Ef Jörðin væri Hnöttótt

Jörðin okkar er ekki alveg hnöttött. Þvermál jarðar á milli pólanna er 12713,5 km, en um miðbaug er þvermálið töluvert meira, eða 12756,1 km. Munurinn á þvermálinu er því 42,6 kílómetrar. Þetta er reyndar aðeins 0,3%, en munurinn hefur samt sem áður mjög mikla þýðingu fyrir jarðvísindin og allt lífríki á jörðu. Jörðin er því alls ekki alveg hnöttótt, og það er töluverð bunga við miðbaug. Þversnið af jörðu, frá norðri til suðurs, er því ekki hringur heldur sporbaugur.  Ástæðan fyrir því að jörðin er flatari til pólanna og „feitari‟ um miðbaug er möndulsnúningurinn. Jörðin snýst einn hring á sólarhring, og hraðinn á snúningnum er um 1670 km á klst. við miðbaug, en hér norðan til á jörðu er snúningshraðinn minni, eða um 950 km á klukkustund. Það er snúningurinn og tog tunglsins sem veldur bylgjunni á jörðinni umhverfis miðbaug. Orkan sem fer í tog tunglsins og flóðkraft tunglsins veldur því að möndulsnúningur jarðar hægir á sér og einnig að tunglið færist fjær jörðu um 4 cm á ári. Þótt jörðin sé stöðugt að hægja á sér, þá er hér engin hætta á ferðum á næstunni. Það mun taka milljarða ára að stoppa möndulsnúninginn með sama áframhaldi. En samt sem áður er fróðlegt að velta því fyrir sér hvernig heimur okkar mundi líta út ef (þegar) jörðin hætti að snúast. Myndin er eftir Witold Fraczek og sýnir kort af jörðinni eftir að hún hættir að snúast og þegar jarðskorpan og hafið er búið að ná jafnvægi aftur. Þá hefur miðflóttaafl eða miðsóknarkraftur ekki lengur áhrif á lögun jarðar, og smátt og smátt breytist form hennar í alveg hnöttótta kúlu. Þar með breytist þyngdarafl jarðarinnar. Hafið gjörbreytist, streymir til pólanna og flæðir inn á landssvæði á norður og suðurhveli. Umhverfis allan miðbaug myndast samfellt meginland, sem nefna má Hringland. En ef jörðin hættir að snúast, þá er önnur og enn alvarlegri afleiðing sem kemur í ljós: önnur hlið jarðar snýr að sólu í hálft ár, en á meðan er hin hliðin er í myrkri. Lengd dagsins verður sem sagt hálft ár. Á hliðinni sem snýr að sólu verður hitinn óbærilegur, en á myrkvuðu hliðinni er eilífur fimbulkuldi. Slíkar vangaveltur um framtíð jarðar eru ekki alveg út í hött, en hafa rök við að styðjast í vísindunum. Mælingar sýna að snúningur jarðar er að hægja á sér. Það er þess vegna sem við bætum við einni sekúndu við árið örðu hvoru, svokallaðri hlaupsekúndu. Fyrir 400 milljón árum snérist jörðinn fjörutíu sinnum oftar á möndulásnum á meðan hún fór eina hringferð umhverfis sólu. Þá voru sem sagt um 400 dagar í árinu. Dögum í árinu fækkar á meðan möndulsnúningurinn hægir á sér, þar til allt stoppar …. eftir nokkra milljarða ára.

Silfurberg -- sólarsteinn?

Þegar ég var að alast upp, þá man ég eftir þvi að það var stór og vænn kristall af tæru silfurbergi í stofuglugganum á mörgum heimilum. Í hinum stofuglugganum var oft stytta af rjúpu eftir Guðmund frá Miðdal, sem fullkomnun af íslenskri gluggalist. Silfurberg er merkilegur steinn, enda ber þessi kristall nafn Íslands á alþjóðamáli vísindanna og heitir þar Iceland spar. Nú má vera, að silfurberg hafi verið enn merkilegra á söguöld en nokkurn hefur grunað og er það tengt siglingafræðinni. Leiðarsteinn eða seguljárn var þekktur á þrettándu öld, samkvæmt Hauksbók, sem er rituð um 1300. Seguljárn áttavitans var því þekkt á söguöld um 1300 en óþekkt á landnámsöld. Hverju beittu landnámsmenn til að finna áttir á leið sinni yfir Atlantshaf þegar ekki naut sólar? Í fornbókmenntum er nokkrum sinnum getið um sólarstein í sambandi við siglingar. Þekktast er tilfellið í Ólafs sögu helga, en einnig er getið um sólarstein í Hrafns sögu Sveinbjarnarsonar og í Biskupasögum. Árið 1956 birti Kristján Eldjárn grein í Tímanum um sólarstein. Hann benti á að í máldögum kirknanna í Saurbæ í Eyjafirði, Haukadal, Hofi í Öræfum, Reykholti, Hrafngili og Reynistaðarklaustri, að þær ættu sólarstein og hefur hann greinilega verið dýrmætur kirkjugripur. Elzti máldaginn sem fjallar um sólarstein er frá 1313, en hinn ymgsti frá 1408. Ekki er ljóst hvernig eða hvers vegna sólarsteinn varð kirkjugripur á Íslandi á miðöldum, en Kristján Eldjárn telur að sólarsteinn hafi verið brennigler, nýtt til þess að safna sólargeislum og kveikja þannig eld. Í Ólafs sögu helga er þess getið hins vegar að með sólarsteini væri hægt að finna sólina þótt himinn væri hulinn skýjum. Sólin er auðvitað besti áttavitinn, en hvað gerir maður ef himinn er hulinn miklu skýjaþykkni? Árið 1967 stakk danski fornleifafræðingurinn Thorkild Ramskou upp á að sólarsteinn víkinga hefði verið kristall sem skautar sólarljós.  Ljós frá skýjuðum himni er skautað („pólaríserað“) og skautunin er breytileg eftir því hve nærri sólu er horft. Skautun ljóssins getur því gefið upplýsingar um hvar sólin er á bak við skýin. Er hægt að greina hvar á himni sólin er bak við skýin með því að horfa í gegnum sólarstein? Margar tegundir kristalla skauta ljós, og þar á meðal er kordíerít, sem er nokkuð algengt á Norðurlöndunum, einnig feldspat og svo silfurberg. Nýlega birtu frakkinn Guy Ropars og félagar hans grein í riti breska Vísindafélagsins, þar sem þeir fjalla um rannsókn á silfurbergi og notkun þess sem sólarsteinn. Þeir sýna framá að með silfurbergi er hægt að ákvarða átt til sólarinnar þegar skýjað er, og að skekkjan er um eða innan við fimm gráður. Nú hefur merkilegur fundur í skipsflaki frá sextándu öld aftur vakið umræðu á silfurbergi og siglingalistinni. Það gerðist þegar fallegur silfubergskristall fannst í flaki frá bresku skipi við Alderney, sem er nyrsta eyjan í Ermasundi.  Skipið mun hafa sokkið hér árið 1592, og er talið að silfurbergið hafi verið notað sem sólarsteinn. Skipið er frá dögum Elísabetar I drottningar, og var vel vopnað með stórum fallbyssum. En fallbyssur orsaka segulskekkju á áttavitum sem er allt að 90 gráður, og er talið að sólarsteinn hafi verið mikilvægur til siglinga á skipum vopnuðum fallbyssum, þar sem áttavitinn var gagnlaus. Sólarsteinninn frá Alderney er á myndinni hér til hliðar. Silfurbergsnáman að Helgustöðum í Reyðarfirði er frægasti fundarstaður silfurbergs á Íslandi, en einnig hefur silfurberg verið unnið í Hoffellslandi í Hornafirði. Silfurberg er afbrigði af kalkspati, og er algent í gömlum blágrýtislögum á Íslandi þar sem jarðhiti hefur myndað kristallana sem útfellingar úr heitu vatni. Silfurberg er einnig algengt í öðrum löndum og ef þetta er sólarsteinnin frægi, þá var hann fáanlegur víða í Evrópu.

Ný Eyja í Rauðahafinu

Það er ekki á hverjum degi að ný eyja myndast á Jörðu. Einn þekktasti atburður á tuttugustu öldinni var fæðing Surtseyjar árið 1963, og var eldgosið í hafinu undan Vestmannaeyjum mikil lyftistöng fyrir vísindin á margvíslegan hátt. Ný eyja hefur nú komið í ljós í Rauðahafinu, í kjölfar á eldgosi sem hófst um miðjan desember 2011. Fyrsta myndin er frá gervihnetti NASA og sýnir gosmökkinn yfir nýju eynni. Það sama gerðist hér undan ströndum Yemen og við Vestmannaeyjar: það voru sjómenn sem uppgötvuðu gosið. Nú er eyjan orðin um 530 metrar á breidd og 710 metrar á lengd, og heldur áfram að stækka vegna stöðugra sprenginga, sem hlaða upp ösku umhverfis gíginn. Einnig hefur basalthraun runnið frá gígnum. Þessi tegund af spregigosi er nefnd surtseyjan á máli vísindanna, til heiðurs Surtseyjar, þar sem þetta fyrirbæri var fyrst kannað. Önnur mynd sýnir sprengivirknina og gosmökkinn.  Hvers vegna er eldgos í Rauðahafinu? Undir hafinu eru um 2000 kílómetra löng flekamót milli Afríkuflekans fyrir vestan og Arabíuflekans í austri. Flekarnir gliðna sundur á um 20 millimetra hraða á ári, eða svipað og hreyfing flekanna undir íslandi. En hreyfingin er ekki eingöngu gliðnun, heldur flóknari, eins og kortið sýnir.  Arabíuflekinn mjakast til norður en Afríkuflekinn til vesturs. Fyrir jarðvísindin er Rauðahafið besta dæmið um það, hvernig meginlandsskorpa rifnar og gliðnar, og úthaf myndast. Það er því gliðnun og samfellt gosbelti eftir botni Rauðahafs endilöngum, en beltið kemur upp á yfirborð hafsins aðeins í suður hlutanum, þar sem það myndar Jebel Zubair eyjar. Nýja eyjan sem kom í ljós í desember 2011 liggur á milli Haycock og Rugged eyja, en í suðri er Saddle eyja, sem gaus á nítjándu öldinni. Fjórða myndin er kort af eyjaklasanum. Gosbelti Rauðahafsins er nátengt eldvirkni í vestur hluta Arabíu og alla leið til Sínaí skaga.  Ég hef bloggað um þau eldfjöll áður hér http://vulkan.blog.is/blog/vulkan/entry/991740/

Uppruni Lofthjúps Jarðar

Hades er hið forngríska goð undirheimanna og ríki Hadesar var helvíti. Þannig var Jörðin í upphafi: glóandi heitur bolti, sem var umlukinn miklum hafsjó af bráðinni bergkviku. Hadean er elsta tímabil jarðsögunnar, og nær það yfir tímann frá myndun jarðar fyrir um 4,568 milljörðum ára og þar til fyrir um 3,85 milljörðum ára, þegar fyrsta jarðskorpan, sem hefur varðveist, myndast. Tímabilið frá 3,85 til 2,5 milljörðum ára nefnist Archean eða Upphafsöld. Elsta bergið frá þessum tíma finnst á Grænlandi, Kanada og í Ástralíu. En þótt við höfum ekki berg frá Hadean tíma, þá höfum við samt litlar steindir eða kristalla frá Hades, sem finnast í yngra bergi.  Þetta eru steindir af zirkon, og nú benda rannsóknir til að ef til vill hafi Hades kólnað fyrr og hraðar en áður var haldið. Þessi kristallategund hefur efnasamsetninguna ZrSiO4, og zirkon er nokkuð algengt í íslensku líparíti. Elstu zirkon kristallarnir sem finnast til dæmis í Ástralíu hafa verið aldursgreindir og eru 4,404 milljarðar ára. Það hefur lengi verið deilt um hvenær súrefni hafi orðið ríkjandi þáttur í lofthjúp jarðar. Lengi ríkti sú skoðun að forni lofthjúpurinn hefði verið mjög súrefnissnauður og því ekki beint lífvænlegur. Nú benda rannsóknir á zirkon kristöllum hins vegar í aðra átt. Inni í kristöllunum finnast litlir dropar af kviku, sem nú er gler, en gefur vísbendingu um efnasamsetningu kviku á þessum tíma. Niðurstöðurnar sýna, að súrefnisástand kvikunnar á Hades tíma var svipað og í kviku í dag. Það bendir til að eftir aðeins 150 milljon ar frá myndun Jarðar hafi verið kominn lofthjúpur ekki mjög frábrugðinn þeim sem nú er á Jörðu. AÐEINS 150 milljón ár kann að virðast nokkuð langur tími, en nú lítur málið þannig út, að ótrúlega hröð þróun á jarðskorpunni og lofthjúp hafi átt sér stað á þessu tímabili, og þær aðstæður myndast hér, sem voru einkar hagstæðar fyrir myndun lífs.

Dýpi skjálfta undir Kötlu

Ingþór Friðriksson spyr hvort það hafi orðið breyting á dýpi jarðskjálfta undir Kötlu. Myndin sem fylgir er úr Skjálftavefsjá Veðurstofunnar, og nær yfir tímabilið frá í júní til desember 2011.  Reyndar vantar alla minni skjálfta á myndina, en það breytir sennilega engu. Hún sýnir, að langflestir stærri skjálftarnir eru grynnra en 5,5 km í jarðskorpunni. Ekki get ég séð að það sé nein breyting á dýpinu með tímanum. 

Koltvíoxíð straumar á Mars

Mars er töluvert minni en jörðin og nokkuð fjær sólu. Enda er kalt á Mars, og meðal hiti á yfirborði í kringum −55 °C. Á heimskautunum fer kuldinn alla leið niður í −143 °C. En samt sem áður er fjöldi af merkjum á yfirborði Mars um að einhvers konar vökvi hafi runnið hér, myndað gil, gljúfur og margskonar farvegi. Fyrsta mynd sýnir slíkt landslag á Mars. Takið eftir mælikvarðanum. Nú getum við vel séð öll smáatriði á plánetunni. Margir töldu að hér væru merki um að vatn hefði runnið á yfirborði rauðu plánetunnar áður fyrr, en síðan hefði allt frosið. Nýjustu upplýsingar eins og þessi mynd benda til þess, hins vegar, að enn sé rof í gangi á Mars, og jafnvel á heimskautasvæðunum, þar sem fimbulkuldi ríkir. Vísindaritið Physics Today telur að ein af sjö merkustu uppgötvunum ársins 2011 sé fundur af miklu magni af frosnu koltvíoxíði í jörðu á Mars. Getur það verið, að farvegirnir á Mars séu ekki eftir vatn, heldur strauma af koltvíoxíði?  Við skulum líta á seinni myndina, sem sýnir fasaskifti í koltvíoxíði, þegar breytingar á hita og þrýstingi eiga sér stað. Við erum vön því að fast efni, eins og ís, breytist í vökva við hitun. En eins og myndin sýnir, þá breytist frosið koltvíoxíð í gas undir kringumstæðum eins og þeim, sem nú ríkja á Mars -- sjá rauðu örina á myndinni. Frosið koltvíoxíð breytist beint í gas við lágan þrýsting (minni en 5 loftþyngdir - atm.), þegar hitastig er undir mínus 56 stigum á Celsíus. Ein stórkostleg hugmynd sem nú er vinsæl er sú, að fasaskiftin á koltvíoxíði breyti efninu beint úr frosnu ástandi og yfir í gas á Mars. Við það getur gasið myndað strauma á yfirborði, sem orsaka rof og flytja með sér sand og grjót. Það er rétt að minnast þess, að koltvíoxíð gas er fremur þungt. Á Jörðu er það til dæmis töluvert eðlisþyngra en andrúmsloftið okkar. Það er erfitt að hugsa sér hvernig slíkir straumar líta út. Sennilega eru þeir líkastir gjóskuflóðum á Jörðu, en munurinn er sá, að á Mars eru straumarnir ískaldir.

Friður í jarðskorpunni

Lítið á skjálftakortið frá Veðurstofunni í dag. Aðeins örfáir skjálftar, og flestir frá aðfangadeginum. Ég man ekki eftir að hafa séð svo mikinn frið í jarðskorpunni á Íslandi. Getur það verið? Hefur hinn almáttugi gefið jarðöflunum frí yfir jólin? Nei, þetta er ekki nóg til að gera mig trúaðan! Ein skýringin er að starfsmenn Orkuveitu Reykjavíkur eru í jólafríi og hættir í bili að dæla niður pækli í borholur umhverfis Hellisheiðarvirkjun. En hvað þá með restina af Íslandi? Er Veðurstofan líka í jólafríi? Ég held að það sé einhver á vakt. Við sjáum bara að það er mikil sveifla í skjálftavirkni undir landinu frá degi til dags.

Norðurheimskautið

  Við búum ekki á Norðurheimskautssvæðinu, nema þeir, sem hafa tekið sér ból á nyrsta odda Grímseyjar, í grennd við Köldugjá. Samt sem áður hafa allir íslendingar gagn af fróðleik um næsta nágrenni okkar, norður slóðir og Íshafið. Bandaríska loftslags- og hafrannsóknastofnunin NOAA hefur nýlega birt ítarlega skýrslu um málið. Þetta er ekki skýrsla um áhrif mannkyns á loftslagsbreytingar, heldur ískaldar staðreyndir um sjáanlegar og mælanlegar breytingar umhverfis okkur. http://www.arctic.noaa.gov/reportcard  Við skulum byrja á Grænlandi, þar sem gögn eru mjög góð. Fyrsta myndin sýnir breytingar á Grænlandsjöklum síðasta áratug, mælt í gígatonnum af ís (eitt gígatonn = einn milljarður tonna). Breytingarnar eru miðaðar við frávik frá árinu 2007. Yfirleitt minnkar íshellan um 250 gígatonn á ári hverju, en síðasta árið er bráðnunin enn hraðari, eða um 430 gígatonn. Þessi bráðnun síðastliðna tólf mánuði er nægileg til að hækka vatnsborð heimshafanna um 1,1 millimeter. En breytingar á borði sjávar eru háðar mörgum öðrum þáttum, eins og sveiflum á hita sjávar. Næst lítum við á hafísbreiðuna umhverfis Norðurheimskautið. Hún er stærst að flatarmáli í mars hvert ár, en minnst í september. Gervihnettir hafa fylgst náið með þróun hafísbreiðunnar síðan árið 1979. Eins og seinni myndin sýnir, þá heldur hafísbreiðan áfram að minnka stöðugt. Í september er hún um 40% minni en árið 1979 og í mars um 5 til 10% minni.  Afleiðingin er sú, að nú eru þrjár siglingaleiðir opnar yfir Norðurheimskautið í september, eins og þriðja mynd sýnir: bæði syðri og nyrðri Norðvesturleiðin, og einnig leiðin meðfram strönd Síberíu. Að lokum: auðvitað hefur hlýnað á Norðurheimskautinu.  Fjórða og síðasta myndin sýnir hlýjun í lofti frá árinu 1900. Það eru miklar sveiflur frá ári til árs, en ferlið í heild er greinilega uppávið. 

Mesti viðburður ársins

Það fer ekki milli mála, að langmerkasti viðburður ársins hér á Jörðu var skjálftinn mikli í Japan hinn 11. mars 2011. Hann er ekki merkur vegna mikils mannfalls („aðeins¨ tuttugu þúsund látnir), heldur einfaldlega vegna þess að þá leystist úr læðingi gífurlegt magn af orku, sem hlaðist hafði upp í jarðskorpunni í fjölda ára. Orkan sem baust út jafnast á við 500 megatonna kjarnorkusprengingu, sem er jafngildi fimm hundruð milljón tonna af sprengjuefni. Til samanburðar var "Tsar Bomba", stærsta kjarnorkusprengja Sovíetríkjanna árið 1961, um 50 megatonn að stærð. Orkan á uppruna sinn í flekahreyfingum, þegar Kyrrahafsflekinn fyrir austan sígur niður í sigbeltinu undir Asíuflekann fyrir vestan. Það tók 150 sekúndur fyrir Asíuflekann og austur strönd Japans að flytjast um 5 metra til austurs. Samtímis lyftist upp svæði sem er um 15000 ferkílómetrar um 5 metra. Á misgenginu á hafsbotni voru lóðréttar hreyfingar um 60 til 80 metrar, og þessar hreyfingar orsökuðu flóðbylgjuna miklu.  Skjálfti af þessari stærð, sem er 9,0 á (moment magnitude) skalanum, er til allrar hamingju sjaldgæft fyrirbæri. En á sama svæði í Japan varð einmitt slíkur skjálfti árið 869. Tohoku-oki skjálftinn í ár er einstakur í sögunni fyrir það, að hreyfingin og áhrifin voru mjög snögg. Þetta kemur fram á seinni myndinni, sem sýnir að hreyfingin (rauða línan) gerðist nær öll í upphafi, á fyrstu 100 sekúndunum, ólíkt því sem gerðist í öðrum stórskjálftum. Þeir stóru eru Alaska 1964 (stærð 9,2), Sumatra 2004 (9,2), Síle 2010 (8,8) og Japan 2003 (8,3). Hvað gengur eiginlega á, nú á síðasta áratug? Það er talið að á síðustu tíu árum hafi komið fram um 2,5 sinnum meiri orka í jarðskjálftum heldur en á „venjulegum¨ tímum.

Bíður eftir Kötlu

Á þessu ári hefur eldstöðin Katla verið mikið í fréttum. Við höfum oft heyrt það sagt, að Katla sé komin á tíma, að nú hljóti að fara að gjósa vegna þess að viss tími sé liðinn síðan síðasta stórgos var, árið 1918. Þetta er misskilningur. Reynslan sýnir, að eldgos eru yfir leitt það sem vísindin kalla stochastic process. Það er að segja: fyrri atburður eða tímalengd milli atburða hefur engin áhrif á tímasetingu næsta atburðar. Það fæst því engin spá að viti með því að mæla tíðni gosa og lengd goshlés. Hins vegar eru jarðeðlisfræðileg merki mikilvæg. Þau gera ekki spá mögulega, en þau mynda kerfi af upplýsingum, sem kunna að gefa viðvörun um yfirvofandi gos. Við skulum kíkja á vef Veðurstofunnar, og sjá hvað hefur verið að gerast í ár. Það er ljóst að mikil breyting varð í eldstöðinni Kötlu í byrjun júlí í ár, eins og rauða linan um uppsafnaðan fjölda skjálfta sýnir (fyrsta mynd). Þá jókst tíðni jarðskjálfta undir Mýrdalsjökli skyndilega.  Síðan hefur tíðnin haldist nokkuð stöðug, en heldur dregið úr henni síðustu vikur. En jarðskjálftarnir gefa frekari og áreiðanlegri upplýsignar ef við skoðum næstu mynd. Þar er sýnd uppsöfnuð strainútlausn í jarðskjálftum. Þetta er eiginlega mælikvarði á orkuna sem losnar úr læðingi við jarðskjálftana. Þar kemur fram breytingin í byrjun júlí, og enn betur fram, að tímabilið síðan um miðjan nóvember hefur verið nokkuð rólegra en í sumar og haust og að magn af orku frá jarðskjálftum hefur minnkað nokkuð eða staðið í stað síðustu vikur. Þriðja myndin sýnir súlurit, þar sem fjöldi skjálfta á mánuði undir Mýrdalsjökli er rauður. Hér er einnig ljóst, að frekar hefur dregið úr fjöldanum. Nú, síðan um miðjan nóvember, ríkir því lengsta rólega tímabilið síðan virknin undir Kötlu jókst í júlí. Ekkert markvert er að sjá á óróamælum Veðurstofunnar umhvefis Kötlu undanfarið.  Sama er að segja um GPS hreyfingar á mælum umhvefis Kötlu. Þær hreyfingar eru það sem við er að búast vegna landreks. Enginn sér inn í framtíðina í jarðskorpunni, en alla vega virðist ástandið stöðugt … í bili. Að lokum: gleymum því ekki, að umbrot og órói í jarðskorpunni leiðir alls ekki alltaf til eldgosa. Gott er að minna á óróann við Upptyppinga árin 2007 og 2008 í því sambandi. Mikill hluti af óróafyrirbærum í skorpunni eða undir eldfjöllum lognast útaf, án þess að gos verði.