Uppruni Vatnsins og Línuleg Hugsun

Mannskepnan er vön því að líta á allt í umhverfi okkar sem háð einskonar línulegri þróun í tíma og rúmi: upphaf og endir, eða í lífríkinu: fæðing -- lífið -- dauði. Þetta er auðvitað mjóg eðlilegt viðhorf, þar sem við erum vitni af slíkri línulegri þróun allt í kringum okkur, hvort sem er meðal ættingja í fjölskyldunni, í jurtaríkinu eða hjá gullfiskunum í fiskabúrinu. Lengi vel var línuleg þróun einnig ríkjandi í hugmyndum fræðimanna um “dauða” hluti, eins og jörðina sjálfa og ýmsa þætti í umhverfi okkar sem eru ekki lífrænir eða lifandi í venjulegum skilningi. En slík hugsun getur verið vægast sagt villandi og réttara sagt bara töluvert hættuleg. Eitt besta dæmið um slíka línulega hugsun kemur fram hjá einum merkasta vísindamanni nítjándu aldarinnar, sjálfum Kelvin lávarði (1824–1907). Kelvin, eða William Thomson, var fremsti eðlisfræðingur breta á nítjándu öldinni. Hann varð meðal annars frægur fyrir að koma fram með hitaskala sem miðast við lægsta hugsanlegan hita og ber nafn hans: Kelvin skalinn, margar uppgötvanir í hitaaflsfræðinni, og einnig fyrir að stýra því að leggja fyrsta símakapalinn á hafsbotni þvert yfir Atlantshafið. Kelvin fékk einn daginn þá snjöllu hugmynd að reikna út aldur jarðarinnar út frá kólnun hennar. Það gat hann gert vegna þess að Joseph Fourier hafði þá nýlega birt kenningu um leiðni hita og aðferð til að reikna út leiðnina. Kelvin byrjar á því að gera ráð fyrir að jörðin hafi verið um 1200oC heit í upphafi, rétt eftir að hún verður til. Hann valdi þetta hitastig vegna þess að heitustu hraun gusu úr eldfjöllum með þennan hita. Þá gerir hann ráð fyrir að meðalhitinn á yfirborði jarðar sé alls staðar núll gráður. Næst tekur hann hitastigul jarðar, eða hvernig hitinn eykst inní jörðinni, með fjarlægð frá yfirborði. Hann var nokkuð þekktur á þeim tíma út frá mælingum á hita í námum og í borholum. Með þessar staðreyndir í hendi var auðvelt fyrir Kelvin að reikna út, samkvæmt formúlum um hitaleiðni í bergi, hvað það tæki langan tíma fyrir jörðina að kólna frá upphaflegum hita og niður í þann hita sem jörðin hefur í dag. Niðurstaðan úr þessu einfalda dæmi var sú, að jörðin væri aðeins á milli 10 milljón og 40 milljón ára gömul að áliti Kelvins. Jarðfræðingar sem voru samtímamenn Kelvins höfðu hins vegar giskað á að jörðin væri nokkur hundruð milljón ára gömul, en sannfæringakraftur eðlisfræðingsins og reikningslistarinnar var sá að margir jarðfræðingar fylgdu Kelvin og meðtóku þennan lága aldur. Hvernig er hægt að þræta við mann sem getur reiknað svona vel? Var þá jörðin að verða kaldari og kaldari, og myndi hún að lokum fjósa öll? Jarðfræðingar virtust sjálfir oft vera á þeirri skoðun á nítjándu öldinni, en þeir héldu því fram, að eldgos hefðu verið miklu tíðari á fyrri skeiðum jarðsögunnar en í dag. Fjölmiðlar komust í málið, og almenningur varð mjög áhyggjufullur yfir því að jörðin myndi kólna stöðugt, og verða óbyggileg vegna kulda innan skamms. Það lá jafnvel við að uppþot og móðursýki næði tökum á fólkinu út af þessu máli. En auðvitað hafði Kelvin rangt fyrir sér. Við vitum að jörðin er um 4.6 miljarðar ára að aldri, eða um eitt hundrað sinnum eldri en Kelvin hafði reiknað. Af hverju skeikaði honum svona mikið? Skekkjan orsakast af eðlislegu fyrirbæri sem hann – og reyndar enginn lifandi maður – hafði nokkra hugmynd um á þeim tíma. Hann hafði ekki tekið með í reikninginn að hitaorka sem kemur frá geislavirkum efnum inni í jörðinni heldur henni heitri. Honum er vorkun, því geislavirkni var ekki enn uppgötvuð þegar Kelvin var að reikna (Rutherford uppgötvar hitann frá geislavirkni um 1896). Skoðun Kelvins um upprunalega mjög heita jörð, sem kólnar stöðugt og verður að lokum óbyggileg, er einmitt ágætt dæmi um línulega hugsun, sem setti vísindin á ranga braut. Annað og miklu eldra dæmi um línulegt hugarfar er tengt fornum hugmyndum manna um grundvallar atriði eins og uppruna vatnsins. Hvaðan kemur vatnið? Jú, það kemur úr fjöllunum með ánum, en hvernig berst það í árnar? Ef við skoðum til dæmis íslensk og erlend landakort frá sextándu og sautjándu öld, þá er mjög athyglisvert að við upptök flestra stórfljóta eru sýndir kyrfilega hlaðnir brunnar á kortunum. Skoðum til dæmis Íslandskortið eftir frakkann Hieronymus Gourmont frá 1548 hér fyrir ofan. Ég sýni bara suðurland, en hér sjáið þið vel alla brunnana eða lindirnar sem árnar koma úr. Hér er brunnur örugglega teiknaður á kortið til að tákna uppsprettu eða lind, en hugsunin á bakvið kemur vel fram: vatnið á upptök sín í uppsprettum, sem mynda árnar og renna til sjávar; annað ágætt dæmi um línulegt hugarfar: vatnið á uppruna sinn í uppsprettum, og endar í sjónum. Sama kemur fram til dæmis á Íslandskorti ítalans Giovanni Camocio frá 1571, en hluti þess er sýndur hér fyrir neðan. Allt fram á sautjándu öldina var það allment álitið að úrkoma væri ekki nægileg til að mynda allt vatnið sem kemur fram í ám og vötnum, og að mikill hluti vantsins kæmi beint upp úr jörðinni. Það er þessi hugsun sem kemur fram á eldri landakortum af Íslandi. Ferill vantsins var sem sagt lína, sem byrjar í lindum beint uppúr jörðinni, fer í gegnum árnar, og endar í sjónum. En það er auðvitað rangt, og í stað línu, þá er ferill vatnsins í hring, og reyndar í marga og meira að segja óteljandi hringi. Það er ekkert upphaf eða endir, en við getum gripið inn í hringinn í sjónum. Hér gufar vatn upp og safnast fyrir í andrúmsloftinu, þar til það þéttist og fellur til jarðar sem úrkoma. Úrkoman rennur á yfirborði jarðar og myndar árnar, sem falla til sjávar til að loka hringnum, og svo framvegis. Á vesturlöndum kemur fram skilningur á hringrás vatnsins eða vatnafarshringnum sennilega fyrst hjá rómverjanum Markúsi Vitruviusi á fyrstu öld fyrir Krist, en Leonardo da Vinci (1452-1519) og Bernard Palissy (1510 -1589) settu báðir fram ágæta lýsingu á vatnafarshringnum, og bentu á að úrkoma væri lykillinn. Reyndar höfðu kínverjar komist að sömu niðurstöðu í kringum 400 fyrir Krist. Kínverjar voru langt á undan evrópubúum á þessu sviði eins og í svo mörgum öðrum. Já, en hvernig kemst vatnið inn í vatnafarshringinn, og hver er raunverulegur uppruni vatnsins á jörðu? Um það verður fjallað í síðari pistli.

Er Svarti Steinn Tektít?

Ég fjallaði um tektíta eða glerkennda steina sem myndast við árekstra loftsteina á jörðu í spjalli mínu hinn 5. janúar. Hér vil ég fjalla um stein sem er ef til vill mikilvægasti steinn mannkynssögunnar og er sennilega tektít. Sagan byrjar í heilögu borginni Mekka í Arabíu. Sagt er að sjálfur Abraham hafi reist musteri í borginni Mekku, en hann var uppi um fimm hundruð árum fyri kristsburð. Musterið eða moskan er Kaaba, en mikill fjöldi múhammeðstrúarmanna kemur til Mekka ár hvert, til að ganga sjö hringi í kringum Kaaba. Þessir pílagrímar hljóta þá þann heiður að vera ávarpaðir sem haji það sem eftir er ævinnar, og mega bera litla hvíta kollu á höfði. Í þorpum í Indónesíu hef ég hitt nokkra haji, en þeir seldu flestir allt sitt land og létu af hendi aleiguna til að kosta pílagrímsferðina til Mekku.  Kaaba er miðja heimsins fyrir þá sem eru múhameðstrúar, en þessi bygging er um 13 metrar á kannt, og alklædd svörtu klæði að utan. Kaaba þýðir ferhyrningur á arabísku og er sama orðið og cube á ensku. Hingað koma um 4 miljón pílagrímar á ári hverju, til að ganga í hringi umhverfis Kaaba. Á austur horni Kaaba, á veggnum um 1.5 metra fyrir ofan jörðu, er rifa á klæðinu sem sýnir silfur umgjörð en hún er ótrúlega lík kynfærum konu. Í miðri silfurumgjörðinni er hinn helgi Svarti Steinn (Hajar al-Aswad) sem er um 30 sm í þvermál. Það er æðsti draumur pílagríma að fá að kyssa og þukla á Svarta Stein, en fáir ná því takmarki vegna fjöldans.  Steinninn er sagður rennisléttur vegna þess hvað margir hafa snert og kysst hann yfir aldirnar. Sagan segir að Svarti Steinn hafi fallið til jarðar til að sýna Adam og Evu hver þau skyldu byggja musteri, og að hér sé fyrsta musteri jarðarinnar. Hér til vinstri er sjálfur Mohammed sýndur með steininn í persneskri mynd frá 1315.Enginn hefur fengið leyfi til að rannsaka Svarta Stein, og er því óljóst hver uppruni hans er. Samt sem áður hefur verið bent á að hann er líkari gleri eða tinnu en venjulegum steini, og af þeim sökum er nú almennt talið að hann sé tektít. Um 1100 kílómetra frá Mekku, þar sem forna borgin Wabar stóð, eru gígar sem mynduðust við árekstur loftsteins eða smástirnis í eyðimörinni í Arabíu fyrir um 6000 árum. Umhverfis Wabar gígana finnst dreif af gleri eða tektít efni, sem virðist líkjast Svarta Steini. Því miður fáum við ekki staðfestingu á þessari kenningu fyrr en rannsókn á Svarta Steini hefur verið framkvæmd, en það eru litlar líkur á að leyfi fáist til slíkra rannsókna. Ég vil að lokum benda á ágæta umfjöllun um árekstragíga á Stjörnufræðivefnum http://www.stjornuskodun.is/forsida/38-solkerfi/73-arekstragigar

Tektítar - Bráðin Jarðskorpa

Íslendingar þekkja vel hrafntinnu, en það er svört glertegund sem myndast við eldgos, þegar súr hraun storkna. Á yfirborði jarðar finnst önnur tegund af gleri eða hrafntinnu, sem myndast ekki við eldgos, heldur þegar smástirni eða loftsteinar rekast á jörðina. Slíkt gler kallast tektite eða tektítar, og er mjög sjaldgæft. Orðið tektite er dregið af tektos, sem þýðir bráðinn á grísku. Í Eldfjallasafni í Stykkishólmi eru sýndir þrír glerhnullungar af tektites eða tektítum. Tveir þeirra eru nær svartir, og af tegundinni australite, en það eru tektítar sem hafa fallið á mjög stóru svæði sem nær yfir í Laos, Vietnam, Kambodíu, Kína, Tæland, Filipseyjar, Indónesíu, og vestur hluta Ástralíu. Svæðið þar sem þessir tektítar finnast er oftast nefnt Ástralasíudreifin og er sýnt á kortinu hér til hægri. Þessi mikla dreif af glerperlum eða tektítum myndaðist fyrir um 700 þúsund árum, þegar smástirni rakst á jörðina. Enn hefur árekstursgígurinn ekki fundist, en ef til vill er hann að finna undir ísnum á Wilkeslandi í Suðurheimskautslandinu. Þar er að finna hringlaga myndun undir ísnum, sem er 300 kílómetrar í þvermál. Ef það sannast, þá er þar einn stærsti áreksturgígur jarðar.  Hin tegundin af tektít sem er sýnd í Eldfjallasafni er moldavít. Það er grænt gler, stundum ljósgrænt, en græni liturinn stafar af mjög lágu magni af títan og járni í glerinu. Moldavítar mynda dreif sem nær frá Þýskalandi og yfir Tékkland, um 450 kílómetra vegalengd. Þeir eiga uppruna sinn að rekja til árekstursgígsins Ries Kessel í Bavaríu, um 120 km fyrir norðvestan Munchenborg. Nærri miðju gígsins er borgin Nordlinger í dag. Áreksturinn sem myndaði Ries gíginn varð fyrir um 14,5 miljón árum, en gígurinn er 24 km í þvermál. Til að grafa þetta stóran gíg þarf smástirni sem er um 1.5 km í þvermál, og á um 20 km á sekúndu hraða. Það er gífurleg orka sem leysist úr læðingi við slíkan árekstur, og nokkur hluti af orkunni fer í að bræða jarðskorpuna. Bráðin slettist út frá gígnum og myndar dreif, eins og Ries dreifin af moldavítum, eða þá hin risastóra ástralasíudreif. Ljósmyndin til hægri er loftmynd af Ries gígnum. Takið eftir skýjum á börmum hans.  Lengi var talið að tektítar væru komnir frá tunglinu, en sú kenning hrundi þegar fyrstu sýnin af tunglgrjóti bárust til jarðar til rannsókna. Efnasamsetning tektíta er lík jarðskorpunni en gjörólík tunglinu.

Gýs Hekla eftir 32 mínútur?

Umræðan er rétt að byrja um næsta gos Heklu, í fjölmiðlum og á blogginu, og auðvitað vilja menn fá að vita HVENÆR hún byrjar að gjósa. Hekla hefur gosið átján sinnum síðan land byggðist (nokkur gos í viðbót hafa einnig orðið í næsta nágrenni við Heklu) og nítjánda gosið er í aðsigi, ef dæma má út frá jarðeðlisfræðilegum gögnum. Að meðaltali hafa liðið 52 ár milli gosa, en lengsta goshlé á sögulegum tíma er 120 ár. Sennilega var 200 til 300 ára langt hlé undan stórgosinu árið 1104. Það má segja að yfirleitt kemur stærra gos eftir langt goshlé, og einnig er efnasamsetning kvikunnar nokkuð háð lengd á goshléi. Annars er næstum lýgilegt hvað Hekla hefur verið reglubundin undanfarið og haldið sig við áratugina, með gos árin 1970, 1980, 1991, 2000 og nú ef til vill 2010? Það er gott, því stutt goshlé ætti að þýða fremur lítið gos. Það er frægt orðið, að spáð var fyrir um Heklugos 2000 og tilkynnt almenningi amk. 15 mínútum áður en gos hófst. Fyrstu merkin komu fram á jarðskjálftamæli Háskóla Íslands á Litlu Heklu um kl. 17 og nokkrum mínútum síðar fór mælir í Haukadal að nema titring. Sjálfvirkt viðvörunarkerfi Veðurstofunnar gaf viðvörun kl. 17.31 og þá vissu Almannavarnir af fyrirboðum eldgoss. Áður en Hekla gaus árið 2000 var búið að koma fyrir ýmsum tækjabúnaði umhverfis eldstöðina, og af þeim sökum eru til mjög góð gögn varðandi upphaf gossins það ár. Kristján Ágústsson, þá hjá Veðurstofu Íslands, fylgdist með þenslumælingum í grennd við Heklu, sem skynjuðu spennubreytingar í jarðskorpunni.  Línuritið fyrir neðan sýnir ferli þenslumæla við Búrfell og Skálholt gosdaginn, 26. febrúar 2000. Hér virðist vera glöggt merki um aðdraganda gossins, en þenslumælirinn við Búrfell sýnir greinilega samþjöppun í berginu, sem hefst kl. 17:45 og eykst þar til gos byrjar kl. 18:17. Það líða sem sagt aðeins 32 mínútur frá þvi að mælirinn skynjar breytingu og þar til gosið hefst. Gögn frá þenslumælum umhverfis Heklu eru uppfærð á mínútu fresti á vef Veðurstofunnar, og er einkum fróðlegt að fylgjast með mælinum á Búrfelli. Hann sýnir miklar sveiflur undanfarið, en að hluta til eru þær orsakaðar af breytingum í loftþyngd, sem eru háðar veðurfari. Sjá hér: http://hraun.vedur.is/ja/strain/plot/solmyndir/solarhringur.htmlEn nú eru önnur tæki sem geta veitt upplýsingar. Hingað til hafa jarðskjálftar ekki aukist mikið á Heklusvæðinu, enda hafa þeir ekki verið góð aðvörun eða vísbending um aðsígandi gos. Önnur mæling sem gæti gefið mikilvægar upplýsingar er órói eða titringur á jarðskjálftamælum. Næsta stöð sem skráir óróa, og uppfærð reglulega á vef Veðurstofunnar, er sjálfvirki jarðskjálftamælirinn að Haukadal á Rangárvöllum, sem er um 10 kílómetrum fyrir vestan Heklu. Gögn frá honum varðandi óróa má skoða hér:http://hraun.vedur.is/ja/oroi/En reynslan frá gosinu árið 2000 sýnir að óróinn kemur fyrst fram um leið og gos byrjar og er hann því ekki beint gott tól til að spá fyrir um gos. Í heildina litið hafa orðið mjög miklar framfarir í því að skynja yfirgnæfandi eldgos á Íslandi, einkum í eldfjalli sem er jafn vel vaktað og vel þekkt eins og Hekla. Það verður því fylgst jafn náið með næsta gosi, eins og þegar ríkiserfingi er að fæðast. Heklumyndin sem fylgir þessum pistli er eftir danska málarann Emmanuel Larsen (1823-1859) og sýnir eldfjallið gjósandi árið 1845. Þessi aquatint mynd er sýnd í Eldfjallasafni í Stykkishólmi. Larsen var á Íslandi þetta ár. Gosið hófst í september of öskufall dreifðist alla leið til Bretlandseyja. Síðan kom hraunstrumaur en gosið varði í sjö mánuði.