با سلام، من ریموند رخشانی هستم و حوزه کارشناسی من مهندسی سیستم هاست، و تخصص من در بکارگیری اندیشه سیستمی برای انتقال فن آوری و اجرا و پیاده سازی تولید فراورده های نوین می باشد.
در این سلسله از مقالات و فایل های صوتی، کوشش می کنم که علم مدرن را (به زبان فارسی) از پایه به دوستانی که علاقمند هستند، در حد توان، ارائه کنم. از اساتید، پژوهشگران و اندیشمندان عزیز، خواهشمندم که لینک ها را به دوستان و بویژه به جوانان دانش پژوه ما (که اغلب دسترسی نظام مند برای آشنایی با علم مدرن – به زبان فارسی – ندارند) ارسال فرمایند.
لینک همه مقالات و فایل‌های صوتی پیشین در پایان مقاله گذاشته شده است.
دوستانی هم که در شبکه های اجتماعی حضور دارند، می توانند این مجموعه فایل های صوتی و مقالات “سرشت علم” را از ابتدا از طریق لینک تلگرام زیر با دوستان دیگر شریک شوند. با احترام، ر. رخشانی
نمونه ی[۱] کاربردی[۲] – تاریخ جوّ یا آتمسفر زمین[۳]
جوّ کُره ی زمین دَر تعادُل نیست[۴]. مقدارِ بسیار زیادی (حدودا ۲۰ درصد) از اکسیژنِ آزاد این کره در نتیجه ی وجودِ زندگی بر سطح این کره است[۵].
زمین در مُحیطی شکل گرفت که چیزی نزدیک به ۹۸ درصدِ اتم های آن ابتدا به ساکن هیدروژن و هلیوم بودند[۶].
ترکیبِ آتمسفری[۷] هر ستاره ای را سه عامل تعیین می کند: نیرویِ گرانش سطحِ[۸] آن ستاره، دما یا درجه ی حرارتِ سطحِ[۹] آن[۱۰]، و موادِ خامِ آن ستاره که برای ساختنِ ملکول ها لازم اند[۱۱].
- شاید برای شروعِ بحث لازم باشد که بپرسیم که چرا جوّ یا آتمسفر سقوط نمی کند[۱۲]؟
- می دانیم که جوّ از اتم ها ساخته شده و اتم ها نیز جرم دارند[۱۳].
- همچنین از نظر علمی می دانیم که گرانش یا جاذبه ی زمین هر جسمِ جرم داری را به خود جذب می کند[۱۴].
- پس بنا بر این می باید همه ی اتم های هوا[۱۵] بر رویِ سطحِ زمین سقوط کنند!
واقعیت این است که ملکول های هوا براستی سقوط می کنند، آنها مانندِ بقیه ی اجسامِ جرم دار به طرفِ زمین جذب می شوند[۱۶].
- اما انرژیِ گرماییِ[۱۷] آنها – که در حرکتِ سریع آنها و در برخوردشان با یکدیگر بوجود می‌‌آید- اتم ها را گرم نگهداشته و جوّ یا آتمسفر را بالا نگه می‌‌دارد.
- دیگر اینکه همه ی اتم ها سرعتی برابر ندارند بلکه برای هر درجه ی حرارتی، هم میانگینِ سرعتِ آنها و هم توزیعِ سرعتِ اتم ها قابلِ محاسبه است[۱۸].
- میانگین سرعتِ ملکولِ هوا در درجه ی حرارتی معمولی (۲۰ درجه ی سانتیگراد) نزدیک به ۴۵۰ متر در ثانیه است[۱۹]. برای نمونه با چنین سرعتی ملکولِ نیتروژن می تواند تا ارتفاع نزدیک به ۱۰۰۰۰ متر (تقریبا قله ی اورست) صعود کند قبل از اینکه بطرف زمین کشیده شود[۲۰].
- از آنجا که درجه ی حرارت، میانگینِ سرعت و گرانش یا جاذبه، میزان نیرویِ همگرا[۲۱] را معیّن می کند، با استفاده از این دو داده می توان ضخامتِ آتمسفر را اندازه گیری کرد.
مقیاس های بالا برای تعیینِ ترکیبِ جوّ یا آتمسفر حیاتی است.
- هر جسمی ”سرعتِ فرار یا گسستِ[۲۲]” ویژه ی خود از آتمسفر را دارد.
- اگر آن جسم سرعتی بیش از “سرعتِ گسست” بگیرد می تواند برای همیشه از جوّ یا آتمسفرِ کره خارج شود و دیگر باز نگردد.
- برای کره ی زمین، بر اساسِ جرم و شعاع آن، “سرعتِ گسست” ۱۱ کیلومتر در ثانیه محاسبه شده است[۲۳]. فرستادنِ موشک و ماهواره به فضا بر همین اساس محاسبه شده است[۲۴].
- بنابراین اگر ملکولی بر روی کره ی زمین سرعتی بیش از ۱۱ کیلومتر در ثانیه بگیرد می تواند از جوّ ِ زمین خارج شود[۲۵].
- سرعتِ هر ملکولی بستگی به جرم آن دارد و ملکول های سبک تر سریع تر و سنگین ترها آهسته تر حرکت می کنند[۲۶].
- از آنجا که ملکول نیتروژن میانگین سرعتی برابر با ۰.۴۵ کیلومتر در ثانیه (یعنی حدودا یک بیستمِ “سرعتِ گسست”) دارد بندرت می تواند از آتمسفر بگریزد.
- اما در مقابل ملکولِ هیدرژن میانگینِ سرعتی برابر با ۱.۷ کیلومتر در ثانیه دارد و اگر در اثر گرما برخی از ملکول ها به سرعتی ۶ یا ۷ برابر میانگینِ خود برسند (که احتمالِ فراوان دارد) بسادگی از جوّ یا آتمسفر می گریزد.
- پس با اینکه منظومه ی خورشیدی در ابتدا از موادی شکل گرفت که ۹۸ درصد هیدرژن و هلیوم بود، امروزه تقریبا چیزی از آنها (بدلیلِ “سرعتِ گسست” خود) در جوّ یا آتمسفر زمین باقی نمانده است[۲۷].
- برای نمونه سیاره ی عطارد (یا مرکوری[۲۸]) که کوچک (با جاذبه ی پایین) و نزدیک به خورشید (داغ) است هیچ آتمسفری ندارد زیرا همه ی اتم ها و ملکول هایِ گاز‌ها از آن گریخته اند[۲۹].
- برعکس ژوپیتر یا مشتری[۳۰] که سیاره ای عظیم (با جاذبه ی بالا) و بسیار دور از خورشید (سرد) است جوّ یا آتمسفری تماماً از هیدرژن و هلیوم دارد.
ترکیبِ جوّ یا آتمسفرِ امروز زمین در نتیجه ی همین نیرو‌ها شکل گرفته است[۳۱] و بیشترِ آن نیتروژن و اکسیژن می باشد.[۳۲]
- ملکول های نیتروژن و اکسیژن چیزی نزدیک به ۹۸.۷ درصدِ آتمسفرِ زمین را تشکیل داده اند[۳۳].
- تقریبا ۰.۹۳ (یعنی کمتر از یک) درصدِ جوّ یا آتمسفر را هم گاز‌هایِ کمیاب (از قبیل هلیوم، نِئون، آرگون و کریپتون) که در واکنش های شیمیایی شرکت نمی کنند تشکیل داده است.
- سومین ملکولِ فراوان [۳۴] در آتمسفرِ زمین ملکولِ آب است که حدود ۰.۲۵ درصدِ آتمسفر است.
- دی اکسید کربن (CO۲)، متان (CH۴)، و اکسید‌های نیتروژنی، بقیه ی جوّ یا آتمسفر (فقط ۰.۰۴ درصد آن) را تشکیل داده اند. اما آنها در برهم کنش با بخارِ آب، درجه ی حرارتِ زمین را بدلیل تاثیرِ گلخانه ای[۳۵] تعیین می کنند.
ترکیبِ اولیه یا ازلیِ آتمسفرِ زمین از آنچه امروز مشهود است بسیار متفاوت بود[۳۶] . آن آتمسفر مطمئناً متشکل از عناصرِ اولیه ی هیدروژن و هلیوم بود[۳۷].
- احتمالاً ترکیباتِ هیدروژنی از قبیل آمونیاک (NH۳) و مِتان (CH۴) هم در جوّ یا آتمسفرِ اولیه ی زمین وجود داشتند[۳۸].
- بیشتر آن اتم ها و ملکول های اولیه بدلیل دما یا درجه ی حرارتِ بالای سطح زمین (مواد مذاب) از آتمسفر گریختند.
پس از تقریبا ۵۰۰ میلیون سال سطحِ زمین به سردی گرایید و پوسته ی زمین شکل گرفت اگرچه آتشفشان ها کماکان ادامه داشتند.
- امروزه بهنگامِ آتشفشان ها گاز‌های متصاعده اغلب ۹۵-۹۷ درصد بخارِ آب، ۱-۲ درصدِ دی اکسید کربن (CO۲) و ۱.۵-۲.۵ درصدِ دی اکسید سولفور (SO۲) و همچنین مقداری نیتروژن، کلر، گوگرد و چندی دیگر گاز‌ها هستند.
- با سردتر شدنِ پوسته ی زمین بخارِ آب از جوّ یا آتمسفر بر زمین باریدن گرفت و اقیانوس ها شکل گرفتند[۳۹].
- سپس اقیانوس ها (در حدودِ ۳.۸ میلیارد سال پیش) در فرآیندی زمین شناختی[۴۰] دی اکسید کربن را جذب کرده و تولیدِ سنگِ آهک[۴۱] کردند.
فوتون های فرا یا ماورای بنفش[۴۲] نخستین ملکولِ اکسیژن (O۲) را[۴۳] از طریقِ شکستنِ ملکولِ آب (H۲O) در جوّ تولید کردند[۴۴].
- بمحضِ آنکه میزانِ ملکولِ اکسیژن در جوّ یا آتمسفر به ۱ درصد برسد، برهم کنش‌هایِ فرابنفشی می توانند ملکول اوزون (O۳) تولید کنند.
- اوزون (O۳) در جذبِ نورِ فرا یا ماورای بنفش بسیار کارآمد بوده و در نتیجه از واکنش شکستنِ بیشترِ ملکولِ آب به اکسیژن جلوگیری می کند[۴۵].
در حدودِ ۳.۳ میلیارد سالِ پیش زندگی[۴۶] در شکلِ سیانوباکتری[۴۷] (نخستین حرکتِ تکاملیِ شیمیاییِ هستی[۴۸]) آغاز به تولیدِ ملکولِ اکسیژن کرد[۴۹]. آهنِ موجود در آب ملکول هایِ اکسیژن (O۲) را جذب می کرد (زمین در حال زنگ زدگی بود) و اکسیدِ آهن (Fe۲O۳) می ساخت. در نتیجه میزان ملکولِ اکسیژن باقیمانده در آتمسفر پایین بود[۵۰].
- لایه هایِ معدنیِ آهن[۵۱] (در پوسته ی زمین) که امروز استخراج می شوند[۵۲] اسنادِ باقیمانده از آن دوران است که از ۳.۳ تا ۲ میلیارد سال پیش ادامه داشت[۵۳].
- سرخ لایه ها یا تخته سنگ های سرخِ آهنینِ[۵۴] کره ی زمین هم گواهِ دیگری برای آغازِ وفورِ مجددِ ملکولِ اکسیژن در حدود ۲.۳ میلیارد سال پیش است[۵۵].
- در حدودِ ۲ میلیارد سال پیش میزانِ اکسیژن دیگربار به بیش از ۱ درصد رسیده بود و امکانِ سوخت وسازِ هوهسته ای[۵۶] را فراهم[۵۷]نمود[۵۸].
- از حدودِ یک میلیارد سال پیش سنگواره ها به دلیل اینکه از اکسیژن اشبأع شده بودند میزان اکسیژنِ آتمسفر دوباره افزایش گرفت.
- ملکولِ اکسیژن بیشتر سبب افزایش بیشتر ملکولِ اوزون (O۳) شد[۵۹] و بدین ترتیب اوزون با جذب اشعه ی فرا یا ماورای بنفشِ خورشیدی از صدمه به ارگانیسم های در حالِ شکل گیریِ در سطحِ زمین نیز پیش گیری نمود[۶۰] و امکانِ بوجودآمدنِ زندگی بر سطحِ زمین را فراهم ساخت.
- در حدودِ ۵۰۰ میلیون سالِ پیش “انفجار کامبریایی[۶۱]” سبب بوجودآمدنِ موجوداتِ بی شمار و بویژه گیاهان[۶۲] بر روی زمین شد[۶۳].
- وجودِ گیاهان، آغازِ تولیدِ اکسیژن و فرستادنِ آن به جوّ یا آتمسفر را سبب گردید[۶۴]. در بیشتر تاریخِ اخیرتر کره ی زمین، حداکثر چیزی نزدیک به ۵ درصدِ ملکولِ اکسیژن (۳۰۰۰۰ تریلیارد تن) در جوّ وجود داشته و بقیه ی ۹۵% آن در موادِ معدنی مانند اکسید آهن است[۶۵].
اما محتوایِ ملکولیِ اکسیژن (O۲) در آتمسفر در ۵۰۰ میلیون سال گذشته[۶۶] میانِ ۱۵ درصد و ۳۵ درصد در نوسان بوده است که پیآمد‌های خود را داشته است.
- در حدودِ ۳۲۰ تا ۲۶۰ میلیون سالِ پیش میزانِ اکسیژن در جوّ یا آتمسفر به بیشترین مقدار خود رسید[۶۷].
- وفور بالای اکسیژن موجبِ رشد بیش از اندازه ی اندام هایِ جانوران شد. فسیلِ سنجاقک هایی[۶۸] از آن دوران که طولِ بالی ۷۰ تا ۸۰ سانتیمتری داشتند فراوان است[۶۹].
- بنابر این بر اثر چنان اشباع ۳۵ درصدی آتمسفر از اکسیژن، همه چیز حتی موادِ خیس نیز آتش می گرفتند [۷۰]و در آن زمان آتش سوزی های بسیاری بدلیل رعد و برق اتفاق افتاد[۷۱].
- در حدودِ ۲۵۰ میلیون سال پیش[۷۲] میزانِ دی اکسید کربن افزایش یافت[۷۳] و دوره ی اِنقراض[۷۴] بیش از ۹۰ درصدِ جانوران و گونه ها بوقوع پیوست[۷۵] که هنوز دلایل آن در حالِ مطالعه است. پس از آن انقراض[۷۶]، میزانِ اکسیژن در جوّ یا آتمسفر[۷۷] تا به حدود ۱۲ تا ۱۵ درصد کاهش یافت[۷۸].
———————————-
چاپ و انتشار این مقالات و فایل های صوتی بدون ذکر نام نویسنده و مرجع، و هرگونه استفاده برای مقاصد خصوصی و اهداف انتفاعی بدون گرفتن مجوز از نویسنده اکیدا غیر قانونی است
همانگونه که در دیباچه ی کتاب زیر آمده، در میان بخش های به هم مرتبط این کتاب، یاداشت ها و نوشته هایی با عنوان های “نمونه های کاربردی” قرارگرفته اند که در بیشتر موارد به جنبه های اجرایی و به سرمشق های پیاده سازی و به نمونه های کاربردی موضوع های علمی می پردازند.
Rakhshani, Raymond. Origins of Modernity. Even Development in the Evolution of Science and Technology. South Carolina: CreateSpace, A Division of Amazon Publishing, 2011.
Jacobson, Michael, and Charleson, Robert, J. and Rodhe, Henning, and Orians, Gordon, H. Earth System Science, Volume 72: From Biogeochemical Cycles to Global Changes. Academic Press, 2000.
Wallace, John, M. and Hobbs, Peter, V. Atmospheric Science: An Introductory Survey. Academic Press, 2006.
Challoner, Jack. The Atom: A Visual Tour. The MIT Press, 2018.
composition of the atmosphere
surface gravity
surface temperature
National Research Council. Surface Temperature Reconstructions for the Last 2000 years. National Academies Press, 2007.
Seinfeld, John, H. and Pandis, Spyros, N. Atmospheric Chemistry and Physics: From Air Pollution to Climate Change. Wiley, 2016.
Marshak, Stephen, and Rauber, Robert. Earth Sciences: The Earth, The Atmosphere, and Space. W. W. Norton & Company, 2017.
Ignotofsky, Rachel. The Wondrous Workings of Planet Earth: Understanding Our World and its Ecosystems. The Speed Press, 2018.
Dawkins, Richard. Science in the Soul. Penguin Random House Publishers, 2017.
Visual Brand Learning. Physical Science Matter and Atoms: Great for Middle School Kids. Amazon Digital Services LLC, 2017.
Fredrick, John, E. Principles of Atmospheric Science. Jones & Bartlett Learning, 2007.
thermal energy
Pauly, Hans. Atoms, Molecule and Cluster Beams: Basic Theory, Production and Detection of Thermal Energy Beams. Springer, 2000.
Bynam, William. A Little History of Science. Yale University Press, 2012.
Dewan, Edmond, M. An Experimental Test to Compare Viability of Various Theories of Atmospheric Velocity Fluctuations. University of California Libraries, 2001.
attractive force
escape velocity
Moss, Stephen, and Attenborough, David. Planet Earth II: A New World Revealed. BBC Books, 2017.
Sforza, Pasquale, M. Manned Spacecraft Design Principles. Butterworth-Heinemann, 2015.
Dawkins, Richard. Science in the Soul. Penguin Random House Publishers, 2017.
Asimov, Isaac. Atom: Journey Across the Sub-atomic Cosmos. Amazon Digital Services LLC, 2019.
Berner, Elizabeth Kay, and Berner, Robert, A. Global Environment: Water, Air and Geochemical Cycles. Princeton University Press, 2012.
James, Lincoln. Mercury : The Iron Planet (Our Solar System. ) Gareth Stevens Leveled Readers, 2010
برای شناخت ابعاد علمی شناخته شده گیتی
Goldstein, Margaret, J. Discover Jupiter. Searchlight Books TM – Discover Planets, 2018.
Bradley, Raymond, S. Paleoclimatology: Reconstructing Climates of Quaternary. Academic Press, 2014.
Walker, G. An Ocean of Air. New York: Houghton Mifflin Harcourt, 2007.
Ahrens, Donald, C. and Henson, Robert. Meteorology Today: An Introduction to Weather, Climate and the Environment. Brooks Cole, 2018.
abundant
greenhouse effect
Barry, Dr. Roger, G. and Hall-McKim, Dr. Eileen, A. Essentials of the Earth’s Climate System. Cambridge University Press, 2014.
Hazen, Robert, M. and Dixon, Walter, and LLC Gildan Media. The Story of Earth: The First 4.5 Billion Years, from Stardust to Living Planet. Gildan Media LLC, 2012.
Spohn, Tillman, and Breuer, Doris, and Johnson, Torrance. Encyclopedia of the Solar System. Elsevier, 2014.
Shaw, George, H. Earth’s Early Atmosphere and Oceans, and the Origin of Life. Springer, 2015.
Geological
limestone
ultraviolet photons
Canfield, Donald, E. Oxygen: A Four Billion Year History. Princeton University Press, 2014.
Trigo-Rodriguez, J. M. and Raulin, Francois, and Muller, Christian, and Nixon, Conor. The Early Evolution of the Atmospheres of Terrestrial Planets. Springer, 2013.
Hov, Oystein. Tropospheric Ozone Research: Tropospheric Ozone in the Regional and Sub-regional Context (Transport and Chemical Transportation of Pollutants in the Troposphere.) Springer, 2012.
Knoll, Andrew, H. Life on a Young Planet: The First Three Billion Years of Evolution on Earth. Princeton University Press, 2015.
cyanobacteria
Nienaber, Mark, A. and Steinitz-Kannan, Miriam. A Guide to Cyanobacteria: Identification and Impact. University Press of Kentucky, 2018.
Lane, Nick. Oxygen: The Molecule that Made the World. Oxford University Press, Oxford, 2002.
Brekke, Asgeir. Physics of the Upper Polar Atmosphere. Springer, 2013.
banded iron formations
Livingston, Ian, and Warren, Andrew. Aeolian Geomorphology: A New Introduction. Wiley- Blackwell, 2019.
Lascelles, Desmond Fitzgerald. Banded Iron Formations to Iron Ore: An Integrated New genesis Model. Nova Science Publishers, Inc., 2017.
red beds
Hyman, Andrew. Principles of Paleoclimatology. Calisto Reference, 2017.
eukaryotic metabolism
Kuroiwa, Tsuneyoshi, and Miyagishima, Shinya, and Matsunaga, Sachihiro, and Sato, Naoki, et al. Cyanidioschyzon Merolae: A New Model Eukaryote for Cell and Organelle Biology. Springer, 2018.
- Prehistoric Life: The Definitive Visual History of Life on Earth. DK, 2012.
Fabian, Peter, and Dameris, Martin. Ozone in the Atmosphere: The Principles, Natural and Human Impacts. Amazon digital Services, LLC, 2014.
Beerling, David. The Emerald Planet: How Plants Changed Earth’s History. Oxford University Press, 2017.
Cambrian Explosion
Smithsonian, D. K. Natural History: The Ultimate Visual Guide to Everything on Earth. DK Smithsonian, 2010.
Erwin, Douglas, and Valentine, James. The Cambrian Explosion: The Construction of Animal Biodiversity. W. H. Freeman, 2013.
Ward, Peter, and Kirschwink, Joe. A New History of Life: The Radical New Discoveries about the Origin and Evolution of Life on Earth. Bloomsbury Press, 2016.
Lutgens, Fredrick, K. and Tarbuck, Edward, J. and Tasa, Dennis, G. Foundations of Earth Science. Pearson, 2016.
Celeste, E. L. A clockwork Lime: How the World Got Stuck with Lime-Repellent Mucus 500 Million Years Ago; or the Strange Tale of the Original Carbon Problem. Red Pheonix Books, 2014.
Barry, Dr. Roger, G. and Hall-McKim, Dr. Eileen, A. Essentials of the Earth’s Climate System. Cambridge University Press, 2014.
dragonfly
Switek Brian. Written in Stone: Evolution, The Fossil Record, and Our Place in Nature. Bellevue Library Press, 2010.
Teicher, Bernhard, R. Parallel Developments: A Geophysical/ Paleontological Timeline from Big Bang to 3000 BC. BioComm Press, 2016.
Cole, Milton, W. and Lueking, Angela, D. and Goodstein, David, L. Science of the Earth, Climate and Energy. World Scientific Publishing Company, 2018.
Wallace-Wells, David. The Uninhabitable Earth: Life after Warming. Tim Duggan Books, 2019.
Erwin, Douglas, H. Extinction: How Life on Earth Nearly Ended 250 Million Years Ago. Princeton University Press, 2015.
mass extinction
Benton, Michael, J. and Benton, Michael. When Life Nearly Died: The Greatest Mass Extinction of all Time. Thames & Hudson, 2003.
Kolbert, Elizabeth. The Sixth Extinction: An Unnatural History. Picador, 2015.
Lane, Nick. Oxygen: The Molecule that Made the World. Oxford University Press, Oxford, 2002.
Feinberg, Todd, E. and Mallatt, Jon, M. The Ancient Origins of Consciousness: How the Brain Created Experience. The MIT Press, 2016.
__________________________
«دایره[۱]»
ر. رخشانی
پیامبران
میانِ رویا و حَقیقت
بر بُلندایِ غروری کاذب
با شقایق های سَنگی
جِلوه هایی ماندنی می سازند.
بزهکاران
آواز سَر می دهند
در ظلمت،
در وَحشتِ شب،
دست می سایند
می جویند
می طلبند
و دُعای نیمه شب را
دست آویزِ تَزویر می کنند.
دیوها
در جُلگه ای تاریک
با تالابی تَفتیده
کَلافِ کَلام می بُرَند
قیر در حَلق می ریزند
و درسِ صبحگاهی را
بهانه ی نِیرنگ می کنند.
آدمی
در اِنزوایی خودخواسته
(چونان جدالی با بی حاصلی یا با بی خَبَری،)
در سادگیِ سکوتی بُهت انگیز
راهی به معجزه می جوید
هَم رازِ سِتاره ها می شود
با شب سُخَن می گوید
و تنها سهم اش
سوسویِ غریبی ست.
فرشتگان
در لَحظه های بودن و ماندن
دل برمی گیرند و رو بَرمی تابند
و ترازویِ سَنجش را
رمزِ جاوِدانگی می سازند.
زمان
بی توجه می گذَرَد
نگاه نمی کند
گوش نمی دَهَد
لَمس نمی کند
و تنها از عشق اش به اَبَد
و مِهرش به فَلَک می گوید.
و این دایره
هَمواره
به آغاز
باز
می گردَد.
————————–
Rakhshani, R. Selected Poems. Craetespace, An Amazon.com Company, 2014.
