1.2. Sve je počelo stvaranjem svemira…

Mira Terzić; Tatjana Ivošević; Mladen Franko; Dragana Milićević

1. ZEMLJA I NJENO POREKLO

1.2. Sve je počelo stvaranjem svemira…

Pre oko 13.8 milijardi godina stvoren je svemir.

Ilustracija nastanka Svemira
_{Prilagođeno od Prason Bista/Wikimedia Commons (CC BY-SA 4.0)}

Pre 13.8 milijardi godina odigrao se događaj koji je označavao početak prostora i vremena, materije i energije — rođen je svemir.

Iz stanja sa neverovatno velikom gustinom i temperaturom, prelazi se u stanje sa manjom temperaturom i gustinom, te se formiraju uslovi za nastanak svemira kakav nam je danas poznat.

Koliko je stara Zemlja?

Pre oko 4.54 milijardi godina dolazi do formiranja Sunčevog sistema i Zemlje kao planete.

Ovako je izgledala Zemlja na samom početku. Njena površina je bila jako vruća i otrovna. To je bila ključala lopta tečnosti i stena, beskrajni okean lave.
_{Tim Bertelink/Wikimedia Commons (CC BY-SA 4.0)}

Na samom početku Zemlja je bila vrela, usijana masa stenja koje „kruži“ oko zvezde. Nije bilo magnetnog polja da usmerava solarni vetar i kosmičke zrake. Na njoj nije bilo kiseonika. Poznato je da je to bilo vreme u kojem su besnele oluje i bili učestali tektonski potresi.

Znate li šta su kosmički zraci?

Kosmički zraci su čestice velikih energija (preko 1 GeV) koji se kreću brzinama bliskim brzini svetlosti. Oni su poreklom iz svemira i dopiru do Zemlje sa svih strana. Postoje dve osnovne vrste kosmičkog zračenja: primarno zračenje u Svemiru i sekundarno, odnosno zračenje nastalo kao posledica interakcije primarnog zračenja sa međuzvezdanom materijom ili česticama u atmosferi.

Šta je eV?

Merna jedinica energije u svetu čestica.

$1 \, \text{eV} = 1.6^ . 10^{-19}\,\, \text{J}$ .

Više o elektronvoltu saznajte u poglavlju 2.3

Znate li što su tektonski potresi?

Tektonski potresi nastaju usled pokretanja slojeva i ploča sastavljenih od stena u Zemljinoj unutrašnjosti.

Pogledajmo video Od velikog praska do nas.

Izdvojimo 5 minuta da pogledamo priču o istoriji Zemlje.

Po čemu znamo koliko je stara Zemlja?

Meteorit Hoba je najveći pronađen meteorit na Zemlji. Procenjuje se da je star između 200 i 400 miliona godina, a na Zemlju je dospeo pre 80 hiljada godina.
_{Giraud Patrick//Wikimedia Commons (CC BY-SA 3.0)}

Stene na Zemlji nam „pričaju“ o njenoj starosti!

Za potvrdu starosti Zemlje naučnici koriste Zemljine stene, meteorite pale na Zemlju i materijale donete sa Meseca.

Znate li što su meteoriti?

Svoju starost Zemlja je zapisala u stenama. Stariji slojevi sedimentnih stena nalaze se ispod novijih slojeva. Analizom starih stena na Zemlji (metodom prirodnog sata) procenjeno je da je njena starost 4.567 milijardi godina. Zamislite!

Kako je utvrđeno koliko je star sistem Zemlja—Mesec?

Astronauti su sa Meseca doneli stenu (anortozit). Na Zemlji je urađena analiza njene starosti (datiranje*) i ustanovljena je starost od 4.5 milijardi godina za sistem Zemlja—Mesec.

*Datiranje se odnosi na metode određivanja starosti stena, fosila, minerala.

Kako se određuje starost Zemlje?

Kako znamo koliko je materija/telo staro?

Za ljude je jednostavno odrediti koliko su stari — postoji dokument o danu rođenja. Starost drveća određujemo brojeći godove. Međutim, za starost Zemlje postoje dva osnovna metoda:

geološka vremenska skala i
„prirodni sat“.

Veliki Kanjon (Grand Canyon)
_{Prilagođeno od Rigel/Wikimedia Common (CC BY-SA 3.0)}

Geološka vremenska skala

Ovaj tip merenja odnosi se na starosne relacije između pojedinih slojeva. Ova skala nema brojke, već se određuju samo relativni odnosi, poređenjem različitih slojeva stena.

Utvrđivanje starosti temelji na činjenici da su u nizu sedimentnih slojeva stena stariji slojevi stena ispod novijih slojeva. Geolozi na osnovu ove činjenice i brzine taloženja slojeva mogu da steknu predstavu o razvoju Zemljine kore.

Relativna starost: odnos „mlađe—starije“.

Vaša baka je starija od vas.

Apsolutna starost: broj godina.

Vi imate 13 godina, a vaša baka 60 godina.

Prirodni sat:

Do starosti Zemlje dolazi se merenjem brzine raspadanja radioaktivnih elemenata.

Prirodni sat beleži istoriju Zemlje, kao i događaje koji su se dešavali na Zemlji tokom njenog postojanja, kao što su era dinosaurusa, geološka doba, starost fosila i drugih supstanci.

Stene su sastavljene od različitih hemijskih elemenata (kao što su silicijum, aluminijum, gvožđe, magnezijum…). Većina ih se ne menja u toku vremena. Međutim, u sastavu stena postoje i hemijski elementi kod kojih su određeni atomi (izotopi) nestabilni. To su radioaktivni elementi, kao što su na primer uranijum (U), torijum (Th) ili izotopi elemenata kao kalijum-40 (K-40), ugljenik-14 (C-14) i drugi. Ovi elementi („roditelji“) se tokom vremena raspadnu, te tako nastaju drugi elementi („potomci“).

Znate li šta su to radioaktivni elementi?

Radioaktivni elementi su hemijski elementi čija se nestabilna jezgra spontano raspadaju u različitim procesima (radioaktivni raspad). U tim procesima jezgro („roditelj“) se preobražava u drugo jezgro („potomak“).

_{OpenStax/Wikimedia Common (CC BY 4.0 DEED)}

Važna činjenica je da se radioaktivni elementi i njihovi izotopi raspadaju u vremenu koja se naziva poluvreme života ili vreme poluraspada. Za nestabilno jezgro istog elementa potrebno je uvek isto vreme poluraspada.

Znate li šta je to radioaktivni raspad?

Radioaktivan raspad je spontani proces u kojem nestabilno jezgro gubi energiju emisijom jonizujućih čestica (alfa i beta) i gama zračenja. Radioaktivnim raspadom dolazi do transformacije nestabilnih jezgara u druga jezgra (stabilna ili nestabilna).

Šta su to alfa čestice?

To su jezgra helijuma $^4{\text{He}^{++}}$ .

Šta su to beta čestice?

Beta čestice su elektroni ili pozitroni velikih brzina.

Šta je gama zračenje?

To su elektromagnetni talasi velikih energija.

Šta je poluvreme života (vreme poluraspada)?

Poluvreme života je vreme potrebno da se raspadne polovina radioaktivnih jezgara. U drugom poluvremenu se raspadne polovina od preostale polovine. Zbog toga broj radioaktivnih jezgra postaje sve manji.

Primer C-14: Vreme poluraspada ugljenika C-14 je 5730 godina. Nakon jednog vremena poluraspada (ili 5730 godina) ostala je samo polovina prvobitne količine ugljenika C-14 (A₀/2), a polovina je ostala neraspadnuta. Nakon 11460 godina neraspadnuta je ostala četvrtina početne količine ugljenika C-14 (A₀/4), da bi nakon tri vremena poluraspada (17190) ostala neraspadnuta samo jedna osmina (A₀/8), itd.

Grafik pokazuje koliko se ugljenika (C-14) raspadne tokom vremena

Sat u steni
_{Prilagođena fotografija. Fotografisao Mladen Franko}

Vremenom, unutar stene se nalazi sve manje 238U, a još manje 235U. U steni se nalazi ima više olova oba izotopa (207Pb i 206Pb) nego što je to bilo pre 4.5 milijardi godina. Međutim, oni se nalaze u različitim proporcijama, zbog različitih vremena poluraspada: 235U ima vreme poluraspada 703.8 miliona godina, a 238U 4.468 milijardi godina.

Naučimo više o tome kako saznajemo koliko je stara Zemlja:

Da li je metoda prirodnog sata potvrđena?

Metoda prirodnog sata potpuno je potvrđena određivanjem starosti vulkanskog materijala koji je nastao iz erupcija vulkana Vezuva 79. godine pre naše ere. Korišćenje metode prirodnog sata izmerena je starost vulkanskog materijala koja je odgovarala vremenu kada se dogodila erupcija vulkana.

U erupciji Vezuva 79. godine vulkanski pepeo, kamenje i otrovni gasovi potpuno su uništili gradove Pompeju i Herkulaneum.

Erupcija Vezuva: slika norveškog slikara Johan Cristian Dahl (1788-1857) iz 1826. godine
_{Wikipedia (Public Domain)}

Slika jele stare 65 godina
_{Fotografisao Mladen Franko}

Kako se mogu porediti rezultati?

Evo primera: Analiziramo drvo sa slike brojeći godove. Izbrojali smo 65 godova, a to znači da je drvo staro 65 godina.

Potom se to isto drvo analizira pomoću metode ugljenikovog sata. Dobijen je rezultat 65 godina.

Odnos ova dva rezultata (65 god./65 god.) iznosi 1, što znači da su dva rezultata jednaka, čime je ova metoda potvrđena.

Da li znate kako ugljenikov sat radi?

Odgovor na ovo pročitajte u nastavku (poglavlje 1.7).

Otkrijte koliko su stare jele sa slika!

Koliko su stare jele?
_{Fotografisao Mladen Franko}

Koja nauka proučava nastanak, sastav i razvoj Zemlje?

Nauka koja se bavi proučavanjem nastanka Zemlje, procesima koji su je oblikovali, sastavom i strukturom Zemlje naziva se geologija. Naučnici koji se ovom naukom bave zovu se geolozi.

Jedna od grana primenjene geologije je geologija okoline (Environmental Geology). Ona proučava interakcije između ljudi i njihovog geološkog okruženja: stena, vode, vazduha, zemljišta. Geologija pomaže da se reše neki od značajnih problema okoline poput sve većeg zagađenja životne sredine.Tako se na primer geološke informacije koriste da se odaberu prikladne lokacije za odlaganje otpada te da bi se smanjili efekti zagađenja.

Koji su uslovi potrebni za pojavu života na Zemlji?

Da bi se pojavio život, bilo je potrebno da na Zemlji postoje:

atmosfera,
voda,
odgovarajuća temperatura.

Kako dolazi do stvaranja uslova za pojavu života na Zemlji?

Izgled rane Zemlje viđene očima umetnika
_{Tim Bertelink/Wikimedia Commons (CC BY-SA 4.0)}

Postepenim hlađenjem Zemlje počinju da se stvaraju nužni i potrebni uslovi za početak nastanka života:

ZEMLJA se postepeno HLADI,
stvara se ZEMLJINA KORA (litosfera),
formira se PRAATMOSFERA,
pojavljuje se VODA NA ZEMLJI, padaju kiše, nastaju praokeani i mora.

Da bi se oformila Zemlja sa svim njenim bogatstvima, lepotama i životom, kakvog danas poznajemo, trebalo je da prođu milioni godina. Zemlja je u svojoj utrobi „sakrila“ mnoga bogatstva (rude, nafta, zemni gas). Vremenom ih je čovek pronašao i počeo da ih koristi. Ali ti darovi Zemlje, stvarani milionima godinama pre nas, nisu beskonačni. Čovek ih uzima i koristi, ali ih ne nadoknađuje, što čini da oni polako nestaju.

Uzmimo za primer upotrebu nafte. Prema nekim procenama svet bi mogao ostati bez nafte već u narednih dvadeset godina. Bio je potreban dug vremenski period da bi od organskih ostataka biljaka i životinja koja su živele pre mnogo hiljada godina po odgovarajućim uslovima (povišena temperatura i pritisak) nastala nafta. Njen gubitak je nenadoknadiv, a potrebe za njom su sve veće.

Najveća rafinerija nafte u svetu, Jamnagar, Indija
_{Reliance Industries/Wikimedia Commons (CC BY-SA 4.0)}

Pored toga, veliki deo nafte ljudi su uspeli da potroše za samo nekoliko decenija i uz to oslobodili u atmosferu ogromne količine ugljen-dioksida, kojeg biljke nisu sposobne dovoljno brzo apsorbovati. Tako se koncentracije ugljen-dioksida, koji je najznačajniji gas za formiranje efekta staklene bašte, još uvek povećavaju, a biće potrebno stotinu i stotinu godina da bi se njegova koncentracija smanjila za polovinu.

Saznajmo kako je nastala nafta: