Samenvatting Understanding Earth

Verdieping op aardrijkskunde in de richting endotherm en exotherm. Bijna alle hoofdstukken komen voor in de samenvatting. In het document staat bovendien nog een extra deel met informatie afkomstig uit een losse syllabus.

Preview samenvatting (3 van de 59 pagina's)

Hoofdstuk 1 endo

The scientific method
Ongeveer 4,5 biljoen jaar geleden zijn de aarde en de andere planeten ontstaan. Meer dan
3 biljoen jaar geleden zijn de eerste levende cellen op het aardoppervlak gevestigd.
The scientific method, waarop alle wetenschappers bouwen, is de algemene procedure voor
het ontdekken hoe het universum werkt door middel van systematische observaties en
experimenten.
Er zijn computerprogramma’s die het gedrag van het natuurlijk systeem kunnen
simuleren. Dit wordt gebruik bij fenomenen die te groot zijn om te dupliceren in een lab of
fenomenen die zoveel tijd nodig hebben dat een mens het in zijn leven niet kan observeren. Geology as a science
Geologie is een outdoor science. Geologen leren door te observeren in het veld.
The geologic record is de informatie die bewaard is gebleven in de gesteenten die gevormd
zijn door de geschiedenis van de aarde heen.
Het principe van uniformitarianisme houdt in dat de hedendaagse processens die gaande
zijn op aarde op dezelfde manier gebeuren als in de geschiedenis. Het betekent echter niet
dat alle geologische processen steeds op dezelfde manier gebeuren. Er zijn ook plotselinge
gebeurtenissen, zoals een vulkaanuitbarsting. Earth’s shape and surface
Rond de 6e eeuw voor Christus werd beweerd door de Griekse en Indische filosofen dat de
aarde niet plat was maar sferisch was. Eratosthenes vond uit dat de aarde een straal van
6370 km heeft. Door de dagelijkse rotatie steekt de aarde op de evenaar wat uit en zijn de
polen wat ingedrukt. Hoogte en diepte wordt gemeten aan de hand van zeeniveau, een glad
oppervlak op aarde. Gemiddeld komen continenten 0 tot 1 km boven zeeniveau uit.
Wateropvlakken hebben dieptes van gemiddeld 4 à 5 km onder zeeniveau. Het verschil
tussen het hoogste (Mount Everest, Himalaya) en laagste (Challenger Deep, Marianatrog)
punt is 20 km. Peeling the onion: discovery of a layered earth
Seismische golven kunnen, als ze geregistreerd worden op een seismometer, helpen met
het schetsen van een beeld van hoe de aarde er van binnen uit ziet. Zo kwam men erachter
dat de aarde meerdere lagen had. De dichtheid is te berekenen door de massa te delen door
het volume. Isaac Newton kon de massa van de aarde berekenen aan de hand van zijn wet
van de zwaartekracht Fz = m x g. Dit werd uitgewerkt door de engelsman Henry
Cavendish.
Als we dieper de aarde in kijken, zien we dat de druk op dieperliggende gesteenten groter
wordt door de groeiende massa van de omliggende materie. De meeste gesteenten bevatten
een hoog gehalte SiO2 en hebben een relatief kleine dichtheid. Meeste metaalrijke
gesteenten die aan de oppervlakte zijn gebracht door vulkaaruitbarstingen, hebben een iets
grotere dichtheid.
Meteorieten zijn gemaakt van een mengsel van ijzer en nikkel, waardoor ze een grotere
dichtheid hebben. De duitse natuurkundige Emil Wiechert bedacht dat al het ijzer en
nikkel naar het middelpunt was gevallen onder invloed van de zwaartekracht. Deze harde
kern werd omringd met silicarijk gesteente, de mantel. Hiermee kwam Wiechert tot de
conclusie dat de aarde daadwerkelijk gelaagd was en bovendien sloot het aan bij de
berekening van Cavendish, die had een een grote massa en dus grote dichtheid berekend.
Daarnaast werd het bestaan van meteorieten verklaard: het zijn stukjes kern van gebroken
planeten, hoogstwaarschijnlijk door botsingen met andere planeten.
Wiechert bleef zijn hypothese testen aan de hand van seismografie. Hij had moeite met het
identificeren van sommige golven. De golven bestaan uit twee types: longitudinale golven
die door gas, vloeibaar, en vast materiaal gaan; en schuifgolven die alleen door vast
materiaal gaan.
De Britse seismograaf Robert Oldham kwam erachter dat de schuifgolven niet door de
kern heengingen. De kern was dus vloeibaar. Schuifgolven gaan alleen door gesteenten
omdat die genoeg weerstand bieden. Een student van Wiechert stelde de grens van mantel
naar kern op 2890 km. Ongeveer 40 km diep bevindt zich de grens tussen de korst en de mantel. De korst bestaat
uit silicaten met een kleine dichtheid, rijk aan aluminium en kalium. De mantel heeft een
grotere dichtheid en bevat meer magnesium en ijzer. Continentale platen hebben een
grotere dichtheid omdat de korst daar meer ijzer bevat. Schuifgolven gaan door korst en
mantel, beide zijn dus gesteente. Hoe kan steen op steen drijven? Gesteente is hard op
korte termijn, maar op lange termijn is het een beetje flexibel. Over een lange periode lijkt
de mantel de vloeien om het gewicht van het continent en de bergen te kunnen
ondersteunen. Omdat de mantel vast is en de buitenkant van de kern vloeibaar, weerkaatst deze grens
seismische golven. Inge Lehmann ontdekte nog een sferische grens op 5150 km. De
binnenkern kan blijkbaar zowel schuifgolven als longitudinale golven transporteren. Het
allerbinnenste van de aarde is dus vast. Dit kan door de enorme druk die grotere invloed
heeft dan temperatuur.

Op 410 km en 660 km diepte zijn twee sprongen in dichtheid in verschillende lagen binnen
de mantel. Deze sprongen worden veroorzaakt door druk en niet door andere chemische
samenstellingen zoals wel het geval is bij de overgang naar een andere laag. De buitenkern kon niet alleen uit ijzer en nikkel bestaan. Dan zou de dichtheid te groot
zijn. Ongeveer 10 procent van de buitenkern moet bestaan uit lichtere materialen zoals
zuurstof en zwavel. Slechts 8 elementen vormen 99 procent van de aarde. 90 procent
bestaat uit ijzer, zuurstof, silicium en magnesium. De samenstelling van de aarde is
grotendeels het werk van de zwaartekracht. Het korstgesteente waar we op staan bestaat
wel voor 50 procent uit zuurstof.

Earth as a system of interacting components
De aarde wordt aangedreven door twee motoren: een interne en een externe. De interne
warmte motor is de warmte die gevangen zit in het binnenste van de aarde, de oerwarmte.
Maar ook de warmte die ontstaat door radioactiviteit (kernverval). Deze interne hitte zorgt
ervoor dat gesteente smelt, dat de mantel vloeit en dat de korst beweegt.
De externe motor is zonne-energie. Deze straling heeft grote invloed op het weer: regen, ijs
en wind. Het weer geeft het landschap vorm (erosie/verwering). Het aardesysteem is een
open systeem dat energie en materie uitwisselt met de omgeving. Heel lang geleden is de
aarde op een andere vaste kern gebotst. Hierdoor groeide de andere planeet uit tot de
maan. De meeste meteorieten zijn heen klein. Alleen de grote zware raken de aarde.

Deze componenten worden aangedreven door zonne-energie:
Hydrosfeer = water en grondwater.
Cryosfeer = ijs, gletsjers en sneeuwvelden
Biosfeer = levende organismen
Het klimaatsysteem beschrijft niet alleen het gedrag van de atmosfeer, maar ook dat van
de hydrosfeer, de cryosfeer, de biosfeer en de lithosfeer. De dampkring zorgt voor leven op
aarde. Als de dampkring er niet was geweest, zou het aardoppervlak bevroren zijn. De concentratie van koolstofdioxide in de atmosfeer is een balans tussen de hoeveelheid
die wordt uigespuwd door vulkanisme en de hoeveelheid die wordt opgenomen bij de
verwering van siliciumgesteente.

Vulkanisme wordt veroorzaakt door de opwaartse stroming van materiaal in de mantel. De
kracht van materiaal hangt zowel af van de chemische samenstelling als van de
temperatuur.
Lithosfeer = korst en een stuk mantel (0-100 km)
Asthenosfeer = het stuk mantel direct onder de lithosfeer (100-400 km)

De krachten die de platen heen en weer doen schuiven zijn afkomstig uit de mantel,
gedreven door de interne warmte motor van de aarde. Bij breuken komt de mantel omhoog
waardoor er nieuwe lithosfeer wordt gevormd, verderop smelt lithosfeer in de mantel
(subductie). Zwaartekracht trekt en duwt. Mantelconvectie gaat heel langzaam omdat de
vaste mantelstenen erg hard vechten tegen deformatie (smelten).
Als stenen ontstaan, worden ze gemagnetiseerd door het grote magnetische veld van de
aarde. Zo kunnen geologen zien hoe het landschap zich heeft gedragen. The magnetische
kracht wijst de aarde in naar de magnetische noordpool en de aarde uit op de magnetische
zuidpool.
Deze theorie kan wel verworpen worden. Het is bewezen dat het magnetisch veld wordt
verbroken boven 500 graden celsius. Het binnenste van de aarde is natuurlijk veel heter
dan dat. Tenzij de magneet wordt onderhouden kan het niet blijven bestaan. Magnetische
wordt gegenereerd door convectie in de kern en niet door convectie in de mantel omdat
ijzer, zeer magnetisch, vooral voorkomt in de kern en veel minder in de mantel. Bovendien
is de convectiestroom van de vloeibare kern sneller dan die van de vaste mantel. De snelle
vloeiing werkt stroom op in de ijzer-nikkel legering die zorgt voor het magnetisch veld.
Het magnetisch veld zorgt ook voor een soort schild hoog in de atmosfeer die ons
beschermt tegen zogenaamde zonnewind (radioactieve deeltjes afkomstig van de zon). Platentektoniek voorziet de atmosfeer en de oceanen met gas en water uit de diepe aarde.
The interacties tussen de atmosfeer, de hydrosfeer en de cryosfeer zorgen voor het
landschap dat de biosfeer verrijkt. Deze wordt gevoed door door erosie en deformatie van
stenen en mineralen.

An overview of geologic time
De aarde is 4,56 biljoen jaar geleden ontstaan door de snelle condensatie van een stofwolk
dat om de (toen jonge) zon heenzwierf. Slechts 100 miljoen jaar later was de maan
ontstaan uit de aarde en had de aardkern zich afgescheiden van de mantel. Deze periode
wordt ‘dark ages’ genoemd. Gesteente van 3,8 biljoen jaar oud laat bewijs zien van water.
De hydrosfeer was dus al actief. Gesteente van 3,5 biljoen jaar oud laten bewijs zien van
magnetisme. Ongeveer 2,5 biljoen jaar geleden was de korst dik genoeg om continenten te
vormen. Fossielen van primitieve bacteriën zijn gevonden in gesteente van ongeveer 3,5
biljoen jaar oud. Rond 2 biljoen jaar geleden zou het zuurstofpeil op huidig niveau
gebracht zijn. De eerste dieren ontstonden 600 miljoen jaar geleden. Er zijn 5 grote
gevallen geweest waarbij veel dieren zijn uitgestorven. De laatste was 65 miljoen jaar
geleden waarbij alle dinosaurussen uitstierven. Ongeveer 5 miljoen jaar geleden ontstond
ons huidige menselijk ras.