Jordens historia Jordens bildande

Transkript

1 Jordens historia Jordens bildande Planetens Jorden bildades tillsammans med övriga planeter och solen för ca 5 miljarder år sedan. Jorden var färdigbildad som planet för åtminstone 4,5 miljarder år sedan. Det var gravitationskraften som bildade Jorden. Gravitationskraften är en universell egenskap hos all materia, och beror av materians massa (vikt) och avståndet till den. Ju större massa och mindre avstånd, desto större är gravitationskraften. Det krävs minst två massor för att gravitationskraften ska kunna verka. Gravitationskraften innebär att de två massorna attraheras till varandra, vilket slutligen medför att de bli en gemensam massa. Gravitationen medför alltså att stenar, grus, klippblock, gaser och alla annan materia dras ihop till ständigt större klumpar. Den typiskt runda formen hos en planet uppkommer av att den är en ganska stor massa sedd på stort avstånd på ytan är det fortfarande tämligen ojämnt jämfört med en människas storlek. Planeter bildas alltså av sig självt genom gravitationen, om det finns tillräckligt med tillgängligt material. Räcker inte materialet till en planet blir det istället en asteroid. Är det väldigt mycket material blir det inte en planet utan en stjärna. Det beror på att rörelseenergin som gravitationen ger upphov till, blir värmeenergi när massorna har åkt ihop. Ju mer massa som åker ihop, desto varmare blir det. För att det ska bli en stjärna krävs att temperaturen kommer upp i åtminstone 5 miljoner grader Celsius. Vid så hög temperatur fusionerar vissa atomer och då frigörs enorma mängder strålningsenergi - stjärnan har tänt! Den största planeten i solsystemet, Jupiter, är så stor att det inte är så långt kvar till att den kan tända till en stjärna. Den sänder faktiskt ut mer strålning än den tar emot från solen, men det är inte synligt ljus. Om en annan planet kolliderar med Jupiters så skulle vi hamna i ett dubbelstjärnesystem och det skulle säkerligen utplåna alla möjligheter till liv på Jorden. För Jordens del steg temperaturen också i takt med att den bildades av materia som drogs ihop av gravitationen. Yt-temperaturen bli inte så hög att ytan smälte helt, men det måste ha varit väldigt nära. Innertemperaturen var naturligtvis mycket högre, och är fortfarande mycket hög. Längst in i Jordens mitt beräknas temperaturen vara ca 5000 grader Celsius. De yttre delarna fungerar som en kraftfull isolering och därför avkyls Jordens inre mycket långsamt. Men en viss avkylning är det, och värme transporteras också upp från Jordens inre genom långsamma rörelser i den annars hårda och mycket tjocka jordmanteln.

2 Det är dessa långsamma värmerörelser i planetens inre som får kontinenterna att röra på sig och som orsakar vulkanism i jordskorpan. Den lava som kommer ur vulkaner är smält jordskorpa, och den har smälts genom friktionsvärme och trycksänkning. När kontinenterna dras med av rörelserna i manteln blir det jordbävningar, sprickor och en fruktansvärd friktion. Friktionen kan bli så stor att den smälter berggrunden, och blir det en spricka upp i luften så sjunker trycket snabbt och då blir det hela lättflytande och forsar ut. Temperaturen i Jordens inre hålls också uppe av radioaktivt sönderfall där värme frigörs. En mycket liten del av de atomer som bygger upp Jorden, är inte stabila utan faller spontant sönder till mindre atomer. Det kallas radioaktivt sönderfall eftersom det också uppkommer strålning vid sönderfallet. Vi märker det här även på jordytan av att det sipprar upp radon som är en radioaktiv gas som bildas vid sönderfallet. Det är t.o.m. så att vi har gruvor för att ta fram det radioaktiva materialet i jordskorpan, eftersom en del av det går att använda till att göra kärnvapen, kärnkraftverk och diverse strålkanoner i t.ex. medicinskt syfte. Syresättning av Jorden Atmosfären består av gaser som hålls kvar av Jordens gravitationskraft. Den lättaste gasen, vätgas, är så lätt att den inte kan hållas kvar av gravitationen. Det gäller även den näst lättaste gasen, helium. Drygt 99 % av universums massa är väte och helium. Den ursprungliga jordatmosfären bestod i huvudsak av koldioxid, ungefär som atmosfärerna på Venus och Mars gör än idag. Jordatmosfären innehöll också vattenånga, kvävgas och ädelgaser, precis som idag. Eftersom jordytan inledningsvis var mycket het så fanns det inte vatten, utan allt var vattenånga. Det betyder att det fanns mycket vattenånga i atmosfären. Avkylningen är störst längst ut i atmosfären, och det betyder att vattenångan bildade moln. Snart nog blev molnen så stora att det börjar regna. Så länge ytan var het så förångades regnet och den uppvärmda vattenånga steg uppåt igen. Högre upp kyls den av, blir moln, regnar ner, förångas och stiger upp, om och om igen. Effekten blir att jordytan kyls av snabbare genom vattenångans rörelser och regnandet.

3 För ca 4 miljarder år sedan täcktes Jorden med varma hav, och det mesta av vattenångan hade lämnat atmosfären. I dessa hav uppkom enkla encelliga levande varelser som så småningom blev till det vi idag kallar bakterier. Vissa av dessa bakterierna tar upp ljus, koldioxid och vatten och bildar av det socker och syrgas. Sockret är näring och sådant fanns ursprungligen i vattnet. Men när de levande cellerna tog upp näringen blev det till slut brist, och då blev förmågan att tillverka eget socker från koldioxid värdefull. Den biologiska evolutionen tog fart. Syret var en restprodukt, men en användbar sådan. Syret används av samma celler till att frigöra energi ur socker och annat vid behov. Syret tas också upp av andra celler som använder det på samma sätt, men utan att själva ha förmågan att tillverka egen syrgas. Sen finns det ytterligare andra celler som inte alls behöver eller använder syre, som kan frigöra energi med hjälp av svavel eller vissa andra ämnen. Men det frigörs mer energi om syre används, så det satte också fart på den biologiska evolutionen. Cellerna dog av att antingen bli uppätna, parasiterade, av högenergistrålning, av förgiftning, av näringsbrist eller helt enkelt av ålder. En del av dem hamnade på havsbottnarna och täcktes över av diverse grus, sand och lera. Eller så hamnade de helt enkelt så djupt att inget ljus finns och ingen kontakt med atmosfären finns heller. Det innebär att de kolföreningar som byggts upp delvis lagras upp i bottnar och i djupvatten. Syret som bildades vid framställningen av kolföreningarna är däremot en gas som stiger upp i atmosfären. Men det skulle dröja flera miljarder år innan syreöverskottet från de fotosyntetiserande bakterierna skulle bli fri syrgas i atmosfären. Syret reagerade istället med kemiska föreningar i jordskorpan till fasta oxider. Dagens jordskorpa, i synnerhet kontinentplattorna som är den övre och lättare delen av jordskorpan, består nästan helt av fasta syreföreningar. Kvarts, fältspat och glimmer, som är de vanligaste mineralerna i jordskorpan, är alla syreföreningar (oxider).

4 Syresättningen av atmosfären påbörjades först för ca 1,5 miljarder år sedan och dagens 20 % nivå nåddes först för ca 0,6 miljarder år sedan. Syresättningen av atmosfären förändrade radikalt förutsättningarna för levande varelser till det bättre. Strålningen från solen är till stor del högenergistrålning (främst UV) som slår sönder proteiner, DNA och andra komplexa ämnen som bygger upp levande celler. Det tidiga livet på Jorden fanns därför ganska djupt ner i vattnet, så djupt att högenergistrålningen inte nådde dit. Det bör inlednings ha varit på ca 20 meters djup. Det är alltså så att vatten absorberar strålningen. Men även syrgas absorberar UV-strålning, och ju mer syrgas det blev i atmosfären desto effektivare och högre upp absorberades UV-strålningen. När syrgas absorberar UV så blir det en serie reaktioner som leder till att ozon bildas. Ozon absorberar också UV, men av andra våglängder. Effekten blir att nästan all UV- och högenergistrålningen utestängs från jordytan, som därmed kan koloniseras av levande varelser. Evolutionen tog ruskig fart, först strax under vattenytan och snart även på land. Minskad växthuseffekt Förändringen av atmosfären gällde inte bara syret, utan också koldioxiden. De fotosyntetiserande bakterierna, och sedan även växterna, tar ju upp koldioxid och binder den i andra kolföreningar som sedan bildar dy, jord, kol, torv, olja, naturgas m.m. Det har medfört att koldioxidhalten i atmosfären för närvarande bara är 0,3 %. Koldioxid är en växthusgas, vilket innebär att den håller kvar värmestrålning från den av ljus uppvärmda jordytan. Ju mer koldioxid, desto varmare klimat. Den sänkta koldioxidhalten, tillsammans med syrets förnämliga förmåga att absorbera UV-strålningen i atmosfärens yttre delar, gör att temperaturen vid jordytan är behaglig för liv på större delen av planetens yta. Även detta bidrar verksamhet till en snabb biologisk utveckling. Den ökade växthuseffekten som idag ses som ett jättelikt miljöproblem, är egentligen en smärre tillbakagång till mer ursprungliga förhållanden på planeten. Kruxet är bara det att vi får mycket stora problem när havsytan stiger, stormarna tilltar, öknarna växer och skyfallen på andra håll blir värre.

5 Tektonik Värmen i Jordens inre göra att den annars fasta manteln rör sig långsamt. Den del som är varmast, dvs. längst in, är också lättast och stiger därför uppåt. Närmare ytan kyls den av och sjunker igen vid sidan av uppvällningszonerna. Det gör att rörelsen på ytan går sidledes. Jordskorpan och kontinenterna i den, sitter fast i manteln och följer med. Det här gör att jordytan bildar ett pussel av mer eller mindre rörliga plattor. När en platta går emot en annan, så leder det till att plattan antingen tvingas ner under den andra eller så tryckt den ihop uppåt. Den senare varianten blir det om plattan är täckt med en kontinent. Det är vad som sker i Alperna där pressas den afrikanska plattan in i den europeiska plattan. Samma sak i Himalaya där pressas den indiska plattan in i den asiatiska. Om plattan saknar kontinent, dvs. är en havsbotten, så är den tyngre och matas in under den andra vid kollision. Då blir det en långt veck in i jordytan, och det är vad som pågår i Marianergraven och Filippinerdjupet. På andra ställen dras plattorna isär, och bildas det en långsträckt karaktäristisk dal, en s.k. Rift Valley. När plattorna dras isär så fylls sprickan snabbt med hett material underifrån. Det bildas alltså ny jordskorpa här. Detta är vad som inträffar på Island och i Röda havet.

6 På andra ställen dras plattorna längs med varandra. Vissa plattor är små och verkar närmast snurra runt mellan stora runt om. Andra plattor är jättestora och ligger nästan stilla. Tektonisk verksamhet pågår också på våra grannplaneter Venus och Mars, däremot inte på Månen. Månen är helt enkelt för liten för att den skulle ha blivit tillräcklig varm vid bildandet för att kunna ge upphov till värmerörelser i sitt inre. Jätteplaneter som Jupiter och Saturnus, har däremot inte något fast yta som Jorden. De har så hög gravitation att gaserna successivt övergår i vätskor närmare ytan, och där är det oerhört oroligt. Det är gigantiska stormar och eruptioner hela tiden. Så där kan man inte tala om tektonik. Däremot finns det månar till jätteplaneterna som är tektoniskt aktiva, främst tack vare jätteplanetens kraftiga gravitationsfält. De tektoniska förloppen på Jorden har delvis kunnat kartläggas genom studier av bergarters sammansättning, struktur och ålder. Man har också kunnat räkna framåt utifrån vad vi vet om de nu pågående tektoniska rörelser som avläses direkt av satelliter. Av rekonstruktionerna kan man se att förhållandena för klimatutjämnande havsströmmar, livgivande grundhav och mycket annat, radikalt har förändrats under årmiljonernas lopp. För att sätta in tidsskalan i mer mänskliga mått kan det vara värt att notera att de allra tidigaste människorna fanns för 2,5 miljoner år sedan i Östrafrikas Rift Valley, och de allra tidigaste apmänniskorna fanns i samma område för ca 5 miljoner år sedan. Europa nådde mänskigheten för ca 0,1 miljoner år sedan och Amerika nåddes för ca 0,01 miljoner år sedan. De första civilisationerna dyker upp vid mindre än 0,001 miljoner år sedan.

7