن نفتي بخش هاي زير وجود دارند.
   الف) سنگ مادر: به سنگ هائي كه نفت در آنها تشكيل مي شود.
   ب) سنگ پوششي: سنگ هائي هستند كه به صورت يك لايه نفوذ ناپذير از بالا آمدن نفت جلوگيري مي كنند و تقريباً به حالت تاقديس مانند بوده و جنس آنها بيش تر از سنگ گچ و سنگ رستي مي باشد.
   ج) سنگ مخزن: سنگ هائي كه شكاف و حفره هاي زيادي دارند و در زير سنگ پوششي قرار دارند و درون آنها نفت و گاز و مقداري آب شور جمع مي شود.

ترتيب قرار گرفتن مواد در يك مخزن نفتي:
به ترتيب از بالا به پايين گاز- نفت- آب شور

زغال سنگ: يكي از مهمترين منابع انرژي است كه به صورت لايه هايي در بين سنگ هاي رسوبي يافت مي شود. مصرف عمده آن در توليد انرژي الكتريكي- ذوب فلزات و پتروشيمي مي باشد.

چگونگي تشكيل ذغال سنگ: گياهاني كه در مرداب ها و سواحل درياهاي گرم رشد فراوان دراند پس از قرار گرفتن در بين رسوبات به وسيله باكتري ها تجزيه شده اكسيژن و هيدروژن آن ها خارج شده و در صد كربن آن ها زياد شده و به ذغال سنگ نارس تبديل مي گردد.
زغال سنگ نارس بر اثر فشار و حرارت زياد به انواع زغال سنگ هاي ديگر تبديل مي شود.

كُكْ: نوعي زغال سنگ بسيار مرغوب است كه تقريباً كربن خالص است و در صنايع فولاد سازي براي جداكردن آهن از سنگ معدن استفاده مي شود.

انرژي گرمايي زمين: خروج آب چشمه هاي آب گرم نشان دهنده اين است كه درون زمين گرم است.
امروزه بسياري از كشورها توانسته اند از اين انرژي استفاده كنند كه به آن زمين گرمايي گويند.

طريقه استفاده از انرژي گرمايي زمين براي توليد جريان برق

ب)كاربرد كاني ها و سنگ ها در مواد اوليه و صنايع
سنگ ها و كاني ها براي تهيه مواد اوليه كاربرد زيادي دارند به عنوان مثال:

1- در صنايع ساختماني: براي تزئين نماي ساختمان ها- مصالح ساختماني در نماي ساختمان بيش تر از گرانيت – مرمر- تراورتن و سنگ هاي چيني در تهيه مصالح بيش تر سنگ گچ – سنگ آهك

نكته: براي تهيه سيمان سنگ آهنك را با رس در كوره حدود 1400 درجه حرارت داده تا پودر سيمان توليد شود.

2- ذوب فلزات: براي ذوب فلزات از زغال سنگ آنتراسيت كك تهيه مي كنند.

3- صنايع شيميايي : ساختن انواع لنت ترمز- لوله فارسيت- انواع ايرانيت-

4- صنايع داروئي: ساختن انواع پودرها سموم شيميايي - پودر پاي بچه (پودر تالك)

5- صنايع غذايي: در كارخانه قند براي تصفيه قند از سنگ آهك استفاده مي شود. خاك رس براي جدا كردن ناخالصي ها در صنايع غذايي استفاده مي شود.

6- صنايع الكتريكي- الكترونيكي: براي انتقال جرايان برق و ساختن ترانزيستورها

ج) در جواهر سازي:

هوازدگي

هوازدگي: تغييرات ناشي از تأثير هوا بر سنگ را هوازدگي گويند.

هوازدگي فيزيكي: فقط سنگ به قطعات كوچك تبديل مي شود ولي ساختار آن تغيير نمي كند.

الف: آب چگونه سنگ را متلاشي مي كند؟
وقتي آب در شكاف سنگ ها نفوذ مي كند بر اثر سرما منجمد مي شود و به علت افزايش حجم(9 درصد افزايش حجم) فشار زيادي به سنگ وارد كرده و سنگ را متلاشي مي كند.

ب: رشد بلور چگونه سنگ را متلاشي مي كند؟
رشد بلورثانويه در شكاف سنگ ها بخصوص در نواحي بياباني موجب ايجاد فشار به سنگ ها شده و انرژي را متلاشي مي كند.

ج: دما چگونه سنگ را متلاشي مي كند؟
تغيير دما در شبانه روز موجب انبساط و انقباض ناگهاني سنگ شده و آن را متلاشي مي كند.

د: گياهان چگونه سنگ را متلاشي مي كنند؟
ريشه گياهان در شكاف سنگ ها نفوذ كرده و بر اثر رشد به سنگ فشار مي آورد و آن را متلاشي مي كند.

ه: جانوران حفار(مورچه- موريانه- موش و ...):

 با بالا آوردن ذرات زيرزميني به سطح زمين آنها را در معرض آب و هوا قرار مي دهند و دچار هوازدگي مي شود.

و: انسان چگونه سنگ را متلاشي مي كند؟
با عمل راهسازي- استخراچ معادن

هوازدگي شيميايي :
در هوازدگي شيميايي تركيب سنگ ها و نوع كاني ها تغيير مي كنند و مواد جديدي حاصل مي شود.

آب به دو طريق موجب هوازدگي شيميايي مي شود.
الف: تركيب آب با بعضي كاني ها و ايجاد و واكنش شيميايي موجب تخريب سنگ مي شود.
ب: آب بسياري مواد را در خود حل كرده و با همراه داشتن مقداري كربن دي اكسيد خاصيت اسيدي پيدا كرده و قدرت انحلال شيميايي آن بيش تر مي شود.

اكسيژن چگونه موجب هوازدگي شيميايي مي شود؟
اكسيژن در مجاورت آب و گرما با كاني ها باعث ايجاد واكنش شيميايي شده و سنگ متلاشي مي شود اين نوع هوازدگي در مناطق گرم و مرطوب بيشتر صورت مي گيرد.
اثر اكسيژن بر سنگ هاي آهن دار بسيار زيادتر از ساير سنگ ها مي باشد.

جا به جا شدن مواد حاصل از هوازدگي بر اثر كشش زمين:
كشش زمين مواد حاصل از هوازدگي را در دامنه هاي شيب دار به سمت پايين مي كشد اين عمل در هنگام باران هاي سيل آسا بيش تر است.

زمين لغزه:

 حركت توده هاي بزرگ در دامنه كوه به سمت پايين را زمين لغزه گويند.

خزش:

جنبش و حركت ذرات در دامنه كم شيب كه سبب جا به جا شدن مواد مي شود را خزش گويند.

خاك:
از مخلوط شدن مواد حاصل از فرسايش سنگ ها با مواد حاصل از پوسيده شدن بدن جانداران خاك بوجود مي آيد.
ارزش خاك: تمام گياهان براي رشد و زنده ماندن به خاك احتياج دارند.

لايه هاي تشكيل دهنده خاك را افق مي گويند.
هرچه تعداد افق خاك بيش تر باشد خاك كاملتر است.
در قديم بعضي مردم معتقد بودند كه خاك گوشت مرده است. نظر شما در اين مورد چيست؟

گياخاك: مواد حاصل از تجزيه بدن گياهان را گياخاك گويند معمولاً رنگ تيره دارد هر چه رنگ خاك تيره تر باشد گياخاك آن بيش تر است.

نكته مهم : مهمترين ماده معدني خاك ذرات رس است. زيرا ذرات رس مقدار مواد محلول مورد نياز گياهان را به خود جذب مي كند مقدار رس بايد در حد معيني باشد اگر بيش از حد باشد قابليت نفوذ خاك كم مي شود.

افق هاي خاك:

افق A : لايه سطحي خاك است و به علت داشتن گياخاك تيره است اين لايه داراي اين لايه داراي مقداري ماسه است اما مواد محلول آن توسط آب به افق B منتقل شده است.

افقB : در زير افق A قرار دارد و گياخاك ندارد مواد محلول و رس آن زياد است.

افقC : در روي سنگ هاي پوسته قرار دارد و بيش تر از سنگ تشكيل شده و كمتر دچار هوازدگي مي شود.

خاك مناطق مختلف:
1- خاك كوهستان: اين خاك كم ضخامت است سنگ هاي تجزيه نشده زياد دارد به علت شيب زياد خاك كم توليد مي شود.

2- خاك جنگل: ضخامت كم دارد حاصلخيزي چنداني ندارد زيرا در آنجا بارندگي زياد سبب شستشوي مواد محلول در خاك مي شود اين خاك براي كشاورزي مناسب نيست.

3- خاك علفزار: حاصلخيز تر از خاك جنگ است لايه سطحي قطور و گياخاك فراوان دارد.

4- خاك بيابان: غني ترين خاك است و مواد محلول بسيار زياد دارد اما به علت هوازدگي كم خاك بيابان نازك و به صورت تكه تكه است و مواد آلي چنداني ندارد.

حاصل خيزي خاك:
ميزان توانايي خاك در پرورش گياهان را حاصل خيزي خاك گويند.

املاح موجود در خاك: شامل موادي هستند كه از تركيب آن ها با همديگر مولكول هاي مواد آلي در گياهان توليد مي شود مهمترين آنها عبارتنداز: نيتروژن- پتاسيم- فسفر به مقدار زياد و عناصر منيزيم- كلسيم- آهن- گوگرد- سديم- مس به مقدار كم موجود است.

آب: مهمترين ماده اي است كه در خاك وجود دارد. آب سبب جابه جايي مواد مورد نياز در سلول هاي گياهي مي شود و مواد دفعي را از آن ها دور مي سازد.

تركيبات شيمايي خاك:

يعني مشخص بودن اسيدي يا بازي خاك زيرا بعضي از گياهان در محيط اسيدي و بعضي در محيط بازي بهتر رشد مي كنند.

تجزيه كنندگان موجود در آب: اين جانداران موجب تجزيه بدن موجودات زنده و آزاد كردن مواد موجود در آنها جهت استفاده در گياهان بعضي از تجزيه كننده ها مثل قارچ ها- باكتري ها