Jorden

Kronologi

Geovitenskapene har bidratt med detaljert informasjon om jordens fortid. Den tidligst daterte materie i solsystemet ble dannet for mer enn 4,6 milliarder år siden, og for 4,6 milliarder år siden ble jorden og de andre planetene i solsytemet dannet fra en protoplanetarisk skive av støv og gass som var til overs etter dannelsen av solen. Sammensettingen av jordens materie skjedde raskt, i all hovedsak i løpet av 10-20 millioner år. Når kosmisk støv og steinmateriale først begynte å kollidere og danne jorden, økte denne nye planetens gravitasjonskraft som igjen akselererte ytterligere tiltrekning av materie. De stadige sammenstøtene og meteoritt-nedslagene utviklet stor varmeenergi, som bidro til å smelte ned steinmaterialet som utviklet seg til en indre kjerne av jern og et ytre lag av silikater. Etter hvert ble også det ytre laget separert i en tyngre mantel og en lettere jordskorpe. Det er vanlig å anta at tyngre mineraler sank ned i forhold til de lettere, men bergarter ble også trukket nedover eller oppover basert på deres evne til å binde seg med henholdsvis jern eller oksygen.
Fra å være i smeltet tilstand, gikk jordens ytre lag over til en fast skorpe ved nedkjøling da vann ble akkumulert i atmosfæren. Jordskorpen var tynn og sprakk opp gang etter gang med en stor mengde vulkanutbrudd, og antakelig dannet det seg tidlig et samlet kontinent som så sprakk opp. Månen ble dannet kort tid etterpå, for om lag 4,5 milliarder år siden. Den (2013) mest anerkjente teorien for dannelsen av månen er nedslagsteorien, som innebærer at månen ble dannet da et objekt på størrelse med Mars - noen ganger omtalt som Theia - tilsvarende om lag 10 % av jordens masse, kolliderte med jorden i et gigantisk sammenstøt. Denne teorien innebærer at dette objektet smeltet sammen med jorden, men at tilstrekkelig med materie til dannelsen av månen ble sendt i bane rundt jorden.
I tidlig arkeikum (4,6 – 4,0 mrd år siden) var jordas mantel svært varm, og litosfæren (jordskorpen) ytterst var så lett at den neppe sank ned i mantelen. Jordskorpa bestod av mye basalt og natriumrike masser. Natriumrike mantelmasser kunne noen steder trenge oppover i basaltkappen og danne kropper av kvartsrike dypbergarter – tonalitt, trondhjemitt og granodioritt (TTG). Horisontale smeltemasser ble til grønnsteinsbelter av omdannet basalt, ofte med magnesiumrik komatiitt, og ofte omgitt av tonalitt-gneis. Bergarter fra arkeisk tid er ikke preget av omsmelting gjennom nedsynking i mantelen, slik bergarter fra sen arkeikum og proterozoikum preges av. I proterizoikum ble bergartene også mer kaliumrike.
Siden omkring 1950 har geologer jaktet på de eldste bergartene. Høyeste kjente alder for bergarter er 3,96 milliarder år, mens sandstein funnet i Australia har klaster som har blitt datert til 4,1–4,2 milliarder år gamle. Radiometrisk datering av meteoritter og bergarter funnet på Månen har gitt aldre på opp til 4,56 milliarder år og vi regner dette som et anslag på hvor gammel jorden kan være. Grunnen til at vi ikke finner så gamle bergarter på jordkloden er at den i tidlig arkeikum var for varm til å starte den radiometriske klokka i bergartene, som brukes for å datere mineraler ved hjelp av halveringstider. Og selve kontinentene er ikke noen steder eldre enn om lag fire milliarder år, mens havbunnen fornyes kontinuerlig. Ingen havbunn regnes for å være eldre enn 200 millioner år.

Atmosfæren

Smeltingen og krystalliseringen i arkeikum skapte gassutblåsninger, vanndamp og vulkansk aktivitet som bidro til jordas uratmosfære. Den ble fylt med helium og hydrogen som ble avgitt fra jorden, men hovedbestanden i uratmosfæren var svovel. De første organismene - prokaryoter - utviklet seg på denne tiden og «pustet» svovel i stedet for oksygen. Denne typen liv utviklet seg tilpasset den første, svovelholdige atmosfæren. Det eksisterer dog teorier om at atmosfæren hele tiden har hatt oksygen, siden tidlig arkeikum.
For 3,8 milliarder år siden ble jorden (og månen) antatt utsatt for et nytt, kraftig meteoritt-bombardement som sammen med solvind rev bort den første atmosfæren. Bombardementet skapte intens varmeutvikling og vulkanisme, som nok en gang frigjorde nitrogen, karbondioksid og vanndamp. Disse elementene ble nå nedbrutt av ultrafiolett lys fra sola og omdannet til hydrogen, oksygen og ozon i en relativt oksygenfattig, ny atmosfære. Vanndampen kondenserte og dannet havene for kanskje 4 milliarder år siden, godt hjulpet av is og flytende vann fra asteroider, protoplaneter, kometer og transneptunske objekt. Til tross for at solen utstrålte om lag 30 % mindre energi enn den gjør i dag, viser forskning at havene forble flytende, en selvmotsigelse formulert i den svake sols paradoks. En kombinasjon av drivhusgasser og økt solaktivitet bidro til økning av jordens overflatetemperatur, og forhindret at havene frøs over. Utviklingen av liv i havene etter relativt kort tid, avga oksygen som lagret seg i den nye atmosfæren.

Fotosyntese og fjellkjededannelser

Etter at havet oppstod for 4 milliarder år siden, var det etter hvert lite eller ingen landmasser på jorden. De første spor etter organismer (blågrønn- eller lignende bakterier) er ca. 3,6 milliarder år gamle. For 3,5 milliarder år siden ble jordens magnetfelt dannet, noe som forhindret solvind fra å bryte ned jordens nye atmosfære. I proterozoikum, før utviklingen av større dyr, var de grunne havområdene sannsynligvis dekket av matter dannet av mikroorganismer, ifølge professor David Bottjer. Da liv med evne til fotosyntese oppstod for mer enn 3,5 milliarder år siden,
ble det avgitt store mengder oksygen fra blant annet blågrønnbakterier, og dette bidro gradvis til å øke oksygeninnholdet i atmosfæren.
Den danske geologiprofessor Minik T. Rosing og kolleger ved Stanford University mener kontinentalskorpene oppstod i takt med anaerobt liv. Mangelen på landmasser skapte vesentlig sedimentære bergarter som skifer, konglomerat og kvartsitt i sen arkeikum. Når lava steg opp til overflaten gjennom basaltskorpen, ville den normalt avkjøles og størkne til tung basalt og gradvis synke ned i magmaen igjen, smelte ved 1100–1200 °C og stige opp for å størkne på ny, i en kontinuerlig geologisk prosess. Basalten gjennomgikk nå en økende oksidasjonsprosess og forvitret.
Basalt som er blitt forvitret av oksygen vil smelte ved «kun» 650 °C, utskilles og stige opp til overflaten der den størkner til langt lettere granitt, som finnes på samtlige kontinenter men er uhyre sjelden ellers i solsystemet. Relativt lett granitt la seg oppå den tyngre basalten og lot basaltsyklusen fortsetter under dekket av granitt, som forble stabilt og flytende. Vi har grunnfjell fra denne tiden i Norge, rester av en arkeisk fjellkjede finner vi i Lofoten med aldre opptil 3,3 milliarder år. Urbergarten granitt opptar for øvrig svært lite oksygen i friluft, og dette bidro derfor til stadig mer fritt oksygen i atmosfæren.
Overgangen til proterozoikum for ca. 2,5 mrd år siden virker dramatisk – atmosfæren ble oksygenrik, land-hav-fordelingen ble omtrent som idag, og historiens første istid oppstod. Områder som Karelia (Karelidene), Kola (Saamidene) og Slave-platen fløt trolig rundt løsrevet fra hnhv Baltica og Laurentia.
Kontinentplater samlet seg i et superkontinent - Columbia - for om lag 1,8 milliarder år siden
med betydelig fjellkjededannelse (orgoenese) som omfattet nær sagt alle dagens landmasser. Alle konkurrerende modeller antyder at Nord-Amerika (Laurentia) og Nord-Europa (Baltica) hang sammen i nord via Grønland slik det også skjedde siden.
Kontinentaldrift og havbunnsspredning med subduksjon skapte samtidig vulkansk aktivitet langs et større belte av den samlede kontinentalkysten, og magmatiske fjellkjeder oppstod i ytterkantene - Amazonas, Laurentia, Grønland og Baltica. Columbia brakk opp i en lang fragmenteringsprosess som varte fra kanskje 1,4 - 1,1 milliarder år siden. Etterhvert rev enkelte kontinentbiter seg løs, slik som «Telemarkøya» i Sør-Norge, og i den sterke vulkanske prosessen omkfing 1,25 milliarder år siden som ga oppsplitting av Columbia, ble det dannet store mengder granitt, charnoktitt, mangeritt og anortositt.
De tidlige havene inneholdt store mengder oppløst jern. Oksygenet som ble produsert gjennom fotosyntesen av mikroorganismene reagerte med jernet og ble felt ut som jernoksid. Dette foregikk over hundretalls millioner år, og et eksempel på sedimentær avsetning av lagvis kvartsitt og jern på havbunnen fra denne tiden er jernfeltene i Sør-Varanger. Da alt jernet var felt ut for ca. 2,2 milliarder år siden, lå det igjen er skorpe av rust på bunnen av verdenshavene som inneholder 20 ganger mer bundet oksygen enn hva vi i dag finner i fri form. Først nå kunne det produseres et reelt overskudd av oksygen.
Tidlige blågrønnbakterier (cyanobakterier) avga oksygen og kjempet seg gjennom lag av kalkstøv som ble tykkere og dannet giftige «kalkhauger» kjent som stromatolitter, som fortsatt finnes i forstenet form. Det faktum at stromatolittene var giftige kan kanskje forklare hvorfor moderne eukaryoter (celleorganismer) ikke spredte seg nevneverdig før kaldt klima for 850–550 millioner år siden fortrengte stromatolittene og lot grønnalger og andre eukaryoter utvikle seg på grunn havbunn. Etter at det økte oksygennivået tillot fremveksten av mer komplekse organismer, oppstod det arter som beitet på disse mattene eller gravde seg gjennom dem. Dette førte ifølge Bottjer til dannelsen av den type havbunn vi i dag er kjent med fra grunne forhold, og som består av sand, stein og revdannende organismer som koraller m.m.
I proterozoikum var de platetektoniske prosessene som idag, med oppstigning av vulkansk masse, og nedsynking av havbunnsskorpe med senere omdanning. De gamle, arkeiske kratonene fikk påvekst av ny kontinentalskorpe, slik som eksempelvis de svekonorvegiske massivene av proterozoisk grunnfjell i Sør-Norge og Sør-Sverige. Det baltiske skjoldet vokste i etapper gjennom vulkanisme, havbunnsspredning (sedimentære tillegg) eller Baltica-kontinentets kollisjon (fjellkjededannelse). Midt i Proterozoikum for om lag 1 mrd år siden samlet alle kontinentene seg igjen i et superkontinent - Rodinia. Det sprakk opp over en periode på 250 millioner år, fra 850 til 650 millioner år siden.

Flercellet liv

Oksygennivået i atmosfæren fortsatte gradvis å stige. Med den økende oksygenkonsentrasjonen kunne det også danne seg et ozonlag som skjermet jorden for en del av solens UV-stråling. Begge deler (oksygen og lav UV-stråling) var forutsetninger for at det kunne oppstå mer avanserte livsformer. Flercellet dyreliv oppstod kanskje for så mye som 2 milliarder år siden, utfra funn av flercellet kull av ukjent opphav. De fleste forskere heller idag til koloniteorien, som postulerer at enkeltceller kom sammen for å forsvare hverandre mot andre celler eller av en annen grunn, og at enkelte av cellene i kolonien gradvis begynte å spesialisere seg til enkelte oppgaver. For om lag 1 milliard år siden oppstod de første kjente, virkelige flercellede dyr – parmiadyrene – som er inntil 6 cm lange markliknende dyr kjent fra funn i Russland.
Mot slutten av proterozoikum, for mer enn 600 millioner år siden, ble en istid avløst av varmt klima og oversvømming med store, grunne havområder. Nå oppstod den såkalte ediacara-faunaen med blant annet de første bilaterale (symmetriske) dyr, hvorav Dickinsonia er blant de eldste kjente med funn fra Kvitsjøen. Mange steder oppstod nå plutselig primitive skalldyr ved overgangen til den kambriske eksplosjonen – hvor planter, sopp og kompliserte dyr oppstod nesten samtidig. For rundt 500 millioner år siden var ozon- og oksygennivåene i atmosfæren så høye at liv kunne utvikle seg også på landjorden. Det markerer overgangen til landorganismenes tidsalder - fanerozoikum.

Fremtid

Jorden vil i fremtiden bli varmere, fordi Solen utvikler seg. Magnetfeltet vil bli svekket, da kjernen blir nedkjølt.
Når Solen eser ut før den slukner om ca. 4,5-5 milliarder år, vil jorden og de andre indre planetene fordampe.

Jorden i solsystemet

Jorden er den tredje planeten i solsystemet og den eneste planeten hvor vann opptrer i alle former, noe som kan si at den er i den «tempererte» sonen av solsystemet.

Bane rundt Solen

Jorden går i en elliptisk bane rundt solen. Ett omløp rundt solen tar 365,2564 døgn – det såkalte sideriske år. Middelavstanden til solen er 150 millioner km. Avstanden varierer mellom 147 millioner km, som inntreffer omkring 3. januar, og 152 millioner km omkring 3. juli.
Over et tidsrom på ca. 100 000 år endrer banen form fra en tilnærmet sirkel til en ellipse. Denne variasjonen i banens eksentrisitet har betydning for innstrålt energimengde på ulike breddegrader, og er en medvirkende årsak til naturlige klimaendringer.

Aksens helning

Sommeren 2009 dannet jordaksen en vinkel på 66°33′42,5″ med baneplanet. For tiden øker denne vinkelen med ca. 0,46 buesekund pr. år.
Denne aksehelningen er årsaken til at solvinkelen og dermed innstrålt energi varierer med årstidene. På høyere breddegrader enn nordlige og sydlige polarsirkel (66°33′42,5″ (sommeren 2009)) vil Solen ikke komme over horisonten eller være over horisonten i løpet av døgnet i en viss del av året. Mellom vendekretsene (23°26′17,5″ N og S (sommeren 2009)) vil Solen stå i senit midt på dagen to dager i året.
Jordaksens helning varierer mellom 67,9° og 65,5° over en periode på 41 000 år. I tillegg vil jordaksen over en periode på 23 000 år tegne en dobbelt kjegleflate – jordaksen «slingrer». Denne bevegelsen – presesjonen – gjør at Nordpolen over tid peker mot forskjellige punkter på himmelen. I dag peker aksen mot Polarstjernen, mens den om 12 000 år vil peke mot Vega.
Den samlete virkningen av de sykliske endringene i banens eksentrisitet, jordaksens helning og jordaksens slingring gir store nok endringer i innstrålt energi på ulike breddegrader til langt på veg å forklare tidligere klimasvingninger, istider og varmeperioder. Denne teorien ble første gang fremsatt av den jugoslaviske matematikeren Milutin Milanković.

Månen

Som den eneste av de terrestriske planetene har jorden en stor naturlig satellitt – Månen. Mars har også naturlige satellitter, men disse er små og muligens bare asteroider som er fanget i dens gravitasjonsfelt. For mer enn 4,5 milliarder år siden traff en stor protoplanet Jorda, og meteorskyen av knust materiale som oppstod begynte å kretse rundt jorda, samlet seg og dannet månen. I starten roterte månen svært nær jorda, men avstanden har gradvis økt. Siden månen er såpass stor og nær oss, har dens tyngdekraft stor påvirkning på Jorden. Det er hovedsakelig Månens tyngdekraft som er årsaken til tidevann.

Overflate

Den ytre delen av jordoverflaten kalles litosfæren, den består av hard, stiv steinmasse. Den faste jordskorpen sammen med litosfæren utgjør forskjellige jordplater som er bevegelige, og det er disse som driver rundt oppå en halvveis flytende ytre mantel (astenosfæren) hvor platenes bevegelser kalles platetektonikk. Tykkelsen på litosfæren kan være 30–70 km, noe som varier ved om vi har kontinental eller osean litosfære. Den øvre delen av litosfæren består av jordskorpen, dette er Jordens ytterste skall som inneholder biologisk liv.
Vi deler inn jordskorpen i havbunnsskorpe (tykkelse: 6–10 km, 3 g/cm³) som består i hovedsak av basalt og gabbro men også en del periodotitt; og kontinentalskorpe (tykkelse: 30–70 km, 2,8 - 2,9 g/cm³) som består vesentlig av granitt med innhold av kvarts og feltspat. Kontinentalskorpen består altså generelt sett av bergarter med litt lavere tetthet enn havbunnsskorpen. Arkimedes' prinsipp og tykkelsen på skorpene gir oss da en forklaring på hvorfor kontinentalskorpen flyter lettere eller ligger høyere enn havbunnsskorpen. Den ulike tykkelsen på jordskorpe og havbunnsskorpe arter seg i tråd med prinsippet om isostase, det kan sammenliknes med isfjell som flyter på havet: jo høyere isfjellet er over havoverflaten, desto dypere går det også ned under vann.
Det er viktig å huske på at de indre kreftene kan føre til avsetning av havbunnsskorpe på land, eksempelvis når to plater kolliderer og havbunnsplaten presses opp og brettes over landplaten. Dette skjedde eksempelvis i den kaledonske fjellkjedefolding, hvor periodotitt fra havbunnsskorpen etter mye erosjon har blitt synlig på land i Newfoundland i Canada, mens gabbro er synlig i overflaten i Sør-Norge.
Jordens indre forsyner jordoverflaten med i snitt 87 milliwatt energi per kvadratmeter (den samlede fotosyntese på Jorden forsyner overflaten med nærmere fem ganger så mye energi).
Om lag 71 % av overflaten er dekket av salt hav, resten er kontinenter og øyer, inklusive ferskvann. Innsjøer og elver bidrar sammen med havet til hydrosfæren som har inntil 4 km tykkelse (inntil 11 km havdybde i isolerte sprekker). Flytende vann er nødvendig for opprettholdelsen av alle kjente former for liv, og man kjenner ikke til andre planeter med flytende vann og vanndamp. Jordens poler er for det meste dekket av is (Arktis, Antarktis og sjøis), og forekomstter av is kjenner vi fra flere planeter enn jorden

Atmosfære

Jorden er dekket av et lag av gasser – en atmosfære – som holdes på plass av tyngdekraften. Atmosfæren består hovedsakelig av en blanding av gassene nitrogen og oksygen (også kalt luft). Atmosfæren ble dannet i forbindelse med danningen av jordskorpen, hvor størkningen av lavamasse bidro til fordampning vanndamp og andre gasser. Disse gassene blandet seg lagvis med gasser fra solvinden og dannet en første atmosfære, som inneholdt mye svovel. For om lag 3,8 millioner år siden ble jorden og månen antakelig utsatt for et bombardement av meteoritter som fjernet den første atmosfæren, hvoretter ny vulkansk virksomhet frigjorde nitrogen og karbondioksid. Vanndamp ble brutt ned av ultrafiolett stråling til hydrogen, oksygen, og oson, eller vanndampen kondenserte og dannet verdenshavene. Utslipp av klor fra undersjøiske vulkaner i kombinasjon med erosjon av mineraler via elver og vassdrag, førte til en kjemisk dannelse av salt i verdenshavene.
Atmosfæren bidrar til å gjøre livet på landjorden mulig ved at organismer tar opp viktige gasser fra luften, ved å absorbere den ultrafiolette strålingen og ved å utjevne temperaturforskjellene mellom dag og natt. I tillegg bidrar den til å heve temperaturen på Jorden gjennom drivhuseffekten. Temperaturforskjeller og jordrotasjonen gjør at luften i atmosfæren er i konstant bevegelse, noe som bidrar til å frakte varme rundt om på planeten.

Klima

Jorden kan deles inn i klimasoner med felles klimatiske egenskaper. En første grovinndeling, som hovedsakelig tar utgangspunkt i temperatur- og lufttrykkforhold skiller mellom fire hovedklimasoner: tropisk klima, subtropisk klima, temperert klima, og arktisk klima. Klimaforskjeller skapes i det alt vesentlige av solenergien og jordens helning. Mengden solenergi avtar mot polene på grunn av strålingens inngangsvinkel, og klimaet i polarstrøkene blir dermed kaldere. Videre skaper solenergien varme på jorda som bindes ulikt i skog, ørken og hav, slik at det systematisk oppstår regionale varmesentra med oppadstigende luft (lavtrykk) ved ekvator som presses ned i høytrykksbeltene lengre sør og nord (for eksempel Azorene). Denne vertikale sirkulasjonen står bak viktige vindforhold og nedbørsystemer som strekker seg inntil 15 km opp i atmosfæren. Jordrotasjonen bidrar sammen med solenergien til å skape vind og systematiske vindsystemer, samt havstrømmer som påvirker klimaet ved å bringe varmt vann mot polene eller kaldt vann mot ekvator. Endelig er jordens helning hovedårsaken til at vi har årstider, skiftevis i sør og nord, med de store klimatiske virkninger det har. I moderne tid har også menneskelig aktivitet bidratt til oppvarming grunnet refleksjon av solvarme i et lag av karbondioksid som dannes rundt jordkloden.

Magnetfelt

Jorden er som en stor magnet og danner et magnetfelt rundt seg. Magnetfeltet beskytter livet på Jorden fra kosmisk stråling. Det er magnetfeltet som gjør at vi får en magnetisk nordpol og en motsvarende sydpol.