جرم و وزن سیاره زمین و همه چیز‌های روی آن چقدر است؟

راز بقا: پرسش درباره جرم زمین یا ساختمان‌ها و سازه‌ها و حتی موجودات زنده روی آن سوال تازه‌ای نیست. پیش‌تر در سال ۲۰۱۷ هم مطالعه‌ای در مجله علمی پی‌ان‌ای‌اس (PNAS) منتشر شد که دانشمندان در آن، حجم سازه‌های ساخت بشر از سال ۱۹۰۰ به این سو را بررسی کرده و به این نتیجه رسیده بودند که سازه‌های بشری شامل ساختمان‌ها، ماشین‌ها و زیر‌ساخت‌ها از ابتدای قرن بیستم تاکنون ۲۳ برابر شده‌اند.

به گزارش راز بقا؛ از نظر تاریخی، از حدود ۱۰۰ سال پیش به این سو، استخراج مواد خام از دل زمین و طبیعت شدت گرفته که بخشی از این مواد خام برای تولید گرما و برق استفاده شده و بخشی دیگر نیز به شکل‌های دیگری از سازه تبدیل شده‌اند. بخشی از این مواد استخراج‌شده هم اینک در ساختمان‌ها، پل‌ها، دستگاه‌ها و ابزار‌ها و ماشین‌ها و همچنین کالا‌های دست دوم موجودند. 

پژوهشگران در آن بررسی گفته بودند که لایه تکنوسفر زمین، یعنی لایه‌ای که انسان روی آن ساخت‌وساز کرده است، حدود ۳۰ هزار میلیارد تن جرم دارد، اما به‌راستی، جرم خود سیاره زمین چقدر است؟

اگر بخواهیم به این پرسش به طور خلاصه پاسخ دهیم، باید بگوییم که در حال حاضر کارشناسان در مورد عدد دقیق آن توافق ندارند.

لایوساینس با انتشار گزارشی در این زمینه، با اشاره به اینکه سیاره ما همه‌چیز، از سنگ‌های سخت و مواد معدنی گرفته تا میلیون‌ها گونه جانوری و گیاهی، را در خود جای داده، می‌نویسد که محاسبه چنین عددی اساسا بسیار دشوار است. با این حال می‌توان این پرسش را مطرح کرد که وزن همه این‌ها روی هم رفته چقدر است؟

البته اگر از کلمه «وزن» استفاده کنیم، طبیعتا هیچ پاسخ واحدی برای این پرسش وجود ندارد. درست مانند وزن انسان که در ماه بسیار کمتر از وزن او در زمین است، «وزن» زمین هم می‌تواند متفاوت باشد چرا که وزن با جرم فرق دارد. به بیان ساده‌تر، وزن به نیروی گرانشی که یک شیء فیزیکی را به سوی خود می‌کشد، بستگی دارد، اما در دنیای نیوتنی ما، جرم ثابت و واحد آن نیز کیلوگرم است.

به عبارت دیگر، جرم انسان چه در زمین و چه در ماه ثابت است، اما وزن او تغییر می‌کند. در واقع ما در اصطلاح روزمره وزن را به اشتباه به جای جرم به کار می‌بریم و حتی از واحد کیلوگرم برای آن استفاده می‌کنیم، در حالی که واحد وزن کیلوگرم نیست بلکه نیوتن است.

اما بازگردیم به تعیین و محاسبه و تخمین جرم زمین:

دانشمندان امروزه بر اساس قرن‌ها بررسی و تحلیل علمی، جرم زمین را ۵.۹۷۲ ضرب در ۱۰۲۴ (به عبارتی برابر با ۵،۹۷۲،۰۰۰،۰۰۰،۰۰۰،۰۰۰،۰۰۰،۰۰۰،۰۰۰) کیلوگرم براورد می‌کنند.

با این همه، این نکته را نیز باید در نظر گرفت که جرم زمین به دلیل اضافه شدن غبار‌های کیهانی و همچنین گاز‌های فضایی که از جو ما به بیرون نشت می‌کنند، اندکی نوسان می‌کند، اما این تغییرات کوچک تا میلیارد‌ها سال آینده روی زمین تاثیر خاصی نمی‌گذارند.

فیزیکدان‌ها در سراسر جهان هنوز در مورد اعشار انتهایی عدد محاسبه‌شده برای جرم زمین توافق ندارند. دلیل آن هم این است که زمین یک شیء کوچک مانند توپ فوتبال یا سیب نیست که بتوان آن را روی ترازو گذاشت و جرمش را اندازه گرفت. در واقع، روشی که دانشمندان برای محاسبه جرم زمین به کار می‌گیرند، روشی مبتنی بر آزمایش و محاسبات ریاضی است.

دانشمندان از قرن‌ها پیش با استفاده از قوانین مکانیک نیوتنی و همچنین آزمایش مشهور سال ۱۷۹۷ هنری کاوندیش، دانشمند بریتانیایی، توانسته‌اند براورد و تخمینی از جرم زمین و ثابت گرانش به دست آورند. به نظر می‌رسد از آن زمان تاکنون، به دلیل پیچیده‌تر و دقیق‌تر شدن ابزار‌های اندازه‌گیری، تخمین بهتری از این عدد در دست داشته باشیم، اما واقعیت این است که هنوز بر سر جزئیات اعشاری این عدد محاسبه‌شده توافق کلی وجود ندارد و خطا‌های اندازه‌گیری و خطا‌های انسانی به‌کلی قابل حذف نیستند.

افزون بر این، محاسبه جرم ساخت‌وساز‌های بشر روی زمین نیز در درک و شناخت آنچه بر زمین می‌گذرد اهمیت زیادی دارد. دانشمندان بر اساس داده‌های جهانی از میزان بازیافت و همچنین عمر سازه‌ها می‌گویند که میزان برداشت انسان از منابع خام طبیعت از سال ۱۹۰۰ تا ۲۰۱۰ در حدود ۱۰ برابر افزایش یافته و از هفت گیگا تن در سال به ۷۸ گیگا تن رسیده است.

دانشمندان می‌گویند که ما امروزه حدود ۵۵ درصد از همه منابع خام استخراج‌شده از زمین را برای بنای ساختمان‌ها و زیرساخت‌ها و ماشین‌ها و ابزار‌ها استفاده می‌کنیم که بخش عظیمی از این افزایش در جریان توسعه شهری در اروپا و ایالات متحده آمریکا رخ داده است.

به گفته پژوهشگران، در عصر جدید توسعه شهری، به جای چوب و آجر از بتن و فلز استفاده شده است و بیشترین میزان این رشد را می‌توان در سه دهه پس از پایان جنگ جهانی دوم یافت. آن‌ها می‌گویند که بهره‌گیری انسان از آهن و مس و آلومینیوم طی ۱۰۰ سال اخیر به شکلی خیره‌کننده افزایش پیدا کرده و الگوی بنای سازه‌ها و ساختمان‌ها از فرم غالب چوب و خشت به بتن و آسفالت و فلز تغییر یافته است.

این به طور خلاصه به معنای آن است که ما منابع زمین را از دل آن استخراج می‌کنیم و آن‌ها را در قالب سازه‌های مصنوعی و دست‌ساز بشر از قبیل پل و ماشین و کشتی و آسمان‌خراش بر روی زمین به کار می‌گیریم. به عبارت دیگر، انسان بخشی از جرم زمین را از درون آن خارج کرده و آن‌ها را به اشکال گوناگون به روی زمین آورده است.

به گفته دانشمندان، میزان ماده خامی که بشر امروز برای ساخت و بنای سازه‌هایش به کار می‌گیرد از سال ۱۹۰۰ تاکنون، ۱۰ برابر شده است. دانشمندان در عین حال تاکید می‌کنند که این حجم رو به افزایش از سازه‌ها صرفا یک شروع است و هنوز کشور‌های در حال توسعه باقی مانده‌اند، بنابراین سازه‌های بشری روی زمین به این میزان ختم نخواهد شد.