زمين شناسي زيست محيطي رهيافتي به علم سيستم زمين

1. زمين شناسي زيست محيطيرهيافتي به علم سيستم زمين

2. بخش يكم مفاهيم بنيادي: چگونه انسان به زمين مي نگرد و آن را مطالعه مي كند. مفاهيم كلي و انديشه هاي بنيادي براي درك روشي كه زمين كار مي كند تفكر علمي ناميده مي شوند، روشهايي كه در آن سيستمها عمل مي كنند، بر هم اثر مي گذارند و ماهيت سيستمهاي در حال تغيير در مقياسهاي زماني متفاوت بررسي مي شود.

3. فصل اول مقدمه اي بر علوم زمين محيطي علم چيست، و چرا براي زندگي ما مهم است؟ تفكر علمي بر اساس اين باور است كه پديده هاي طبيعي شامل زلزله ها، آتشفشانها، تغييرات اقليمي و سيلابها داراي علتهاي فيزيكي هستند كه مي توانند كشف شوند و براي پيش بيني رويدادهاي بعدي مورد استفاده قرار گيرند.

4. برخي سئوالات اساسي درباره علم و علوم زمين محيطي : • چه چيزهايي تفكر علمي را از ساير انواع تفكرها متمايز مي كنند؟ • چرا روش علمي موثرترين راهبرد است كه تا كنون براي يادگيري رويدادهاي فيزيكي انديشيده شده است؟ • محدوديتهاي تفكر علمي چيستند؟ • چگونه علم در جهت حفظ منابع زمين و دوري از خطرات محيطي استفاده مي شود؟ • مزاياي علم سيستم زمين براي درك محيط كره زمين چيست؟ فصل اول: مقدمه اي بر علوم زمين محيطي

5. در علوم زمين،آزمايشگاه دانشمندان محيط است و تجاربي كه دانشمندان اعلام مي كنند فرايندهاي خود طبيعت مي باشند. پديده هاي طبيعي نظير فورانهاي آتشفشاني يا تغيير اقليم كره زمين برايدانشمندان مشاهداتي فراهم مي نمايند كه مي توانند براي تعيين علل آن رويدادها و، شايد، پيشگويي رويدادهاي بعدي استفاده شوند. فصل اول: مقدمه اي بر علوم زمين محيطي

6. علم از اتكا به روش علمي پديد مي آيد . • روش علمي بر اساس سيستماتيكانديشه ها يا فرضيه هايي مي باشد كه توسط دانشمندان براي توضيح مشاهدات پديده هاي طبيعي توسعه داده شده است. فصل اول: مقدمه اي بر علوم زمين محيطي

7. تكامل و محيط • زمين 6/4 ميليارد سال پيش تشكيل گرديد. حدود يك ميليارد سال بعد، پس از آنكه پوسته زمين، هواكره و اقيانوسها شكل گرفتند، موجودات تك سلولي (باكتريها) در اقيانوسها پديدار شدند. در طول زمان، زندگي گياهي در حال توسعه در اقيانوسها به اندازه اي اكسيژن به عنوان مواد زائد به داخل هواكره تزريق كرد كه قابل تنفس گشت. فصل اول: مقدمه اي بر علوم زمين محيطي

8. محيط داراي اكسيژن تكامل ميليونها گونه هاي دريايي و خشكي را موجب گرديد ولي بسياري از آنها كه زماني رشد چشمگيري داشتند در زماني ديگر از بين رفتند. • با نابودي برخي گونه ها، تكامل گونه هاي ديگر از سرگرفته شد. تعداد گونه ها در روي زمين در طول زمان افزايش يافت. اين تنوع گونه ها در روي زمين در طول زمان افزايش يافت. اين تنوع زيستي عمدتاً به زمين ساخت ورقي قابل استناد است. فصل اول: مقدمه اي بر علوم زمين محيطي

9. پاره شدن پانگه آدر 200 ميليون سال قبل محيطهاي جديد متنوعي، شامل نواحي وسيع نزديك ساحلي ايجاد كرده اند كه محلهاي سكونت بسياري را فراهم مي نمايد. • گونه هاي متعلق به خود ما (انسان) حدود 100.000 سال پيش بر روي خشكي آفريقا پديدار شد. فصل اول: مقدمه اي بر علوم زمين محيطي

10. تعداد گونه هاي گياهي و جانوري در 600 ميليون سال گذشته فصل اول: مقدمه اي بر علوم زمين محيطي

11. تكامل انسان • بعد از نابودي دايناسورها در 65 ميليون سال قبل، پستانداران شكوفا شده و بر روي زمين تكامل يافتند. نخستيهادر اثناي اين زمان در جنگلهاي آفريقا ظاهر شدند. نخستيهاراسته اي (order) از پستانداران هستند كه شامل ميمونها بوزينه ها، و انسان ها مي باشند. • بين 2 و 4 ميليون سال قبل اقليم آفريقاي استوايي خشكتر و گرمتر شد و جنگلها كوچك گشتند. • اين امر احتمالاً برخي نخستيهاي اوليه را تشويق كرد تا راست (قائم) به داخل ساوانا (savanna) (يا علفزارهاي) مجاور حركت كنند. فصل اول: مقدمه اي بر علوم زمين محيطي

12. يك نخستي پرگوي (وراج) راست رو بزرگ مغز، حدود 50.000 تا 100.000 سال قبل در اين محيط علفزار تكامل يافت. اين گونه خود ما بود كه هم اكنون هوموساپينسيا "انسان متفكر" ناميده مي شود. • برخي از آنها در آفريقا باقي ماندند و برخي ديگر بسمت شمال و شرق به سراسر اروپا و آسيا، احتمالاً در جستجوي غذاي بيشتر يا در واكنش به تغيير اقليم و محيط، رهسپار شدند. فصل اول: مقدمه اي بر علوم زمين محيطي

13. از حدود 25.000 تا 12.000 سال پيش، بشر شرايط عصر يخ را تحمل كرد. • با تبديل مقادير مهمي از آبها به ورقه هاي وسيع يخي، تراز درياها افت كرد و پلهاي زميني (خشكي) را در بين قاره هاي مختلف نمايان ساخت. با استفاده از اين پلهاي تازه نمايان شده، مردم به سرزمينهايي كه قبلاً غيرقابل دسترس بودند مهاجرت كردند. فصل اول: مقدمه اي بر علوم زمين محيطي

14. به تدريج انسانهاي موجود در يك محيط ويژه خصوصيات ويژه اي را توسعه دادند. • در نتيجه اين تكامل و تطبيق، بشر به نژادهاي مختلفي تنوع يافت كه همه آنها درجه اي از توانايي دارا بودند كه در بين حيوانات ديگر در ارتباط با ايجاد و استفاده از ابزارها از مواد خام زميني ـ يا به اختصار توسعه فناوري ـ و ارتباط افكار با زبان، بي رقيب بود. فصل اول: مقدمه اي بر علوم زمين محيطي

15. اثرات انسان بر روي محيط • در حدود 10.000 سال پيش اقليم جهاني بطور كلي گرمتر شد . در آغاز اين دوره نسبتاً گرم اجداد ما ياد گرفتند كه چگونه محصولات غذايي خود را رشد دهند ، حيوانات را اهلي سازند، رودخانه ها را به داخل نهرهاي آبياري برگردانند و جريان آب را در مخازن پشت سدها كنترل نمايند( انقلاب كشاورزي). فصل اول: مقدمه اي بر علوم زمين محيطي

16. در چند صد سال گذشته جمعيت انساني از كمتر از 5/0 ميليارد نفر به 1 ميليارد نفر در اوائل 1800، 2 ميليارد نفر در 1930، 4 ميليارد نفر در حدود 1975، 5 ميليارد نفر در 1987، متجاوز از 6 ميليارد نفر در سال 2000 رسيده است. پيش بيني مي شود كه جمعيت جهاني تا سال 2010 به رقم 8 يا 9 ميليارد نفر برسد. فصل اول: مقدمه اي بر علوم زمين محيطي

17. اثر انسان بر روي منابع و محيط زمين بسيار است .اثرات منفي محيطي ناشي از انقلاب صنعتي گه در قرن هجدهم آغاز گشت شامل آلودگي هوا، آب، فرسايش خاك، تجمع زباله هاي انساني و گسترش بيماريها است. در نتيجه، آگاهي محيطي و قانونگذاري در اين زمنيه در بسياري از كشورها، بويژه در چند دهه اخير، افزايش داشته است. فصل اول: مقدمه اي بر علوم زمين محيطي

18. موضوعهاي بحراني در علوم زمين محيطي • مهمترين موضوع بحراني رشد جمعيت مي باشد، كه مشخصاً از زمان انقلاب صنعتي شتاب داشته است. با رشد جمعيت و صنعت تقاضاهاي فزاينده براي منابعي نظير سوخت، زمين و آب شيرين تميز وجود دارد. فروسايي محيطي نتيجه اجتناب ناپذير اين تقاضاها است. فصل اول: مقدمه اي بر علوم زمين محيطي

19. پيشگويي دقيق رشد جمعيت انساني تقريباً غيرممكن است زيرا بستگي به صف گيج كننده متغيرها، از پيشرفتهاي كشاورزي، اقدامات بهداشتي و پزشكي گرفته تا اثرات فرهنگي، مذهبي و پزشكي دارد. نرخ افزايش جمعيت انساني در سراسر تاريخ انسان تغيير كرده است، ولي برجسته ترين ويژگي آن يك افزايش شتاب دار در چند صد سال اخير مي باشد. فصل اول: مقدمه اي بر علوم زمين محيطي

20. نرخ واقعي رشد تدريجي جمعيت انساني در 2000 سال گذشته نسبت به نرخ رشد تواني آن كمتر بوده است. فصل اول: مقدمه اي بر علوم زمين محيطي

21. رشد تواني:يك جمعيت 1 ميليارد نفري را در نظر بگيريد كه نرخ رشد سالانه آنها 2% است. در طول يك سال اين جمعيت با 2 دو درصد 1 ميليارد نفر، يعني 20 ميليون نفر افزايش خواهد يافت؛ در سال دوم مقدار رشد 2% يك ميليارد و بيست ميليون نفر (يعني 4/20 ميليون نفر) خواهد بود. هر سال تعداد مردم افزوده شده افزايش مي يابد اگر چه نرخ رشد افزايش نيابد. فصل اول: مقدمه اي بر علوم زمين محيطي

22. جمعيت انساني تقريباً مشابه رشد تواني رشد كرده و با نرخ رشد كنوني، هر 40 تا 46 سال، دو برابر مي شود. • در تاريخ انساني 2 ميليون سال طول كشيد تا اولين ميليارد به وجود آيد، 130 سال بعد از آن ميليارد دوم، 30 سال بعد ميليارد سوم، 15 سال بعد ميليارد چهارم و فقط 12 سال براي اضافه شدن ميليارد پنجم طول كشيد. ميليارد ششم كمي قبل از سال 2000 اضافه شد و ميليارد هفتم كمي بعد از سال 2000 اضافه مي شود،. فصل اول: مقدمه اي بر علوم زمين محيطي

23. رشد جمعيت با شتاب قابل توجهي انجام مي شود. در نرخ رشد كنوني،‌ كمتر از فقط 2 سال طول مي كشد تا تمام مردمي كه در دنيا در مدت 200 سال اخير بواسطه جنگها كشته شده اند، يعني 165 ميليون نفر، جايگزين شود. يكي از بزرگترين كوتاهيهاي گونه انساني بي ميلي او در مواجهه با نتايج شتابدار رشد جمعيت است. فصل اول: مقدمه اي بر علوم زمين محيطي

24. نتايج رشد سريع جمعيت • گونه هاي گياهي و حيواني بطور فزاينده اي منقرض خواهند شد. سرزمينهاي طبيعي تخريب خواهند گرديد و آب آلوده خواهد شد. مردم در اثناي خشكساليها يا در جنگهاي ناشي از كمبود منابع خواهند مرد. فصل اول: مقدمه اي بر علوم زمين محيطي

25. منابع و توسعه پايدار • آيا زمين داراي مقدار «ظرفيت حمل» محدودي است كه تعداد آستانه مردم در آنسوي آن نمي تواند جمعيت انساني را با هواي پاك، آب تميز و تغذيه كافي نگهدارد؟ براي پاسخ به اين سوال ما نه تنها نيازمند توجه به تعداد مردم هستيم بلكه بايد متوجه مقدار منابع مورد نياز براي زنده ماندن آنها نيز باشيم. فصل اول: مقدمه اي بر علوم زمين محيطي

26. منبعچيزي است كه از محيط خودمان بدست مي آوريم و با نيازها و خواسته هاي ما برخورد دارد. برخي منابع اصلي نظير هوا، آب و مواد خوراكي مستقيماً از اين محيط قابل دسترس اند. منابع ديگر، به خاطر آنكه ما فناوري را براي استخراج آنها توسعه داده ايم، در دسترس قرار گرفته اند. اينها شامل نفت، آهن و آب زيرزميني هستند. فصل اول: مقدمه اي بر علوم زمين محيطي

27. بطور كلي مردم ثروتمند كشورهاي پيشرفته از منابع بسيار بيشتري نسبت به آنچه براي زنده ماندن آنها مورد نياز مي باشد، استفاده مي برند. ايالات متحده، براي نمونه، داراي فقط 8/4% جمعيت دنيا است، در حاليكه 33 درصد انرژي غيرقابل تجديد دنيا و منابع معدني پردازش شده را مصرف مي كند. فصل اول: مقدمه اي بر علوم زمين محيطي

28. منابع بر حسب درجه تجديدپذيري آنها به سه نوع اصلي طبقه بندي مي شوند: بالقوه تجديد پذير، غيرقابل تجديد و دائمي. • منابع بالقوه تجديدپذيرمي توانند در كوتاه مدت با مصرف سريع و آلوده شدن نقصان يابند، ولي در بلند مدت معمولاً توسط فرايندهاي طبيعي جايگزين مي شوند ( تشكيل خاك ) . فصل اول: مقدمه اي بر علوم زمين محيطي

29. منابع غيرقابل تجديدنظير سوخت هاي فسيلي و فلزات، پايان پذير و بيرون كشيدني‌اند؛ چون آنها فقط بعد از ميليونها سال تحت شرايط زمين شناسي ويژه توليد مي شوند ونمي توانند در مقياس زمان زندگي انساني دوباره ذخيره شوند. • برخي منابع تجديد ناپذير نظير مس و آهن مي توانند بازچرخش و باز استفاده شوند و ذخيره ها را حفظ كنند. فصل اول: مقدمه اي بر علوم زمين محيطي

30. منابع دائمي آنهايي هستند كه در يك مقياس زمان انساني دهها و صدها سال پايان ناپذير مي باشند. (انرژي خورشيدي ، انرژي گرمايي داخل زمين وانرژي ايجاد شده توسط پديده هاي سطحي زمين نظير باد و آب جاري ) . فصل اول: مقدمه اي بر علوم زمين محيطي

31. يكي از مهمترين تغييرات در تاريخ انساني تقاضاي فزاينده براي انرژي و استفاده آن است. فصل اول: مقدمه اي بر علوم زمين محيطي

32. توليد و مصرف منابع تجديد پذير، غير قابل تجديد، و دائمي منحني هاي رشد متفاوتي را دنبال مي كنند. فصل اول: مقدمه اي بر علوم زمين محيطي

33. آلودگي، زباله ها و اثر محيطي • بسياري از مسايل محيطي دنيا وابسته به زباله هاي توليد شده توسط فعاليت هاي انساني است. تمام انسانها كم و بيش زباله هايي را توليد مي كنند كه هوا، آب و زمين را آلوده مي كند. فصل اول: مقدمه اي بر علوم زمين محيطي

34. آلودگياختلاط يا آلوده شدن يك ماده با ماده ناخواسته ديگر است. آلودگي محيطي وقتي حاصل مي شود كه يك ماده آلوده كننده كيفيت يك محيط را پايين آورد. آلوده كننده هاي معمول در نواحي شهري عبارتند از : • (CO2)، • (SO2) • اكسيد هاي ازت • كه تمام آنها توسط سوختن سوختهاي فسيلي توليد مي شوند و به هواكره رها مي گردند. فصل اول: مقدمه اي بر علوم زمين محيطي

35. زباله هافراورده هاي ناخواسته و باقيمانده هايي هستند كه از استفاده يا توليد يك منبع به دست مي آيند. • انسانهاي جديد در جوامع صنعتي شده تراكم جمعيتي و فناوريهاي بسيار بيشتري دارند كه آنها را قادر مي سازد تا مقادير بزرگي از زباله ها را در يكجا جمع كنند كه بيشتر آنها در نواحي كوچك سمي و عفوني هستند. فصل اول: مقدمه اي بر علوم زمين محيطي

36. مدلي از اثر محيطي وسعت اثر محيطي بستگي به سه متغير دارد: • 1ـ جمعيت • 2ـ سرانه مصرف منابع • 3ـ مقدار فروسايي محيطي و آلودگي بر حسب واحد منبع بكار برده شده: • تعداد مردم* سرانه مصرف منابع* فروسايي و آلودگي بر حسب واحد منبع بكار برده شده = اثر محيطي فصل اول: مقدمه اي بر علوم زمين محيطي

37. به موجب اين مدل سه نوع فروسايي محيطي مي توانند رخ دهند: • نوع اول ، زياده از حد شدن جمعيت مردم. • نوع دوم،مصرف زياده از حد، • نوع سوم ،زياده از حد شدن آلودگي فصل اول: مقدمه اي بر علوم زمين محيطي

38. بهحداقل رساندن اثرات محيطيحل مسئله فروسايي محيطي كه توسط رشد سريع جمعيت ايجاد شده است اساسي مي باشد. • كاهش فروسايي محيطي بواسطه مصرف مي تواند، از طريق كاهش مصرف منابع به ازاي هر شخص و كوششهاي متناسب براي انجام هر چه بيشتر بازچرخش و باز استفاده فراورده ها، صورت گيرد. • كاستن فروسايي محيطي ناشي از آلودگي مي تواند با استفاده از فناوريهاي صنعتي و استخراج منابع نايل شود. فصل اول: مقدمه اي بر علوم زمين محيطي

39. در ژوئن 1992، نمايندگان 150 كشور و 1400 سازمان غير دولتي، تقريباً 8000 روزنامه نگار و بسياري ديگر در ريودوژانيرو، برزيل، براي كنفرانس ملل متحد در ارتباط با محيط و توسعه گرد آمدند كه بطور غيررسمي اوج زمين ناميده شد. مهمترين نتايج اوج زمين تعهد كشورها به موارد زير بود: • تأسيس مؤسسه هاي بين المللي نظير كميسيون توسعه پايدار وابسته به ملل متحد. • توسعه راهبردها براي سنجش گزارشهاي ملي. • افزايش ساز وكارهاي مالي براي حمايت از كوششهاي محيطي بين المللي. • توسعه مشاركت عمومي و غير دولتي در حل كشمكشهاي محيطي. فصل اول: مقدمه اي بر علوم زمين محيطي

40. بلايا، سانحه ها و مخاطره هاي طبيعي • بلاياي طبيعي تغييرات محيطي مخرب و ناگهاني هستند كه در نتيجه فرايندهاي زمين شناختي دراز مدت اتفاق مي افتند ولي در ظاهر بدون اعلام رخ مي دهند) براي نمونه، زلزله ها (. • سانحه زمين شناختي يك پديده يا فرايند طبيعي با پتانسيل بلاخيزي است. سنگهاي موجود در قله يك تپه با شيب تند سانحه اي را شكل مي دهند. يك بهمن سنگي مخرب يك بلا است. فصل اول: مقدمه اي بر علوم زمين محيطي

41. مخاطره به بزرگي بالقوه مرگ و مير، زخمي شدگي يا از بين رفتن خاصيت بواسطه يك سانحه ويژه مربوط مي شود. • زلزله يا آتشفشان • تصادفات اتومبيل • آتش سوزي فصل اول: مقدمه اي بر علوم زمين محيطي

42. علوم زمين محيطي و علم سيستم زمين فصل اول: مقدمه اي بر علوم زمين محيطي

43. اين كتاب درباره علوم زمين محيطي است كه با زمين و بسياري از سيستمهاي برهم كنش آن سروكار دارد: • پاكسازي محيط، • اكتشاف و استفاده از منابعي نظير نفت و‌آب، • پيش بيني و كاستن از سوانح طبيعي نظير زلزله ها و فورانهاي آتشفشاني • تغييرات كره زمين، بويژه تهديد دو گانه گرمايش كره زمين • بالا آمدن تراز دريا فصل اول: مقدمه اي بر علوم زمين محيطي

44. سيستم هاي محيطي به هم پيوسته • اثرات محيطي از بين بردن جنگلها نمونه اي از طبيعت به هم پيوسته سيستمهاي زميني و نياز براي مطالعات بسيار انضباطي چنين آثاري است . • اثرات تخريب جنگل بر روي دامنه ها و رودها نمونه اي از عوامل مختلف سيستمهاي زمين هستند. • (الف) در يك ناحيه جنگلي متراكم، درختان حركت آب باران را كند مي كنند، طوري كه آب به آهستگي از طريق پهنه برگ روي كف جنگل ريخته و سرانجام به داخل خاك نفوذ مي كند. ريشه هاي درخت خاك را نگه مي دارند و فرسايش كمي رخ مي دهد. • (ب) تخريب جنگل خاك با رويش گياهي كم را آشكار مي سازد. باران خاك را فرسايش داده و از طريق جريانهاي دامنه اي به داخل رودخانه مي ريزد. تراز آب بالا آمده، باعث سيلاب و فرسايش بيشتر مي گردد. فصل اول: مقدمه اي بر علوم زمين محيطي

45. فصل دومسيستمهاي پوياي زمين علم سيستم زمين به روابط بين سيستمهاي مختلف زمين و تغييراتي كه در آنها با زمان رخ مي دهد تمركز دارد. علم سيستم زمين تمام زمين را به عنوان يك سيستم منفرد مي بيند كه در آن ماده و انرژي در داخل زير سيستمهاي متعدد آن، شامل سنگ كره (بيروني ترين لايه جامد زمين)،‌خاك كره (سنگها و خاكهاي متلاشي و تجزيه شده)، آب كره (آب)، زيست كره (زندگي) و هواكره چرخش مي كند. انسانها بخشي از سيستم كل زمين هستند، براي منابع آن به زمين وابسته اند، به محيطهاي آن اثر مي گذارند و به تغييرات آن واكنش نشان مي دهند.

46. فصل سومسنگ كره : منابع ، خطر ها و تغيير مناظر نقشه ها و تصاوير ماهواره ها بينشهاي زيادي به فرايندهايي كه پوسته زمين را شكل مي دهند فراهم مي سازند.

47. در اين بخش منابع سنگ و كاني ، اثر محيطي معدن كاري ، مخاطره هاي آتشفشاني، و زمين لرزه ها بررسي مي شوند. • گرماي ناشي از داخل زمين (انرژي گرمايي) فرايندهاي تشكيل ورقه، فرورانش، ذوب سنگها، نفوذ مواد آذرين، آتشفشاني و زلزله ها را پيش مي برد. گرماي زمين همچنين به تمركز نهشته هاي معدني مانند طلا و مس كمك مي كند. اين كشف كه گرما مي تواند فلزات را تصفيه، تركيب و موقتاً نرم سازد يك نقطه تحول در تاريخ انسان از عصر سنگ تا عصر مفرغ (برنز) را مشخص مي سازد. فصل اول: مقدمه اي بر علوم زمين محيطي

48. منابع سنگ و كاني • زماني دراز انسانهاي اوليه ابسيدين استفاده مي كردند. اپسيدين شيشه اي طبيعي است كه در اثناي برخي انفجارهاي آتشفشاني توليد مي شود و از آن تيغه ها و نوك پيكانها را مي ساختند. فصل اول: مقدمه اي بر علوم زمين محيطي

49. يك باستان شناس قديمي اهل دانمارك تاريخ انسان را در اوراسيا و آفريقا به سه عصر فناوري بزرگ تقسيم نمود: • عصر سنگ كه چند ميليون سال پيش شروع شد و حدود5500 سال پيش پايان يافت؛ عصر مفرغ، • كه از حدود 5500 تا 3600 سال پيش دوام داشت؛ • عصر آهن كه از حدود 3600 سال پيش شروع شدهو هنوز ادامه دارد . فصل اول: مقدمه اي بر علوم زمين محيطي

50. همزمان، مواد جديد بسياري از شيشه (كوارتز) و سراميك (رس) ساخته مي شوند كه برخي دانشمندان را وادار مي سازد تا زمان كنوني را به عنوان عصر سنگ جديد قلمداد نمايند. فصل اول: مقدمه اي بر علوم زمين محيطي