Vår plats i universum

2
Vår plats
i universum
c e n t r a l t i n n e hå l l
ku n s kaps m ål
Undervisningen i kursen ska behandla följande centrala innehåll:
Efter arbetet med kapitlet kan du:
• Universums utveckling som förklaring till materians uppkomst och jordens sammansättning.
• Ge exempel på olika naturvetenskapliga metoder
som har använts för att utforska universum.
• Naturvetenskapens betydelse för mänsklighetens
kultur och världsbild.
• Beskriva hur materia har bildats med utgångspunkt
från Big Bang.
sy f t e
Med hjälp av kapitlet ska du utveckla:
• Kunskaper om de naturvetenskapliga teoriernas
betydelse för samhällens framväxt och för människans världsbild.
14
• Redogöra för universums utseende och uppkomst.
• Redogöra för planeten jordens uppbyggnad och
­förklara hur jordskorpan påverkar livet på planeten
idag.
• Ge exempel på några mineral och beskriva deras
uppbyggnad.
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 rymdturismen att öka? Kommer våra barnbarnsbarn att fira jul på månen eller ta
en rymdtur runt jorden?
Under de senaste 100 åren har det pågått en inten­
siv 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 forskning­
en 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 medelmåt­
tig stjärna i utkanten av en galax bland oräkneliga
andra galaxer i universum.
15
En resa i rymden
Vårt solsystem tillhör galaxen Vintergatan och vår
sol är en av hundratals miljarder stjärnor i Vinter­
gatan. Vår planet jorden, eller Tellus som den heter
på latin, är solsystemets tredje planet från solen räk­
nat och den enda kända planeten med liv i univer­
sum. 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 kilome­
ter 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 rym­
den, som till vår måne eller till de närmaste pla­
neterna, kan man mäta med hjälp av radar eller
laserljus. Det innebär att mikrovågor eller ljuspul­
ser 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 jor­
den till månen och tillbaka igen, kan man beräk­
na 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 oändlighet
Vår sol är en av de hundratals miljarder stjärnor
som finns i galaxen Vintergatan. Ordet galax kom­
mer från det grekiska ordet galaxis som betyder
”spilld mjölk”. På engelska heter också Vinter­
gatan ”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 miljo­
ner varv runt jorden. En galax består inte bara av
stjärnor och planeter. Mellan stjärnorna finns gas
16
vå r p l at s i u n i v e r s u m
Det ljusa bandet som syns
på natthimmeln är ljuset
från miljarder stjärnor i
Vintergatan. Vintergatan,
är en spiralgalax av samma
typ som teckningen föreställer.
och stoft. Gasen i galaxerna är inte jämnt förde­
lad. På en del ställen bildar den tätare moln som
kallas nebulosor.
Fram till början av 1900-talet trodde astronomer­
na att Vintergatan utgjorde hela universum, men
år 1924 visade astronomen Edwin Hubble att vår
galax inte är ensam. Hubble studerade molnfor­
made 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 1910-talet om
stjärnors ljusstyrka. Hubbles beskrivning av uni­
versum var ändå revolutionerande. Den visade att
1700-talsfilosofen Immanuel Kant hade haft rätt
när han hade framfört tanken att stjärnorna lig­
ger samlade i klungor. Liksom stjärnorna är sam­
lade i stjärnhopar, hävdade han att galaxerna också
bildar grupper. Det visade också sig senare vara
sant. Vintergatan bildar tillsammans med Andro­
medagalaxen och ett trettiotal andra galaxer den
så kallade ”lokala galaxgruppen”.
Universum expanderar
Gaser i galaxerna kan samlas i nebulosor.
Här syns centrum av Trifidnebulosan.
Vid 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. Rödförskjut­
ning 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 accelereran­
de, en upptäckt som belönades med Nobelpriset i
fysik år 2011.
Upptäckten att universum utvidgas måste bety­
da 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?
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 varandra när universum expanderar.
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.
en resa i rymden
17
Big Bang
Om man vet att galaxerna avlägsnar sig från var­
andra 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 sammanpressa­
de materia, som troligen befann sig i ett mycket
upphettat tillstånd, är teorin att universum bilda­
des 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 uni­
versums 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 State-teorin. Begreppen ”Big Bang” och
”Steady State” myntades i mitten av förra århund­
radet 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 Bang-teorin kan precis som andra naturveten­
skapliga teorier inte bevisas som man bevisar påstå­
enden 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 upp­
täckte man på 1960-talet strålning från
universums allra tidigaste ålder. Den strål­
ningen kalls den kosmiska bakgrundsstrål­
ningen och kommer från en tid i universum då
det ännu inte fanns några stjärnor.
18
vå r p l at s i u n i v e r s u m
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 fast­
ställa 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 bakgrundsstrålningen. Med hjälp av
data från satelliten har man
kunna beräkna universums ålder
till 13,80 miljarder år.
Uppkomst av grundämnen
En stjärna är en stor självlysande himlakropp som
uppstår i ett nebulosamoln när gas och dammpar­
tiklar 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 sam­
ma 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 stjär­
nor krymper och avslutar sina liv som vita dvärgar.
Medelstora stjärnor blir i stället större och bildar
röda jättar. Riktigt stora stjärnor slutar i en kol­
laps. 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 jätte
röd jätte
vit dvärg
supernova
neutronstjärna
svart hål
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.
Nukleosyntes
energi
helium
väte
När två vätekärnor slås samman till en heliumkärna,
avges energi. Processen kallas fusion och sker naturligt
vid mycket höga temperaturer.
en resa i rymden
19
Budskap från rymden
Även 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 synli­
ga ljuset. Astronomer och astrofysiker kan i dag
uttala sig om vilka grundämnen som finns i stjär­
norna 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 beroen­
de 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 stjärnor­
na från jordytan. Jordens atmosfär filtrerar bort en
stor del av den strålning som kommer från rymden
och eftersom luften i atmosfären rör sig störs ljus­
vågorna. Därför har man placerat teleskop i satel­
liter utanför atmosfären. Men forskarna kan också
tolka observationer av andra våglängder än det syn­
liga 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.
20
vå r p l at s i u n i v e r s u m
För att minska störningarna från atmosfären placerar
man teleskop så högt upp som möjligt.
Temperaturen på en stjärna avgör vilken färg den har.
Ju rödare stjärna desto svalare är dess yta.
m ör k m ater i a
Astronomer har genom observationer och beräkningar, upptäckt att galaxerna roterar mycket fortare 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 elektromagnetisk strålning. Vi kan alltså inte se den
med våra ögon, eller upptäcka den med våra teleskop och mätinstrument. Men eftersom mörk materia ändå har en massa, påverkar den gravitationen
och galaxernas rörelser.
Rymdsonder och satelliter
Astronomerna nöjde sig inte med att observera
rymden på avstånd. Den 20 juli 1969 tog den ame­
rikanske 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 icke-bemannade rymdsonder
skickats ut och landat på andra planeter i solsyste­
met. Rymdsonden Curiosity landade på Mars yta
den 6 augusti 2012 efter att ha färdats 567 miljo­
ner kilometer under ett och ett halvt år.
Fotspår på månen
från Neil Armstrongs
”small step”.
Vad är då mörk materia? Det finns ännu inget svar
på den frågan, men det finns några spännande teorier. En teori föreslår att det skulle kunna vara
slocknade stjärnor och planeter. En annan föreslår
att det rör sig om stora mängder elementarpartiklar 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 dimensioner som vårt universum, kan vi inte se deras materia men påverkas av deras gravitation. Denna förklaring 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 förut­
sättningar 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.
en resa i rymden
21
Planeten jorden
Solsystemet består av stjärnan solen med omgivan­
de planeter, månar, småplaneter, kometer, meteo­
roider, stoft och plasma. Jorden är den största fas­
ta 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.
Det är förstås mycket svårt att utforska jordklo­
tets 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 forskar­
na i stället hur jordbävningsvågor fortplantar sig
genom jordklotet. De undersöker även material
som kommer upp ur jordskorpan vid vulkanut­
brott. På så sätt har man fått följande bild av hur
jordklotet är uppbyggt:
22
vå r p l at s i u n i v e r s u m
mis s vis n in g
På 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 störningar av jordens magnetfält. I Sverige är i dag
missvisningen relativt liten; 8 grader plus (eller ostlig) i Haparanda och en eller ett par grader plus i
Malmö. På norra Grönland är däremot missvisningen betydligt större, ungefär 45 grader. De magnetiska 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 förflyttningen med en hastighet av en mil per år.
Ju närmare Sibirien den magnetiska nordpolen kommer, desto mer kommer vi i Sverige att få uppleva
kraftigt norrsken. Sambandet mellan kraftig missvisning och norrsken upptäcktes redan på
1700-talet av svensken Anders Celsius. Det var samme man som definierade vår temperaturskala, som
också fick sitt namn efter honom.
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 tempe­
raturen så hög att materialet under normala för­
hållanden 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.
20 km
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 sön­
derfall i kärnan. Man vet inte säkert vilken tem­
peratur jordens inre har. Däremot görs teoretiska
beräkningar utifrån den information man har. Om
man går mot jordens centrum beräknas tempe­
raturen 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 bombar­
derades 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.
Jordskorpan
fast material
Manteln
plastiskt till fast material
2 900 km
Jordklotet i genomskärning med
jordskorpan, manteln och kärnan. Trycket vid jordens medelpunkt är ungefär 5 miljoner
gånger högre än vid jordytan.
Yttre kärnan
flytande material
5 100 km
Inre kärnan
fast material
6 400 km
planeten jorden
23
Rörelser i jordskorpan
Ibland blir vi påminda om att den fasta jordskorpan
inte är fullt så fast som vi föreställer oss. Annan­
dag 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 kontinentalplat­
tor. 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 vulkan­
utbrott. Plattorna kan röra sig med en hastighet av
flera centimeter per år. Om plattor fastnar i varan­
dra, 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.
vulkanism
berg
erosion
plattans rörelser
plattans rörelser
jordskorpan
magmaströmmar
spridningszon
24
vå r p l at s i u n i v e r s u m
kollisionzon
På kartan visas att de mest jordbävningsdrab­
bade områdena är västra Nord- och Sydameri­
ka, ett stråk längs Medelhavet och genom främre
Orienten, samt de västra delarna av Stilla havet.
De stötvågor som bildas vid en jordbävning fort­
plantas genom jorden och längs markytan. Jord­
bävningsvågor registreras med känsliga instrument,
seismografer. Genom att mäta tidsskillnaden mel­
lan 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
reras något tiotal skalv per år, som har en magni­
tud över 2 på richterskalan. Mikroskalv med en
magnitud runt 1 inträffar varje dag, men uppfat­
tas 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.
Karta över jorden med skarvarna
mellan kontinentalplattorna
inritade i gult. Områden där
jordbävningar ofta uppstår är
markerade med rött.
r i c h t e r ska l a n
För 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 energiutlösningen i ett skalv. Richterskalan är logaritmisk. Det betyder
att en jordbävning med magnitud 9 utlöser 32 gånger mer energi än en jordbävning med magnitud 8, och ungefär 1 000 gånger
(32 · 32) mer energi än en med magnitud 7.
Vid jordbävningar kan skadorna bli förödande
För att få en bild av hur mycket energi som avges vid ett jordskalv 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.
planeten jorden
25
Vad finns i jordskorpan?
När smält material, magma eller lava, från jor­
dens inre tränger uppåt mot jordytan stelnar det
så småningom till fast berg, det vi kallar en berg­
art. Beroende på vilka ämnen som finns i smältan
bildas olika bergarter. Bergarter som bildas på det­
ta sätt kallas magmatiska bergarter. Ibland kallas
de också vulkaniska eller eruptiva. Exempel på
magmatiska bergarter är granit och diabas. Störs­
ta 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 tempe­
raturväxlingar, så kallad solsprängning. Vittringen
kan också ske genom kemisk inverkan av vatten
och/eller andra ämnen och kallas då kemisk vitt­
ring. Vid erosion utsätts berget för nötning av till
exempel havsvågor, strömmande vatten, is i gla­
ciärer eller partiklar i vinden.
Bergarterna genomgår ett cykliskt förlopp med omväxlande
erosion, sedimentation, bergartsbildning, omvandling, nedsmältning och s­ telning på nytt.
Magmatiska bergarter
t.ex. granit
avkylning
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 partik­
lar 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 sedimen­
tär bergart. Exempel på sedimentära bergarter är
kalksten och sandsten. Ofta innehåller sedimen­
tära 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 omvand­
lad bergart kallas metamorf. Ett par exempel på
metamorfa bergarter är gnejs och kvartsit, som kan
vara omvandlad granit eller sandsten.
vittring och erosion
Trilobiter är vanliga fossil i 500 miljoner år gamla ­sedimentära bergarter.
hav
sedimentation
Magma
Sedimentära bergarter
t.ex.sandsten
tryck
fullständig
nedsmältning
Metamorfa bergarter
t.ex. gnejs, kvartsit
värme
26
vå r p l at s i u n i v e r s u m
Mineral
Översikt av Sveriges
berggrund.
De fasta ämnen som bygger upp bergarterna kal�­
las mineral. Mineraler är oftast kemiska föreningar­,
som består av flera olika grundämnen och där­
med 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 grund­
ämne 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 mine­
ral 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 kal­
cit. De vanligaste metallerna som ingår i mineral
är aluminium, järn, kalcium, natrium, kalium och
magnesium. Betydligt ovanligare är koppar, zink
och tenn. Bland icke-metallerna är syre och kisel
de vanligaste i jordskorpan.
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
magmatiska bergarter
1 750–2 500 miljoner år
sydvästsvenska gnejser
1 000–2 000 miljoner år
fjällkedjans bergarter
ca 400 miljoner år
sedimentära bergarter
< 600 miljoner år
Granit
Glimmer är ett mineral
som ingår i granit, en av
­Sveriges vanligaste berg­
arter.
Glimmer
planeten jorden
27
Dagens forskning om jorden
och jordskorpan
Man kan ibland få uppfattningen att jorden och
jordskorpan är oföränderligt, att det enda som för­
ändras är växter och djur. Jorden består i och för
sig av icke-levande material, men icke desto min­
dre sker reaktioner som hela tiden förändrar jor­
dens 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 jord­
skorpan 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 utnytt­
jar 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 Stur­
lasson sägs på 1200-talet ha haft en egen liten upp­
värmd bassäng hemma. Numera används geoter­
misk 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 isländ­
ska jordskorpan.
Vår kalla jordskorpa gör att det nog kommer att
dröja innan vi producerar el i Sverige utifrån geo­
termisk 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.
n o rrs ken
Norrsken är ett ljusfenomen som uppkommer på
himlen i närheten av nordpolen på jorden. Vid sydpolen kallas fenomenet sydsken. Norrsken och sydsken kallas gemensamt polarsken och har samma
förklaring. Laddade partiklar, oftast elektroner, kastas ut från solen. De energi­rika elektronerna fångas
upp av jordens magnetfält och kommer in mot jordens atmosfär med mycket hög hastighet. När elektronerna krockar med ­luftens molekyler omvandlas
en del av rörelseenergin till ljus, norrsken. Kollisionerna sker på 100–300 km höjd. Färgen hos norrskenet beror på vilka ämnen i luften som elektronerna krockar med. Kvävet i atmo­sfären 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 himlen 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”.
28
vå r p l at s i u n i v e r s u m
t a r e da på, di sku te ra & ta stä llning
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?
9. Finns det någon rymdturism? Skulle du vilja åka
ut i rymden? Diskutera med klasskamrater om denna
möjlighet.
2. Det finns ett uttryck ”Du består av stjärnstoft”,
vad betyder det? Uppstår människor ur stjärnor?
bra teleskop?
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.
10. Hur fungerar ett teleskop och vad utmärker ett
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?
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 fundera över varför denna teori övergavs. Varför har forskarna kommit fram till att Big Bang är en mer sannolik teori?
6. Bildandet av grundämnen sker med hjälp av fusion. Fusion diskuteras också som möjlig framtida lösning på jordens energibehov. Ta reda på mer om
fusionsreaktioner och hur de kan användas till
energi­försörjningen 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 exempelvis på YouTube filmer om stjärnors livscykel, ”life
cycle of a star”, som kan vara till hjälp för att beskriva 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.
14. Sök i media uppgifter om jordbävningar och vulkanutbrott. Undersök vilken information du hittar om
tsunamin i Indiska oceanen den 26 december 2004
eller den utanför Japans kust den 11 mars 2011. Jämför 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 hemtrakt. Ta också reda på hur gamla dessa bergarter är.
vå r p l at s i u n i v e r s u m
29