ZEMLJA

Zlatan Gavrilović Kovač

POVIJEST ZEMLJE

Kada se Zemlja formirala iz solarne maglice, na kraju je postala vruća i viskozna. Rana atmosfera, koja se sastojala od vodika i helija, ubrzo je izgubljena. Hlađenje je bilo stalno; čvrsta kora formirala se nakon samo 150 milijuna godina. Zatim, prije 4 i 3,8 tisuća milijuna godina, došlo je razdoblje teškog bombardiranja; para i druge hlapljive tvari izlazile su ispod kore, plinovi su izbacivani vulkanima, a stvorena je i druga atmosfera, koja je sadržavala amonijak, metan, ugljikov dioksid, dušik I vodenu paru,ali praktički bez slobodnog kisika. Prema teoriji divovskog udara,

Mjesec je nastao u ranoj fazi Zemljine povijesti.

Stvorili su se oblaci; padale su bujice kiše, a prije 3,8 tisuća milijuna godina oceani su ispunili niža područja; udari kometa možda su povećali količinu vode, iako se sada ne smatra da je voda u našim oceanima uglavnom kometarnog podrijetla.

Život je započeo možda prije 4000 milijuna godina; ne znamo kako ili gdje. Prema teoriji panspermije, koju je izvorno napisao Svante Arrhenius početkom dvadesetog stoljeća, a kasnije su je u modificiranom obliku obnovili Fred Hoyle i Chandra Wickramasinghe, život nije započeo ovdje, već su ga donijela tijela iz svemira.

To se ne može opovrgnuti, ali je pošteno reći da nijedna teorija panspermije nikada nije bila široko podržana od strane većine znanstvenika.

Bilo je raznih izumiranja, kada su nestajale cijele klase živih bića; Posljednje od njih dogodilo se prije 65 milijuna godina, kada su dinosauri, koji su toliko dugo vladali svijetom, izumrli, zajedno s 50% svih vrsta. Međutim, permsko izumiranje prije 248 milijuna godina ("Veliko izumiranje") bilo je još razornije; nestalo je 96% morskih vrsta i 76% kopnenih vrsta. Bilo je i drugih izumiranja, ne tako potpunih, ali i dalje vrlo izraženih. Razlozi za to nisu sasvim poznati, a možda je bilo nekoliko procesa koji su djelovali neovisno ili zajedno. Mogla bi biti uključena opsežna vulkanska aktivnost; poplave bazalta mogu uzrokovati široko rasprostranjena razaranja, na primjer. Postoji i teorija plina klatrata, koja uključuje, na primjer, oslobađanje velikih količina metana. Klatrati su

strukture u kojima rešetka jedne tvari tvori kavez oko

druge; npr. metanski klatrati, u kojima molekule vode čine

kavez. Ove strukture nastaju na kontinentalnim pločama i mogu se

razbiti relativno iznenadnim događajem poput potresa.

Metan je mnogo učinkovitiji staklenički plin od ugljikovog

dioksida, tako da bi velika erupcija metana 'klatratnim topom' bila

katastrofalna za mnoge vrste živih bića. Događaj ove

vrste često se navodi kao glavni uzrok globalnog 'Velikog

izumiranja' koje se dogodilo krajem permskog razdoblja.

Nedavno postoji velika podrška za hipotezu o udaru

asteroida. Nema sumnje da je Zemlja bila pogođena mnogo puta, čak i od kraja Velikog bombardiranja, a sudar s velikim udarnim tijelom (asteroidom, meteoroidom ili čak kometom) sigurno bi mogao izazvati globalne klimatske promjene s povezanim nuspojavama. Izumiranje prije 65 milijuna godina, na kraju razdoblja krede i početak tercijara (izumiranje K-T vrste) povezano je s padom udarnog tijela koje je stvorilo krater od 80 km, sada potopljen plitkom vodom uz obalu Yucatána (Meksiko), u blizini grada Chicxuluba. Krater je dobro proučen i uzrokovan je udarnim tijelom promjera oko 10 km. Morao je promijeniti svjetsku klimu, a popularno je mišljenje da se dinosauri nisu mogli prilagoditi novim uvjetima. Međutim, pošteno je reći da je to samo vrlo uvjerljiva teorija, bez definitivnih dokaza; neki stručnjaci vjeruju da su dinosauri izumirali mnogo postupnije. Permsko izumiranje povezano je s udarnim kraterima u Wilkes Landu (Antarktika)

i Bedoutu uz obalu Sjeverne Australije, ali dokazi su

prilično slabi, što nije iznenađujuće s obzirom na činjenicu da

se osvrćemo više od 250 milijuna godina unatrag.

Kontroverznu teoriju iznio je tim Sveučilišta Princeton 2009. godine. Na temelju studija stromatolita predlažu ono što nazivaju „Zemljom poput snježne grude“. Vjeruju da se to odnosi na neoproterozoik, koji je trajao od 1000 milijuna do 542 milijuna godina prije i podijeljen je na tonijsko, kriogensko i edijakarsko razdoblje. Tijekom kriogena postojala su ponovljena ledena doba, od kojih je jedno, sturtijsko, na početku razdoblja bilo globalno, prekrivajući planet ledom i poremećujući normalan ciklus ugljika. Trajalo je 1,5 milijuna godina, a od kriogena ledena doba javljaju se otprilike jednom svakih 100 do 200 milijuna godina.

Cijeli koncept je, naravno, vrlo spekulativan.

DOB ZEMLJE

Napravljene su mnoge procjene starosti Zemlje. Jedna od njih, koja je godinama bila široko prihvaćena, bila je od Jamesa Usshera

(1581.-1686.), nadbiskupa Armagha. Koristeći biblijsku kronologiju

i druge slične izračune, koji su zapravo bili otprilike jednako relevantni

kao i cvijeće koje cvjeta u proljeće, on je 1650. objavio da je

Zemlja stvorena 23. listopada 4004. pr. Kr.; jedan izvor navodi njegov

točan trenutak kao 21 sat (nije poznato je li uzeo u obzir

ljetno računanje vremena). Međutim, nakon 1700. postalo je jasno

da je svijet mnogo stariji od ovoga, a Ussherov datum je

općenito napušten, iako ideju o vrlo mladoj Zemlji još uvijek

prihvaćaju sljedbenici Teorije stvaranja, sada preimenovane u Inteligentni

Dizajn. (Jedan od pristaša je bivši američki predsjednik George W. Bush!)

Godine 1774., grof de Buffon usvojio je novi pristup.

Znao je da je izvorna Zemlja bila rastaljena masa i izračunao je koliko će vremena trebati da se ohladi, došao je do vrijednosti od 75 000 godina, iako je priznao da bi to moglo biti prekratko.

Godine 1788. James Hutton, obično smatran "ocem moderne geologije", napisao je da "ne možemo pronaći tragove početka niti naznake kraja", dok je otprilike u isto vrijeme Mihail Lomonosov, prvi veliki ruski znanstvenik, predložio da je Zemlja stvorena nekoliko stotina tisuća godina prije ostatka svemira.

Godine 1862. Lord Kelvin, vodeći fizičar tog vremena,

ponovno je izračunao razdoblje hlađenja i povećao Zemljinu starost na

98 milijuna godina; do 1897. to je izmijenio na 'bilo što između

20 i 400 milijuna godina', iako je 1892. Simon Newcomb i dalje preferirao skromnih 18 milijuna godina, na temelju vremenakoje bi Suncu trebalo da se skupi od svoje izvorne veličine, kao rastaljena

masa, do svog sadašnjeg promjera.

Cijela se situacija promijenila otkrićem radio

aktivnosti. Metode radioaktivnog datiranja pokazale su da je Zemlja

doista drevna: 1,6 do 3 tisuće milijuna godina (Arthur Holmes,

1927.), 3,3 tisuće milijuna godina (Holmes, 1946.), 4,5 tisuće

milijuna godina (J. G. Houtermans, 1953.), 4,55 tisuća milijuna godina

(C. C. Patterson, 1956.). Sve procjene napravljene od tada su u bliskom slaganju. Vrijednost koja se sada prihvaća je 4,54 milijarde godina, s nesigurnošću od najviše 0,02 milijarde godina u oba slučaja.

STRUKTURA ZEMLJE

Kruta vanjska kora i gornji plašt Zemljine kugle

čine ono što se naziva litosfera; ispod nje dolazi

estenosfera, gdje se stijene djelomično otapaju. Kora ima prosječnu dubinu od

10 km ispod oceana, ali do oko 50 km ispod

kontinenata. Baza kore označena je Mohorovičićevim

diskontinuitetom (Moho) nazvanim po hrvatskom znanstveniku Andriji

Mohorovičiću, koji je otkrio da se brzina seizmičkih valova

naglo mijenja na toj dubini, što ukazuje na naglu promjenu gustoće.

Između 50 i 100 km ispod površine litosferske stijene

postaju vruće i strukturno slabe.

Vanjska ljuska podijeljena je na 8 glavnih 'ploča' i preko 20 manjih

; granice između ploča povezane su s transformnim

rasjedima, osima širenja, zonama subdukcije, potresima, vulkanima i

planinskim lancima. Kontinenti se pomiču jedan u odnosu na drugi;

ovo je prvi put predložio 1915. austrijski meteorolog Alfred Wegener, a dovelo je do znanosti o tektonici ploča.

Ispod litosfere nalazi se plašt, koji se proteže

do 2890 km i sadrži 67% Zemljine mase. Djelomično taljenje

materijala plašta stvara bazalte, koji izlaze iz vulkanskih

otvora na oceanskom dnu. Baza plašta obilježena je Gutenbergovim diskontinuitetom, gdje se sastav stijena mijenja iz

silikatnog u metalno, a stanje iz krutog u tekuće. Vanjska

tekuća jezgra proteže se do 5150 km i sadrži 31% Zemljine mase. Unutarnja jezgra, sve do središta globusa, je

kruta i ima 1,7% ukupne mase; kaže se da 'lebdi' u

okolnoj tekućoj jezgri. Jezgra je bogata željezom. Smatra se da čvrsta unutarnja jezgra, promjera približno 2400 km, ima središnju temperaturu od oko 4530 °C s gustoćom od 13,1 g cm³.

Struje u tekućoj jezgri koja sadrži željezo odgovorne su za Zemljino magnetsko polje. Vanjska granica čvrste jezgre poznata je kao Lehmannov diskontinuitet, a prvi put ju je identificirala danska znanstvenica Inga Lehmann 1936. godine.

Većina našeg znanja o Zemljinoj unutrašnjosti dolazi iz studija potresa. Seizmički valovi su tri vrste: površinski, primarni (p valovi), poznati i kao potisni valovi, i sekundarni (s valovi), poznati i kao valovi trešenja. P valovi mogu putovati kroz tekućinu; s valovi ne mogu; i to je dalo prvi definitivan dokaz da Zemlja ima tekuću jezgru.

MAGNETSKO POLJE

Zemlja ima prilično jako magnetsko polje; na ekvatoru iznosi 0,305 G. U biti je magnetski dipol, tako da je njegov

oblik sličan šipkastom magnetu i postoje dva dobro definirana

pola. Magnetski polovi se ne poklapaju s polovima

rotacije, tako da kompas ne pokazuje točno prema sjeveru; trenutno je

kut između dvije osi nešto veći od 11°.

Magnetski polovi nisu fiksni. Sjeverni

magnetski pol trenutno se nalazi u Ellef Ringnesu u kanadskom Arktiku,

dok se južni magnetski pol nalazi uz obalu Antarktike, južno od

Australije. Na sjevernom magnetskom polu magnetsko polje usmjereno je

vertikalno prema dolje u odnosu na Zemljinu površinu, tako da je

nagib (magnetski pad) 90°. Magnetski pol se pomiče

u sjeverozapadnom smjeru brzinom od oko 40 km godišnje; prema

mjerenjima Geološkog zavoda Kanade iz 2001.

Položaj je bio 81,3 N geografske širine, 110,8 W geografske dužine. Južni magnetski pol se pomiče sporije, 5 km godišnje; prema Australskoj

antarktičkoj diviziji, položaj iz 2007. bio je 64,5 J geografske širine, 137,7 I geografske dužine.

Ovdje je, naravno, magnetski pad 90°.

Jačina magnetskog polja mijenja se s vremenom i trenutno se čini da slabi; magnetski obrasci pronađeni u

vulkanskim stijenama znače da se promjene u polju mogu pratiti daleko u prošlost. Te su varijacije vjerojatno cikličke. Čini se da postoje i geomagnetski obrati, tako da sjeverni magnetski pol postaje južni magnetski pol i obrnuto. Pionirski rad ovdje je 1920-ih poduzeo japanski znanstvenik Motonori Matuyama; u početku se vjerovalo da se obrati događaju otprilike svakih milijun godina, ali sada je jasno da su ti intervali nepravilni. Kroz povijest Zemlje bilo je mnogo preokreta. Bilo je razdoblja (kao u razdoblju krede) kada

nije bilo preokreta desetcima milijuna godina, dok su se drugi

događali mnogo brže. Čini se da se posljednji preokret dogodio prije otprilike 780 000 godina.

Postoje oštre podjele mišljenja o uzrocima

preokreta. Općenito se vjeruje da su posljedica kaotičnog kretanja

tekućeg metala u Zemljinoj jezgri, ali mi zapravo ne znamo.

Potrebna su daljnja istraživanja.

Prije preokreta može doći do vremena kada se dipolno polje

privremeno uruši; ako se sadašnje slabljenje nastavi, to bi se moglo dogoditi

oko 3000.-4000. godine, ali vjerojatno neće biti

nikakvih negativnih učinaka na život. Uostalom, živa bića, uključujući

čovječanstvo, preživjela su mnoge magnetske preokrete u prošlosti.

Uz to, nedavni radovi pokazuju da se nekoliko nedavnih preokreta

može povezati s hladnim razdobljima.

William Gilbert

Njegovo primarno znanstveno djelo – uvelike inspirirano ranijim radovima Roberta Normana– bilo je djelo De Magnete, Magneticisque Corporibus, et de Magno Magnete Tellure (O magnetu i magnetskim tijelima te o velikom magnetu Zemlji) objavljeno 1600. godine. U tom djelu opisuje mnoge svoje eksperimente sa svojim modelom Zemlje nazvanim terella. Iz tih eksperimenata zaključio je da je Zemlja sama magnetska i da je to razlog zašto kompasi pokazuju prema sjeveru (prije su neki vjerovali da je to Polaris, ili veliki magnetski otok na sjevernom polu, koji privlači kompas). Bio je prva osoba koja je tvrdila da je središte Zemlje željezo, a smatrao je važnim i srodnim svojstvom magneta to što se mogu rezati, pri čemu svaki tvori novi magnet sa sjevernim i južnim polom.

Englesku riječ "electricity" prvi je put upotrijebio Sir Thomas Browne 1646. godine, izvedenu iz Gilbertovog neolatinskog electricus iz 1600. godine, što znači "poput jantara". Izraz se koristio od 13. stoljeća, ali Gilbert ga je prvi upotrijebio u značenju "poput jantara u svojim privlačnim svojstvima". Prepoznao je da trenje o te predmete uklanja takozvani "efluvij", koji bi uzrokovao efekt privlačenja pri povratku na predmet, iako nije shvaćao da je ta tvar (električni naboj) univerzalna za sve materijale.

Gilbert je tvrdio da elektricitet i magnetizam nisu ista stvar. Kao dokaz, (netočno) je istaknuo da, dok električna privlačnost nestaje s toplinom, magnetska privlačnost ne nestaje (iako je dokazano da se magnetizam doista oštećuje i slabi toplinom). Hans Christian Orsted i James Clerk Maxwell pokazali su da su oba učinka aspekti jedne sile: elektromagnetizma. Maxwell je to pretpostavio u svom djelu "Traktat o elektricitetu i magnetizmu" nakon opsežne analize.

Gilbertov magnetizam bio je nevidljiva sila koju su mnogi drugi prirodni filozofi netočno prihvatili kao onu koja upravlja gibanjima koja su promatrali. Iako nije pripisivao magnetizam privlačnosti među zvijezdama, Gilbert je istaknuo da je gibanje neba posljedica Zemljine rotacije, a ne rotacije sfera, 20 godina prije Galileja (ali 57 godina nakon Kopernika, koji je to otvoreno izjavio u svom djelu "De revolutionibus orbium coelestium", koje je objavljeno 1543. Gilbert je prvi pokušao mapirati površinske oznake na Mjesecu 1590-ih. Njegova karta, napravljena bez upotrebe teleskopa, prikazivala je obrise tamnih i svijetlih mrlja na Mjesečevoj površini. Suprotno većini svojih suvremenika, Gilbert je vjerovao da su svijetle mrlje na Mjesecu voda, a tamne kopno.

Što se nas tiče ovdje je važno spomenuti da Tesla ima na umu Gilberova nastojanja koja Tesla praktički izvodi na primjeru Prstena oko Zemlje budući je Zemlja magnet.