14

Vår plats i universum2

kunskapsmålEfter arbetet med kapitlet kan du:

• Redogöra för universums utseende och uppkomst.

• Ge exempel på olika naturvetenskapliga metoder som har använts för att utforska universum.

• Beskriva hur materia har bildats med utgångspunkt från Big Bang.

• Redogöra för planeten jordens uppbyggnad och förklara hur jordskorpan påverkar livet på planeten idag.

• Ge exempel på några mineral och beskriva deras uppbyggnad.

syfteMed hjälp av kapitlet ska du utveckla:

• Kunskaper om de naturvetenskapliga teoriernas betydelse för samhällens framväxt och för män-niskans världsbild.

centralt innehållUndervisningen i kursen ska behandla följande cen-trala innehåll:

• Universums utveckling som förklaring till materi-ans uppkomst och jordens sammansättning.

• Naturvetenskapens betydelse för mänsklighetens kultur och världsbild.

15

I alla tider har människan fascinerats av rymden. Att se sig själv i denna stora, ofattbara värld kan vara både spännande och skrämmande. Hur kan man veta något om sådant som är så hissnande, stort och avlägset? Vad händer i framtiden? Kommer rymd-turismen att öka? Kommer våra barn-barnsbarn att fira jul på månen eller ta en rymdtur runt jorden?

Under de senaste 100 åren har det pågått en inten­siv forskning för att förstå hur universum en gång bildades och hur det kommer att se ut i framtiden. Universums uppkomst, uppbyggnad och utveckling studeras inom kosmologin. Genom den forskning­en har vi lärt oss att universum är oerhört mycket större och märkligare än någon tidigare trott och att människan har en mycket undanskymd plats däri. I dag vet vi att vi i själva verket befinner oss på ytan av ett obetydligt stenklot nära en medelmåt­tig stjärna i utkanten av en galax bland oräkneliga andra galaxer i universum.

16 vå r p l at s i u n i v e r s u m

En resa i rymden

Vårt solsystem tillhör galaxen Vintergatan och vår sol är en av hundratals miljarder stjärnor i Vinter­gatan. Vår planet jorden, eller Tellus som den heter på latin, är solsystemets tredje planet från solen räk­nat och den enda kända planeten med liv i univer­sum. Tillsammans med våra grannplaneter bildar jorden och solen vårt solsystem. Om man räknar med att jordens avstånd till solen i medeltal är 150 miljoner kilometer och att ljusets hastighet är 300 000 km/s, innebär det att det tar ungefär åtta minuter för solljuset att nå jorden.

Men hur vet man att det är 150 miljoner kilome­ter till solen? Det finns ju självklart inga måttband som kan mäta 150 miljoner kilometer ut i rymden. För att mäta så långa sträckor måste man använda sig av helt andra metoder. Kortare avstånd i rym­den, som till vår måne eller till de närmaste pla­neterna, kan man mäta med hjälp av radar eller laserljus. Det innebär att mikrovågor eller ljuspul­ser som rör sig med ljusets hastighet sänds ut och reflekteras av exempelvis månen. Genom att mäta den tid det tar för ljuspulsen att färdas från jor­den till månen och tillbaka igen, kan man beräk­na avståndet till månen. Andra metoder används för att mäta längre avstånd. Genom att analysera det ljus som når oss från en stjärna eller en galax kan man bestämma ofattbart långa avstånd, som till galaxer 50 miljoner ljusår bort.

Universums oändlighetVår sol är en av de hundratals miljarder stjärnor som finns i galaxen Vintergatan. Ordet galax kom­mer från det grekiska ordet galaxis som betyder ”spilld mjölk”. På engelska heter också Vinter­gatan ”the Milky Way”. Solen med sina planeter befinner sig i Vintergatans utkant. Vår närmaste stjärngranne, Alfa Centauri, ligger fyra ljusår bort. Det är en sträcka som motsvarar mer än 900 miljo­ner varv runt jorden. En galax består inte bara av stjärnor och planeter. Mellan stjärnorna finns gas

och stoft. Gasen i galaxerna är inte jämnt förde­lad. På en del ställen bildar den tätare moln som kallas nebulosor.

Fram till början av 1900­talet trodde astronomer­na att Vintergatan utgjorde hela universum, men år 1924 visade astronomen Edwin Hubble att vår galax inte är ensam. Hubble studerade molnfor­made ljusfläckar på stjärnhimlen, som visade sig vara avlägsna galaxer. Han såg ett stort antal galaxer och antog att stjärnorna i dem liknade stjärnorna i vår galax. Hubble var inte ensam om den tidiga rymdforskningen, hans upptäckter byggde delvis på forskning som gjorts av andra. Bland annat på de studier den amerikanska astronomen Henrietta Swan Leavitt gjorde i början av 1910­talet om stjärnors ljusstyrka. Hubbles beskrivning av uni­versum var ändå revolutionerande. Den visade att 1700­talsfilosofen Immanuel Kant hade haft rätt när han hade framfört tanken att stjärnorna lig­ger samlade i klungor. Liksom stjärnorna är sam­lade i stjärnhopar, hävdade han att galaxerna också bildar grupper. Det visade också sig senare vara sant. Vintergatan bildar tillsammans med Andro­medagalaxen och ett trettiotal andra galaxer den så kallade ”lokala galaxgruppen”.

Det ljusa bandet som syns på natthimmeln är ljuset från miljarder stjärnor i Vintergatan. Vintergatan, är en spiralgalax av samma typ som teckningen före-ställer.

e n r e s a i r y m d e n 17

Universum expanderarVid sina studier av galaxerna upptäckte Hubble att alla galaxer avlägsnar sig från varandra. Hubbles upptäckt tyder på att universum expanderar. Den slutsatsen kunde han dra efter att ha jämfört spektra från olika galaxer på olika avstånd från oss. Genom att studera den så kallade rödförskjutningen i dessa spektra kunde han se att mer avlägsna galaxer rör sig bort från oss med större hastighet. Rödförskjut­ning innebär att om ett föremål som rör sig bort från oss sänder ut ljus, ser vi ett ljusspektrum med längre våglängder än de egentligen har. Det är ett liknande fenomen som det som inträffar när en ambulans med påslagna sirener passerar oss. När ambulansen närmar sig upplever vi att ljudet från sirenerna har en hög ton, för att sedan bli lägre när ambulansen försvinner bort. På samma sätt förändras ljusets våglängd.

Redan före Hubbles observationer hade Albert Einstein förutsagt att ett oföränderligt universum inte borde existera. Det mest troliga är att det antingen utvidgar sig eller drar ihop sig. I dag vet man att universums expansion är accelereran­de, en upptäckt som belönades med Nobelpriset i fysik år 2011.

Upptäckten att universum utvidgas måste bety­da att det någon gång haft sin början. Vilket i sin tur måste innebära att det måste ha en viss ålder. Hur gammalt är då universum?

Under början av 1900-talet studerade Edwin Hubble avlägsna galaxer. Hans sudier gav oss en ny bild av universum och av vår undanskymda plats däri. Här ses Hubble vid teleskopet i Palomarobservatoriet i Kalifornien.

Gaser i galaxerna kan samlas i nebulosor. Här syns centrum av Trifidnebulosan.

För att förstå hur Hubble tänkte kan vi likna universum vid en deg med russin. Precis som russinen avlägsnar sig från varandra när degen jäser, avlägsnar sig galaxerna från var-andra när universum expanderar.

18 vå r p l at s i u n i v e r s u m

Big BangOm man vet att galaxerna avlägsnar sig från var­andra med en viss hastighet, kan man beräkna universums ålder genom att räkna baklänges. På så sätt har man kommit fram till att all materia borde funnits samlad på ett enda ställe för drygt 10 miljarder år sedan. Ur denna sammanpressa­de materia, som troligen befann sig i ett mycket upphettat tillstånd, är teorin att universum bilda­des genom en jättelik expansion, Big Bang. Det handlar inte om en vanlig explosion, eftersom en sådan kräver att det finns någon form av rum där explosionen kan ske. Big Bang kan i stället ses som en expansion som skapade det rum vi i dag kallar universum. Genom den expansionen spreds den materia ut som så småningom bildade alla uni­versums himlakroppar.

För astronomer var inte alternativet till Big Bang Guds skapelse, utan ett universum som var konstant och som hade funnits i all evighet, den så kallade Steady State­teorin. Begreppen ”Big Bang” och ”Steady State” myntades i mitten av förra århund­radet för att beskriva skillnaderna mellan de två teorierna. I dag är Big Bang den teori som är helt dominerande inom naturvetenskapen.

bevis för big bang Big Bang­teorin kan precis som andra naturveten­skapliga teorier inte bevisas som man bevisar påstå­enden inom matematiken, men det finns ett stort antal olika observationer som ger tydligt stöd för den. Edwin Hubbles observationer som visar att universum fortfarande expanderar är en viktig grund för teorin.

Men det är inte bara det faktum att universum expanderar som ligger till grund för teorin om Big Bang. Med hjälp av jättelika radioteleskop upp­täckte man på 1960­talet strålning från universums allra tidigaste ålder. Den strål­ningen kalls den kosmiska bakgrundsstrål­ningen och kommer från en tid i universum då det ännu inte fanns några stjärnor.

Ytterligare bevis för teorin har man fått när man studerat halten av lätta grundämnen i universum. Vid riktigt höga temperaturer kan två väteatomer slås ihop och bilda en heliumkärna, en så kallad nukleosyntes. Men redan ett par minuter efter Big Bang hade temperaturen i universum sjunkit till en nivå där denna process inte längre var möjlig. Med hjälp av beräkningar har forskare kunnat fast­ställa att om teorin kring Big Bang stämmer, borde materien i universum till ungefär 77 % utgöras av väte och att resterande del borde i huvudsak vara helium. Detta är något som väl stämmer överens med verkligheten.

Bilden föreställer den rymdsond som mellan åren 2001 och 2010 haft i uppdrag att mäta den kosmiska bak-grundsstrålningen. Med hjälp av data från satelliten har man kunna beräkna universums ålder till 13,80 miljarder år.

e n r e s a i r y m d e n 19e n r e s a i r y m d e n 19

Uppkomst av grundämnenEn stjärna är en stor självlysande himlakropp som uppstår i ett nebulosamoln när gas och dammpar­tiklar dras samman av gravitationen. När molnet drar sig samman ökar temperaturen och när den når ungefär 10 miljoner grader börjar väteatomer slås ihop till heliumatomer. Denna reaktion kallas fusion och frigör stora mängder energi i form av bland annat ljus och värme.

Det har visat sig att alla stjärnor i alla galaxer är uppbyggda på liknande sätt. Från början består stjärnor nästan enbart av ¾ väte och ¼ helium. I den första fasen i en stjärnas liv slås vätekärnor ihop till helium. Denna fas utgör ungefär 90 % av en stjärnas livstid. Vår sol har genomgått detta i 5 miljarder år och kommer att fortsätta på sam­ma sätt ungefär lika länge till. I nästa fas kan sedan helium och tyngre grundämnen slås ihop och bilda ännu större atomer. Genom fusion i en stjärnas centrum bildas på så sätt grundämnen från helium till järn. Grundämnen från kobolt till uran uppkommer däremot när större stjärnor exploderar i så kallade supernovor. Först i sådana smällar blir temperaturen så hög att dessa tyngre ämnen kan bildas.

Det som är avgörande för en stjärnas utveckling är storleken på den. När vätet i en stjärna nästan är slut sjunker temperaturen på ytan. Mindre stjär­nor krymper och avslutar sina liv som vita dvärgar. Medelstora stjärnor blir i stället större och bildar röda jättar. Riktigt stora stjärnor slutar i en kol­laps. Vid denna kollaps blir gravitationen så hög att all materia samlas i en enda punkt. Det bildas ett svart hål.

ung stjärna(storlek som solen)

ung stjärna(10 ggr större än solen)

röd jätteröd jätte

neutronstjärna svart hål

vit dvärg

supernova

När två vätekärnor slås samman till en heliumkärna, avges energi. Processen kallas fusion och sker naturligt vid mycket höga temperaturer.

En stjärnas utvecklig beror av dess massa. Bilden visar dels hur en stjärna av solens storlek utvecklas till en vit dvärg, dels hur en större stjärna kan utvecklas till ett svart hål.

väte

helium

Nukleosyntes

energi

20 vå r p l at s i u n i v e r s u m

Budskap från rymdenÄven om ingen människa varit längre ut i rymden än till vår egen måne, har vi lärt oss det mesta vi kan om rymden genom att använda och tolka den information som sänds till jorden med det synli­ga ljuset. Astronomer och astrofysiker kan i dag uttala sig om vilka grundämnen som finns i stjär­norna och vilka temperaturer de har. En stjärnas ålder och vilka grundämnen den innehåller man bestämma genom att analysera ljuset från stjärnan, dess spektra. Stjärnor lyser med olika färg beroen­de på temperaturen på stjärnans yta. En röd jätte är svalare än vår sol och får därför en rödare färg än den gula solen.

Det innebär vissa problem att observera stjärnor­na från jordytan. Jordens atmosfär filtrerar bort en stor del av den strålning som kommer från rymden och eftersom luften i atmosfären rör sig störs ljus­vågorna. Därför har man placerat teleskop i satel­liter utanför atmosfären. Men forskarna kan också tolka observationer av andra våglängder än det syn­liga ljuset. Eftersom man kan ta emot radiovågor hela dygnet och eftersom de till skillnad från det synliga ljuset kan tränga genom stoftmoln mellan stjärnor och galaxer, är de ett bra komplement när vi vill skaffa oss kunskap om stjärnorna.

Temperaturen på en stjärna avgör vilken färg den har. Ju rödare stjärna desto svalare är dess yta.

För att minska störningarna från atmosfären placerar man teleskop så högt upp som möjligt.

e n r e s a i r y m d e n 2121

Fotspår på månen från Neil Armstrongs ”small step”.

Rymdsonder och satelliterAstronomerna nöjde sig inte med att observera rymden på avstånd. Den 20 juli 1969 tog den ame­rikanske astronauten Neil Armstrong det första steget på månen. Därefter gjordes ytterligare fyra månlandningar, den senaste i december 1972. Totalt har 12 personer stått på månens yta.

Senare har även icke­bemannade rymdsonder skickats ut och landat på andra planeter i solsyste­met. Rymdsonden Curiosity landade på Mars yta den 6 augusti 2012 efter att ha färdats 567 miljo­ner kilometer under ett och ett halvt år.

mörk materiaAstronomer har genom observationer och beräk-ningar, upptäckt att galaxerna roterar mycket for-tare än vad de borde göra. Problemet är att det inte finns tillräcklig mycket materia i universum som kan förklara deras rörelser. Därför har begreppet mörk materia föreslagits av en del forskare som en möjlig förklaring på problemet.

Forskarna tänker sig att mörk materia är en annan form av materia än den vi känner till. Mörk materia har en massa precis som vanlig materia, men den sänder inte ut eller reflekterar någon form av elek-tromagnetisk strålning. Vi kan alltså inte se den med våra ögon, eller upptäcka den med våra tele-skop och mätinstrument. Men eftersom mörk mate-ria ändå har en massa, påverkar den gravitationen och galaxernas rörelser.

Vad är då mörk materia? Det finns ännu inget svar på den frågan, men det finns några spännande teo-rier. En teori föreslår att det skulle kunna vara slocknade stjärnor och planeter. En annan föreslår att det rör sig om stora mängder elementarpartik-lar som man ännu inte har hittat på jorden.

En mycket annorlunda förklaring är att det finns två, eller fler, universum som passerar genom vårt universum. Eftersom de inte har samma dimensio-ner som vårt universum, kan vi inte se deras mate-ria men påverkas av deras gravitation. Denna för-klaring får nog anses som väldigt fantasifull, men knappast trolig.

Enligt en analys av data från WMPA-satelliten är bara 5 % av universum vanlig materia, resten är mörk materia.

Liv i universum?Många människor frågar sig om det finns liv på andra ställen i universum. Forskning kring förut­sättningar för utomjordiskt liv kallas för exobiologi eller astrobiologi. Fastän forskare ännu inte hittat levande organismer på andra ställen än jorden, innebär det inte att man säkert vet. Fram till i dag har man upptäckt ett hundratal planeter i andra solsystem som möjligen skulle kunna härbärgera liv. För att kunna förstå var utomjordiskt liv kan återfinnas och hur det kan tänkas se ut, måste man fråga sig varför liv finns just på planeten jorden. Än i dag hittas nya livsformer på jorden, sådana som vi inte kände till och som kan leva i andra miljöer än där vi vanligen finner liv. Att många organismer klarar sig utan syre är väl känt, men fortfarande anses flytande vatten vara en grundförutsättning för liv. Vatten är också den vanligaste treatomiga molekylen i universum. Det talar för att liv skulle kunna finnas på andra platser än jorden.

22 vå r p l at s i u n i v e r s u m

Planeten jorden

Solsystemet består av stjärnan solen med omgivan­de planeter, månar, småplaneter, kometer, meteo­roider, stoft och plasma. Jorden är den största fas­ta planeten i solsystemet. De andra är antingen mindre än jorden eller består mest av ämnen som på jorden skulle vara gaser. Vår planet är i stort sett klotformad men något tillplattad vid polerna. Omkretsen är ungefär 4 000 mil. Jorden snurrar runt solen, men avståndet till solen varierar under året. I januari är jorden närmast solen och rör sig snabbast, i juli är den längst bort från solen och rör sig långsammast.

missvisningPå många ställen på jorden måste ett avläst värde på en kompass räknas om för att ge rätt riktning norrut. Det kallas missvisning och orsakas av dels av att den magnetiska nordpolen och den geografiska nordpolen inte sammanfaller, dels av lokala stör-ningar av jordens magnetfält. I Sverige är i dag missvisningen relativt liten; 8 grader plus (eller ost-lig) i Haparanda och en eller ett par grader plus i Malmö. På norra Grönland är däremot missvisning-en betydligt större, ungefär 45 grader. De magnetis-ka polernas lägen förändras långsamt med tiden, beroende på förändringar i jordklotets kärna. För närvarande ligger den magnetiska nordpolen i norra

Kanada och flyttas långsamt västerut mot Sibirien. Forskare har funnit att denna förflyttning nu går allt snabbare. Sedan mitten av 1800-talet sker för-flyttningen med en hastighet av en mil per år.

Ju närmare Sibirien den magnetiska nordpolen kom-mer, desto mer kommer vi i Sverige att få uppleva kraftigt norrsken. Sambandet mellan kraftig miss-visning och norrsken upptäcktes redan på 1700-talet av svensken Anders Celsius. Det var sam-me man som definierade vår temperaturskala, som också fick sitt namn efter honom.

Det är förstås mycket svårt att utforska jordklo­tets inre. Det djupaste borrhål som människan har gjort är omkring 12 km och finns på Kolahalvön. Det kan uppfattas som enormt djupt, men det motsvarar knappt 0,2 % av jordklotets radie! För att undersöka jordklotets inre studerar forskar­na i stället hur jordbävningsvågor fortplantar sig genom jordklotet. De undersöker även material som kommer upp ur jordskorpan vid vulkanut­brott. På så sätt har man fått följande bild av hur jordklotet är uppbyggt:

p l a n e t e n j o r d e n 23

Jordens inre är mycket varmt, ungefär 5 000 °C i mitten av jordklotet. Jorden bildades en gång av smält materia, och den höga temperaturen behålls på grund av energiutveckling vid radioaktiva sön­derfall i kärnan. Man vet inte säkert vilken tem­peratur jordens inre har. Däremot görs teoretiska beräkningar utifrån den information man har. Om man går mot jordens centrum beräknas tempe­raturen i jordskorpan stiga med i snitt 24 °C per kilometer. Vid övergången mellan den flytande yttre kärnan och den fasta inre kärnan beräknas därför temperaturen vara ca 4 300 °C. Skälet till jordens varma inre är att när den bildades bombar­derades den av miljontals meteorer. Det gjorde att temperaturen ökade och att ytan smälte. Järn och andra tunga grundämnen sjönk in mot centrum och avgav samtidigt energi. Temperaturen ökade ännu mer. När meteorregnet avtog svalnade ytan och höll kvar värmen inne i jorden.

Närmast jordytan finns ett lager av fast berggrund, som kallas jordskorpan eller litosfären. Tjockleken kan variera, men är i regel 10–30 km. Den fasta berggrunden är tjockare under kontinenterna än under världshaven. För varje kilometer nedåt i jordskorpan stiger temperaturen med ca 25–30 °C. Under jordskorpan finns manteln. Här är tempe­raturen så hög att materialet under normala för­hållanden skulle ha varit flytande, men på grund av det höga trycket förblir materialet fast, om än formbart och rörligt. Delar av manteln närmast jordskorpan kan bestå av smält material. Manteln är tjock och omfattar 2/3 av jordens totala massa.

Innanför manteln finns den yttre kärnan, som består av flytande material, och den inre kärnan som är fast. Man antar att den inre kärnan mest består av järn och nickel och att den vid jordrotationen ger upphov till ett magnetfält, som gör hela jorden till en stor magnet. Den magnetiska nordpolen och den magnetiska sydpolen sammanfaller inte exakt med de geografiska polerna. Detta orsakar miss­

visning hos kompasser.

Mantelnplastiskt till fast material

Yttre kärnanflytande material

Inre kärnanfast material

2 900 km

5 100 km

6 400 km

20 km Jordskorpanfast material

Jordklotet i genomskärning med jordskorpan, manteln och kär-nan. Trycket vid jordens medel-punkt är ungefär 5 miljoner gånger högre än vid jordytan.

plattans rörelser plattans rörelserjordskorpan

erosion

vulkanism

berg

magmaströmmar

spridningszon kollisionzon

24 vå r p l at s i u n i v e r s u m

Rörelser i jordskorpanIbland blir vi påminda om att den fasta jordskorpan inte är fullt så fast som vi föreställer oss. Annan­dag jul år 2004 inträffade en så kallad tsunami i Indiska oceanen. En tsunami är en stor havs­ eller flodvåg som orsakas av kraftiga rörelser i den del av jordskorpan som finns under havsytan. När vågen nådde land hade den en våghöjd på 20–30 meter. Antalet döda uppskattades till ungefär 230 000. Värst drabbades Indonesien, Thailand, Sri Lanka och Indien. I mars år 2011 uppstod en liknande tsunami utanför Japans kust. Den här gången var antalet förolyckade människor inte lika många, men eftersom tsunamin skedde i närheten av ett stort kärnkraftverk hade skadorna kunnat bli betydande.

Jordskorpan är indelad i ett antal tektoniska plattor, eller som de också kallas kontinentalplat­tor. Dessa rör sig på den halvflytande manteln. När två plattor rör sig i riktning mot varandra bildas berg eller djuphavsgravar. När två plattor däremot rör sig från varandra, uppkommer en spricka, där smält magma kan tränga upp och orsaka vulkan­utbrott. Plattorna kan röra sig med en hastighet av flera centimeter per år. Om plattor fastnar i varan­dra, byggs det upp en spänning som så småningom kan resultera i en jordbävning.

Vid ett vulkanutbrott strömmar smält magma ut från jordens mantel och bildar rinnade lavaströmmar.

plattans rörelser plattans rörelserjordskorpan

erosion

vulkanism

berg

magmaströmmar

spridningszon kollisionzon

richterskalanFör att mäta hur kraftig en jordbävning är används ofta den så kallade richterskalan. Denna skala definierades år 1935 av den amerikanske seismologen Charles Richter och mäter energiut-lösningen i ett skalv. Richterskalan är logaritmisk. Det betyder att en jordbävning med magnitud 9 utlöser 32 gånger mer ener-gi än en jordbävning med magnitud 8, och ungefär 1 000 gånger (32 · 32) mer energi än en med magnitud 7.

För att få en bild av hur mycket energi som avges vid ett jord-skalv kan man jämföra med Sveriges totala energianvändning. År 2010 använde vi i Sverige totalt omkring 616 TWh (2,2 · 1018 J) till industrier, transporter, bostäder m.m. En jordbävning som mäter 9 på Richterskalan beräknas avge något mindre energi (1,6 · 1018 J). En jordbävning med magnitud över 12 skulle vara så våldsam att jordklotet skulle slitas i stycken.

p l a n e t e n j o r d e n 25

På kartan visas att de mest jordbävningsdrab­bade områdena är västra Nord­ och Sydameri­ka, ett stråk längs Medelhavet och genom främre Orienten, samt de västra delarna av Stilla havet. De stötvågor som bildas vid en jordbävning fort­plantas genom jorden och längs markytan. Jord­bävningsvågor registreras med känsliga instrument, seismografer. Genom att mäta tidsskillnaden mel­lan olika vågor kan man bestämma avståndet till skalvets epicentrum. Skalvets styrka anges oftast i magnitud på richterskalan, som bygger på hur mycket energi som skalvet utlöser. I Sverige regist­

Karta över jorden med skarvarna mellan kontinentalplattorna inritade i gult. Områden där jordbävningar ofta uppstår är markerade med rött.

Vid jordbävningar kan skadorna bli förödande

reras något tiotal skalv per år, som har en magni­tud över 2 på richterskalan. Mikroskalv med en magnitud runt 1 inträffar varje dag, men uppfat­tas inte av oss människor. Den högsta magnitud som någonsin har uppmätts vid en jordbävning var 9,5 utanför Perus kust år 1960.

I vårt närområde inträffade en jordbävning i Kaliningrad, den 21 september 2004. Den uppmättes till magnitud 5,3 och var mycket märkbar i södra Sverige. Tsunamin i Indiska oceanen samma år orsakades av en jordbävning, i havsbottnen väster om Sumatra, med magnituden 9,1 på richterskalan.

26 vå r p l at s i u n i v e r s u m

Vad finns i jordskorpan?När smält material, magma eller lava, från jor­dens inre tränger uppåt mot jordytan stelnar det så småningom till fast berg, det vi kallar en berg­art. Beroende på vilka ämnen som finns i smältan bildas olika bergarter. Bergarter som bildas på det­ta sätt kallas magmatiska bergarter. Ibland kallas de också vulkaniska eller eruptiva. Exempel på magmatiska bergarter är granit och diabas. Störs­ta delen av Sveriges berggrund består av mycket gamla magmatiska bergarter, som kallas urberg.

När en bergart befinner sig vid jordytan utsätts den för nedbrytande processer, vittring och erosion. Vid vittring bryts materialet antingen ner genom påverkan av vatten som utvidgas i sprickor när det fryser, frostsprängning, eller genom hastiga tempe­raturväxlingar, så kallad solsprängning. Vittringen kan också ske genom kemisk inverkan av vatten och/eller andra ämnen och kallas då kemisk vitt­ring. Vid erosion utsätts berget för nötning av till exempel havsvågor, strömmande vatten, is i gla­ciärer eller partiklar i vinden.

Genom vittring och erosion bryts berggrunden sakta ner. Vind och vatten transporterar bort de partiklar av bergarterna som bildas. Slutligen lagras partiklarna, de sedimenterar. Detta sker ofta först när de har nått havet. Det sediment som bildas, byggs sedan på med nya partiklar. Ju fler partik­lar som sedimenterar, desto högre blir trycket. När trycket i sedimentpacken ökar, sjunker den ihop av sin tyngd. Genom det ökade trycket kommer också temperaturen att öka. Så småningom omvandlas sedimentet till fast berg och det bildas en sedimen­tär bergart. Exempel på sedimentära bergarter är kalksten och sandsten. Ofta innehåller sedimen­tära bergarter fossil. Det är förstenade lämningar av växter eller djur. Genom att studera fossil kan man få information om vilken ålder sedimentet har. Trilobiter är vanliga fossil i 500 miljoner år gamla sedimentära bergarter. Om en fast bergart utsätts för ökat tryck och temperatur, till exempel genom rörelser i jordskorpan, kan den omvandlas. Omvandlingen innebär att vissa ämnen i bergarten byts ut mot andra ämnen från omgivningen, den kemiska sammansättningen ändras. En omvand­lad bergart kallas metamorf. Ett par exempel på metamorfa bergarter är gnejs och kvartsit, som kan vara omvandlad granit eller sandsten.

Magmatiska bergartert.ex. granit

Sedimentära bergartert.ex.sandsten

Magma

Metamorfa bergartert.ex. gnejs, kvartsit

vittring och erosion

sedimentation

fullständig nedsmältning

avkylning

hav

tryck

värme

Bergarterna genomgår ett cykliskt förlopp med omväxlande erosion, sedimentation, bergartsbildning, omvandling, ned-smältning och stelning på nytt.

Trilobiter är vanliga fossil i 500 miljo-ner år gamla sedimentära bergarter.

p l a n e t e n j o r d e n 27

MineralDe fasta ämnen som bygger upp bergarterna kall­las mineral. Mineraler är oftast kemiska föreningar , som består av flera olika grundämnen och där­med alltså också av flera sorters atomer. Exempel på sådana mineral är kvarts, som innehåller kisel och syre, och pyrit, som innehåller järn och svavel. I sällsynta fall kan mineral vara endast ett grund­ämne och därmed bestå av endast en sorts atomer. Ett exempel är grafit, som består enbart av kol.

I dag känner man till ungefär 4 000 olika mine­ral varav ungefär 850 förekommer i Sverige. I regel är bergarterna blandningar av flera olika mineral. Ofta kan man urskilja de olika mineralkornen eftersom de har olika färg och utseende. Men det finns också bergarter som huvudsakligen består av ett enda mineral. Ett sådant exempel är kalksten, som till allra största delen består av mineralet kal­cit. De vanligaste metallerna som ingår i mineral är aluminium, järn, kalcium, natrium, kalium och magnesium. Betydligt ovanligare är koppar, zink och tenn. Bland icke­metallerna är syre och kisel de vanligaste i jordskorpan.

magmatiska bergarter1 750–2 500 miljoner år

sydvästsvenska gnejser1 000–2 000 miljoner år

fjällkedjans bergarterca 400 miljoner år

sedimentära bergarter< 600 miljoner år

Översikt av Sveriges berggrund.

grundämnenas förekomst i jordskorpan

Atomslag Kemiskt tecken Masshalt (%)

Syre O 49,4

Kisel Si 25,8

Aluminium Al 7,5

Järn Fe 4,7

Kalcium Ca 3,4

Natrium Na 2,6

Kalium K 2,4

Magnesium Mg 1,9

Väte H 0,8

Titan Ti 0,6

Koppar Cu <0,01

Zink Zn <0,01

Tenn Sn <0,001

Glimmer är ett mineral som ingår i granit, en av Sveriges vanligaste berg-arter.

Granit

Glimmer

28 vå r p l at s i u n i v e r s u m

norrskenNorrsken är ett ljusfenomen som uppkommer på himlen i närheten av nordpolen på jorden. Vid syd-polen kallas fenomenet sydsken. Norrsken och syd-sken kallas gemensamt polarsken och har samma förklaring. Laddade partiklar, oftast elektroner, kas-tas ut från solen. De energi rika elektronerna fångas upp av jordens magnetfält och kommer in mot jor-dens atmosfär med mycket hög hastighet. När elek-tronerna krockar med luftens molekyler omvandlas en del av rörelseenergin till ljus, norrsken. Kollisio-nerna sker på 100–300 km höjd. Färgen hos norr-skenet beror på vilka ämnen i luften som elektroner-na krockar med. Kvävet i atmo sfären ger rödviolett färg och syret ger rött och grönt. Dessa färger kan sedan kombineras till övriga färger.

Innan man visste hur polarskenen uppkom, fanns det många olika förklaringar till norrskenet. Både i Sverige och i Norge trodde man att det var en reflektion av sill- eller torskstim som syntes på him-len och att det varnade för väderomslag. I södra Europa uppfattade man norrskenet som ett varsel om krig och onda tider. Det latinska namnet för norrsken, Aurora Borealis, härstammar från namnet Aurora som var morgonrodnades gudinna i den romerska mytologin och från det latinska ordet borealis som betyder ”nordlig”.

Dagens forskning om jorden och jordskorpanMan kan ibland få uppfattningen att jorden och jordskorpan är oföränderligt, att det enda som för­ändras är växter och djur. Jorden består i och för sig av icke­levande material, men icke desto min­dre sker reaktioner som hela tiden förändrar jor­dens och jordskorpans egenskaper. I dag bedrivs en hel del forskning om just detta.

Jordskorpans översta tio kilometer är en viktig källa av naturtillgångar för samhället. Härifrån hämtas bland annat mineral till metallframställning samt olja och gas. För att utvinna dessa resurser är det av stor vikt att känna till jordskorpans struktur, dels för att veta var resurserna finns någonstans, dels för att avgöra hur de ska utvinnas.

Planeten jorden är också en enorm energikälla, den kan ge oss geotermisk energi. I Sverige är jord­skorpan gammal och kall. Det syns bland annat på att vi inte har vulkaner i närheten. Här i Sverige ökar temperaturen i jordskorpan på de flesta håll med endast 20 °C per kilometer nedåt. Trots det är Sverige ett av de länder i världen som utnytt­jar geotermisk energi mest. Anledningen till det är att många hus har värmepumpar som utvinner bergvärme eller jordvärme.

På Island och i andra vulkaniska områden har man utnyttjat varma källor sedan urminnes tider.

Den varma jordskorpan på Island gör att man har utnyttjat geotermisk energi sedan urminnes tider.

Den isländske hövdingen och skalden Snorre Stur­lasson sägs på 1200­talet ha haft en egen liten upp­värmd bassäng hemma. Numera används geoter­misk energi till att värma de flesta hus på Island. Detta är möjligt på grund av att temperaturen ökar med 50 till 200 °C per kilometer nedåt i den isländ­ska jordskorpan.

Vår kalla jordskorpa gör att det nog kommer att dröja innan vi producerar el i Sverige utifrån geo­termisk energi. Vi skulle behöva borra ända ned till mellan tre och fem kilometers djup för att nå till den temperatur som krävs. Där måste det också kunna cirkulera vatten för att vi ska kunna utvinna energi, något som visat sig vara svårt.

vå r p l at s i u n i v e r s u m 29

1. Den naturvetenskapliga modellen för universums uppkomst, kan inte förklara vad som hände före Big Bang. Räcker naturvetenskapliga modeller till för att stilla människans nyfikenhet?

2. Det finns ett uttryck ”Du består av stjärnstoft”, vad betyder det? Uppstår människor ur stjärnor?

3. Inom naturvetenskapen har kritik ofta framförts att så få vetenskapskvinnor nämns. Till exempel inom astronomin, är Henrietta Swan Leavitt långt ifrån lika känd som Edwin Hubble. Trots att Cecilia Helena Payne var den första att påstå att solen till största delen består av väte, är hennes namn okänt för de flesta. Ta reda på mer om stora vetenskapskvinnor inom naturvetenskapen.

4. Rödförskjutning är en viktig metod att mäta stora avstånd i rymden. Ta reda på mer om denna metod och fundera över hur man kan åskådliggöra, kanske med hjälp av liknelser, hur långt det är till närmaste planet, stjärna, galax osv.

5. Ta reda på mer om Steady State-teorin och funde-ra över varför denna teori övergavs. Varför har fors-karna kommit fram till att Big Bang är en mer sanno-lik teori?

6. Bildandet av grundämnen sker med hjälp av fusi-on. Fusion diskuteras också som möjlig framtida lös-ning på jordens energibehov. Ta reda på mer om fusionsreaktioner och hur de kan användas till energi försörjningen på jorden.

7. Stjärnor kan ha många namn beroende på i vilket stadium de befinner sig, t.ex. röd jätte, vit dvärg, svart dvärg, supernova, neutronstjärna. Sök exempel-vis på YouTube filmer om stjärnors livscykel, ”life cycle of a star”, som kan vara till hjälp för att beskri-va en stjärnas livscykel.

8. Våra stjärnbilder har ofta fått sitt namn från mytologiska berättelser. Studera en stjärnbildskarta och se vilka stjärnbilder du känner igen. Ta reda på varifrån namnen på några stjärnbilder kommer.

9. Finns det någon rymdturism? Skulle du vilja åka ut i rymden? Diskutera med klasskamrater om denna möjlighet.

10. Hur fungerar ett teleskop och vad utmärker ett bra teleskop?

11. Greken Eratosthenes lyckades redan före Kristi födelse beräkna jordens omkrets. Hur gjorde han?

12. Varför är planeten jorden så speciell. Varför finns liv just här? Vad mer än flytande vatten spelar in?

13. Ta reda på mer om norrsken. Hur uppkommer detta vackra ljusfenomen?

14. Sök i media uppgifter om jordbävningar och vul-kanutbrott. Undersök vilken information du hittar om tsunamin i Indiska oceanen den 26 december 2004 eller den utanför Japans kust den 11 mars 2011. Jäm-för läget på den plats som drabbats med en karta över kontinentalplattor. Kommentera ditt resultat.

15. Kan djur känna jordskalv, kanske till och med innan de uppkommit? Under tsunamikatastrofen år 2004 rapporterades i media om oroliga elefanter som tog sig upp i bergen och därmed överlevde flodvågen. Vilken sanning kan ligga i detta? Försök använda olika typer av källor och öva på källkritik.

16. Studera en karta över Sveriges berggrund och ta reda på vilken typ av bergarter som finns i din hem-trakt. Ta också reda på hur gamla dessa bergarter är.

ta reda på, diskutera & ta ställning